Опубликовано: 05.07.2005, 16:22
 

Сверхзвуковой бизнес-джет: взгляд из России


[image]

Во все времена единственно невосполнимым ресурсом человечества и каждого отдельного его представителя являлось время. Особенно остро это стало ощущаться в конце прошедшего столетия, в эпоху мировой интеграции. Когда деловые поездки становились все более частыми, дальними и продолжительными, именно тогда возникла острая необходимость кардинального сокращения времени на транспортные операции. Частично эта задача была решена бизнес - авиацией, самолеты которой приобрели свойства самых современных магистральных пассажирских судов по скорости и дальности полета. Вместе с тем, возможность осуществления полета вне расписания и способность эксплуатироваться на аэродромах с длиной ВПП не более 2000 м сделал этот вид транспорта практически безальтернативным для делового мира.

Однако, учитывая и тот факт, что значительное число полетных трасс имеют межконтинентальные дальности, вопрос о кардинальном сокращении времени на поездку так и остается открытым.

Понимая это, нам необходимо принять внедрение сверхзвуковой пассажирской авиации в нашу жизнь как должное. Другой вопрос: на какой технологической базе и в какой форме?

В определенной степени ответы на эти вопросы дают исследования, проводимые в различных странах, в том числе и совместные, по программе создания сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения, или СПС-2.

У нас, в России, над этой проблемой давно и плодотворно работает ОКБ Туполева совместно с головными отраслевыми институтами, и в первую очередь с ЦАГИ, опираясь на богатый опыт создания Ту-144, Ту-144ЛЛ и дальних боевых сверхзвуковых Ту-22М3 и Ту-160. Значительным является и тот факт, что ОКБ Туполева вот уже более полувека работает в тесной кооперации с казанским авиационно-производственным объединением - КАПО им. Горбунова. На сегодняшний день это по существу - единственный в России и в Европе авиационный завод, способный производить высокоресурсные теплонагруженные конструкции, приспособленные для работы в экстремальных условиях и отличающиеся высочайшей весовой культурой. Во многом благодаря этому стало возможным воплощение проекта уникального по своим характеристикам стратегического боевого комплекса Ту-160.

Но, несмотря на достигнутые успехи в боевой и пассажирской авиации, на значительный задел в области СПС-2, очевидно, что современные "драконовские" требования к гражданским самолетам в области экологии не позволят создать в ближайшем будущем сверхзвуковой аэробус экономически приемлемым.

В связи с этим наиболее перспективным и реальным направлением внедрения созданного научно - производственного задела по СПС-2 видится создание малоразмерного сверхзвукового бизнес - самолета (СБС). В ОКБ Туполева этот проект получил обозначение Ту-444. Прежде всего, подобный самолет и его создание будут значительно дешевле по сравнению со сверхзвуковыми аэробусами. Да и решение технических проблем, связанных с жесткими экологическими требованиями, становится более реальным.

По оценкам известных аналитиков потенциальный рынок самолетов такого типа может составить от 400 до 700 единиц при условии, что себестоимость эксплуатации СБС превысит данный показатель у дозвуковых аналогов не более чем на 20 процентов. Главнейшим из потребительских свойств СБС является возможность осуществления поездки на межконтинентальную дальность с возвратом за один день с максимальным использованием рабочего времени.

При определении облика Ту-444 учитывались следующие факторы.

  1. Анализ возможных полетных трасс с наибольшим пассажиропотоком, связывающих 75 важнейших центров планеты, проведенный в рамках исследований по Ту-244, показал следующее:
    • расчетную дальность полета целесообразно назначить в 7000-7500 км;
    • в создании сверхдальнего СБС на 11000-12000 км нет необходимости в силу редкости поездок на такую дальность и значительное удорожание самолета;
    • для доставки пассажиров на сверхдальних маршрутах целесообразно осуществлять полеты с одной промежуточной посадкой.
  2. Эксплуатация самолетов Ту-144 и Ту-160 показала целесообразность ограничения крейсерской сверхзвуковой скорости числом М=2,0 для обеспечения ресурса конструкции и ограничения высоты крейсерского полета.
  3. Работа ОКБ Туполева по сверхзвуковому пассажирскому аэробусу Ту-244 определила область оптимальных величин нагрузки на крыло ≤320 кг/м2.
  4. Эксплуатация таких известных бизнес - самолетов, как Cessna III, X, Learjet 60, Bae 125, Falcon 900, Chellenger, Gulfstrim II, III, IV, V, Global Express показывает, что среднее количество пассажиров за один полет не зависит от максимальной пассажировместимости и составляет 3 - 6 человек.
  5. Анализ мировой аэродромной сети показывает необходимость использование ВПП длиной не более 1800 м.
В результате проведенных научно - исследовательских и опытно - конструкторских работ, использования полученного опыта, при создании самолетов Ту-144, Ту-144ЛЛ, Ту-22М3, Ту-160, и при выполнении комплекса работ по теме Ту-244, сформировался облик перспективного серийного СБС Ту-444 со следующими характеристиками:

