Вновь создаваемые самолеты конструкции бюро имени С. В. Ильюшина, как и самолеты Ил-76 и Ил-86, по-прежнему называются «Илами» в честь основателя фирмы, создателя творческой школы в самолетостроении и воспитателя конструкторского коллектива. С появлением новых самолетов неизбежно возникает вопрос, какое место они займут в общей транспортной системе страны? Самолеты Ил-114, Ил-96-300 вместе с параллельно проектируемым (на основе принципа унификации с самолетом Ил-96-300) в ОКБ им. А. Н. Туполева самолетом средних магистральных линий (CMC) Ту-204 положат начало четвертому поколению отечественных реактивных пассажирских самолетов. Названные самолеты предназначены для замены своих предшественников в соответствующих классах. Так Ил-114 заменит самолет местных линий (СМЛ) Ан-24 с турбовинтовыми двигателями. Напомним, что предшественником этого самолета был Ил-14 с поршневыми двигателями (в этом, между прочим, можно усмотреть некоторую преемственность марки самолетов Ил-14 и Ил-114). Самолет Ту-204 предназначен для замены CMC второго поколения Ту-154, а ДМС Ил-96-300 на определенное время заменит Ил-62М на многих линиях Аэрофлота. Поясним это несколько подробнее на примере эксплуатации отечественных CMC и зарубежных ДМС, что, видимо, представляет собой некоторый интерес. Так, в классе средних магистральных отечественных (как, впрочем, и зарубежных) самолетов предшествующих поколений успешно эксплуатируются два типа — узкофюзеляжный Ту-154 на 160 .... 180 пассажирских мест и широкофюзеляжный самолет-аэробус Ил-86 на 350 мест, с четырьмя двигателями конструкции Н. Д. Кузнецова, каждый из которых тягой по 13 000 кг. Экономически также целесообразно располагать и в классе самолетов ДМС двумя типами: для линий с малой плотностью пассажирского потока — относительно маломестными (с числом пассажиров порядка 200) самолетами, а для более загруженных линий — многоместными (300 пассажиров и более) широкофюзеляжными самолетами. Это, в известной степени, определяется выбором рациональной частоты движения, что немаловажно. Вначале, как видно из сказанного, предпочтение было отдано созданию многоместного ДМС, и это не случайно, так как подобное решение экономически обосновано. Из зарубежной практики известно, что в третьем поколении также сначала в 1969 г. были созданы широкофюзеляжные ДМС Боинг 747, более чем на 400 мест, затем в 1972 г. — Дуглас ДС-10-30 и в 1979 г. — Локхид L-1011-500 на 300—330 мест. Относительно маломестными ДМС длительное время оставались самолеты первого поколения Дуглас DC-8 и Боинг 707, созданные в 1954 г., обладавшие высокой эффективностью, и лишь много позже, в 1984 г., был создан ДМС Боинг 767-200 ER с дальностью полета 9300 км. Правда, значительно раньше, а именно в начале 1970-х гг., фирма «Эрбас Индастри», европейский консорциум, задумала создать двухсотместный однопроходный самолет (получивший тогда название А300В11) с целью замены самолетов DC-8 и Боинг 707. Позже фирма «Эрбас Индастрия изменила свои намерения, пересмотрела облик самолета, отдав предпочтение широкофюзеляжному двухпроходному более многоместному самолету с намерением замены однотипных самолетов, но уже второго поколения Дуглас DC-10-30 и Локхид L-1011-500. Новому проекту самолета было присвоено название А-340, ввод в эксплуатацию предполагался в 1992 р. Итак, двухсотместные (узкофюзеляжные) ДМС получили себе замену много позже, чем были созданы широкофюзеляжные. Аналогично будут развиваться и отечественные ДМС. На замену Ил-62М в дальнейшем будет создан новый самолет с соответствующей ему пассажировместимостью (порядка 200 мест), того же класса дальности для линий с невысокой плотностью пассажирского потока. Заметим, что подобным образом развивались и самолеты класса CMC — вслед за узкофюзеляжным самолетом Боинг 727 (1971 г.) были созданы широкофюзеляжные Дуглас DC-10-10 (1972 г.), Локхид L-1011 (1972 г.) и только затем узкофюзеляжный Боинг-757 (1983 г.). Еще один довод в пользу решения о первоначальном создании широкофюзеляжного ДМС заключен в возможной «конкуренции» между