Необыкновенная история Ту-144
В конце 1960-х авиационные специалисты многих развитых стран занялись проблемой создания сверхзвукового пассажирского лайнера. Это было велением времени. Но вопросов здесь оказалось столько, что американские специалисты поневоле задумались: целесообразна ли такая идея? Англичане и французы «колдовали» тем временем над своим «Конкордом».
В нашей стране создание сверхзвукового пассажирского лайнера поручили ОКБ академика А. Н. Туполева. Иностранные специалисты при случае задавали нашему шефу каверзный вопрос: «Когда же полетит ваш «144»? На что обычно следовал шутливый ответ: «На два месяца раньше «Конкорда». Андрей Николаевич, как в воду глядел: в действительности так оно и случилось.
В 1964-м наше ОКБ и авиапромышленность начали работу по созданию Ту-144. А уже в 1965-м его модель с размахом крыла около двух метров демонстрировалась на авиасалоне в Ле Бурже. Высокими темпами, но целенаправленно и продуманно проводились проектные изыскания.
В качестве действующей модели самолета-аналога использовали конструкцию истребителя МиГ-21. Горизонтальное оперение у него сняли. Длину фюзеляжа уменьшили на 0, 75 м, размах крыла увеличили на 60%. Все дело в том, что форма, так называемого оживального крыла в плане у «МиГа» была такой же, как и у самолета Ту-144.
В 1967-м самолет-аналог успешно облетали до скорости 2500 км/ч, что послужило основной для окончательного расчета крыла будущего сверхзвукового лайнера. А вскоре, 31 декабря 1968-го летчик-испытатель Э. Елян со своим экипажем осуществил первый полет на опытном образце Ту-144, что, безусловно, стало мировой сенсацией.
5 июня 1969-го самолет достиг скорости звука на высоте 11000 м, а 26 июня 1970-го в два раза превысил ее на высоте 16300 м. До осени 1970-го прототип налетал около 100 ч и показал максимальную скорость 2430 км/ч на высоте 16900 м.
Сверхзвуковой авиалайнер впервые демонстрировался 21 мая 1970-го на авиационном празднике в аэропорту Шереметьево. Вскоре после этого опытный экземпляр передали на пробную эксплуатацию в «Аэрофлот». В течение 1971-го на этом самолете совершен ряд скоростных рейсов между Москвой и Прагой, Берлином, Варшавой, Софией.
Полет из Софии в Москву, например, занял всего 71 мин, из них 53 мин Ту-144 летел со скоростью 2300 км/ч. До апреля 1972-го на первом опытном экземпляре общий налет составлял 200 ч за 150 полетов, при этом половина летных часов приходилась на режим сверхзвуковой скорости. Каковы же конструктивные особенности самолета?
Ту-144 представляет собой цельнометаллический низкоплан, выполненный по схеме «бесхвостка», с четырьмя турбореактивными двигателями, размещенными под крылом, с вертикальным оперением, расположенным по продольной оси самолета, и трехопорным убирающимся шасси.
Крыло — с переменным по размаху углом стреловидности. У корня крыла этот угол равняется 76°, а по концам крыла — 57° Крыло в плане как бы состоит из двух треугольников. Один из них, базовый, размещается в концевой части крыла и наиболее выгоден на дозвуковых скоростях полета. Второй, наплыв, выдвинут вперед. Он наилучшим образом работает на сверхзвуковых скоростях полета. Такая форма способствовала наименьшему смещению по хорде крыла его фокуса при переходе от дозвуковых к сверхзвуковым скоростям.
Взаимодействие частей крыла между собой происходит следующим образом. На дозвуковых скоростях полета, когда основную роль при создании подъемной силы играет широкий треугольник, положение фокуса определяется только этой частью крыла. Но после перехода на режим сверхвузковых скоростей в образовании прироста подъемной силы большую роль играет уже узкий передний треугольник. Вот по этим причинам общее смещение фокуса при переходе от дозвуковых скоростей к сверхзвуковым у крыла Ту-144 оказывается наименьшим.
Кроме того, крылу еще была придана и крутка в двух направлениях — в продольном и в поперечном. Этим достигается наилучшее обтекание поверхности крыла набегающим сверхзвуковым потоком воздуха. Такая крутка содействует и улучшению продольной балансировки на расчетном сверхзвуковом режиме полета.
Крыло - многолонжеронное. Оно имеет мощную работающую обшивку, состоящую из сплошных плит, выполненных из алюминиевых сплавов. Нервюры чаще всего — сплошные, из того же материала. При сборке крыла была применена сварка. По всей задней кромке располагаются элевоны. Они состоят из четырех секций на каждом полукрыле, выполненных с применением титановых сплавов. Секции приводятся в действие двумя необратимыми бустерами, которые могут работать как совместно, так и раздельно.
