Успіхи у створенні в 50-ті роки надзвукових бойових літаків, у тому числі й важкого класу, створило сприятливе становище для вивчення можливості створення надзвукового пасажирського літака (УПС). Історія появи перших проектів УПС сягає своїм корінням у перші повоєнні роки, коли в США і Великобританії було запропоновано кілька гіпотетичних проектів, дуже далеких за своїми технічними рішеннями від практичної реалізації. У другій половині 50-х років по обидва боки «залізної завіси» з'являються спочатку досвідчені, а потім і серійні надзвукові важкі літаки військового призначення, і, практично відразу на їх базі, провідні світові авіаційні фірми готують проекти УПС різних аеродинамічних та компоновочних схем. Детальний аналіз та подальше опрацювання запропонованих проектів УПС на базі перших надзвукових бомбардувальників показали, що створення ефективного конкурентного УПС шляхом модифікації військового прототипу – завдання вкрай складне (на відміну від процесу створення перших реактивних) пасажирських літаківз урахуванням дозвукових важких бойових літаків).
Перші надзвукові бойові важкі літаки за своїми конструктивними рішеннями здебільшого відповідали вимогам порівняно короткочасного польоту на надзвуку. Для УПС потрібно забезпечити тривалий крейсерський політ на швидкостях відповідних як мінімум М=2, плюс специфіка завдання з перевезення пасажирів вимагала значного підвищення надійності роботи всіх елементів конструкції літака, за умови більш інтенсивної експлуатації з урахуванням збільшення тривалості польотів на надзвукових режимах. Поступово, аналізуючи всі можливі варіанти технічних рішень, авіаційні фахівці, як і СРСР, і Заході дійшли твердому думці, що економічно ефективний УПС необхідно проектувати як нового тип літального апарату.
Проектування Ту-144 Андрій Миколайович вирішив доручити Відділенню «К», яке до цього займалося безпілотною технікою і мало достатній досвід у галузі освоєння тривалого польоту зі швидкостями, що перевищують М=2 (ударний безпілотний літак Ту-121, безпілотні літаки-розвідники — серійний Ту-2 та досвідчений Ту-139). Головним конструктором та керівником робіт на тему Ту-144 Андрій Миколайович призначив А.А.Туполєва. Саме під його керівництвом, із залученням найкращих сил вітчизняної авіаційної науки і техніки, у Відділенні «К» народжувалася ідеологія та майбутній вигляд Ту-144. Надалі після смерті А.Н.Туполєва та призначення А.А.Туполєва керівником підприємства, темою Ту-144 керували Ю.Н.Попов та Б.А.Ганцевський. Незабаром Ту-144 стає однією з основних та пріоритетних тем у діяльності ОКБ та всього МАП на найближчі 10 років.
Аеродинамічний вигляд Ту-144 визначався головним чином отриманням великої дальності польоту на крейсерському надзвуковому режимі, за умови отримання необхідних характеристик стійкості та керованості та заданих характеристик зльоту та посадки. З обіцяних питомих витрат НК-144, на початковому етапі проектуванні поставили завдання отримати на крейсерському надзвуковому режимі польоту Кмакс = 7. За сумарними економічними, технологічними, ваговими міркуваннями прийняли число М крейсерського польоту рівним 2,2. У ході опрацювання аеродинамічного компонування Ту-144 в ОКБ і ЦАГІ розглядалося кілька десятків можливих варіантів. Вивчалися «нормальна» схема з горизонтальним оперенням у хвостовій частині фюзеляжу, від неї відмовилися, оскільки подібне оперення давало до 20% у загальному балансі опору літака. Відмовилися і від схеми "качка", оцінивши проблему впливу дестабілізатора на основне крило. Остаточно виходячи з умов отримання необхідної аеродинамічної якості та отримання мінімальних розбіжностей фокусу при дозвукових і надзвукових швидкостях зупинилися на схемі низькоплану - "безхвостки" зі складеним трикутним крилом оживальної форми (крило утворювалося двома трикутними поверхнями з кутом стріл частини і 55° - для задньої базової частини), з чотирма ДТРДФ, розміщеними під крилом, з вертикальним пір'ям, розташованим по поздовжній осі літака, і триопорним шасі, що забирається.
У конструкції планера переважно використовувалися традиційні алюмінієві сплави. Крило утворювалося із симетричних профілів і мало складну крутку у двох напрямках: у поздовжньому та поперечному. Цим досягалося найкраще обтікання поверхні крила на надзвуковому режимі, крім того подібна крутка сприяла покращенню поздовжнього балансування на цьому режимі. По всій задній кромці крила розміщувалися елевони, що складалися з чотирьох секцій на кожному півкрилі. Конструкція крила багатолонжеронна, з потужною працюючою обшивкою із суцільних плит, виконаних з алюмінієвих сплавів, Центральна частинакрила та елевони виготовлялися з титанових сплавів. Секції елевонів наводилися на дію двома незворотними бустерами. Кермо напряму також відхилялося за допомогою незворотних бустерів і складалося з двох незалежних один від одного секцій. Аеродинамічна форма фюзеляжу вибиралася з умов отримання мінімального опору надзвуковому режимі. Домагаючись цього, пішли навіть на певне ускладнення конструкції літака.
Характерною особливістю Ту-144 стала добре засклена носова частина фюзеляжу перед пілотською кабіною, що забезпечувало. гарний оглядна великих злітно-посадкових кутах атаки, які притаманні літаку з крилом малого подовження. Опускання та підйом носової частини фюзеляжу здійснювався за допомогою гідроприводу. При конструюванні негерметичної частини, що відхиляється, і її агрегатів вдалося домогтися збереження гладкості обшивки в місцях зчленування рухомої частини з герметичною кабіною та іншою поверхнею фюзеляжу. Форма мотогондолу визначалася в основному компоновочними міркуваннями та умовами надійності роботи силової установки. Чотири ДТРДФ НК-144 розмістили під крилом близько одне до одного. Кожен двигун мав свій повітрозабірник, причому два сусідні повітрозабірники об'єднувалися в загальний блок. Підкрилові повітрозабірники - плоскі з горизонтальним клином. Гальмування потоку при надзвукових швидкостях польоту здійснювалося у трьох косих стрибках ущільнення, у прямому замикаючому стрибку та дозвуковому дифузорі. Робота кожного повітрозабірника забезпечувалася автоматичною системою управління, яка змінювала положення панелей клину та стулки перепуску залежно від режиму роботи двигуна НК-144. Довжина мотогондолу визначалася розмірами двигунів та вимогами ЦАГІ та ЦІАМ до забезпечення необхідної довжини каналів повітрозабірників для нормальної роботи двигунів. Слід зазначити, що на відміну від проектування повітрозабірників і двигунів «Конкорду», де цей процес йшов як єдине ціле, проектування НК-144 і мотогондол з повітрозабірниками йшли як два багато в чому незалежні процеси, що призвело певною мірою до перерозмірюваності мотогондолу. надалі до багатьох взаємних проблем роботи двигунів та системи повітрозабірників.
Передбачалося, як і на «Конкорді», ввести систему гальмування на посадці за рахунок реверсу двигунів, реверс планувалося встановити на два крайні двигуни (систему реверсу не довели, в результаті дослідна та серійні машини експлуатувалися з гальмівним парашутом). Основні стійки шасі забиралися в крило, передня стійка забиралася у передню частину фюзеляжу у простір між двома блоками повітрозабірників. Невелика будівельна висота крила зажадала зменшення розміру коліс, в результаті в основних стійках шасі використовувався дванадцятиколісний візок із колесами порівняно невеликого діаметра. Основний запас палива розміщувався у крильових кесон-баках. Передні кесон-баки крила та додатковий кільовий бак служили для балансування літака. Основні роботи з вибору оптимальної аеродинамічної схеми Ту-144 в ОКБ очолював Г.А.Черемухін, питаннями оптимізації силової установки за проектом займався підрозділ на чолі з В.М.Булем На Ту-144 фактично було застосовано багато принципових рішень дистанційної системи управління, зокрема рульові агрегати приводу органів управління літака відпрацьовували сигнали системи поліпшення стійкості та керованості по поздовжньому та колійному каналах. На деяких режимах цей захід дозволяв здійснювати політ при статичній нестійкості.
