Один лучше, чем два?

Автор: Алексей Бутрин, Plane Ukraine

Начало и середина XX века стали настоящим золотым веком авиации, несмотря на две самые кровопролитные войны в истории человечества. Огромные самолеты, созданные в то время, поражают воображение даже по современным меркам. Первым приходит на ум Hughes H-4 Hercules, воспетый в фильме Мартина Скорсезе «Авиатор», но были и другие. Бомбардировщик Convair B-36, туполевский АНТ-20 «Максим Горький», гигантское летающее крыло К-7, летающая лодка Dornier Do X — вот далеко не полный список авиационных мега-проектов того времени. Все их кроме внушительных размеров объединяет еще одна общая черта — большое количество двигателей.

Нужно заметить, что создатели этих самолетов устанавливали столько двигателей не от хорошей жизни и даже не ради дополнительной надежности. Просто на момент проектирования не было подходящих моторов большей мощности. Например, чтобы поднять в воздух Do X, конструкторам пришлось установить на крыле целых 12 двигателей жидкостного охлаждения Curtiss Conqueror по 640 л.с. каждый. Именно такие многомоторные самолеты привели к появлению профессии бортмеханика. Летчики просто физически не могли совмещать пилотирование самолета с управлением и мониторингом параметров такого количества двигателей.

Как только прогресс подарил авиаторам мощные турбовинтовые и турбовентиляторные двигатели, эпоха многомоторных гигантов закончилась. Самолеты с четырьмя двигателями сейчас актуальны лишь в транспортной и военной авиации. В пассажирских перевозках рулят исключительно двухдвигательные модели. В этом году было прекращено производство даже относительно нового Airbus А-380, другой четырехмоторный гигант — Boeing 747 — сдал свои позиции еще раньше.

Похожая картина и в авиации общего назначения, с поправкой на то, что в легкомоторной авиации конкуренция идет между одно- и двухдвигательными машинами. На первых ролях сейчас одномоторные самолеты, «твины» — в роли догоняющих. Самый популярный и самый продаваемый самолет с поршневым двигателем — однодвигательный Cirrus SR22. Среди турбовинтовых моделей картина аналогична: однодвигательные Pilatus PC-12, Cessna Grand Caravan и Daher TBM-940 вырвались на первые места, задвинув на второй план двухдвигательные Beechcraft King Air, которые были на коне всего пару десятилетий назад.

Причины популярности однодвигательных самолетов очевидны. Стоимость двигателя составляет значительную часть цены самолета, поэтому однодвигательные самолеты предсказуемо дешевле. Они также потребляют меньше топлива и экономичнее в обслуживании. Еще сильнее заметна экономия при подходе к плановому капремонту двигателя. Это весьма дорогостоящая процедура даже для простенького одномоторного самолета. Например, оверхол распространенного двигателя Lycoming О360 обойдется примерно в $20000. Второй двигатель сразу удваивает этот ценник. В случае с турбопропами разница между одним и двумя двигателями при капремонте еще существеннее, так как оверхол турбовинтового двигателя стоит на порядок дороже. Например, капремонт популярного двигателя Pratt&Whitney PT-6 обойдется минимум в $230000.

В общем, с расходной точки зрения недостатки двухдвигательной схемы очевидны. Но ведь кроме финансовой составляющей есть еще и соображения безопасности. И уж тут-то двухдвигательные самолеты должны быть далеко впереди своих одномоторных собратьев. Так? Не совсем.

Наличие минимум двух двигателей — стандарт де факто для всей «большой» авиации. Современные самолеты разрабатывают так, чтобы лайнер не только мог лететь на одном двигателе, но и даже мог продолжить минимальный набор высоты при отказе двигателя на взлете. А сценарии с отказом двигателя многократно отрабатываются коммерческими пилотами в симуляторе, чтобы довести действия в таких ситуациях до автоматизма.

