В первой половине 1970-х гг., одновременно е созданием первого отечественного широкофюзеляжного самолета большой пассажировместимости Ил-86, в ОКБ имени С. В. Ильюшина развернулисьпроектно-иселедовательские работы по широкофюзеляжному дальнему магистральному пассажирскому самолету. Необходимость создания такой машины определялась постоянным увеличением объема пассажирских перевозок на авиалиниях большой протяженности как в Советском Союзе, так и во всем мире. В соответствии с ростом объема перевозок стал возрастать и парк дальних пассажирских самолетов, причем у зарубежных авиакомпаний значительную часть этого парка составили широкофюзеляжные самолеты большой пассажировместимости, которые при выполнении продолжительных дальних полетов предоставляют своим пассажирам значительно более высокий уровень комфорта, чем ранее созданные узкофюзеляжные дальние пассажирские самолеты. Кроме того, внедрение в эксплуатацию широкофюзеляжных дальних пассажирских самолетов способствовало и разгрузке аэропортов крупных городов за счет сокращения числа рейсов, уменьшения времени ожидания на взлет или на посадку при нахождении самолета, соответственно, на ВПП или в воздушном пространстве аэропорта.
С появлением высококомфортабельных дальних широкофюзеляжных самолетов узкофюзеляжные пассажирские самолеты стали неконкурентоспособными на основных магистральных трассах и их пришлось переводить на дальние воздушные линии с небольшими пассажиропотоками. Анализ, проведенный в середине 1970-х гг., показал, что к концу 1980-х гг. рост объема пассажирских перевозок на дальних воздушных линиях СССР также потребует наличия в парке дальних самолетов Аэрофлота широкофюзеляжных самолетов большой пассажировместимости.
Первоначально предполагалось, что отечественный дальний широкофюзеляжный самолет будет являться дальнейшим развитием самолета Ил-86 и сохранит максимально возможную конструктивную общность с ним. В соответствии с таким подходом новый самолет, получивший обозначение Ил-86Д («дальний»), имел одинаковую с Ил-86 конструкцию фюзеляжа, оперения, основных бортовых функциональных систем. Это позволяло сократить сроки создания новой машины, быстро внедрить ее в серийное производство параллельно с производством самолета Ил-86 и Упростить техническое обслуживание Ил-86 и Ил-86Д в эксплуатации. От своего предшественника Ил-86Д отличался только площадью крыла и новыми двигателями с большой степенью двухконтурности и малыми удельными расходами топлива на крейсерских режимах полета.
Разразившийся в середине семидесятых годов «энергетический кризис», связанный с резким, скачкообразным возрастанием цен на нефть и, соответственно, на производимые из нее различные углеводородные топлива, в том числе и на авиационный керосин, заставил конструкторов пассажирских самолетов обратить особое внимание на снижение расходов топлива вновь создаваемыми самолетами.
Именно в это время в процессе проектирования пассажирских самолетов, помимо общепринятого тогда критерия оценки эффективности эксплуатации пассажирского самолета как транспортного средства по себестоимости пассажирокилометра, вводится и такой критерий оценки, как показатель топливной эффективности вновь проектируемого самолета — расход топлива на перевозку одного пассажира на дальность в один километр, определенный при полете самолета с рассматриваемой пассажировместимостью на соответствующую этой пассажировместимости техническую дальность полета. Оценка уровня технического совершенства вновь создаваемого пассажирского самолета по критерию топливной эффективности становится одной из главных.
Анализ составляющих этого критерия показал, что наибольшее влияние на расход топлива пассажирским самолетом оказывают четыре основных фактора: уровень аэродинамического совершенства самолета, уровень его весового совершенства, уровень технического совершенства двигателей, определяемый величиной расхода топлива двигателями на крейсерском режиме полета, массой двигателя, его миделем, высотно-скоростными и дроссельными характеристиками, а также пассажировместимость самолета.
