"Авиация и космонавтика 1999 03" - читать интересную книгу автора

ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НА ШТОПОР

А. ЩЕРБАКОВ

Штопор стал спутником авиации с самого ее рождения и, к сожалению, остается таковым и на сегодняшний день. Конечно, сегодня это спутник в ином, более безопасном качестве, чем 75 лет назад, но, тем не менее, избавиться от него пока, увы, не удалось.

С появлением первых самолетов в начале века отмечались случаи падения по спиральной траектории. Это объясняли наличием в атмосфере особых интенсивных вихрей, которые затягивали в себя самолет. Первое правильное и достаточно детальное описание штопора было опубликовано во французском журнале инженером-авиатором Лафоном в 1912 году.

Описывая характеристики самолета "Антуанет", автор говорил, что на этом самолете нельзя лететь слишком медленно и допускать кабрирование, так как он свалится на крыло и будет падать, врашаясь. Однако же нельзя лететь и очень быстро и круто снижаться, так как от этого сложатся крылья. Как можно было определить золотую середину, когда еще не было указателя скорости, автор ничего не говорит. Но он, вероятно, первым отметил, что штопор связан с потерей скорости. В то время упасть в штопоре было предпочтительней, чем со сложенными крыльями. Ввиду малой удельной нагрузки на крыло вертикальная скорость самолета была невелика, и падение в штопоре хотя и разрушало самолет, но летчик при этом отделывался легкими ушибами. С началом первой мировой войны началось бурное развитие авиации. Скорость самолетов значительно увеличилась, из-за чего падение в штопоре стало смертельно опасным. Обучение в военных авиационных школах стало массовым. В ходе воздушных боев истребители широко применяли фигуры высшего пилотажа. Все это увеличило вероятность попадания в штопор и умножило его жертвы. Случалось, что летчик-истребитель, одержав победу в воздушном бою, погибал, попадая в штопор. Так, из-за штопора погиб один из лучших российских асов Евграф Николаевич Крутень.

Долгое время никто не знал, как остановить роковое вращение. Были случаи, когда самолет из штопора выходил, но почему, благодаря каким действиям летчика, оставалось загадкой. Кто-то должен был решиться на рискованный, опасный эксперимент. Достоверно утверждать, кто первым этот эксперимент провел успешно и поведал другим летчикам результаты, вероятно, сегодня невозможно. Хотя это и не имеет документальных подтверждений, а только устные свидетельства, назовем эти имена. В августе 1916 года преднамеренно выполнил штопор англичанин Фрэнк Гуд-ден. Примерно тогда же француз Жорж Гинемер, а осенью 1916 года русский Константин Арцеулов. Все трое выполнили штопор независимо друг от друга. Все трое очень рисковали, потому что тогда, как и сейчас, не все самолеты выходили из штопора. Этим первопроходцам повезло в том, что им попались самолеты, выходящие из штопора. Нужно отдать должное приоритетам Гуддена, Гине-мера и Арцеулова, но не за то, что они решились первыми, а за то, что они, вероятно, поняли, что это сделать возможно. Заявки на более раннее преднамеренное выполнение штопора (в 1915 году и ранее) при тщательном анализе оказались несостоятельными. Выдающийся советский летчик Громов на восьмидесятилетии Арцеулова сказал, что первое преднамеренное выполнение штопора он считает для развития авиации столь же важным событием, как первое выполнение петли Нестеровым.

