Ил-62: зачем самолёту четвёртая стойка и почему это не ошибка конструкторов

Если посмотреть на советский дальнемагистральный Ил-62 на стоянке в аэропорту, внимание сразу привлекает необычный элемент. Из нижней части хвостового конуса опускается тонкая двухколесная опора. У большинства пассажирских лайнеров такой детали нет, поэтому со стороны стойка легко воспринимается как вынужденная заплатка после ошибки в расчетах. Кажется, будто конструкторы не угадали с развесовкой, а когда готовый самолет опасно осел на корму, спешно приделали ему подпорку.

В действительности никакой ошибки в расчетах не было. Появление четвертой стойки стало прямым следствием выбранной компоновки, в которой четыре тяжелых двигателя вынесли в хвостовую часть фюзеляжа. Инженеры знали об особенностях такой балансировки с самого начала проектирования и сознательно приняли этот компромисс ради аэродинамических преимуществ схемы.

У пустого лайнера центр тяжести закономерно смещался назад относительно основных опор шасси. Чтобы машина сохраняла устойчивость на земле, не заваливалась на хвост и оставалась управляемой при маневрах на перроне, в конструкцию ввели выпускаемую хвостовую опору. Такой вот штатный элемент наземной эксплуатации.

Зачем двигатели перенесли назад и что это изменило в развесовке

Схема с размещением силовой установки на корме фюзеляжа была популярным направлением в мировом авиастроении шестидесятых годов. Главный плюс такого подхода заключался в возможности получить аэродинамически чистое крыло. Без подвешенных мотогондол и массивных пилонов плоскости работали эффективнее на крейсерских режимах, а по всему их размаху удавалось установить развитую механизацию для улучшения взлетно-посадочных характеристик.

Платой за чистоту крыла стала сильная концентрация массы в хвостовой части. Четыре двигателя, их силовые рамы, мотогондолы и Т-образное хвостовое оперение создавали огромную статическую нагрузку на заднюю часть конструкции. При этом фюзеляж Ил-62 был длинным, поэтому тяжелая корма действовала на конструкцию с большим плечом рычага.

Пока самолет полностью заправлен, а пассажирские салоны и багажные отделения заполнены, центр тяжести находится в расчетном диапазоне перед осью основных опор шасси. В таком состоянии лайнер опирается на переднюю и главные стойки абсолютно устойчиво, как и любой классический самолет. Картина резко меняется после завершения рейса. Когда пассажиры покидают салон, багаж выгружают, а топливо из крыльевых баков выработано, носовая и средняя части фюзеляжа теряют львиную долю своей массы. Тяжелый хвост с четырьмя двигателями при этом остается неизменным.

У незагруженного Ил-62 центр тяжести неминуемо уходит назад и оказывается позади оси основных опор шасси. В такой ситуации самолет на стоянке неизбежно опрокинулся бы на корму, если бы конструкторы не предусмотрели дополнительную точку опоры.

Почему нельзя было просто сдвинуть основные стойки назад

Естественный вопрос, который возникает при разборе такой компоновки: почему инженеры не сдвинули основные стойки шасси ближе к двигателям, чтобы центр тяжести пустого самолета всегда оставался впереди?

Сделать это не позволили законы взлетной динамики. Основные опоры шасси служат осью вращения, вокруг которой самолет поднимает носовую стойку при разбеге для выхода на необходимый угол атаки. Чтобы рули высоты на горизонтальном оперении смогли создать достаточный кабрирующий момент, расстояние между центром тяжести и осью основных опор должно быть строго выверено.

Если расположить основные стойки по обычной схеме — позади центра тяжести пустого самолёта, — при загрузке центр тяжести заметно сместится вперёд относительно стоек. На взлёте это увеличит пикирующий момент, который должны будут компенсировать стабилизатор и руль высоты, особенно при передней центровке.

