Клеванец Ю.В. О.П. Сухой: ученый и генеральный конструктор

0.0/5 оценка (0 голосов)

Описание
Характеристики

Клеванец Ю.В.О.П. Сухой: ученый и генеральный конструктор // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2007. – № 4. – С. 21-25.

Эта статья о нашем знаменитом соотечественнике, уроженце г. Глубокое Витебской области Павле Осиповиче Сухом.

Внешность и манеры протестантского пастора — и в то же время абсолютный атеист.

Человек подчеркнуто штатский — и вместе с тем создатель разрушительнейшего оружия — боевых самолетов. Потомок белорусских крестьян — и... настоящий интеллигент.

Никогда ни с кем не сходился близко, не любил компаний, не терпел застолий. До самого конца своей жизни называл на «вы» всех своих починенных. Педантичный, въедливый начальник. Но и страстный любитель веселой оперетты, знаток литературы, живописи. Владел английским, немецким, французским языками и еще — латынью. Не переносил хождения по властным кабинетам, не любил никакой показухи, говорил: «Самолет сам себя покажет». Порой на правительственные демонстрации техники посылал своих замов. Генералы обижались: не уважает. Такие отношения оборачивались иногда немалыми потерями, но Сухой гнул свою линию. Был упрям. Но, несмотря ни на что, созданная им фирма и по сей день занимает лидирующее место в российском авиапроме.

Любил число 101. Требовал от своих прочнистов, чтобы самолет на статических испытаниях ломался при нагрузке в 101 % от расчетной. Если разрушение происходило на 99 % или на 102 %, требовал пересматривать конструкцию.

Не гонялся за научными титулами и званиями. Но вместе с тем вот мнение его конкурента — Главного конструктора Лавочкина: «У кого можно поучиться работе с наукой — так это у Сухого!»

О научной стороне деятельности Генерального конструктора мы и поговорим в этой статье.

НАЧАЛО ПУТИ

Еще мальчиком Павел увидел пролетающий над Гомелем самолет. На него это, казалось, не произвело большого впечатления, но через несколько лет наш герой оставляет лунинецкую школу, где он был учителем, и едет Москву учиться на авиационного инженера. Надо сказать, что учитель, как правило, не обладает специфическим техническим мышлением, но здесь был другой случай: иначе дипломника Сухого не заметил бы сам Туполев, который и тогда был уже звездой первой величины, и не пригласил в свое конструкторское бюро. Еще два года — и Павел Осипович уже руководитель направления, «ведущий». У него разрабатываются и внедряются в производство собственные проекты.

Вообще говоря, то, чем занимается большую часть времени руководитель авиационного КБ, описывается математической теорией оптимизации. На основании своего опыта, инженерной интуиции или при помощи имеющихся методических наработок он сводит в единый комплекс и взаимно увязывает множество возможных и множество требуемых параметров будущего изделия. Современные школьники, студенты или инженеры, которые, может быть, будут читать эту статью, должны понимать, что задачи, решаемые при проектировании нового самолета, порой коренным образом отличаются от тех, которые стоят перед специалистами других областей. Как правило, реализация новых проектов в области авиации порождает проблемы, каких никто и никогда не решал. Именно поэтому авиация была, есть и будет самой наукоемкой областью техники.

Впрочем, во время работы у Туполева Сухому приходилось вникать и в другие научные дисциплины. Какие же?

Во-первых, это строительная механика и теория прочности. Туполев — один из «отцов» советской металлургии алюминия и алюминиевых сплавов, страстный сторонник металлического самолетостроения. Под его патронажем велись разработки методик прочностных расчетов и испытаний металлических конструкций самолетов. Лучше всего в то время была освоена так называемая ферменная конструкция, все элементы которой работали только на растяжение и сжатие (это облегчает расчеты). Именно такую конструкцию имели первые самолеты, разработанные коллективом Сухого.

Развитие самолетостроения в 1930-е годы потребовало расширения науки о прочности: авиация столкнулась с резонансными колебаниями в конструкциях. Сперва это были колебания, вызванные набегающим потоком воздуха, а затем выявились и другие виды вибраций. Разработкой общей теории колебаний, как известно, занимался в то время будущий академик Мстислав Келдыш. Результаты исследований в области вибраций потребовали от самолетостроителей перехода от ферменных к балочным и оболочечным конструкциям, поскольку их элементы работают, кроме растяжения-сжатия, еще на изгиб и на кручение. Значит, требовались новые методики расчетов и перестройка производства.