Что же такое штопор? Это вертикальное снижение самолета на больших углах атаки с вращением относительно всех трех осей. Но эти слова мало что дают воображению. Представить себе это явление можно только увидев штопорящий самолет или хотя-бы штопорящую модель. В штопоре самолет бывает неуправляем или почти не управляем. Его реакция на действия летчика рулями прямо противоположна той, что бывает в нормальном полете, и к которой привык летчик. От чего происходит штопор? Он случается тогда, когда летчик требует от самолета более того, что самолет может дать, требует от крыла подъемной силы, на которое крыло не способно. Есть такая разновидность человеческого стресса, когда внешние сигналы-раздражители превышают приемные возможности нервной системы и она, нервная система, от этих раздражителей отключается, защищая себя от опасного перенапряжения. Действия человека становятся заторможенными и неадекватными. Штопор самолета похож на такой человеческий стресс. Такие же, как и у человека, неадекватные и заторможенные реакции. Вопреки действиям и желанию летчика самолет неудержимо идет к земле. Но есть между человеком и самолетом разница. Граница стресса у человека весьма подвижна. Иногда он способен переносить нагрузки нечеловеческие, а иногда раскисает по пустякам. Самолет в этом смысле проще. Граница его стресса вполне стабильна. Определение этой границы и есть задача летных испытаний. Не все самолеты имеют такой штопор-стресс. Есть самолеты с хорошими характеристиками штопора. Для них он не тяжелый стресс, а скорее легкая дамская истерика, скоро переходящая в кокетливые улыбки. Но каким будет штопор у самолета, станет ясно только в летных испытаниях. Но зачем такие испытания? Зачем преднамеренно доводить самолет до такого состояния? А затем, чтобы правильно определить маневренные возможности самолета. Маневренность - одно из основных качеств самолета. Конечно, лучше было бы определять границы, не переступая их, но, к сожалению, многолетняя практика говорит, что это не всегда возможно. Попав в штопор, летчик должен быть уверен, что сумеет из него выйти. Если такой уверенности нет, то во избежание штопора он не решится доходить до границы маневренных возможностей своего самолета и станет жертвой не штопора, а своего противника в бою. Маневренность нужна не только боевому самолету, но и пассажирскому лайнеру. В мире есть немало аэропортов, в которых предпосадочный маневр требует малых радиусов разворота. Это или горные районы, или посадочные полосы, расположенные в густо застроенных районах городов.

Типичное разрушение самолета после падения в плоском штопоре

Летная практика освоила штопор в 1916 году, опередив на несколько лет теорию. Первые теоретические работы по штопору принадлежат англичанину Глауэрту. Они опубликованы в 1919 году, но практическое их значение было невелико. В СССР с конца двадцатых годов успешно разрабатывали теорию штопора Пышнов и Журавченко. Их работы для советского самолетостроения имели большое практическое значение. В тридцатые годы в ЦАГИ была построена вертикальная аэродинамическая труба для испытания на штопор моделей конкретных самолетов. Этот метод исследования дает наиболее достоверные и надежные результаты до настоящего времени. Испытания на штопор желательно проводить на ранних стадиях испытаний. Знания характеристик штопора - гарантия от попадания в него при определении характеристик управляемости. Гибель опытных самолетов из-за незнания и несвоевременного проведения испытаний на штопор случалась, и нередко.

Цикл испытаний на штопор начинается с упреждающих научных исследований. Изготавливается динамически подобная модель испытуемого самолета с дистанционным управлением рулями и продувается в вертикальной штопорной трубе, где определяются характер штопора и оптимальные действия рулями. Параллельно проводится математическое моделирование. На основании проделанной работы ЦАГИ выдает заключение для летных испытаний. На случай, если вывод из штопора рулями окажется невозможным, самолет оборудуется противоштопорными ракетами. Это специальные ракеты двухстороннего действия. Они устанавливаются на левом и правом крыле. При нажатии летчиком соответствующей кнопки в кабине одна ракета дает тягу вперед, другая - назад, и эта пара сил остананливает штопорное вращение. В проведении летных испытаний на штопор желательна специализация летчика. Чем больше летчик провел таких испытаний, тем больше надежды на успешное их окончание, а неудачи чаще случаются с дебютантами.

