Пассажирские и транспортные самолеты с турбореактивными и турбовинтовыми двигателями

В 1956 г. был принят государственный план развития народного хозяйства страны на очередное пятилетие (1956 – 1960 гг.). Перед воздушным транспортом ставились ответственные задачи: в течение пяти лет увеличить грузооборот в 2 раза и объем пассажирских перевозок в 3,8 раза. Для решения этих задач необходимо было обеспечить среднегодовой прирост грузооборота на 25%, а перевозки пассажиров на 30%. Такие высокие темпы могли быть достигнуты лишь путем значительного повышения производительности труда. А этого можно было добиться на основе дальнейшего технического прогресса и прежде всего широкого внедрения реактивной техники, комплексной механизации и автоматизации производства, внедрения нового оборудования и передовой технологии.

Именно в этот период на магистральных воздушных линиях были внедрены реактивный самолет Ту-104, турбовинтовые – Ту-114, Ил-18, Ан-10, созданы вертолеты Ми-6 и Ка-18. У каждой из этих замечательных машин была своя предыстория и яркая история.

Уже в годы второй мировой войны при создании новых скоростных бое­вых самолетов выяснилась невозможность дальнейшего совершенствования винтомоторной группы самолетов. Расчеты показали, что создать самолет-ис-требитель с поршневым двигателем скоростью 1000 км/ч практически невоз-можно. Из-за резкого возрастания массы двигателя взлетная масса самолета-истребителя стала бы такой же, как у бомбардировщика.

Дальнейший прогресс авиации потребовал поиска и использования прин-ципиально новых аэродинамических компоновок самолетов, учитывающих влияние воздуха при околозвуковых скоростях полета на характеристики самолета. Требовались также новые типы двигателей. Две эти проблемы в мировой авиации вырастали в одну, получившую название «звуковой барьер».

Проведенные исследования показали, что для дальнейшего увеличения скорости полета необходимо оснастить самолет реактивным двигателем, одной из главных частей которого является газовая турбина. К концу второй мировой войны были cпроектированы и испытаны все 3 типа газотурбинных двига-телей, ставших господствующими силовыми установками военной и граждан-ской авиации второй половины ХХ в.: турбореактивные (ТРД), турбовинтовые (ТВД), двухконтурные турбореактивные (ТРДД). А опыт создания в середине 40-х годов первых серийных реактивных истребителей доказал, что для при­ближения скорости полета к скорости звука недостаточно увеличения тяги дви­гателя, а необходимо также снижение лобового сопротивления путем примене­ния крыла тонкого профиля и крыла стреловидной формы.

Реактивный двигатель входил в советскую гражданскую авиацию (как, впрочем, и в США) через военную технику. И в СССР, и в США первые реак­тивные пассажирские самолеты были созданы на основе хорошо зарекомендо­вавших себя в эксплуатации боевых реактивных самолетов: в СССР – на основе дальнего бомбардировщика Ту-16, а в США – на основе военно-транспортного самолета фирмы «Боинг».

Более жесткое нормирование эксплуатационных перегрузок, характерное для боевых самолетов, повышенные требования к живучести элементов конст­рукции и систем в боевых условиях, а также достаточно длительный (более трех лет) практически безаварийный опыт эксплуатации этих самолетов позво­ляли получить высокую безопасность полетов в случае их превращения в пас­сажирские лайнеры. Это сулило некоторое удорожание эксплуатации таких са­молетов в гражданском варианте, но зато гарантировало здоро­вье и жизнь людей. Отметим, что при вводе в эксплуатацию реактивной техники в гражданскую авиацию обеспечение безопасности полетов было главным требо­ванием Международной организации ГА (ИКАО).

В 1955 г. ОКБ А.Н. Туполева на базе реактивного бомбардировщика Ту-16 создало пассажирский авиалайнер Ту-104. По схеме Ту-104, как и его военный прототип Ту-16, представлял собой среднеплан со стреловидным крылом и оперением, с двумя турбореактивными двигателями мощностью по 9700 кг, расположенными в корневой части крыла, по бокам фюзеляжа. Герметическая кабина вмещала 50 пассажиров и позволяла совершать полёт на высотах до 11 500 м с крейсерской скоростью 850 км/ч.