Впрочем, Сухой в разрабатываемом им самолете РД (более известном как АНТ-25) счастливо избежал появления вредных резонансов, не меняя обкатанной ферменной конструкции. Огромное крыло новой машины было решено загрузить топливными баками (впервые в практике СССР), что сразу повысило жесткость всей конструкции самолета.

Вслед за РД те же решения были применены при проектировании самолета ДБ-2 (или известная «Родина»).

Во время работы у Туполева Павел Сухой должен был освоить и аэродинамику. Как и специалисты в теории прочности, аэродинамики в то бурное время работали «с колес»: каждый новый самолет задавал им новые загадки. Впрочем, когда требования науки входили в противоречие с возможностями производства, конструкторам приходилось искать иные решения для достижения необходимых параметров самолета. РД не выдавал нужной дальности. Требовалось сильно сократить общую «омываемую» поверхность самолета, чтобы снизить его сопротивление. Выход один: менять гофрированную обшивку на гладкую. Но тогда придется менять всю конструкцию: ведь гофрированная обшивка более жесткая!

Для получения гладкой обшивки решили купить бразильское бальзовое дерево, нарезать из него реек наподобие штапиков, заложить эти рейки на клею в канавки гофра, а затем оклеить все поверху полотном и отлакировать. Именно в таком виде самолет АНТ-25 вошел в историю, совершив рекордные перелеты на остров Удд и в Америку.

Павлу Осиповичу в 1930-е годы пришлось заняться и кинематикой. В это время прирост скорости самолетов уже связывался с установкой на них убираемого шасси. Конструкторам пришлось изобретать разные схемы уборки и выпуска основных стоек. Так, на РД шасси убиралось в крыло, а на истребителе И-14 (ведущий конструктор — П.О. Сухой) — «под брюхо». И-14 вышел на испытания одновременно с поликарповским И-16 и показал скорость большую, чем у «конкурента». Однако к серийному производству был допущен только И-16: его смешанная дерево-металлическая конструкция больше подходила к возможностям тогдашней промышленности.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Во время Великой Отечественной войны КБ Сухого и Микояна, которые к тому времени выделились в самостоятельные организации, занимались опытными разработками высотных самолетов. Требование повышения высотности заставило конструкторов обратить внимание на газовую динамику. Чтобы двигатель не «задыхался» на высоте, требовалось подать в его цилиндры уже сжатый воздух. В 1940-е годы было два способа предварительного сжатия воздуха: с помощью нагнетателя, отбирающего мощность от вала двигателя, и так называемый турбонаддув — то есть турбинка, раскручиваемая выхлопными газами, вращала осевой компрессор. На первые микояновские самолеты ставились двигатели с нагнетателем, на самолеты Сухого — с турбонаддувом. И несмотря на то что микояновский самолет МиГ-3 был снят с производства в 1941 году, а истребители Сухого так и не попели в серию, коллективы обоих КБ приобрели большой опыт по части работы над высотными самолетами, что в последующем дало им преимущества над «фирмами» Яковлева и Лавочкина, прославленными во время войны.

Расцвет таланта Сухого наступил в послевоенный период, когда началась борьба за преодоление звукового барьера. Конструкторам пришлось напрягать все силы, использовать все наработки современной им науки и даже самим заглядывать за границы знаний.

Уже первый спроектированный после Победы истребитель Сухого выделялся среди «ровесников», представленных военным заказчикам в 1947 году. Это был «тяжелый» истребитель с пушечным вооружением, с большой высотностью, с герметичной кабиной и катапультируемым сиденьем пилота. Два реактивных двигателя обеспечивали скорость в 900 км/ч. Внешне Су-9 был похож на реактивный немецкий Ме-262, но превосходил его по всем показателям. «Суховцам» в своей конструкции удалось отодвинуть начало так называемого волнового кризиса, заставляющего самолет терять управляемость и затем устремляться в пикирование. Как известно, на Ме-262 этот самый «волновой кризис» начинался на 800 км/ч. Следующий самолет Сухой смог построить только через несколько лет: в 1949 году его бюро было расформировано и восстановлено после смерти Сталина. Новый истребитель был еще крупнее, чем предыдущий. На нем устанавливался двигатель КБ Люльки, предназначавшийся для бомбардировщиков.

