ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2020
Просмотров: 979
Скачиваний: 8
Соответствующий огромный теоретический и практический опыт накоплен и в нашей стране. Отметим исследования в Центральном аэрогидродинамическом институте им. Н. Е. Жуковского, выполненные в 40 - 90-е годы XX в. под руководством академиков Георгия Бюшгенса и Георгия Свищева, а совсем недавно - доктора технических наук Леонида Шкадова, экспериментальные полеты самолетов БИЧ-3 (1926 г.) и БИЧ-7А (1933 г.) (главный конструктор Борис Черановский), революционные проекты авиаконструктора Роберта Бартини, в том числе истребитель с крылом указанного типа, и др.
Сегодня интерес к "летающему крылу" усилился вновь. Известно около 20 оригинальных конструкций беспилотных летательных машин, уже выпускающихся серийно, и около 10 проектов гражданских, находящихся на разных этапах создания. К сожалению, эксперименты выявили серьезные нерешенные проблемы в обеспечении их устойчивости и управляемости. Пока никому не удается выполнить в полном объеме требования, предъявляемые в этой связи действующими нормами летной годности, поэтому поиск продолжается.
Одновременно развивались работы над самолетами так называемых "интегральных схем", в которых объединены силовая конструкция фюзеляжа и крыла. Такой подход внедрен в военной технике с изменяемой геометрией крыла (классическим примером может служить отечественный стратегический бомбардировщик Ту-160, впервые поднявшийся в воздух в 1981 г.). Первоначально необходимость подобного подхода диктовали компоновочные требования, связанные с размещением крупногабаритного, мощного узла поворота крыла. Затем было выявлено, что плавные обводы, характерные для данных аэродинамических схем, способствуют решению задач, связанных с радиолокационной заметностью боевых самолетов. И тогда, чтобы сделать их "невидимыми", потребовался возврат к "летающему крылу" в чистом виде, реализованному, например, в бомбардировщике В-2 (США), созданном в начале 1990-х годов.
Несколько лет назад мы высказали идею о необходимости объединения двух рассмотренных выше схем ("интегральной" и "летающего крыла") для нахождения оптимального решения, свободного от недостатков предыдущих. Разработка названа "интегральное летающее крыло с хвостовым оперением" и запатентована в 2004 г. Забегая вперед, отметим: после демонстрации моделей нового нашего самолета на МАКС-2007 за рубежом ввели соответствующее ей специальное международное обозначение "Tailed Integral Flying Wing - TIFW".
С самого начала мы руководствовались следующими соображениями. Во-первых, реализация указанной идеи позволит примерно на 45% сократить относительную омываемую поверхность аппарата. И хотя это меньше, чем достижимо при применении "летающего крыла", но взамен мы получим хвостовое оперение классического типа со стандартными рулями, что, в свою очередь, поможет успешно решить проблемы устойчивости и управляемости машины. Во-вторых, "интегральная схема" позволит существенно уменьшить массу конструкции. В-третьих, удастся добиться интерференции между элементами планера, в частности, решить проблемы соединения "крыло-фюзеляж". Наконец, формирование носовой части фюзеляжа обеспечит продольную устойчивость самолета на больших углах атаки, а также облегчит визуальный обзор из кабины экипажа.
Самым сложным оказался выбор формы и конструкции фюзеляжа. Мы остановились на овальном его сечении, являющемся аналогом "рабочей зоны" пассажирского салона широкофюзеляжного лайнера. При этом выяснили: есть дополнительная возможность сократить относительную омываемую поверхность самолета и даже уменьшить расчетное лобовое сопротивление воздуха. Оставалось позаботиться об оптимальном размещении грузовых помещений. Было решено планировать их зону на одном уровне с пассажирским салоном с учетом того, что при большой ширине фюзеляжа овальной формы можно увеличить число кресел в каждом ряду. То есть длину салона можно уменьшить без сокращения его вместимости.
Конечно, вышеописанное отражает лишь небольшую часть группы вопросов и проблем, возникавших на начальном этапе конструирования.
Для общей оценки характеристик проекта мы провели предварительные исследования схемы "интегральное летающее крыло с хвостовым оперением" на примере среднемагистрального самолета класса Ту-154 (150 - 180 пассажиров). На всех этапах работ использовали методологию так называемого "полного электронного определения изделия", другими словами, построение интегрированного информационного поля, сквозного по всем этапам жизненного цикла машины. Создали ее компьютерные модели, по электронной документации изготовили демонстрационные их аналоги в масштабе 1:20 (размах ~ 2м) для испытаний в аэродинамической трубе.
Первые же опыты, проведенные совместно со специалистами ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского (руководитель работ - заместитель начальника института Геннадий Павловец), в основном подтвердили изложенные выше предпосылки. На всех режимах получены значения аэродинамического качества на уровне лучших современных фюзеляжных лайнеров, а на скоростях, соответствующих М-числам более 0,75, превышающие достигнутые ими показатели на 1 - 3 единицы. Выявлены значительные резервы для улучшения летных характеристик. С учетом повышения числа Рейнольдса в натурных условиях для реального самолета можно ожидать еще больших значений аэродинамического качества.
