ОКБ Мясищева М-102 Дуэт

История разработки М-102 из всех проектов гражданских самолетов авиации общего назначения (АОН), разрабатывавшихся на ЭМЗ им. В.М.Мясищева, пожалуй, одна из самых многообещающих, и в то же время самых продолжительных и, может быть, невезучих. Работы над проектом "102" начались в конце 1980-х. Как раз в это время на ЭМЗ им.В.М.Мясищева развернулись проектные исследования по самолетам АОН в рамках общей программы "Конверсия". Работам по гражданской тематике присвоили индекс "100" ("сотая серия") и проекты, разрабатываемые по программе "Конверсия", получили обозначения "101", "102", "103", "104", "105" и т.д. Конечно, не все они получили дальнейшее развитие. Нелегкая судьба ждала и проект "102". Поначалу, "102-й" формировался как легкий административный самолет и был рассчитан на перевозку четырех VIP-пассажиров. Компоновку пассажирского салона выполнили по типу "купе". Она обеспечивала достаточный комфорт четырем пассажирам в классе "люкс", однако заложенные габаритные размеры салона позволяли при перекомпоновке разместить до девяти пассажиров в экономическом классе. Главной отличительной особенностью проекта "102-го", получившего наименование "Дельфин", была оригинальная компоновка силовой установки. Она состояла из двух двигателей, причем первоначально рассматривался вариант с поршневыми двигателями, а позднее - с турбовинтовыми. Они располагались в изолированных обтекаемых мотогондолах, установленных на вертикальных пилонах в районе задней кромки корневой части крыла. Толкающие винты силовой установки "Дельфина" расположили так, чтобы плоскость их вращения проходила вне зоны герметичного пассажирского салона. Подобная силовая установка, по замыслу проектантов, должна была снизить уровень шума в пассажирском салоне, сделать удобным обслуживание двигателей за счет обеспечения хорошего подхода и невысокого расположения их над землей. При этом повышались аэродинамические характеристики крыла, не затененного мотогондолами. Обдув толкающих винтов выхлопными газами от двигателей позволял отказаться от противообледенительной системы на лопастях. Низкое шасси позволило применить в "Дельфине" встроенную дверь-трап. Это обеспечивало самолету автономность при эксплуатации на земле и создавало удобство при посадке и высадке пассажиров. В остальном в проекте "Дельфина" предусматривался типовой набор стандартного авиационного оборудования и типовые конструктивные решения.

Формированием облика "Дельфина" занимался ведущий специалист Н.Н.Курчев в отделе проектов. Начальником отдела общих видов в проектном комплексе ?1 в период развертывания проектно-поисковых работ был В.И.Погодин. Все работы велись в рамках программы "Конверсия", развернутой под руководством начальника проектного комплекса доктора технических наук А.Х.Каримова и зам.начальника комплекса по проектированию И.С.Говора. Для выполнения работ по проекту подключили небольшой конструкторский коллектив, средств на разворачивание широкого фронта работ не было, а будущее проекта было "неопределенным". Пожалуй, поворотный момент в судьбе этого проекта сыграл ведущий аэродинамик предприятия А.А.Брук, ставший в этот период руководителем проектного комплекса на ЭМЗ им. В.М.Мясищева, а впоследствии и заместителем генерального конструктора по вопросам аэродинамики и общего проектирования. Во время одного из первых Международных авиасалонов в Москве многообещающими были встречи генерального конструктора В.К.Новикова и зам.генерального конструктора А.А.Брука со специалистами канадской двигателестроительной фирмы "Пратт-Уитни". Интерес канадских двигателистов объяснялся очень просто, на представленном на выставке проекте самолета "Дельфин" предполагалось использование канадских двигателей, отечественных ТВД малой размерности у нас не было. По приглашению канадской стороны в 1992-м делегация ЭМЗ им.В.М.Мясищева в составе В.К.Новикова и А.А.Брука посетила двигателестроительную фирмы "Пратт-Уитни" и ее многочисленные филиалы. Это послужило толчком к продвижению работ над проектом "Дельфина". Во время одного из первых авиасалонов у А.А.Брука состоялась также встреча со специалистами лаборатории NAL из г.Бангалора (Индия). Поводом для встречи и взаимного интереса послужил опять же проект "Дельфина". Как оказалось, специалисты NAL также начали разработку легкого самолета, выполненного по похожей схеме с турбовинтовой силовой установкой с толкающими воздушными винтами.

