О некоторых проблемах сверхзвуковой пассажирской авиации (из истории создания СПС Ту-144, 1968-1975гг.)
Ю.Н.Попов
Широкое развитие гражданской авиации в начале 60-х годов, а также имевшийся опыт эксплуатации сверхзвуковой военной авиации поставили на повестку дня вопрос о возможности создания сверхзвуковых пассажирских самолетов, позволяющих существенно сократить время в пути на трассах большой протяженности.
Исследования по созданию сверхзвукового пассажирского самолета вели как крупнейшие авиастроительные фирмы Англии, Франции, США, так и в СССР в нашем (АНТК им. Туполева) ОКБ. Однако, для создания СПС необходимо было решить ряд научно-технических проблем, с которыми ни дозвуковая пассажирская, ни военная сверхзвуковая авиация не сталкивались.
Основными проблемами являлись следующие:
а) необходимо было существенно (на 2-3 единицы) повысить аэродинамическое качество самолета на сверхзвуковых скоростях по сравнению с достигнутым на сверхзвуковых военных самолетах; решить вопросы устойчивости и балансировки самолета при полетах в дозвуковой, трансзвуковой и сверхзвуковой областях;
б) необходимо было создать теплостойкие конструкционные материалы, смазки, герметики, а также разработать типы конструкций, длительно работающих в условиях циклического аэродинамического нагрева;
в) необходимо было создать мощные экономические двигатели, работающие в условиях сверхзвукового полета; решить проблему создания высокоэффективных, регулируемых воздухозаборников, работающих в широком диапазоне скоростей и высот;
г) необходимо было разработать принципы создания новых систем кондиционирования, обеспечивающих комфортные условия пассажирам и экипажу на больших высотах (до Н=20 км) и при нагреве элементов конструкции планера до +120о С;
д) необходимо было создать ряд автоматических устройств и систем, обеспечивающих автоматическое управление полетом, точную навигацию в условиях длительного сверхзвукового полета и автоматической посадки;
е) необходимо было изучить экологические особенности полетов сверхзвуковых самолетов, связанных с выбросом в атмосферу на больших высотах большого количества газов двигателей, влияние звукового удара на живые организмы, природу и строения;
ж) при создании самолета необходимо было вписать его в существующую систему аэропортов, в действующую систему управления воздушным движением.
Для решения перечисленных и других проблем потребовалось провести колоссальный объем научно-исследовательских и стендовых отработок. В качестве иллюстрации можно привести следующие данные; в трубах ЦАГИ было продуто около 100 аэродинамических моделей, было испытано на прочность несколько сот типов образцов конструкции, включая постройку натурных частей планера, был создан натурный стенд системы кондиционирования с имитацией кинетического нагрева фюзеляжа. Эти проведенные работы позволили решить принципиальные вопросы создания оптимального варианта первого в мире сверхзвукового пассажирского самолета. Работы по созданию Ту-144 велись под непосредственным руководством и личном участие Главного, а в последствии Генерального конструктора Алексея Андреевича Туполева. Ведущим конструктором по самолету был Попов Ю.Н.
Следует отметить большую заслугу производства предприятия по постройке первого опытного образца самолета Ту-144. Необходимо было освоить многие новые материалы, технологические процессы производства и монтажа, учитывая специфику конструкций самолета и требования к его внешней поверхности. Оперативное руководство производством самолета осуществляли в то время заместители Главного инженера тт. Николаев В.Н., Дубровский В.Ф. Первый экземпляр самолета был закончен производством в 1968 году.
В работе по созданию самолета Ту-144 принимали участие коллективы многих научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро авиационной промышленности. Первый полет сверхзвуковой пассажирский самолет выполнил впервые в мире 31 декабря 1968 года. Пилотировал самолет экипаж в составе: Елян Э.В. - командир корабля, Козлов М.В. - второй пилот, Селиверстов Ю.Т. - бортинженер, Бендеров В.Н. - ведущий инженер по испытаниям.
На самолете Ту-144 в испытательном полете была достигнута скорость 2560 километров в час.