Вибір ідеології системи управління Ту-144 багато в чому є нагородою Г.Ф.Набойщикова. У створення та доведення цієї принципово нової системиУправління великий внесок вніс Л.М.Роднянський, який раніше займався системами управління в ОКБ П.О.Сухого і В.М.Мясищева, і на початку 60-х років зробив дуже багато для доведення дуже «сирої» системи управління Ту-22. Кабіна пілотів проектувалась з урахуванням вимог сучасної ергономіки, вона виконувалася чотиримісною: два передні місця займали перший і другий пілот, за ними розміщувався бортінженер, четверте місце на першій дослідній машині призначалося для інженера-експериментатора. Надалі передбачалося обмежити екіпаж трьома пілотами. Оздоблення та компонування пасажирського салону Ту-144 відповідали світовим вимогам до сучасного дизайнуі до комфортності, при їх обробці використовувалися нові оздоблювальні матеріали. Пілотажно-навігаційне обладнання Ту-144 комплектувалося найдосконалішими системами, які могла дати на той період вітчизняна авіоніка: досконалий автопілот та бортова електронно-обчислювальна машина автоматично підтримували курс; льотчики могли бачити на екрані, що розміщувався на приладової дошці, де в Наразізнаходиться літак та скільки кілометрів залишилося до місця призначення; захід на посадку здійснювався автоматично у час доби за складних погодних умов тощо. — усе це було серйозним ривком уперед для нашої авіації.
Будівництво першого дослідного літака Ту-144 («044») почалося в 1965 році, одночасно будувався другий екземпляр для статичних випробувань. Досвідчена «044» спочатку розраховувалася на 98 пасажирів, пізніше ця цифра була збільшена до 120. Відповідно, розрахункова злітна маса збільшилася з 130 тонн до 150 тонн. Досвідчена машина будувалася у Москві цехах ММЗ «Досвід», частина агрегатів виготовлялася з його філіях. У 1967 році було закінчено складання основних елементів літака. Наприкінці 1967 року дослідну «044» перевезли в ЖЛІ та ДБ, де протягом усього 1968 року здійснювалися доводочні роботи та доукомплектування машини системами, що відсутні, і агрегатами.
Одночасно на аеродромі ЛІІ почалися польоти літака-аналогу МіГ-21І (А-144, «21-11»), створеного на базі винищувача МіГ-21С. Аналог створювався в ОКБ А.І.Мікояна і мав крило геометрично та аеродинамічно подібне до крила досвідченого «044». Усього було побудовано дві машини «21-11», на них літали багато льотчиків-випробувачів, у тому числі й ті, які мали випробовувати Ту-144, зокрема Е.В.Елян. Літак-аналог успішно облітали до швидкості 2500 км/год і матеріали цих польотів стали основою для остаточного коригування крила Ту-144, а також дозволили льотчикам-випробувачам підготуватися до особливостей поведінки літака з таким крилом.
Наприкінці 1968 року досвідчений «044» (бортовий №68001) був готовий до першого польоту. На машину призначили екіпаж у складі: командира корабля — заслуженого льотчика-випробувача Е.В.Е-ляна, який потім отримав за Ту-144 Героя Радянського Союзу); другого пілота – заслуженого льотчика випробувача Героя Радянського Союзу М.В.Козлова; провідного інженера-випробувача В.Н.Бендерова та бортінженера Ю.Т.Селіверстова. Враховуючи новизну та незвичайність нової машини, ОКБ пішло на неординарне рішення: вперше на дослідну пасажирську машину вирішили встановити крісла екіпажу, що катапультуються. Протягом місяця проводилися перегони двигунів, пробіжки, останні наземні перевірки систем. З початку третьої декади грудня 1968 року «044» перебувала у передстартовій готовності, машина та екіпаж були повністю готові до першого вильоту, протягом усіх цих десяти днів над аеродромом ЛІІ не було погоди і досвідчений Ту-144 залишався на землі. Нарешті, в останній день 1968 року, що минає, через 25 секунд після моменту старту «044» вперше відірвалася від злітної смугиаеродрому ЛІІ та швидко набрала висоту. Перший політ тривав 37 хвилин, у польоті машину супроводжував літак-аналог «21-11».
Надзвуковий пасажирський літак і це був літак, побудований в СРСР, перший «Конкорд» піде в політ лише 2 березня 1969 року. Було доведено на практиці, що важкі літаки безхвостої схеми мають права громадянства в СРСР (до цього польоту у нас все обмежувалося великою кількістю проектів важких безхсходів). 5 червня 1969 року досвідчений літак вперше у висоті 11000 м перевищив надзвукову швидкість, до травня 1970 року машина літала на швидкостях М=1,25-1,6 на висотах до 15000 м. 12 листопада 1970 року у годинному польоті «044» літала півгодини на швидкості, що перевищує 2000 км/год, на висоті 16960 м була досягнута максимальна швидкість 2430 км/год. , де вона вперше «зустрілася» з англо-французьким «Конкордом» На «044» стояли досвідчені двигуни НК-144 з питомою витратою палива на крейсерському надзвуковому режимі 2,23 кг/кгс годину, з такими питомими витратами на випробуваннях Ту-144 зумів вийти на надзвукову дальність польоту 2920 км, що було значно менше. . Крім цього в ході випробувань зіткнулися з деякими конструктивними недоробками: у польотах спостерігалися підвищена вібрація та нагрівання хвостової частини фюзеляжу від четиревенного пакета двигунів, не рятували навіть титанові конструкції. Виконавши програму випробувальних польотів «044» (загалом близько 150 польотів), так і залишилася в одному досвідченому екземплярі. Від неї більшого і не вимагалося, своє завдання довести технічну можливість створення СРСР надзвукового пасажирського літака вона виконала. Потрібно було просуватися далі, покращуючи конструкцію літака та двигунів.
Роботи з розвитку базової конструкції літака «044» йшли у двох напрямках: створення нового економічного безфорсажного ТРД типу РД-36-51 та значне покращення аеродинаміки та конструкції Ту-144. Результатом цього мало стати виконання вимог щодо дальності надзвукового польоту. Рішення комісії Ради Міністрів СРСР за варіантом Ту-144 з РД-36-51 було ухвалено 1969 року. Одночасно на пропозицію МАП-МГА приймається рішення, до моменту створення РД-36-51 та встановлення їх на Ту-144, про будівництво шести Ту-144 з НК-144А зі зменшеними питомими витратами палива. Конструкцію серійних Ту-144 з НК-144А передбачалося значно модернізувати, провести значні зміни в аеродинаміці літака, отримавши на крейсерському надзвуковому режимі Кмакс більше 8. Ця модернізація мала забезпечити виконання вимог першого етапу за дальністю (4000-4500 км), надалі передбачався перехід у серії на РД-36-51.
Будівництво передсерійного модернізованого літака Ту-144 («004) розпочалося на ММЗ «Досвід» 1968 року. За розрахунковими даними з двигунами НК-144 (Ср=2,01) передбачувана надзвукова дальність повинна була становити 3275 км, і з НК-144А (Ср=1,91) перевищити 3500 км. З метою сприяння аеродинамічних характеристик літака на крейсерському режимі М=2,2 змінили форму крила в плані (стріловидність напливної частини по передній кромці зменшили до 76 градусів, а базової збільшили до 57 градусів), форма крила стала ближчою до «готичної». Порівняно з «044», збільшилася площа крила, ввели інтенсивнішу конічну крутку кінцевих частин крила. Однак найважливішим нововведенням по аеродинаміці крила стала зміна серединної частини крила, що забезпечила самобалансування на крейсерському режимі з мінімальними втратами якості, з урахуванням оптимізації польотних деформацій крила на цьому режимі. Було збільшено довжину фюзеляжу з урахуванням розміщення 150 пасажирів, покращено форму носової частини, що також позитивно вплинуло на аеродинаміку літака.
