Сверхзвук для избранных

Сергей МИХАЙЛОВ

С самого начала массовых авиаперевозок авиакомпании стремились доставить пассажиров к месту назначения как можно быстрее. И пассажиры были готовы платить за это, ведь время – единственный невосполнимый ресурс человечества. Казалось, к началу 70-х гг. прошлого века эту проблему удалось решить – в воздух поднялись первые сверхзвуковые пассажирские самолеты (СПС). Но они так и не стали массовым средством транспорта, столкнувшись с экономическими, экологическими, да и с политическими проблемами. Тем не менее, самолетостроители упорно стремятся решить эту задачу. Свидетельство тому – новый всплеск работ по сверхзвуковым пассажирским машинам, отмеченный в последние несколько лет. Правда теперь новые СПС разрабатываются не в расчете на массового пассажира а для, так сказать, «сильных мира сего» – высших государственных чиновников, крупных бизнесменов и т.п. Работы по таким проектам ведутся по обеим сторонам океана – как в США, так и в России.

Идея сверхзвукового пассажирского самолета отмечает в этом году свой полувековой юбилей: ровно 50 лет назад, в 1955 г британская компания «Бристоль» (Bristol) приступила к первым исследованиям возможности создания СПС. Год спустя аналогичными работами занялась французская фирма «Сюд Авиасьон» (Sud Aviation). Поставленная задача оказалась настолько дорогой, что обе компании, несмотря на традиционную остроту конкуренции между английскими и французскими авиаконструкторами, решили объединить свои усилия. В результате, 26 октября 1962 г. правительства Великобритании и Франции подписали соглашение о совместном строительстве 100-местного пассажирского самолета со сверхзвуковой скоростью и трансатлантической дальностью, получившего имя «Конкорд» (Concorde) – в переводе «Согласие».

Не отставали от европейцев и заокеанские конкуренты. Фирма «Локхид» (Lockheed) начала исследования по созданию СПС в 1956 г. Работы велись под лозунгом «проще, безопасней, лучше» (simpler, safer, better). Вскоре к«Локхиду» присоединились компании «Боинг» (Boeing) и «Норт Американ» (North American). Создание англо-французского консорциума подхлестнуло правительство США в январе 1963 г. организовать комитет во главе с вице-президентом США, координирующий программу создания пассажирского самолета с крейсерской скоростью, соответствующей числу М=2,7-3,0, и дальностью не менее 6400 км. В сентябре 1966 г. конкурирующие проекты были представлены в FAA, а четыре месяца спустя огласили имя победителя – им стал проект Boeing 2707-100.

И все же американцы безнадежно отставали. К этому времени в Тулузе уже вовсю шла постройка первого опытного экземпляра европейского СПС. А 2 марта 1969 г. «Конкорд» выполнил свой первый полет.

Но еще раньше, 31 декабря 1968 г. в небо поднялся советский «ответ» европейскому «Согласию» – прототип знаменитого тупо- левского Ту-144. Проиграв в этой гонке европейским и советским коллегам, американцы со временем заморозили свой проект, и, несмотря на огромные финансовые издержки, Boeing 2707 так и остался только на бумаге.

В СССР работы по СПС начались в конце 50-х. В основном это были проекты пассажирских вариантов сверхзвуковых бомбардировщиков ОКБ А.Н. Туполева и В.М. Мясищева. Но в марте 1960 г. со своим проектом СПС Ил-66 вышел в Совет Министров С.В. Ильюшин. Спустя год ильюшинцы начали работы по 40-60-местному сверхзвуковому лайнеру Ил-72. И все же предпочтение было отдано туполевской фирме: 16 сентября 1962 г., почти за месяц до создания англо-французского альянса, председатель Госкомитета СССР по авиационной технике П.В.Дементьев издал приказ, поручавший разработку проекта СПС с двигателями НК-135 генеральному конструктору А.Н. Туполеву. А менее чем через год, 16 июля 1963-го, вышло постановление ЦК КПСС и СМ СССР «О создании в ОКБ А.Н. Туполева СПС Ту-144 с четырьмя реактивными двигателями и о постройке партии этих самолетов».

С той поры минуло уже более 40 лет. Потешили «национальную гордость», подсчитали убытки… Теперь сверхзвуковые пассажирские самолеты не возят пассажиров. Регулярные пассажирские перевозки на Ту-144, едва начавшись в ноябре 1977 г., прекратились спустя всего полгода, в мае 1978-го, после катастрофы опытного Ту-144Д (всего за это время было выполнено 55 пассажирских рейсов, перевезено 3284 пассажира). В 2003 г. завершилась продолжавшаяся в течение 28 лет, с января 1976 г., эксплуатация «Конкордов».

