Лётно-технические характеристики Ту-144
Ту-144 и «Конкорд» — легендарные сверхзвуковые авиалайнеры, созданные в середине 20 века.
Сегодня вспомним историю знакового во многих отношениях Ту-144…
В 50-е годы важнейшей задачей авиации становится преодоление звукового барьера, построение сверхзвуковых боевых самолётов, в том числе тяжёлого класса. Это создало бы хорошую базу для создания сверхзвукового пассажирского самолёта (сокращённо СПС).
Первые проекты СПС появились в послевоенные годы, в это время в Великобритании и США было спроектировано несколько вариантов машин, которые, к сожалению, по своим техническим характеристикам не обеспечивали адекватную практическую реализацию.
Чуть позже по обе стороны «железного занавеса» проектировали опытные, а в скором времени уже серийные сверхзвуковые тяжёлые самолёты военного назначения. Лидеры мировых авиационных фирм готовили проекты СПС, отличающиеся аэродинамическими и компоновочными схемами. Но тщательное изучение подобных разработок показало, что создание качественной машины на базе военного прототипа – задача практически невыполнимая, т.к. военные самолёты того времени были рассчитаны на достаточно кратковременный полёт на сверхзвуке.
Для сверхзвукового пассажирского самолёта нужно было обеспечить безопасность при длительных перелётах. Поэтому требовалось обеспечить высокую степень надёжности работы конструкции и оборудования самолёта.
Поэтому как в СССР, так и на Западе решено было проектировать СПС как принципиально новый вид летательного аппарата.
В начале 60-х годов 20 века к решению этой непростой задачи приступили в ОКБ А.Н. Туполева. Сначала первые технические проекты ОКБ основывались на проектах дальних бомбардировщиков: машинах семейства Ту-22 — «105А» и «106А», а также проектах стратегического ударного самолёта «135».
Позже Сергей Михайлович Егер – известнейший советский авиаконструктор, доктор технических наук, предложил использовать двигатели НК-144 на проекте самолёта Ту-144.
Созданием проектов СПС в СССР занималось не только туполевское конструкторское бюро, но и ОКБ-23 В.М. Мясищева. Ими в качестве основы использовались стратегические самолёты-носители М-50/М-52 и М-56/М-57. Проекты получили обозначения М-53, М-55А, М-55Б и М-55В.
К середине 50-х годов в Англии и Франции также приступили к исследованию возможности создания сверхзвукового пассажирского самолёта и уже в начале 60-х годов начались практические разработки знаменитого «Конкорда». Рассчитан был такой самолёт на сверхзвуковую скорость полёта более М=2, дальностью — 6000-6500 км, число пассажиров на борту – 120-140.
В то же время в Америке фирмы Боинг, Локхид, Дуглас начинают разрабатывать СПС, даже более крупные и технически совершенные, чем «Конкорд». По проектам, такой самолёт мог лететь с крейсерской скоростью до М=3, перевозить до 300 пассажиров и преодолевать расстояние до 8000 км.
С учётом всех требований современной авиации и возможностей отрасли, решено было создавать отечественный СПС, близкий по техническим характеристикам к англо-французскому «Конкорду». Предполагалось обеспечить: приемлемые взлётно-посадочные данные, двухмаховый полёт, дальность до 6500 км, 100-120 человек на борту.
Сложность заключалась в том, что раньше нашим конструкторам не приходилось решать подобных задач.
Прежде всего, аэродинамическое качество. Этот параметр упрощённо можно представить так: это расстояние, которое способен пролететь летательный аппарат с выключенным двигателем в штиль с некоторой высоты.
Необходимо было улучшить аэродинамические показатели самолёта при полетах на скорости М=2-2,2 до 7,5-8,0. На тот период показатели аэродинамического качества были намного ниже (например, Ту-22 — 4,4, М-50 — 5,5,М-52 — 5,6, Ту-135 и М-56 — 6,4).
Также нужно было решать проблему устойчивости и лёгкой управляемости самолёта, разработки практических методов балансировки машины… К тому же, раз полёт предполагается длительный, необходимо обеспечение высокой степени прочности оборудования и деталей конструкции, в том числе и при повышенных температурах (около 100-120 градусов). Полюс к этому — изготовить теплостойкие материалы, смазки, герметики, разработать типы конструкций, которые бы смогли работать длительное время в условиях циклического аэродинамического нагрева, отладить систему регулирования воздухозаборников, функционирующих в большом диапазоне скоростей и высот. Также возникла необходимость создать более мощные и экономичные двигатели…
Долгий сверхзвуковой крейсерский полёт предполагает пребывание пилотов и пассажиров на больших высотах, причём длительное время. Поэтому практически с нуля начались разработки сначала общих принципов систем кондиционирования воздуха, а затем и конкретных агрегатов и приборов.