Первый прилет Ту-104 в Лондон весной 1956 г. стал мировой сенсацией. На Западе признали, что наша страна существенно опередила развитые капиталистические страны в новом деле внедрения реактивной техники в гражданскую авиацию: первый полет первого советского реактивного самоле-та Ту-104 состоялся в июле 1955 г., а американского авиалайнера «Боинг-707» – в декабре 1957 г. Регулярные перевозки пассажиров на самолете Ту-104 начались в Советском Союзе в 1956 г., а в США на самолете «Боинг-707» – с 1958 г. Регулярная эксплуатация английского реактивного пассажирского самолета «Комета-4» началась в октябре 1958 г., а французской «Каравеллы» – с мая 1959 г. На всемирной выставке в Брюсселе в 1958 г. самолету Ту-104 была присуждена золотая медаль.

Несмотря на трудность превращения бомбардировщика в пассажирскую машину, Ту-104 удался, особенно после того, как число пассажиров было уве­личено до 100. В стоместном варианте самолёт Ту-104Б мог совершать беспо­садочные рейсы на дальность 3100 км. В варианте Ту-104Е на борту уже раз­мещалось 122 пассажира. На этом самолете и его модификациях в те годы ус­тановлено 26 мировых рекордов.

Когда проблема безопасности полета реактивного пассажирского самолета с турбореактивными двигателями была в основном решена, конструкторы на­чали предпринимать попытки по созданию не только безопасного, но и более экономичного самолета. Как показали исследования, выигрыш в экономич-ности при небольшой потере скорости давал турбовинтовой двигатель, воздушные винты которого приводились во вращение газовой турбиной и большая часть тяги создавалась именно ими. Первым гражданским самолетом с ТВД стал анг­лийский авиалайнер «Британия», построенный в 1952 г. и запущенный в серий­ное производство в 1954 г.

В 1953 г. поднялся в воздух советский транспортный турбовинтовой само­лёт Ан-8, созданный в ОКБ под руководством О.К. Антонова. С 1955 г. он вы­пускался серийно. Это был самолет принципиально новой схемы, с большим фюзеляжем, что характерно для машин этого ОКБ. Высокоплан с двумя ТВД обладал грузоподъёмностью 11 тонн. С постройкой Ан-8 была решена сложная задача – воздушное десантирование крупногабаритной техники. Когда этот са­молет находился уже в серийном производстве, самолет подобной схемы был построен во Франции и в Италии.

В середине 50-х годов О.К.Антонов начал разрабатывать универсальный гражданский самолет, на базе которого предполагалось иметь пассажирский и транспортный варианты с максимальной унификацией агрегатов. В результате были созданы турбореактивные самолеты Ан-10 – пассажирский, а вслед за ним Ан-12 – грузовой. По схеме, расположению крыла и силовой установке они были идентичными и отличались лишь внутренним оборудованием.

Прототип серийного пассажирского самолета Ан-10 под названием «Ук­раина» совершил свой первый полет весной 1957 г. Это был высокоплан с рас­положенными на крыле четырьмя ТВД мощностью по 4000 л.с. Самолет имел многоколесное шасси особого типа, что позволяло эксплуатировать машину в условиях грунтовых аэродромов. В связи с очень мощной механизацией крыла этому самолету не требовалось большой длины взлетно-посадочной полосы. Он мог перевозить 84 пассажира с крейсерской скоростью 650 км/ч. Макси­мальная скорость полета 750 км/ч, высота 8000 м.

Серийный Ан-10А мог перевозить уже 100 пассажиров. Для этого фюзе­ляж был удлинен на 2 м. Максимальная дальность полета с полной нагрузкой достигала 4 тыс. км. С 1959 г. самолет начал свои регулярные рейсы в системе Аэрофлота на линиях средней протяженностью до 3000 км. На международной выставке в Брюсселе «Экспо-58» самолету Ан-10А была присуждена золотая медаль. Новая модификация этого самолета появилась в 1963 г. и была рассчи­тана на 130 мест. Регулярные рейсы Ан-10Б начались в 1965 г.

