Валерий Погодин. Тандем - новое слово в авиации?

В начале 80-х годов прошлого века аналогичные работы проводились в нескольких авиационных конструкторских бюро и конечно же в научном центре отечественной авиации ЦАГИ.

О концепции тяжелого транспортного самолета, разработанного в ЦАГИ достаточно известно в авиационных кругах, автором разработки был руководитель проектных исследований Ю. П. Журихин.

Демонстрационная модель транспортной системы ЦАГИ неоднократно демонстрировалась на международных авиационных выставках.

Проектные разработки ЭМЗ им. В. М. Мясищева проводились в рамках темы, получившей индекс «52». Они проводились под руководством главного конструктора ЭМЗ В. А. Федотова, руководителем темы на начальном этапе был заместитель главного конструктора Р. А. Измайлов. Ведущим конструктором по теме и по сути автором концепции был В. Ф. Спивак.

Концепция проекта «52» предусматривала создание унифицированного транспортного самолета с уникальными транспортными возможностями. Главной задачей проекта было обеспечение воздушного старта многоразового воздушно-космического самолета быстрого реагирования. Экономически было бы нецелесообразно создавать такой уникальный самолет со взлетной массой 800 т только для одной задачи. Поэтому с самого начала концепция проекта «52» предусматривала использование данного самолета и для уникальных транспортных операций в том числе для транспортировки военной техники и войсковых соединений, промышленных грузов сверх больших размеров и веса.

В основу проектной концепции «52» был положен принцип «нагрузка снаружи». Только этот принцип позволяет разместить совершенно разнородные по своим формам и габаритам нагрузки. В этом случае фюзеляж самолета практически вырождается как средство размещения нагрузки, поэтому сохранив минимально необходимый размер фюзеляжа можно было бы за счет этого значительно снизить массу конструкции самолета. Вот и все, казалось бы очень простая идея на основе которой и строится весь проект.

В данной статье мы не будем подробно рассматривать проект «52». интересующихся отошлем к многотомному изданию «Иллюстрированная энциклопедия самолетов ЭМЗ им. В.М. Мясищева», где достаточно подробно описана разработка проекта.

Автору этих строк пришлось непосредственно участвовать в данных работах, и в этой статье хотелось бы рассказать о тех проектах, или правильнее сказать идеях, которые также рассматривались в процессе проработки концепции, но не получили развития и не были проработаны достаточно подробно.

Сама идея создания супертяжелого транспортного самолета не возникла сама по себе. Министерством авиационной промышленности (МАП) ставилась конкретная задача транспортировки крупногабаритных грузов в интересах народного хозяйства страны.

СССР с его огромными территориями и разбросанными по всей стране крупными промышленными центрами нуждался в решении данной проблемы, ведь очевидно, что экономически выгоднее перевозить уже готовые и собранные агрегаты.

Атомные реакторы, конвекторы металлургического производства, газгольдеры и ректификационные колонны химического производства и многие другие грузы все они при транспортировке в сборе «по воздуху» могли быть достаточно быстро введены в строй, а это значит меньшие сроки и соответственно меньшие затраты.

Любая транспортная операция «по земле» это целое событие для многих транспортных служб. Детальная проработка маршрута, снос мостов и эстакад, линий электропередач если они мешают транспортировке и так далее ... Это сроки, это затраты, это в некоторых случаях просто неразрешимая проблема.

Для транспортировки предназначались грузы массой от 200 до 500 т, с габаритными размерами диаметром от 3-х до 8 м, длинной от 12 м до 50 м. Совершенно ясно, что конечно же не все из предлагаемых грузов могли быть транспортированы по воздуху, однако проект «52» большую часть грузов смог бы перевезти будь он реализован.

При проектировании супер самолета необходимо было решить проблему максимального повышения весовой отдачи самолета, т. е. максимально снизить массу конструкции самолета, убрав везде где возможно на самолете «паразитную» массу.

Так возникла идея не просто уменьшить размер фюзеляжа до минимально возможного, а вообще отказаться от него. Почему бы не заставить «работать» сам перевозимый груз? На эту идею натолкнуло то, что многие грузы, предназначенные для транспортировки выглядели как вытянутые цилиндрические тела, то есть были похожи на фрагмент фюзеляжа.

Конечно сам груз, материал из которого он был изготовлен и его конструктивное исполнение должны были удовлетворять условиям прочности при установке его на самолете. Включение груза в силовую схему самолета обещало существенный выигрыш в весовой отдаче самолета и соответственно повышало его транспортную эффективность.