Необходимо было спроектировать и создать ряд систем и устройств, отвечающих за автоматическое управление полётом, удобную и точную навигацию и автоматическую посадку.
Нужно было позаботиться и об окружающей среде: исследовали экологические особенности эксплуатации самолётов, объёмы выбросов в атмосферу отработанных газов двигателей, их влияние на озонный слой, уровень шума и звукового удара, их воздействие на людей, животных, здания, влияние солнечной радиации на пассажиров и лётчиков. Также неизбежно приходилось учитывать многие внешние параметры – уровень квалификации лётчиков, возможности отечественных ОКБ, аэропортов и т.д.
Все эти проблемы и задачи решались не только в ОКБ А.Н.Туполева, но и другими конструкторскими бюро СССР.
Постановление Совета Министров СССР № 798-271 от 16 июля 1963 года и Приказ МАП № 276 от 26 июля того же года стало официальной точкой отсчёта работ по отечественному СПС первого поколения (СПС-1) — Ту-144.
ОКБ А.Н.Туполева взялось спроектировать и построить СПС со следующими техническими параметрами:
— скорость полёта 2300-2700 км/ч;
— дальность полёта на сверхзвуке
а) с 80-100 пассажирами — 4000-4500 км;
б) в варианте с дополнительными топливными баками и с 30-50 пассажирами — 6000-6500 км.
Работы велись в два этапа: сначала предполагалось достигнуть 4000-4500 км дальности полёта, на втором этапе — 6500 км.
Заметим, что в успехе проекта Ту-144 большую роль сыграл выбор двигателя. На первом опытном и предсерийном опытном самолётах было установлено четыре новых двигателя НК-144. Его создатели — ОКБ Н.Д. Кузнецова, важнейшие характеристики: это был двухконтурный турбовентиляторный двигатель с форсажными камерами, взлетной тягой 20000 кгс, удельным расходом топлива на сверхзвуковом крейсерском режиме на уровне 1,35-1,45 кг/кгс/час.
Туполевцам пришлось пойти на определённый риск, выбирая НК-144 для своего проекта, т.к. этот двигатель, будучи надёжным и сравнительно недорогим, вызывал сомнения насчёт уровня расхода топлива и, следовательно, максимальной дальности полёта.
К 1966-1967 годам предполагалось выпустить пять Ту-144. Фактически было построено 16 самолётов, которые совершили в общей сложности 2 556 вылетов. Создание ещё четырёх машин так и не была завершено.
Руководитель ОКБ Андрей Николаевич Туполев поручил проектирование Ту-144 Отделению «К», т.к. у них был опыт работы с со скоростями, превышающими М=2 и условиями длительного перелёта, например, работа над Ту-121, Ту-123 и опытным Ту-139.
Руководителем работ Туполев назначил своего сына Алексея Андреевича Туполева. Затем, после смерти отца, Алексей Андреевич был назначен руководителем ОКБ, а работой над Ту-144 руководили также Ю.Н. Попов и Б.А. Ганцевский.
Ту-144 стал поистине одним из приоритетных направлений деятельности ОКБ на ближайшие 10 лет.
Конструкторы долго выбирали компоновочную схему будущего Ту-144.
Изучались как вариант и «обычная» схема с горизонтальным оперением в хвосте фюзеляжа, и схема «утка», и несколько десятков других, но остановились на схеме «бесхвостка». Эта схема отличалась составным треугольным крылом (т.е., крыло образовывалось двумя треугольными поверхностями с углом стреловидности по передней кромке 55°- для задней базовой части и 78°- для передней наплывной части), вертикальным оперением, находящимся на продольной оси самолёта и убирающимся трехопорным шасси.
Конструкция крыла обеспечивала отличное обтекание его поверхности, к тому же такая крутка содействовала улучшению продольной балансировки на сверхзвуковом режиме полёта. По длине задней кромки крыла располагались 4-секционные элевоны, секции которых приводились в действие с помощью двух необратимых бустеров. Руль направления также отклонялся с помощью необратимых бустеров и состоял из двух, независящих друг от друга, секций. Конструкция крыла обладала мощной работающей обшивкой из сплошных плит, сделанных из алюминиевых сплавов, элевоны и центральная часть крыла были изготовлены из титановых сплавов.
