Первым делом – история авиации

Один из первых в мире бомбардировщиков – французский Voisin III. Пилот вручную сбрасывал бомбу через лючок в днище фюзеляжа. Иллюстрация из книги «Official Guide to The Smithsonian National Air And Space Museum», 2002

Санкт-Петербург – одна из колыбелей российской авиации. Именно в этом городе были созданы первые воздухоплавательные парки, первая школа летчиков. Здесь летом 1910 года взлетел один из трех первых самолетов отечественной конструкции «Гаккель-III», а в 1913 году – знаменитый четырехмоторный «Русский витязь».

Самолеты счет любят

Неудивительно, что именно в Санкт-Петербурге впервые в России был проведен конгресс Международного совета по аэронавтическим наукам (ICAS, International Council for Aeronautical Sciences). Принимающей стороной выступил ЦАГИ – Центральный гидроаэродинамический институт.

Конгресс ICAS – главное событие в авиационном научном мире. Организуется он раз в два года. Первый конгресс 1958 года прошел еще во времена зарождения реактивной транспортной авиации, когда на трассы выходили De Havilland Comet, Туполев Ту-104, Boeing-707 и Sud Caravelle. Конгресс, прошедший в Санкт-Петербурге с 8 по 12 сентября, был уже 29-м. Но наша страна принимала его впервые.

В конгрессе участвовало более 1200 специалистов из 40 с лишним стран мира, заслушано более 400 докладов. Широко была представлена отечественная авиационная наука. Так, только Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) прислал делегацию из 40 человек. А вот направления работ, представленные ЦАГИ только в первый день конгресса: нестационарная аэродинамика, устойчивость композитных структур к повреждениям, моделирование динамических нагрузок, изучение высокоскоростных потоков.

На этом, 29-м, конгрессе появились и две новые секции: секция истории авиации и секция международных авиационных программ. Обе они прошли с большим успехом, что, в частности, отметил президент ICAS Мюррей Л. Скотт.

Секцию по истории авиации организовал Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН. Заседание вел летчик-испытатель, сотрудник ЦАГИ Геннадий Амирьянц, присутствовало более 250 человек. С рассказом о первых годах авиации выступил руководитель группы авиации ИИЕТ РАН Дмитрий Соболев, автор книг «История самолетов мира», «История летающего крыла» и др. О развитии транспортной авиации в США рассказал куратор национального авиационно-космического музея в Вашингтоне доктор Роберт ван дер Линден, а сотрудник ИИЕТ РАН Виталий Лебедев поведал об истории и судьбе первых петербургских аэродромов – одновременно первых аэродромов России.

В докладах прозвучало много новых сведений. Например, швейцарский исследователь Георг Бридель привел новые факты о жизни великих швейцарских гидродинамиков Эйлера и Бернулли, творивших в Санкт-Петербурге, а в докладе сотрудника ИИЕТ Юрия Кузьмина впервые было подсчитано, сколько всего самолетов построено в XX веке – около 2,1 млн. Показано, что, хотя стимулятором прогресса авиации были войны и выпуск самолетов за время Второй мировой войны составил 40% от векового производства, доля гражданских машин постоянно растет.

Много шума и… ничего

Исполнительный директор ФГУП «ЦАГИ», член-корреспондент РАН Сергей Чернышев и летчик-испытатель Геннадий Амирьянц на заседании секции по истории авиации. Фото автора

И действительно, большая часть выступлений на конгрессе касалась гражданской авиации. Похоже, однако, что в ближайшие десятилетия она будет развиваться только эволюционным путем. Двигатели по-прежнему будут турбореактивными и турбовинтовыми, скорости – дозвуковыми, высота полета – как и сейчас, в диапазоне от 10 до 15 км. Например, сотрудник двигателестроительной компании «Роллс-Ройс» Рик Паркер так обрисовал задачи своей фирмы до 2025 года: повышение степени сжатия воздуха после компрессора, повышение температуры воздуха перед турбиной еще на 100 градусов, связанное с этим уменьшение потребления топлива на единицу тяги на 15–20%. 

Да, это важно и достигается с большим трудом. Но о феноменальном прогрессе 1930–1960-х годов, когда каждые несколько лет устаревали целые поколения летательных аппаратов, можно забыть.

Было объявлено, что после «Лайнера мечты» Boeing 787, гигантского A380 и A350 обе крупнейшие компании по производству магистральных пассажирских самолетов – Boeing и Airbus – берут тайм-аут и по крайней мере десятилетие не будут выводить на рынок новые самолеты, только совершенствовать старые – устанавливать все новые двигатели и электронику. Проекты сверхзвуковых пассажирских самолетов связывают лишь с бизнес-авиацией, но и эти проекты ведутся только как поисковые исследования.

Причины замедления развития гражданской авиации не технические и даже не только экономические. Очень важным сдерживающим фактором стали международные правила, например ограничения по шуму. Именно это, как отмечалось в нескольких докладах, мешает вернуться к двигателям с открытым ротором – так называют новое поколение всем известных турбовинтовых. Новые пропеллеры сохраняют эффективность на скоростях, привычных для реактивных пассажирских самолетов, около 0,8 от скорости звука, и имеют даже более высокий КПД. Но они на несколько децибел шумнее турбореактивных и поэтому не находят применения.

Конечно, шум – это плохо. Но более экономичные и мощные силовые установки помогли бы самолетам более круто набирать высоту при взлете – а это и улучшает безопасность, и снижает шум на местности. Или, напротив, размеры самолетов могли бы увеличиться – а частота полетов и общий шум – соответственно снизиться. Но ограничения касаются именно шума, замеренного при работающей силовой установке на определенном расстоянии от самолета. И таких ограничений становится все больше, а в результате международная бюрократия во все большей степени регулирует технический прогресс.