Новый самолет проектировался в двух вариантах: фронтовой истребитель и истребитель-перехватчик. Первый имел стреловидное крыло, а второй — треугольное. Здесь конструкторам опять пришлось «заглядывать за горизонт», использовать все накопленные к тому времени знания, весь опыт.

Во-первых, проблемы возникли по части динамики полета — дисциплины, исследующей поведение самолета в воздухе. Дело в том, что на верхнем пределе некоей «области трансзвуковых скоростей» (850—1400 км/ч) летательный аппарат встречается с так называемой ложкой подхвата. Растущие по мере увеличения скорости усилия по всем каналам управления в какой-то момент могут резко уменьшиться, а затем снова возрасти. На графике «скорость — нагрузка на ручке» это действительно выглядит будто ложка. Чтобы избежать потери летчиком управления машиной, пришлось вводить в систему управления самолетом специальные загрузочные устройства, автоматически включающиеся на определенной скорости.

Еще одна проблема динамики полета — взлет и особенно посадка скоростного тяжелого самолета. Скоростные стреловидные консоли крыла очень хорошо держат машину на относительно высоких скоростях полета. Однако когда скорость невысока, а самолет маневрирует, то на таком крыле может возникнуть вихревое перетекание воздушных струй с нижней поверхности крыла на верхнюю. В результате самолет начинает опасно раскачиваться, как судно в шторм (иногда говорят: «Самолет попал в режим голландского шага»). Для устранения такой раскачки на крыло устанавливают вертикальные гребни, а также «закручивают» его консоли (это называется «геометрическая крутка» — когда корневая и концевая нервюры имеют разные углы установки относительно оси самолета; «аэродинамическая крутка» — когда крыло состоит из набора разных аэродинамических профилей). Подбор профилей для «закрученного» крыла и углов их установки требует большой научно-исследовательской работы в аэродинамических трубах и многочисленных испытаний натурных образцов в полете.

По части динамики газов в двигателе нового истребителя также возникли большие проблемы: слишком велика была разность давлений набегающего на самолет потока воздуха на взлете-посадке и на режиме максимальной скорости. В результате двигатель то «задыхался», то не успевал «переваривать» топливовоздушную смесь (явление «помпажа»). Проблема была решена с введением специальных перепускных клапанов, автоматически сбрасывающих излишки давления (по-видимому, впервые в мире).

При проектировании новых истребителей пришлось учитывать и требования аэродинамики больших скоростей. Если на дозвуковой скорости сопротивление самолета в большей мере зависит от площади общей, «омываемой» поверхности, то на сверхзвуке более важны площади поперечных сечений самолета (это называется «правило площадей»). Поэтому в месте, где стыкуется крыло с фюзеляжем, последний должен утончаться, чтобы площадь сечения самолета в этой части не превысила резко площадь сечения в носовой части.

Кроме того, конструкторы скоростных самолетов столкнулись с проблемами в области электростатики. Сверхзвуковые самолеты в полете накапливали на себе огромные заряды. Иногда накопленные потенциалы приводили к появлению коронных разрядов (огней Св. Эльма). Свечение этих разрядов порой воспринималось пилотами под воздействием шума в разного рода СМИ как НЛО. Замечу, что в условиях отсутствия ориентиров человек не может правильно оценить ни расстояние до незнакомого объекта, ни его размеры. Поэтому разряд, возникший, например, на крыле, летчик воспринимал на фоне бесконечного неба или далеких облаков как большой светящийся шар, который повторял все маневры самолета на расстоянии полукилометра от него. А иногда накопленные в полете заряды становились причиной смерти техников уже после посадки.

После специальных исследований эта проблема была разрешена с установкой статических разрядников.

