Ту-104: как крыло бомбардировщика запустило реактивную эру

Ту-104: как готовое крыло Ту-16 ускорило появление советской реактивной пассажирской авиации

Первый регулярный рейс советского реактивного пассажирского самолёта состоялся 15 сентября 1956 года. Однако история Ту-104 началась раньше — с инженерного решения использовать уже освоенные агрегаты бомбардировщика Ту-16 и разработать заново только те части, которые требовались для гражданского лайнера.

22 марта 1956 года Ту-104 совершил посадку в Лондоне, доставив советскую делегацию. На аэродроме он оказался единственным реактивным пассажирским самолётом: британский de Havilland Comet в тот момент был отстранён от полётов после серии катастроф. Спустя примерно шесть месяцев, 15 сентября 1956 года, Ту-104 выполнил первый регулярный рейс по маршруту Москва — Омск — Иркутск. По данным аэропорта Внуково, полёт продолжался 7 часов 10 минут.

За этим результатом стояла необычная для пассажирского самолётостроения схема: новый фюзеляж установили на основе уже существовавших крыла, оперения, двигательных отсеков и шасси.

От постановления до первого полёта — один год

11 июня 1954 года Совет министров СССР постановлением №1172-516 поручил ОКБ-156 создать реактивный пассажирский самолёт. Руководителем направления назначили Д.С. Маркова, а общее руководство проектом сохранил за собой А.Н. Туполев.

17 июня 1955 года, ровно через год после выдачи задания, лётчик-испытатель Ю.Т. Алашеев поднял опытный Ту-104 в воздух. Таким образом, от постановления правительства до первого полёта прошло двенадцать месяцев.

Линейка советских тяжёлых двухмоторных реактивных многоцелевых самолётов Ту-16 на стоянке аэродрома. В классификации НАТО этот самолёт получил обозначение Badger, то есть «Барсук».

Столь короткий срок объяснялся состоянием советской промышленности к середине 1950-х годов. В 1954 году серийное производство бомбардировщика Ту-16 на харьковском заводе №135 уже было организовано и шло полным ходом.

От Ту-16 к пассажирской машине перешли все основные несущие элементы и значительная часть оборудования. В конструкцию Ту-104 включили отъёмные части крыла, горизонтальное и вертикальное оперение, двигательные отсеки, основные узлы шасси и их гондолы. Самолёт получил также силовую установку с двигателями семейства АМ-3, для которых уже существовали отлаженная производственная цепочка, технологическая документация и подготовленные специалисты.

Это позволило не начинать разработку наиболее трудоёмкого элемента с нуля. Стреловидное крыло с расположенными у корня реактивными двигателями уже было освоено на военной машине. Вместе с крылом ОКБ получило готовые производственные технологии, оснастку и опыт серийного выпуска.

Опыт пассажирской версии на военной базе

Ту-104 не был первым проектом ОКБ Туполева, созданным по принципу использования агрегатов военного самолёта. В конце 1940-х годов опытный пассажирский Ту-70 строился на базе бомбардировщика Ту-4. В серию этот самолёт не пошёл, однако сам подход оказался проверенным: гражданский лайнер можно было создавать с опорой на уже освоенную военную платформу.

Опытный советский пассажирский самолёт Ту-70 в ангаре во время строительства.

При этом Ту-104 нельзя считать простым переоборудованием Ту-16. Такое описание удобно для краткого объяснения, но технически оно неточно. Главный пассажирский элемент — фюзеляж — проектировался заново.

Диаметр фюзеляжа увеличили примерно с 2,8 до 3,5 метра. Разница составляла около 70 сантиметров, но изменение размеров означало не простое расширение готовой конструкции. Требовалась новая силовая схема обшивки и другое распределение нагрузок по шпангоутам. Вместо сравнительно узкой трубы бомбардировщика создавалась широкая герметичная конструкция, рассчитанная на размещение людей, оборудования и пассажирских систем.

Дополнительные изменения потребовались из-за перехода от среднеплана Ту-16 к низкоплану. Для Ту-104 разработали новый центроплан — силовой узел, соединяющий крыло с фюзеляжем, — и полностью переработали места сопряжения агрегатов.

Внутри самолёта оборудовали герметичный пассажирский салон первоначально на 50 кресел. Кроме кресел, в фюзеляже разместили гардеробы, кухонный отсек и гражданское навигационное оборудование.

Военная компоновка продолжала влиять и на внешний облик самолёта. После перехода к низкопланной схеме стояночная высота шасси увеличилась, поэтому пассажирам приходилось подниматься в салон по достаточно крутому трапу. Геометрия унаследованных агрегатов определила пропорции всей машины.

Советские реактивные пассажирские самолёты Ту-104 на аэродроме в Москве, в аэропорту Внуково, предположительно в 1956 году.

Рост вместимости и дальности

Базовый Ту-104 перевозил 50 пассажиров. На модификации Ту-104А число мест увеличили примерно до 70, а на Ту-104Б — до 100. Взлётная масса Ту-104Б составляла 78,1 тонны согласно паспортным данным этого типа.

Крейсерская скорость находилась в пределах 750–800 км/ч. Расчётные высоты полёта составляли 10 000–12 000 метров. Для Ту-104Б паспортные характеристики предусматривали два варианта дальности.