Оценка различных проектов пассажирских самолетов по критерию топливной эффективности убедила в том, что для обеспечения минимальных расходов топлива в эксплуатации необходимо по-новому подойти ко многим проектно-конструкторским решениям, выбранным для этих машин. В частности, было доказано, что топливную эффективность Ил-86Д можно значительно улучшить за счет реализации результатов ряда новых научных исследований, проведенных в ЦАГИ, применения новых, разработанных в ОКБ имени С. В. Ильюшина, проектно-конструкторских решений, повышающих аэродинамическое и весовое совершенство самолета
В соответствии с этим в конце 1970-х гг. был разработан проект дальнего широкофюзеляжного пассажирского самолета Ил-96 с Т-образным хвостовым оперением. В проекте использовался опыт проектирования самолетов Ил-86 и Ил-86Д. Уровень технического совершенства Ил-96 был повышен по сравнению с самолетом Ил-86Д, в основном, за счет применения нового крыла с большим удлинением и с новыми «суперкритическими» профилями, которые позволили при той же, что и у Ил-96 крейсерской скорости, соответствующей значению М = 0,8, уменьшить на самолете Ил-86 стреловидность крыла до 30╟, увеличить его относительную толщину, а следовательно, и снизить массу этого крыла.
Однако быстрое развитие авиационной техники — достижения в области аэродинамических исследований, разработки новых двигателей, бортового оборудования и систем, в том числе систем автоматического управления самолетом с широким использованием бортовых цифровых ЭВМ на новой элементной базе, появление металлических сплавов и неметаллических материалов с более высокими физико-механическими свойствами, создание прогрессивных технологических процессов — заставляло конструкторов постоянно пересматривать прогнозируемые уровни технического совершенства проектируемых самолетов, характеризуемые величиной расхода топлива на пассажирокилометр, и создавать новые пассажирские самолеты с учетом всех тех новых достижений в авиационной науке и технике, которые могли быть реализованы не только в ближайшем, но и в довольно отдаленном будущем.
Такой подход определил перед проектировщиками отечественного дальнего широкофюзеляжного пассажирского самолета постановку новой, технически очень сложной задачи: спроектировать самолет с очень высоким уровнем технического совершенства на основе новейших научно-технических достижений, ранее не использовавшихся при создании пассажирских самолетов. Новый подход к решению проблемы создания дальнего широкофюзеляжного пассажирского самолета потребовал отказаться при его Разработке от применения агрегатов планера и систем с самолета Ил-86 и создавать совершенно новый самолет Ил-96-300 с использованием новых проектно-конструкторских решений, направленных в первую очередь на повышение аэродинамического совершенства самолета, снижение его массы, обеспечение простоты технического обслуживания машины в эксплуатации.
Одновременно было выдвинуто требование об оснащении двух самолетов нового поколения — дальнего Ил-96-300 и самолета средней дальности Ту-204 — единым унифицированным двигателем ПС-90 с большой степенью двухконтурности и низким крейсерским удельным расходом топлива. Двигатель был создан под руководством Генерального конструктора П. А. Соловьева и должен был иметь взлетную тягу 16 тс и удельный расход топлива 0,58 кг/(кгс’ч).
Самолет Ил-96-300 разрабатывался по техническим требованиям Министерства гражданской авиации СССР, отражающим перспективы роста объема пассажирских перевозок на дальних воздушных линиях Аэрофлота. Эти требования оказали значительное влияние на компоновочные и конструктивные особенности самолета Ил-96-300, определили его основные технические характеристики.
В соответствии с требованиями МГА самолет Ил-96-300 предназначен для перевозки пассажиров, их багажа, почты и грузов на магистральных воздушных линиях протяженностью 4000 … 11 000 км.
Одной из главных задач создания безопасного и надежного пассажирского самолета является проблема разработки конструкции планера, обеспечения его прочности, ресурса и живучести при минимальной массе.