Для наименьшего сопротивления при сверхзвуковом полёте была выбрана аэродинамическая форма фюзеляжа, ради чего конструкторы даже пошли на усложнение конструкции самолёта.
Отличительной особенностью нового СПС стала опускающаяся, остеклённая носовая часть фюзеляжа перед кабиной пилота, это обеспечивало великолепный обзор. Гидропривод обуславливал движение вверх и вниз носовой части корпуса. Удалось добиться сохранения гладкости мест соединения опускаемой части и остального фюзеляжа.
Четыре двигателя НК-144 помещались под крылом недалеко друг от друга. Каждый из двигателей имел свой воздухозаборник, причём воздухозаборники объединялись по парам в общий блок.
Функционирование воздухозаборников обеспечивалось автоматической системой управления и зависело от режима работы двигателя. Величина мотогондол определялась требованиями ЦАГИ и ЦИАМ и размерами двигателей.
В отличие от «Конкорда», проектирование двигателей и мотогондол с воздухозаборниками для Ту-144 проходило как два практически независимых процесса, поэтому при эксплуатации возникали проблемы и нестыковки между этими системами. Что касается шасси, основные его стойки убирались в крыло, передняя убиралась в переднюю же часть фюзеляжа. В основных стойках шасси была использована 12-колёсная тележка с небольшими по диаметру колёсами.
Запас топлива располагался в крыльевых кессон-баках, причём передние кессон-баки крыла и резервный килевой бак дополнительно служили для балансировки самолёта.
На Ту-144 были применены многие новые разработки в дистанционной системе управления, большую роль в этом сыграли Г.Ф. Набойщиков, Л.М. Роднянский.
Навигация Ту-144 комплектовалось самыми современными системами:
— бортовая ЭВМ и автопилот автоматически поддерживали курс;
— лётчики имели возможность видеть на экране, на приборной доске, местоположение самолёта в данный момент и расстояние до места назначения;
— заход на посадку также осуществлялся автоматически, даже в сложных погодных условиях.
Кабина пилотов была четырёхместной: два передних места — для первого и второго пилотов, задние – для бортинженера и инженера-экспериментатора. В будущем в кабине предполагалось оставить три места.
Внешний вид пассажирского салона соответствовал самым высоким требованиям к современному дизайну и комфортабельности.
Создание первого опытного экземпляра Ту-144 («044») началось в 1965 году в Москве в цехах ММЗ «Опыт», одновременно с этим строили второй самолёт, предназначенный для статических испытаний. Уже к 1967 году была завершена основная сборка самолёта, и в конце этого года опытную машину транспортировали в Жуковскую лётно-испытательскую и доводочную базы (ЖЛИ и ДБ). Там в течение 1968 года осуществлялось доукомплектование машины. Изначально эта опытная машина была рассчитана на 98 пассажиров, позже цифра увеличилась до 120. Следовательно, расчётная взлётная масса поднялась со 130 до 150 тонн.
В это самое время на аэродроме ЛИИ осуществлялись полёты самолёта-аналога МиГ-21И (А-144, «21-11»). Эту машину успешно облетали до скорости 2500 км/ч, а итоги этих облётов стали основой для корректировки крыла Ту-144.
И вот, наконец, настал волнующий день первого полёта. Произошло это знаковое для советской, да и российской авиации событие 31 декабря 1968 года, после томительных шестнадцати дней ожидания хорошей погоды Ту-144 с бортовым номером СССР-68001 поднялся в воздух. За штурвалом был Эдуард Елян, второй пилот — М.В. Козлова, инженер-испытатель В.Н. Бендеров и бортинженер Ю.Т. Селиверстов.
Первый полёт длился 37 минут, в полёте Ту-144 сопровождал упоминавшийся самолёт-аналог «21-11».
Дальнейший ход испытаний:
— 5 июня 1969 года – впервые на высоте 11000 м была превышена сверхзвуковая скорость;
— май 1970 года самолёт летал на высоте до 15000 м., на скоростях М=1,25-1,6;
— 12 ноября 1970 года «044» летал около 30 минут на скорости более 2000 км/ч, а на высоте 16960 м достигнута максимальная скорость 2430 км/ ч.