В 1959 г. на базе пассажирского Ан-10 был создан его грузовой вариант Ан-12. Он предназначался для освоения промышленных объектов в отдален-ных районах Севера, Сибири, Дальнего Востока. Ан-12 эксплуатировался на регулярных грузовых авиалиниях Аэрофлота для транспортировки средств инженерной и строительной техники, широко использовался в полярной авиации. Большая грузоподъемность (20 тонн) обеспечивала высокую экономичность его эксплуатации. Возможность применения самолета на грунтовых аэродромах обусловила его широкое использование не только в нашей стране, но и во многих государствах Ближнего Востока и Азии.

Почти одновременно с созданием Ан-10 был разработан пассажирский самолет Ил-18 в ОКБ С.В. Ильюшина. В отличие от Ан-10 это был низкоплан с теми же четырьмя ТВД. Крыло было прямым, не стреловидным. Оно отлича­лось высокой степенью механизации. Это позволяло садиться и взлетать с взлетно-посадочных полос и аэродромов ограниченных размеров.

Турбовинтовые двигатели мощностью по 4000 л.с. попарно размещались на крыле. В отличие от поршневых двигателей, у которых сила тяги изменялась путем увеличения или уменьшения оборотов в минуту, или частоты вращения, у турбовинтовых двигателей частота вращения постоянная, а сила тяги изменяется поворотом лопастей воздушного винта, или его шагом. При этом система поворота лопастей должна быть абсолютно надежной, поскольку ее отказ может создать обратную, или отрицательную, тягу. На самолете Ил-18 и был отработан именно такой надежный автомат тяги.

Тяга двигателей выбиралась так, чтобы при отказе одного из них самолет с нагрузкой мог взлететь на 3 двигателях. Если в воздухе происходил отказ сразу 2 двигателей, самолет мог продолжать полет со снижением до ближай­шего аэродрома. Аэродинамика и компоновка крыла обеспечивали высокие скоростные характеристики и хорошую устойчивость. Целый ряд принципи­ально новых конструктивных решений обеспечивал безопасность полета и на­дежность действия самолетного оборудования. Машина могла эксплуатиро­ваться не менее 20 лет.

На самолете было установлено более совершенное, надежное и высокоточ­ное пилотажно-навигационное оборудование и радиолокатор, который позво­лял обходить зоны грозовой деятельности и избегать разрядов молний. Ил-18 стал первым отечественным самолетом, на котором применялась автоматизи­рованная пилотажная система, объединявшая командную систему и автопилот. Система обеспечивала автоматическое пилотирование самолета на всех этапах полета, в том числе в районе аэродрома при заходе на посадку. В дальнейшем аналогичные, но уже более совершенные системы стали применятся на всех ти­пах самолетов Аэрофлота.

В 1958 г. началось серийное производство самолета Ил-18, в 1959 г. он стал рейсовым самолетом Аэрофлота. Чтобы обеспечить самолету долгую лет­ную жизнь, необходимо его систематически совершенствовать. Поэтому был создан ряд модификаций. Первоначально самолет Ил-18 был рассчитан на 75 пассажирских мест. Первый серийный самолет Ил-18А вмещал 89 пассажиров и имел крейсерскую скорость 650 км/ч. Он выполнял рейсы протяженностью до 5000 км. В последующих модификациях число пассажирских мест увели-чилось до 122 (Ил-18Е, 1965 г.), а дальность до 7100 км (Ил-18Д, 1965 г.).

Производство самолета продолжалось до 1969 г. Всего было выпущено бо­лее 560 самолетов. Ил-18 длительное время был основным пассажирским само­летом Аэрофлота. Он пережил в серийном производстве и эксплуатации все другие газотурбинные самолеты первого поколения – Ту-104, Ту-114, Ан-10. Этим была подтверждена на практике правильность и жизнеспособность идеи создания специализированного пассажирского самолета, воплощенной С.В.Ильюшиным в конструкции лайнера Ил-18.

Самолет так же, как Ту-104 и Ан-10, экспонировался на всемирной выставке в Брюсселе в 1958 г. и был удостоен золотой медали. На Ил-18 было установ­лено 22 высших официальных мировых достижения. Он получил широкое международное признание, был приобретен и эксплуатировался семнадцатью авиакомпаниями.

