Злой гений авиации — штопор
В апреле 1961 года на летной базе ОКБ мне довелось первым из летчиков Института летать на варианте самолета МиГ-21, на котором впервые применили систему СПС — сдува пограничного слоя. При работе системы СПС на верхнюю поверхность отклоненного вниз закрылка крыла через специальные отверстия вдувается сжатый воздух, подводимый от компрессора двигателя. Он ускоряет скорость потока, проходящего над крылом, вследствие чего давление воздуха над ним уменьшается, что увеличивает подъемную силу. Это также предотвращает срыв потока, что позволяет увеличить угол отклонения закрылков и повысить их эффективность. В результате посадочная скорость самолета заметно уменьшается.
На летно-испытательной станции ОКБ меня готовил к полету летчик-испытатель фирмы Георгий Мосолов. Он вместе с одним из инженеров рассказал мне об этой системе и об особенностях поведения самолета.
Я выполнил три полета подряд, без заруливания на стоянку. Когда я на планировании при включенном тумблере СПС выпустил закрылки на 40° и автоматически включился сдув, поведение самолета сразу изменилось. Он как будто лег на «подушку», почувствовалось, что он плотно и устойчиво держится в воздухе.
Однако при выдерживании самолета над самой землей перед приземлением, когда скорость постепенно уменьшается до посадочной, поведение самолета показалось мне необычным. На второй посадке я понял, а на третьей убедился, что после выравнивания мне приходилось невольно отдавать от себя ручку, вместо того, чтобы все время подбирать ее на себя. Самолет по мере уменьшения скорости стремился поднять нос и отойти от земли. Это была явная неустойчивость по скорости (устойчивый самолет при уменьшении скорости стремится опустить нос, чтобы ее сохранить).
Когда в летной комнате я рассказывал о полете и упомянул о неустойчивости на посадке, Мосолов и другие присутствовавшие заулыбались. Заметил-таки! Я понял, что, зная об этом недостатке, они хотели проверить, насколько эта особенность терпима для летчика, впервые с ней встретившегося и как он отреагирует. Но все же утаивание такой особенности было не совсем этичным. А что, если бы я из-за неожиданности допустил ошибку?
Через некоторое время самолет с СПС передали на испытания в наш Институт, и на нем выполнили полеты несколько летчиков Управления. На техническом совещании, проводившемся после испытаний, возникла дискуссия. С одной стороны, самолет по устойчивости на посадке не удовлетворял ОТТ ВВС, поэтому инженеры и некоторые летчики высказались против одобрения системы. Но большинство летчиков, и я в том числе, считали, что система дает большие преимущества в уменьшении посадочной скорости и требуемой длины ВПП, и ее нужно внедрить. Летчики сумеют приспособиться к особенностям устойчивости, а в крайнем случае систему можно и не включать. Эта возможность и решила дело, система СПС была одобрена и, насколько я знаю, широко применялась в строевых частях.
При обсуждении я еще высказал мысль, что повышенная «плотность», устойчивость движения самолета на предпосадочном планировании (до участка выравнивания при посадке) имеет и оборотную сторону. Поведение самолета без СПС, при уменьшении скорости до очень малой заметно меняется. Самолет на малой скорости, как говорят летчики, «неплотно сидит в воздухе». А при включенной СПС необычно хорошее поведение самолета на малой скорости не «подсказывает» летчику об ее уменьшении. В то же время скорость уменьшалась быстрее, чем без СПС, из-за увеличенного сопротивления воздуха. Поэтому надо было внимательно следить за скоростью и вовремя ее поддерживать увеличением оборотов двигателя. Такое предупреждение мы записали в инструкцию.
Однако мне известен один случай, когда эта особенность привела к неприятности. На Чкаловском аэродроме при тренировочных ночных полетах летчиков-инспекторов ВВС один из них, планируя на посадку, не ощущая падения скорости по поведению самолета, не заметил этого и по прибору. На высоте около десяти метров скорость стала недопустимо малой, самолет, хотя и не свалился на крыло, благодаря СПС, но грубо приземлился. К счастью, обошлось только поломкой.
