1. Предварительные изыскания

В дипломной работе осуществляется проектирование реактивного учебно-тренировочного самолета (УТС) основной и повышенной подготовки, предназначенного для обучения летным навыкам будущих пилотов военной авиации.

Из существующих транспортных средств авиация наиболее динамичная в развитии, в реагировании на экономические и оборонные проблемы страны и, обладая высокой преемственностью в области, прежде всего собственных технических решений, способна широко использовать общие научно-технические достижения. Для развития авиационной техники требуется выполнение двух основных условий: решение определённых проблем народнохозяйственной или оборонной принадлежности и создание возможностей технической и экономической реализации. Соотношение этих факторов и определяет динамику развития авиации на том или ином отрезке времени.

Подготовка кадрового летчика высокой квалификации всегда процесс дорогостоящий и длительный. Процесс формирования навыков пилотирования у будущего кадрового летчика всегда начинается с полетов на учебно-тренировочных самолетах, которые в свою очередь могут быть как специализированными, так и переоборудованными под задачи обучения, так называемые "спарки" (учебный вариант непосредственно того самолета, на котором будущий летчик будет осуществлять свою профессиональную деятельность, связанную с эксплуатацией данного самолета).

Исторически в нашей стране учебно-тренировочные самолеты, как класс "легких" самолетов, разрабатывались сначала в ОКБ Н. Н. Поликарпова – самолет У-2 (По-2), а затем в ОКБ А. С. Яковлева – Як-18 и все его дальнейшие модификации, а также Як-55, Як-54, Як-56. Все эти самолеты являются поршневыми, у которых тяга создается при помощи воздушного винта. Эти самолеты в большинстве случаев используются для первоначального обучения летчиков гражданской авиации, а также в различных аэроклубах. И здесь, конечно, рассмотрение данного типа самолетов, многообразие которых по всему миру велико, неуместно. Также не будем рассматривать и учебные самолеты, создаваемые под тот или иной самолет и используемые для более глубокого ознакомления летчика с особенностями данной техники.

Таким образом, будем рассматривать реактивные учебно-тренировочные самолеты, которые в большинстве случаев используются в летных училищах Военно-Воздушных Сил различных стран. И здесь бы хотелось проследить кратко историю их создания, преимущественно связанную с нашей страной; представить техническое описание наиболее широко используемых в настоящее время самолетов данного класса, которые будут являться прототипами проектируемого самолета; выявить и подчеркнуть концепцию создаваемого самолета.

1.1. Исторический очерк создания первых реактивных утс: от Як-30 до l-39.

Массовое перевооружение на реактивные самолеты привело к изменению взглядов на подготовку летного состава. Курсантам старших курсов авиационных училищ "пересадка" с поршневых учебных машин на реактивные учебно-боевые давалась нелегко. Слишком разные "весовые" категории этих самолетов и в прямом, и в переносном смысле слова. Возникла необходимость создания реактивного УТС для первоначального обучения.

Именно на этой волне и создавались во всем мире первые реактивные учебно-тренировочные самолеты: СМ.170 Fouga "Magister" во Франции (1-й полет 13.01.54 г.), Cessna T-37 в США (1-й полет 12.10.54 г.), Aeromacchi M.B.326 в Италии (1-й полет 10.12.57 г.), British Aerospace Jet Provost в Англии (1-й полет 22.6.58 г.) (рис. 1.1 – 1.4).

Рис. 1.1. СМ.170 Fouga "Magister"	Рис. 1.2. Cessna T-37
Рис. 1.3. British Aerospace Jet Provost	Рис. 1. 4. Aeromacchi M.B.326

А что же у нас?

С появлением в Советском Союзе реактивных самолетов, естественно встал вопрос о подготовке летного состава для этих машин. Как для ВВС, так и для гражданской авиации. Традиционная схема подготовки летчиков – самолет первоначального обучения + учебно-тренировочный самолет (машина с двойным управлением) – нарушилась из-за отсутствия УТС с реактивным двигателем.

Учитывая это обстоятельство, Александр Яковлев дважды вносил предложения о разработке реактивного УТС: в 1952 году – на базе Як-17УТИ и в 1955 году – на базе Як-23УТИ с уменьшенным вариантом ТРД АМ-5. В конечном счете, ВВС сформулировали задачу создания самолета совершенно новой конструкции и со специально спроектированным двигателем.

