в) определение жизненных условий для пассажиров во время полета и максимального комфорта,
г) возможность совершать рейсы даже в тяжелых метеорологических условиях для получения высокой регулярности полетов по расписанию»
К этому следует добавить еще одно, специфическое в то время для нашей страны условие — возможность эксплуатации самолета с имеющихся взлетно-посадочных полос (ВПП).
Это последнее требование крайне важно. Было горячее желание обеспечить взлет и посадку самолета на аэродромы по всей территории Советского Союза, дать возможность населению выбраться из любого «медвежьего уголка» страны. Ту-154 приходил на смену Ту-104. Но даже и он в начальный период эксплуатации вынужден был использовать на посадке тормозной парашют. Не хватало длин ВПП, бетонные покрытия небольшой толщины не обладали достаточной прочностью, плохое качество бетона приводило к выкрашиванию. Проседание и износ бетонных плит обуславливал появление ступенек на ВПП. А ведь самолет Ту-154 на 20 тонн тяжелее Ту-104. Впервые экономика самолета рассматривалась на реальной сети авиационных трасс и аэродромов.
Необходимы были принципиально новые разработки, чтобы гарантировать эксплуатацию Ту-154 на аэродромах, принимающих турбовинтовые самолеты Ил-18 и Ан-10. Удовлетворить эти требования удалось благодаря высокому уровню механизации крыла: введению впервые на советском пассажирском самолете предкрылков, обслуживающих переднюю кромку крыла, интерцепторов и мощных откатных трехзвеньевых щелевых закрылков.
Размах закрылков на Ту-154 за счет сокращения размаха элерона доведен до 75 % длины крыла. А уменьшение размаха элерона компенсировано использованием интерцепторов, как органов поперечного управления.
Анализировалось влияние хорды закрылка на его характеристики. Было установлено, что при небольших приростах подъемной силы закрылок с малой хордой обладает лучшим аэродинамическим качеством. Малая хорда выгодна при взлетах с пониженной тяговооруженностью, например в условиях жары и высокогорья. Однако при посадке у закрылка с такой хордой есть серьезный недостаток — у него невелик коэффициент подъемной силы Сочетание благоприятного влияния малой хорды во взлетном положении механизации с большими значениями Су максимум на посадке обеспечивается использованием эффекта переменной хорды.
Обоснование эффекта переменной хорды было большим достижением в исследованиях. Реализовалось это так.
Закрылок на самолете Ту-154 состоит из перемещаемых относительно друг друга трех элементов: дефлектора, среднего звена и хвостика. Для плавного обтекания закрылка на больших углах отклонения (более 25) между его звеньями открываются профилированные щели. На малых же углах, пока плавное обтекание закрылка не нарушено, щели нежелательны, так как они несколько увеличивают сопротивление трения и, следовательно, уменьшают аэродинамическое качество. Поэтому в оптимальном варианте число щелей, как и хорда, должны изменяться в зависимости от положения закрылка. На взлетном режиме при углах отклонения закрылка 28° специальный механизм прижимает дефлектор к крылу. В потоке находятся только среднее звено и хвостик, образуя двухщелевой закрылок умеренной хорды. А на посадке, при угле отклонения 45° работают все секции трехщелевого закрылка с увеличенной эффективной площадью. Она создается за счет отката закрылка и раздвижения его звеньев.
Применение указанной схемы закрылков и кинематики их отклонения одновременно с предкрылками позволило добиться на самолете Ту-154 максимального коэффициента подъемной силы 2,5–2,7 при достаточно высоком значении аэродинамического качества — по сравнению со значением коэффициента максимальной подъемной силы 1,35—1,45 на чистом крыле.
Однако исследования по созданию оптимальной механизации крыла были лишь одним из направлений работ по обеспечению использования в эксплуатации сети существующих аэродромов. Стала очевидной необходимость уменьшения давления на бетонные плиты ВПП во время взлета и посадки самолета, то есть разработки нового многоколесного шасси.
Еще ранее в отделе техпроектов Сергей Михайлович организовал небольшую группу самолетных механизмов, возглавляемую Фокиным Николаем Дмитриевичем, куда входили молодые талантливые инженеры-исследователи — такие, как Леша Семенов, Феликс Волошин, Толя Федько и другие. Они работали в тесном контакте с бригадами шасси и управления ОКБ, практически ежедневно бывая друг у друга. Но эта группа позволяла отцу реализовать в конкретном схемном решении новые идеи в области механизации не отрывая от работ по выпуску чертежной документации основные бригады ОКБ. Этой группе Сергей Михайлович и поручил разработать предложения по новой схеме шасси.
В результате длительных поисков, к которым подключилась и бригада шасси Я. А. Лифшица, родилась схема трехосевой шестиколесной тележки основного шасси, где при уборке в гондолу крыла стойка укладывалась в промежутке между двумя рядами колес, а тележка разворачивалась на 180° в вертикальной плоскости.