Именно поэтому на Ил-62 основные стойки разместили впереди центра тяжести пустого самолёта. При загрузке центр тяжести уходил вперёд, но расстояние до стоек оставалось меньше, чем при обычной схеме. Это позволило обойтись более компактным горизонтальным оперением и не создавать избыточный кабрирующий момент на взлёте.

Конструкторы нашли баланс: положение крыла и основных опор подобрали так, чтобы самолет эффективно летал, отрывался от полосы и садился. Проблему балансировки пустого борта на земле решили отдельным механическим узлом.

Реальные задачи хвостовой опоры и режимы ее работы

Хвостовая опора Ил-62 представляет собой полноценный убираемый телескопический узел со спаренными колёсами; её выпуск и уборка выполняются штатной системой самолёта. Это не ручная стояночная подставка, а бортовая система, управление которой выведено в кабину экипажа.

Опора выполняет несколько четких практических задач:

• исключает опрокидывание самолета на хвост при стоянке, погрузочных работах, буксировке и рулении незагруженного самолёта;
• создает необходимую вертикальную нагрузку на переднюю стойку, если из-за задней центровки носовым колесам не хватает сцепления с поверхностью для надежного управления;
• предохраняет хвостовую часть фюзеляжа от возможного касания земли при посадке с максимальными углами тангажа.

По регламенту эксплуатации у незагруженного самолета хвостовая опора должна быть обязательно выпущена при стоянке, буксировке и рулении по аэродрому. Движение с выпущенной опорой разрешается, однако скорость руления и буксировки в этом режиме строго ограничена величиной 25 км/ч.

В полете стойка убирается вверх в хвостовую часть фюзеляжа, но колёса не скрываются полностью: они остаются предохранительным элементом на случай касания хвостом земли при большом угле тангажа. Перед вылетом, после загрузки самолёта, экипаж убирает опору и выполняет взлёт на штатном трёхопорном шасси.

Балластный бак и границы его применения

В конструкции Ил-62 был предусмотрен балластный бак емкостью около 3200 литров, куда можно было заливать воду для корректировки центровки при перегонах полностью пустого самолета. Позже на модификации Ил-62М появился дополнительный топливный бак в киле, что дало больше гибкости в управлении дальностью и балансировкой в воздухе.

Наличие балластной системы не отменяло необходимости использования хвостовой стойки. В руководстве по летной и технической эксплуатации прямо указывалось, что обеспечивать стояночную устойчивость незагруженного самолета исключительно за счет заправки балластного бака или перекачки топлива строго запрещено.

Постоянная заливка и слив тонн воды на каждой промежуточной стоянке превратили бы обслуживание в сложный и долгий процесс, требовавший специальной аэродромной техники. Выпускаемая металлическая опора работала полностью автономно, не зависела от наземных служб и приводилась в рабочее положение переключателем из кабины.

Опыт других заднемоторных самолетов

С подобными сложностями столкнулись и другие разработчики тяжелых машин с кормовым расположением силовой установки. Британский лайнер Vickers VC-10 создавался по аналогичной схеме с четырьмя двигателями в хвосте и имел схожую специфику изменения центровки без коммерческой загрузки. На трехдвигательном Ту-154 тяжелая корма также создавала риск опрокидывания при неправильной очередности разгрузки задних багажников, поэтому на стоянках там применялась специальная страховочная штанга.

В Ил-62 эту задачу решили сделать частью бортового комплекса. Четвертая опора добавила определенный вес и усложнила конструкцию хвостового отсека, но избавила наземные службы от необходимости искать специальные упоры под фюзеляж при каждом рейсе.

Четвертая стойка Ил-62 — это наглядный пример классического инженерного компромисса. Невозможно собрать тяжелые двигатели в хвосте длинного лайнера и получить такое же распределение массы на стоянке, как у самолетов с моторами под крылом. Вместо ухудшения взлетных качеств и перетяжеления планера конструкторы добавили надежный механический упор, который успешно решил задачу устойчивости на земле.