СОВЕТСКИЙ СВЕРХЗВУКОВОЙ ПАССАЖИРСКИЙ

Успехи в создании сверхзвуковых боевых самолетов, в том числе и тяжелого класса, подготовили в 1950-е годы необходимую научно-техническую базу для появления первых сверхзвуковых пассажирских самолетов. Ведущие мировые авиационные фирмы сделали ряд проектов таких машин различных аэродинамических и компоновочных схем. Однако их детальный анализ показал, что постройка эффективного и конкурентоспособного с дозвуковыми лайнерами пассажирского самолета путем модификации военного прототипа — задача крайне сложная. В ходе исследований, рассматривая различные возможные варианты технических решений, специалисты как в СССР, так и на Западе постепенно пришли к твердому убеждению, что экономически эффективную сверхзвуковую пассажирскую машину необходимо проектировать как принципиально новый тип летательного аппарата.

Перед отечественной наукой и промышленностью ставился ряд задач, с которыми наша авиация ранее не сталкивались. Прежде всего, для обеспечения требуемых характеристик было необходимо обеспечить значительное улучшение аэродинамического совершенства самолета в крейсерском режиме, решить вопросы устойчивости и управляемости тяжелого самолета при полетах в дозвуковой, трансзвуковой и сверхзвуковой областях. Длительный полет на скорости М=2 приводит к нагреву наружной поверхности до 100 — 120 градусов, поэтому предстояло создать теплостойкие конструкционные материалы, смазки, герметики, а также разработать типы конструкций, способных долговременно эксплуатироваться в условиях циклического аэродинамического нагрева. Очень высокие требования предъявлялись и к силовой установке. Нужны были мощные и экономичные двигатели, устойчиво работающие в режимах сверхзвукового полета. Также предстояло решить проблемы регулирования воздухозаборников в широком диапазоне высот и скоростей. Длительный сверхзвуковой полет наиболее рационально выполнять на больших высотах, соответственно ставилась задача разработки новых систем кондиционирования воздуха, обеспечивающих комфортные условия пассажирам и экипажу при значительном нагреве конструкции планера.

Кроме перечисленного, требовалось создать целый ряд новых устройств и систем, обеспечивающих точную навигацию, автоматическое управление и автоматическую посадку. Возникла и необходимость изучения экологических особенностей эксплуатации сверхзвуковых пассажирских самолетов, связанных с выбросами в атмосферу газов двигателей на больших высотах и их влиянием на озонный слой, воздействием шума и звукового удара на людей, животных и строения, а солнечной радиации — на пассажиров и экипаж. Также для безболезненного внедрения сверхзвукового лайнера в существующую транспортную систему нужно было еще при его проектировании учитывать особенности отечественной и международных систем воздушных перевозок, существующих аэропортов и управления воздушным движением.

Официальным основанием для начала работ по созданию отечественного сверхзвукового пассажирского самолета первого поколения (СПС-1), получившего обозначение Ту-144, стало постановление правительства от 16 июля 1963 года. Конструкторскому бюро А.Н. Туполева поручалось спроектировать и построить машину с крейсерской скоростью 2300 — 2700 км/ч, дальность полета на сверхзвуке с 80 — 100 пассажирами оговаривалась в пределах 4000 — 4500 км, а в перегрузочном варианте с дополнительными топливными баками и с 30 -50 пассажирами — до 6000 — 6500 км.

Самолет предполагалось эксплуатироваться с аэродромов первого класса при нормальной взлетной массе 120 — 130 т. Учитывая техническую сложность обеспечения такой максимальной дальности полета, работы решили вести в два этапа: на первом достичь дистанции в 4000 -4500 км, на втором — 6500 км.

