Москва:

(495) 648-42-86

Санкт-Петербург:

(812)  648-42-86

solvemultiphysics.ru

aerofinisher

В статье приводится обзор истории развития конструкции и современного состояния аэрофинишров, данные об авианесущих крейсерах, стоящих на вооружении ряда стран, сведения о крупных авариях при посадке на аэрофинишеры.

Аэрофинишеры в ХХ веке

В начале XX века произошло мощное развитие авиации, предопределив перспективность ее использования, как для мирных, так и для военных целей. Во многих европейских странах, в первую очередь Великобритании, а также в США, государственные интересы отстаивались не сколько у непосредственных границ государств, а в отдаленных территориях – колониях. Поэтому, с появлением эффективной военной авиации остро возник вопрос о возможности ее использования в любой точке земного шара. Такая потребность предопределила идею создания специальных кораблей, способных не только нести на себе самолеты, но и служить базой со всеми атрибутами аэродрома: полосами взлета и посадки, местом стоянки, и т.д. Годом рождения авианесущих кораблей считают 1911 г., когда впервые в мире самолет совершил посадку на борт бронепалубного крейсера «Пенсильвания» (рис. 1). Данный корабль имел специально оборудованную платформу с системой взлета и торможения (рис. 2-3).

1

Рис. 1. Подлет к крейсеру «Пенсильвания»

1

Рис. 2. Первая посадка на крейсер «Пенсильвания»

1

Рис. 3. Остановка самолета после первой посадки

Для остановки биплана «Кертис Голден Флаер» пилот Юджин Эли (Eugene Ely) воспользовался опытом аварийного торможения скоростных автомобилей. По его предложению на крейсере по краям платформы уложили 22 пары мешков с песком, соединив каждую тросом. Протянутые поперек площадки, эти тросы возвышались над ней на 30 см. Тройной крюк в нижней части машины, по замыслу пилота, должен был зацепиться за тросы, а волочащиеся за аппаратом мешки – погасить кинетическую энергию. Кроме того, между платформой и грот-мачтой была натянуто брезентовое полотнище, призванное сыграть роль буфера в том случае, если самолет все же не успеет остановиться.

18 января 1911 г. в 11.00 аэроплан «Кертис Голден Флаер» поднялся с берегового аэродрома примерно в 22,2 км от стоянки флота, точно вышел на стоявшую неподвижно на бочке «Пенсильванию» и снизился до уровня платформы. За 15 метров до ее края пилот заглушил мотор. Все шло отлично, но в последний момент внезапный порыв ветра слегка подбросил аппарат, приподняв его на 3 метра над платформой. Авиатор быстро прижал машину к палубе, и подпружиненные крюки, зацепившись за 12-й от края трос, один за другим поволокли мешки. Аэроплан остановился, когда перед ним оставалось еще 9 метров свободного пространства. Так завершился эксперимент, о котором командир «Пенсильванию» К. Понд пророчески сказал: «С тех пор как голубка вернулась назад на Ноев ковчег, более важной посадки на судно не было».

Первые попытки заменить волочащиеся по палубе мешки с песком системой, где энергия расходуется на подъем грузов, были сделаны на британском авианосце «Фьюриос» (Furious) (рис. 4). Для зацепления за трос на самолетах стал устанавливаться специальный крюк, называемый гаком. На самом корабле была устроена обширная, от центральной надстройки до кормы, посадочная платформа, где смонтировали систему поперечных тормозящих тросов и продольных направляющих. Кроме того, помимо аэрофинишеров на «Фьюриос» были введены в эксплуатацию первые заградительные аварийные барьеры в виде вертикально расположенной сетки (рис. 5), служащие для остановки самолетов в случае отказа тормозящих тросов.

1

Рис. 4. Один из первых палубных гаковых аэрофинишеров, 1920 г.
Посадка истребителя «Фэйрей III-Ф» на борт авианосца «Фьюриос» (Великобритания)

1

Рис. 5. Аварийный барьер на авианосце «Фьюриос» (Великобритания), 1918 г.

Палубные системы торможения модернизировались в течение всей их практически вековой истории вместе с совершенствованием авиа- и морской техники. В начале 1914 г. на верфи английской фирмы «Бэрдмор» по заказу Италии был заложен лайнер «Конте Россо». Война помешала окончанию работ, и в 1916 г. корпус лайнера купило британское Адмиралтейство для последующей достройки в качестве авианосца. Были разработаны несколько вариантов переоборудования, и в результате остановились на проекте со сплошной полетной палубой и расположенным под ней ангаром. Таким образом, бывший лайнер, получивший имя «Аргус», стал первым в мире авианосцем классической компоновки.

