"244" (Ту-244)

Модель Ту-244

Сверхзвуковой пассажирский самолет второго поколения (СПС-2), проект

Начало работ над сверхзвуковым самолетом второго поколения СПС-2 в ОКБ можно отнести приблизительно к 1971-1973 году. Основываясь на опыте разработки Ту-144, "Конкорда", а также проектов американских СПС, ОКБ в 1973 году подготовило аванпроект СПС-2, получившего обозначение Ту-244. При проработках проекта во главу угла ставилась задача получения конкурентноспособного по отношению к находившимся в эксплуатации и в разработке магистральным дозвуковым пассажирским самолетам. Конкурентноспособность такого самолета (по сравнению с обычным дозвуковым лайнером) должна была обеспечиваться экономической эффективностью, экологической приемлемостью и удобствами для пассажиров.

При этом экономическая эффективность (меньшие удельные затраты) обуславливалась большей производительностью СПС-2, чем у дозвуковых машин (за счет скорости), что должно было обеспечить перевозку растущих пассажиропотоков меньшим количеством самолетов, по сравнению с парком дозвуковых самолетов. Разница в стоимости необходимого количества тех и других пассажирских самолетов и в затратах на их эксплуатацию должна была компенсировать для авиаперевозчиков увеличение затрат на топливо, связанное с использованием менее экономичных СПС-2. Экологическая приемлемость СПС-2 во многом определяла успех или неуспех проекта. Решение этой проблемы было связано с определением уровня экологического воздействия СПС-2 на окружающую среду (звуковой удар, шум на местности, эмисссия вредных веществ, в том числе влияние выбросов на озоновый слой).

Все эти проблемы в той или иной степени стояли и при создании СПС-1, но в момент их начального проектирования (первая половина 60-х) годов, к ним относились не как к основным. Основная задача стояла в создании и внедрении в эксплуатацию реально летающего СПС. Работы по СПС-2 велись и ведутся в ОКБ вот уже в течение 25 лет. За эти годы было подготовлено несколько различных проектов Ту-244, отличавшихся друг от друга аэродинамической компоновкой, конкретными конструктивными решениями по планеру, силовой установке и летно-техническими данными. Основным отличием подготовленных проектов СПС-2 от СПС-1 стал более высокий уровень аэродинамических характеристик самолета, большая экономичность силовых установок, а также возрастание их массо-габаритных параметров, при обеспечении перевозки большего количества пассажиров на большие дальности полета. Работами по СПС-2 в ОКБ долгие годы руководил непосредственно А.А.Туполев. В настоящее время Главным конструктором по теме СПС- 2 является А.Л. Пухов, техническое руководство по работам над Ту-244 осуществляет М.И.Казаков.

Один из первых проектов ОКБ самолета Ту-244 стал проект 1973 года с четырьмя двигателями с взлетной тягой по 37500 кгс с удельным расходом топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме 1,23 кг/кгс*час. По проекту взлетная масса самолета достигала 360 тонн, коммерческая нагрузка 30 тонн (в различных вариантах компоновок пассажирских салонов могло размещаться от 264 до 321 пассажира). Площадь крыла достигала 1100 м2 . На крейсерской скорости 2340 км/ч самолет с нормальной коммерческой нагрузкой должен был иметь дальность полета 8000 км. По своей схеме этот проект являлся дальнейшим развитием Ту-144. Основные усилия при разработке аэродинамической компоновки были направлены на увеличение значений К_макс с целью получения заданной дальности полета. С этой целью на самолете уменьшили относительные мидели фюзеляжа и мотогондол, применили крыло увеличенной площади и удлинения, применили механизацию передней кромки крыла в виде отклоняемых носовых частей (отклонение предусматривалось на дозвуковых режимах), расположили раздельные мотогондолы с осесимметричными воздухозаборниками за линией максимальных толщин крыла, оптимизировали форму поверхности крыла с учетом интерференции с мотогондолами и т.д. В результате удалось при продувках моделей получить крейсерское К макс=8,75-9,0 на М=2,2 и на дозвуковом режиме К_макс=14,8.