Турбовинтовые пассажирские самолеты Ил-18 и Ан-10 отличались эконо­мичностью. Расход топлива на один тонно-километр этих самолетов оказался в 4 – 4,5 раза меньше, чем у самолетов с ТРД типа Ту-104, хотя и при меньшей крейсерской скорости.

Однако для более дальних перевозок больших грузов, для межконтинен­тальных полетов с большим числом пассажиров требовались самолеты еще большей грузоподъемности. Таким сверхдальним самолетом стал созданный в 1957 г. пассажирский самолет Ту-114. Существовавшие в то время турбореак­тивные двигатели не обеспечивали задачи, поставленные перед авиаконструк­торами: перевозить в Америку 160 пассажиров. Поэтому А. Н. Туполев остано­вил свой выбор на турбовинтовом двигателе. Самолет Ту-114 стал развитием межконтинен­тального ракетоносца Ту-95, появившегося пятью годами раньше.

Авиалайнер Ту-114 имел впечатляющие размеры: фюзеляж диаметром 4,2 м и длиной 54 м. Размах крыла подходил к 50 м, а верхушка киля подни-малась на 15 м. Четыре ТВД мощностью по 15 тыс. л.с. с двумя соосно-вращающимися 4-лопастными винтами располагались на крыле по два с каждой стороны фюзеляжа. В то время Ту-114 был самым большим самолетом в мире. В обычном варианте при взлетной массе 175 тонн и дальности полета 7000 км он мог брать на борт 170 пассажиров, а при работе на менее протяженных линиях до 220 человек. Максимальная дальность полета 9000 км, потолок – 10 км.

Так как самолет имел стреловидное крыло и оперение, то скорость могла достигать 850 км/ч, а крейсерская составляла 750 км/ч и была самой большой для всех турбовинтовых самолетов мира. Ту-114 оказался самым экономичным самолетом на беспосадочных трассах большой протяженности. На этом само­лете было установлено 32 мировых рекорда. На всемирной выставке в Брюс­селе в 1958 г. Ту-114 был удостоен высшей награды – «Гран при». Вплоть до 1967 г. Ту-114 являлся флагманом Аэрофлота. Самолет выпускался серийно и безаварийно эксплуатировался до 1977 г.

Возможности отечественной техники позволили перейти к созданию вертолета большой грузоподъемности с газотурбинной силовой установкой. В 1957 г. таким вертолетом стал Ми-6. Вертолет был построен по одновинтовой схеме с рулевым винтом, оснащен двумя ТВД суммарной мощностью в 11 тыс. л.с. Диаметр несу­щего винта 35 м. Максимальная взлетная масса 42 тонны. Максимальная скорость 300 км/ч, а крейсерская – 200 – 250 км/ч. Дальность полета с дополнительными топливными баками – около 900 км, динамический поток 4500 м.

Для разгрузки несущего винта на больших скоростях полета на вертолете установлено крыло площадью 35 м², принимающее до 25% нагрузки. Получи­лась комбинированная несущая система – несущий винт и крыло.

В 1957 г. Ми-6 поднял груз 12 тонн на высоту 2432 м, что являлось миро­вым рекордом и в два раза превышало груз, поднятый на американском верто­лете S-56. В иностранной печати сообщалось, что новый русский гигант Ми-6 может поднять любой самый большой западный вертолет с полной нагрузкой. В течение 12 лет ни в США, ни в Европе не было создано вертолета большей или равной грузоподъемности. В первые годы после создания на вертолете было установлено 12 мировых рекордов скорости полета и максимальной вы­соты поднятия груза.

В 1959 г. Ми-6 был запущен в серийное производство. Вертолет нашел применение в народном хозяйстве для транспортировки буровых установок и других грузов в труднодоступные районы, а также в качестве летающего крана при монтаже различных сооружений. Вертолет вмещал до 12 тонн груза в гру­зовой кабине внутри фюзеляжа и мог нести до 8 тонн на наружной подвеске. В пассажирском варианте Ми-6 мог перевозить 60 человек. Широкое распростра­нение имели санитарный и другие варианты вертолета.

Применение на Ми-6 автопилота и дополнительного навигационного оборудования сделало его первым всепогодным вертолетом.