Про М-60Посмотрел Рухлинского ещё раз. Виноват, не заметил 2-ой страницы. Но и там раздобыть что-либо конкретное не удалось. Никаких конкретных параметров по М-60 не приведено (взл. масса, масса конструкции, нагрузка на крыло, тяговооружённость, диапазон центровок, геометрические характеристики – ничего этого нет). Про компоновку М-60 сказано лишь в общих чертах, но надо отметить, сказанное в целом соответствует найденной мной
картинке. Действительно, прямое крыло большого удлинения, очень широкий и сплющенный фюзеляж с задним на-фюзелажным расположением двигателей. По непроверенным данным, рассчитан на 200 пассажиров. Данных маловато, но я, кажется, понял, в чём тут «фишка». Самолёт рассчитан на крейсерский полёт на больших высотах – до 20 км, вот в чём дело! Как американский самолёт-шпион U-2. В принципе, смысл в этом действительно есть. На высоте 20 км плотность воздуха в 4…5 раз меньше, чем на 10 км. Это значит, что движение на такой высоте и с той же скоростью будет сопровождаться примерно в четыре раза меньшим аэродинамическим сопротивлением (в реальности в раза в 2...2,5). Если обеспечить необходимую подъёмную силу, то, как бы, потребуется и вдвое меньшая тяга, и соответственно вдвое меньший расход топлива. Кроме того, тут можно убить сразу двух зайцев – истинная скорость, соответствующая одной и той же воздушной скорости (энергии скоростного напора) на высоте 20 км будет примерно в 3,5 раза выше, чем у земли, и в 2 раза выше, чем на 10 км. Например, полёт на скорости 800 км/час на Н=20 км будет соответствовать такому же скоростному напору, как при скорости 400 км/час на высоте 10 км, и 220 км/час у земли. То есть, самолёт с крейсерской скоростью 800 км/час на крейсерском потолке 20 км будет так же себя чувствовать, как у земли на скорости 220 км/час. Такой самолёт (если его сделать) сможет садиться и взлетать вообще без механизации. А с механизацией – его на посадке «жигули» будут обгонять. Безопасность от этого несомненно возрастёт. Меньшая скорость – больше времени на принятие решений. Меньшая вертикальная скорость и существенно меньшая кинетическая энергия, которую надо гасить, снизит требования к прочности (массе) шасси и к потребной длине ВПП. Одни плюсы, в общем. На первый взгляд. Но надо разобраться, чем придётся платить за всё это.
А платы существенные.
Во-первых, чтобы утащить самолёт на Н=20 км, надо увеличить Су крыла и уменьшить нагрузку на крыло (увеличить его площадь). На дозвуке потребуется крыло большого удлинения и скорее всего прямое, поскольку стреловидное крыло будет немыслимо длинным. Да оно и по компоновочным ограничениям не впишется – в сочетании с коротким фюзеляжем при взлёте концы крыла будут касаться ВПП. Длинное крыло потянет за собой и массу крыла – изгибающие моменты в месте стыка с фюзеляжем будут очень серьезными. Делать такое крыло жестким означает свести на нет все усилия – масса его будет чрезмерной. Но и особо гибким его тоже не сделаешь, иначе концы крыльев, загнувшись кверху, перестанут нести. Гибкое крыло в сочетании с большой инерцией самолёта надо будет успокаивать от болтанки «местными» усилиями – устанавливать акселерометры по размаху крыла и использовать их для «местного» автоматического управления интерцепторами. Иначе болтанку в нижних слоях атмосферы не победить. Отказ такой автоматики на гибком крыле приведёт в неспокойной атмосфере к невозможности бороться с болтанкой из-за запаздывания управления (по крайней мере, по крену точно), потому что аэродинамические силы могут меняться быстрее, чем их воздействие «добежит» по длинному крылу до фюзеляжа. С гибким крылом не всё так просто. Для того, чтобы оно было как можно более спокойным, его надо нагружать массой – топливом, двигателями (хорошо бы ещё и полезной нагрузкой). У М-60 двигатели не на крыле.
