Проект сельскохозяйственного самолета МАИ «Грач-4». СССР

Интересная винтажная статья про нереализованный проект сельскохозяйственного самолета.

Пилоты сельхозавиации на «аннушках», как любовно и поныне называют Ан-2, ведут подкормку посевов, борются с сорняками, обеспечивают дефолиацию хлопчатника перед машинной уборкой. Сравнительно высокая полезная нагрузка — 1250 кг химикатов — в сочетании с простотой конструкции и неприхотливостью к аэродромам сделали «аннушку» популярной не только в нашей стране, но и за рубежом. Недаром и американцы даже в конце 70-х годов считали Ан-2 лучшим в мире сельскохозяйственным самолетом.

Но время идет, Ан-2 практически исчерпал свои возможности. Все же маловато по нынешним меркам он берет химикатов. Условия труда летчиков далеки от комфортных. Зимой в его кабине холодновато, летом жарко. Она должным образом не герметизирована — в нее проникают мельчайшие частицы распыляемых химикатов, поэтому работать иногда приходится в респираторах. Да и управлять самолетом можно только вдвоем, а летчики — это очень дорогие специалисты.

Словом, скоро, наверное, «аннушке» на заслуженный отдых. А каким же должен быть преемник у этой замечательной машины?

Проблеме отдано немало лет. Созданию специализированного сельхозсамолета посвящались и дипломные работы выпускников МАИ, и разработки, которые мы вели с молодыми специалистами — нашими выпускниками и аспирантами. Эта тема особо рассмотрена в нашей монографии «Проектирование легких самолетов». Наконец, за два последних года выкристаллизовался лучший, на наш взгляд, вариант — «Грач-4».

Для начала давайте познакомимся в самых общих чертах с требованиями, которые предъявляют к сельхозсамолету.

Прежде всего он не должен быть одноцелевым. Кроме одной, хотя и важной, но довольно узкой задачи, он должен решать и другие. Причем желательно, чтобы переоборудование самолета не требовало изменений в конструкции и могло выполняться не на заводе, а в аэродромных мастерских.

Взлетать и садиться самолет должен на неподготовленные грунтовые площадки ограниченного размера. Особое внимание — удобству и безопасности обслуживания химоборудования, силовой установки и конструкции. Поэтому очень важно выбрать наилучшую схему, рационально разместить приборы и оборудование.

Еще одно важнейшее требование — безопасность полета. Зарубежная статистика свидетельствует, что почти половина тяжелых летных происшествий в сельхозавиации случается из-за так называемого сваливания, то есть потери крылом несущей способности на больших углах атаки. Такое может произойти, когда летчик для нового захода на поле разворачивает самолет, летящий с малой скоростью. Иными словами, самолет должен держаться в воздухе с задранным носом, а уж если при этом крыло перестает удерживать самолет, летчику надо иметь возможность, например, своевременно действуя рулями, предотвратить падение.

Хороший обзор из кабины — другое слагаемое безопасности полета. Ведь из той же статистики известно, что не меньше аварий и катастроф — следствие столкновений с проводами линий электропередачи, деревьями и т. п..

Теперь перейдем к особенностям самолета «Грач-4».

Современный высокопроизводительный самолет немыслим без бортовой ЭВМ. Именно она должна взять на себя все функции второго пилота, максимально облегчить труд летчика, контролируя техническое состояние самолета и его агрегатов. Решая задачи навигации, компьютер определит скорость и направление ветра, рассчитает курс. Поэтому вместо привычной приборной доски с круглыми глазками приборов у нас дисплей. На нем отображаются все необходимые летчику сведения, а в аварийной ситуации ЭВМ может подсказать и правильные действия — что отключить, лететь ли дальше или подыскивать место для посадки. Вообще, летчик должен основное внимание уделять не самолету, а выполнению непосредственного задания. Главной его задачей будет, например, контроль за тем, насколько точно ложатся на обрабатываемое поле химикаты или удобрения. А контроль самолетом ляжет на плечи электроники. Образцы такого оборудования у нас уже создают.

Мы стремились заложить в наш самолет максимум свежих идей, чтобы он стал действительно машиной нового поколения. По схеме «Грач» относится к так называемым бесхвосткам: у него нет горизонтального оперения — стабилизатора. Хотя история авиации знает немало удачных машин именно такой схемы, она пока воспринимается как экзотика. Дело в том, что удачные бесхвостки — пассажирский «Конкорд», истребитель «Мираж», разведчик SR-71 — самолеты сверхзвуковые. Мы же проектируем тихоход, маневрирующий с небольшой — не более 2 — перегрузкой. Напомню, что перегрузка это отношение подъемной силы самолета к его весу.

Трудностей здесь немало, но велик и выигрыш. Есть такой критерий оценки самолетов — отношение массы целевой нагрузки к массе всего самолета — весовая отдача. Это своего рода КПД машины. У «Грача» он равен 0,44. Таким образом, вес «летающей тары» нам удалось значительно уменьшить.