Проектирование Ту-144 Андрей Николаевич Туполев поручил отделению «К», руководимому Алексеем Андреевичем Туполевым, занимавшемуся беспилотной техникой и имевшему достаточный опыт в области длительного полета со скоростями, превышающими М=2. В дальнейшем, после смерти А.Н. Туполева и назначения A. А. Туполева руководителем предприятия, работой по Ту-144 руководили Ю Н. Попов и Б.А. Ганцевский. Эскизное проектирование машины выполнялось B. И. Близнюком — будущим главным конструктором стратегического бомбардировщика Ту-160.

Тема Ту-144 вскоре стала одной из важнейших для туполевского бюро. Исходя из условий получения требуемого аэродинамического качества и минимальных разбежек фокуса при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, остановились на схеме низкоплана-«бесхвостки» с составным треугольным крылом оживальной формы. Крыло образовывалось двумя треугольными поверхностями с углом стреловидности по передней кромке 78° — для передней наплывной части, и 55° — для задней. Вертикальное оперение располагалось по продольной оси самолета. В конструкции планера в основном использовались традиционные алюминиевые сплавы. Характерной особенностью Ту-144 стала опускающаяся носовая часть фюзеляжа перед пилотской кабиной, обеспечивавшая хороший обзор на больших взлетно-посадочных углах атаки, присущих самолету с крылом малого удлинения.

Четыре ТРДДФ НК-144 разместили под крылом близко друг к другу. Каждый двигатель имел свой воздухозаборник, причем два соседних объединялись в общий блок. В плоских воздухозаборниках с горизонтальным клином торможение потока при сверхзвуковых скоростях осуществлялось в трех косых скачках уплотнения, в прямом замыкающем скачке и дозвуковом диффузоре. Работа каждого заборника обеспечивалась автоматической системой управления, изменявшей положение панелей клина и створки перепуска в зависимости от режима работы двигателя.

Постройка первого опытного образца Ту-144 (он же «044») началась в 1965 году. Одновременно собирался и второй экземпляр для статических испытаний. Опытная машина первоначально рассчитывалась на 98 пассажиров, позднее эту цифру увеличили до 120. Соответственно, расчетная взлетная масса поднялась с 130 т до 150 т. В конце 1967 года первый образец перевезли на аэродром в Жуковском, где в течение всего следующего года проводились доводочные работы и доукомплектование системами и агрегатами. Одновременно в ЛИИ приступили к полетам на самолете-аналоге МиГ-21И (он же А-144 и «21-11»), созданном на базе истребителя МиГ-21 С.

Аналог проектировался в конструкторском бюро А.И. Микояна и имел крыло, геометрически и аэродинамически подобное крылу опытного Ту-144. Всего построили два экземпляра «21-11», на них летали многие испытатели, в том числе и те, которым предстояло работать на Ту-144. МиГ-21 И успешно облетали до скорости 2500 км/ч, и материалы этих полетов послужили основой для окончательных доработок опытного образца Ту-144, а также позволили испытателям изучить особенности поведения самолета подобной аэродинамической схемы.

В конце 1968 года самолет «044» был готов. На него назначили экипаж в составе командира корабля Э.В. Еляна, второго пилота М.В. Козлова, ведущего инженера В.Н. Вендерова и бортинженера Ю.Т. Селиверстова. 31 декабря 1968 года машина в присутствии А.Н. Туполева и А.А. Туполева совершила первый полет. По отзывам летчиков, она показала себя «послушной и летучей».

Первый полет Ту-144 стал событием мирового значения и немаловажным моментом в истории отечественной авиации. Впервые в воздух поднялся сверхзвуковой пассажирский лайнер! Англо-французский «Конкорд» взлетел позже — 2 марта 1969 года.

Поначалу Ту-144 летал на дозвуковых скоростях, но 5 июня 1969 года он в первый раз на высоте 11 000 м превысил скорость звука. К маю 1970 года машина эксплуатировалась на скоростях М=1,25-1,6 и на высотах до 15 000 м. 12 ноября 1970 года «044-й» полчаса шел со скоростью 2000 км/ч, а на высоте 16 960 м достиг максимальной скорости 2430 км/ч. В ходе испытаний опытный образец неоднократно отправлялся за рубежи СССР. Так, в мае-июне 1971 года он принял участие в авиасалоне в Ле Бурже во Франции, где он впервые «встретился» с «Конкордом». Всего по запланированной программе «044» выполнил около 150 полетов, доказав техническую возможность создания сверхзвукового пассажирского самолета.