Экипаж (пилоты + стюардессы), человек2 + 1
Количество пассажиров, человек (максимальное)6 (10)
Размеры самолёта:
- длина, м
- высота, м
- размах крыла, м
- площадь крыла, кв м

36
6,51
16,2
136
Количество двигателей2
Стартовая тяга двигателя на уровне моря, кг9700
Вес взлётный максимальный, кг41000
Вес пустого самолёта, кг19300
Вес топлива максимальный, кг20500 (50%)
Коммерческая нагрузка, кг (максимальная)600 (1000)
Крейсерская скорость:
- сверхзвуковая (М=2), км/ч
- дозвуковая (М=0,95), км/ч

2125
1050
Практическая дальность полета с резервом топлива (NBAA IFR), км7500
Потребная длина ВПП, м1830

Однако необходимо отметить, что несмотря на огромную научно - техническую и производственную базу в области дальних сверхзвуковых машин, создание высокоэффективного СБС невозможно без решения ряда сложных технических проблем, многие из которых характерны именно для данного типа самолетов.

Основная трудность проекта Ту-444 состоит в одновременном выполнении заданных летных свойств по дальности полета (7000 - 7500 км), по длине используемых ВПП (не более 1800 м) и уровню шума на местности (3 (4) Глава приложения 16 ИКАО ) - последнее главным образом из-за нормы уровня нормы шума сбоку от ВПП. Особенно отрицательно влияют на достижение заданных характеристик по дальности полета малые размеры самолета (в ~ 2 раза меньшие СПС-2 по геометрическим размерам и в ~ 6 раз по весу) в сочетании с увеличением относительной площади миделя фюзеляжа. Это затрудняет обеспечение потребного максимального аэродинамического качества Кмах-8 на сверхзвуке и потребной отдачи по топливу Gт- 0,51…0,515.

Снижение массы конструкции планера самолета с целью увеличения весовой отдачи по топливу требует внедрения перспективных конструкционных материалов, в том числе композитов, проведения тщательной оптимизации силовой схемы для получения: заданного ресурса (живучести), достижения максимально возможной критической скорости флаттера, минимизации потерь эффективности органов управления от упругих деформаций. Необходима также оптимизация траектории набора высоты по сравнению с Ту-144.

Снижение веса касается и оборудования, поэтому надежность самолета Ту-444 должна решаться не за счет дублирования, а главным образом за счет надежности его элементов. Например, на Ту-144 мы четырежды дублировали гидросистему, а на Конкорде она дублировалась 2,5 раза.

Выполнение норм 3(4) главы приложения 16 ИКАО по шуму на местности при короткой ВПП (1800 м) означает снижение уровня шума относительно Ту-144 не менее, чем на 14…18 EPNdb в каждой из контрольных точек. Это потребует разработки и доводки качественно новой системы шумоглушения, механизации крыла, поиска и отработки порядка дросселирования двигателей и методик пилотирования на взлете и посадке.

Использование коротких ВПП в сочетании с двухдвигательной силовой установкой требует снижения взлетно-посадочных скоростей СБС на ~100 км/час по сравнению с Ту-144, Ту-244. Иными словами взлет и посадка Ту-444 будут осуществляться по "истребительному" (с использованием больших углов атаки, с применением мощной механизации крыла и эффективных органов управления и балансировки).

Из проведенных работ стало ясно, что как никогда необходимо начать работы с постройки самолета - демонстратора. Данный самолет послужит для проверки во время летных испытаний принятых новых технических решений, выявления еще неизвестных особенностей СБС, для измерений давлений, напряжений и температур конструкции в каждом полете с целью исключения создания сложного и дорогостоящего теплового ресурсного стенда. Демонстратор необходим для проведения экспериментальных полетов с целью выработки оптимальных программ взлета и посадки, оптимизации скоростей и высот полета в зависимости от рельефа местности и погодных условий с целью минимизации уровня звукового удара.

Основные особенности самолета - демонстратора

Для снижения затрат на постройку самолета - демонстратора допустимы некоторые отступления от серийного образца по части упрощения конструкции планера, типу и маркам используемых конструкционных материалов, составу оборудования.

Например, обзор из кабины экипажа при взлете и посадке, в отличие от серийного самолета, будет осуществляться при помощи отклоняемого вниз носового обтекателя с использованием механизмов самолета Ту-144, конструкция фонаря кабины аналогична конструкции все того же Ту-144 и др.

Однако, не смотря на отступления по части упрощения конструкции, необходимо учесть все требования безопасности, удовлетворяющие правила АП - 25 (FAR, JAR) с учетом требований ETOPS - 180, HIRE, HPMD, и др.