Руль направления также отклоняется при помощи необратимых бустеров и состоит из двух, не зависящих друг от друга, секций. Центральная часть крыла выполнена из титановых сплавов. Фюзеляж — из алюминиевых сплавов, круглого сечения.
Характерная особенность Ту-144 — опускающаяся, хорошо остекленная носовая часть фюзеляжа перед пилотской кабиной, чем обеспечивается хороший обзор на больших взлетно-посадочных углах атаки, присущих самолету с крылом малого удлинения. Опускание и подъем носовой части фюзеляжа осуществляется с помощью гидравлики. Интересно, что носовая опускающаяся часть не связана с герметичной кабиной экипажа, но при этом обеспечивается сохранение гладкости обшивки в местах сочленения подвижной части с остальной поверхностью фюзеляжа.
Четыре ТРД размещаются под крылом близко друг от друга. Каждый двигатель имеет свой воздухозаборник, причем два соседних воздухозаборника объединены в общий блок. В переднюю часть фюзеляжа в пространство между такими двумя блоками убирается передняя тележка шасси.
Основной объем топлива располагается в крыльевых баках. Однако в хвостовой части фюзеляжа размещен дополнительный балансировочный бак. Он используется для перекачки в него топлива из основных баков при переходе от дозвуковой скорости к сверхзвуковой для смещения центра масс и соблюдения, таким образом, постоянного запаса продольной устойчивости на всем диапазоне летных режимов.
Кабина пилотов - трехместная: два передних места занимают первый и второй пилоты, а за ними — место бортинженера. Кабина экипажа оборудована самой современной аппаратурой. Совершенный автопилот и бортовая электронно-вычислительная машина автоматически поддерживают заданный курс. Летчики могут видеть на экране, где находится в данный момент самолет, сколько километров пути осталось до места назначения. Заход на посадку осуществляется также автоматически в любое время суток при сложных погодных условиях.
На прототипе размещалось 120 пассажиров, они находились в трех салонах, высота прохода которых была 1930 мм. В хвостовой части фюзеляжа располагалось багажное отделе-нение 20 м3.
В 1972-м началось изготовление самолетов Ту-144. Серийный экземпляр существенно отличался от опытного прототипа. Его фюзеляж был удлинен на 5, 7 м, что позволило увеличить количество пассажиров на 20 человек. Несколько изменили форму крыла в плане. Кроме того, придана более интенсивная коническая крутка концевой части крыла.
Каждую пару воздухозаборников раздвинули так, что нижняя часть фюзеляжа от них освобождалась. При этом основные опоры шасси разместились снизу воздухозаборников. Уборка основных опор, которые имели теперь по четыре сдвоенные тележки, происходила с двойным поворотом и они укладывались в пространство между каналами спаренных воздухозаборников.
Еще одним важным отличием серийного образца Ту-144 от первого опытного явилось и то, что перед пилотской кабиной разместились носовые крылышки, которые убирались в полете и выдвигались на взлетно-посадочных режимах. Их площадь была невелика. Однако мощная механизация, состоящая из двухзвен-ного закрылка и двойного предкрылка, позволяла крылышкам создавать значительный кабрирующий момент, при котором можно было отклонять элевоны задней кромки на угол, достаточный для обеспечения снижения скорости при посадке.
Первый полет серийного самолета состоялся 20 сентября 1972-го. Тогда на трассе Москва — Ташкент он показал рекордно малое время полета — 1 ч 50 мин. В марте 1975-го открылась скоростная авиалиния Москва — Алма-Ата. Время полета Ту-144 на этой линии в один конец составляло 1 ч. 55 мин. В октябре 1975-го начались регулярные товарные перевозки на этой линии. В 1980-м самолет совершил беспосадочные рейсы Москва - Хабаровск и обратно. Причем при рейсах Хабаровск — Москва, он обгонял время...
У самолетов, как и у людей, своя судьба. У Ту-144 она была суровой. Всего выпустили 19 машин. Некоторые из них успешно использовались на авиалиниях. Но к середине 1980-х их эксплуатацию свели к нулю. Прекрасный суперсовременный лайнер оказался не у дел. И вдруг самолет вновь затребовался, да не как-нибудь, в международном масштабе...