Далее работа велась в двух направлениях: улучшение аэродинамики и конструкции Ту-144 с двигателями типа НК-144 и разработка варианта с бесфорсажными ТРД РД-36-51. В обоих случаях целью ставилось достижение требуемой максимальной дальности полета.

В 1969 году было принято решение строить Ту-144 с РД-36-51. Однако по предложению МАП и МГА до момента поступления РД-36-51 (еще доводившегося в то время) предстояло собрать серию из шести Ту-144 с НК-144А — эта модификация двигателя отличалась уменьшенным удельным расходом топлива и увеличенной тягой. Конструкцию серийных машин с НК-144А предполагалось модернизировать, внеся значительные изменения в аэродинамику, чтобы обеспечить выполнение требований по дальности в 4000 -4500 км. А переход в дальнейшем на РД-36-51 позволял довести ее до 6500 км.

С целью улучшения аэродинамических характеристик при полете на крейсерском режиме со скоростью М=2,2 изменили форму крыла в плане. Стреловидность наплывной части по передней кромке уменьшили до 76°, а базовой задней увеличили до 57°. В итоге форма крыла в плане стала ближе к «готической». По сравнению с опытным образцом площадь крыла увеличилась, также конструкторы ввели более интенсивную коническую крутку его концевых частей. Но самым важным нововведением стало изменение формы срединной части крыла, обеспечившее самобалансировку на крейсерском режиме с минимальными потерями качества, с учетом оптимизации по полетным деформациям крыла на этом режиме. Длину фюзеляжа увеличили с расчетом на размещение 150 пассажиров, и изменили форму носовой части, что тоже положительно повлияло на аэродинамику.

В отличие от самолета «044», двигатели в парных мотогондолах раздвинули, освободив нижнюю часть фюзеляжа и разгрузив его от повышенных температурных и вибрационных нагрузок. При этом увеличили щели между нижней поверхностью крыла и верхней поверхностью воздухозаборников — это позволило интенсивней использовать эффект поджатия потока на входе, сильнее, чем это удалось получить на опытном образце Ту-144.

Новая компоновка мотогондол потребовала изменения шасси: теперь основные опоры разместились под мотогондолами, с уборкой их внутрь между воздушными каналами двигателей. Одновременно на основных опорах перешли к восьмиколесным тележкам. Изменилась также схема уборки передней опоры шасси.

Важным отличием стало внедрение переднего многосекционного убирающегося в полете «крылышка»-дестабилизатора, выдвигавшегося из фюзеляжа на взлетно-посадочных режимах и позволявшего обеспечивать требуемую балансировку самолета при отклоненных элевонах-закрылках. Доработки конструкции, увеличение коммерческой нагрузки и запаса топлива привели к возрастанию взлетной массы, которая превысила 190 т (у самолета «044» она равнялась 150 т).

Основные данные самолетов семейства Ту-144

Примечания. 1. С учетом ПВД — 59,422 м. 2. С учетом наплыва. Площадь базового крыла — 382,3 м. 3. С уче­том ПВД — 67,05 м 4. С учетом наплыва Площадь базового крыла — 437,65 м: 5. Эскизный проект 6. Разбег/пробег. 7. На высоте 16 900 м. 8. Расчетная. 9. Время набора высоты, с/м. 10. Крейсерская скорость 2340 км/ч, масса коммерческой нагрузки 15 т. аэронавигационный запас топлива 10 т.