В марте 1962 году на совместные государственные испытания поступил комплекс перехвата Ту-28-80, состоящий из самолета Ту-28 (позже он стал называться Ту-128), и той же наземной системы наведения «Воздух-1». В нем еще заметнее проявилась тенденция обеспечения боевых возможностей прежде всего за счет системы вооружения. Самолет был тяжелым, и по летным данным, кроме дальности полета, значительно уступал другим перехватчикам. Достаточно сказать, что его максимальное число М ненамного превышало 1,6, а потолок был около 15000 м. Однако самолет имел мощную радиолокационную станцию с большой дальностью обнаружения и захвата цели и четыре мощных ракеты К-80 дальнего действия. Скоростную цель этот самолет догнать не мог — можно было только пустить ракеты на отставании (после вывода системой наведения на малую дальность). Однако основным назначением этого комплекса был перехват целей на встречных курсах, с атакой в их передней полусфере. С точки зрения противовоздушной обороны такой перехват выгоднее, так как не тратится время на заход в хвост цели, и она может быть атакована на более дальнем рубеже.
Перехват в передней полусфере стал возможным благодаря увеличению дальности действия РЛС и наличию оператора, занятого при атаке только этой задачей и не отвлекающегося на пилотирование самолета. Позже обеспечили возможность такого перехвата и на одноместных истребителях, но только тогда, когда внедрили элементы автоматизации в управление как самолетом, так и вооружением. Дело в том, что при атаке на встречных курсах скорость сближения самолетов очень велика — может достигать 3000 и более километров в час, поэтому атака весьма скоротечна, и летчику трудно успеть выполнить все действия с РЛС и с вооружением и одновременно пилотировать самолет.
Большая зона обзора радиолокатора и наличие второго члена экипажа — оператора РЛС на Ту-128 давали также возможность полуавтономных действий, когда наземная система выводит самолет в район возможного появления самолетов противника, а поиск производится экипажем самостоятельно. Это важно для противовоздушной обороны в удаленных районах, где трудно обеспечить сплошную зону обзора наземных радиолокационных станций, например, над океаном или в Заполярье. Там эти самолеты в дальнейшем и несли боевую службу.
Аналогичный комплекс несколькими годами раньше был создан в ОКБ С.А.Лавочкина на основе самолета Ла-250. Я рассказывал уже, что из-за аварии при испытаниях и последовавшего вскоре сокращения авиации работу над этим комплексом прекратили. А потом фактически эту же задачу поручили Туполеву. Нас это удивляло — ОКБ Туполева не имело опыта создания истребителей и вообще небольших самолетов. Это отразилось в том, что самолет получился более тяжелым, чем мог бы быть. Я думаю, как летательный аппарат он уступал самолету Лавочкина, который, правда, мы не успели оценить в испытаниях.
Знаменитый конструктор Андрей Николаевич Туполев, обладавший исключительным конструкторским талантом и интуицией, имел и слабости. Так он не доверял современным системам управления с гидроусилителями, которые уже широко вошли в жизнь. Туполев не захотел применить гидроусилители в управлении рулем высоты на созданном в 1950-х годах очень удачном бомбардировщике Ту-16, поэтому усилия управления оказались слишком большими.
Но Ту-128 — сверхзвуковой самолет, он не мог обойтись без цельного управляемого стабилизатора, перемещать который из-за больших потребных усилий можно только посредством гидравлических силовых механизмов. Андрей Николаевич был вынужден согласиться с их использованием, но недоверие его проявилось в том, что оставили и ручное управление. В случае отказа гидравлики летчик должен был специальными рычагами освободить рули высоты, до этого жестко закрепленные на стабилизаторе, и управлять непосредственно ими. Это усложнило и утяжелило конструкцию, но я не знаю ни одного случая, когда эта аварийная система использовалась.