самолетами Ил-96-300 и Ил-86 на наиболее протяженных (из средних магистральных) линиях. Дело в том, что топливная эффективность самолета Ил-96-300, как более современного и совершенного, заметно выше, т. е. расход топлива на единицу производительности (г/(пасскм)) много меньше, чем у Ил-86. Однако стоимость самолета Ил-96-300, естественно, выше, потому что его размеры и тяга двигателей больше. Кроме того, оборудование этого самолета более сложное и по количеству его больше (так как самолет — дальний) и, следовательно, стоимость его также выше. В общей же сумме эксплуатационных расходов величина амортизации самолета весьма значительна и, как известно, непосредственно зависит от его стоимости и расходов, косвенно с нею связанных. Затраты на топливо тоже не малы, но они по относительной величине занимают второе место. Следовательно, по расходу топлива имеет место перевес в пользу Ил-96-300, а по стоимости самолета и большей пассажировместимости — в пользу Ил-86. Поэтому экономическая целесообразность эксплуатации Ил-96-300 на линиях, доступных и для Ил-86, требует конкретного анализа с учетом условий конкретных линий. Типичное распределение зон экономически оправданного использования любых CMC и ДМС может быть представлено на графике изменения основных характеристик грузоподъемности самолетов по дальности их полета и соответствующих кривых себестоимости, пересечения которых ограничивают по горизонтальной шкале протяженность линий оптимального применения этих самолетов. Все сказанное подтверждает, кроме того, известное положение, что в каждом из поколений пассажирских самолетов обычно не создают одновременно полной гаммы машин всех классов дальности и пассажировместимости. В период эксплуатации перечисленных самолетов четвертого поколения линии средней протяженности с большим пассажиропотоком сохранит за собой Ил-86 — самолет третьего поколения. Подобное, как уже отмечалось, наблюдалось и раньше в отечественной и зарубежной практике. В развитии гражданской авиации действует, следовательно, принцип избирательной, а не одновременной замены машин всех классов и типов. Экономический эффект от этого усиливается также разработкой модификаций самолетов предшествующего, а затем и последующего поколений. Дальний магистральный самолет Ил-96-300 совершил свой первый полет 28 сентября 1988 г. с аэродрома, расположенного вблизи центра Москвы. С этого аэродрома, напомним, в недалеком прошлом стартовали такие же многотонные самолеты Ил-76 (25 марта 1971 г.) и Ил-86 (22 декабря 1976 г.). В довоенные годы этот аэродром эксплуатировался Аэрофлотом и носил имя М. В. Фрунзе. На нем тогда базировались самолеты типа К-5 и Ли-2, чья масса была более чем в 10 раз меньше упомянутых. Этому вылету, естественно, предшествовал большой подъем стендовых отработок, статических и многих других испытаний, в том числе определение массы самолета и экспериментальное определение его центра масс (центровки). Результаты подтвердили проектные данные и, следовательно, весовую эффективность, предусмотренную проектом на уровне одновременно создаваемых однотипных и примерно равного уровня технического совершенства зарубежных самолетов, эксплуатация которых начнется также в начале 1990-х гг. Представив, таким образом, краткие сведения о новых самолетах, отметим теперь некоторые, самые общие положения в развитии гражданской авиации, имеющие непосредственное отношение к рассматриваемым вопросам, а затем проследим пути решения проблем, возникших в процессе проектирования самолетов Ил-96-300. Этот подраздел посвящен творчеству коллектива, заключенному, главным образом, в поиске оптимальных параметров, в нахождении приемлемых компромиссов между обычно противоречивыми требованиями, т. е. в решении вечной проблемы выбора. Новые модели самолетов разрабатываются, во-первых, на основе всестороннего изучения перспектив развития воздушного транспорта (с учетом развития всех транспортных систем), его потребностей в увеличении размеров самолетов в соответствии с прогнозами роста объема пассажирских перевозок