1 июня 1971 года первый Ту-144 с двигателями НК-144А, изготовленный на опытном заводе, но считавшийся предсерийным, поднялся в воздух. Первый же «настоящий серийный» Ту-144 с НК-144А, построенный в Воронеже, взлетел 20 сентября 1972 года. А 3 июня 1973 года эта машина во время демонстрационного полета в Ле Бурже потерпела катастрофу. Однако это событие напрямую на развитие программы Ту-144 не повлияло. Были проведены испытания на режимах полета, с которыми столкнулся погибший экипаж в небе Франции, по их результатам и доработали последующие экземпляры.

Производство Ту-144 с двигателями НК-144А продолжалось в Воронеже до начала 1977 года. На выпущенных машинах провели большой объем летных испытаний. В отчетах отмечалось, что летно-технические характеристики, за исключением практической дальности полета с заданным числом пассажиров, соответствуют требованиям. На испытаниях получили практическую дальность полета на сверхзвуке при взлетной массе 195 т с коммерческой нагрузкой 15 т — 3080 км, а с 7 т — 3600 км. При этом пришли к выводу, что заданная дальность 4000 — 4500 км при коммерческой нагрузке в 14-15 т с НК-144А не может быть достигнута, но с двигателями РД-36-51А — это реально.

После окончания испытаний МАП и МГА приняли совместное решение о начале пассажирских перевозок на Ту-144 с НК-144А. Два серийных самолета использовались для регулярных полетов на трассе Москва — Алма-Ата. В первый рейс с пассажирами Ту-144 отправился 1 ноября 1977 года. Полеты проводились на расстояние 3260 км на высоте 16 000 — 17 000 м со скоростью 2000 км/ч. Рейсы совершались один раз в неделю, количество пассажиров на борту не превышало 80 человек. До момента прекращения регулярной эксплуатации с пассажирами в мае 1978 года, экипажи «Аэрофлота» выполнили 55 рейсов, перевезя 3284 пассажира. Ту-144 с НК-144А стал первым в СССР пассажирским самолетом, который получил национальный сертификат летной годности на безопасность перевозки пассажиров.

Вариант Ту-144 с более экономичными ТРД РД-36-51 получил обозначение Ту-144Д. Первый самолет этой модификации совершил первый полет 30 ноября 1974 года. До середины 1976 года на этой машине доводили новую силовую установку, а 5 июня 1976 года она выполнила перелет на расстояние 6200 км с нагрузкой 5 т. Этот полет подтвердил перспективность продолжения работ.

Во второй половине 1970-х годов в Воронеже перешли к производству Ту-144Д. Первые две серийные машины проходили совместные государственные испытания, которые закончились в начале 1980-х годов. Взлетная масса Ту-144Д превышала 200 т, а в ходе испытаний удалось получить сверхзвуковую дальность полета с коммерческой нагрузкой 15 т равную 5330 км, с 11-13 т — 5500-5700 км, с 7 т — 6200 км. Ту-144Д был рекомендован для эксплуатации с пассажирами. Так же, как и Ту-144 с НК-144А, данный тип получил сертификат летной годности, но эксплуатации с пассажирами не было, и программу постепенно свернули.

В 1970-е годы разрабатывались проекты дальнейшей модернизации Ту-144, которые так и не были реализованы.

В 1980-е годы часть построенных самолетов продолжали использовать в качестве летающих лабораторий при создании новых сверхзвуковых тяжелых машин. В июле 1983 года на одном из Ту-144Д установили целую серию мировых рекордов скорости и высоты полета с различными массами груза.

Работа по Ту-144 стала крупнейшей и сложнейшей программой в истории отечественного самолетостроения. Конструкторскому бюро и авиационной промышленности удалось создать летательный аппарат мирового класса, по своим основным летно-техническим характеристикам не уступавший западному аналогу — «Конкорду». Полученный опыт во многом обеспечил успехи в создании многих последующих самолетов. Несмотря на то, что активные работы по Ту-144 в начале 1980-х годов свернули, это направление получило позднее развитие в проекте отечественного сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения (СПС-2).

Владимир РИГМАНТ