На відміну від «044» кожну пару двигунів у парних мотогондолах з повітрозабірниками розсунули, звільнивши від них нижню частину фюзеляжу, розвантаживши його від підвищених температурних і вібраційних навантажень, при цьому змінили нижню поверхню крила в місці розрахункової області підтискання потоку, збільшили щілину нижньою поверхнею крила і верхньою поверхнею повітрозабірника - все це дозволило інтенсивніше використовувати ефект підтиснення потоку на вході в повітрозабірники на Кмакс, ніж це вдалося отримати на «044». Нове компонування мотогондол зажадало змін по шасі: основні стійки шасі розмістили під мотогондолами, з прибиранням їх усередину між повітряними каналами двигунів, перейшли до восьмиколісного візка, змінилася також схема прибирання носової стійки шасі. Важливою відмінністю «004» від «044» стало впровадження переднього багатосекційного крилета-ка-дестабілізатора, що прибирався в польоті, що висувався з фюзеляжу на злітно-посадкових режимах, і дозволяв забезпечувати необхідне балансування літака при відхилених елевонах-за. Доопрацювання конструкції, збільшення комерційного навантаження та запасу палива призвели до зростання влітної маси літака, яка перевищила 190 тонн (для "044" - 150 тонн).
Будівництво передсерійного Ту-144 №01-1 (бортовий №77101) завершилося на початку 1971 року, 1 червня 1971 року літак здійснив перший політ. За програмою заводських випробувань машина виконала 231 політ, тривалістю 338 годин, їх 55 годин літак літав на надзвуку. На цій машині відпрацьовувалися комплексні питання взаємодії силової установки та літака на різних режимах польоту. 20 вересня 1972 року машина здійснила переліт трасою Москва-Ташкент, при цьому маршрут був пройдений за 1 годину 50 хвилин, крейсерська швидкість під час польоту досягала 2500 км/год. Передсерійна машина стала основою для розгортання серійного виробництва на Воронезькому авіаційному заводі (ВАЗ), якому рішення уряду було доручено освоєння в серії Ту-144.
Перший політ серійного Ту-144 №01-2 (бортовий №77102) з двигунами НК-144А відбувся 20 березня 1972 року. У серії, за результатами випробувань передсерійної машини, було відкориговано аеродинаміку крила і ще раз дещо збільшено його площу. Злітна маса у серії досягла 195 тонн. Питома витрата палива НК-144А до моменту експлуатаційних випробувань серійних машин мали намір довести за рахунок оптимізації сопла двигуна до 1,65-1,67 кг/кгс годину, а надалі до 1,57 кг/кгс годину, при цьому дальність польоту повинна була збільшена до 3855-4250 км і 4550 км відповідно. Реально змогли досягти до 1977 року в ході випробувань і доведень серії Ту-144 і НК-144А Ср = 1,81 кг / кг на годину на крейсерському надзвуковому режимі тяги 5000 кгс, Ср = 1,65 кг / кг на годину на злітному форсажному режимі 20000 кгс, Ср = 0,92 кг/кгс годину на крейсерському дозвуковому режимі тяги 3000 кгс і максимальному форсажному режимі на трансзвуковому режимі отримали 11800 кгс.
3 червня 1973 року перша серійна машина під час демонстраційного польоту в Ле Бурже зазнала катастрофи. Загинув екіпаж на чолі з льотчиком-випробувачем М.В.Козловим (крім М.В. Козлова в цьому польоті загинули другий пілот В.М.Молчанов, Заступник головного конструктор В.М.Бендерів, бортінженер А.І.Дралін, штурман Г.Г. Н. Баженов, інженер Б.А.Первухін). Для розслідування катастрофи було створено комісію, у якій брали участь фахівці СРСР та Франції. За результатами розслідування французи зазначали, що відмови в технічній частині літака не було, а причиною катастрофи стало наявність у кабіні непристебнутих членів екіпажу, раптова поява літака «Міраж» у полі зору екіпажу літака Ту-144, наявність кінокамери в руках одного з членів екіпажу , яка під час падіння могла заклинити штурвал управління. Зважаючи на все, на той момент подібний висновок влаштовував усіх. Мабуть найбільш ємно і точно про катастрофу Ту-144 в Ле-Бурже в 90-і роки висловився Е.В.Елян: «Ця катастрофа - гіркий приклад того, як збіг дрібних на перший погляд, незначних недбалостей, в даному випадку і з боку. французьких служб управління польотами, призвело до трагічних наслідків.
Виробництво Ту-144 з НК-144А тривало у Воронежі на початок 1977 року. На цих машинах було проведено великий обсяг льотних випробувань та розпочато польоти з пасажирами. На Ту-144 № 02-1 (бортовий № 77103), перший політ виконаний 13 грудня 1973, відпрацьовувався пілотажно-навігаційний комплекс НПК-144, система електропостачання, проводилися випробування на режимах перерваного зльоту, здійснювалися технічні рейси по містах СРСР.
На Ту-144 № 02-2 (бортовий № 77144), перший політ 14 червня 1974 року, проводилися дослідження з аеродинаміки, міцності, поведінки на великих кутах атаки, перевірялася робота літакових систем та обладнання в позаштатних польотних ситуаціях, у 1975 році машина літала у Ле-Буржі.
Ту-144 № 03-1 (бортовий № 77105) збудували в 1973 році і відразу переробили в Ту-144Д з двигунами РД-36-51А.
Ту-144 № 04-1 (бортовий № 77106), перший політ 4 березня 1975 року, використовувався з метою оцінки ефективності роботи ВКВ, у ньому вирішувалися деякі проблеми з паливної системі. 26 грудня 1975 року цією машиною було виконано перший експлуатаційний рейс за маршрутом Москва - Алма-Ата. До цього моменту, крім льотчиків МАП, на Ту-144 вже почали літати льотчики МДА. Літак перевозив за маршрутом вантажі, пошту, польоти проходили на висотах 18000 м та зі швидкостями 2200 км/год. В даний час Ту-144 №04-1 можна бачити в експозиції Музею в Моніно.
Ту-144 № 04-2 (бортовий № 77108), перший політ 12 грудня 1975 року, проводилися доводочні роботи з систем навігаційного обладнання, за АБС-144, за системою директорного заходу на посадку, по автомату тяги.
Ту-144 № 05-1 (бортовий № 77107), перший політ 20 серпня 1975 року, після заводських випробувань та випробувань за різними програмами, був представлений у 1977 році як комплексний об'єкт на спільні державні випробування. За результатами цих випробувань зазначалося, що льотно-технічні характеристики літака, за винятком практичної дальності польоту із заданим числом пасажирів, злітній масі, відповідають заданим на Ту-144 вимогам (при випробуваннях отримали практичну дальність польоту на надзвуку при злітній масі 195 тонн при комерційному навантаженні 15 тонн 3080 км, при 7 тоннах — 3600 км. двигунами РД-36-51А.
Після закінчення спільних випробувань приймається рішення МАП-МДА про початок пасажирських перевезень літаками Ту-144 з ПК-144А. Ту-144 № 05-2 (бортовий № 77109), перший політ 29 квітня 1976 року, та Ту-144 № 06-1 (бортовий № 77110), перший політ 14 лютого 1977 року, використовувалися для регулярних пасажирських перевезень по трасі Москва — Алма-Ата. У перший пасажирський рейс Ту-144 вирушив 1 листопада 1977 року. Польоти на відстань 3260 км на висоті 16000-17000 м зі швидкістю 2000 км/год проводилися раз на тиждень, кількість пасажирів на борту не перевищувала 80 осіб. До моменту припинення регулярної експлуатації з пасажирами у травні 1978 року, екіпажі Аерофлоту на Ту-144 виконали 55 рейсів, перевізши 3284 пасажири. Ту-144 з НК-144А став першим у СРСР пасажирським літаком, який отримав національний сертифікат льотної придатності на безпеку перевезення пасажирів, інші літаки Аерофлоту на той час подібного сертифікату не мали (виняток становив Ту-134, який був сертифікований у Польщі за англійськими нормами. льотної придатності).
Модифікація: Ту-144
Розмах крила, м: 28,80
Довжина літака, м: 65,70
Висота літака, м: 12,85
Площа крила, м2: 507,00
маса, кг
-порожнього літака: 91800
-Нормальна злітна: 150000
-максимальна злітна: 195000
Тип двигуна: 4 х ТРДДФ НК-144А
Тяга, кгс
-Нормальна: 4 х 15000
-форсована: 4 х 20000
Максимальна швидкість, км/год: 2500 (М=2,35)
Крейсерська швидкість, км/год: 2200
Практична дальність, км: 6500
Дальність польоту на надзвуку, км: 2920
Практична стеля, м: 18000-20000
Екіпаж, особи: 3
Корисне навантаження 150 пасажирів або 15000 кг вантажу.