Индийский проект назывался LTA-14, был рассчитан на перевозку 9-14 пассажиров. В работе над обоими проектами было отмечено много общего, во взглядах и подходах к решению технических вопросов также были сходные позиции. Благодаря этому возникло решение совместной разработки единого российско-индийского проекта самолета АОН. Анализ первых рабочих встреч специалистов ЭМЗ им.В.М.Мясищева и NAL показал, что в основу будущего совместного проекта должен лечь самолет, рассчитанный на перевозку более девяти пассажиров. Кстати, проведенный незадолго до этого технико-экономический анализ по экономической целесообразности проекта двухдвигательного девятиместного "Дельфина" также показал необходимость увеличения его пассажировместимости до 19 человек. Именно эта "ниша" среди скоростных самолетов АОН в РФ была вакантна и экономически целесообразна. Учитывая интересы индийской стороны размерность самолета по совместному проекту была определена в 14 мест. Индийская сторона объясняла свое решение принятым вариантом силовой установки P&W (PT6A-66) и ее ограниченной мощностью. После подписания протокола о намерениях между ЭМЗ им.В.М.Мясищева и NAL начались активные работы каждой из участвующих сторон над совместным проектом. Именно в этот момент на ЭМЗ им.В.М. Мясищева начинается официальная работа по данному проекту и открывается тема с шифром "102".

Главным конструктором темы "102" назначается зам.генерального конструктора А.А.Брук, ведущим конструктором по теме Е.А.Крутиков, руководителем проектных работ зам.главного конструктора В.И.Погодин. Учитывая характер совместных работ с индийскими партнерами, тема "102" приобретает статус международной программы научно-технического сотрудничества.

Постановлением правительства РФ Государственному комитету России по оборонным отраслям промышленности поручалось обеспечить в 1994-1997 годах организацию разработки и изготовления опытной партии самолетов М-102, двигателей ТВД-20М, воздушных винтов АВ-106, бортового оборудования, учебно-тренировочных средств и их серийного производства, а также проведения испытаний и сертификации самолета. В соответствии с этим постановлением, начиная с 1994-го, предусматривалось бюджетное финансирование работ по созданию М-102 за счет ассигнований, выделенных на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по Программе развития гражданской авиации России до 2000 года. Так как работы над проектом проводились совместно двумя странами-участницами, то с российской стороны проект получил собственное название "Дуэт". Несмотря на общую схожесть проектов, при совместной разработке имелись и некоторые отличия, касающиеся в основном применяемого оборудования и силовой установки.

Индийский вариант получил название LTA "Saras" по имени болотной цапли, обитающей в Индии. Руководителем программы совместной разработки с индийской стороны был назначен г-н Радж Махиндра, а руководителем проекта г-н Нарайан. Разработку самолета "Saras" всячески поддерживал и по сути был ее идейным вдохновителем директор аэрокосмической лаборатории NAL д-р Нарасима.

Организация работ по совместной разработке единого проекта предусматривала разделение работ, в частности, ЭМЗ им.В.М.Мясищева разрабатывал фюзеляж, шасси, самолетные системы и российские оборудование, включая БРЭО и силовую установку. NAL отвечало за разработку крыла, оперения, БРЭО (импортное), силовую установку (P&W "PT6A-66"). Производство предусматривалось как на авиазаводах в Смоленске или Нижнем Новгороде, так и на индийском предприятии в 1998-м. Согласно договоренностям, вопрос финансирования работ по "102-му" каждой стороной решался самостоятельно, при 50% долевом участии в совместном проекте и понесении затрат.

Индийская сторона, приступая к работам над проектом самолета "Дуэт"/ "Saras", своей целью ставила, во-первых, иметь у себя такой самолет для эксплуатации на внутренних авиалиниях, во-вторых, научиться разрабатывать и делать самостоятельно такие самолеты. Ориентирование на внутренний российский рынок предусматривало, естественно, использование только отечественного оборудования и силовой установки российской разработки. Что касается первой задачи, то заказа на М-102 "Дуэт''/"Saras" от индийского заказчика не последовало и взаимодействие пошло, как оказалось, впоследствии, совершенно по другому сценарию. А вторая задача была решена только частично, так как бюджетное финансирования, проводимое на первых этапах работ правительством, обеспечило только проектные исследования, разработку эскизного проекта самолета, его силовой установки, всех систем и изготовление полнонатурного демонстрационного макета М-102 "Дуэт".