Первые испытания на штопор автор провел в 1957 году. До этого признанными мастерами штопора были С.Н.Анохин и Я.И.Верников. Они-то и благословили меня на эти испытания. Последние свои испытания на штопор я провел в 1983 году. В двадцати километрах от аэродрома Рамен-ское в сороковых годах в большом лесном массиве был вырублен квадрат три на три километра. Его еще в пятидесятые годы использовали как полигон для бомбометания. Затем полигон закрыли. Полеты на штопор с пятидесятых годов выполнялись над эти квадратом. Он был хорошо виден с воздуха и являлся ориентиром. Выполняя свои штопора в восьмидесятых годах, я заметил, что квадрат почти исчез. Кувыркаясь над ним около тридцати лет в штопоре, я не сразу понял, что вырос новый лес. Что было достигнуто за этот срок? В эти годы авиация развивалась стремительно. Первые реактивные. Первые сверхзвуковые. Новые аэродинамические схемы. Все эти новшества так или иначе влияли на характеристики штопора и требовали дополнительных исследований. Летные испытания увеличились по количеству полетов. В полетах стали выполняться штопора с больших высот и со сверхзвуковой скорости. В результате обобщения большого летного опыта была создана классификация видов штопора и методика выводов. Было установлено, что один и тот же самолет может иметь разные виды штопора, а каждый вид штопора требует своего метода вывода. Думаю, что в этой области мы опередили ведущие авиационные державы.

В течение этих тридцати лет автор был свидетелем всех испытаний на штопор и непосредственным участником большинства из них, и поэтому хотелось бы рассказать о некоторых конкретных случаях.

Испытания на штопор считаются одними из наиболее сложных и рискованных. Казалось бы, отчего же? Упреждающие научные исследования. Постоянное научное сопровождение полетов. Наконец, возможность аварийного вывода из штопора ракетами. Откуда же еще риск? В чем опасность? Поясню это на конкретных примерах. В 1960 году ЛИИ поручили летные исследования штопора первой модификации МиГ-21. Летчик фирмы выполнил два или три полета на штопор и дал положительное заключение. Тогда считалось, что за три полета можно определить главное, выводится самолет из штопора или не выводится, а затем в последующих полетах можно исследовать всякие тонкости и влияния различных факторов. Испытания в аэродинамической трубе были проведены, но материалы испытаний еще не были полностью обработаны. Ориентируясь на результаты полетов летчика фирмы, ЦАГИ дал предварительное положительное заключение. Летные испытания - это еще и производство. Значит, - план, сроки, обязательства по его выполнению. Самолет к этому времени оборудовать полностью не успели. Не были смонтированы про-тивоштопорные ракеты. Руководство, посоветовавшись, предлагает мне начать полеты без ракет, хотя бы в условиях, в которых были сделаны полеты летчика фирмы. Из заключения следовало, что характеристики штопора хорошие. Если следовать уже принятой метафоре, у самолета будет не штопор-стресс, а так, легкий психоз. Я даю согласие начать полеты без ракет. В полетном задании сказано, как для вывода действовать рулями, сколько можно сделать попыток вывода, на какой высоте применить ракеты, если вывод рулями оказался безуспешным, и на какой высоте катапультироваться, если и ракеты не помогли. Действия рулями оговорены точно. Они основаны на надежно проверенных опытом результатах, ибо никто не рискнет предлагать летчику недостаточно проверенные рекомендации. Однако летный опыт иногда опережал науку, и опытный летчик мог иметь еще и свою программу действий, но с личной ответственностью за конечный результат.

И вот в очередном полете самолет вошел в плоский штопор, штопор-стресс. На рекомендованные действия рулями самолет не реагировал и из штопора не выходил. Я с тоской посмотрел на кнопки с надписями "Вывод из левого штопора", "Вывод из правого штопора". Кнопки были, а ракет, которыми они управляли, не было. А самолет идет к земле со скоростью 100 метров в секунду. Уже проскочил высоту, на которой нужно катапультироваться. Крайний дефицит высоты и времени. Еще одна непредусмотренная заданием импровизированная попытка, и вращение прекратилось, но на слишком малой высоте. После анализа записей приборов возникло предположение, что я из-за малого опыта действовал рулями не самым лучшим образом. Следующий полет поручили сделать многоопытному Анохину, но уже с ракетами. И в первом же его полете опять плоский штопор. Опять вывод рулями не удался. Самолет был выведен ракетами. Анохин очень лестно оценил мои действия. Из этого случая стало ясно, что главный результат иногда выявляется не в начале испытаний, а "под занавес". Можно сказать, что поторопился с заключением летчик фирмы, поторопились специалисты ЦАГИ, поторопился с решением и я. А еще стало ясно, что начинать испытания без ракет нехорошо.

