Мне казалось, что серьёзные проекты в области авиации уже почти как 100 лет не являются прерогативой мелких компаний и энтузиастов. Однако же нет. Именно у нас в стране родился проект сверхзвукового пассажирского самолёта. Об этой машине были опубликованы две статьи в журнале «Двигатель». Я попробую как бы из двух сделать одну, возможно несколько коряво, но прошу меня простить — этот проект стоит самого пристального внимания.
Содержание:
Самолеты давно уже перешагнули звуковой барьер. Казалось бы, драматические события, связанные с преодолением этой ступени, остались позади. Истребители и бомбардировщики могут достаточно долго выполнять полет на «сверхзвуке». Отечественный Ту-144 и англо-французский «Конкорд» вписали славную страницу в историю пассажирской авиации. Но сегодня нет больше сверхзвуковых пассажирских рейсов через океан, как нет и вообще никаких других сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС). А желающие полетать быстрее «собственного визга» имеются, то есть многие люди готовы платить за такие полеты.
Общеизвестно, что «Конкорд» сняли с линий после катастрофы, Ту-144 также сняли из соображений безопасности. Значит, дело в надежности? Но «Конкорд» летал более 20 лет, а законсервированный Ту-144 удалось оживить после многолетнего «отдыха». Значит, проблемы безопасности, конечно же, есть, и они требуют самого внимательного отношения, самого тщательного и комплексного подхода, но не они не являются самыми главными. Экономика, то есть бизнес, важнее. Сделать полеты СПС рентабельными, коммерчески оправданными — вот в чем задача! Она оказалась сложной, и на сегодняшний день на практике нерешенной. Ведущие мировые фирмы бьются над ней, проекты предлагают. Однако что-то не сходится, и дальше картинок дело не двигается. А можно ли вообще сделать сверхзвуковые перелеты массовыми и недорогими?
На этот вопрос приходится давать отрицательный ответ. «Дешево и мило» пока не получается. Но если так, то, может быть, стоит подумать об «игрушке для богатых»? Такие проекты известны, и они вполне могут быть реализованы на современном техническом уровне. Например, интересны отечественные разработки сверхзвуковых самолетов бизнес-класса, таких как Ту-444 или С-21 ОКБ Сухого. Если так, то путь решения найден. Казалось бы, дело за малым — найти покупателей. Интересно, что и покупатели есть, они присматриваются, но что-то не спешат заключать контракты. Что их не устраивает? Попробуем разобраться.
Чего им надо? Потенциальные клиенты — публика избалованная, она привыкла к комфорту. Обычные дозвуковые административные самолеты широко представлены на рынке, и рынок этот постоянно расширяется. Предположим, что покупатели взяли бы самолет с уже привычными для «Гольфстримов», «Бомбардье», «Фальконов» и им подобных характеристиками, но чтобы скорость была выше вдвое или втрое. Однако сверхзвуковой полет и объективно, и субъективно воспринимается как «экстрим». Значит, убедить покупателя в его безопасности и реально сделать полет таким — уже половина успеха. Попробуем сформулировать перечень требований к такому СПС: комфорт в салоне по сложившимся стандартам, с высоким (до 2 м) потолком и спальными местами; повышенная надежность; система спасения и аварийного покидания, работающая на всех режимах полета; скорость не менее 2000 км/ч; длина ВПП не более 1200 м; дальность не менее 7000 км.
Есть еще требования, предъявляемые к пассажирским самолетам со стороны экологов, они, главным образом, связаны с ограничением уровня шума. С шумом двигателей на взлете бороться можно, однако в нашем случае с ним придется смириться. Шум от ударной волны также пытаются уменьшить, совершенствуя аэродинамику, однако и эта проблема остается. Придется организовывать полеты над океаном или по специальным маршрутам над сушей, в других случаях придется лететь на «дозвуке», но тоже быстрее других. В конце концов, владельцы дорогих «спортивных» автомобилей в городе ездят «как все» — по правилам! Тяга некоторых богатых людей к эксклюзиву и экстриму дает хорошие шансы на успех.