29 ноября 1996-го с аэродрома ЛИИ им. М. М. Громова поднялся в воздух Ту-144 ЛЛ (летающая лаборатория). Средства массовой информации мира отметили, что это событие может стать поворотной вехой в истории мировой авиационной промышленности. Россия и США, эти авиационные супердержавы, используют возможности для взаимовыгодного сотрудничества в области сверхзвуковой авиации и разработки высоких технологий. Преображенный белоснежный красавец включил в свою раскраску национальные флаги России и США, а также фирменные знаки АНТК им. А. Н. Туполева, NASA, «Боинг», «МакДоннелл Дуглас», «Рок-квелл», «Пратт-Уитни», «Дженерал Электрик» и «IВР».
Экипаж самолета состоял из 5 человек: Сергей Борисов — командир, летчик-испытатель, второй пилот-испытатель Борис Веремей, бортинженер Анатолий Криулин, штурман Виктор Педос и инженер-экспериментатор Андрей Щербаков.
Почему международное авиационное сообщество создало летающую лабораторию? Расчеты показывают, что на мировых авиалиниях большой протяженности (более 6000 км) уже к 2005 г. по сравнению с 1990 г. объем перевозок удвоится, а к 2015-му еще раз удвоится по сравнению с 2005-м.
Чтобы справиться с таким ростом авиаперевозок, гражданская авиация в своем развитии может избрать только три возможные направления: производить, по сравнению с сегодняшним днем в 2-4 раза больше самолетов; делать новые лайнеры значительно большей пассажировмести-мости; изготавливать сверхзвуковые пассажирские самолеты, имеющие в 2-3 раза большую производительность, чем современные дозвуковые самолеты.
Первое направление - не перспективное из-за сложности управления воздушным движением и перенасыщенности аэропортов. По второму же и третьему направлениям в последнее десятилетие интенсивно работают все ведущие авиационные державы. Основные усилия здесь направлены на получение расчетных и практических данных для разработки сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения. С этой целью создана международная «Группа 8-ми»: фирмы «Боинг» и «МакДоннел Дуглас» (США) «Аэроспасьяль» (Франция), «Бритиш Аэроспейс» (Великобритания), «Дейчаэроспейс» (Германия), «Аления» (Италия), JASC (Япония) и наш АНТК им. А. Н. Туполева.
Наряду с этим Европейский консорциум авиаспециалистов создал проект СПС-2. Американская авиапромышленность под руководством NASA разработала свой проект СПС-2, АНТК им. А. Н. Туполева проектирует вместе с головными институтами России собственный перспективный самолет Ту-244. В связи с происходящим еще в 1988-м наш АНТК начал интенсивно разрабатывать высокоскоростную летающую лабораторию Ту-144ЛЛ на базе самолета Ту-144Д.
И все-таки, почему именно Ту-144? На этот вопрос отвечает менеджер программы от фирмы «Боинг» господин Дан Смит: «NASA выбрала Ту-144 в качестве летающей лаборатории по нескольким причинам. Во-первых, Ту-144 - большой сверхзвуковой самолет, много больше, чем «Конкорд». Во-вторых, имеющиеся «Конкорды» находятся в коммерческой эксплуатации и поэтому не доступны. И, в-третьих, несколько лет назад комиссия Черномырдин — Гор, рассматривая проекты, по которым Россия и США могли бы работать вместе, выбрала проект летающей лаборатории Ту-144 ЛЛ».
К сказанному Даном хотел бы добавить, что американские коллеги, наверняка, отлично сознавали, что наш сверхзвуковой лайнер — это уникальный самолет, намного опередивший все созданное в мире и по аэродинамическому, и по конструктивному совершенству.
В запланированные с американской стороной летные эксперименты и их задачи входили: измерение температур поверхности и конструкции, а также тепловых потоков сверхзвукового самолета большой размерности в условиях высоких скоростей; база данных по тепловой среде силовой установки; влияние близости земли на крыло малого удлинения, оценка характеристик устойчивости и управляемости; определение шума в кабине и на конструкции; измерения параметров пограничного слоя, коэффициентов трения, давления и другие данные.
К наиболее существенным задачам, возлагаемым на «ЛЛ», относятся также: определение турбулентности атмосферы на больших высотах и принципов защиты экипажа и пассажиров от воздействия космической радиации; исследования методов шумоглушения реактивных двигателей; отработка способов снижения уровня звукового удара и его нормирование; аэродинамические исследования; отработка навигации и радиосвязи; эксплуатации двигателей на сверхзвуковых режимах; исследование атмосферы и состояние озонового слоя.
К моменту принятия американо-российского решения о Ту-144ЛЛ наш АНТК имел три действующих Ту-144Д: «07-1», «08-2» и «09-1». Для доработок по программе выбрали «08-2» (бортовой номер 77114). «07-1» был запланирован, как наземный стенд-самолет в поддержку изделия «08-2», а машина «09-1» - резервная.