и потребной в будущем частоты движения. Во-вторых, важным условием также является техническая готовность к созданию более совершенных моделей самолетов, зависящая от накопления значительного числа нововведений. При разработке проектов самолетов будущего поколения, которые войдут в эксплуатацию в начале 1990-х гг., исключительно большое значение придается достижению высокого технико-экономического совершенства самолетов во всех его проявлениях: топливном, весовом, технологическом, а в конечном счете — в экономическом. Эти самолеты должны обладать хорошими показателями, и не только к моменту выхода на воздушные линии, но и в течение не менее 10 ... 12 лет эксплуатации, и располагать потенциалом развития модификаций для дальнейшего повышения их экономичности в условиях высокого темпа технического прогресса. Эти требования реализуются на базе перспективных достижений науки и техники, и важно, чтобы развитие многих направлений техники, например в области новых материалов, шло с определенным опережением. С целью выполнения этих весьма высоких требований на начальной стадии разработки проекта были сформированы комплексы нововведений в области аэродинамики, весовой эффективности конструкций и их прочности, технологии изготовления и материалов, а также в области систем оборудования и управления и комплектующих самолет изделий. В последнем из названных направлений была поставлена задача снижения массы ряда систем и комплектующих изделий не менее чем на 20 ... 25% и, забегая несколько вперед, можно сказать, что решение ее оказалось реальным. Все основные нововведения по их характеру можно условно подразделить на две группы. К первой группе относятся новшества, повышающие безопасность полета и техническое совершенство самолета, уменьшающие потребный запас топлива и, следовательно, повышающие топливную эффективность: принципиально новая аэродинамическая компоновка крыла с суперкритическим профилем и вертикальными законцовками; новые двигатели со значительно меньшим расходом топлива; компоновка кабины экипажа с комплексом электронных пилотажно-навигационных приборов с выводом данных на цветные дисплеи; электродистанционная система управления самолетом. Ко второй группе относятся нововведения, направленные на минимизацию полетной массы путем уменьшения массы пустого самолета и повышающие его весовую эффективность: применение все более значительного объема композиционных материалов; применение в колесах главных опор самолета моноуглеродных тормозных устройств, приводящее к значительному весовому эффекту; применение новых сплавов, отличающихся высокой прочностью и допускающих, следовательно, более высокие напряжения; внедрение в конструкцию планера длинномерных панелей, приводящих к уменьшению числа стыков и облегчающих самолет; использование с той же целью нового крепежа; разработка новых систем оборудования, основанных на принципиально новых схемах; разработка более совершенных комплектующих изделий, обладающих лучшими массово-габаритными характеристиками; применение некоторых систем активного управления, в том числе системы повышения ресурса и системы демпфирования упругих колебаний крыла. Суммарное облегчение самолета, достигаемое с учетом сопутствующих облегчений (о которых речь пойдет ниже), особенно значительно для самолетов большой дальности полетов, запас топлива у которых не менее 34 ... 37% от взлетной массы, а масса пустого снаряженного самолета 47.... 50%. Нововведения не ограничиваются, конечно, перечисленными, они затрагивают и другие области, например, новые технологические процессы, прогрессивные методы обслуживания самолетов и т. п. На базе всех приведенных и других нововведений, оказывающих значительное влияние на размеры самолета, был проведен большой объем теоретических и экспериментальных исследований в области аэродинамического и весового, схемно-компоновочного и конструктивно-силового проектирования. Делалось это с целью оптимизации облика самолета на базе топливного критерия как обобщающего три свойства самолета — его аэродинамическое