Авиация и космонавтика 1996 12
Шрифт:
Фюзеляжу самолета в первом варианте («СДБ») была предписана цилиндрическая форма с овальными поперечными сеченнями (при носовом и хвостовом сужениях), которые обеспечивали приемлемое пространство для бомбового отсека из условий внутренней подвески двух бомб максимального калибра (например, ФАБ-9000) всртикальным пакетом. Остальные объемы корпуса предполагалось занять экипажем, топливными баками и отсеками шасси, а также («россыпью») оборудованием и функциональными системами. Конструктивно фюзеляж состоял и собирался из пяти автономно комплектуемых частей, которые стыковались воедино по фланиевым шпангоутам на болтах. Экипаж состоят из семи человек и быт рассредоточен по носовой и хвостовой гермокабинам: два летчика, штурма н-бомбардир, два блистерных стрелка, радист и кормовой стрелок. Второй вариант компоновки корпуса принципиальных отличий от первого не имел, за исключением формы поперечных сечений, которая стала круглой с диа-мегром 3,5 м. Это потребовалось для увеличения емкости топливной системы (из-за ориентации на усовершенствованные более мощные и более «прожорливые» ТРД АМ-03). Кроме того, округленный бомбовый отсек мог уже вмешать гри девятитонные бомбы и соответственно еще большее число бомб меньшего калибра, чем у заявочного варианта «СДБ».
Хвостовое оперение вереии «1Mb было доработано по результатам продувок модели «СДБ» в аэродинамической грубе Т-1 МАИ и расчетов на прочность специалистами ЦАГИ. Киль был сдвинут вперед, в зстгу ббль-ших строительных высот фюзеляжа, и для восстановления статического момента вертикального оперения его площадь была увеличена на 7% за счет расширения киля по передней кромке. Горизонтальное оперение при неизменной конфигурации и конструкции было сдвинуто назад из-за увеличения площади крыла под стать большей полетной массе. Самолет и в будущем обещал набирать массу по мере наделения его новыми возможностями и в процессе совершенствования бортовых систем.
Велосипедное шасси, столь решительно предложенное Мясищевым и примененное на самолете, достойно подробного рассмотрения. Этот тип взлетно-посадочного приспособления в авиации известен с 1910 г. Им оснащал свои аэропланы один из пионеров самолетостроения Р. Эсно-Пельгри. В разные годы такое шасси встречалось эпизодически. В СССР, если не считать истребителей Р. Л. Бартини «ЭИ» и И-240 (их шасси было одноколесным), оно впервые проектировалось в 1941 г. И. В. Четвсриковым для истребителя И-1АМ-37 и разрабатывалось в 1949 г. для летающей лаборатории, которую хотели сделать на основе учебно-тренировочного бомбардировщика УТБ-2 (облегченный варнант фронтового Ту-2). Этим летающим велосипедным стендом в ЦАГИ начал заниматвся И. П. Толстых, известный в 30-е годы консгруктор планеров и легкомоторных самолетов марки «ИТ».
Для установки новых стоек под корпусом УТБ-2 было намечено конструирование специальной много-трубчатой фермы, оторочешгой понизу узлами болтового креняения. Она позволяла бы изменять положение стоек исследуемого шасси относительно центра масс самолета-лаборатории для поиска оптимального положения и наклона колесных опор относительно главных агрегатов будущих самолетов с велосипедным шасси. Работу по созданию этого аппарата ученым ЦАГИ заказали в связи с созданием среднего бомбардировщика «150» в ОКБ-1 завода N° 256, куда еще в начале 1947 г. были свезены немецкие авиакопегрукторы. Общее руководство над «импортными» (точнее, военнопленными няи даже конгрибуциошгыми) специалистами осуществлял авиаконструктор С. М. Алексеев, который в
1948 г. был назначен начальником немецких ОКБ, а в
1949 г. главным конструктором ОКБ-1 по реактивным бомбарди ровщикам.
До постройки и экспериментов на ЛЛ-УТБ-2 дело не дошло, хотя к этому заказу ЦАГИ подключили и В. М. Мясищева с Г. Н. Назаровым, работавших в то время в МАИ. Для ускорения проведения исследовании нового шасси не на «лабораторном» экспонате, а на реальном боевом самолете, С. М. Алексеев предложи,'! переоборудовать под «велосипед» свой реактивный многоцелевой самолет-и сгребите ль И-215, который был близок по массе к УТБ-2. Это избавляло промышленность от проектирования и изготовления специального аппарата. Его готовый и находящийся в летном состоянии И-215 нужно было лишь дооснаститъ второй фюзеляжной ногой с новой (большего диамегра) парой колес и заменить крыльевые (бывшие главные) стойки с пнев-матиками, задраив их ниши, на легкие боковые опоры с подвсекой их под гондолами ТРД.