Однако в легкомоторной авиации дополнительный двигатель, вопреки распространенному заблуждению, не дает желаемую прибавку к безопасности. Среди пилотов даже ходит следующая мрачная поговорка: «второй двигатель нужен для того, чтобы при отказе первого вы смогли долететь до места крушения». Достаточно сильное заявление, но подтверждается ли оно статистикой? К сожалению, да. При подготовке этого материала я воспользовался базой данных авиационных происшествий Национального совета США по безопасности на транспорте (NTSB). Начиная с 2008 NTSB для каждого инцидента стала дополнительно указывать сопутствующие ему отказы оборудования. Благодаря этому можно сделать выборку по всем происшествиям с отказом двигателя и сравнить данные по одномоторным и двухмоторным самолетам за последние 13 лет. Выборка сделана по самолетам авиации общего назначения (general aviation).

Все случаи с отказом двигателя можно разбить на четыре категории:

  • катастрофа: самолет сильно поврежден или разрушен, есть человеческие жертвы
  • тяжелая авария: самолет сильно поврежден, жертв нет, но есть тяжело раненые
  • авария: самолет поврежден, ранений нет или они незначительны
  • происшествие: аварийная посадка прошла успешно, самолет и люди целы

Для однодвигательных самолетов картина следующая (в процентах указна доля каждого варианта развития событий от общего числа инцидентов):

  • Всего случаев: 2298
  • Катастроф: 243 – 11%
  • Тяжелых аварий: 381 – 17%
  • Аварий: 1655 – 72%
  • Происшествий: 19 – менее 1%

Как видим, отказ двигателя для одномоторного самолета — это очень сложный сценарий. Отделаться легким испугом участникам подобных инцидентов удавалось лишь в 19 случаях, это менее 1% от общего числа отказов двигателя. С другой стороны, число фатальных катастроф не так велико, как можно было бы предположить, менее 11%. То есть в 9 случаях из 10 отказ двигателя в однодвигательном самолете — это еще не конец. Весьма обнадеживающе!

Интуиция подсказывает, что у двухдвигательных самолетов статистика должна быть похожей или даже лучше. Но на самом деле цифры такие:

  • Всего случаев: 116
  • Катастроф: 30 – 26%
  • Тяжелых аварий: 25 – 22%
  • Аварий: 57 – 49%
  • Происшествий: 4 – 3%

В абсолютных значениях число инцидентов с отказами двигателя у «твинов» меньше, потому что самих двухдвигательных самолетов меньше и летают они, соответственно, реже. Кроме этого, сразу бросается в глаза, что в 4 случаях из 116 отказ двигателя не приводил к каким-либо серьезным последствиям, что составляет 3% от общего числа происшествий с отказами — выше, чем у однодвигательных самолетов. Это как раз те ситуации, когда факт наличия второго двигателя сработал как надо: самолет продолжил полет и совершил успешную посадку. 

Но, увы, в процентном соотношении второй двигатель также увеличивал и вероятность аварий с летальным исходом — до 26% от общего числа происшествий (против 11% у однодвигательных самолетов). Сравнение будет еще печальнее, если сгруппировать фатальные и тяжелые аварии. Для двухмоторных самолетов доля таких вариантов развития событий составляет почти половину от общего числа случаев — целых 48%, тогда как у одномоторных самолетов эта цифра почти вдвое ниже — 28%. Почему второй двигатель так часто не только не выручает при отказе первого, но и наоборот — лишь усугубляет аварийную ситуацию? Ответ на этот вопрос будет достаточно длинным.

Причина номер один — ассиметричная тяга. Отказ двигателя у двухмоторного самолета создает сильный разворачивающий момент, а также крен в сторону двигателя, который перестал работать. Просто парировать крен и рысканье элеронами и рулем направления недостаточно, необходимо дополнительно зафлюгировать винт, развернуть его лопасти ребром к набегающему потоку воздуха для уменьшения лобового сопротивления. Не зафлюгированный или несвоевременно зафлюгированный винт начинает работать как аэродинамический тормоз и еще больше усиливает асимметрию тяги.