Самолет Ту-144 демонстрировался на Парижском авиационном салоне. В 1971-1972 годах самолет Ту-144 совершил ряд демонстрационных полетов по столицам социалистических стран - Прага, Берлин, Варшава, София, Будапешт. Везде, где появлялся самолет Ту-144, он вызывал интерес не только научных кругов, но и широкой публики, и наглядно демонстрировал успехи Советского Союза в развитии авиационной техники.
В декабре 1975 года на самолетах Ту-144 началась регулярная эксплуатация по перевозке почты и грузов на трассе Москва - Алма-Ата, а с 1 ноября 1977 года началась эксплуатация самолета с пассажирами.
В связи с большими расходами топлива на самолете с двигателями Н.Д.Кузнецова самолет был модифицирован и на нем были установлены новые мощные бесфорсажные двигатели, которые позволили существенно повысить летно-технические характеристики. Самолет Ту-144Д с этими двигателями прошел Государственные испытания.
Большую работу по СПС - Ту-144Д выполнил заместитель Генерального конструктора Б.А.Ганцевский.
Научные проблемы и технические задачи для проекта СПС-2
Созданные у нас в СССР и на Западе сверхзвуковые пассажирские самолеты характеризуются значительно большими, чем на дозвуковых пассажирских самолетах, расходами топлива и имеют более высокую стоимость в связи с насыщенностью более сложными автоматическими устройствами и системами. Вследствие этого СПС по экономичности ниже, чем дозвуковые самолеты подобного класса. Кроме того, необходимо учитывать уменьшение запасов нефти и, как следствие, серьезное отношение к рациональному расходу жидкого топлива. Эти предпосылки привели к широким исследованиям, направленным на улучшение экономики СПС, созданию самолета, конкурентноспособного с дозвуковыми пассажирскими самолетами. Это нашло отражение в разработке проектов сверхзвукового самолета II поколения.
При разработке проекта СПС-II необходимо решить следующие основные задачи:
1. Силовая установка. Характеристики двигателя и силовой установки являются определяющими характеристики самолета в целом. Важнейшая задача состоит в создании двигателя, удовлетворяющего комплексу требований, иногда противоречивых - это экономичность на различных режимах работы, малый вес и габариты, низкие уровни шума, малый выброс СО и дыма в атмосферу. Эти противоположные требования привели к концепции создания двигателя изменяемого цикла (ДИЦ), приспосабливаемого к условиям на каждом этапе полета. Необходимо проектирование силовой установки как единого комплексного модуля, включающего в себя регулируемый воздухозаборник с автоматикой управления, мотогондолу с двигателем, регулируемую сопловую часть с устройствами шумоглушения и реверсирования тяги.
2. Аэродинамическая компоновка. Задача состоит в повышении на 1-2 единицы максимального аэродинамического качества по сравнению с существующими СПС. Этого можно добиться путем оптимизации формы крыла в плане уточнения деформации серединной поверхности крыла и получения в крейсерском полете максимального приближения к оптимальной аэродинамической форме. Большое значение может иметь тщательная аэродинамическая доводка отдельных агрегатов и их сочетание между собой.
3. В области конструкции и систем. Необходимо существенно снизить вес оборудования на самолете. Вести работы по снижению веса пустого самолета путем широкого внедрения композиционных материалов, увеличения габаритов используемых полуфабрикатов с уменьшением количества конструктивных стыков.
Наиболее сложным будет решение системы управления самолетом. Она должна обеспечить полет в дозвуковой зоне в области статической неустойчивости. Это позволит в значительной степени упростить и облегчить топливную систему самолета, которая должна обеспечивать выработку топлива при практически постоянной центровке.
"Из истории Советской Авиации" (К 60-летию ОКБ им.А.Н.Туполева),М.1982г.
наверх
Статья Ю.Н.Попова "О некоторых проблемах сверхзвуковой пассажирской авиации (Из истории создания СПС Ту-144, 1968-1975гг.)
Версия для печати
