Появление первого самолета поставило перед инженерами и конструкторами множество проблем, одна из которых была связана с увеличением дальности полета. В 20-е годы прошлого столетия возникла идея заправки самолетов топливом от воздушного заправщика. А в 1923 году она впервые была осуществлена в американском городе Сан-Диего. Правда, процесс заправки был примитивным и трудоемким, но он показал осуществимость этой идеи.
В последующем развитие авиации, необходимость постоянного увеличения тактических радиусов боевого использования и межконтинентальное базирование заставили авиационных специалистов за рубежом успешно решить проблему дозаправки в воздухе практически всех типов боевых самолетов и широко это использовать.
Сделано в СССР.
В Советском Союзе работы в области дозаправки самолетов в воздухе начались в 1931 году в НИИ ВВС летчиком и изобретателем П. Гроховским. В первых экспериментах система заправки была элементарной: с самолета-заправщика Р-5 в воздухе выпускался шланг длиной несколько десятков метров, а член экипажа заправляемого самолета-бомбардировщика ТБ-1 должен был поймать свободный конец шланга и вставить его в приемную горловину. В таком положении самолеты должны были совершать совместный полет, строго выдерживая необходимое положение относительно друг друга.
Испытания системы заправки прошли успешно, но она широкого развития, как у нас, так и за рубежом в дальнейшем не получила. Затем исследования по заправке топливом в полете продолжились в конце 40-х годов, когда на вооружение советских ВВС поступили дальние бомбардировщики Ту-4 с дальностью полета 5100 км. Но эта дальность была недостаточной, предположим, для нанесения бомбовых ударов в условиях начавшейся холодной войны по авиабазам на территории США.
Американцы имели в то время стратегические бомбардировщики B-36, которые без заправки в воздухе могли пролететь более 16 000 км. Вот почему вопрос об увеличении дальности полета советских бомбардировщиков встал со всей остротой перед учеными и инженерами Летно-исследовательского института (ЛИИ) и машиностроительного завода «Звезда», возглавляемого в то время Семеном Алексеевым.
Заправки: «шланг-конус» или «крыльевая»?
В то время отрабатывались системы заправки, выполненные по двум различным схемам: система «шланг-конус» и «крыльевая». Первая создавалась с учетом уже имеющегося в мировой практике опыта группой под руководством В. С. Вахмистрова, а вторая явилась оригинальной отечественной разработкой, авторами которой стали летчики испытатели ЛИИ И. Шелест и В. Васянин.
При отработке крыльевой системы потребовался большой объем исследований, связанных с трудоемкой отработкой устойчивости шланга в потоке, особенно в зоне вихревого жгута законцовки крыла, устойчивости петли шланга и оценки действующих на шланг аэродинамических нагрузок. Трудности возникали и при отработке приемлемой методики пилотирования при контактировании и полете в строю заправки.
Для отработки этой системы было выделено два бомбардировщика Ту-2. Полёты начались 6 мая 1949 года, самолёты пилотировали И. И. Шелест (заправляемый самолёт) и Амет-хан Султан (заправщик).
В июне 1949 года ими была выполнена первая в стране крыльевая заправка. Вот как вспоминал об этом сам Игорь Иванович Шелест:
- Собрались на аэродроме рано. В этот день мы с Амет-ханом Султаном осуществили в полёте автоматическую заправку самолёта Ту-2 от Ту-2. Я – на заправляемом, а Амет – на заправщике. Летали после сцепки, не разъединяясь, добрых пятьдесят минут. Бензина, правда, перекачали немного, да это поначалу было и неважно. Теперь убедились в правоте самой идеи. Приземлились, вылезли и ну плясать у самолётов!
Тогда же И. И. Шелестом и В. С. Васяниным была разработана экспериментальная схема и методика заправки горючим в полёте истребителя. 19 июля 1949 года впервые был осуществлён перелив горючего с Ту-2 (лётчик И. И. Шелест) на реактивный истребитель Як-15 (лётчик Амет-Хан Султан).