Требования к реактивному УТС сложились не сразу, о чем говорит процесс принятия постановлений Совета Министров за три года: 28 марта и 24 августа 1956 года, 31 июня 1958 года и 4 февраля 1959 года. Это вполне объяснимо, так как речь шла не о модификации или дальнейшем развитии, а о создании качественно новой техники. И в конце 1959 года был объявлен конкурс на разработку единого УТС стран Варшавского Договора. В творческом соревновании приняли участие конструкторские коллективы из СССР, Польши и Чехословакии.

Эскизный проект самолета Яковлева был выполнен в феврале-марте 1957 г. и рассмотрен ВВС 17 июля 1957 г. В качестве силовой установки рассматривались двигатели Р5-300 на базе АМ-5, затем Р5-45 конструкции Н.Г.Мецхваришвили с тягой 1000 кгс. В ноябре того же года в аэродинамической трубе ЦАГИ Т-106М под руководством Г.С. Бюшгенса прошли испытания моделей. У самолета появилось название – Як-104, замененное в 1960 г. на Як-30.

Як-30 – цельнометаллический низкоплан с трапециевидным крылом и однокилевым оперением со средним расположением стабилизатора (рис. 1.5). Крыло двухлонжеронное, из центроплана и двух консолей, профиль Кларк YH переменной относительной толщины – от 14 % по оси самолета до 7 % по концевой нервюре. Крыло снабжено элеронами и закрылками. Фюзеляж – полумонокок из стрингеров, шпангоутов и работающей металлической обшивки. В его передней части размещена гермокабина вентиляционного типа с катапультными креслами со шторкой, выстреливавшиеся через остекление фонаря. Подобный способ позволял сократить время аварийного покидания самолета. Шасси – трехколесное с носовой опорой. Передняя стойка убирается в фюзеляж, вперед, основные стойки – в крыло, к оси симметрии. Хвостовое оперение – свободнонесущее, состоит из киля с рулем поворота и стабилизатора с рулем высоты. Пилотажно-навигационное и связное оборудование – стандартное.

Практически одновременно в Польше и Чехословакии началась разработка собственных самолетов аналогичного назначения: TS-11 "Искра" на фирме PZL и L-29 "Дельфин" на фирме Aero.

В ноябре 1960 г. в переговорах первых заместителей председателя правительства ЧССР Шимушника и председателя Совета Министров СССР Косыгина впервые прозвучало предложение о сравнении советского Як-30 и чешского L-29. И такое "сравнение" вскоре состоялось.

Рис. 1.5. Як-30

С августа 1961 г. в течение двух месяцев на подмосковном аэродроме Монино проходили сравнительные летные испытания Як-30, L-29 и TS-11. От Советского Союза летали летчики ГК НИИ ВВС Ю.А.Антипов, В.К.Подольный и начальник управления А.Г.Терентьев.

Хотя конкурс официально и не был объявлен, атмосфера в Монино была довольно напряженная. Вскоре выявился аутсайдер – TS-11 "Искра" (рис. 1.6). Она была почти на 1000 кг тяжелее Яка и не по всем статьям подходила под понятие УТС. Поляки сразу и достаточно определенно высказывались за приоритет "тридцатки". Летавший от польской стороны Станислав Адамович, прошедший войну в деголлевской эскадрилье, не стесняясь, говорил, что он предпочитает, "конечно, красавец Як, в крайнем случае, наш утюг – "Искру".

Рис. 1.6. TS-11 "Искра"

При фактически равной тяге двигателей, L-29 был тяжелее на 40 %! Это и предопределило ощутимое превосходство Як-30 по всем летным характеристикам. Кроме того, его более совершенный двигатель давал существенную экономию топлива при массовой эксплуатации, а малая масса самолета обеспечивала гораздо меньшую трудоемкость при изготовлении. Себестоимость Як-30 была в два раза меньше, чем у L-29 и в 2,5 раза меньше, чем у TS-11.

Примерно через месяц после начала сравнительных испытаний произошло событие вроде бы прямого отношения к полетам в Монино не имевшее: в Москву прилетел с визитом президент ЧССР Антонин Новотный. Прошла еще неделя и чехи повеселели: они загадочно улыбались и давали понять, что решение состоялось. Позже стало ясно, что именно на этой встрече было решено специализировать авиационную промышленность Чехословакии на создании и серийном производстве УТС для стран Варшавского Договора. Поэтому Н.С.Хрущев принял "политическое решение": самолет строить чехословацкий.