После закрытия ОКБ-21 С М. Алексеева в 1948 г. И-215 оставался на территории завода № 21. В середине 1949 г. по прибытии группы ремонтников с чертежами и пневматика ми задней ноги шасси самолет был переделан под велосипедные опоры и после облета на месте своим ходом (летчик И. Е. Федоров) переправлен на территорию завода Ns 256. Доработанный И-215Д с новым шасси на взлете и посадке вел себя таким образом, как будто бы и «родился
[7] с ним. Испытания были проведены настолько успешно, что позволили разработать и опробовать, а затем и воспроизвести велосипедное шасси другими фирмами: ОКБ-115 А. С Яковлева, ОКБ-240 С. В. Ильюшина, ОКБ-155 А. И. Микояна и, конечно же, интересующим нас ОКБ-23 В. М. Мясищева. Что же касается главного заказчика на И-215Д - ОКБ-1 завода N° 256, то велосипедное шасси в увеличенном виде было создано и для самолета «150», на порядок более тяжелого. Вместе с применением шасси такого типа на крупном самолете были прекрасно отработаны идея и конструкция системы упрощенного и укороченного взлета по сравнению со стартом на традинионном трехопорном шасси. Было введено и использовано так называемое •приседание» самолета на заднюю ногу, благодаря которому машина но достижении скорости отрыва (т. е. равенства между подъемной силой и взлетной массой) сама поднимала нос и при увеличенном на 3' угле атаки крыла огрывалась от полосы без взятия штурвала управления пилотом на себя. Процесс взлета стал не только более безопасным, но едва ли не автоматическим, когда от летчика требовалось лишь удержание машины от бокового сваливания и отслеживание работы двигателей на взлетном режиме.
В. М. Мясищев и Г. Н. Назаров, получив разрешение МАП, детально ознакомились с работами ОКБ-1 (на пару месяцев Назаров был откомандирован на завод № 256 и принимал участие в летных испытаниях как дублер ведущего инженера объекта «150»), которые в большой степени оказались полезными для тематики «СДБ». После внимательного изучения этого опыта и попытки примерить его к своему детищу ныне пилось, что для стратегического бомбардировщика (как минимум, втрое более тяжелого, чем самолет «150») система «приседания» задней опоры в чистом виде неприемлема по условиям эксплуатационных нагрузок аэродромного базирования. Проектировщикам удалось переосмыслить чужой опыт и наметить осуществление упрощенного взлета по принципу «наоборот»: вздыбливанием бомбардировщика на 3
[8] за счет передней тележки шасси гидроприводом. Так, применительно к более массивному «велосипеду» восьми колесного шасси «СДБ» удалось добиться того же эффекта на старте, что и для одноместного истребителя И-215Д и, конечно же, более легкого, чем «СДБ», бомбардировщика «150».
Нельзя забывать, что немаловажное значение для выбора схемы и главных параметров велосипедного шасси имели и «домашние» наработки. Еще на стадии предварительного проектирования Мясищев рекомендовал для бомбардировщика велосипедное шасси как наиболее выгодное в массовом отношении. Масса вслоси-педного шасси составляет 3 - 3,5% от массы самолета, в то время как та же характеристика трехопорной схемы находится в пределах от 4 до 6,5%. Выпущенное из приземистого фюзеляжа (а не из высокорасполо же иного крыла, предпочтительного для любого бомбардировщика), такое шасси было наиболее ЛеПОШ из-за относительно коротких стоек. К тому же оно избавляло крыло от всевозможных отоекателей и надстроек, внедренных с точки зрення аэродинамики, а самое главное, от ударных нагрузок при рулежках, взлете и особенно при посадке. По сравнению с другими схемами велосипедное шасси является наиболее предпочтительным И для эксплуатации самолетов на грунтовых аэродромах. По этим веским причинам уже на заводе N° 23 основное внимание конструкторов отдела проектов (начальник Л. Л. Селяков) и отдела шасси (начальник Г. И. Архангельский) было уделено определению основных параметров шасси с равнонагруженными стойками
[9]. Это позволяло разместить главную «изюминку» самолета -бомбовый отсек в зоне центра масс - и распределить топливо, оборудование и прочую начинку фюзеляжа, а также и саму конструкцию самолета практически поровну как между колесными опорами, так и за пределами отсеков шасси. Дтя тяжелых самолетов это обстоятельство является, пожалуй, самым главным с точки зрения аэродромной эксплуатации. Со столь важной задачей конструкторы справились весьма успешно: базирование бомбовоза было обеспечено на существующих аэродромах со стандартной ТОЛЩИНОЙ железобетонного покрытия. Управление самолетом при движении по ВПП было достигнуто поворотом носовой пары колес передней тележки. На предварительном этапе проектирования «СДБ» основные принципиальные вопросы, конечно же, продумывались, однако к моменту выхода правителвствениого постановления о воссоздании ОКБ стало ясно, что дело только начинается и многое придется осмысливать заново и по-настоящему. Так, для отработки велосипедного шасси наиболее приближенно к реальной массе М-4 задолго до начала его летных испытаний все-таки была создана летающая лабо-раторня, но на основс стратегического бомбардировщика Ту-4. По примеру более ранних работ над ЛЛ-УТБ-2 для большого самолета была построена мощная ферма, сваренная из стальных труб. Ее конструкция позволяла варьировать положение задней стойки относительно центра масс Ту-4-ЛЛ. Серия испытательных полетов полностью подтвердила расчеты и прогнозы ученых и конструкторов. Она позволила хорошо отработать технику пилотирования М-4 еще до его первого вылета. Летчики-испытатели ЛИИ МАП, изучив особенности нового шасси, высоко оценивали роль летающей лаборатории. Кроме того, был создан специальный моделирующий стенд-тренажер, на котором пилоты отрабатывали навыки автоматического валета применительно к М-4. Он помог многим летчикам преодолеть психологический барьер - отказаться от привычного желания помочь самолету взлететь движением штурвала на себя.