Творческий вклад в решение этой проблемы внесли летчики-испытатели А. Якимов и Амет Хан Султан. «Крыльевая» система заправки на самолетах Ту-4 эксплуатировалась в частях дальней авиации в течение нескольких лет. В этот же период предпринимались попытки создания «крыльевой» системы для заправки истребителей. Этот вариант был экспериментально отработан на самолетах Ту-2 (заправщике) и Як-15 и МиГ-15 (заправляемых), а позднее на самолетах Ту-16 (заправщик) и МиГ-19. Однако в дальнейшем разработки этой схемы для заправки истребителей не были реализованы.
Итоги титанической работы.
После успешного завершения госиспытаний, подчеркнул А. Симонов, постановлением Совета министров СССР от 28 марта 1952 года крыльевая система заправки для самолётов Ту-4 была принята на вооружение. Перспективную систему «шланг – наконечник» признали требующей доводки.
22 августа 1952 года И. И. Шелеста и В. С. Васянина назначили главными конструкторами специальной системы заправки самолётов в воздухе. По их чертежам на авиазаводе № 18 в Куйбышеве крыльевой системой дозаправки были оснащены 54 самолёта Ту-4.
22 августа 1954 года Игорь Иванович Шелест записал в своём дневнике: «Успешно закончили все испытания, труд 5,5 лет закончился. Систему удалось довести, и она теперь действительно хорошо работает».
Радость была омрачена потерей – 26 сентября 1954 года после тяжёлой болезни скончался друг и соратник Виктор Сергеевич Васянин.
Полученный опыт освоения и эксплуатации крыльевой системы заправки на Ту-4 позволил во второй половине 1950-х годов создать и отработать модификацию подобной системы для заправки бомбардировщиков Ту-16, способных нести крылатые ракеты.
Система заправки «шланг-конус».
Полученный опыт освоения и эксплуатации «крыльевой» системы заправки на самолетах Ту-4 позволил в середине 50-х годов создать и отработать модификацию подобной системы для заправки самолетами Ту-16. Серийная эксплуатация «крыльевой» системы заправки обладала рядом положительных качеств, но процесс заправки по этой схеме был сравнительно многооперационный и, как показал опыт эксплуатации, не в полной мере отвечавший современным требованиям безопасности полетов.
Испытания системы заправки «шланг-конус» проводились на оборудованных для этой цели самолетах-заправщиках Ту-4, оснащенных двумя заправочными точками на консолях крыла, и истребителях МиГ-15 с установленными в носовой части фюзеляжа штангами приемниками топлива. Система позволяла заправлять топливом в полете два истребителя одновременно. Опытная система заправки истребителей МиГ-15 от самолета-заправщика Ту-4 прошла Государственные испытания с положительными результатами, однако решения о серийном производстве этой системы принято не было.
В середине 50-х годов возникла идея с помощью системы «шланг-конус» обеспечивать заправкой топливом в полете самолеты дальней стратегической авиации. Для этого с учетом рекомендаций, полученных при теоретических, стендовых, летных и трубных испытаниях, машиностроительным заводом «Звезда» был спроектирован и изготовлен в 1952 году комплексный агрегат заправки (КАЗ-831), а ОКБ им. В. М. Мясищева оборудовало этой системой бомбардировщик М-4 (а впоследствии М-ЗМ), используемый в качестве заправщика. Для осуществления контактирования была разработана телескопическая «стреляющая» штанга — приемник топлива ПТ-1. Она устанавливалась в носовой части заправляемого самолета и обеспечивала контактирование и дозаправку самого большого бомбардировщика того времени М-4.
После успешно проведенных испытаний система эксплуатировалась серийно. От самолетов-заправщиков заправлялись самолеты М-4, М-ЗМ, Ту-95, Ту-22 и другие. Несмотря на присущие этой системе заправки недостатки (с точки зрения современных требований), она оказалась весьма «живучей» и применялась практически без изменений до настоящего времени.
Управляемый конус.