Фюзеляж самолета Ил-96-300 как бы продолжает эволюцию фюзеляжей самолетов «Ил», размеры поперечных сечений которых определялись их пассажировместимостью . Он имеет одинаковый с самолетом Ил-86 диаметр, но меньшую на 5 м длину из-за уменьшения числа пассажирских мест по сравнению с Ил-86. Конструкция фюзеляжа Ил-96-300 существенно изменена для повышения его надежности и обеспечения безопасности при повреждении, уменьшения скорости роста трещин, обеспечения заданного ресурса, снижения массы, улучшения качества наружной поверхности и технологичности конструкции при изготовлении в производстве.
Конструкция силового кессона крыла разработана с использованием монолитно-сборных панелей с более высоким, чем на Ил-86, уровнем расчетных напряжений при обеспечении требуемой прочности, ресурса и живучести. Это достигнуто путем применения в конструкции панелей новых материалов как с повышенными характеристиками вязкости разрушений, малоцикловой усталости, с низкими скоростями роста трещин, так и высокопрочных, с повышенной прочностью на разрыв и хорошими усталостными характеристиками. Для сокращения числа продольных и поперечных стыков, являющихся основным источником усталостных трещин, в конструкции планера самолета Ил-96-300 применяются длинномерные и широкие полуфабрикаты. Другой особенностью крыла самолета Ил-96-300 является большой объем применения сотовых конструкций. Из них изготавливаются носовая и хвостовая части крыла, створки отсеков шасси, различные элементы механизации крыла: воздушные тормоза, интерцепторы, элероны, часть закрылков.
Горизонтальное оперение Ил-96-300 сохранено таким же, как У самолета Ил-86, а площадь вертикального оперения возросла за счет увеличения его высоты на 1,5 м по сравнению с Ил-86. Необходимость увеличения площади вертикального оперения обусловлена требованием обеспечения путевой устойчивости при отказе одного двигателя.
Шасси самолета Ил-96-300 состоит из трех основных опор, расположенных сзади центра масс самолета, и передней опоры, расположенной в носовой части фюзеляжа.
Применение на самолете трех основных опор с двенадцатью колесами вызвано необходимостью базирования самолета на аэродромах Министерства гражданской авиации с искусственным покрытием, соответствующим определенной категории нормативной нагрузки. Каждая из трех основных опор будет снабжена четырехколесной тележкой с тормозными колесами, а передняя опора будет иметь два нетормозных колеса. Все четырнадцать колес имеют одинаковые размеры 1300 х480 мм и давление в пневматиках 11,5 кг/см2.
Система управления самолетом Ил-96-300 принципиально отличается от ранее применявшихся систем управления пассажирских самолетов. Ее главная особенность — использование электродистанционного способа передачи командных сигналов от поста управления к исполнительным механизмам.
В продольном и поперечном каналах системы управления рулями высоты, внутренними элеронами и сблокированными с элеронами внутренними секциями интерцепторов управляет электродистанционная («по усилиям») система, обеспечивающая автоматическую загрузку рычагов управления в совместной работе с механической проводкой управления. На случай отказа основной электродистанционной проводки в продольном канале имеется дублирующая механическая проводка. Внешними интерцепторами управляет только электродистанционная («по положению») система и полностью отсутствует дублирующая механическая проводка управления.
Принцип действия электродистанционной системы управления «по усилиям» заключается в том, что сигналы с датчиков усилий, установленных на рычагах управления, передаются по проводам на электрогидравлические рулевые машины, штоки которых перемещаются пропорционально величинам усилий, приложенных к рычагам управления. Штоки рулевых машин механической проводкой связаны с золотниками бустеров, отклоняющих рулевые поверхности. В случае использования электродистанционной системы управления «по положению» величина командного сигнала зависит от величины отклонения поста управления.
Поскольку горизонтальное оперение целиком взято с самолета Ил-86, бустера и проводка управления в стабилизаторе полностью сохранены. Сохранен с самолета Ил-86 также и привод стабилизатора.
В канале курса киль и руль направления самолета Ил-96-300 также во многом взяты с самолета Ил-86 и поэтому бустеры и проводка управления в киле полностью сохранены. Как и в продольном канале, электродистанционная система управления секциями руля направления («по усилиям») на участке от педалей до приводов системы автоматической загрузки дублируются механической проводкой управления.