Предполагается использовать широкую унификацию по оборудованию, системам и агрегатам с самолётами, находящимися в серийном производстве и в эксплуатации.

В целях обеспечения (без полного объёма наземных испытаний) продвижения по режимам полёта, получения нужного объёма экспериментальных данных для уверенной разработки серийного СБС и сертификации для полётов со служебными пассажирами, демонстратор должен быть оснащен достаточным объёмом измерительной и контрольно - записывающей аппаратуры, используемой в каждом полёте.

При указанных выше условиях на демонстраторе нельзя получить лётных данных серийного СБС. Но его создание, наземные и лётные испытания дадут уверенные научно-технические и экспериментальные данные, доказывающие возможность гарантированного получения требуемых лётно-технических и экономических характеристик СБС, а также создаст производственную основу для серийных самолетов.

Особенности конструкции

Самолёт Ту-444 предполагается выполнить по аэродинамической схеме "бесхвостка" с низко расположенным свободнонесущим крылом с развитыми корневыми наплывами. Вертикальное оперение однокилевое, цельноповоротное.

С целью повышения аэродинамического качества и улучшения взлётно-посадочных характеристик самолёт проектируется статически неустойчивым в продольном и боковых направлениях с применением многоканальной электродистанционной системы управления. Крыло оснащено зависающими на взлёте и посадке элевонами и адаптивно отклоняющимися носками по всей передней кромке крыла. Хвостовая часть крыла заканчивается мощной балансировочной поверхностью. Уточняется необходимость использования убираемого переднего многощелевого дестабилизатора по типу "Ту-144".

Адаптивные носки крыла, предназначенные для повышения аэродинамического качества, на начальной стадии лётных испытаний демонстратора могут быть не задействованы. Крыло характеризуется сложной деформацией срединной поверхности, переменной геометрической и аэродинамической круткой по размаху. Относительная толщина профиля крыла изменяется по размаху в пределах от 2,5 до 3,5%.

Вся наплывная часть крыла является многосекционным интегральным топливным баком. В корневой части, между мотогондолами размещены отсеки уборки основных стоек шасси.

На нижней поверхности наплывной части крыла размещены сверхзвуковые регулируемые воздухозаборники с вертикальным клином, являющиеся масштабной копией хорошо отработанного воздухозаборника самолёта "Ту-160". Двухконтурные турбореактивные двигатели вынесены назад из-под кессона крыла и повернуты на небольшой угол вверх с целью экранирования сопла хвостовой частью фюзеляжа и килём для снижения уровня бокового шума на разбеге. С целью расширения диапазона лётных испытаний и создания задела для перспективных программ, на демонстраторе будут установлены двигатели с форсажными камерами.

На серийном Ту-444 планируется использование бесфорсажного турбореактивного двигателя АЛ-32М фирмы "НПО "Сатурн". Двигатель выполнен на базе серийного ТРДДФ АЛ-31Ф и перспективного АЛ-41Ф-1, и полностью удовлетворяет всем основным требованиям в качестве двигателя СБС.

Фюзеляж с резко выраженным "правилом площадей" технологически разделён на три части:
  • носовая герметичная часть с пилотской кабиной, с отсеками оборудования, отсеком уборки носовой стойки шасси, входным тамбуром с гардеробом, кухней, встроенным складным трапом, пассажирским салоном на 6-10 человек (в зависимости от планировки), туалетом;
  • средняя часть, являющаяся интегральным топливным баком, в нижней части которой выделен отсек для системы кондиционирования;
  • хвостовая часть с отсеками электро и гидросистем и отсеком ВСУ.
Пилотажно-навигационное оборудование должно быть выполнено по принципу открытой архитектуры, с последующим наращиванием возможностей комплекса по мере перехода от демонстратора к серийному самолёту.

Самолёт будет оснащён полным комплексом систем и средств жизнеобеспечения пассажиров и экипажа в полёте и аварийно - спасательным оборудованием.

Несомненно, создание серийного Ту-444 потребует значительного привлечения сил и средств. И в этом отношении самолету - демонстратору отводится особая роль в качестве базы для отработки не только технических решений, но и технологии оптимального взаимодействия многих организаций - участников проекта, предприятий смежников.

В то же время рекламно - выставочные мероприятия с участием самолета - демонстратора подготовят путь для широкого внедрения перспективных сверхзвуковых бизнес - самолетов в современном мире.

 
Ссылки по теме:
Дайджест прессы за 5 июля 2005 года | Дайджест публикаций за 5 июля 2005 года
Авторские права на данный материал принадлежат компании «ПАО "Туполев"». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Связи: Ту-160, Ту-244, Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, ОДК-Сатурн, Global Express, Learjet 60 (в процессе тестирования)