В ноябре 1962 года с самолета Ту-128, впервые в истории отечественной авиации, был сбит в лобовой атаке самонаводящейся ракетой К-80 самолет-мишень Ил-28.
Со стороны военных испытателей на Ту-128 основными летчиками являлись Эдуард Князев, Юрий Рогачев, Игорь Лесников и Игорь Довбыш (в начале испытаний также Г.Т.Береговой и Н.И.Коровушкин). А штурманами летали Н.Мозговой, В.Малыгин, Г.Митрофанов и А.Хализов. Руководил испытательной бригадой Владимир Викторович Мельников, ведущим инженером был Николай Николаевич Борисов, а от ОКБ представлял Д.Кантор.
На Ту-128 тоже проявилась неустойчивость по перегрузке, свойственная многим самолетам со стреловидным крылом, о которой я уже рассказывал. Когда однажды Рогачев выполнял испытательный режим на устойчивость на высоте около 10000 м, его самолет стал задирать нос, несмотря на последующую дачу штурвала вперед, увеличил угол атаки выше критического и сорвался в штопор. Штурман-оператор Мозговой собрался катапультироваться, но Юра в не очень вежливых выражениях приказал ему сидеть на месте. На высоте ниже 5000 метров ему удалось вывести самолет из штопора.
За спасение опытного самолета в этом полете по написанному мной (и поддержанному А.Н.Туполевым) представлению Рогачев был награжден орденом Красного Знамени, а Мозговой орденом Красной Звезды.
Поскольку идет речь о Ту-128, расскажу еще о некоторых связанных с ним событиях, в том числе и о трагическом, происшедшем в последующее десятилетие.
На самолетах с гидравлической системой управления выявилась одна неожиданная особенность: на некоторых типах машин проявлялось чрезмерное фазовое запаздывание самолета по отношению к движению ручки управления. Давая ручку против какого-либо нежелательного движения самолета по тангажу, например, поднятия носа, летчик, не почувствовав сразу эффекта из-за задержки реакции самолета, еще добавлял отклонение руля, что было уже лишним. Ощутив затем чрезмерное движение самолета, летчик отклонял рули в обратную сторону. Опять, не заметив сразу эффекта, он добавлял руля больше чем нужно. Таким образом, действуя «с перерегулированием» и невпопад из-за запаздывания, летчик сам раскачивал самолет, выходя при этом на большую перегрузку.
Это явление было названо «колебаниями, вызванными летчиком» (часто используется английская аббревиатура РIO — pilot induced oscillations), хотя в основе их лежат недостатки контура управления летчик-самолет. Летчики называют это «раскачкой».
Мы встречались с этим явлением еще на МиГ-19 и пришли к выводу, что в этом случае надо задержать ручку, т.е. остановить ее примерно в нейтральном положении. Колебания сразу же прекращались. Но в то же время мы убедились, что даже знающий природу этих колебаний и ожидающий их возникновения летчик вначале рефлекторно делает два-три движения по их парированию, усугубляя раскачку, и только потом останавливает ручку управления. На самолетах-истребителях, рассчитанных на большую перегрузку, это обычно не приводит к неприятностям (хотя у нас однажды Эдуард Колков катапультировался из самолета Су-17 попав в раскачку на малой высоте). Однако на тяжелых самолетах, у которых предельная по прочности перегрузка намного меньше, возрастание ее при увеличении амплитуды колебаний может привести к разрушению конструкции.