После этого облеты трех самолетов-конкурентов стали носить формальный характер. Поляки это поняли, их делегация покинула СССР и они приняли на вооружение "Искру", которую считали не хуже "Дельфина". У Як-30 стали выискивать недостатки, чтобы задним числом оправдать уже принятое решение. Дело даже дошло до переделки отчетов, чтобы доказать преимущества L-29, вместо того чтобы открыто объявить: выбор сделан ради дружбы с союзником. Известно, чем кончилось заигрывание с Чехословакией. Советской авиапромышленности был нанесен очередной хрущевский удар, последствия которого сказываются и через десятилетия. Было закрыто перспективное направление развития авиации в нашей стране. Техника в очередной раз проиграла политике. Было нанесено незаслуженное оскорбление коллективу ОКБ, для которого Як-30 – один из удачных и любимых самолетов.

В Заключении от 1 февраля 1962 г. ЦАГИ, ЦИАМ и ЛИИ, рассмотрев итоги сравнительных облетов, отметили, что Як-30 полностью доведен и превосходит соперников по всем летным, эксплуатационным и экономическим характеристикам .

После этого В.Ф.Устинов и П.В.Дементьев предприняли еще одну попытку спасти Як-30. В письме в адрес ЦК КПСС от 2 февраля 1962 г. они, опираясь на совместное заключение институтов, предложили, учитывая большую потребность в УТС, оставить производство L-29 в Чехословакии, а Як-30 принять на вооружение и организовать его серийное производство у нас. К сожалению, это предложение также было отвергнуто.

Як-30 так и не был запущен в серию.

Как уже выяснено, основным учебно-тренировочным самолетом тех времен стал чешский L-29 (рис. 1.7). Сейчас трудно судить, что послужило причиной выбора в пользу чешского самолета. Может быть, была учтена необходимость загрузить авиационную промышленность молодых социалистических стран производственными заказами. Вот Чехословакии и достались "лавры первенства" в производстве учебно-тренировочных самолетов. Примерно в тоже время Польше передали лицензию на производство Ан-2, а затем и на Ми-2. Видимо, решение в пользу Л-29 было принято, прежде всего, в интересах интеграции авиапромышленности стран СЭВ (Совет Экономической Взаимопомощи). Для Чехословакии выбор "Дельфина" означал не только признание первого чешского реактивного самолета, но и обеспечивал работой тысячи специалистов на многие годы вперед. Кстати сказать, выводы конкурсной комиссии тогда не были приняты польскими представителями. Правительство Польши приняло решение с целью экономии и дальнейшего развития собственной авиапромышленности строить свои "Искры", отказавшись от Л-29. Некоторое количествоTS-11 им даже удалось продать в Индию (по одним данным – 50 самолетов, по другим – 180), но эти цифры несопоставимы с экспортными поставками "Дельфинов" – около 3000. Хотя, с другой стороны, Польша по прежнему потихонечку строит свои модернизированные "Искры" (и в варианте УТС, и в варианте легкого штурмовика), а вот Россия долгие годы оставалась без своего учебного самолета, пока не был спроектирован и построен перспективный учебно-боевой самолет Як-130, но и здесь есть свои проблемы и трудности, речь о которых пойдет чуть ниже. Может быть, если бы в свое время занялись развитием и производством "Яков", не было бы сейчас проблем с отечественными УТС?

Рис. 1.7.L-29

Что же касаетсяL-29, то его конструкция была весьма прогрессивной для того времени, хотя кое-что позаимствовали и от производившихся в ЧССР CS-102 (лицензионных МиГ-15УТИ – учебно-тренировочный истребитель на базе МиГ-15). Так, фюзеляж, как и у МиГа, был составной, за крылом он мог расстыковываться, при этом заднюю часть можно было откатить в сторону на специальной тележке для доступа к двигателю. Прямое трапециевидное крыло было выбрано чешскими конструкторами для обеспечения простоты и дешевизны производства, снижения индуктивного сопротивления и рационального распределения аэродинамической нагрузки по размаху. Для улучшения взлетно-посадочных характеристик самолета крыло оборудовали щелевыми взлетно-посадочными закрылками, а для уменьшения усилий на ручке управления по крену элероны были сделаны с осевой аэродинамической компенсацией, составлявшей 26% их общей площади. Воздухозаборники установили по обеим сторонам фюзеляжа, а для предотвращения попадания в них заторможенного фюзеляжем пограничного слоя отодвинули от его поверхности на 50 мм и установили в этих "щелях" специальные аэродинамические "ножи". Хвостовое оперение Т-образной формы имело свои аэродинамические достоинства: при штопоре стабилизатор не затенял руль направления и горизонтальное оперение на больших углах атаки не попадало в зону спутной струи за крылом (а это существенно повышает эффективность руля высоты). Шасси, гидро- и пневмосистемы во многом напоминали МиГовские.