С самого начала работ в ОКБ-23 главный кон-сгруктор принял решение о тщательной переработке многих аспектов проектирования в условиях конкретной производственной базы, которая досталась в наследство от серийного производства Ту-4. Потребовалось коренное изменение многих процессов как с точки зрения технологии изготовления и сборки, так и в соответствии с новыми представлениями самолетостроения вообще. Что касается самого бомбардировщика, то его общая компоновочная схема была изменена радикальным образом. По результатам длительных аэродинамических исследований ЦАГИ было принято решение: для обеспечения дальности полета 12 ООО км увеличить аэродинамическое качество самолета. В связи с этим была уменьшена стреловидность крыла, а также применены новые высоконесущие профили. По примеру удачной компоновки самолета Ту-1б главный проектировщик ОКБ- 23 Л. Л. Селя ко в предложил использовать подобное расположение двигателей в корне крыла с обходом продольных силовых элементов центроплана поверху и понизу спарок ТРД. Строительная высота горизонтальных пакетов двигателей была существенно меньше, чем толщина корневых участков крыла по сравнению с аналогичным соотношением у прототипа (Ту-16). Это дало возможность осуществить сопряжение крыла и фюзеляжа более плавно, без глубоких ступенек. Выходные газовые струи при этом были «размыты* в узкие пучки, что позволило сформировать так называемые «активные* зализы стыка корпуса с крылом, которые для ослабле-ш1я ннтерференнии потоков оказались эффективнее, чем струи одиночных ТРД на бомбардировщике Туполева. При идентичных переоборудованиях бомбардировщиков в пассажирекие самолеты низконяанной схемы опять же более плоские скоростные потоки газов, выхо дящих из сопл четырех ТРД (на М-6П) были бы также более эффективны для снижения сопротивления интерференции по сравнению с выходными струями у Ту-104.
Для зашиты обшивки фюзеляжа от нагрева выходными газами ближайших к бортам двигателей их сопла получили глубокие подрезы обечаек повсрху и понизу с целью расширения газовых потоков и ослабления их температурных полей за счет размывания но всртикали. Уменьшение стреловидности крыла было обусловлено повышением аэродинамического качества по результатам новых экспериментов, согласно которым наибольшие значения cv (при прочих равных условиях: площадь и профняировка крыла) соответствуют стреловидности 33 - 35' по линии фокусов в достаточно широких пределах по углу атаки и при скоростях, приемлемых для околозвукового установившегося полета. Для крыла М-4 был выбран угол стреловидности 35* по линии 0,25% хорд. Лишенное пилонов с гоняолами ТРД крыло стало аэродинамически чистым, и только обтекатели вспомогательных опор шасси,"дополнительно работающие против флаттера, оставались на нем в качества пристроек. Они замыкали концы крыла и увеличивали поперечный габарит самолета, однако при этом снижали индуктивное сопротивление крыла, работая как концевые шайбы. Реальная конструкция самолета и расходные характеристики двигателей АМ-ЗА, конечно же, не могли не утяжелить бомбардировщик по сравнению с проектом. Конструкторам пришлось еще раз увеличить площадь крыла до 326,35 мг, а для обеспечения изгибно-крутильной жесткости повсеместно усилить его при уменьшении сужения. Аналогичным образом были переделаны и агрегаты хвостового оперения. Для получения заданной дальности полета потребовалось увеличить запас топлива, поэтому, кроме увеличения емкости крыльевых баков, был удлинен фюзеляж более чем на 4 м. Для обеспечення раванства нагрузок на стойки шасси была уваличена его база. После анализа динамики движения по ВПП, выявленной по результатам летной эксплуатации других машин с велосипедными шасси, были провалены мероприятия по повышению устойчивости бомбардировщика на рулении, посадке и особенно на взлете, когда скорость движения и масса М-4 должны быть наибольшими. Этому способствовало размещение боковых опор шасси на предельно возможном удалении от задней тележки шасси и центра тяжести самолета, чем обеспечивалось удержание машины от рыскания по ВПП на взлете и посадке.