Ту-144 перед першим польотом.
Ту-144 після зльоту.
Рівно 15 років тому три останні надзвукові пасажирські літаки Concorde британської авіакомпанії British Airways здійснили прощальний політ. Того дня, 24 жовтня 2003 року, ці літаки, пролетівши на малій висоті над Лондоном, приземлилися в «Хітроу» і тим самим завершили недовгу історію надзвукової пасажирської авіації. Тим не менш, сьогодні авіаконструктори по всьому світу знову замислюються про можливість швидких перельотів - з Парижа до Нью-Йорка за 3,5 години, з Сіднея до Лос-Анджелеса - за 6 годин, з Лондона до Токіо - за 5 годин. Але перш ніж надзвукові літакиповернуться на міжнародні пасажирські маршрути, розробникам доведеться вирішити безліч завдань, серед яких одне з найважливіших – зменшення гучності швидких літальних апаратів.
Коротка історія швидких польотів
Пасажирська авіація почала формуватись у 1910-х роках, коли з'явилися перші літаки, спеціально спроектовані для перевезення людей повітрям. Найпершим із них став французький Bleriot XXIV Limousine компанії Bleriot Aeronautique. Він використовувався для розважальних повітряних прогулянок. Через два роки в Росії з'явився С-21 Гранд, створений на базі важкого бомбардувальника Російський витязь Ігоря Сікорського. Його збудували на Російсько-Балтійському вагонному заводі. Далі авіація почала розвиватися семимильними кроками: спочатку почалися перельоти між містами, потім між країнами, а потім між континентами. Літаки дозволяли дістатися місця призначення швидше, ніж потягом чи кораблі.
У 1950-х роках прогрес у розробці реактивних двигунів значно прискорився, і для бойової авіації стали доступні, хоч і короткочасно, польоти на надзвуковій швидкості. Надзвуковою швидкістю прийнято називати рух до п'яти разів швидше за швидкість звуку, яка змінюється в залежності від середовища поширення та її температури. При нормальному атмосферному тискуна рівні моря звук поширюється зі швидкістю 331 метр за секунду, або 1191 кілометр на годину. У міру набору висоти щільність і температура повітря знижується, знижується швидкість звуку. Наприклад, на висоті 20 тисяч метрів вона становить уже близько 295 метрів за секунду. Але вже на висоті близько 25 тисяч метрів і в міру її набору до більш ніж 50 тисяч метрів температура атмосфери потроху починає збільшуватися в порівнянні з нижніми шарами, а разом з нею збільшується і місцева швидкість звуку.
Зростання температури цих висотах пояснюється, зокрема, високої концентрацією повітря озону, що утворює озоновий щит і поглинає частина сонячної енергії. В результаті швидкість звуку на висоті 30 тисяч метрів над морем становить близько 318 метрів за секунду, а на висоті 50 тисяч - майже 330 метрів за секунду. В авіації для вимірювання швидкості польоту широко використовується число маху. Якщо говорити спрощено, воно виражає місцеву швидкість звуку для конкретної висоти, щільності та температури повітря. Так, швидкість умовного польоту, що дорівнює двом числам Маха, на рівні моря становитиме 2383 кілометри на годину, а на висоті 10 тисяч метрів – 2157 кілометрів на годину. Вперше звуковий бар'єр на швидкості 1,04 числа Маха (1066 кілометрів на годину) на висоті 12,2 тисяч метрів подолав американський льотчик Чак Єгер у 1947 році. Це був важливий крок на шляху освоєння надзвукових польотів.
У 1950-х роках авіаконструктори у кількох країнах світу почали працювати над проектами надзвукових пасажирських літаків. У результаті 1970-х з'явилися французький Concorde і радянський Ту-144. Це були перші і поки що єдині пасажирські надзвукові літаки у світі. Обидва типи літальних апаратів використовували звичайні турбореактивні двигуни, оптимізовані для тривалої роботи надзвуковому режимі польоту. Ту-144 експлуатувалися до 1977 року. Літаки літали на швидкості 2,3 тисячі кілометрів на годину і могли перевозити до 140 пасажирів. Проте квитки на їх рейси коштували в середньому в 2,5–3 рази дорожче за звичайні. Низький попит на швидкі, але дорогі перельоти, а також загальні складнощі в експлуатації та обслуговуванні Ту-144 призвели до того, що їх просто зняли з пасажирських рейсів. Проте літаки ще якийсь час використовувалися у випробувальних польотах, у тому числі й за контрактом із NASA.
Concorde прослужили помітно довше – до 2003 року. Перельоти на французьких лайнерах теж коштували дорого і великою популярністю не користувалися, але Франція та Великобританія продовжували їх експлуатувати. Вартість одного квитка на такий переліт становила у перерахунку на сьогоднішні ціни близько 20 тисяч доларів. Французький Concorde здійснював польоти на швидкості трохи більше двох тисяч кілометрів на годину. Відстань від Парижа до Нью-Йорка літак міг покрити за 3,5 години. Залежно від конфігурації Concorde могли перевозити від 92 до 120 чоловік.
Історія «Конкордів» закінчилася несподівано та швидко. 2000 року сталася авіакатастрофа Concorde, в якій загинули 113 людей. Через рік у пасажирських авіаперевезеннях почалася криза, спричинена терактами 11 вересня 2001 року (два викрадені терористами літаки з пасажирами врізалися в вежі Всесвітнього торгового центрув Нью-Йорку, ще один, третій, - у будівлю Пентагону в окрузі Арлінгтон, а четвертий впав у поле неподалік Шенксвілл в Пенсільванії). Потім минув термін гарантійного обслуговування літаків Concorde, яким займалася компанія Airbus. Всі ці фактори разом зробили експлуатацію надзвукових пасажирських літаків вкрай невигідними, і влітку-восени 2003 авіакомпанії Air France і British Airways по черзі списали всі Конкорди.
Після закриття програми Concorde в 2003 році надія на повернення надзвукової пасажирської авіації ще залишалася. Конструктори сподівалися на нові економічні двигуни, аеродинамічні розрахунки та системи автоматизованого проектування, здатні зробити перельоти на надзвуковій швидкості економічно доступними. Але у 2006 та 2008 році Міжнародна організація цивільної авіаціїприйняла нові стандарти авіаційного шуму, що заборонили, крім іншого, будь-які надзвукові польоти над населеними ділянками суші. мирний час. Ця заборона не поширюється на спеціально виділені для військової авіаціїповітряні коридори. Роботи над проектами нових надзвукових літаків загальмувалися, але сьогодні знову почали набирати обертів.
Тихий надзвук
Сьогодні розробкою надзвукових пасажирських літаків займаються кілька підприємств та урядових організацій у світі. Такі проекти, зокрема, ведуть російські компанії«Сухий» та «Туполєв», Центральний аерогідродинамічний інститут імені Жуковського, французька Dassault, Японська агенція аерокосмічних досліджень, європейський концерн Airbus, американські Lockheed Martin та Boeing, а також кілька стартапів, включаючи Aerion та Boom Technologies. Загалом конструктори умовно розділилися на два табори. Представники першого з них вважають, що розробити «тихий», що відповідає шумності дозвуковим лайнерам, надзвуковий літак найближчим часом не вдасться, а отже, потрібно побудувати швидкий пасажирський літальний апарат, який переходитиме на надзвук там, де це дозволено. Такий підхід, вважають конструктори з першого табору, все одно дозволить скоротити час перельоту з однієї точки до іншої.
Конструктори з другого табору зосередилися переважно на боротьбі з ударними хвилями. У польоті на надзвуковій швидкості планер літака утворює безліч ударних хвиль, найбільш значущі з яких виникають у носовій частині та в зоні хвостового оперення. Крім того, ударні хвилі зазвичай з'являються на передній та задній кромках крила, на передніх кромках хвостового оперення, в зонах завихрювачів потоку та на кромках повітрозабірників. Ударна хвиля є область, у якій тиск, щільність і температура середовища відчувають різкий і сильний стрибок. Спостерігачі на землі такі хвилі сприймаються як гучна бавовна або навіть вибух - саме через це надзвукові польоти над населеною частиною суші заборонені.