Интересный факт: вектор тяги у двигателя с пропеллером не проходит через центр оси вращения, а смещен в сторону «закручивания» винта. Подавляющее большинство двигателей вращает винт по часовой стрелке, и вектор тяги у них, соответственно, смещен вправо от оси вращения. Отсюда следует важный вывод: плечо рычага разворачивающего момента будет разным при отказе разных двигателей. Если остановится левый двигатель и будет работать только правый, разворачивающий момент будет сильнее и компенсировать его будет сложнее. Для описания этого явления существует специальный термин — критический двигатель. Для большинства двухмоторных самолетов критический — это уже упомянутый левый двигатель, так как его отказ создает больше сложностей в управлении самолетом.

Чтобы нивелировать проблемы, связанные с критическим двигателем, для правого крыла были придуманы «зеркальные» двигатели или двигатели с контрвращением — они вращают винт против часовой стрелки. Самолеты с такими двигателями часто имеют в названии аббревиатуру CR (counter-rotating).

Сама по себе ассиметричная тяга не является неразрешимой проблемой, но ее компенсация требует быстрых и точных действий, причем в стрессовой ситуации. Если отказ одного из двигателей происходит на взлете или на финальных стадиях захода на посадку, места для ошибки не остается совсем. Любая мелочь — например, задержка с флюгированием винта или педаль, в панике случайно отданная в сторону отказавшего двигателя — может стать фатальной. Даже если все действия сделаны правильно и своевременно, решение этой дополнительной задачи в любом случае дополнительно нагружает пилота и повышает вероятность совершения ошибки в других процедурах полета, например, в пространственной ориентации. Что может быть опасно и само по себе, в отрыве от отказа двигателя, особенно в условиях полета по приборам — ночью или в плохих погодных условиях.

Еще один момент, прямо влияющий на статистику аварийности — общие характеристики двухмоторных самолетов. Это, в целом, более тяжелые машины с более высокими рабочими скоростями. Соответственно, и скорость сваливания у таких самолетов также выше, чем у одномоторных, поэтому и довести их до закритического угла атаки, сваливания и штопора тоже проще.

И, наконец, есть еще одна причина, которая отрицательно влияет на аварийность двухдвигательных самолетов, хотя напрямую и не связана с наличием второго двигателя. Дело в том, что подавляющее большинство двухмоторных машин — круизеры, оборудованные для полностью инструментальных полетов. Поэтому двухмоторные самолеты чаще летают в плохих погодных условиях, тогда как одномоторные в большинстве случаев используются только для визуальных полетов в хорошую погоду.

Плохая погода и сама по себе может стать источником развития аварийной ситуации даже при полностью исправном самолете. При отказе двигателя в полностью инструментальных условиях, нагрузка на пилота возрастает колоссально, особенно если самолет пилотируется в одиночку, что не редкость для «пистон твинов» и даже для частных двухмоторных турбопропов.

Так что же, получается, что второй двигатель — это зло? И двухмоторный легкий самолет вообще не имеет никаких преимуществ перед однодвигательным? Конечно же, нет. Во-первых, как уже было упомянуто, двухдвигательные самолеты в среднем быстрее. Кроме скорости они нередко имеют преимущество во вместимости и полезной нагрузке. И, несмотря на вышеприведенную статистику по авариям, второй двигатель — однозначный must have при полете над гористой территорией, над джунглями или над большими водными пространствами. Поверьте, при отказе двигателя над океаном, вы не захотите оказаться в одномоторном самолете.

Многие островные авиаперевозчики из соображений экономии предпочитают одномоторные самолеты, например Cessna Grand Caravan вместо Viking Air DCH-6 Twin Otter. При этом полетные отрезки и высота выбираются так, чтобы самолет мог допланировать до береговой черты практически из любой точки маршрута. Однако даже с такими предосторожностями избежать неприятных инцидентов удается не всегда.

Одним словом, второй двигатель все-таки нужен для дополнительной страховки. Просто надо помнить, что само по себе его наличие не дает безусловный буст к безопасности самолета. Самый главный фактор, влияющий на безопасность — уровень подготовки пилота.

Именно поэтому и инструментальный, и multi-engine рейтинги получаются отдельно от основной лицензии частного пилота и требуют дополнительных часов налета. По этой же причине покупать сразу двухдвигательный самолет, даже если уже получены все необходимые рейтинги — крайне плохая идея. Производительность самолета для частного использования должна расти постепенно, параллельно с ростом мастерства его владельца.