В мае — июне 1971 года «044» участвовала в салоне в Ле-Бурже, где впервые «встретилась» с англо-французским «Конкордом». Который, кстати, совершил свой первый полёт лишь спустя несколько месяцев после «044» — 2 марта 1969 года.
С такими удельными расходами, как 2,23 кг/кгс час, Ту-144 смог обеспечить только 2920 км сверхзвукового полёта. Были и другие проблемы, например, повышенная вибрация и нагрев задней части фюзеляжа…
Совершив около 150 полётов, «044» так и осталась в единственном опытном экземпляре. Собственно, свою задачу она выполнила. Теперь нужно было двигаться дальше, совершенствую конструкцию самолёта.
Дальнейшая работа шла в двух направлениях: во-первых, для достижения необходимой дальности полёта решили заменить двигатель НК-144 на бесфорсажный ТРД типа РД-36-51, а во-вторых, пока происходит создание нового двигателя и их замена, построить шесть Ту-144 с двигателями НК-144А с уменьшенными удельными расходами топлива. Конструкцию этих шести Ту-144 предполагалось усовершенствовать. Это должно было обеспечить выполнение требований по дальности полёта (до 4000-4500 км).
На ММЗ «Опыт» в 1968 году началось создание предсерийного модернизированного самолёта Ту-144 («004»). Здесь еще были использованы двигатели НК-144. Предполагаемая дальность полёта на сверхзвуке при таком двигателе должна была составлять 3275 км, а с модернизированным двигателем НК-144А превысить 3500 км.
Для улучшения аэродинамических параметров самолёта даже изменили форму крыла, в отличие от «044», его площадь увеличилась, коническая крутка концевых частей крыла стала более интенсивной. Но главным стало изменение срединной части крыла, что обеспечило самобалансировку на крейсерском режиме полёта.
Предполагаемое число пассажиров увеличилось до 150, поэтому была увеличена и длина фюзеляжа, была модернизирована форма носовой части самолёта.
Обе пары двигателей в парных мотогондолах с воздухозаборниками разделили, освободив нижнюю часть фюзеляжа от повышенных вибрационных и температурных нагрузок. Другое расположение мотогондол обусловило новое расположение шасси: его основные стойки расположились под мотогондолами, 12-колёсную тележку заменили 8-колёсной, поменяли также схему уборки носовой стойки шасси.
Были и нововведения, например, переднее многосекционное убирающееся в полёте крылышко-дестабилизатора, который выдвигается из фюзеляжа на режимах взлёта и посадки. Оно позволяет обеспечивать нужную балансировку самолёта при отклонённых элевонах-закрылках. Все эти доработки конструкции самолёта привели к существенному возрастанию взлётной массы самолёта – до 190 тонн.
Создание предсерийного Ту-144 № 01-1 (бортовой номер 77101) закончилось в начале 1971 года, а уже 1 июня этого года самолёт совершил первый полёт. При облётах этой машины исследовалось взаимосвязь всех систем и силовой установки самолёта между собой. Этот образец выполнил в общей сложности 231 полёт продолжительностью 338 часов, из них 55 часов заняли полёты на сверхзвуковой скорости.
20 сентября 1972 года борт № 77101 совершил перелёт по маршруту Москва-Ташкент, причём путь был пройден менее чем за 2 часа, а если точнее, за 1 час 50 минут, а скорость достигала 2500 км/ч.
Серийный Ту-144 № 01-2 (бортовой номер 77102) с двигателями НК-144А первый свой полёт совершил 20 марта 1972 года. Здесь уже была модернизирована аэродинамика крыла и ненамного увеличена его площадь. Взлётная масса достигла 195 тонн.
Удельный расход топлива двигателя планировали довести до 1,65-1,67 кг/кгс час, а в будущем и до 1,57 кг/кгс час. Дальность полёта в этом случае должна была увеличиться до 3855-4250 км и 4550 км соответственно.
Что же получилось в действительности? К 1977 году достигли:
— Ср=1,81 кг/ кгс час на сверхзвуковом режиме тяги 5000 кгс;
— Ср=1,65 кг/кгс час на взлётном форсажном режиме тяги 20000 кгс;
— Ср=0,92 кг/кгс час на дозвуковом режиме тяги 3000 кгс;
— на максимальном форсажном режиме на трансзвуковом режиме — 11800 кгс.
Но вскоре произошла катастрофа, сыгравшая роковую роль в судьбе первого сверхзвукового авиалайнера СССР.