Новая схема позволяет, не увеличивая взлетную массу (по сравнению, например, с Ан-2), почти вдвое больше брать химикатов.

Есть преимущество и в качественном отношении: схема «Грача» дает возможность отодвинуть срыв потока до весьма больших углов атаки. А мы только что говорили, как это важно для безопасности полета.

За высокую весовую отдачу бесхвостки, как это обычно бывает в технике, приходится расплачиваться. Довольно сложно решить для этой схемы проблему устойчивости и управляемости. Недостаточная путевая устойчивость — ахиллесова пята почти всех бесхвосток. Какова в этом отношении конструкция «Грача»?

Вначале мы сделали специальную продувочную модель и провели в аэродинамической трубе «флюгерные» испытания. По их результатам выбрали площадь вертикального оперения. Наши расчеты подтверждают, что для создания необходимой при маневрировании перегрузки вполне достаточно рулей высоты, устроенных в хвостовой части фюзеляжа. Тем более что плечо этих рулей (расстояние от рулей до центра масс самолета) сравнимо с плечом горизонтального оперения у самолетов обычной, классической схемы. Зато отсутствие стабилизатора заведомо делает конструкцию бесхвостки легче, проще и дешевле.

Столкнулись мы и с проблемой так называемой просадки. Когда пилот, меняя траекторию полета, берет штурвал на себя, то есть отклоняет руль высоты вверх, подъемная сила крыла, на котором установлен руль, уменьшается, и самолет просаживается, теряя высоту. Учитывая, что сельхозсамолеты работают, как правило, на предельно малой высоте — около 5 м, — мы рассчитали величину этой просадки по специальной методике на ЭВМ. Она оказалась незначительной и вполне допустимой — 30-40 см.

(Тем, кто хочет глубже вникнуть в историю и свойства бесхвостых самолетов, рекомендую книгу Д. А. Соболева «Самолеты особых схем», вышедшую в издательстве «Машиностроение» в 1985 году.)

Установка турбовинтового двигателя с толкающим винтом над самолетом имеет как преимущества, так и недостатки. Прежде всего, освободив от двигателя носовую часть фюзеляжа, мы обеспечили летчику хороший обзор. Интенсивный поток от воздушного винта, обдувающий вертикальное оперение, заметно повысит путевую устойчивость на взлете. Да и шум от силовой установки существенно ниже и в кабине, и на земле — сам самолет является как бы экраном для звуковых волн. А недостаток в том, что тяга винта создает момент, прижимающий носовые колеса шасси к земле. Это затрудняет отрыв при взлете. Но наши расчеты показали:    пикирующий момент от воздушного винта при разбеге вполне преодолим отклонением руля высоты, а также моментом от силы инерции.

Выбранную схему самолета мы опробовали на динамически подобной модели — радиоуправляемой уменьшенной копии «Грача».

Конструкция самолета смешанная. Крыло — из дюраля, наиболее распространенного в авиации конструкционного материала. А вот фюзеляж, киль и пилон, на котором установлен двигатель, предусмотрено изготовить из композиционных материалов. Они устойчивы к воздействию химикатов, легки и прочны.

Практически у всех высокоспециализированных самолетов сельхозавиации — например, М-18 «Дромадер» (ПНР) — кабина одноместная. А при перелетах с базы на рабочий аэродром обычно перевозят в самолете еще и техника. Его буквально запихивают туда в полусогнутом положении. В кабине же «Грача» довольно комфортно размещаются пилот и еще три человека. Это техники, которые будут обслуживать самолет на полевом аэродроме, или другие специалисты.

Наш самолет может стать базовой моделью легкого транспортного самолета. Разрабатываем даже вариант гидросамолета — летающую лодку. Вообще мы постарались найти гармоничное сочетание достаточной универсализации со специализацией самолета.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: сельскохозяйственный самолет

Экипаж: 1-2 человека

Силовая установка: один ТРД, развивающий мощность 1450 экв. л. с.

Размеры:

размах крыла 18,6 м
длина самолета 12 м
высота самолета 4 м
площадь крыла 53 м²
колея шасси 5 м

Вес:

взлетный 5500 кг
химикатов 2400 кг

Летные характеристики:

максимальная скорость полета у земли 330 км/ч
рабочая скорость полета 140—180 км/ч
скорость при перелетах 240—260 км/ч
скорость отрыва при взлете 115—120 км/ч
посадочная скорость без химикатов 75—80 км/ч
скороподъемность с сельхозаппаратурой при взлетной    массе 10,6 м/с
потребная длина грунтового аэродрома 550 м
минимальная прочность грунта 3 кг/см²
перегоночная дальность полета 2200 км

Экономические характеристики:

стоимость обработки полей 0,85 руб./га
расход топлива на обработку одного гектара 1,75 кг
годовая экономия применения самолета «Грач-4»    (взамен Ан-2) 37530 руб.

источник: научный руководитель проекта, доктор технических наук, лауреат Государственной премии СССР, профессор А. А. БАДЯГИН «Полетит ли «Грач» над полем?» «Техника-молодежи» 05-1987