Что можно предложить? А предложить можно весьма дорогой и совершенно уникальный аттракцион под названием «сверхзвуковой пассажирский самолет» для нерегулярных перелетов и иных удовольствий! Те технические проблемы, которые пока не решены, примем как данность, и попробуем найти приемлемые компромиссы.
Чтобы обеспечить необходимую дальность полета, условимся, что будем летать на всех участках полета на бесфорсажном режиме. Форсаж сохраним для особых случаев. Наиболее подходящие двигатели — из семейства АЛ-31Ф. Они отлично зарекомендовали себя в эксплуатации, и их характеристики вполне соответствуют нашим требованиям. Ставка делается на существующие ТРДФ, так как проектирование самолетов под несуществующие моторы загубило не один замечательный проект. Четыре двигателя дают необходимую тягу на сверхзвуковом режиме полета и обеспечивают очень короткий взлет. Приемлемая дистанция при пробеге получается благодаря относительно низкой аэродинамической нагрузке на крыло (при штатной посадке с небольшим остатком топлива), а также реверсивно-тормозными устройствами. Для посадки с полной массой предусмотрено применение тормозного парашюта.
Герметичная пассажирская кабина полностью изолирована от остального самолета и в аварийной ситуации может отделяться от него на всех скоростях и высотах полета, в том числе и на режимах взлета и посадки. Спуск кабины и приземление (приводнение) обеспечиваются парашютной системой и пиротехническими устройствами, сходными с применяемыми для десантирования военной техники. Кроме того, пассажирские кресла и кресла пилотов снабжены индивидуальными спасательными парашютами, а кабина имеет аварийные сбрасываемые люки в пассажирском салоне и кабине пилотов. В остальном конструкция самолета и его «начинка» основаны на использовании опыта постройки современных истребителей-бомбардировщиков, таких, например, как Су-34, и не представляет существенной новизны. Топливо размещается в крыльевых и фюзеляжных баках.
Предлагаемый СПС «Фанстрим» (FanStream) предназначен, как видно, для частных и корпоративных владельцев, склонных к неординарным путешествиям. При полетах в Европе и Америке самолет может базироваться на военных и специальных аэродромах, где ограничения по шуму не слишком жесткие.
А еще самолет «Фанстрим» может практически без каких-либо переделок совершить стратосферный «прыжок» на высоту до 50 км, при этом у пассажира будет до двух минут невесомости, впечатляющий вид из иллюминатора на черное «космическое» небо и голубую Землю. Вот здесь-то и пригодится форсажный режим двигателей. Как известно, модернизированный двигатель АЛ-31ФМ3 обеспечивает максимальную тягу на форсаже, равную 15 000 кгс! Небольшая продолжительность полета (до 1 часа), неполная заправка топливом и быстрая подготовка к следующему вылету способны сделать такие рейсы вполне рентабельными: их сможет себе позволить и человек со средними доходами.
И еще одна игрушка. О так называемых суборбитальных полетах давно говорят, и уже кое-что сделано («Скай Берд»), есть и другие проекты «дешевого» космоса. Суборбитальным называют полеты с подъемом на высоту до 100 км и приблизительно пятиминутной продолжительности состояния невесомости. Установка на самолет «Фанстрим» дополнительного кислородно-керосинового ракетного двигателя тягой от 10 до 40 тонн позволит решить и эту задачу. Емкость с жидким кислородом можно разместить на месте фюзеляжных баков в гаргроте. Такие полеты могут быть достаточно частыми и производиться с аэродромов, обеспечивающих заправку самолета жидким кислородом и ремонт (замену) ракетного двигателя. Частоту рейсов рационально планировать на уровне 50 полетов в год.
Предварительно проект «Фанстрим» оценивается в $1 млрд при парке, включающем 10…12 самолетов. Время выхода в первый рейс — через 4…5 лет. Ежегодный налет одного составит до 1000 ч. Срок службы (ресурс) по планеру — 20 лет. Замена или ремонт двигателей — через 1000 ч. Билет для полета через Атлантику обойдется в $30 тыс., стратосферный прыжок $50 тыс., суборбитальный полет $200 тыс. Не исключено также использование «Фанстрима» для запуска небольших спутников.