В 1972 году я испытываю очередную модификацию МиГ-23. Опять плоский штопор. Опять самолет на действия рулей не реагирует. На нужной высоте нажимаю кнопку "Вывод из левого штопора". При этом правая ракета стреляет вперед, левая назад. Что происходит слева, из кабины не видно. Действие ракеты кончилось, а штопор не прекратился. Опять повторной попыткой с некоторой импровизацией вывести самолет из штопора удалось, хотя и слишком низко. В чем же дело? Необходимая тяга ракет определяется расчетом достаточно точно. Почему они не остановили штопор? Оказалось, сработала только правая ракета. Результат ошибки электромонтажа. Оказывается, с одной ракетой тоже нехорошо. После этого случая штопор и метод вывода МИГ-23 были подвергнуты теоретическому анализу и было рекомендовано опробовать в полете новый, ранее не применяемый метод действия рулями. Проверка в полете подтвердила правильность рекомендаций. МиГ-23 можно надежно выводить из штопора, но более сложным, чем применялся ранее, методом. Но военный заказчик в лице ГК НИИ ВВС новый метод признать не захотел и требовал надежный вывод более простым методом. Александр Васильевич Федотов продолжил испытания в поисках более простого метода, который, увы, не находился. В очередном полете Федотов воспользовался ракетами слишком низко. Обе ракеты сработали нормально, но из-за малой высоты пришлось выводить самолет из послештопорного пикирования на пределе возможностей. Небольшая неточность пилотирования, - и снова штопор. А ракеты уже использованы. Далее - катапультирование на предельно малой высоте. Позже новый метод заказчику пришлось признать, и он вошел в руководящие документы, хотя это стоило потери самолета и лишней рискованной ситуации для Федотова.

В 1983 году летчик-испытатель ЛИИ Римантас Станкявичус испытывал на штопор МиГ-29. Вывести рулями самолет не удалось. На нужной высоте он включил ракеты, а они сработали наоборот, не на торможение, а на раскрутку. Опять ошибка электромонтажа. Самолет раскрутило так, что остановить его не смог бы, ухватив за хвост, сам черт. Опять катапультирование на опасно малой высоте. А в шестидесятые годы Олег Гудков испытывал на штопор Су-15. Один раз ракеты были использованы. На самолете были смонтированы новые. Для вывода в очередном полете они не потребовались, но самопроизвольно сработали при заходе на посадку. Самолет резко развернуло и накренило. Высота полета позволила летчику выровнять самолет. А если бы это случилось на меньшей высоте, результат был бы роковым. Оказывается, и с двумя ракетами бывает нехорошо. Почему было так много отказов ракет? В этих ракетах пороха больше, чем в крупнокалиберном артиллерийском снаряде. Часто проверять их работу нельзя, а редко применяемый агрегат всегда таит в себе возможность отказов. Все описанные случаи окончились для летчиков благополучно. Все они остались целы. К сожалению, так бывало не всегда.

Теперь о пассажирских и транспортных самолетах. Их на штопор не испытывают. Они по сравнению с самолетами боевыми имеют меньшую прочность, и есть опасность на выводе из послештопорного пикирования превысить ограничения по скорости и перегрузке. Поэтому у этих самолетов границу штопора стараются определить, ее не переступая. В качестве аварийного средства вывода применяются не пороховые ракеты, а специальные парашюты, установленные в хвостовой части самолета. В отличие от самолетов боевых, на пассажирских и транспортных катапультных кресел нет, а преодолеть с парашютом несколько метров от рабочего места до спасительного люка, когда твой вес умножается на перегрузку от вращения самолета, - дело безнадежное. Поэтому в случае невыхода из штопора пассажирского самолета финал может быть только трагический.