При формировании облика будущего самолета большую роль играет необходимость обеспечения определенного уровня комфорта, безопасности полета при управлении самолетом малоквалифицированными летчиками, условия базирования, эксплуатационная технологичность и даже внешний вид самолета. При этом к числу основных требований, предъявляемых к самолетам общего назначения, относятся повышенная безопасность при простоте пилотирования, малая чувствительность к ошибкам пилота при заходе на посадку и во время самой посадки. Снижение аварийности достигается, в первую очередь, уменьшением скорости захода на посадку, а также принятием специальных мер, обеспечивающих самолету хорошие противосрывные и противоштопорные характеристики. Однако от предкрылков из-за весовых и конструктивных соображений на М-102 отказались. По показателям безопасности самолеты АОН занимают непочетное первое место. И дело здесь не только в большой распространенности в мире малой авиации, но и в уровне летной подготовки пилотов и ошибках пилотирования. Как ни странно, но большая аварийность двухдвигательных самолетов по сравнению с однодвигательными показывает, какое важное значение может иметь асимметрия тяги даже для профессиональных пилотов. Отказ одного из двух двигателей при неправильных действиях малоопытного пилота может привести к потере скорости и сваливанию в штопор, поэтому вопросу обеспечения самолета АОН хорошими противосрывными и противоштопорными характеристиками должно уделяться максимальное внимание еще на стадии проектирования. При установке ТВД на крыле также появляются проблемы, что приводит к неблагоприятной интерференции струи от винта с крылом, фюзеляжем и оперением. Это, как известно, проявляется в ухудшении характеристик самолета относительно трех осей. Проблемы эти, конечно, решаемые, неслучайно существует большое многообразие самолетов различных схем, но все-таки с этой точки зрения схема размещения силовой установки в хвостовой части фюзеляжа, принятая на М-102, в сочетании с толкающими винтами является более предпочтительной. Проведенные в ОКБ исследования показали, что при заднем расположении двигателей с толкающими винтами, за счет использования винтов с противоположным вращением, можно получить увеличение тяги винта на 2-3%. А использование выдува струи отработанных газов через коки винтов, по расчетным оценкам, должно было обеспечить уменьшение потерь тяги на 8%. На М-102 применили неподвижный стабилизатор. Индийские же коллеги настаивали на применении переставного стабилизатора и, на первый взгляд, преимущества его были очевидными - это меньшее аэродинамическое сопротивление в крейсерском полете и больший реализуемый диапазон эксплуатационных центровок. Однако проведенные нашими специалистами исследования показали, что этого можно добиться путем некоторого увеличения площади горизонтального оперения и выбором его рационального угла заклинения, "настроенного" на режим крейсерского полета. При этом конструкция его оказывалась гораздо проще и надежнее. Таких различий, зачастую незначительных, при совместных работах было достаточно много, и они очень мешали совместной работе.

Для согласования принимаемых технических решений по совместному проекту организовали единый координационный совет и это дало свои результаты. Для проверки расчетных аэродинамических характеристик разрабатываемого самолета в модельно-макетном цехе ЭМЗ им. В.М.Мясищева под руководством В.В.Тормышева изготовили продувочную модель в масштабе 1:9 для исследований в аэродинамической трубе Т-106 ЦАГИ.

Изначально машина предназначалась для эксплуатации с высокогорных аэродромов (высота 2400 м с ВПП 600 м) и в условиях жаркого климата. Исходя из этого в основу концепции М-102 положили следующие принципы: высокая энерговооруженность, отличные взлетно-посадочные характеристики, крейсерская скорость 550-600 км/ч и высота полета до 9 км; возможность эксплуатации с грунтовых ВПП, высокая технологичность, простота конструкции, низкая цена, высокий уровень комфорта, соответствие российским (АП-23) и американским нормам FAR-23, -33. Прежде всего, использованием для самолета данной размерности турбовинтового двигателя ТВД-20М мощностью 1375 л.с.; аэродинамически чистым крылом, набранным из суперкритических профилей с высокоэффективной однощелевой механизацией; применением рычажной конструкции стоек шасси с пневматиками низкого давления; гондольной схемой расположения двигателей, по бортам в хвостовой части фюзеляжа; применением толкающих многолопастных воздушных винтов, наличием встроенной двери-трапа, методологией проектирования с учетом требований международных авиационных норм.

