flying_elk (flying_elk) wrote,
flying_elk
flying_elk

Categories:

Немного о матчасти Ан-24/26.

Немного отвлечемся от дел нынешних, вспомним короткую и немного давнюю историю про матчасть, аэродинамику и жизнь. И как оно все связанно...


Собственно поводом для этого поста стал комент в «фейсбуке» - там Украинско-Канадский авиамоделист Алексей Скляр строит великолепную модель самолёта Ан-26. Хотя «модель» это не достаточное слово, что-бы описать эту красоту. Я и вообще к Ан-26 и всей его семье Ан-24/26/30/32 дышу то не ровно, а у Алексея получается не модель, а произведение авиаискуства! Короче говоря комплименты я там могу ещё долго говорить, чего собственно и делаю, вместе с другими зрителями. И вот, когда недавно Алексей выложил фото очередной законченной части - киля, то вспомнилось...

Кстати, те кому не очень интересна «авиаистория» Фирмы «Антонов» то можете читать все описанное ниже и представить, что с очень похожими проблемами год назад пришлось столкнуться и инженерам Фирмы Boeing в истории с 737MAX vs MCAS и запасами управляемости самолёта, только по рулю высоты. И именно поэтому у них так долго не получается исправить возникшие там проблемы, потому что не хватает там ни просто переписывания и требования тщательного выполнения процедур пилотами, ни даже пререпрошивки программного обеспечения.

Ну и собственно история:
На части хвостового оперения - киля и руля направления, в числе многих прочих деталей присутствуют такие вот штуки:







Когда-то и очень подробно и интересно мне довелось узнать, откуда взялись на руле направления эти угловатые пластиночки и зачем они нужны. Холодной весной 1998-го мне очень повезло проходить теоретическое обучение на самолёт Ан-28 «по индивидуальной программе» в учебном центре АНТК «Антонов». Обучение собственно представляло собой пару недель хождения по многочисленным корпусам и отделам КБ и встречам с различными конструкторами, которые хорошо или плохо, но рассказывали мне о устройстве самолёта.
«Плохо» - потому что конструктора то тоже люди, кто-то умеет рассказать, кто-то много знает, а кто-то и не очень. Например, пришёл я в отдел систем управления и там один из когда-то участников создания Ан-28 развернул большие и пыльные схемы, и начал мне решительно рассказывать о системе управления самолётом, часто повторяя фразу «- а вот тут мы подключаем рулевые машинки автопилота...». К тому моменту я уже несколько раз побывал в кабине Ан-28, и даже в полёте, и вот как-то автопилота там ну не находилось. Какое-то время я скромно молчал, удивляясь, как же я мог его проглядеть, но так как и модель автопилота называлась такая, что и на тоже хорошо знакомых мне на тот момент Ан-24/26, то спустя пару часов занятия я таки понял, что если бы он там был, то я бы его увидел. И поэтому вежливо спросил:
- Извините, так а вроде бы нет на Ан-28 автопилота???
Ответ был в стиле «иди отсюда мальчик»:
- Конечно есть, видишь, это же схема управления, я сам ее когда-то рисовал, тут автопилот есть, значит и на самолёте должен быть!
Мы так и продолжили изучение системы, что-бы потом уже, на практике, я таки подтвердил, что на Ан-28 автопилота таки нет. Когда-то, на раннем этапе проектирования он был предусмотрен, но практически никогда не устанавливался.

Но многие Конструктора КБ конечно знали своё дело, и ещё и умели рассказать хорошо и интересно. В один из дней Зав Учебной части встретила меня с особой радостью: «- Тебе очень повезло, я уговорила почитать тебе аэродинамику Ореста Васильевича Флоринского...» Я тогда конечно же не знал, что это один из ведущих аэродинамиков КБ, и что те пару дней занятий будут действительно и очень полезными и на редкость приятными, как для такого сложного предмета, как аэродинамика. Чем меня, пилота, очень удивил Орест Васильевич, то что для его возраста (ему тогда было уже очень за семьдесят), и положения (он активно участвовал в создании практически всех Антоновских самолётов на тот момент, начиная кажется ещё с Ан-2, ну и потом всех остальных Ан-ов, включая «Руслан», «Мрию», Ан-70 и так далее), то общался он очень спокойно и доброжелательно. И что ещё важнее, зная теорию аэродинамики до ее самых глубин, но мне он объяснял ее на очень простом и связанном с практикой уровне.
- Смотри, у «двадцать восьмой» хвостик короткий, что это нам даёт???
- Э-э-э...
- Ну да, раз хвост короткий, то оперение не далеко от центра тяжести, а это значит не большие моменты от килей и рулей. Поэтому мы поставили два киля и большие рули, рычаг маленький, но силы больше, поэтому хватает...
Контраст таких объяснений с тем, как нам читали аэродинамику в университете был потрясающим - там нам преподаватель исписывал всю доску формулами и графиками, но мы едва ли понимали их смысл, а тут же при одном взгляде на конструкцию самолёта, то уже вся аэродинамика его «ожила и полетела» и становилось понятно, что к чему, и как это работает в полёте.