Казалось бы, пассажирские лайнеры по условиям эксплуатации попадать в штопор не должны. Однако же попадают нечасто, но периодически. Такая беда начала преследовать в пятидесятых годах самолет Ту-104. В августе 1958 года разбился рейсовый самолет в районе Хабаровска. То же произошло в 1959 году в районе Казани. Бортрадист передал, что они падают, но не сказал, от чего. Разбивались из-за штопора схожие с пассажирским Ту-104 бомбардировщики Ту-16. Но тот же Ту-104 в 1959 году в районе Иркутска летчик сумел вывести из штопора, чем спас от гибели более сотни человек. Сумел вывести из штопора самолет Ту-16 летчик-испытатель Куйбышевского завода Александр Казаков. 11 июля 1985 года в Узбекистане в районе Учкудук разбился рейсовый Ту-154. В этом случае экипаж не понял, что самолет в штопоре. А самолет Ту-154 из штопора выводили летчики-испытатели Агапов, Мезох, Павлов. Значит, тех пассажиров можно было бы спасти. После случаев с самолетами Ту-104 в ЛИИ были проведены специальные летные испытания, в результате которых были внесены изменения в конструкцию и в условия эксплуатации, после чего штопорение этих самолетов прекратилось. Этими доработками были исключены органические причины попадания в штопор. Однако другие лайнеры Ту-154, Ан-22 "Антей", Ан-24, Як-40, А-310, не имея причин органических, все же в результате каких-либо отказов или ошибок пилотирования в штопор попадали. Если причина катастрофы штопор, то это подтверждается не только черными ящиками, но и его положением на земле. Попыток вывода, как правило, не было, хотя возможности вывода были, если бы летчики действовали своевременно и правильно, а они бы действовали так, если бы их этому учили. Но в гражданской авиации этому не учили даже теоретически. В РЛЭ (руководство по летной эксплуатации) пассажирских самолетов даже нет раздела "Штопор", хотя в отчетах ЦАГИ есть соответствующие рекомендации.

В истребительной авиации летчиков штопору учат, но только теоретически. В РЛЭ есть хотя бы соответствующий раздел. Учебно-тренировочные полеты на штопор в ВВС и ПВО не производились с пятидесятых годов, в результате были утрачены школа обучения штопору и инструкторский опыт. В связи с этим следует отдать должное инициативе командующего авиацией ПВО Евгению Яковлевичу Савицкому, который в свое время сделал систематическими непосредственные связи летчиков-испытателей ЛИИ и ОКБ с летным составом ПВО. Олег Гудков и я обучали штопору летчиков-инспекторов ПВО для того, чтобы те могли квалифицированно объяснять об этом всему летному составу. Выполнял такую работу и летчик-испытатель ОКБ Микояна А.В.Федотов. Но более широкое обучение штопору не практиковалось.

В плоском штопоре на лес упал МиГ-23…

Были случаи, когда на штопор пытались списать некоторые летные происшествия. Так, 6 апреля 1966 года из СССР в Западную группу войск перелетали два истребителя-перехватчика Як-28П. В Берлине в районе Шпандау один из них упал в озеро Штессен. Летчики Борис Капустин и Юрий Янов погибли. Я испытывал этот самолет на штопор и меня пригласили проанализировать этот случай. Самолет Як-28П с точки зрения штопора был одним из наиболее сложных, и был соблазн списать катастрофу на штопор. Ознакомившись с обстоятельствами, которые мне сообщили, я отклонил штопор как причину происшествия. Впоследствии истинная причина, после проведения специальных летных испытаний, была установлена.

Что еще сказать о штопоре? Автор испытывал на штопор 22 типа самолетов. Последним был Су-25. Этот штурмовик был самым, с точки зрения штопора, безопасным и простым из всех мне известных. Он штопорил, только когда его заставлял сам летчик. Как только насилие кончалось, самолет выходил из штопора сам.