Гарантией успеха может служить то обстоятельство, что проект базируется в основном на проверенных технических решениях. Здесь могут быть использованы существующие технологии и готовые агрегаты, в первую очередь двигатели. Применение одного типа самолета для различных целей, безусловно, привлекательно в экономическом плане.
Обеспечение безопасности полётов самолёта «Фанстрим».
Странный вопрос — конечно же ДА! А на авиационном транспорте? Тем более, ведь вопросы безопасности — это необъятная тема для дискуссий, постоянная головная боль конструкторов, менеджеров, эксплуатантов и предмет для волнений многих пассажиров… И хороший бизнес для страховых компаний. Впрочем, большинство пассажиров просто не думает о возможности несчастья, садясь в самолет. А кто думает — тот не летает! И все же, стоит самолету коснуться полосы — все пассажиры испытывают чувство облегчения. Любопытно, какие чувства испытывает пилот?
Как известно, безопасность гражданских самолетов обеспечивается разными способами, но почти все они связаны с повышением надежности. Спасение пассажиров в нештатных (аварийных) случаях предусматривается только на земле, для чего воздушные суда снабжены спасательными жилетами, выходами основными и аварийными, привязными ремнями. На случай аварии в полете имеются только кислородные маски (если произойдет разгерметизация или задымление салона), да система пожаротушения. В отличие от гражданских, военные самолеты оборудуются системами аварийного покидания, то есть реальными системами спасения членов экипажа!
Понятно, что спасти всех пассажиров гражданского самолета технически почти невозможно из-за непомерной массы такой системы. Известны только экзотические решения для бизнес-джетов (BJ). А нужны ли и возможны ли технические спасательные системы для сверхзвуковых бизнес-джетов (SSBJ), если последние все-таки появятся?
Что говорит статистика?
Известно, что в ходе выполнения гражданских пассажирских перевозок погибает в среднем один из 500 тысяч пассажиров. Создатели авиационной техники давно и убедительно доказали, что воздушный транспорт — один из наиболее безопасных. Это действительно так. Правда ценой очень больших затрат, как умственных, так и финансовых, да порой еще и ценой жизни испытателей и нервов конструкторов.
Что касается налета на одну потерю в ВВС, то эта информация, как правило, закрытая. Однако известно, что, например, в истребительно-бомбардировочной авиации при возникновении угрозы катастрофы в конце минувшего века благодаря наличию систем спасения (катапульты, парашютных систем и т.п.) удавалось сохранить жизнь экипажей в 70…90 % случаев.
Отечественный гражданский сверхзвуковой лайнер Ту-144 перевез приблизительно 3,5 тыс. пассажиров, а англо-французский «Конкорд» — 1,5 млн. При этом в результате катастроф погибло немногим более 120 человек. Напрашивается вывод: пассажирская сверхзвуковая авиация менее безопасна, чем дозвуковая… Однако это утверждение нетрудно оспорить, поскольку объем пассажироперевозок на сверхзвуковых лайнерах недостаточен в смысле репрезентативности (не будь известной катастрофы «Конкорда», унесшей более сотни жизней, и статистика для «сверхзвуковиков» выглядела бы намного привлекательнее. Причинами же двух чрезвычайных происшествий с Ту-144 стал, по-видимому, в основном «человеческий фактор», да и произошли они не на сверхзвуке. И все же, принять дополнительные меры безопасности для экипажей и пассажиров SSBJ необходимо!
Что думает пассажир?