Ту-144ЛЛ — глубокая модификация Ту-144Д, главное отличие которой от базового в замене двигателей. Это была вынужденная мера, так как двигатели РД-36-51А, в свое время специально созданные для Ту-144, давно сняли с производства, а имеющиеся в наличии располагали малым остаточным ресурсом.
Замена двигателей потребовала производства новой хвостовой части воздухозаборника, новой мотогондолы, размещения на борту дополнительной аппаратуры контроля и управления, усиления крыла, изменения в системах самолета, связанных с новыми двигателями НК-321 (модификация НК-32), установленных на стратегическом бомбардировщике Ту-160.
Кроме этого, проведены другие доработки по модификации самолета: дефектация и реконструкция планера; усовершенствование внутренних секций элевонов; усиление крыла под узлы навески двигателей; замена остекления кабины пилотов и салона; доработки систем топливной, масляной, противопожарной, гидравлики, управления двигателями, электроснабжения. Установлены многочисленные датчики для летных экспериментов.
На 10 июня выполнены восемь зачетных экспериментальных полетов, охватывающих всю планируемую летную программу Ту-144ЛЛ. В восьмом полете получено расчетное число М-2,02. В настоящее время машина стала на доработки, связанные с доукомплектованием ее экспериментальным оборудованием под 6 экспериментов для американской стороны. Главное в новых доработках — установка поясов давления по внешней поверхности, термопар, датчиков трения, гребенок по замеру параметров пограничного слоя и другие.
В настоящее время есть договоренность с NASA и фирмой «Боинг» провести оставшиеся, оговоренные контрактом эксперименты, в следующих 10 полетах. Естественно, напрашивается вопрос — каковы же дальнейшие задачи стоят перед Ту-144ЛЛ? Это испытания по анализу озонового слоя, полеты по определению звукового удара, исследования по аэродинамике, конструкции, силовой установке.
Итоги проведенной, безусловно, сложнейшей работы хочется, в интересах объективности, подвести словами Пита Радлофа, менеджера программы Ту-144 ЛЛ от фирмы «Мак-Доннелл Дуглас», который на вопрос о дальнейших работах на «ЛЛ» ответил так: «Самолет разработан как высокоскоростная летающая лаборатория и с успехом может использоваться для дальнейших испытаний в интересах авиапромышленности США и России. Он может с успехом служить еще долгие годы. Ведь на нем установлено самое совершенное уникальное экспериментальное оборудование, и я уверен, Ту-144ЛЛ ждет продуктивное будущее».
Мы, туполевцы, конечно же, рады, что дело пошло с успехом. Но здесь, кстати, хотелось бы отметить особую роль, которую сыграла в организации и реализации контракта фирма «IВР» (Великобритания), возглавляемая мадам Джудит Де Пол. Корпорация «1ВР» осуществляет, как промежуточное звено, взаимодействие американских и российских компаний. Через это объединение идут передача технической документации, платежи, она организует регулярные встречи в США и России. И вот здесь хотелось бы* сказать, что первые 25000 долларов для начала работ по программе Ту-144ЛЛ мадам Джудит Де Пол выделила из личных средств, когда никакого официального соглашения между NASA и нашим АНТК еще не существовало...
Ту-144 оказался, действительно, машиной-фениксом. В прошлом установив 13 мировых рекордов, 15 лет спустя он вновь поднялся в небо — с новыми двигателями, новым оборудованием, устремленный в завтрашний день. Труженик и ученый. От Ту-144ЛЛ ждут наработки в исследованиях по сотням показателей, чтобы безошибочно дать путевки в жизнь второму поколению сверхзвуковых дальне-магистральных пассажирских аэролайнеров. В том числе и нашему — Ту-244, у которого летные данные будут достойны представителя авиационной элитной техники нового тысячелетия: максимальный взлетный вес — 345 т, число пассажиров — 300, дальность полета — более 8000 км, скорость — выше 2М.
ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУ-144ЛЛ
Длина самолета, м 65,7
Размах крыла, м 28,9
Площадь крыла, (полная), м 2507
Стреловидность крыла, град. 76/57
Высота, м12,6
Силовая установка, марка, тяга,кгс 4хНК-321,21000
Вес пустого самолета, кг 96810
Взлетный вес, кг 207000
Дальность полета, км 6500
Скорость крейсерская, М 2, 0
Скорость максимальная, М 2,37
Скорость отрыва, км/ч 370
Скорость захода на посадку, км/ч 28 0
Длина разбега, м 2225
Длина пробега, м 1310
Экипаж (в экспериментальном варианте), чел.7
Александр Пухов
Крылья Родины №9'1997