22 типа самолетов, испытанных на штопор, это, вероятно, - абсолютный рекорд {возможно, что он достоин занесения в книгу рекордов Гиннеса. - прим. ред.). Все эти испытания прошли благополучно, хотя острые, щемящие ситуации случались. С каждым испытанным типом самолета прибывала уверенность, что я сумею вывести рулями из штопора любой самолет. Но возраст и медицинский надзор поставили точку в реализации моего опыта.

Нужно еще сказать об обязательных участниках испытаний на штопор - ведущих инженерах. В ЛИИ инженеров специализировали по видам испытаний, в том числе и на штопор. Подготовка бывала достаточно длительной. Главная задача инженера - научно-инженерное сопровождение полетов. Инженер, дешефрируя после каждого полета записи приборов, должен предупредить летчика о возможном ухудшении характеристик штопора, если он заметил тенденцию к этому. Он должен четко и грамотно составлять очередное полетное задание. Испытания на штопор сложны и рискованны и для инжененра. Спросите, какой риск в ожидании самолета на стоянке и в дешифрации приборов? Если полет прошел успешно, никакого. А если летчик и самолет вернулись порознь? Если потерян опытный самолет? Или, того хуже, летчик и самолет вернулись на землю вместе, но не на аэродром? Тогда любая'неточность формулировки в задании, недоговоренность или неопределенность, на которые никто не обратит внимания в случае благополучного окончания полета, станет предметом внимания аварийной комиссии в случае летного происшествия. Так бывало не раз. Хотя до судебно-уголовной ответственности на моей памяти дело не доходило, но профессиональная репутация инженера ставилась под сомнение. Работа ведущих инженеров-штопористов в ЛИИ оценивалась достаточно высоко, и они пользовались известным пиететом. Один поэт из ЛИИ, - а в хорошем коллективе всегда найдется поэт, написал:

Что такое штопор? Я спросил однажды. Мне сказали: "Что ты, Это знает каждый".

Здесь проста наука, Не чеши в затылке. Штопор - это способ Открывать бутылки.

Далеко идущий С хватктую кулацкой Мне сказал ведущий Инженер Бурлацкий:

"Штопор - это способ Заработать деньги. Что имеешь в месяц, То имею в день я.

За виток - по трешке, В месяц - три оклада, Здесь важнее ноги, Головы не надо."

Молвил Золотухин: "Не из простофиль мы. Про такие штуки Мы снимаем фильмы."

А Васянин, очи Смежив на мгновенье: "Штопор - это очень Много уравнений.

Если штопор плоский, Не тяни мгновенья, Выводи скорее, Плюнь на уравненья." Ну и так далее.

Что касается ног, это верно. Для организации полетов инженеру приходится много ходить по аэродрому. Что же касается головы, то тут поэт дал слишком много воли сарказму. Без хорошей головы таким делом заниматься нельзя. В стихотворении приведены подлинные фамилии инженеров. Действительно, с Робертом Золотухиным в процессе полетов мы сняли фильм.С Виктором Васяниным в начале шестидесятых годов мы впервые в стране в летных испытаниях исследовали опасное явление - аэроинерционное вращение. Я был уже опытным летчиком, а он только начинал инженерную деятельность. Он был хорошо подготовлен математически, но не совсем себе представлял, что будет, если самолет начнет вращаться не по его уравнениям, а как-то иначе. Я помогал ему составлять полетные задания и объяснял, что разница между самолетом и электронным стендом та, что если движение самолета примет опасный характер, то вернуть его в исходное положение, как на стенде, нажатием кнопки будет невозможно. А опасный характер движения самолета может быть опасным и для летчика, и для инженера. Виктор это усвоил и впоследствии провел много летных исследований экстремальных режимов полета. А двадцать лет спустя, когда я начал работать над диссертацией, он стал моим научным руководителем и помог мне приобщиться к науке.