Рисунок проектируемого САС «Аэрион»

Вслед за программами «Конкорд», Ту-144 и неудавшимся Boeing 2707 была еще и «вторая волна» – попытка создать так называемый СПС-2 – сверхзвуковой авиалайнер второго поколения. Инициировали этот процесс американцы, никак не желавшие смириться с поражением в первом раунде. Уже в 1972 г. президент Никсон поручил NASA провести исследования по программе СПС второго поколения. Такие программы (Advanced Supersonic Technology, Supersonic Cruise Aircraft Research и Supersonic Cruise Research) американцы проводили более 10 лет, ежегодно расходуя от 8 до 12 млн долл. Дополнительно финансировались исследования в области силовых установок, в частности по двигателю изменяемого цикла. В 1976 г. NASA оценило предполагаемый мировой рынок СПС-2 в 300 самолетов. Половину этого количества должны были приобрести авиакомпании США – для того, чтобы повернуть в свою пользу ситуацию на рынке тихоокеанских перевозок.

Для изучения возможности реализации программы СПС-2 был создан международный альянс, в который вошли фирмы «Боинг» (США), ВАе (Великобритания), DASA (Германия), «Аэроспасьяль» (Франция), «Алениа» (Италия), а также российские и японские компании. В 1990 г. NASA запустило две программы исследований. Шестилетняя программа №1 стоимостью 450 млн долл. имела целью оценить приемлемость эксплуатации СПС-2 с точки зрения воздействия на окружающую среду, а восьмилетняя программа №2 стоимостью 1,5 млрд. долл., стартовавшая в 1993 г., была нацелена на поиск решения критических проблем создания СПС-2 в области аэродинамики, силовых установок и технологии. Аналогичные работы велись и в Европе. Всплеск интереса к сверхзвуковым пассажирским лайнерам оказался столь велик, что в 1994-1995 гг. почти половина аэрокосмического бюджета Японии ушла на исследования СПС-2. В России над СПС-2 работал АНТК им. А.Н. Туполева (ныне – ОАО «Туполев»), разработавший в 1993 г. ряд проектов под общим названием Ту-244. Кроме того, в рамках работ по СПС-2 был расконсервирован и переоборудован в летающую лабораторию Ту-144ЛЛ «Москва» серийный самолет Ту-144Д №08-2 (RA-77114), выполнивший в 1996-1998 гг. несколько десятков испытательных полетов, финансируемых, в основном, американской стороной.

В январе 1999 г. в Сиэтле прошла «завершающая» встреча участников альянса. По оценке американских экспертов, разработанные на тот момент технологии, материалы и технические решения пока не позволяют создать СПС-2, который мог бы с точки зрения стоимости, массы и воздействия на окружающую среду обеспечить программе реальные жизненные перспективы.

Проблему звукового удара решить не удалось. Исследования корпорации «Локхид Мартин» (Lockheed Martin) показали, что избыточное давление у поверхности земли при прохождении звукового барьера очень сильно зависит от длины самолета. Это вселяло надежду, что небольшие СПС все же будут жизнеспособны. Более того, специалисты экспертной компании «Тил Груп» (Teal Group) оценили объем рынка таких самолетов в 200-420 машин на протяжении 20 лет. В итоге вскоре СПС небольшой размерности занялось сразу несколько компании из США и Европы.

Свидетельством возросшего интереса к сверхзвуковым «бизнесджетам» (Supersonic Business Jet, SSBJ) стала прошедшая в октябре 2004 г. в Лас-Вегасе ежегодная конференция Национальной ассоциации деловой авиации США (NBAA). На ней, в частности, были представлены два новых проекта таких сверхзвуковых административных самолетов (САС). Оба рассчитаны на перевозку 8-12 пассажиров на дальность 7400 км. Схожа и цена машин – около 80 млн долл. за серийный экземпляр. Проекты имеют и еще одну общую черту – для того чтобы стать реальностью, оба нуждаются в поддержке по крайней мере одной из ведущих авиастроительных компаний. В остальном концепции двух САС, представленных на конференции NBAA, совершенно различны.