Зачем летчику фонарь?

А вот военную авиацию ждут большие изменения, причем речь не только о беспилотных летательных аппаратах. Приведу лишь один пример.

Сейчас летчик даже в новейших самолетах, таких как наш ПАК-ФА, сидит под большим прозрачным фонарем. Вырез под фонарь заметно ослабляет и утяжеляет фюзеляж, сам фонарь увеличивает лобовое сопротивление и мешает защитить летчика. Располагается кабина летчика обычно в носовой части – там, где место особенно дорого для размещения сенсоров, прежде всего РЛС, воздухозаборников и так далее, и вдали от центра масс, что усиливает действие перегрузок на экипаж.

Первая полоса  «Иллюстрированной газеты» от 18 августа 1938 года хорошо отражает общественные настроения того времени относительно перспектив авиации.

Но так ли нужен летчику фонарь, если даже пилоты гражданского Airbus A380 уже рулят по аэродрому, глядя на экран телекамеры, прикрепленной к передней ноге шасси, заметно ниже кабины? Не лучше ли спрятать пилота в защищенной капсуле около центра масс фюзеляжа и вывести на стенки этой капсулы информацию с телевизионных и инфракрасных камер? Такое изменение увеличит, например, допустимую перегрузку летательного аппарата при той же массе, а это даст преимущество в маневренном воздушном бою.

Интересно было сравнить подход специалистов разных стран. Наиболее впечатляет систематичность ученых из США и ФРГ. Они начинают даже не с проблемы, а со сценария будущего. Вот, мы считаем, жизнь к 2050 году изменится так-то. Поэтому возникнут такие-то проблемы и возможности. Их можно решать следующими способами, наилучший, по нашему мнению, такой-то. Поэтому мы будем проводить такие-то эксперименты и реализовывать такие-то программы.

Например, доклад о реализации одного из способов повышения подъемной силы на взлете и посадке – управления пограничным слоем – обосновывался потеплением климата. Известно, что в теплую погоду тяга турбореактивных двигателей меньше, поэтому взлетать сложнее. А если потеплеет повсеместно, то надо думать, как с этим справляться. Вот такой глобальный прагматичный подход.

У восточных исследователей пока подход другой. Чаще всего доклад строится так: в США создали замечательную программу, позволяющую оптимизировать то-то и то-то. Мы провели множество часов расчетов и нашли решение, которое лучше на 2% (по скорости, экономии топлива, уменьшению шума – нужное подчеркнуть). То есть исследования ведутся интенсивно, но в рамках имеющейся парадигмы, более того – в рамках уже поставленных задач-головоломок. Новые проблемы пока ставятся редко.

А вот некоторые российские доклады расстроили. При этом сообщалось о реальных, настоящих достижениях, но стиль подачи был примерно таким: мы умеем делать одно-другое-третье, почему же правительство не заказывает нам таких самолетов?

Вероятно, это связано с сохранившимся еще со времен СССР громадным разрывом между «технарями» и «экономистами». А уж слово «футурология» вообще было почти ругательным. Поэтому, к сожалению, анализ «а нужно ли кому-нибудь то, что мы умеем? А будет ли это нужно к тому моменту, когда воплотится в готовые изделия?» – проводится редко. Возможно, в этом одна из причин сложностей с претворением идей в практику.

Бросалась в глаза и всеобщая вера в могущество компьютерных расчетов, в численный эксперимент. И здесь, на мой взгляд, имеется существенная опасность. Давно было сказано: компьютер – как мельница: засыпешь лебеду – на выходе тоже будет лебеда. А ведь многих точных моделей, например моделей поведения пограничного слоя – тонкого слоя воздуха непосредственно у обшивки летательного аппарата, – до сих пор нет. Но молодые ученые смело берут готовые программы по расчету аэродинамических характеристик, зачастую без анализа – а подходят ли эти программы именно к их случаю? Выполняют расчеты и делают далеко идущие, но не всегда безупречные выводы. Вот этот перекос от физики процесса к вере в компьютер на конгрессе был весьма заметен.

На заседаниях обсуждались не только авиационные, но и общенаучные вопросы. Например, все чаще встает вопрос – как же измерять научные достижения? И оказывается, что библиометрические идеи популярны не только в России. Таким идеям была посвящена целая секция, доклад об измерении библиографических показателей сделала Хироко Накамура.

Обсуждение было жарким. В целом решили, что библиометрика – вещь полезная, но использовать ее для оценки результатов надо с крайней осторожностью. Причин тому несколько. Во-первых, в одних областях материал на статью собирается намного легче, чем в других. Во-вторых, существуют «коллективные сумасшествия» – например, проблема холодного термояда или «проблема 2000», когда появляется огромное количество статей весьма малой научной ценности.

Наконец, все больше в науке создается «паразитических гнезд»: групп, объединяющих исследователей из нескольких институтов, которые плодят множество статей и усердно ссылаются в них друг на друга. Вот только ценного в этих статьях немного. И если бы Эйнштейн со своими считаными и понятными только узкому кругу коллег статьями жил в эпоху библиометрики, то общая теория относительности явно не получила бы финансирования.

* * *

На закрытии конгресса президент ICAS Мюррей Скотт передал эстафету следующему организационному комитету – уже начата подготовка к 30-му конгрессу ICAS, который пройдет в Южной Корее. И несомненно, достижения российской авиационной науки будут достойно представлены и там.

Санкт-Петербург–Москва