Большое внимание уделяется обеспечению отказобезопасности системы управления самолетом Ил-96-300, которая обеспечивается, как уже отмечалось, резервированием электродистанционной проводки механической, а также использованием развязывающих и центрирующих пружин, наличием устройств разъединения штурвальных колонок и педалей. Как и на Ил-86, различные поверхности управления разделены на секции, каждая из которых отклоняется одним или несколькими приводами (бустерами). Резервирование приводов также повышает эксплуатационную надежность системы управления.
Управление рулями, элеронами, интерцепторами, тормозными щитками, предкрылками, закрылками, стабилизатором, а также уборкой и выпуском шасси, торможением и поворотом передних колес, реверсивного устройства двигателей, открытием и закрытием дверей грузовых люков осуществляется с помощью гидросистемы, состоящей из четырех самостоятельных и независимых друг от друга систем, источниками давления в которых являются плунжерные гидронасосы, установленные на двигателях.
Разработанная структура системы управления самолета Ил-96-300 по своему техническому уровню отвечает новейшим требованиям к ее функциональным возможностям, надежности, обеспечения безопасности полета и массы.
Топливная система самолета Ил-96-300 разработана на базе топливной системы самолета Ил-86 и при ее создании учтен отечественный и мировой опыт. Топливная система работает автоматически, не требуя участия экипажа. При необходимости обеспечивается ручное управления топливной системой.
На самолете Ил-96-300 топливо располагается в девяти кессонных крыльевых баках, из которых восемь расположены в кон-кол я х крыла и один в центроплане.
Топливная система выполнена раздельной для каждого из четырех двигателей. Каждый двигатель питается топливом из расходного отсека своего бака. Расходные отсеки на протяжении всего полета заполнены топливом, что обеспечивает надежную подачу топлива в двигатели на всех режимах полета. Выработка топлива из консольных баков производится е задержкой для разгрузки крыла и увеличения критической скорости флаттера.
Для точного замера количества топлива к концу полета, а также для более полной выработки топлива из баков и высокоточного срабатывания поплавковых клапанов, управляющих перекачкой, в главных баках предусмотрены предрасходные отсеки. Для Уменьшения массы топливной системы, в качестве насосов аварийного слива и перекачки используются насоса подкачки, что не снижает надежности питания двигателей при аварийном сливе и отказе другого насоса подкачки, так как оставшийся насос обеспечивает и аварийный слив, и подачу топлива в двигатель.
Перекачка топлива из центропланного и консольных баков, а также перекачка в расходные и предрасходные отсеки осуществляется струйными насосами, которые работают от насосов подкачки. Применение для перекачки топлива струйных насосов (а не электроцентробежных) и уменьшение их числа позволило снизить массу топливной системы и повысить ее надежность, так как струйные насосы представляют собой простейшую конструкцию и практически безотказны. С помощью струйных насосов обеспечивается более полная выработка топлива из бака. Работа такой топливной системы со струйными насосами перед установкой на Ил-96-300 прошла всеобъемлющие испытания на стендах и на самолете Ил-86.
Выбранная схема топливной системы позволяет создать более легкую конструкцию крыла с увеличенным ресурсом, потому что для агрегатов топливной системы требуется минимальное число вырезов в силовых панелях крыла, так как струйные насосы не требуют вырезов, а насосы подкачки устанавливаются на технологических люках-лазах.
Основными особенностями системы кондиционирования воздуха самолета Ил-96-300, отличающими ее от аналогичной системы Ил-96, являются следующие:
- с целью уменьшения отбора воздуха от двигателей и снижения расхода топлива в гермокабину самолета подается не только свежий воздух, но и воздух, уже использовавшийся в воздухообмене, т. е. на самолете Ил-96-300 используется система кондиционирования с рециркуляцией;
- наличие централизованной электронной системы «Комфорт» для автоматического регулирования работы системы кондиционирования.