3 июня 1973 года во время демонстрационного полёта на авиасалоне во французском Ле-Бурже Ту-144 № 77102 потерпел крушение. Погиб весь экипаж из шести человек: лётчик-испытатель М.В. Козлов, второй пилот В.М. Молчанов, заместитель главного конструктора В.Н. Бендеров, бортинженер А.И. Дралин, штурман Г.Н. Баженов, инженер Б.А. Первухин. Причины аварии до сих пор точно не установлены. По результатам расследования специальной комиссии ясно, что отказа в технической части машины не было. Причиной крушения явилось (по данным этой комиссии): наличие в кабине пилотов непристёгнутых членов экипажа, появление французского самолёта «Мираж» перед экипажем самолёта Ту-144, а также наличие кинокамеры у одного из членов экипажа, которая могла упасть и заклинить штурвал управления. Но повторимся: точные причины не установлены до сих пор.
Несмотря на крушение, строительство Ту-144 с двигателями НК-144А продолжалось, уже в Воронеже. Именно на этих самолётах впервые были проведены полёты с пассажирами на борту – тоже знаковый этап в лётных испытаниях Ту-144!
На следующей модификации Ту-144 № 02-2 (бортовой номер 77144), совершившей первый полёт 14 июня 1974 года, изучались нюансы аэродинамики, поведению на больших углах атаки, прочности, контролировалась работа всех самолётных систем. В 1975 году машина участвовала в авиасалоне в Ле-Бурже.
Ту-144 № 03-1 (бортовой номер 77105) был построен в 1973 году и тотчас же переделан в Ту-144Д с двигателями РД-36-51А.
Ту-144 № 04-1 (бортовой номер 77106) первый полёт совершил 4 марта 1975 года, он использовался, в первую очередь, для контроля над работой системы кондиционирования воздуха и топливной системы.
26 декабря 1975 года на этом самолёте был выполнен первый рейс по маршруту Москва — Алма-Ата. В тот раз на борту не было пассажиров, машина перевозила грузы, почту… Этот полёт проходил со скоростью 2200 км/ч и на высоте 18000 м.
Ту-144 № 04-2 (бортовой номер 77108), первый полёт был совершён 12 декабря 1975 года. На этой модификации проходили доводочные работы по навигационной системе, по автомату тяги, по системе директорного захода на посадку.
Ту-144 № 05-1 (бортовой номер 77107), первый полёт — 20 августа 1975 года. В 1977 году был представлен как комплексный объект на государственные испытания.
После испытаний отмечалось, что по основным лётно-техническим характеристикам самолёт соответствует заданным на Ту-144 требованиям. Исключением стали показатели практической дальности полёта с заданным числом пассажиров и взлётная масса. Фактическая практическая дальность при взлётной массе 195 тонн составила 3080 км. Отмечалось, что достижение требуемой дальности может быть возможно при использовании двигателей РД-36-51А.
По результатам испытаний МАП-МГА принимает решение, что можно начинать пассажирские перевозки на самолётах Ту-144 с двигателями НК-144А.
Для регулярных пассажирских перевозок по маршруту Москва — Алма-Ата использовались: Ту-144 № 05-2 (бортовой номер 77109) и Ту-144 № 06-1 (бортовой номер 77110).
1 ноября 1977 года — дата первого пассажирского рейса Ту-144. Полёты совершались на расстояние 3260 км, достигали высоты 16000-17000 м и скорости 2000 км/ч. Рейсы были еженедельными, каждый рейс провозил не более 80 пассажиров. За всё время эксплуатации (до мая 1978 года) Ту-144 было выполнено 55 рейсов, перевезено 3284 пассажира.
Ту-144 с двигателями НК-144А стал первым в СССР пассажирским самолётом, который получил национальный сертификат лётной годности на безопасность перевозки пассажиров. В Польше был также сертифицирован Ту-134, но по английским нормам лётной годности.
Ту-144 сыграл огромную роль в истории советской авиации. И хоть ему не суждено было стать долгожителем авиационного парка, без него невозможно было бы дальнейшее развитие авиации СССР и России.
В настоящее время можно увидеть модели Ту-144 в музеях:
— ТУ-144 (№ 77106) — музей BBC в Монино под Москвой;
— ТУ-144 (№ 77110) — музей гражданской авиации в Ульяновске;
— ТУ-144Д (№ 77112) — музей города Зинсхайм (Германия).