Для предотвращения раскачки часто устанавливают демпферы, гасящие колебания. Когда на Ту-128 еще не было демпфера, в режим раскачки попал летчик-испытатель Игорь Довбыш. Он допустил три колебания, после чего вспомнил, что надо задержать ручку. Перегрузку около 5 единиц самолет выдержал. А на ракетоносце Ту-22, имеющем меньший запас прочности, в подобных обстоятельствах в нашем Институте произошел трагический случай. Этот самолет спроектирован неустойчивым на дозвуковой скорости, чтобы на сверхзвуке, где устойчивость всегда повышается, она не была бы чрезмерной, мешающей управляемости. А на дозвуке устойчивость обеспечивалась демпферами, которых для надежности было два. Экипаж выполнял полет на оценку устойчивости с одним работающим демпфером. По заданию они выключили один демпфер, а второй оказался неисправным! Самолет вошел в режим колебаний, и на третьем «качке» стал разрушаться. Штурман Виталий Царегородцев успел катапультироваться и спасся, летчик Владимир Черноиванов катапультировался позже, и его парашют не успел открыться, а радист Алексей Лузанов остался в самолете и разбился. После этого, кроме демпферов, на Ту-22 установили еще и ограничитель скорости перемещения штурвала, чтобы препятствовать слишком резким движениям летчика при парировании колебаний самолета.
Самолет Ту-128 обладал еще одним недостатком, характерным для стреловидных самолетов с крылом большого удлинения, жесткость которого меньше, чем у более короткого крыла. На большой приборной скорости отклонение элеронов приводит к «закручиванию» консолей потоком воздуха в противоположные отклонению элеронов стороны, что уменьшает эффективность управления по крену, а при более сильной закрутке приводит к обратному действию элеронов, так называемому реверсу.
Так и было у летчика-испытателя Александра Кузнецова, когда он, кажется в 1970 году, на Ту-128 с высоты 5000 м выполнял спираль — крутой разворот со снижением — для проверки управляемости на большой скорости. Когда скорость превысила 1000 км/ч, Кузнецов стал поворачивать штурвал для вывода из крена, но самолет не слушался. Он выкрутил штурвал до упора, но эффекта не было. Положение стало критическим, самолет быстро терял высоту. Но Кузнецов сообразил использовать для вывода руль поворота (обычно выводят только элеронами), дал педаль против крена, и самолет на высоте ниже 2000 м стал выправляться.
Позже, в 1971 году, из-за этого недостатка произошла катастрофа. Летчик Вячеслав Майоров и штурман Геннадий Митрофанов на самолете Ту-128 выполняли испытательный полет на проверку достаточности элеронов для вывода самолета из крена после пуска двух ракет с одной консоли крыла, когда на другой еще висят остальные две ракеты, и машина стремится накрениться.
Летчику была задана высота 10000 м и число М=1,6, при этом приборная скорость должна не должна была превышать 1010 км/ч, когда еще сохраняется некоторая эффективность поперечного управления. Именно приборная скорость является определяющим фактором при реверсе — она характеризует скоростной напор воздуха. Разгоняя самолет с большей высоты, Майоров снизился на 200 м ниже заданной, а число М в момент пуска ракет было чуть-чуть больше заданного. Отклонения очень небольшие, но оба они увеличивали приборную скорость, которая оказалась больше 1020 км/ч, предельной по эффективности элеронов.
После пуска ракет летчик, как ему и было задано, четыре секунды не вмешивался в управление (для того, чтобы имитировать возможную ошибку строевого летчика). Это их и погубило. Самолет стал крениться влево с опусканием носа. Когда Майоров отклонил штурвал полностью на вывод, крен был уже больше 45° и продолжал увеличиваться. Самолет, перевернувшись на спину, уже был в пикировании и скорость возрастала. Ту-128 на пикирование с большой скоростью не рассчитан. Майоров катапультировался, но поясной привязной ремень под действием напора воздуха лопнул, нижняя часть кресла отошла от летчика, а потом подлокотником ударила Майорова по тазу. Парашют автоматически раскрылся, но летчик опустился на землю мертвый. Митрофанов по неизвестной причине не катапультировался.