Увеличение площади крыла и его Су обязательно приведёт и к увеличению его Сх. А Сх крыла – главная составляющая Сх всего самолёта. Значит, тяги потребуется существенно больше, чем «в два раза меньше». Если мысленно переделать Суперджет для полётов на Н=20 км, не меняя форму и профиль крыла, его нагрузку на крыло придётся уменьшить с имеющихся 650 до 160 кГ/м2 - в 4 раза (во столько раз различаются массовые плотности воздуха на этих высотах). То есть, придется увеличить площадь крыла в 4 раза – в 2 раза размах и в 2 раза ширину. Но за счет замены крыла со стреловидного на прямое, его площадь можно уменьшить примерно на 20%, а нагрузку приподнять примерно до 200 кГ/м2. То есть, площадь крыла тогда будет что-то около 50000 кГ/200кГ/м2 = ~ 230 м2 (250 кв.м минус 10% подфюзеляжная часть). Но для большего Су, удлинение крыла придется увеличить - примерно на те же 20%. Так что, размах крыла не уменьшится и составит примерно 50…60 м. (для сравнения у «Руслана» – 73 м). Размах крыла такого самолёта будет вдвое больше его длинны. Посмотрите на американский U-2 - он имеет такие же пропорции и такую же нагрузку на крыло 196 кГ/м2. На высоте 21 км он летает в диапазоне скоростей 700...850 км/час. Как бы мы не ухищрялись, такое «высотное» крыло будет тяжелее крыла для высоты 10 км. Существенно. Раза в 2 точно. И это плохо. Такова массовая цена заброса самолёта на 20 км.
Что предлагается на М-60 для обхода этих недостатков?
В общем-то, кроме несущего фюзеляжа, ничего. Сразу скажу, я лично сомневаюсь, что фюзеляж шириной метров 7…10 м (8…12 человек в ряд плюс проходы) и высотой примерно 4 м обладает серьезными несущими способностями на дозвуке. Впрочем, возможно, что немалые числа Рейнольдса, характерные для конструкции таких размеров, даже для такого соотношения ширины и высоты создадут некоторые несущие свойства. Не могу точно утверждать, но возможно какую-то часть дополнительной подъемной силы фюзеляж всё-таки на себя в этом случае возьмёт. Это кроме той, которую он «законно» берет в любом случае – это часть фюзеляжа между крыльями, которая входит в понятие площади крыла. Судя по картинке, для М-60 это примерно 50…80 м2. Немало, учитывая, что для самолёта массой 100 тонн и нагрузкой на крыло 200 кГ/м2 совокупная несущая площадь должна составить примерно 500 кв. м (почти как у Руслана – 630 кв.м). Если фюзеляж за счёт своих несущих свойств добавляет ещё процентов хотя бы 10, то в совокупности это может позволить уменьшить площадь самих крыльев на 20…25%. Масса их тоже понизится, хотя и меньше – процентов на 15, поскольку изгибающие моменты будут гаситься и внутри конструкции фюзеляжа продолжением конструктивных элементов крыла. А изгибающий момент создает основные напряжения, требующие основной массы материала. Разгрузка крыла размазыванием по нему фюзеляжа хоть и имеется, но не кардинальная – хорошо, если таким образом удастся скомпенсировать расположение двигателей на фюзеляже, а не на крыле.
Если с несущими свойствами фюзеляжа не всё так однозначно, то в отношении экранного эффекта можно быть уверенными на все 100. Но хорошо это или плохо? С одной стороны неплохо – раньше отрывается от земли, и позволяет сеть на существенно меньшей скорости. Но это никак не влияет на взлетную и посадочную дистанцию. Если даже, наоборот, не приводит к её увеличению. Нет экрана – приземляется на большей скорости. Есть экран – летит на нём над полосой до гашения скорости ниже экранной, а затем касание и пробег. Шило на мыло. Что лучше, надо спросить у лётчиков. Хотя, в начале 90-х собственными ушами слышал, как летчик-испытатель В. Заболоцкий, не сказать, чтоб с одобрением отзывался о привычке мясищевской Гжели садиться на экран.