Каким же образом можно включить в силовую схему транспортного самолета сам перевозимый груз? Очень просто, нужно сделать перевозимый груз крылатым! Есть такая аэродинамическая схема самолета называемая «тандем». В данной схеме несущая система самолета состоит из пары крыльев, расположенных тандемно друг за другом с продольным разносом. Перевозимый груз располагается между крыльями как раз в центре тяжести всей несущей системы самолета, все очень просто, хотя хорошо известно какую большую проблему представляет решение проблемы центровки тяжелого груза.

Тандемная схема имеет несколько большую площадь несущей системы самолета по сравнению с классической схемой, однако данная схема оказывается наиболее приемлемой для задач транспортировки грузов.

Оба крыла создают подъемную силу не теряя при этом подъемную силу на продольную балансировку, присущую классической схеме самолета. Оптимальная профилировка обоих крыльев и деградация их углов установки позволяют минимизировать отрицательное влияние интерференции крыльев и значит снизить аэродинамические потери.

Один из вариантов самолета-тандема представлял собой две независимые секции, имеющие полноценное крыло с механизацией передней и задней кромок. Крыло передней секции выполнено по низкопланной схеме, для уменьшения влияния скоса потока на заднее крыло. Сверху крыла передней секции на вертикальных пилонах установлены двигатели силовой установки. Пилонная подвеска двигателей считается достаточно универсальной, позволяющей в процессе разработки варьировать необходимое количество двигателей.

Расположение двигателей над верхней поверхностью крыла позволяло использовать эффект повышения подъемной силы крыла за счет обдувки струей двигателей ( эффект Коанда). Вследствие большей нагруженности переднего крыла, переднее крыло было выполнено несколько меньшей площади по сравнению с задним крылом.

Передняя секция оборудована своим шасси - основным, состоящим из двух четырех колесных основных опор и двух двухколесных подкрыльных опор. Разнос основных и подкрыльных опор шасси вдоль продольной оси самолета обеспечило продольную устойчивость передней секции на аэродроме в отстыкованном положении.

Сверху передней секции за кабиной экипажа располагается лицом назад остекление кабины операторов нагрузки, которые следят в процессе полета за состоянием груза и систем крепления перевозимой нагрузки.

Задняя секция самолета-тандема аналогична передней. Крыло задней секции верхнерасположенное, несколько большего размаха. На заднем крыле установлены шайбы вертикального оперения. Вследствие малого эффективного плеча вертикальное оперение выполнено большой площади, двухкилевым.

Задняя секция самолета-тандема не имеет двигателей, шасси выполнено аналогично передней секции. Из-за высокого расположения крыла на задней секции, подкрыльные шасси крепятся к шайбам вертикального оперения.

Важной особенностью схемы «тандем» является также то, что при отрыве самолета от взлетной полосы самолет взлетает плоско-параллельно, практически без угла тангажа, эта особенность «тандема» как нельзя лучше подходит при транспортировке длинных грузов, так как подрыв самолета на взлете с длинным грузом на внешней подвеске для самолета классической схемы становится проблематичным.

Для крепления различных грузов предусматривались переходные кольцевые фермы, адаптированные к конкретной нагрузке.

С целью повышения транспортной эффективности самолета-тандема предполагалось использование также пассажирского модуля, замыкаемого между передней и задней секциями самолета.

Размыкаемая схема самолета-тандема позволяла приспосабливать самолет к нагрузке различной длины, это делало самолет эффективным транспортным средством. В случае перегона самолета порожняком, обе секции стыковались посредством стыковочных кольцевых ферм.

Менее радикальной выглядела схема самолета-тандема с ферменным фюзеляжем.

Принципиально идея концепции сохранялась прежней, однако фюзеляж все-таки сохранялся, правда, в несколько экзотическом виде - две фюзеляжные балки в виде пространственных ферм. Особенностью данной схемы самолета-тандема было то, что заднее крыло со своими опорами шасси и узлами крепления грузов могло перемещаться вдоль ферм до нужного положения в зависимости от размеров перевозимого груза и его центровки. Во всем остальном концепция повторяла первую схему. Совершенно очевидно были видны недостатки данной схемы, но положительным было уже только то, что поиск дальнейших продуктивных идей лежал через эти схемы.

Схема «тандем» еще не исчерпала себя, быть может она найдет себе достойное применение в самом ближайшем будущем, поживем увидим.

Источник. В. Погодин Валерий Погодин. Тандем - новое слово в авиации? Крылья Родины 5/2004