Воздух в систему кондиционирования поступает от работающих двигателей. Принят одноступенчатый отбор воздуха и блоки агрегатов отбора воздуха обеспечивают подачу 10 000 кг воздуха в гермокабину, что с учетом рециркуляции позволяет подать одному пассажиру от 25,7 (в варианте компоновки на 300 мест) до 32 кг/ч (в варианте компоновки на 235 мест) воздуха.
Для защиты передних кромок крыла и горизонтального оперения самолета Ил-96-300 от обледенения используется электроимпульсная противообледенительная система циклического действия. При этом корневые секции предкрылка (от борта фюзеляжа и до внутреннего двигателя) и носок киля на основании опыта эксплуатации огромного парка аналогичных самолетов противо-обледенительной системой не оборудованы. Разнообразные натурные и модельные исследования подтвердили, что образование льда на носке крыла от борта фюзеляжа до внутреннего двигателя не оказывает влияния на летные характеристики самолета, на его устойчивость и управляемость.
Для защиты воздухозаборников двигателей от обледенения принята воздушно-тепловая противообледенительная система постоянного действия. Передние кромки воздухозаборника обогреваются горячим воздухом, отбираемым от компрессора работающего двигателя. Стекла фонаря кабины экипажа защищены электротепловой противообледенительной системой.
Кроме безусловного обеспечения безопасности полетов, предоставления пассажирам высокого уровня комфорта, достижения требуемого уровня надежности конструкции планера, систем и агрегатов, снижения расхода топлива, большое внимание при создании самолета Ил-96-300 уделялось также и экологической чистоте самолета — снижению уровня шума от самолета на местности, уменьшению дымления двигателей и т. п. Благодаря применению двигателей ПС-90АН с большой степенью двухконтурности, облицовке звукопоглощающими конструкциями воздухозаборников гондол двигателей и ряду других мероприятий уровень шума в контрольных точках на местности от самолета Ил-96-300 будет значительно ниже уровня шума, допускаемого очень жесткими требованиями ИКАО.
Обслуживаемые в процессе эксплуатации самолета Ил-96-300 агрегаты различных функциональных систем располагаются в тех же местах, что и на Ил-86. Например, основные блоки системы кондиционирования располагаются, как и на Ил-86, в отсеках центроплана крыла и перед передним лонжероном крыла; трубопроводы и обслуживаемые агрегаты системы кондиционирования в крыле и фюзеляже находятся в тех же зонах, что и на Ил-86. Сказанное относится также к системе управления самолетом, двигателями, к гидросистеме, электроснабжению, топливной системе и другим системам самолета. При этом сохраняется групповой принцип размещения обслуживаемой аппаратуры и агрегатов.
Главной особенностью самолета Ил-96-300 с точки зрения его эксплуатационной технологичности по сравнению е Ил-86 является наличие на самолета Ил-96-300 более совершенных и развитых систем встроенного контроля, обнаружения и распознавания неисправностей при техническом обслуживании. Эти системы собирают информацию о работе бортовых функциональных систем и оборудования (вплоть до работы отдельных составляющих элементов) самолета в полете, регистрируют ее и, в случае необходимости, могут выдать информацию об имевших место неисправностях или на индикаторах электронно-лучевых трубок комплексной информационной система сигнализации, или в виде распечаток. В результате значительно сокращается объем технического обслуживания самолета и повышается эффективность технического обслуживания.
Как и на Ил-86, сравнительно небольшая стояночная высота самолета позволяет выполнять большую часть операций по обслуживанию самолета Ил-96-300 без высоких стремянок, а рациональное размещение бортовых точек обеспечивает одновременное подключение всех средств наземного обслуживания. Для обслуживания и подготовки самолета Ил-96-300 к полету используются в основном средства аэродромного обслуживания общего применения.
28 сентября 1988 г. экипаж заслуженного летчика-испытателя СССР С. Г. Близнюка выполнил первый полет на опытном самолете Ил-96-300, стартовав с аэродрома, расположенного в центре Москвы. Началось выполнение большой и очень напряженной программы совместных с заказчиком летных и сертификационных испытаний, в которой задействованы несколько самолетов Ил-96-300. Серийное производство этих машин уже началось на Воронежском авиационном производственном объединении.