Очевидно Майоров, контролируя указатель числа М и высотомер, не заметил, что приборная скорость превысила 1020 км/ч. Может быть при подготовке летчика к полету не было подчеркнуто, что главным параметром, определяющим эффективность элеронов, является приборная скорость и ее предельное значение нельзя превышать. Майоров, наверное, мог бы вывести самолет из крена, если бы сообразил использовать руль поворота, как сделал Кузнецов, но у него для этого решения были буквально доли секунды.
Я прилетел на место падения на вертолете сразу после спасательного вертолета. Слава Майоров лежал на земле, накрытый парашютом, а от самолета осталась груда обломков.
Вернусь в начало шестидесятых годов. В конце 1963 года состоялось очередное присвоение авиаторам звания «Заслуженный летчик-испытатель СССР», которым удостоили и меня (через 12 лет работы в Институте). Звания «Заслуженный летчик» и «Заслуженный штурман» для испытателей были введены в 1959 году, тогда они были присвоены группе летчиков и штурманов Министерства авиационной промышленности и нашего Института. Почетный знак «Заслуженного летчика-испытателя СССР» с номером 1 получил С.Н.Анохин из ЛИИ, а «Заслуженного штурмана-испытателя СССР» номер 1 — наш Николай Степанович Зацепа.
Нам вручали почетные знаки в феврале 1964 года. Вместе со мной в Президиуме Верховного Совета СССР в Кремле знаки получали генерал А.П.Молотков, полковник П.Ф.Кабрелев и другие. Должен был вручать Брежнев, который являлся тогда Председателем Президиума, но он куда-то улетел с визитом, и награждал нас один из заместителей. (Если бы я получил это звание на полгода позже, вручал бы, возможно, мой отец — он стал в июне Председателем Президиума вместо Брежнева).
В 1963 году на самолете Су-7Б испытывался новый прицел для бомбометания с кабрирования — ПБК-1. Это был совершенно новый вид бомбометания для истребителей-бомбардировщиков. При таком методе, разработанном главным образом для ядерных бомб, самолет идет на цель на бреющем полете и затем выполняет вертикальный маневр — горку, если он не дошел до цели, или полупетлю, если он прошел через нее. В верхней точке сбрасываются бомбы, и они, описав гиперболическую траекторию, падают вблизи цели. Такой метод позволяет скрытно подойти к цели на бреющем полете и затрудняет средствам ПВО противника стрельбу по самолету. После сброса самолет со снижением на максимальной скорости переходит снова на бреющий полет, чтобы уйти от воздействия ударной взрывной волны.
Испытательные полеты выполняли Вадим Петров и Владимир Гроцкий. В один несчастный день утром после полета Петрова второй полет выполнял Гроцкий. Произошла катастрофа, самолет разбился, летчик погиб. Вторая гибель в нашем новом Управлении.
Анализ причины представляет технический интерес. Самолет шел к цели со скоростью 1050 км/ч на высоте менее 100 метров. Неожиданно у него стали выпускаться посадочные закрылки (могло произойти замыкание в сети или летчик случайно нажал кнопку их выпуска). Скорость полета почти в два раза превышала предельно допустимую по прочности для выпущенных закрылков, поэтому большой кусок закрылка отломился и ударил по половинке горизонтального стабилизатора, отбив ее (она упала на землю вслед за куском закрылка). Дальше произошло что-то невероятное: самолет упал почти тут же после падения половинки стабилизатора, хотя, имея большую скорость, должен был пролететь дальше по инерции.
На самолете были подвешены три бомбы, но их в обломках не нашли, а «ушки» их подвески оказались разорванными. Ведущий инженер по испытаниям В.Комлюхин что-то посчитал на бумажке и пошел вперед по направлению полета самолета. Примерно в трех километрах он нашел все три оторвавшиеся бомбы. Выяснили, что ушки рассчитаны на силу до 3000 кг. Вес бомбы 100 кг, значит перегрузка была около 30! Неужели на самолете могла возникнуть такая большая перегрузка? Расчетная разрушающая перегрузка всего 12!