В конструкции этого корабля было много интересного: полное отсутствие надстроек, полетная палуба почти во всю длину корабля (167,4 х 20,7 м), отвод дыма через горизонтальный дымоход, проложенный под палубой, с выпуском его в корму.

Но самой главной новинкой стал аэрофинишер. Специально для «Аргуса» разработали конструкцию, в которой энергия движения самолета при торможении тратилась на сжатие пружин. Аэрофинишер состоял из металлических тросов, натянутых поперек кормовой части палубы на высоте 23 см, и поддерживаемых легкими щитками с пружинами. При пробеге садящийся самолет колесами прижимал щитки к палубе, расходуя свою кинетическую энергию на деформацию пружин. В результате его пробег значительно сокращался. Кроме поперечных тросов, натягивались еще и продольные, предотвращавшие боковое соскальзывание при посадке.

Впоследствии система, используемая на «Аргусе» была признана неэффективной. И для создания будущего гидравлического аэрофинишера, который в дальнейшем устанавливался на все последующие авианосцы, были задействованы лучшие инженеры того времени. Им были выставлены следующие технические требования: «Аэрофинишер должен представлять собой два или более поперечных каната, натянутых между кормовой и носовой частями судна, прокинутых через вращающиеся блоки и присоединенные к гидравлическим тормозам. Самолет после зацепления поперечного каната должен притягиваться к палубе и тормозиться с помощью гидравлического тормоза».

Гидравлические аэрофинишеры уже к началу второй мировой войны были разработаны, и стали активно применяться на авианосцах США, Великобритании и Японии (рис. 6-7).

1

Рис. 6. Подъемный блок и приемный трос аэрофинишера на палубе авианосца «Йорктаун», поврежденного японскими снарядами. 4 июня 1942 г.

Совсем широкое применение палубные тормозные устройства стали находить в 50-х годах 20-го столетия. В период войны США в Корее ВВС США использовали их для посадок различных самолетов на авианосцы Kearsarge, Princeton, Antietam (рис. 8) и другие. А во Франции элементарные задерживающие устройства стали применяться с 1952 г. для аварийного торможения самолетов «Вампир» на военной базе в Бизерте. В полной мере работы по реализации аварийного торможения стали проводиться с 1955 г., когда в частях ВВС Франции появились новые самолеты F-84.

1

Рис. 7. Бомбардировщик «промахивается» мимо натянутой нити аэрофинишера на авианосце «Рейнджер» (США). Июнь 1942 г.

1

Рис. 8. Посадка самолета Lockheed  T2V-1 на авианосец Antietam, 1957 г.

1

Рис. 9. Сброс троса с гака после остановки истребителя на борту авианосца Lake Champlain (США), 1962 г.

Современные авианосцы представляют собой мощные плавучие аэродромы (рис. 10), несущие на своем борту десятки самолетов (рис. 11) и обладающие всем необходимым оборудованием.К концу 1960-х годов гаковые аэрофинишеры в США стали устанавливаться на мобильном аэродроме, развертываемом за 48 часов. К этому времени в СССР начались разработки первого отечественного гакового аэрофинишера.

1

Рис. 10. Палуба тяжелого авианесущего крейсера «Адмирал Кузнецов»

1

Рис. 11. Авианосец ВМФ США Dwight D. Eisenhower (CVN 69)

Однако, как и раньше, весьма существенной характерной особенностью авианосца является длина взлетно-посадочной полосы, которая в несколько раз меньше чем на наземных аэродромах. И эффективность службы авианосца достигается именно благодаря палубным гаковым аэрофинишерам – специальным системам, обеспечивающим послепосадочный пробег самолетов в пределах палубных полос. Посадочная палуба современного авианосца имеет длину 120-130 м и оборудована 4-6 гаковыми аэрофинишерами и одной установкой аварийного задержания самолетов в случае их несостоявшегося торможения. Дистанция пробега самолетов при посадке составляет 80-90 м, среднее замедление самолета 4-5g, а интервалы между посадками равны 30-50 с.

Аварии при посадках на палубные аэрофинишеры

Несмотря на экстремальные нагрузки, действующие на конструкцию аэрофинишера при посадке самолета, аварии, вызванные их техническими неисправностями случались достаточно редко. 