При коммерческой нагрузке 12 тонн самолёт мог пролететь 2120 километров. Этого было достаточно для маршрута Москва — Омск с запасом, но недостаточно для беспосадочного перелёта из Москвы в Иркутск. При уменьшении коммерческой нагрузки до 8,15 тонны дальность возрастала до 2750 километров.

Иными словами, дополнительные 630 километров дальности обеспечивались уменьшением платной нагрузки на 3850 килограммов.

Связь с бомбардировочной машиной сохранялась не только в конструкции крыла, шасси и двигателей. Военное происхождение самолёта продолжало проявляться в его эксплуатационных особенностях, включая поведение на больших высотах.

Опасное поведение стреловидного крыла

Главным преимуществом крыла, унаследованного от Ту-16, была возможность развивать скорость 750–800 км/ч. Для самолётов с прямым крылом такие режимы были недостижимы или крайне ограничены.

Но стреловидная схема имела опасную особенность при больших углах атаки. После выхода за критический угол самолёт мог резко увеличить кабрирующий момент. Нос начинал самопроизвольно подниматься — возникал так называемый «подхват».

В таком режиме машина набирала высоту, скорость быстро снижалась ниже минимально допустимой, а затем происходил срыв. На больших высотах вывести самолёт из подобного состояния было практически невозможно.

За неполные четыре месяца 1958 года произошло четыре случая «подхвата». 15 августа под Хабаровском Ту-104 потерял управляемость и разрушился при падении с высоты около 12 километров. Погибли 64 человека.

17 октября самолёт, выполнявший рейс Пекин — Москва с промежуточными посадками, попал в область сильной турбулентности над Чувашией. Командиром экипажа был Гарольд Кузнецов. На высоте около 13 километров лайнер резко задрал нос, потерял управляемость и упал. Все 80 человек на борту погибли. Среди погибших находились представители дипломатических делегаций Китая и ряда других государств.

Расследовательская комиссия пришла к выводу, что причиной катастрофы стала потеря управляемости при выходе на закритические углы атаки в зоне восходящих воздушных потоков.

После изучения происшествий максимальный эксплуатационный эшелон Ту-104 снизили с прежних 10 000–12 000 до 9000 метров. Кроме того, пересмотрели угол установки стабилизатора и изменили ограничения по центровке.

Эти меры уменьшили вероятность повторения опасного режима, но не устранили его аэродинамическую основу. Ограничение высоты полёта имело и эксплуатационное последствие: на каждом рейсе снижалась топливная эффективность.

Два разных типа проблем

Проблемы Ту-104 часто сопоставляют с авариями британского de Havilland Comet. Однако причины у самолётов были различными.

Comet проектировался как пассажирский лайнер без военной агрегатной базы. В 1954 году он столкнулся с катастрофическими разрушениями герметичной кабины, связанными с усталостным растрескиванием в районе квадратных иллюминаторов.

У Ту-104 основная опасность была связана с аэродинамикой унаследованного стреловидного крыла на пассажирских высотах. У Comet проблема возникла из-за недостаточной изученности усталостного ресурса герметичной конструкции при многократных циклах наддува.

Обе программы осваивали режимы, в которых регулярные пассажирские полёты ранее практически не выполнялись. Но самолёты столкнулись с разными ограничениями: один — с особенностями поведения крыла, другой — с долговечностью гермокабины.

Носовая часть Ту-104А, потерпевшего катастрофу 7 февраля 1981 года при взлёте с военного аэродрома Пушкин под Ленинградом.

К аварийности Ту-104 относится и катастрофа 1981 года, в которой погибло почти всё командование Тихоокеанского флота СССР.

Итоги эксплуатации

Один из немногих сохранившихся Ту-104 находится под открытым небом в музее истории гражданской авиации в Ульяновске. Этот самолёт представляет тот же тип машины, который произвёл впечатление на британскую прессу после посадки в Лондоне в марте 1956 года, а спустя два с половиной года продемонстрировал над Чувашией пределы аэродинамической схемы, унаследованной от бомбардировщика.

Аэрофлот эксплуатировал Ту-104 до конца 1979 года. За весь период парк перевёз около 100 миллионов пассажиров. Общий налёт составил примерно 2 миллиона часов, а число выполненных рейсов достигло приблизительно 600 тысяч.

По данным открытых источников, за время эксплуатации Ту-104 потерпел 23 катастрофы. Всего построили от 200 до 201 самолёта всех модификаций — в разных источниках приводятся разные цифры. Производство завершили в 1960 году.

Решение, принятое в 1954 году, имело ясное инженерное обоснование. Использование готового крыла позволяло создать самолёт примерно за год вместо трёх лет и быстрее открыть для Аэрофлота регулярные реактивные маршруты.

Основная цена этого ускорения заключалась не просто в военном происхождении крыла. Проблема состояла в том, что стреловидная конструкция, созданная для бомбардировщика, на пассажирских высотах демонстрировала особенности, которые при первоначальной эксплуатации Ту-104 оценивались недостаточно полно.

История самолёта сводится не только к успеху или неудаче. Это пример инженерного компромисса: готовая конструкция ускорила переход к реактивным пассажирским перевозкам, но одновременно принесла в гражданскую авиацию аэродинамические ограничения военной машины.

Комментарии ⁰