Эта схема оказалась уникальной и высокоэффективной в габаритно-весовом отношении. Достаточно сказать, что при проектировании самолета «Боинг-777» сорок лет спустя представители фирмы «Боинг» приезжали в ОКБ консультироваться по этому вопросу.
Необходимо отметить, что во время проектирования самолета Ту-154 также впервые в СССР было осознано и сформулировано требование по экологии. В отделе технических проектов проводились исследования по снижению шума на местности при взлете самолета. Ту-154 имел повышенную энерговооруженность по сравнению с имевшимися в то время машинами. Двухконтурные двигатели НК-8У обладали еще малой степенью двухконтурности, велика была роль истекающей струи газов в создании звукового давления. Предлагаемые конструкции глушителей струи приводили к значительным потерям тяги. В результате длительных расчетов была выбрана оптимальная тяговооруженность самолета и оптимальная в смысле шума траектория взлета, с крутым отходом от земли и резким дросселированием двигателя при полете над «точкой замера», то есть после выхода за границу аэродрома. Позже при формулировании ИКАО нормативов по шуму самолет Ту-154 оказался полностью удовлетворяющим предъявленным требованиям.
Не осталось без внимания и требование безопасности перевозки пассажиров. Впервые в практике отечественного самолетостроения на Ту-154 введено тройное дублирование основных систем самолета — электрической, гидравлической, системы управления.
Также впервые устанавливаются гидроусилители систем управления элеронами, закрылками, рулями высоты и направления, в полтора — пять раз снижающие усилия, прилагаемые летчиком при управлении самолетом.
Следует отметить, что, как указывают Даффи и Кандалов, «это был как раз конец золотого века советской авиационной промышленности; имеющиеся ресурсы для создания новых самолетов, в первую очередь для гражданской авиации, в последующие годы резко сократились, впервые после 30-х годов разработка нового проекта оказалась в прямой зависимости от возможностей ЭКОНОМИКИ».
Разработка принципиально новой конструкции, не основанной на опыте военного предшественника, требовала больших материальных затрат. Поэтому впервые в практике отечественного самолетостроения было принято решение провести конкурс между ОКБ Туполева, Ильюшина и Антонова за право получить ответственное и очень интересное в творческом плане задание на разработку самолета.
После изучения представленных документов Министерство гражданской авиации остановило свой выбор на предложениях ОКБ Туполева. Во многом это решение определялось проведенными в отделе техпроектов расчетами экономичности воздушных перевозок на проектируемом самолете.
Таким образом, Сергей Михайлович полностью реализовал на Ту-154 осознанную им новую философию проектирования пассажирских самолетов, основанную как на опыте предыдущих работ по самолетам гражданской авиации, так и на научном предвидении направления развития этой отрасли авиастроения.
Мысли, взгляды и опыт проектирования Ту-154 оказались крайне важными для развития всего отечественного самолетостроения. Поскольку вся исследовательская работа велась в тесном взаимодействии с ГосНИИГА, то ее результаты во многом вошли в разрабатываемые в то время «Нормы летной годности самолетов» (НЛГС), ставшие требованиями ко всем разрабатываемым самолетам.
Так с первых же страниц в п. 1.2.13 «НГЛС-1», вышедших впервые в 1967 году, целями эксплуатационных испытаний объявляются:
«— выявление условий, обеспечивающих регулярность полетов;
— предварительное определение экономичности эксплуатации;
— оценка комфорта для пассажиров и экипажа и удобства перевозки багажа, почты и грузов;
— уточнение трудоемкости технического обслуживания и штатной численности обслуживающего персонала…»
Сравните эти формулировки с приведенными выше отрывками из учебника Сергея Михайловича «Проектирование пассажирских самолетов», опубликованного в 1964 году.
Могу утверждать, что деятельность ОКБ Туполева, в том числе и Сергея Михайловича, заставляла развиваться гражданскую авиацию. Самолеты, которые предлагало ОКБ в начальный период, чаще всего не ждали в «Аэрофлоте», зачастую сопротивлялись их внедрению. Так было с самолетом Ту-70. Самолет Ту-104, ставший «эпохой» в отечественной гражданской авиации, потребовал создания бетонных полос. Самолет Ту-114 вынуждал удлинить эти полосы, внедрить системы аэродромного обеспечения. Освоение реактивной авиации — Ту-124, Ту-134, Ту-154 — диктовало требования нового уровня пассажирского обслуживания, технического обеспечения эксплуатации самолетов.
То. что это была очень напряженная, ответственная и тяжелая работа, говорит хотя бы тот факт, что Сергей Михайлович, назначенный А. Н. Туполевым главным конструктором самолета Ту-154 с середины 60-х годов вместо Дмитрия Сергеевича Маркова, прошел с этим самолетом путь от осевой линии на первом чертеже до эксплуатации самолета в российских и зарубежных компаниях.