Так, 11 сентября 2003 г. истребитель F/A-18 ВМС США разбился при посадке на авианосец «Джордж Вашингтон» (USS George Washington), который находился на рейде около побережья штата Вирджиния. В результате инцидента, 12 членов команды корабля получили ранения, самолет по инерции продолжил свое движение и упал в океан, а пилот истребителя успел катапультироваться. Причиной аварии назван отвалившийся гак самолета.

Следующая авария произошла 18 октября 2004 г. во время маневров авианосной корабельной группы Северного флота РФ в северо-восточной Атлантике экипаж штурмовика Су-25УТГ не смог правильно посадить самолет на палубу авианосца «Адмирал Кузнецов» и самолет совершил «жесткую посадку». Самолет ударился о палубу с такой силой, что у него сломалась правая стойка шасси, и по инерции Су-25 протащило по палубе около 90 м, в результате чего штурмовик едва не врезался в палубную надстройку. От катастрофы корабль спасло как раз то, что самолет зацепился хвостовым посадочным крюком за трос аэрофинишера.

Командование авиации Северного флота, а также командование авиации ВМФ высказали предположение, что авария произошла из-за «усталостного напряжения, возникшего из-за старения металла» в стойке шасси. Однако, по мнению президента научно-производственного концерна «Штурмовики Сухого» главного конструктора Су-25 Владимира Бабака, виноват пилот штурмовика, который не сумел правильно посадить машину на палубу.

Следующая авария при посадке истребителя на отечественный авианосец произошла 5 сентября 2005 г. Во время плановых полетов самолетов морской авиации в Северной Атлантике Су-33, принадлежащий ВМФ РФ, при посадке Су-33 на борт «Адмирала Кузнецова» упал в море и затонул на глубине 1100 м. Причиной происшествия явился обрыв тормозного троса, после которого самолет скатился с палубы и упал в море. Летчик успел катапультироваться, и через 5 минут был поднят с поверхности моря при помощи вертолета. Черный ящик Су-33 также поднят на поверхность.

1

1

1

 

Рис. 12. Обрыв троса, соскальзывание самолета с палубы и раскрытие основного парашюта катапультируемого пилота во время аварии Су-33

После проведения спасательной операции и подъема на борт авианосца катапультировавшегося летчика, остававшиеся в воздухе еще четыре самолета были выведены в район корабля и совершали посадку по штатной схеме. Однако при заходе на посадку последнего, четвертого, самолета произошел обрыв еще одного тормозного троса. Самолет сделал еще один круг над крейсером и сел на палубу. При осмотре этого самолета были обнаружены повреждения хвостовой части оборванным тросом (рис. 13).

 

1

1

Рис. 13. Последствия обрыва троса аэрофинишера. Повреждения сопла и левого стабилизатора

Описанная авария практически в точности повторяет инцидент, произошедший в июле 1970 г. на авианосце Shangri-La при посадке самолета A4-Skyhawk (рис. 14), когда после обрыва троса самолет упал в воду, а летчик – лейтенант Вильям Белден – катапультировался и впоследствии был поднят спасательным вертолетом.  

1

Рис. 14. Авария при посадке самолета A4-Skyhawk

Очередные аварии при посадке ЛА на палубу авианосца «Адмирал кузнецов» произошли осенью-зимой 2016 г. близ территории Сирии. 13 ноября в Средиземное море упал российский палубный истребитель МиГ-29КР в ходе тренировочных полетов при подготовке к боевым действиям, а 3 декабря, истребитель Су-33 не смог совершить посадку из-за обрыва троса аэрофинишера и выкатился за пределы палубы авианосца. В обоих случаях пилотам удалось катапультироваться. На данный момент изложение причин аварий представляет собой описание версий, не имеющих официального подтверждения. До публикации официальных выводов о результатах расследования причин летного происшествия ни одна из этих версий не может считаться истиной.

Статья подготовлена на основе материалов диссертации "Конечно-элементное моделирование и исследование динамики палубного аэрофинишера"

Год: 
2009
Автор научной работы: 
Михалюк Дмитрий Сергеевич
Ученая cтепень: 
кандидат технических наук
Место защиты диссертации: 
Санкт-Петербург
Код cпециальности ВАК: 
01.02.06
Специальность: 
Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Поделитесь в социальных сетях