М-102 предназначен для перевозки пассажиров и грузов на внутренних и международных авиалиниях протяженностью до 2000 км. В пассажирском варианте в салоне размещается 14 пассажиров в экономическом классе, 9 пассажиров в варианте "бизнес-класса" или 8 пассажиров в салон-купе повышенного комфорта. Предусматривались варианты для перевозки небольших партий грузов, для патрулирования лесов, береговой охраны, экологического мониторинга, для перевозки четырех носилочных больных с сопровождающими и др.

М-102 выполнен по нормальной аэродинамической схеме с низкорасположенным трапециевидным крылом. Крыло имеет поперечное V= 4 и геометрическую крутку -2. Оснащено механизацией из выдвижных однощелевых закрылков, органами поперечного управления, состоящими из элеронов и интерцепторов, противообледенительной системой на передней кромке. По размаху оно неразъемное, состоит из правой и левой консолей с технологическим стыком в плоскости симметрии самолета. В крыле размещены топливные баки, отсеки и ниши главных опор шасси, закрываемые створками. Фюзеляж - полумонокок, круглого сечения, с большим панорамным птицестойким остеклением кабины экипажа с электроподогревом. Два турбовинтовых двигателя ТВД-20М с шестилопастными воздушными винтами АВ-106 диаметром 2,16м. В качестве альтернативных вариантов предусматривается установка двигателей "Пратт-Уитни" РТ6А-66 с воздушными винтами фирмы Хартцелл. В носовом отсеке фюзеляжа размещены метеолокатор, блоки электронного оборудования средств связи, распределительные устройства, ниша для уборки передней опоры шасси. Для доступа к оборудованию в носовой части фюзеляжа имеются эксплуатационные люки по левому и правому бортам и отклоняемый вверх обтекатель метеолокатора. Экипаж состоит из двух человек: командира и второго пилота. В административном варианте второй пилот выполняет также функцию стюарда. Четыре окна кабины обеспечивают требуемый обзор в полете и при рулежке. Вход в кабину осуществляется из салона через складывающуюся дверь. Пилоты располагаются в креслах, допускающих регулировку под их рост и сдвигающиеся назад для удобства занятия и покидания рабочих мест. Управление осуществляется с помощью штурвалов и педалей, имеющих регулировку под рост пилотов. В кабине размещена также часть кислородного и аварийно-спасательного оборудования. В центральном отсеке фюзеляжа располагаются передний багажник и пассажирский салон, рассчитанный на 14 пассажиров. По бортам салона имеются иллюминаторы овальной формы, закрываемые светофильтрами. Иллюминаторы выполнены в виде блоков из двух органических стекол с воздушной прослойкой. В варианте бизнес-класса на 9 пассажиров в салоне предусмотрена буфетная стойка-бар для приготовления горячих блюд и закусок. Каждое кресло в салоне может быть передвинуто, при необходимости, вперед или назад на расстояние до 30 мм. На самолете установлена кислородная система, состоящая из автономных подсистем кислородного питания экипажа и пассажиров. Блоки кислородного питания экипажа располагаются в кабине, по бортам рядом с креслами. Индивидуальные кислородные маски пассажиров расположены в подлокотниках. Под полом салона в зоне зализа крыла с фюзеляжем установлены электрооборудование, блоки чувствительных элементов, разъем аэродромного питания и панель централизованной заправки топливом. Бытовой отсек расположен за салоном и отделен от него перегородкой с проходом, закрывающимся складывающейся дверью. В отсеке имеются туалет и задний багажный отсек. В негерметичной хвостовой части фюзеляжа находится технический отсек. В нем установлены агрегаты СКВ, системы гидравлическая и противопожарной защиты силовой установки, электронные блоки управления силовой установкой и систем управления РВ и РН. Доступ и обслуживание оборудования осуществляется через нижний эксплуатационный люк. Для очистки лобовых стекол предусмотрены стеклоочистители. При открытии двери-трапа гидроцилиндры обеспечивают плавное опускание двери под собственным весом. Открытие и закрытие входной двери можно осуществлять как изнутри, так и снаружи. Для доступа в передний отсек оборудования в носовой части фюзеляжа расположены два люка. В средней части герметичного салона по бортам фюзеляжа расположены аварийные люки, предназначенные для выхода пассажиров на крыло в случае возникновения аварийной ситуации. Верхняя поверхность крыла в районе выходов из аварийных люков покрыта противоскользящим покрытием в виде дорожки, в направлении от двигателей. Для эксплуатации в условиях тропического климата с высокой влажностью предусматривалась противокоррозионная защита конструкции крыла. Хвостовое оперение самолета М-102 выполнено по Т-образной схеме. Вертикальное оперение - стреловидное, трапециевидной формы в плане, состоит из киля, руля направления и форкиля. Руль направления имеет осевую аэродинамическую и весовую компенсацию. В корневой зоне хвостовой части руля направления установлен триммер. Стабилизатор - неразъемный, имеет технологический стык в плоскости симметрии самолета. Кессон каждой консоли стабилизатора цельнометаллический, из алюминиевых сплавов, образован продольным и поперечным набором. Руль высоты состоит из двух половин - правой и левой. Каждая из половин руля высоты установлена на стабилизаторе посредством трех шарнирных узлов навески и имеет осевую аэродинамическую и роговую весовую компенсацию. Шасси - трехопорное, с передней опорой. На каждой опоре шасси установлено по одному колесу. Для разворота самолета на аэродроме передняя опора сделана управляемой. Торможение колес и уборка - выпуск опор шасси производятся от гидросистемы.