Ну и конечно мы пробежались по всем основным разделам аэродинамики. Одним из всегда сложных для понимания является тема «устойчивости и управляемости самолёта». И в качестве «живой иллюстрации» Орест Васильевич то как раз вспомнил тему «проблем с рулем направления у Ан-24».
На тот момент Ан-24 уже вполне себе летали в Советском Союзе и близких странах. Но потом Антоновцы создали его «военно-транспортную модификацию» Ан-24Т (вернее очень точно говоря Ан-24РТ, там в правую мотогондолу добавили ещё один небольшой реактивный двигатель и увеличили взлетную массу, что воплотилось потом и в сериях Ан-24РВ и Ан-26). И этой модификацией заинтересовались ВВС Египта, заказали и оплатили сразу несколько самолётов. Сложным моментом было то, что Египет далеко не во все времена был «пламенным сторонником идеалов социализма», отношения то теплели то холодели. И в тот момент как раз отношения были не очень, на поставку военно-транспортного самолёта Египтяне устроили полноценный конкурс, в котором принимали участие как советский так и очень западные самолеты. И наш Ан-24 этот конкурс таки выиграл! Но по бумагам... А вот когда первый самолёт прибыл в Египет, то решили проверить соответствие обещаного реальному, самостоятельно проведя дополнительные испытания на предмет «а соответствует ли Ан-24 заявленным в рекламе характеристикам и заодно общемировым нормам?». Да, в СССР на тот момент не было «жестких требований» по сертификации самолётов, или же они были мягче остального Мира, а нормы соответствующие мировым стандартам появились лишь где-то в 80-ых годах.
И вот все шло вроде как неплохо, пока дело не дошло до выполнения взлетов с отказом одного двигателя. И тут то оказалось, что самолёт Ан-24 на взлёте при выключении двигателя перед отрывом не укладывается в минимальные пределы безопасности - он разворачивается в сторону на слишком большой угол и руля направления летчику не хватает, что бы это отклонение парировать. Эти неопрятные новости дошли до КБ, первым решением было отправить в Египет «фирменного» летчика-испытателя, что бы он научил Египтян летать правильно. Кто-то из именитых летчиков, чуть ли не сам ведущий тогда Лётчик-Испытатель Юрий Владимирович Курлин, туда поехал и ... вышел на связь с плохими новостями. Он то слетал и у него все получилось, но египтяне все равно отказались принимать результат, потому что по тем нормам после отказа двигателя сначала давалась задержка в реакции пилота 2 секунды, и только потом можно было вмешивался в управление, то есть с расчетом на реакцию «не ожидавшего отказа и средне подготовленного» лётчика. И вот если реагировать на отказ двигателя с задержкой, то самолет действительно в нормы сертификации не укладывается. Летчики-испытатели «на базе« попробовали и так и так, но ничего не получалось.
При чем Египтяне ещё те «заказчики» - тут же начался очень громкий скандал, что самолёт не соответствует заявленным характеристикам, соответственно они разрывают контракт на поставку всей партии и тут же требуют, оплаты большой цифры неустойки в твёрдой валюте. Да ещё и ко всему это и громкий удар по репутации «самой лучшей авиатехники в Мире...« И на решение проблемы дали всего несколько дней, которые бегут ох как быстро.

В КБ начался очередной «аврал» с бесконечными консилиумами, «как же быть»???
Для простоты объяснения напомню формулу любой аэродинамической силы:



- q - плотность воздуха, что проще говоря является условиями атмосферы - температурой и давлением, на них не повлияешь.
- Су- это коэффициент зависящий от профиля крыла (в данном случае руля направления). Самолёт уже сделан, соответственно менять профиль и этот коэффициент не возможно. Ах да, можно было бы добавить угол отклонения руля направления, это фактически бы изменило профиль киля и руля направления, но у Ан-24 отклонения педалей и так требует серьезных усилий ногами пилота, и при большем угле это уже выходило за пределы человеческих возможностей.
- Поэтому первым, самым простым и легко возможным решением было «увеличить скорости» - V - тогда общий результат формулы - аэродинамическая сила возрастёт и руль заработает как надо. Но... быстро посчитали - минимальной скорости отрыва пришлось бы добавить не менее чем пару десятков километров в час. И до этой скорости самолету бы надо было дольше и дальше разгоняться по полосе. А так как Ан-24 не истребитель, запас по тяге у него небольшой, то это давало лишние чуть ли не полкилометра разбега. Египет то покупал «легкий военно-транспортный самолёт» Ан-24 не для того что бы летать с трехкилометровых полос... Вообщем не получилось вопрос решить «скоростью».
- Оставалась в формуле одна буква - S - площадь. Вроде бы просто: по расчётам там всего под метр добавить требовалось, значит либо наращиваем руль направления назад, либо немного вверх, и проблема решена. Но по задней кромке руля в нижней части идёт триммер, у него там своя тяга управления и узлы навески - если все это «передвинуть», то фактически руль надо заново делать. Такая же проблема, если делать «вставку» вверх - самолеты то уже сделаны, и им теперь и руль и киль переделать сложно. И долго!!!
А там ещё и «прочнисты» (те, кто отвечает за крепость конструкции самолёта) голос подняли: «Если вы увеличиваете руль направления, то он то даст больше аэродинамической силы, но и нагрузки на киль и всю хвостовую часть возрастут, их надо усиливать...».
После этого занервничал «отдел массы и центровки»: «- Э-э-э, и вставка ваша в киль, и усиления конструкции, это и добавка массы, а значит потеря полезной загрузки. Да ещё и все это «вешается» на самую хвостовую часть, даже если и массы там будет сотня килограмм, но расстояние от центра масс и плечо силы большое, соответственно центровка уйдёт, если мы хотим удержать баланс, то прийдется либо стабилизатор подворачивать либо крыло двигать...» И аэродинамика опять пойдёт в сторону, и не понятно в какую. Вообщем проблема оказалась сложной, и как решить не понятно. Лётчик-Испытатель Валерий Валентинович МиГунов в таких случаях шутит «Авиация такая сложная штука - тут хвост подняли, так нос увяз...»
Несколько дней размышлений всеми возможными специалистами ни к чему сначала не привели. Насколько я помню рассказ Ореста Васильевича, то в КБ прибыл кто-то из очень больших военно-воздушных начальников и поставил вопрос «ребром», и как в старые и недобрые времена: всех «причастных» закрыть в каком-то из отделов, пусть сидят там дни и ночи, пока что-то не придумают!
И, к сожалению уже не помню кто, но видимо в состоянии почти отчаяния пошёл на стоянку к настоящему самолёту Ан-24 и ... нашлось красивейшее решение! Этот Кто-то обратил внимание на зоны узлов навески руля направления. На Антохах руль направления крепится к килю на довольно массивных кронштейнах, которые и сами занимают значительную площадь руля. И они ещё, особенно в отклонённом состоянии руля, оставляют за собой сильный «аэродинамический след» через всю остальную площадь поверхности, где аэродинамика «не работает». Это примерно как на гладкой воде от лодки остаются волны, расходящиеся углами в стороны. Решением же было то, что на киль перед этими кронштейнами решили наклепать «турбулизаторы» (несколько сантиметровые дюралевые уголки), которые сами создавали зоны возмущённого потока, но эти потоки собой ограничивали зону «аэродинамического следа» от кронштейнов - зона «волн» разбивалась другими волнами. И тем самым дополнительная зона на руле направления освободилась от возмущений и теперь аэродинамика «заработала» как надо. Самолет получилось сертифицировать по требованиям заказчика.

Вообщем в очередной раз довелось убедиться, что Авиация - это интересно, умно, и красиво.

А ещё Орест Васильевич тогда в завершении тех учебных дней как раз коснулся и ранее и позднеене слышанную мной мысль, что на самом деле законы аэродинамики абсолютно подобны и всем другим законам физики любых «полей», то есть когда много частиц перемещаются, то они создают силы и возмущения. И между прочим законы поведения человеческого общества в эту теорию тоже вполне укладываются...



P.S. Рассказывать такие штуки словами достаточно сложно, поэтому предлагаю картинку. Синие стрелки перед килем - линии воздушного потока. На узле выше показано как эти линии расходятся от узла навески руля без турбулизаторов, на нижнем узле красным показан аэродинамический след от турбулизаторов, и синим видна уменьшившаяся зона возмущения потока.
Tags: Ан-24, киль, турбулизаторы
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 15 comments