По результатам расчетов, аэродинамических испытаний, электронного моделирования, апробации образцов разработаны две схемы: принципиальная и технологического членения. Одновременно рассмотрены разные компоновки салона: пассажирский вариант вместимостью от 50 до 180 человек, грузовой с контейнерной загрузкой и смешанный. Машина получила условное обозначение ИС-1 (интегральная схема: первый вариант).
Жизненный цикл аппарата, включающий время многолетней эксплуатации, планируется "пропитать" стандартами и нормативами с использованием единой системы управления данными о конкретном изделии. Утвержденная внешняя геометрия, реализованная в виде математического описания поверхности фюзеляжа и крыльев, стала основой для электронного макетирования конструкции на этапе проектирования. Далее предполагается соединить все составляющие нескольких систем управления жизненным циклом изделия, вопросов производственных, кадровых, финансовых ресурсов, качества исполнения. Принципиальное свойство планируемых технологий - сквозная компьютерная привязка всех этапов работ с электронным безбумажным документооборотом к сетевым вычислительным структурам.
Поскольку с точки зрения выбора силовой установки предложенная схема не предъявляет никаких специальных требований, самолет можно оснащать любыми двигателями, подходящими по размерности и габаритно-массовым характеристикам. Работы на этом этапе проводили с их образцами нового поколения, готовящимися к выпуску в пермском ОАО "Авиадвигатель" (генеральный конструктор, доктор технических наук Александр Иноземцев). Определение состава и структурных схем радиоэлектронного оборудования выполнили специалисты московской холдинговой компании "Авиаприбор" (генеральный конструктор, доктор технических наук Сергей Крюков).
Серьезные дискуссии вызвал поиск параметров фюзеляжа. Исследования подтвердили возможность создания интегральной герметичной конструкции овального поперечного сечения с прочностными и массовыми характеристиками, превосходящими те, которыми обладают фюзеляжи с круглым поперечным сечением.
Во всех работах в инициативном порядке участвовало содружество ученых ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского, холдинговой компании "Авиаприбор", Сибирского научно-исследовательского института авиации им. С. А. Чаплыгина (Новосибирск), Российского авиационно-технологического университета им. К. Э. Циолковского (МАТИ). Принципиально важным было мнение ряда отечественных авиакомпаний, которые провели маркетинговые исследования и подтвердили рыночную необходимость рассматриваемого проекта.
В итоге был предложен среднемагистральный самолет (класса Ту-154 или Ту-204) со взлетной массой, не превышающей 65 т, для перевозки 180 пассажиров на дальность 3900 км или 150 пассажиров - на 5300 км (современный уровень 100 т). Максимальная крейсерская скорость 950 км/ч. Топливная эффективность (расход топлива на перевозку одного пассажира) при этом может быть обеспечена на уровне 14 - 15 г на пассажирокилометр, что лучше, чем на всех известных отечественных и западных уже эксплуатирующихся или проектируемых лайнерах сходной вместимости и предполагаемой дальности полета. Все весовые и экономические показатели могут быть значительно улучшены путем применения в конструкции самолета новых композиционных материалов.
Обратим внимание на габариты ИС-1: размах крыла не более 35 м, общая длина машины 38 м, высота около 9 м. По всем характеристикам самолет совместим с существующими аэродромами и не потребует никаких изменений в действующих правилах полетов.
Но если пути решения основных технических проблем можно считать в основном ясными, то организационная сторона реализации проекта содержит много вопросов. Российская гражданская авиация еще не вышла из кризиса. Устарел ее парк советского производства - истек или истекает срок эксплуатации сотен единиц техники. Новые отечественные машины (Ту-204, Ту-214, Ту-334, Ил-96, Ан-148, Ан-140), разработанные в 80 - 90 годах XX в., имеют характеристики, не в полной мере удовлетворяющие авиакомпании по экономическим критериям, особенно в условиях постоянного роста цен на материалы и энергоносители. Вместе с тем использование у нас старых западных самолетов, имеющих топливную эффективность, близкую к показателям новых отечественных машин, попытки снятия таможенных пошлин на импортную технику, копирование решений зарубежных конструкторов в перспективе губительны как для промышленности России, так и ее воздушного транспорта: повторяя чужие наработанные технологические модели, мы обрекаем себя на роль отстающего.
Авиационной промышленности страны нужен проект самолета, технический уровень которого должен быть выше мирового. По нашему мнению, он обеспечит реализацию накопленного потенциала всех сохранившихся участников системы и будет способствовать восстановлению авторитета России на мировом рынке авиатехники. И в современных условиях наиболее реальной в этом смысле может быть схема организации строительства самолета типа ИС-1 в рамках общенациональной программы с государственными гарантиями и частичным бюджетным финансированием в качестве одного из проектов недавно созданной Объединенной авиастроительной корпорации.
Новый самолет живет в эскизах, чертежах, моделях. Разработанное инициативно техническое предложение ожидает стратегических решений.