Опыт эксплуатации системы типа «шланг-конус» показал, что наиболее сложным и трудным этапом заправки является процесс контактирования (стыковки) самолетов. Поэтому уже с начала серийной эксплуатации системы предпринимались попытки облегчить этот процесс. Наряду с предложениями по улучшению стабилизации системы «шланг-конус» в воздушном потоке в одной из лабораторий ЛИИ и с участием будущего генерального конструктора «Звезды» Г. И. Северина прорабатывалась возможность создания управляемого (дистанционно или автоматически) конуса на шланге, наводящегося на штангу заправляемого самолета. Был предложен оригинальный способ управления положением конуса в пространстве с помощью кольцевого руля. В макетном варианте система с управляемым конусом успешно прошла летные испытания на специально оборудованных для этой цели летающих лабораториях, созданных на базе самолета Ил-28.
Система «штанга».
На Западе для заправки топливом в полете используется как система «шланг-конус», так и система «штанга», которая применяется на большинстве самолетов ВВС США КС-135, КС-10А. На самолете-заправщике стоит управляемая телескопическая штанга длиной не более 15 м, а на заправляемом самолете — специальный приемный узел типа «воронки». Для стабилизации штанги в воздушном потоке перед стыковкой она имеет жесткое оперение, являющееся одновременно рулевой поверхностью, с помощью которой осуществляется управление положением наконечника штанги в процессе стыковки.
Стыковку в системе «штанга» осуществляет оператор, находящийся на самолете-заправщике, который с помощью рулевых поверхностей устанавливает наконечник заправочной штанги в такое положение, при котором он входит в приемное гнездо заправляемого самолета и фиксируется в нем. Система «штанга» имеет большую производительность заправки — до 5—7 тысяч л/мин., однако в эксплуатации она более опасна.
Из зарубежных источников известно, что за все время эксплуатации произошло 156 летных происшествий, включая шесть катастроф с гибелью обоих самолетов, при заправке по системе «телескопическая штанга». В качестве основной причины аварийности системы «штанга» называется недостаточная квалификация операторов заправки и пилотов заправляемых самолетов.
Стандарты РФ и НАТО совмещены.
Расширенные диапазоны маневрирования самолетов в строю заправки и принятые величины давления топлива при использовании системы «шланг-конус» потребовали специальных мер по обеспечению герметичности стыка в контактном узле, что привело к некоторым отличиям конструкции контактного узла, принятого в России, от контактного узла на конусе типа МА-2 западной разработки.
Однако универсальная головка разработанного на «Звезде» приемника топлива ГПТ-2Э, в конструкции которой удалось совместить стандарты РФ и НАТО, позволяет осуществлять заправку как от заправщиков российского, так и западного производства. В настоящее время на вооружении ВВС России имеются только четыре типа самолетов, способных служить для дозаправки других самолетов в воздухе: самолет-заправщик Ил-78, фронтовой бомбардировщик Су-24 и палубные истребители Су-33 и МиГ-29К / МиГ-29КУБ. Для использования за рубежом российский самолет-заправщик Ил-78 необходимо оснастить как УПАЗами, так и английскими ПАЗами МК-32 В. Реализация таких предложений не будет затрагивать конструкцию ПАЗов и требует проведения сравнительно простых и относительно дешевых работ по танкеру. Стоимость таких работ оценивается примерно в 1,2—1,5 млн. долларов.
Преимущества и недостатки системы шланг-конус:
Преимущества: Возможность любого самолета переоборудовать в танкер с помощью УПАЗ. Возможность заправки нескольких самолетов одновременно. Возможность заправки вертолетов.
Недостатки: Низкая скорость перекачки топлива (1500-2900 л/мин). Конус подвержен влиянию турбулентности и аэродинамических сил заправляемого самолета.
Преимущества и недостатки системы телескопическая штанга:
Преимущества: Высока скорость перекачки топлива. Меньше нагрузки на летчика заправляемого самолета. Танкер можно легко оборудовать системой шланг-конус.
Недостатки: Большие затраты на подготовку оператора заправки. Только один самолет может заправляться в данный момент. Нельзя использовать для заправки вертолетов. Требуется специально спроектированный танкер.