Содержание

Близнюк В., Васильев Л., Вуль В. и др.
«Правда о сверхзвуковых пассажирских самолетах»

8.Новое поколение.
Межконтинентальный сверхзвуковой деловой самолет.

    ЦАГИ и ОКБ Сухого проводят также совместные разработки проекта межконтинентального сверхзвукового делового самолета (МСДС) XXI века с дальностью полета L=8000 км. Такой МСДС может осуществлять беспосадочные полеты на главных трансатлантических и тихоокеанских маршрутах: Нью-Йорк - Москва, Лондон - Вашингтон, Токио - Сиэтл и т.д. С одной промежуточной посадкой МСДС позволит реализовать полеты практически между двумя любыми столицами мира, обеспечивая даже при одночасовой промежуточной остановке существенную экономию времени по сравнению с дозвуковыми деловыми самолетами.
    В деловом административном варианте МСДС предназначается в основном для перевозок высокопоставленных государственных и деловых людей, поэтому особую важность для МСДС приобретают вопросы обеспечения надежности и безопасности полета и комфорта.
    В варианте МСДС с фюзеляжем некруглого поперечного сечения с максимальной шириной 2,8 м могут быть размещены 8-10 пассажиров в классе «люкс» или 30 пассажиров в экономическом классе. Обеспечение такой максимальной пассажировместимости существенно расширяет возможности применения МСДС, а следовательно, и рынок его сбыта.

    Так же, как для магистральных сверхзвуковых самолетов, важнейшим требованием, предъявляемым к МСДС, является обеспечение двухрежимности самолета, т.е. возможности выполнения равно-эффективного по дальности полета на сверхзвуковом (Мкр~2) и околозвуковом (М~0,93) крейсерских режимах. Указанное требование продиктовано ограничениями по звуковому удару, разрешающими выполнение сверхзвуковых полетов только над водными пространствами или в коридорах над ненаселенной сушей типа пустынь и полярных областей. Таким образом, некоторые маршруты МСДС могут оказаться комбинированными, включающими дозвуковые участки полета на дальность. Требование двухрежимности оказывает существенное влияние на выбор аэродинамической компоновки СПС-2, и в частности на выбор формы крыла в плане, а также на выбор типа двигателей силовой установки.
    Принципиальным для МСДС является выбор числа двигателей силовой установки. Преимуществом четырехдвигательного варианта МСДС является то, что отказ одного двигателя на взлете может быть практически полностью компенсирован соответствующим форсированием остальных трех двигателей. Возможность форсирования обусловлена обычной для МСДС переразмеренностью двигателей на режимах взлета. Поэтому для МСДС с четырьмя двигателями случай отказа одного двигателя на взлете уже не является расчетным. Точно так же отказ одного двигателя на крейсерском режиме позволит завершить полет на требуемую дальность, так как в этом случае не действуют ограничения на длительность полета с отказом двигателя, которые накладываются на двухдвигательный самолет. Таким образом, четырехдвигательный вариант обеспечивает существенно большую надежность и безопасность полета, что наиболее важно для рассматриваемого трансокеанского МСДС.
    Наиболее эффективным аэродинамическим способом для согласования величин аэродинамического качества на дозвуковом и сверхзвуковом режимах крейсерского полета является выбор соответствующей формы крыла в плане и использование адаптивных элевонов и носков крыла. Рекомендуемое ЦАГИ крыло для МСДС спроектировано таким образом, чтобы обеспечить примерно одинаковые километровые расходы топлива для двух указанных режимов полета. В этом случае изменения полной дальности полета, вызванные временным переходом от сверхзвукового режима полета на дозвуковой и обратно, невелики.
    Выбранное крыло обеспечивает достижение малой разницы между положениями аэродинамического фокуса при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Это позволяет реализовать в схеме «бесхвостка» полет на сверхзвуковом крейсерском режиме с малым запасом продольной статической устойчивости и обеспечить продольную балансировку на этом режиме фактически при нулевых углах отклонения элевонов, а значит, без потерь аэродинамического качества на балансировку.
    При проектировании МСДС следует учитывать, что должны выполняться экологические ограничения по шуму сбоку от ВПП и в пролетной контрольной точке. Можно предполагать, что МСДС должен отвечать требованиям FAR-36, гл. 3, приложение 16 (том 1). Основным источником шума на взлетном режиме является струя реактивного двигателя. Поэтому главная задача уменьшения шума двигателя сводится к уменьшению скоростей истечения выхлопных струй. Предварительные исследования, выполненные в ЦАГИ и в ЦИАМ, показывают, что применение турбовентиляторных двигателей со степенью двухконтурности m₀=0,9-1,0 в комбинации с управлением тягой на взлетной траектории и мерами, направленными на повышение аэродинамического качества, является перспективным направлением для решения проблемы шума МСДС в районе аэропорта. Такой подход предъявляет повышенные требования к величине аэродинамического качества на этапе взлета. Для увеличения аэродинамического качества на взлете необходимо снижать значения С_уавз, что может быть реализовано путем уменьшения нагрузки на крыло до значений G_o/S~310 кг/м².
    Отличительной особенностью рекомендуемой компоновки МСДС является использование крыла сложной формы в плане с базовым крылом относительно малой стреловидности. Это позволяет увеличить общее удлинение до 2,2 (по сравнению с 1,67 для СПС-1 Ту-144) и за счет этого повысить аэродинамическое качество и несущие свойства крыла на режимах взлета и посадки. В компоновке МСДС предусмотрено использование отклоняемых носков в комбинации с отклоняемыми вниз элевонами вдоль задней кромки крыла. Такая механизация крыла позволяет существенно увеличить величину коэффициента подъемной силы Суа при фиксированном угле атаки a=const и аэродинамическое качество при фиксированном значении Cya=const. На расчетном режиме взлета рациональный диапазон углов отклонения элевонов составляет ðэв=10°-12°. С целью улучшения аэродинамических характеристик во взлетной конфигурации рекомендуется использовать малые степени статической продольной неустойчивости.
    Исследования показывают, что современный уровень аэродинамического проектирования позволяет реализовать компоновку МСДС с высокими уровнями максимального аэродинамического качества при крейсерских скоростях К_max=13,3 и 8,3 при М=0,93 и 2,0, соответственно. Разработанная компоновка МСДС позволяет реализовать дальность полета L~8000 км с крейсерским числом М=2 при аэронавигационном запасе топлива (G_анз=5,6 т), достаточном для стандартного удаления запасного аэродрома (370 км), получасового ожидания посадки и 4%-го компенсационного запаса топлива. Практически та же дальность реализуется при дозвуковом крейсерском режиме (М=0,93) и на маршрутах с различными режимами полета.
    Сегодня Россия, с ее гигантскими пространствами, с небольшой протяженностью трасс над водными поверхностями и умеренными пассажиропотоками, особенно характерными для начала XXI века, должна принять непростое решение — какой проект должен стать базовым для будущих разработок. И трудность заключается в том, что экономическое состояние страны и ее положение в международном разделении труда не позволяет принимать решения, аналогичные принимаемым промышленностью Запада. В воздушных перевозках на внутренних трассах России в ближайшее десятилетие не может быть реализован потенциал широкофюзеляжных самолетов из-за ограниченного пассажиропотока, имеющего к тому же сезонный характер.
    Из-за этих особенностей внутреннего рынка можно сделать следующие выводы:

1. на российских трассах в первую очередь должны появиться сверхзвуковые самолеты для перевозки 120-150 пассажиров;
2. новый сверхзвуковой самолет должен быть двухрежимным и обеспечивать равноэффективный по дальности полета на сверхзвуковом (М=2,2) и околозвуковом (М=0,93) крейсерских режимах;
3. успешная эксплуатация СПС-2-200 на внутренних трассах позволит создать условия для экспортного производства СПС-2-400 и МСДС на той же производственной базе;
4. на базе производства нового типа воздушного судна необходимо завершить начатые работы по модернизации серийного производства и внедрению комплексных систем автоматизированного проектирования в производство.

    Хорошо освоенный, в том числе и в производстве самолетов Ту-144, плазово-шаблонно-стапельный метод обеспечивает унификацию деталей только в процессе сборки. Считается, что собранные агрегаты должны быть одинаковы, так как сделаны на одном стапеле. Существенное отличие сборочных единиц, заставляет в процессе сборки применять различные приспособления, что создает внутренние напряжения. В результате собранный агрегат от внутренних напряжений (особенно для упругих структур) после освобождения приобретает форму, отличную от заданной стапелем (подчас очень существенно). Наличие разных (по величине и действию) внутренних напряжений определяет разную геометрию и поведение конструкции конкретных самолетов и появление трещин в разных местах и в разное время.
    Отсюда следует очевидный путь повышения точности изготовления отдельно взятых сборочных единиц, что может быть обеспечено расширением применения механической обработки и программного управления. Фактически авиационная промышленность должна вернуться в общее машиностроение, применяя на всех уровнях хорошо известные методы допусков и посадок, а также другие статистические приемы значительного повышения точности при массовом производстве. Следует напомнить, что все программное обеспечение технологии производства сверхзвукового самолета должно ориентироваться на аэродинамическую базу данных (математический макет), т.е. должны быть учтены все виды деформаций для того, чтобы полетная форма самолета на расчетном режиме точно соответствовала заданной.