качество, массу конструкции и удельный расход топлива двигателями. Критерием может служить и взлетная масса, минимизация которой достигается с помощью тех же трех факторов. Причем выбор, например, удлинения крыла, увеличивающий его массу рационально в тех пределах, в которых соответствующее при этом уменьшение массы топлива превышает увеличение массы крыла и снижает взлетную массу самолета. Пути к достижению высокого технико-экономического совершенства самолета непросты, и сложность заключается не только в разработке новых идей (что, конечно, главное), но и в оценке эффективности большого числа нововведений. Сложность эта связана с большой степенью новизны, недостатком исходных данных, характеризующих различные нововведения. Кроме того, не исключается неполнота реализации перечисленного второго комплекса по причинам, не зависящим от конструкторов-самолетчиков. Реализация нововведений, перечисленных в первой и второй группах, приводит к повышению безопасности полета и значительному уменьшению расхода топлива благодаря аэродинамической оптимизации крыла и вследствие снижения массы пустого самолета. В результате показатель топливной эффективности (г/(пасскм)) самолетов этих групп в сравнении с ДМС Ил-62 снижается почти вдвое. Реализация второй группы приведенных нововведений привела к начальному снижению массы конструкции и оборудования на 11 700 кг, что составило почти 10% от массы пустого самолета. Много это или мало? Если величину облегчения отнести к заданной массе коммерческой нагрузки, транспортируемой на дальность 9000 км, то она составит 30% от ее величины; если же отнести эту величину к той части коммерческой нагрузки, что приносит чистую прибыль, то это облегчение будет примерно соответствовать 85,0% от величины этой массы. Из этого очевидно, как велико влияние массы пустого самолета на экономичность воздушного транспорта. Интересно также показать влияние этого облегчения на взлетную массу и, следовательно, на размеры самолета. Дело в том, что при начальном облегчении некоторых частей самолета и систем оборудования происходит сопутствующее снижение масс: конструкций крыла (вследствие уменьшения его площади, возможного при уменьшении взлетной массы); двигателей (при уменьшении потребной тяги по той же причине); конструкции планера (вследствие уменьшения потребной прочности); потребного запаса топлива. Все это приводит к многократным прогрессивно убывающим изменениям перечисленных величин вследствие повторяющейся причины, результат которых принято уподоблять «эффекту снежного кома», который математически выражается коэффициентом роста взлетной массы и которым учитывается взаимообусловленное многократное снижение сопутствующей массы. В результате снижение массы пустого самолета достигло 19%, взлетной массы— 14%, топлива — 15% (от собственной массы самолета). Уточним: указанная экономия топлива является следствием только снижения массы пустого самолета. Другие направления в улучшении топливной эффективности лежат, как отмечалось, на пути повышения аэродинамического совершенства самолета и газодинамического совершенства двигателей, т. е. факторов, оказывающих еще большее влияние и в сумме (с влиянием снижения массы) приводящих к значительному повышению топливной эффективности. Таким образом, повышение технико-экономического совершенства самолета достигается оптимизацией его параметров и характеристик, а также большим числом нововведений, включая разработку оборудования, основанного на принципиально новых схемах. Эффект реализации нововведений возрастал и ранее с каждым новым поколением, но на самолетах 1990-х гг. этот рост приобрел скачкообразный характер. Как бы подтверждая это, журнал «Флайт» в 1977 г. писал: «...Возможно, самым большим свидетельством ильюшенского таланта является мощь созданного им конструкторского бюро Руководимое с 1970 г. Генрихом Новожиловым, это бюро превратилось в настоящее время в неоспоримого лидера в области создания больших дозвуковых самолетов, таких, как грузовой самолет Ил-76 и новый широкофюзеляжный самолет Ил-86».