Поскольку дозвуковых самолетов много, их аварии не вызывают такой бури эмоций и трансляций по телевидению и публикаций в других СМИ. Садясь в сверхзвуковую машину, пассажир склонен требовать больших гарантий. Так что на этом рынке при продаже самолета или услуг по перелетам придется ориентироваться не только на реальное качество продукта, но и на психологию покупателя. На рынке — как на рынке! Так что, предлагая сверхзвуковые полеты, следует постараться обеспечить максимально возможные гарантии безопасности. В рассматриваемом случае именно благодаря системе спасения такие гарантии получаются уникальными и беспрецедентными! Ни один серийный пассажирский самолет до сих пор не имеет системы спасения экипажа и пассажиров. И если предусмотреть в конструкции предлагаемого нами варианта SSBJ комплексную спасательную систему, то это может стать существенным преимуществом проекта.
Как спасти пассажиров и экипаж «Фанстрима»?
Схема работы системы спасения
Принципиальная возможность спасти людей «Фанстрима» имеется. Требования в идеальном варианте звучит так: «Система должна успешно функционировать при всех режимах, высотах и скоростях полета, включая H=0 и V=0». Задачка не простая: на сегодня этой формуле в полной мере удовлетворяют далеко не все системы спасения. Разве что знаменитое катапультное кресло К-36 — заслуженный предмет гордости ОАО НПП «Звезда» (да и всей отечественной авиации).
Применительно к пассажирскому «сверхзвуковику» следует применить некую комбинированную систему: спасать необходимо всех участников полета во всех случаях применения, включая сверхзвуковой, «прыжок» и суборбитальный полет. В принципе, прочная герметизированная кабина позволяет обеспечить выполнение этого требования. Основные проблемы, вероятно, возникнут при полете на малых высотах и скоростях. Отделяемая кабина для двух пилотов успешно применялась на бомбардировщике F-111A (США), более крупная была предусмотрена на первых «Шаттлах», а схожие парашютные системы применяются для десантирования военной техники и приземления спускаемых аппаратов космических кораблей.
Система спасения состоит из…
Собственно пассажирской кабины-капсулы, соединенной разрывными болтами с фюзеляжем самолета по фланцу. Кабина вместе с частью наплыва крыла, трапом, носовым обтекателем и передней стойкой шасси должна отделяться от опасных частей самолета (двигателей и топливных баков). По сути, отделяется вся передняя часть самолета. Под двойным полом кабины находится необходимое оборудование для работы системы жизнеобеспечения, включая аккумуляторы и баллоны со сжатым воздухом. Кабина оборудована системами связи и навигации, радиомаяком, запасом продуктов и питьевой воды. Иллюминаторы являются аварийными выходами, а в амортизированные пассажирские кресла «вложены» индивидуальные парашюты и спасательные жилеты, радио и световые маяки и спутниковые телефоны. В кормовой части кабины снаружи под верхним «козырьком» закреплен контейнер с парашютом и реактивными тормозными двигателями. Сам контейнер имеет реактивные ускорители для его принудительного катапультирования вверх через сбрасываемый люк в «козырьке». Стропы парашютной системы соединены с кабиной по двум поясам — носовому (за кабиной пилотов) и кормовому. Носовые стропы уложены вдоль фюзеляжа в соответствующих пазах и закрыты легкосбрасываемыми панелями. Там же под «козырьком» находятся телескопические штанги со стабилизирующими парашютами.
На «сверхзвуке» и в ближнем космосе
Отделяемая кабина «Фанстрима»
В случае обнаружения непредвиденных обстоятельств, дефектов, сбоев в работе систем или неуправляемых маневров любой из пилотов, приняв решение об аварийном отделении, нажимает на кнопку и запускает систему спасения. Предполагается, что все пассажиры находятся на своих местах и пристегнуты к креслам и индивидуальным парашютам. Кресла пассажиров разворачиваются «спиной» к направлению полета и принимают заданное положение спинки. Срабатывают разрывные болты и освобождают кабину. С этого момента кабина совершает полет отдельно от самолета. После этапа свободного планирования выдвигаются штанги со стабилизирующими парашютами, и кабина после уменьшения скорости до установленного значения стабилизируется в нормальном положении с оптимальным углом атаки. На высоте 4 км при скорости около 400 км/ч автоматически приводится в действие парашютная система. Парашютный контейнер вылетает вверх через люк в козырьке за счет тяги прикрепленных к нему катапультных ускорителей, вытаскивая за собой стропы из пазов внешней обшивки кабины. Стропы, натянувшись, вытягивают из движущего вверх контейнера устройство с тормозными двигателями. Двигаясь дальше, контейнер освобождает купол основного парашюта. На основном парашюте кабина опускается на землю (воду). Перед контактом с поверхностью срабатывают реактивные «тормоза» и вертикальная скорость снижается практически до нуля. При контакте с поверхностью энергия удара поглощается благодаря расчетной деформации кабины, а кресла гасят все, что осталось и еще снижают перегрузку, воздействующую на пассажиров.