Кабина в новых истребителях Сухого была герметичной с наддувом и имела новейшее по тем временам катапультируемое кресло, позволявшее покидать самолет на сверхзвуковых скоростях. Впервые в практике СССР были применены необратимые гидравлические усилители рулей (бустеры) по всем каналам управления, спаренные для повышения надежности. В дальнейшем это решение заимствовали и другие разработчики — как в Советском Союзе, так и в мире. Кроме того, впервые в СССР на истребителях Сухого было применено цельноповоротное горизонтальное оперение (ЦПГО) и воздухозаборник, регулируемый центральным телом.

Уже в 1956 году на прототипе истребителя с треугольным крылом летчиком-испытателем Владимиром Махалиным была получена рекордная для СССР скорость 2060 км/ч. В начале 1960-х годов перехватчик Су-9 и фронтовой истребитель Су-7 пошли в войска. А в это время КБ уже занималось разработкой нового истребителя — будущего Су-15.

Надо отметить еще один рекорд, связанный с истребителем Су-7: он и его модификации Су-7Б и Су-17 продержались на вооружении около 30 лет.

Обе модификации Су-7 заставили конструкторов еще раз обратить внимание на динамику полета. По заданию истребитель-бомбардировщик Су-7Б должен был идти к цели на предельно малой высоте, затем резко «подпрыгивать» и в этом «прыжке» (то есть на кабрировании) сбрасывать бомбы. В момент отцепа бомб меняется центр тяжести самолета. Конструкторы должны были обеспечить приемлемую для летчика управляемость и устойчивость истребителя-бомбардировщика на всех режимах полета.

Су-17 был первым в СССР самолетом с изменяемой стреловидностью крыла. Взяв за основу Су-7, «суховцы» установили в консоли крыла поворотные механизмы со здоровенными подшипниками, способными выдержать перетекание огромных, к тому же знакопеременных нагрузок. Самолет потяжелел почти на полтонны, тем не менее дальность его полета возросла: при малой стреловидности он намного более экономно потреблял топливо. Что и требовалось доказать.

Су-17

Однако движение консолей крыла в полете меняет и центр тяжести самолета, и его аэродинамический фокус (точку приложения подъемной силы). Здесь тоже надо было провести много экспериментов для обеспечения устойчивости и управляемости не только в крайних, но и в «промежуточных» положениях консолей.

Вершина развития технической мысли конструктора Сухого — это феноменальная «сотка», Су-100. Дальний сверхзвуковой тяжелый бомбардировщик мог нести различное оружие (в том числе ядерное), имел дальность полета 7500 км, а скорость — 3000 км/ч.

Су-100

Экипаж состоял из двух человек: пилота и оператора вооружения. В полете экипаж ориентировался по дисплеям и перископам. Была установлена (впервые в СССР и, наверное, в мире) электронная система управления с джойстиком вместо штурвала. При работе над Су-100 рабочие места конструкторов на «фирме Сухого» впервые в СССР были оснащены системой автоматизированного проектирования (САПР). На момент создания самолета все это было фантастикой.

На скорости в 3000 км/ч воздушная среда, набегающая на самолет, сильно разогревается. Вместе с ней нагреваются и обшивки носовых частей крыла и фюзеляжа. Алюминиевые сплавы могут спокойно выдерживать нагрев только до 150-200 градусов, потом начинается потеря прочности. Кроме того, от нагрева все элементы конструкции сильно деформируются, что, например, не дает возможности заливать топливо прямо в кессоны крыла. Поэтому Су-100 — пример цельностального самолета, а основной тип соединений для него — сварка.

Однако Су-100, скажем так, не совсем вписался в оборонную концепцию Советского Союза, к нему возникли претензии. Сам Генеральный, как здесь уже говорилось, не любил «пробивать» и «согласовывать» свои проекты. Работа над Су-100 началась в 1967-м, а испытания — в 1972 году. Испытания безосновательно затянулись, а после смерти Сухого в 1975 году продолжались еще год, после чего программа строительства была свернута. В конце концов в войска пошел увеличенный аналог американского стратегического бомбардировщика Б-1.

Вот уже более тридцати лет «фирму Сухого» возглавляет М. П. Симонов. Под его руководством происходило внедрение в серию фронтового бомбардировщика Су-24, а разработка знаменитых истребителей семейства Су-27, штурмовика Су-25 и бомбардировщика Су-34.