Причиной этого оказалась поломка половины горизонтального стабилизатора. Дело в том, что при полете на предельной приборной скорости создается сильный кабрирующий момент — самолет стремится поднять нос и уйти вверх. Летчик удерживает его в горизонтальном полете почти полной отдачей ручки от себя. Аэродинамические расчеты показали, что при отломленной одной половине управляемого стабилизатора оставшаяся половина не могла удержать самолет в горизонтальном полете, — он «вздыбился», как бы встал поперек направления движения и резко затормозился. Стальные лонжероны его крыла переломились, как спички еще до удара о землю. Мощные стойки шасси, похожие на стволы тяжелых гаубиц, сорвав замки, рывком выпустились и скрутились под действием силы инерции колес. А бомбы сорвались с подвески. При такой перегрузке летчик погиб, очевидно, еще в воздухе.
А должен был выполнять этот полет Вадим Иванович Петров, молодой тогда летчик-испытатель, с которым мне много лет потом довелось вместе работать. Он позже стал Героем Советского Союза и генералом. В те годы с ним тоже произошел аварийный случай. Он летал на Су-9 на проверку запуска двигателя в воздухе, при этом несколько раз останавливал и снова запускал двигатель. Но вот после очередного выключения двигатель не запустился (сгорела пусковая катушка). Петров стал заходить на посадку с неработающим двигателем. Не имея еще опыта таких посадок и волнуясь, он зашел хотя и правильно, но на повышенной скорости, и приземлился на параллельную грунтовую полосу с перелетом. Выпустил тормозной парашют, но он оторвался (так часто и бывает в сложных ситуациях, когда летчик торопится его выпустить, не дождавшись уменьшения скорости). К тому же на грунте был гололед, тормоза не действовали. Петров сумел направить самолет между двумя бетонными столбами ограждения, поддерживающими колючую проволоку. За исключением небольших повреждений консолей крыла столбами, самолет остался цел.
По инструкции при незапуске двигателя летчик имел право катапультироваться. Я представил Петрова за спасение самолета к ордену, но вместо этого, начальник вооружения ВВС Пономарев вручил ему в подарок фотоаппарат.
Кстати расскажу и о другой посадке без двигателя. На ее примере мы убедились в том, что для современных скоростных самолетов отказ двигателя на высоте тысячи метров и ниже, при небольшой скорости полета (например, при заходе на посадку) опасен еще и тем, что трудно предотвратить чрезмерную потерю скорости. Для ее сохранения необходимо перевести самолет в крутое планирование, а высоты для этого уже не хватает. Такой случай произошел с инженером-летчиком-испытателем Андреем Михайленко. При заходе на посадку двигатель его самолета Су-9 внезапно отказал на высоте около тысячи метров (из-за поломки привода топливного насоса). Михайленко быстро отдал ручку от себя, но самолет не успел набрать необходимую для планирования скорость, как уже пришлось взять ручку на себя для выравнивания. Самолет грубо приземлился в поле перед аэродромом с поломкой шасси.
Однажды я в качестве инструктора должен был лететь на двухместном Су-7У с Василием Котловым для плановой проверки его техники пилотирования. Котлов подрулил к ВПП и запросил по радио: «Прошу на взлетную». С КДП ответили «На взлетную разрешаю», и он начал выруливать на взлетно-посадочную полосу. По многолетней привычке я посмотрел в сторону траектории захода на посадку и увидел планирующий на ту же ВПП Су-9. Это было странно — никакого запроса на посадку по радио не было (поэтому и руководитель полетов разрешил нам выруливать). Я дал команду Котлову остановиться, и Су-9, промелькнув перед нашим носом, приземлился.
Оказалось это был Саша Кузнецов, у которого при полете на помпаж остановился двигатель и от вибраций отказала вся электрика, а значит, и радио. По этой же причине не запустился двигатель. Саша стал заходить на длинную полосу аэродрома, но ошибся с расчетом и довернул на находящуюся ближе первую ВПП, на которую собирались вырулить мы.