В конце 1976 года появилось решение ВПК при СМ СССР по СПС-2, определявшее порядок разработки и основные данные Ту-244. Согласно этому решению на первом этапе предполагалось проектирование СПС-2 сравнительно небольших размеров с взлетной массой 245-275 тонн, площадью крыла 570-750 м2 и с двигателями со взлетной тягой 22500-27500 кгс. В дальнейшем планировался переход к СПС-2 более крупных размерностей. К 1985 году ОКБ подготовило техническое предложение по Ту-244 с четырьмя двигателями изменяемого цикла (ДИЦ) с взлетной тягой по 24000 кгс. Проект предусматривал создание Ту-244 в параметрах несколько больших размерностей, чем Ту-144Д: взлетная масса 260 тонн, площадь крыла 607 м2 , количество пассажиров – 150-170. Расчетная дальность полета 7000-10000 км. Крейсерское расчетное аэродинамического качества на сверхзвуке для проекта определилось в 8,65. Особенностью проекта стало применение двигателей ДИЦ в сочетании с укороченными по сравнению с Ту-144 воздухозаборниками. Применение ДИЦ позволяло в наибольшей степени оптимизировать работу силовой установки на различных режимах полета и давало возможность выполнять высокоэкономичный дозвуковой полет над зонами с высокой плотностью населения.

Техническая сложность и возрастающая стоимость программ создания СПС-2 заставили ведущие авиастроительные фирмы США, Великобритании, Франции, Германии, Италии, Японии и СССР (России) начиная с конца 80-х годов координировать свои исследования по СПС-2 прежде всего в области экологического воздействия, а также в оценке потребности человечества в СПС и определении их рациональных параметров (следует отметить, что подобное сотрудничество осуществлялось и раньше: начиная с середины 60-х годов между СССР и Францией было налажено, хотя и в ограниченных объемах, сотрудничество по некоторым проблемам создания СПС-1). В начале 90-х годов с целью решения проблем создания СПС-2 на международном уровне оформилась так называемая "Группа Восьми", включавшая фирмы "Боинг", Мак Доннелл-Дугласс", "Бритиш Аэроспейс", "Аэроспасьяль", "Дойче Аэроспейс Эрбас", "Аления", Объединение Японских авиационных копораций и ОАО АНТК им. АН.Туполева.

На основании предыдущих проработок по СПС-2, учитывая перспективы как российского, так мирового рынка для будущих СПС, в тесном контакте с ведущими российскими отраслевыми научными центрами (ЦАГИ, ЦИАМ, ВИАМ, ЛИИ) ОКБ продолжало в 90- ые годы работать над различными аспектами проекта СПС-2. Ко второй половине 90-х годов облик будущего российского СПС-2 Ту-244 более менее сложился, хотя в ходе дальнейшего развития проекта (первый полет Ту- 244 возможен при нормальном развитии работ не ранее чем через пять-де- сять лет). Базовая аэродинамическая схема "бесхвостка", силовая установка из четырех ТРД в раздельных мотогондолах, взлетная масса 320-350 тонн, крейсерская скорость М=2,0-2,05. Выбранные взлетная масса, габариты и пассажировместимость (250-300 и более пассажиров) позволяют обеспечить конкурентноспособность с дозвуковыми самолетами (такими, как Боинг 747 и А 310), имеющими 300-500 мест. Компоновка Ту-244 подчинена обеспечению высокого аэродинамического качества как в сверхзвуковом крейсерском полете (до 9 и более), так и на дозвуковых режимах полета (до 15-16), а также на взлетно-посадочных режимах для снижения уровня шума и создания повышенного комфорта для пассажиров. Крыло трапецевидной формы в плане с наплывом имеет сложную деформацию срединной поверхности и переменный профиль по размаху.