В проекте М-102 рассматривались два варианта двигателей: это отечественный ТВД-20М разработки Омского моторостроительного завода и импортный РТ6А фирмы "Пратт-Уитни". Индийский вариант самолета "SARAS" предусматривал использование двигателей РТ6А-66 "Пратт-Уитни". ТВД-20М, при меньшей стоимости по сравнению с канадским прототипом, гарантированно обеспечивал проектируемый самолет силовой установкой вне зависимости от политической коньюнктуры в международных отношениях.

Проигрывая несколько в экономичности, отечественный двигатель и его разработчик были, как говорится, всегда "рядом", то есть в России, и поэтому все вопросы, связанные с установкой двигателя на самолет и отработки его систем, потенциально могли решаться гораздо оперативнее и дешевле, чем с иностранным партнером. Индийская сторона, изначально делая ставку на канадский двигатель, после рабочего контакта с российскими специалистами, заняла сугубо прагматичную позицию, суть которой определялась только стоимостью. Если российский двигатель дешевле канадского и при этом не уступает ему по основным показателям, то индийский вариант самолета также может быть оснащен российским двигателем. ТВД-20М разрабатывался специально под проект М-102 на базе серийного двигателя ТВД-20. Отличие - в приспособлении крепления двигателя по толкающей схеме.

Соответственно, дорабатывались узлы крепления двигателя, выполнялась перекомпоновка главного редуктора, изменялась организация каналов выхлопа и сами выхлопные патрубки. С учетом того, что предполагалось использование воздушных винтов, вращающихся в разные стороны, то, соответственно, предусматривалось и создание ТВД-20М в "левом" и "правом" исполнениях с реверсивным вращением. Толкающие винты АВ-106, для разработки которых использовали винт АВ-36. Винты изменяемого шага имеют механизмы флюгирования и реверса. От чрезмерной раскрутки воздушные винты были снабжены ограничителем частоты вращения.

Несмотря на то, что взлетная мощность двигателя ТВД-20М больше чем у РТ 6А-66, однако на высоте 6 км их характеристики сравниваются, а на больших высотах падение мощности у двигателя РТ 6А-66 меньшее, чем у ТВД-20М.

Особенно наглядной демонстрацией облика будущего самолета было, конечно, изготовление полномасштабного макета самолета М-102. Впервые макет российского варианта самолета М-102 "Дуэт" был представлен на международном аэрокосмическом салоне МАКС в г.Жуковском в 1995 г. Полнонатурные макеты были сделаны обеими сторонами-участницами совместных работ. Макет М-102 "Дуэт" был сделан раньше индийского LTA "Saras". Внутренняя компоновка обоих макетов значительно отличалась, салон макета М-102 "Дуэт" был выполнен в варианте "люкс" с удобными мягкими креслами, столиками, встроенной барной стойкой. Салон макета индийского варианта самолета "Saras" выполнили в экономическом классе на 14 пассажиров. Отличались макеты также размещением туалетов и багажных помещений. При компоновке салона были разногласия в расположении аварийных выходов на крыло.