Ефект вибуху або дуже гучної бавовни роблять ударні хвилі так званого N-типу, що утворюються під час вибуху бомби або на планері надзвукового винищувача. На графіці зростання тиску і щільності такі хвилі нагадують букву N латинського алфавіту через різке підвищення тиску на фронті хвилі з різким падінням тиску після нього і подальшою нормалізацією. У ході лабораторних експериментів дослідники Японського агентства аерокосмічних досліджень з'ясували, що зміна форми планера може згладжувати піки на графіку ударної хвилі, перетворюючи її на хвилю S-типу. Така хвиля має плавний і менш значний, як у N-хвилі, перепад тиску. Фахівці NASA вважають, що S-хвилі сприйматимуться спостерігачами як далека бавовна автомобільними дверима.
N-хвиля (червона) до аеродинамічної оптимізації надзвукового планера та подібність S-хвилі після оптимізації
У 2015 році японські конструктори зібрали безпілотний планер D-SEND 2, чия аеродинамічна форма була спроектована таким чином, щоб зменшувати кількість ударних хвиль, що виникають на ньому, і їх інтенсивність. У липні 2015 року розробники випробували планер на ракетному полігоні «Есрейндж» у Швеції та відзначили суттєве зменшення кількості ударних хвиль, що утворюються на поверхні нового планера. Під час випробування D-SEND 2, не оснащений двигунами, скинули з повітряної куліз висоти 30,5 тисяч метрів. Під час падіння планер довжиною 7,9 метра набрав швидкість в 1,39 числа Маха і пролетів повз розташовані на різній висоті прив'язні аеростати, обладнані мікрофонами. У цьому дослідники заміряли як інтенсивність і кількість ударних хвиль, а й аналізували впливу стану атмосфери на раннє їх виникнення.
За оцінкою японського агентства, звуковий удар від літальних апаратів, які можна порівняти за розмірами з надзвуковими пасажирськими літаками Concorde і виконаних за схемою D-SEND 2, при польоті на надзвуковій швидкості буде вдвічі менш інтенсивним, ніж раніше. Від планерів звичайних сучасних літаків японський D-SEND 2 відрізняється неосесиметричним розташуванням носової частини. Кіль апарату зміщений до носової частини, а горизонтальне хвостове оперення виконано цільноповоротним і має негативний кут установки по відношенню до поздовжньої осі планера, тобто закінчування оперення знаходяться нижче точки кріплення, а не вище, як звичайно. Крило планера має нормальну стрілоподібність, але виконано ступінчастим: воно плавно сполучається з фюзеляжем, а частина його передньої кромки розташована до фюзеляжу під гострим кутом, але ближче до задньої кромки цей кут різко збільшується.
За схожою схемою в даний час створюється надзвуковий американського стартапу Aerion і , що розробляється Lockheed Martin на замовлення NASA. З упором на зменшення кількості та інтенсивності ударних хвиль проектується і російський (Надзвуковий Діловий Літак/Надзвуковий Пасажирський Літак). Деякі з проектів швидких пасажирських літаків планується завершити в першій половині 2020-х років, проте авіаційні правила на той час переглянуті все ж таки ще не будуть. Це означає, що нові літаки спочатку виконуватимуть надзвукові польоти тільки над водою. Справа в тому, що для зняття обмеження на надзвукові польоти над населеною частиною суші розробникам доведеться провести безліч випробувань і представити їх результати на розгляд авіаційної влади, включаючи Федеральне управління цивільної авіації США та Європейське агентство з безпеки польотів.
S-512 / Spike Aerospace
Нові двигуни
Ще однією серйозною перешкодою на шляху створення серійного надзвукового пасажирського літака є двигуни. Конструктори вже сьогодні знайшли безліч способів зробити турбореактивні двигуни економічнішими, ніж вони були десять-двадцять років тому. Це і використання редукторів, що прибирають жорстке зчеплення вентилятора і турбіни в двигуні, і застосування керамічних композиційних матеріалів, що дозволяють оптимізувати температурний баланс у гарячій зоні силової установки, і навіть введення додаткового - третього - повітряного контуру на додаток до вже існуючих двох, внутрішнього і внутрішнього. У галузі створення економічних дозвукових двигунів конструктори вже досягли приголомшливих результатів, а нові розробки обіцяють і зовсім істотну економію. Докладніше про перспективні дослідження ви можете почитати в нашому матеріалі.
Але, незважаючи на всі ці розробки, надзвуковий політ економічним назвати поки що складно. Наприклад, перспективний надзвуковий пасажирський літак стартапу Boom Technologies отримає три турбовентиляторні двигуни сімейства JT8D компанії Pratt & Whitney або J79 компанії GE Aviation. У крейсерському польоті питома витрата палива цими двигунами становить близько 740 грамів на кілограм-сили на годину. При цьому двигун J79 може бути оснащений форсажною камерою, при використанні якої витрати палива збільшуються до двох кілограмів на кілограм-сили на годину. Така витрата зіставна з витратою палива двигунами, наприклад, винищувача Су-27, завдання якого істотно відрізняються від перевезення пасажирів.
Для порівняння, питома витрата палива єдиних у світі серійних турбовінтовентиляторних двигунів Д-27, встановлених на українському транспортнику Ан-70, становить лише 140 грамів на кілограм-сили на годину. Американський двигун CFM56, "класика" лайнерів Boeing і Airbus, має питому витрату палива в 545 грамів на кілограм-сили на годину. Це означає, що без серйозної переробки конструкції реактивних авіаційних двигунів надзвукові польоти не стануть достатньо дешевими, щоб набути широкого поширення, і будуть потрібні хіба що в діловій авіації - велика витрата палива веде до зростання цін на квитки. Знизити високу вартість надзвукових авіаперевезень обсягами теж не вдасться - літаки, що проектуються сьогодні, розраховані на перевезення від 8 до 45 пасажирів. Звичайні літаки вміщують більше сотні людей.
Тим не менш, на початку жовтня цього року GE Aviation проект нового турбовентиляторного реактивного двигуна Affinity. Ці силові установки планують монтувати на перспективний надзвуковий пасажирський літак AS2 компанії Aerion. Нова силова установка конструктивно поєднує в собі особливості реактивних двигунів з малим ступенем двоконтурності для бойових літаків та силових установок із великим ступенем двоконтурності для пасажирських літаків. При цьому жодних нових та проривних технологій у Affinity немає. Новий двигун GE Aviation відносить до силових установок із середнім ступенем двоконтурності.
Основу двигуна становить модифікований газогенератор турбовентиляторного двигуна CFM56, який, у свою чергу, конструктивно заснований на газогенераторі від F101, силової установки для надзвукових бомбардувальників B-1B Lancer. Силова установка отримає модернізовану електронно-цифрову систему керування двигуном із повною відповідальністю. Якісь подробиці про конструкцію перспективного двигуна розробники не розкрили. Тим не менш, у GE Aviation очікують, що питома витрата палива двигунами Affinity буде не набагато вищою або навіть порівняти з витратою палива сучасними двигунами турбовентиляторів звичайних дозвукових пасажирських літаків. Як цього вдасться домогтися для надзвукового польоту, незрозуміло.
Boom / Boom Technologies
Проекти
Незважаючи на безліч проектів надзвукових пасажирських літаків у світі (включаючи навіть нереалізований проект переробки стратегічного бомбардувальника Ту-160 в пасажирський надзвуковий лайнер, запропонований президентом Росії Володимиром Путіним), найближчими до льотних випробувань і дрібносерійного виробництва можна вважати AS2 американського стартапа іспанського Spike Aerospace та Boom американського Boom Technologies. Планується, що перший виконуватиме польоти на швидкості 1,5 числа Маха, другий – 1,6 числа Маха, а третій – 2,2 числа Маха. Літак X-59, створюваний Lockheed Martin на замовлення NASA, буде демонстратором технологій і лабораторією, що літає, запускати його в серію не планується.