Управление по тангажу и крену,а также балансировка обеспечиваются элевонами, передняя кромка снабжена механизацией типа отклоняемых носков. По сравнению с Ту-144 базовая часть крыла имеет значительно меньший угол стреловидности по передней кромке, при сохранении большой стреловидности наплывной части, что обеспечивает компромисс между крейсерскими полетами на больших сверхзвуковых скоростях и на дозвуке. Конструкция крыла близка к Ту-144. Предусматривается широкое использование композитов в конструкции крыла, фюзеляжа, оперения, мотогондол, что должно обеспечить снижение массы планера на 25-30%. Как и на Ту-144, вертикальное оперение имеет двухсекционный руль и конструктивно подобно крылу. Фюзеляж состоит из гермокабины, носового и хвостового отсека. Для выбранной пассажировместимос- ти 250-320 человек оптимальным явился фюзеляж шириной 3,9 м и высотой 4,1 м. На Ту-244 отказались от отклоняемой носовой части фюзеляжа. Остекление кабины экипажа дает необходимый обзор в полете, а на взлетно- посадочных режимах требуемая видимость обеспечивается системой оптико-электронного обзора. Увеличение массы самолета потребовало изменить схему шасси, в отличие от Ту-144, на Ту-244 шасси состоит из одной передней и трех главных стоек, из которых наружные имеют трехосные тележки и убираются в крыло, а средняя стойка имеет двухосную тележку и убирается в фюзеляж. Взлетная тяга каждого двигателя определяется в 25000 кгс, с типом пока полной ясности нет: рассматриваются и ДИЦ, и обычные двухконтурные ТРД с эжекторным соплом, обеспечивающим шумопоглощение на взлете и посадке. Системы и обрудование Ту-244 должны разрабатываться с учетом опыта по Ту-160 и Ту-204.

Стремясь обеспечить гибкость подхода к проблеме СПС-2, в ходе работ по проекту в ОКБ было подготовлено несколько возможных проектов Ту-244, отличающихся массами, габаритами, пассажировместимостыо и незначительными отличиями в компоновочном и конструктивном плане. В одном из последних вариантов Ту-244, предложенных ОКБ, речь идет о самолете с взлетной массой 300 тонн, площадью крыла 965 м2 , четырьмя ТРДД с взлетной тягой по 25500 кгс и с пассажи- ровместимостью 254 человека. Расчетная практическая дальность полета на сверхзвуке с нормальной коммерческой нагрузкой равняется 7500 км.

Ту-144JIJI

Весомым вкладом России в разработку СПС-2 стало создание на базе серийного Ту-144Д летающей лаборатории Ту-144ЛЛ "Москва". Работа по Ту-144ЛЛ шла в рамках международного сотрудничества с США, при активном финансировании со стороны американцев. Для переделки в летающую лабораторию был выбран серийный Ту-144Д № 08-2 (бортовой № 77114), на котором двигатели РД-36- 51А заменили на двигатели НК-321 (модификация НК-32 самолета Ту- 160), установили новые мотогондолы с доработанными воздухозаборниками, провели усиление крыла, доработали топливную и другие системы, установили на борт большое количество контрольнозаписывающей аппаратуры. 29 ноября 1996 года состоялся первый полет Ту-144ЛЛ. В ходе проведенных 27 полетов по совместным исследовательским программам, было выполнено восемь уникальных экспериментов по определению распределения давления и коэффициента трения, параметров пограничного слоя, распределению температур по поверхности планера, тепловому режиму внутри силовой установки, шуму внутри салона и акустическим нагрузкам на элементы конструкции. Получены впервые в мире результаты по влиянию земли на взлетнопосадочные характеристики крыла малого удлинения большой площади при полетах над ВПП на сверхмалых высотах. Оценка летных характеристик самолета, в том числе характеристик устойчивости и управляемости, проводилась несколькими экипажами летчиков-испытателей, в трех полетах принимали участие американские летчика-испытатели из НАСА.

Основные проектные данные Ту-244 по состоянию на 1999 год

длина самолета – 88,0 м

размах крыла – 45,0 м

высота самолета – 15,0 м

диаметр фюзеляжа – 3,9 м

площадь крыла – 965 кв.м

взлетная масса – 300000 кг

коммерческая нагрузка – 25000 кг

масса топлива – 150000 кг

крейсерская скорость

полета – М=2,0 высота крейсерского

полета – 18000-20000 м

практическая дальность

полета – 7500 км

потребная длина ВПП – 3000 м

количество пассажиров – 254 чел.