Выступая на одном из собраний в отделе, Сергей Михайлович говорил:
«…главной задачей… является обеспечение роста квалификации молодых специалистов… В нашем отделе из 208 человек:
— в возрасте 35 лет и моложе — 80 человек, или 38,4 %;
— в возрасте от 35 до 55 лет — 95 человек или 45,7 %.
Из 45 молодых специалистов 37 окончили вузы, 6 человек окончили техникумы и один учится в МАТИ, то есть 44 человека в полном смысле слова являются специалистами, а не молодыми сотрудниками… Жизнь показала, что наилучшей формой роста квалификации молодых специалистов является специализация на сравнительно узком участке… Именно вследствие этого:
— 5 человек из числа молодых специалистов за последние несколько лет защитили кандидатские диссертации;
— 4 человека учатся в аспирантуре;
— 8 человек частично сдали кандидатский минимум и готовятся к поступлению в аспирантуру или к работе над диссертацией как соискатели.
Я думаю, что таких результатов нет ни в каком-либо другом подразделении ОКБ».
Выше я упоминал о становлении в отделе технических проектов в 50-е годы «школы», команды единомышленников во главе с Сергеем Михайловичем. В 60-е годы эта «школа» упрочилась, ее состав увеличился и омолодился, устоялись основные научные принципы и направления. Это прежде всего системность исследований, комплексность принимаемых решений, использование в работе самых передовых научно-технических достижений, применение в проектных и расчетных работах машинной техники.
Новое поколение молодых сотрудников уже непосредственно воспринимало Сергея Михайловича как учителя. Большинству он просто преподавал в МАИ, где работал по совместительству. Каждому пришедшему молодому специалисту отец старался поставить свою оригинальную задачу, ранее никем не выполнявшуюся, то есть сразу выдвигал его в один ряд с остальными сотрудниками коллектива, а не отдавал в подмастерья к кому-либо из старших. Наваливалась ответственность, требовалось сразу же расширять знания, — бегай, спрашивай, учись, читай журналы. Появлялся интерес к работе, увлеченность, соревновательность, желание «не ударить в грязь лицом».
Так, Володе Максимову, теперь уже Владимиру Акимовичу, была предложена задача определения шумов пассажирских самолетов, возникшая только с появлением самолета Ту-104. Можно догадаться, что решил он ее успешно. Ту-154, имея возраст более 35 лет, до сих пор соответствует все ужесточающимся нормам ИКАО по шуму, а Максимов на всю трудовую жизнь «прикипел» к родному коллективу.
Виктору Мальчевскому, сейчас Виктору Владимировичу, поручили проблему внутренней аэродинамики, проблему профилировки воздухозаборника, в частности для центрального двигателя самолета Ту-154. Он сразу же столкнулся с мотористами, в результате длительного «взаимодействия» с которыми получилось новое, более эффективное решение, а Мальчевский позже также по стопам Сергея Михайловича занял пост начальника 101-й кафедры МАИ «Проектирование самолетов», которую возглавлял ранее отец 19 лет подряд.
Новые задачи боевой живучести были поручены молодым сотрудникам Кудимову и Белявской.
Я не перечисляю здесь все задания сорока четырем специалистам, хочу только подчеркнуть реальность существования научной «школы» в отделе технических проектов, «ученики» которой внесли и до сих пор вносят существенный вклад в деятельность ОКБ Туполева.
Через руки Сергея Михайловича, а также через его голову прошло несколько десятков самолетов. Лишь незначительная часть из них осталась на бумаге. Многие были построены в опытных экземплярах, участвовали в испытаниях, около половины строились серийно, служили Родине, своему народу.
Проработав 14 лет вместе с отцом, я занимался вопросами обоснования характеристик боевых самолетов, рождавшихся в отделе технических проектов, о чем и рассказал выше. Поэтому за рамками моего внимания остался еще большой объем работ, проблем и намерений, относящихся к созданию пассажирских самолетов.