У Boom Technologies вже заявили, що намагатимуться зробити перельоти на надзвукових літаках дуже дешевими. Наприклад, вартість перельоту за маршрутом Нью-Йорк - Лондон у Boom Technologies оцінили у п'ять тисяч доларів. Стільки сьогодні коштує переліт цим маршрутом у бізнес-класі звичайного дозвукового лайнера. Лайнер Boom над населеною сушею літатиме на дозвуковій швидкості і переходитиме на надзвук над океаном. Літак при довжині 52 метри та розмаху крила 18 метрів зможе перевозити до 45 пасажирів. До кінця 2018 року Boom Technologies планує обрати один із кількох проектів нового літака для реалізації в металі. Перший політ лайнера заплановано на 2025 рік. Ці терміни компанія перенесла; спочатку Boom планувалося підняти у повітря 2023 року.
За попередніми розрахунками, довжина літака AS2, розрахованого на 8-12 пасажирів, дорівнюватиме 51,8 метра, а розмах крила - 18,6 метра. Максимальна злітна маса надзвукового літака становитиме 54,8 тонн. AS2 виконуватиме польоти над водою на крейсерській швидкості в 1,4-1,6 числа Маха, сповільнюючись до 1,2 над сушею. Дещо менша швидкість польоту над сушею разом з особливою аеродинамічною формою планера дозволить, як розраховують розробники, майже повністю уникати формування ударних хвиль. Дальність польоту літака на швидкості 1,4 числа Маха складе 7,8 тисячі кілометрів і 10 тисяч кілометрів - на швидкості 0,95 числа Маха. Перший політ літака планується на літо 2023, а на жовтень того ж року - перший трансатлантичний переліт. Його розробники приурочать до 20-річчя від дня останнього польоту Конкорду.
Нарешті, Spike Aerospace планує розпочати льотні випробування повноцінного прототипу S-512 не пізніше 2021 року. Постачання перших серійних літаків замовникам заплановано на 2023 рік. Згідно проекту, S-512 зможе перевозити до 22 пасажирів на швидкості до 1,6 числа Маха. Дальність польоту цього літака становитиме 11,5 тисяч кілометрів. З жовтня минулого року Spike Aerospace кілька зменшених моделей надзвукового літака. Їх метою є перевірка конструкторських рішень та ефективності елементів керування польотом. Всі три перспективні пасажирські літаки створюються з упором на особливу аеродинамічну форму, яка дозволить зменшити інтенсивність ударних хвиль, що утворюються при надзвуковому польоті.
У 2017 році обсяг авіаційних пасажирських перевезень у всьому світі становив чотири мільярди людей, з яких 650 мільйонів здійснили тривалі перельоти завдовжки від 3,7 до 13 тисяч кілометрів. 72 мільйони «дальнобійних» пасажирів літали першим та бізнес-класом. Саме на ці 72 мільйони людей розробники надзвукових пасажирських літаків і націлюються насамперед, вважаючи, що вони із задоволенням заплатять трохи більше грошей за можливість провести в повітрі приблизно вдвічі менше часу, ніж зазвичай. Проте надзвукова пасажирська авіація, найімовірніше, почне активно розвиватися після 2025 року. Справа в тому, що дослідні польоти лабораторії X-59 почнуться лише у 2021 році та триватимуть кілька років.
Результати досліджень, отримані під час польотів X-59, у тому числі над населеними пунктами- добровольцями (їх жителі погодилися, щоб над ними у будні дні літали надзвукові літаки; після польотів спостерігачі розповідатимуть дослідникам про своє сприйняття шуму), планується передати на розгляд Федерального управління цивільної авіації США. Як очікується, на їх основі воно може переглянути заборону надзвукових польотів над населеною частиною суші, але трапиться це не раніше 2025 року.
Василь Сичов
Один із прикладів існуючих проектів надзвукових літаків.
Сьогодні почну з невеликої передмови 🙂.
На цьому сайті я вже маю політ літальних апаратів. Тобто давно вже настав час написати щось і про надзвуку, тим більше, що я обіцяв це зробити:-). Днями взявся за роботу з чималою запопадливістю, але зрозумів, що тема настільки ж цікава, як і об'ємна.
Мої статті останнім часом стислою не блищать, не знаю вже гідність це чи недолік:-). А випуск на тему « надзвук» погрожував стати ще більше і вже невідомо скільки часу мені довелося б його «творити»:-).
Тож я вирішив спробувати зробити кілька статей. Таку собі маленьку серію (штуки три-чотири), в якій кожна складова буде присвячена одному-двом поняттям на тему надзвукових швидкостей. І мені буде простіше, і читачам голову менше забиватиму:-), і яндекс з гуглом будуть більш прихильні (що важливо, самі розумієте:-)). Ну а що з цього вдасться судити, звичайно, Вам..
********************
Отже, поговоримо сьогодні про надзвук і надзвукові літаки. Саме поняття « надзвук» у нашій мові (тим більшою мірою) миготить набагато частіше, ніж термін «дозвук».
З одного боку це, втім, зрозуміло. Дозвукові літальні апаратидавно стали у нашому житті чимось звичайним. А надзвукові літаки, Хоч і літають у повітряному просторі ось уже 65 років, але досі видаються чимось особливим, цікавим і заслуговує на підвищену увагу.
З іншого боку, це цілком справедливо. Адже польоти на надзвуку- Це, можна сказати, окрема, закрита якимось бар'єром область руху. Проте, у людей недосвідчених цілком може виникнути питання: «А чого, власне, такого видатного в цьому надзвуку? Яка різниця летить літак із швидкістю 400 км/год або 1400 км/год? Дайте йому двигун потужніший і все буде гаразд!» Приблизно в такому смисловому становищі була авіація на зорі свого розвитку.
Швидкість завжди була межею мрій і спочатку ці устремління досить успішно втілювалися в життя. Вже в 1945 році льотчик-випробувач фірми Мессершміт Л.Гофман у горизонтальному польоті на одному з перших у світі літаків з реактивними двигунами, МЕ-262, досяг у горизонтальному польоті на висоті 7200 м швидкості 980 км/год.
Проте, насправді, все далеко не так просто. Адже політ на надзвукувідрізняється від дозвукового як величиною швидкості і стільки нею. Відмінність тут якісна.
Вже зі швидкостей близько 400 км/год починає поступово проявлятися така якість повітря, як стисливість. І нічого тут у принципі несподіваного немає. – це газ. А всі гази, як відомо, на відміну від рідин, стисливі. При стисненні змінюються параметри газу, такі, як щільність, тиск, температура. Через це в стислому газі вже інакше можуть протікати різні фізичні процеси, ніж у розрідженому.
Чим швидше летить літак, тим більше він разом зі своїми аеродинамічними поверхнями стає схожим на такий собі поршень, який у певному сенсі стискає повітря перед собою. Перебільшено, звичайно, але в цілому саме так:-).
Зі зростанням швидкості аеродинамічна картина обтікання літального апарату змінюється і що швидше, то більше:-). А на надзвукувона вже якісно інша. При цьому на перший план виходять нові поняття аеродинаміки, які для малошвидкісних літаків найчастіше просто не мають жодного сенсу.
Для характеристики швидкості польоту тепер стає зручним і необхідним використання такого параметра, як число М (число Маха, відношення швидкості літака щодо повітря в даній точці до швидкості звуку повітряного потоку в цій точці). З'являється і стає відчутним (дуже відчутним!) ще один вид аеродинамічного опору - хвильовий опір(Разом з таким чином збільшеним простим лобовим опором).
Стають знаковими такі явища, як хвильова криза (з критичним числом М), надзвуковий бар'єр, стрибки ущільненняі ударні хвилі.
Крім того, погіршуються керованість і характеристики стійкості літака через зміщення назад точки застосування аеродинамічних сил.
При підході до області навколозвукових швидкостей літак може відчувати сильну тряску (це було найбільш характерно для перших літаків, що штурмували тоді ще таємничий рубіж швидкості звуку), схожу за своїми проявами ще одним дуже неприємним явищем, з яким довелося зіткнутися авіаторам у своєму професійному розвитку. Це явище називається флаттером (тема для чергової статті:-)).
З'являється такий неприємний момент, як розігрів повітря внаслідок його різкого гальмування перед літаком (так званий кінетичний нагрів), а також нагрівання в результаті в'язкого тертя повітря. При цьому температури досить високі, близько 300 ºС. До таких температур розігрівається обшивка літака під час тривалого надзвукового польоту.
Про всі згадані вище поняття та явища, а також причини їх виникнення ми обов'язково поговоримо в інших статтях більш детально. Але зараз, я думаю, цілком зрозуміло, що надзвук– це вже щось зовсім інше, ніж політ на дозвуковій (тим меншій) швидкості.