Несущий фюзеляж позволяет сделать его короче при той же вместимости – меньше рядов, но больше кресел в ряду. Но не факт, что это хорошо скажется на его массе. Да, он будет короче и это есть хорошо. Но все-таки сечение в форме окружности обладает наименьшим отношением поверхности фюзеляжа к его объёму. Сплющенный фюзеляж далёк от этого оптимума. Что победит – бабушка надвое сказала. Считать надо (а данных нет). Кроме того, короткий фюзеляж - это короткое плечо ГО, значит большие потребная его площадь и масса. Но с другой стороны, можно обойтись меньшим диапазоном центровок, поскольку нагрузка в силу такой короткой компоновки мало будет влиять на центровку. Это плюс. В смысле, минус к потребной площади ГО. А для соблюдения необходимого расхода РУСа по перегрузке, можно будет использовать не рули высоты, а сразу делать цельноповоротное ГО (как у истрибителей). У современной пассажирской "классики" ГО промежуточного типа - переставное с рулём высоты.
Неоптимальная с точки зрения Сх трения форма фюзеляжа вызовет большее сопротивление за счет большей смачиваемой поверхности фюзеляжа (по отношению к круглому сечению при том же объёме). Да и мидель (максимальное сечение) никто не отменял. В целом Сх такого самолёта с прямым крылом такого немаленького размаха должно быть очень отличным от среднестатистических величин в большую сторону. Благо, что на высоте 20 км воздействие скоростного напора в 4 раза меньше, чем на привычных 10 км. Будет ли выигрыш? Опять же, считать надо (а данных всё нет).
Что же в итоге? Самолёт М-60 по скудной и непроверенной информации должен перевозить 200 пассажиров, имея взл. массу порядка 100 тонн. Изображенный на картинке самолёт должен иметь размеры не меньше 30 м в длину (салон - 10 пасс. в ряду на 20 рядов, т.е. ~ 20 м с выходами, туалетами и кухней) и метров не меньше 60-ти в размахе. Не намного меньше Руслана (размах 73 м) и по этому параметру равный В-777, вмещающему под 500 человек. (Где места для базирования?).
Я не представляю, как тут можно уложиться в заявленные 100 тонн. Может, отстал от жизни? Допускаю вполне. Но если уже есть такие материалы, конструктивные решения, которые позволяют это сделать, то, что мешает их применить на «классике»?
Заманчиво, конечно, повысить ВПХ самолёта за счет снижения нагрузки на крыло, а от вызванного этим большего сопротивления избавиться, затащив самолёт на вдвое большую высоту, где его сильно больший Сх не даст таких больших абсолютных значений силы сопротивления, как если бы он летел на 10 тысячах. Нет вопроса, заманчиво. И крейсерскую скорость сохранил высокой, и взлёт с посадкой обезопасил. Но во что это обойдётся и стоит ли овчинка выделки, надо хорошо просчитывать. Жалко, что нет официальных данных от разработчика. Это, кстати, настораживает – не рекламно-прожектерский ли ход? Без них всё это гадание на кофейной гуще.
Хотя…. Вспоминается мне, как светлой памяти профессор Егер (главный конструктор Ту-154), рисовал нам графики и формулы, из которых получалось, что оптимальными для экономики авиаперевозок получались как раз те самые значения высот и скоростей, какие сейчас и есть – 800…1000 км/час на высотах 9000….12000 м. А так же второй диапазон со скоростями 2200…2600 км/час на высотах свыше 20 км, и добавил при этом «при создании экономичного бесфорсажного двигателя».