Отец считал единственным авторитетом в области аэродинамики и аэродинамической компоновки самолетов Туполева и поэтому с осторожностью относился к рекомендациям ЦАГИ, хотя с его ведущими специалистами, работающими с ОКБ, — В. Г. Микеладзе, Б. Н. Фролищевым, Ю. Г. Якимовым, Р. И. Штейнбергом и другими — поддерживались очень тесные контакты. Следует учесть, что период становления Сергея Михайловича как специалиста пришелся на время работы вместе с Андреем Николаевичем сначала в заключении с 1938 по 1941 год, а потом в войну с 1941 по 1945 год, когда влияние ЦАГИ на работу ОКБ Туполева было незначительным. Поэтому такое отношение отца к ЦАГИ можно понять.
Сергей Михайлович создал в бригаде общих видов, которой руководил Глеб Васильевич Махоткин, небольшую группу аэродинамики и с их расчетами, подкрепляющими общие виды и компоновку самолета, выходил к Андрею Николаевичу. В этой группе работал Максимов Владимир Акимович, ставший позже, как и Сергей Михайлович, начальником отдела техпроектов, лауреатом Государственной премии. Дальнейшее изложение, в котором затрагиваются некоторые аспекты проектирования пассажирских самолетов, приводится прежде всего с его слое и со слое непосредственных участников этих работ.
Развитие отечественной гражданской авиации с газотурбинными двигателями (ГТД) принято делить на несколько поколений.
Задачей первого поколения самолетов с ГТД была необходимость резкого увеличения объема пассажирских перевозок. Страна понемногу отходила от последствий войны. Парк небольших поршневых самолетов уже не соответствовал новым потребностям. Надо было дать гражданской авиации машины, соответствующие уровню военного самолетостроения. В ОКБ Туполева первыми почувствовали эту ситуацию. К тому же имелся опыт разработки пассажирского Ту-70 на базе бомбардировщика Ту-4. Поэтому создание первого в мире реактивного пассажирского самолета Ту-104, поступившего на трассы ГВФ в 1956 году и созданного на базе фронтового ударного самолета Ту-16, было уже технической задачей, где на основе существующей конструкции решались проблемы пассажирского обеспечения, например создания надежной герметизированной кабины диаметром 3,5 м и длиной около 25 м.
Аналогично решалась и задача создания самолета Ту-114 как модификации самолета Ту-95.
Уменьшенной копией самолета Ту-104 был самолет Ту-124 (1961 год) для местных авиалиний, где уже учитывались пожелания «Аэрофлота» за период 5-летней эксплуатации Ту-104, и, с целью уменьшения расхода топлива, впервые в мире на гражданских самолетах устанавливались двухконтурные двигатели.
В соответствии с принятой в настоящее время терминологией Ту-124 можно отнести к поколению «один-плюс». В первое поколение включаются также отечественные самолеты с турбовинтовыми двигателями Ан-10 (1957 год), Ан-24 и Ил-18 (1959 год).
Ко второму поколению относятся самолеты Ту-134 (1964 год) и Ил-62 (1965 год), которые до сих пор находятся в коммерческой эксплуатации. Создание Ту-134 уже опиралось на опыт эксплуатации как своих, так и зарубежных реактивных пассажирских самолетов. По сравнению с Ту-124 предусматривалось улучшение взлетно-посадочной и крейсерской аэродинамики, повышение комфорта пассажиров, уменьшение шума двигателей и др.
Пол Даффи и Андрей Кандалов в книге «А. Н. Туполев человек и самолет» пишут, что задание создать малошумный самолет, перенося двигатели на хвост, дал Андрею Николаевичу Н. С. Хрущев после полета по Франции на «Каравелле».