Для того, щоб ужитися з усіма ефектами і явищами, що знову виникають, на великих швидкостях і повністю відповідати своєму призначенню, літальний апарат теж повинен якісно змінитися. Тепер це має бути надзвуковий літак, тобто літак, здатний виконувати політ зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку цьому ділянці повітряного простору.
І для нього недостатньо тільки збільшення потужності двигуна (хоча це теж дуже важлива і обов'язкова деталь). Такі літаки зазвичай змінюються та зовні. У їхньому вигляді з'являються гострі кути і кромки, прямі лінії, на відміну «плавних» обрисів дозвукових літаків.
Надзвукові літакимають стрілоподібне або трикутне у плані крило. Типовий і один із найвідоміших літаків із трикутним крилом – чудовий винищувач МІГ-21 (максимальна швидкість на висоті 2230 км/год, біля землі 1300 км/год).
Надзвуковий літак із трикутним у плані крилом МІГ-21.
Один із варіантів стрілоподібного – це крило оживальної форми, що має підвищений коефіцієнт підйомної сили. Має спеціальний наплив біля фюзеляжу, призначений для утворення штучних спіральних вихорів.
МІГ-21І з крилом оживальної форми.
МІГ-21І – оживальне крило.
Оживальне крило ТУ-144.
Цікаво, що крило такого типу, потім встановлене на ТУ-144, випробовувалося на лабораторії, що літає, на базі все того ж МІГ-21 (МІГ-21І).
Другий варіант - надкритичне крило. Воно має ущільнений профіль з певним чином вигнутою задньою частиною, що дозволяє відсунути виникнення хвильової кризи на великі швидкості і може бути вигідним щодо економічності для швидкісних дозвукових літаків. Таке крило застосоване, зокрема, на літаку SuperJet 100.
SuperJet 100. Приклад надкритичного крила. Добре видно вигин профілю (задня частина)
Фотографії клікабельні.
Після того як людина почала освоювати небесні простори, вона завжди прагнула максимально удосконалити літальні апарати, зробити їх надійнішими, швидше, місткими. Одним з найбільш передових винаходів людства у цьому напрямку є надзвукові пасажирські літаки. Але, на жаль, за рідкісним винятком, більшість розробок було закрито чи нині перебувають у стадії проекту. Одним із таких проектів є надзвуковий пасажирський літак Ту-244, про який ми поговоримо нижче.
Швидше за звук
Але перш ніж почати розмову безпосередньо про Ту-244, давайте зробимо короткий екскурсв історію подолання людством рубежу швидкості звуку, адже цей літак буде безпосереднім продовженням наукових розробок у цьому напрямку.
Значний поштовх у розвитку авіації було дано Другою світовою війною. Саме тоді з'явилися реальні проекти літаків із здатними розвивати швидкість більше гвинтових. З другої половини 40-х років минулого століття вони активно стали прийматися як у військовій, так і цивільній авіації.
Наступним завданням стояло максимально збільшити Якщо вийти на надзвуковий бар'єр не складало особливих труднощів, просто збільшивши потужність двигунів, то подолання його було значною проблемою, оскільки закони аеродинаміки на таких швидкостях змінюються.
Проте першу перемогу в гонці зі звуком було досягнуто вже в 1947 році на американському експериментальному літаку, але масово використовуватися надзвукові технології почалися тільки з кінця 50-х - початку 60-х років XX століття у військовій авіації. З'явилися такі серійні моделі, як МіГ-19, North American A-5 Vigilante, Convair F-102 Delta Dagger та багато інших.
Пасажирська надзвукова авіація
А от цивільної авіації так не пощастило. Перші надзвукові пасажирські літаки з'явилися лише наприкінці 60-х років. Причому наразі було створено лише дві серійні моделі – радянський Ту-144 та франко-британський «Конкорд». Це були типові далекомагістральні літаки. Ту-144 був в експлуатації з 1975 до 1978 року, а «Конкорд» - з 1976 по 2003 рік. Таким чином, зараз при пасажирських авіаперевезеннях не використовується жоден надзвуковий літак.
Було безліч проектів з будівництва над-і гіперзвукових авіалайнерів, але одні з них були закриті (Douglas 2229, Super-Caravelle, Т-4 та ін), а реалізація інших розтягнулася на невизначено довгий час (Reaction Engines A2, SpaceLiner, Next Generation Supersonic Transport). До останніх належить і проект літака Ту-244.
Початок розробок
Проект створення літака, який повинен був прийти на зміну Ту-144, запущений ОКБ Туполєва ще за радянських часів, на початку 70-х років минулого століття. При проектуванні нового авіалайнера конструктори використовували розробки його попередника, «Конкорду», а також матеріали американських колег, які брали участь у роботах. Усі розробки проводилися під керівництвом Олексія Андрійовича Туполєва.
1973 року проектований літак отримав назву Ту-244.
Завдання проекту
Головним завданням даного проекту було створити дійсно конкурентний надзвуковий літак для пасажирських перевезень порівняно з реактивними дозвуковими авіалайнерами. Чи не єдиною перевагою перших над другим був виграш у швидкості. У всьому іншому надзвукові авіалайнери програвали своїм повільнішим конкурентам. Пасажирські перевезення ними просто економічно не окупалися. До того ж польоти на них були небезпечнішими, ніж на простих літаках з реактивним двигуном. Останній фактор, до речі, став офіційною причиною, через яку було припинено експлуатацію першого надзвукового літака Ту-144 лише через кілька місяців після її початку.
Таким чином, саме розв'язання цих проблем було поставлено перед розробниками Ту-244. Літак повинен бути надійним, швидким, але, одночасно, його експлуатація з метою перевезення пасажирів мала бути економічно вигідною.
Технічні характеристики
Остаточна модель літака Ту-244, прийнята в розробку, повинна була мати перераховані нижче технічні та експлуатаційні характеристики.
Екіпаж авіалайнера включав трьох людей. Місткість салону бралася з розрахунку 300 пасажирів. Щоправда, в остаточній версії проекту її довелося скоротити до 254 осіб, але в будь-якому випадку це було набагато більше, ніж у Ту-154, що вміщав лише 150 пасажирів.
Запланована крейсерська швидкість становила 2,175 тис. км/год, що вдвічі перевищувало. Для порівняння, аналогічний показник на Ту-144 дорівнював 2,300 тис. км/год, а «Конкорду» - 2,125 тис. км/год. Тобто літак планувалося зробити трохи повільнішим за свого попередника, але за рахунок цього значно підвищити його місткість, що мало забезпечити економічну вигоду від перевезень пасажирів. Рух забезпечували чотири Дальність польоту нового літака мала становити 7500-9200 км. Вантажопідйомність – 300 тонн.
Авіалайнер повинен був мати завдовжки 88 м, у висоту 15 м, при цьому розмах його крила становив 45 м, а площа робочої поверхні – 965 м2.
Головним зовнішньою відзнакоювід Ту-144 мала стати зміна конструкції носа.
Продовження розробок
Проект будівництва надзвукового авіалайнера другого покоління Ту-244 набув досить затяжного характеру і кілька разів зазнавав істотних змін. Проте навіть після розпаду СРСР ОКБ Туполєва не припиняло розробок у цьому напрямку. Наприклад, вже у 1993 році на авіасалоні у Франції було надано докладну інформацію про розробку. Втім, економічний станкраїни у 90-х роках не змогло не позначитися на долі проекту. Фактично його доля зависла у повітрі, хоча проектні роботипродовжувалися, та й офіційного повідомлення про його закриття не було. Саме в цей час до проекту активно стали підключатися американські фахівці, хоча контакти з ними проводилися ще за часів СРСР.
Для продовження досліджень зі створення пасажирських надзвукових авіалайнерів другого покоління, у 1993 році два літаки Ту-144 були переобладнані під лабораторії, що літають.
Закриття чи заморозка?
На тлі розробок і заяв, що продовжуються, що до 2025 року літаки ТУ-244 надійдуть в експлуатацію цивільної авіації в кількості 100 одиниць, дуже несподіваною стала відсутність даного проекту в державній програмі з розвитку авіації на 2013-2025 рр., яка була прийнята в 2012 році. . Потрібно сказати, що в цій програмі були відсутні й інші помітні розробки, які до того часу вважалися перспективними в авіабудуванні, наприклад, надзвуковий літак ділової авіації Ту-444.