На малых высотах и скоростях
На высоте менее 4 км и при скорости менее 400 км/ч парашютная система срабатывает сразу после стабилизации кабины. А на высотах менее 50 м, когда основной купол раскрыться полностью не успевает, но и вертикальная скорость кабины невелика, работают только реактивные тормоза. При наличии некоторой горизонтальной скорости такая система и в этом случае «унесет» кабину от аварийного самолета и смягчит удар о поверхность.
После приземления (приводнения) экипаж и пассажиры могут покинуть кабину через основную заднюю дверь, через кабину пилотов (открыв или сбросив фонарь), а также через аварийные выходы иллюминаторов. При аварийной посадке на воду кабина сохраняет герметичность и нормальное положение, обеспеченное низким расположением центра тяжести, а также выпуском передней стойки шасси, если это получится. Запасов электроэнергии, продуктов и питьевой воды должно хватить на 7-10 дней, чего достаточно для обнаружения и спасения людей.
А зачем же парашюты у пассажиров?
При штатной работе системы спасения индивидуальные парашюты не пригодятся, однако могут возникнуть ситуации, когда ими стоит воспользоваться. Это можно сделать непосредственно из самолета, если он летит на «дозвуке» и небольшой высоте, выпустив трап и открыв заднюю дверь. В этом случае кабину может покинуть один из пассажиров, если его, например, перестали устраивать соседи! Так же можно поступить и на этапе спуска на основном парашюте, если он получил серьезные повреждения и не обеспечит мягкую посадку. В любом случае индивидуальный парашют будет способствовать тому, чтобы большее число пассажиров вообще купило билет на этот самолет!
Самолет «Фанстрим» может совершить посадку на одном двигателе, а в некоторых случаях (при небольшом остатке топлива) и без двигателя. Наряду с высокой степенью надежности самолета в целом, предусмотренная система спасения действительно позволяет обеспечить безопасность как при «обычных» сверхзвуковых дальних перелетах, так и при уникальных не совсем обычных суборбитальных полетах.
Важным свойством системы является то, что она должна работать по разным программам в зависимости от параметров полета, обеспечивать без переделок все виды полетов, сохраняя конструктивное единство. Важно отметить и еще раз подчеркнуть, что система спасения «Фанстрима» практически не содержит новых элементов или принципов; она базируется на отечественном и зарубежном опыте и может быть создана при участии соответствующих предприятий. В то же время не будет лишним сообщить, что именно практическая отработка системы спасения может стать основной экспериментальной частью проекта «Фанстрим».
Таким образом, на нашем «экстремальном» самолете благодаря применению традиционных путей повышения безопасности — высокого качества, надежности элементов и дублирования систем, диагностики и высококлассного обслуживания — с одной стороны и внедрению высокоэффективной всережимной и многоступенчатой системы спасения с другой стороны возникает возможность обеспечения самой высокой степени безопасности, приблизившись к уровню гражданской авиации сегодняшнего дня.
Заключение (не эпилог)!
Поиск компромисса — процесс сложный и каждый автор решает его несколько по-своему. Проект «Фанстрим» — это попытка вывести на рынок совершенно новое транспортное средство при жестких технических, юридических и коммерческих ограничениях и других проблемах сверхзвуковых гражданских перевозок. Можно надеяться, что реализация этого проекта станет мостиком к будущим регулярным дальним сверхскоростным перелетам, доступным для широкого круга людей.