Очевидно, справедливы слова Л. Л. Кербера: «Обдумывая, как лучше решить поставленную задачу, Андрей Николаевич предложил: сохранив конструкцию фюзеляжа, удлинить его на два метра, перенеся двигатели к хвосту. Это повысит качество крыла, и машина станет легко управляемой. К тому же эти предложения позволят заводу легко перестроить производство на выпуск новой модели». Удлинение фюзеляжа было продиктовано также соображениями центровки при утяжеленном хвосте.
Суммируя, можно сказать, что переход от первого поколения реактивных пассажирских самолетов ко второму определялся, главным образом, техническим прогрессом, возможностью с малыми затратами получить лучшие технические характеристики.
Самолет Ту-154 представляет уже третье поколение, основные принципы проектирования которого существенно отличались от принципов создания предыдущих пассажирских самолетов.
Во время разработки Ту-154 создавалась и формулировалась совершенно новая философия проектирования пассажирских самолетов в Советском Союзе. Главным требованием к этому самолету стало кардинальное повышение экономических показателей с учетом и в условиях регулярной эксплуатации. Летные характеристики становятся уже не основополагающими, а вытекающими из этих требований.
Экономика воздушных перевозок, экономическая эффективность самолета — сейчас это является само собой разумеющимся основным показателем пассажирского самолета. Однако в то время, в 60-е годы, это только начинало осмысливаться.
Сергей Михайлович создает в отделе технических проектов специальную бригаду экономики. Руководить ею приглашается профессиональный экономист, сотрудник ГосНИИГА, Вадим Петрович Гальковский. Разворачиваются серьезные исследования. Отец непосредственно участвует в них. Он налаживает тесное сотрудничество с ГосНИИГА, которое в условиях существования единственной государственной авиакомпании «Аэрофлот» является, по существу, техническим заказчиком самолетов. Начальник ГосНИИГА, а позже заместитель министра гражданской авиации Кулик Михаил Маркелович становится частым гостем в кабинете Сергея Михайловича.
Подход на основе экономики при существовавших в то время очень низких ценах на топливо потребовал максимально возможное увеличение скорости. Ставилась задача обеспечить самолету Ту-154 экономическую крейсерскую скорость 900–950 км/ч, поскольку уже выше при обтекании крыла потоком воздуха начинаются сверхзвуковые явления. Эта скорость больше, чем у всех разрабатываемых самолетов того времени. Да и в настоящее время попытка превысить это значение крейсерской скорости была предпринята на проекте самолета «Super Cruser» фирмы «Боинг» с той же целью повышения экономичности перевозок. Но этот проект остался нереализованным.
Поэтому для самолета Ту-154 было выбрано сравнительно тонкое крыло умеренного удлинения со стреловидностью 35°. Той же цели, то есть наивыгоднейшим условиям крейсерского полета, отвечал и создаваемый профиль крыла. Но такое в какой-то мере узкое решение могло бы отрицательно сказаться на взлетно-посадочных характеристиках самолета. Для получения оптимального решения Сергей Михайлович впервые организует в отделе техпроектов широкие параметрические исследования для определения влияния конструктивных и аэродинамических параметров самолета, таких, как площадь крыла, энерговооруженность, взлетно-посадочные характеристики и т. д., на основные эксплуатационные показатели.
Выявляются основные закономерности и взаимное влияние многочисленных характеристик, впервые осознается и реализуется системный подход к обоснованию облика летательного аппарата.
Как замечал отец, вместе с разработкой самолета Ту-154 формировался научный подход, наука проектирования пассажирского самолета. Эти исследования и их результаты стали содержанием курса лекций для студентов самолетостроительного факультета МАИ.
Учебник «Проектирование пассажирских самолетов», написанный Сергеем Михайловичем в это время, начинается словами: «Первой задачей, которая встает перед конструкторами пассажирского самолета в начале проектирования, является обеспечение наибольшей экономичности этого самолета».
Там же во введении формулируются основные положения этой методологии: «Особенностью проектирования пассажирских самолетов является необходимость обеспечения в первую очередь:
а) высокой экономичности перевозок,
б) максимальной безопасности перевозки пассажиров:
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.