Цей факт міг говорити, що проект Ту-244 або остаточно закритий, або заморожений на невизначений час. В останньому випадку випуск цих надзвукових літаків можливий буде лише набагато пізніше 2025 року. Втім, жодних офіційних роз'яснень із цього приводу так і не було, що залишає досить широке поле для різних інтерпретацій.
Перспективи
Враховуючи все вищевикладене, можна заявити, що проект Ту-244 нині як мінімум завис у повітрі, а можливо взагалі закритий. Офіційного оголошення про долю проекту поки що не було. Також не озвучуються причини, через які його було припинено або назавжди закрито. Хоча можна припустити, що вони можуть полягати у нестачі державних коштів для фінансування подібних розробок, економічної невигідності проекту, або тим фактором, що за 30 років він міг просто морально застаріти, і тепер на порядку денному стоять перспективніші завдання. Втім, цілком можливий вплив усіх трьох факторів одночасно.
У 2014 році в засобах масової інформації було висловлено припущення про відновлення проекту, але поки що вони не отримали офіційного підтвердження, як, втім, і спростування.
Потрібно відзначити, що і закордонні розробки надзвукових пасажирських літаків другого покоління ще не вийшли на фінішну пряму, а реалізація багатьох під великим питанням.
У той же час, поки немає офіційної заяви уповноважених осіб, не варто повністю ставити хрест на проекті літака Ту-244.
На полі надзвуковий авіаціїнікого не лишилося. Незрозуміло, чи не потрібні такі літаки (нерентабельні), чи наша цивілізація ще не досягла такої технічної досконалості та надійності в цьому напрямку.
Поступово починають з'являтись невеликі приватні проекти.
Американська компанія «Aerion Corporation» з невеликого містечка Рено, штат Невада, почала приймати замовлення створення приватного надзвукового літака «AS2 Aerion», який створюється за підтримки компанії Airbus
Не зрозуміло ще що з цього вийде, але подробиці ...
Виробник заявляє, що його запатентована технологія ламінарного потоку знижує аеродинамічний опір над крилами до 80%, що дозволяє силовій установці на три двигуни долати відстані досить швидко. Наприклад, з Парижа до Вашингтона літак долетить всього за три години, а з Сінгапуру в Сан-Франциско, буквально за шість годин. Надзвукові польоти над територією США заборонені, але це стосується польотів над океаном. Корпус літака головний в основному з вуглепластику і по шву "пошитий" титановим сплавом. Без дозаправки літак може пролетіти до 5400 миль. Випуск першого літака планується на 2021 рік.
Які проекти надзвукових літаків не знайшли втілення в реальності? Ну от наприклад із найсерйозніших:
Sukhoi Supersonic Business Jet (SSBJ, С-21) - проект надзвукового пасажирського літакабізнес-класу, що розробляється ОКБ Сухого. У пошуках фінансування ВАТ Сухий співпрацювала з цим проектом з компаніями Gulfstream Aerospace, Dassault Aviation, а також поруч китайських компаній.
Розробка С-21 та її більшої модифікації С-51 розпочато 1981 року з ініціативи головного конструктора ОКБ Сухого тоді Михайла Петровича Симонова. Проект очолив заступник головного конструктора Михайло Асланович Погосян.
Аналіз комерційної експлуатації літаків Ту-144 і Конкорд показав, що зі зростанням цін на авіапаливо надзвукові літаки не можуть конкурувати з економічнішими дозвуковими лайнерами в сегменті масових перевезень. Кількість пасажирів, готових суттєво переплачувати за швидкість руху, невелика і визначається переважно представниками великого бізнесу та вищими чиновниками. При цьому пріоритетними маршрутами руху є авіалінії, що поєднують світові столиці. Це визначило концепцію літака, як призначеного для перевезення 8-10 пасажирів на дальність 7-10 тисяч кілометрів (для забезпечення безпосадкового перельоту між містами на одному континенті та з однією дозаправкою при польоті з будь-якої до будь-якої столиці світу). Важливим також стало зменшення довжини пробігу, щоб літак міг приймати всі міжнародні аеропортисвіту.
У ході роботи над літаком опрацьовувалися різні варіанти компонування – з 2, 3 або 4 двигунами. Розвал Радянського Союзу спричинив припинення фінансування програми з боку держави. ОКБ Сухого розпочало пошук незалежних інвесторів на проект. Зокрема, на початку 1990-х роботи велися у співпраці з американською компанією Gulfstream Aerospace - при цьому пророблявся варіант з двома англійськими двигунами, що отримав позначення S-21G. Однак у 1992 році американська сторона вийшла з проекту, побоюючись непідйомних витрат. Проект було припинено.
У 1993 році інвестори на проект були знайдені в Росії та проект був відновлений. Отримані від інвесторів 25 мільйонів доларів США дозволили досягти стадії завершення проектування. Провели наземні випробування двигунів, а також випробування моделей літака в аеродинамічних трубах.
В 1999 проект літака був представлений на авіасалоні Ле-Бурже, тоді ж Михайло Петрович Симонов заявив, що для завершення всіх робіт по літаку і початку випуску серійних лайнерів знадобиться ще близько 1 мільярда доларів. За своєчасного та повного фінансування літак міг уперше піднятися у повітря 2002 року, а вартість одиниці становила б близько 50 мільйонів доларів. Розглядалася можливість продовження спільної роботи над проектом із французькою компанією Dassault Aviation, проте контракт не відбувся.
У 2000 році ОКБ Сухого намагалося знайти інвесторів на цей проект у Китаї.
В даний час інвестиції для завершення розробки та створення літаків не знайдено. У прийнятій наприкінці 2012 року державній програмі «Розвиток авіаційної промисловостіна 2013 - 2025 роки» згадки про літак відсутні
ZEHST(скорочення від Zero Emission HyperSonic Transport- англ. Високошвидкісний транспорт із нульовим рівнем викидів) - проект надзвукового-гіперзвукового пасажирського авіалайнера, що реалізується під керівництвом європейського авіакосмічного агентства EADS.
Вперше проект був представлений 18 червня 2011 на авіасалоні в Ле Бурже. За проектом передбачається, що літак вміщуватиме 50-100 пасажирів та розвиватиме швидкість до 5029 км/год. Висота польоту має становити до 32 км.
Реактивна система літака складатиметься з двох турбореактивних двигунів, що застосовуються на ділянці зльоту та розгону до 0,8М, потім ракетні розгінні блоки розженуть літак до 2,5М, після чого два розташовані під крилами прямоточні двигуни доведуть швидкість до 4М.
Ту-444- Проект російського надзвукового пасажирського літака ділової авіації розробки ВАТ «Туполєв». Прийшов на зміну проекту Ту-344 та конкурент проекту ОКБ Сухого SSBJ. У прийнятій наприкінці 2012 року державній програмі «Розвиток авіаційної промисловості на 2013-2025 роки» згадки про проект відсутні
Проектування Ту-444 почалося на початку 2000-х років, у 2004 році почалося ескізне опрацювання проекту. Розробці передували прорахунок найвигідніших технічних характеристикдля літака такого класу Так, було встановлено, що дальності 7500 кілометрів вистачає для покриття основних ділових центрів світу, а оптимальною є довжина розбігу 1800 метрів. Потенційний ринок оцінювався у 400-700 літаків, перший політ за планом мав відбутися у 2015 році.
Тим не менш, незважаючи на застосування в проекті старих розробок низки ОКБ, у тому числі безпосередньо Туполєва (наприклад, Ту-144, передбачалося використовувати двигуни АЛ-Ф-31), з'ясувалась потреба у ряді технічних інновацій, які виявилися неможливими без істотних фінансових інвестицій , які залучити не вдалося. Незважаючи на опрацювання до 2008 року ескізного проекту, проект «затих».
Ну і ще трохи авіаційної тематики для вас: давайте згадаємо, а ось такий. А ви знаєте, що існує і ось так літали. Ось ще й незвичайний Оригінал статті знаходиться на сайті ІнфоГлаз.рфПосилання на статтю, з якою зроблена ця копія -