В проекте, представленном компанией «Аэрион» (Aerion Corp.), сочетаются существующая технология и уникальная ламинарная аэродинамика. Эту разработку инвестирует американский миллиардер Роберт Басс (Robert Bass), а руководит проектом бывший глава компании «Лирджет» (Learjet) Брайан Барентц (Brian Barents). В качестве силовой установки предполагается использовать два существующих ТРДД, например JT8D-219 фирмы «Пратт-Уитни» (Pratt amp; Whitney). Аэродинамическая компоновка машины выполнена по нормальной схеме с нестреловидным крылом и Т-образным оперением. Во многом она напоминает компоновку истребителя F-104 фирмы «Локхид». Проблему «звукового удара» фирма «Аэрион» решила очень просто – ограничила скорость полета самолета над сушей трансзвуком. Этим, вероятно, и вызвано применение нестреловидного крыла, которое эффективно работает и на сверхзвуковых и на околозвуковых скоростях. При этом полет над океаном должен происходить на крейсерской скорости, соответствующей числу М=1,6. Тем не менее, сила звукового удара у нового САС должна получиться вдвое меньше, чем у «Конкорда», и составить 5,86 кгс/м 2 при числе М=1,6. Дальность полета, даже при скоростях, соответствующих числам М=0,95-1,1, составляет 7400 км.

Проект «Аэриона» прошел первую фазу продувок моделей в аэродинамических трубах в июне 2004 г. Во второй половине текущего года планируется приступить ко второй фазе исследований. Стоимость разработки оценивается в 1,2-1,4 млрд. долл. В эксплуатацию машину планируется передать в 2011 г.

Второй проект САС представлялся на конференции компанией «Суперсоник Аэроспейс Интернешнл» (Supersonic Aerospace International, SAI), руководимой Майклом Полсоном (Michael Paulson). Она разработала проект низкошумного сверхзвукового самолета QSST (Quiet Small Supersonic Transport), способного летать на сверхзвуковой скорости и над океаном, и над сушей. Сила звукового удара у него должна составить всего 1,46-2,44 кг/м 2 . Для минимизации звукового удара на крейсерской скорости, соответствующей числу М=1,6-1,8 пришлось разработать новую аэродинамическую компоновку планера, что, естественно, вызвало рост взлетной массы. Поэтому QSST на 30 т тяжелее самолета компании «Аэрион». Кроме того, для QSST потребуется создание новых двигателей. Стоимость разработки проекта QSST оценивается в 2,5-3 млрд. долл. Первый полет опытной машины может состояться в 2010-2011 п., а еще через год самолет сможет поступить в эксплуатацию.

Аэродинамическая компоновка QSST достаточно оригинальна. Самолет выполнен по схеме «утка», треугольное крыло имеет так называемые «обратные подкосы» для уменьшения массы конструкции. Основной материал конструкции – алюминиевые сплавы. Тем не менее, несмотря на существенное снижение силы звукового удара, вполне возможно, что над территорией США самолет все же будет летать на дозвуковой скорости. Дальность полета при этом (М=0,95-0,98) составит 7000 км.

Маркетинговые исследования показали, что потенциальный объем рынка САС компании «Аэрион» может составить 250-300 самолетов в течение 10 лет. SAI рассчитывает продать 300-400 своих машин, но при этом учитывает также самолеты, приспособленные для нужд правительства и самолеты «специального назначения». Этот объем может сократиться до 250-300 машин, если не удастся добиться разрешения на сверхзвуковые полеты над территорией зарубежных стран.

Модель самолета С-21 компании «Сухой»

Проект QSST компании SAI

Стоит заметить, что реальный интерес к сверхзвуковым административным самолетам появился задолго до прошлогодней конференции NBAA. Еще 18 июня 1989 г. на авиационном салоне в Ле-Бурже американская фирма «Гольфстрим» (Gulfstream) и российское ОКБ им. П.О. Сухого подписали соглашение о совместной разработке, производстве и сбыте сверхзвукового служебного самолета, способного перевозить 10 пассажиров на расстояние 9200 км со скоростью, вдвое превышающей звуковую. Спустя три месяца началась работа по проекту С-21 (Gulfstream-IV-Su). Предполагалось, что основные расходы по разработке самолета лягут на плечи российской стороны, а американцы возьмут на себя оснащение его необходимым оборудованием и услуги по маркетингу и продвижению на рынок. С-21 планировалось оснастить тремя двигателями АЛ-363, которые предполагалось создать на базе ТРДДФ АЛ-31Ф истребителя Су-27, а позднее – тремя Д-21А1.

Примерно в это же время ОКБ им. П.О. Сухого совместно с ЦАГИ приступило к исследованию возможности создания межконтинентального сверхзвукового делового самолета (МСДС) с дальностью полета 8000 км. Такой самолет должен был осуществлять беспосадочные полеты на главных трансатлантических и тихоокеанских маршрутах: Нью-Йорк-Москва, Лондон-Вашингтон, Токио-Сиэтл и т.д. С одной промежуточной посадкой МСДС мог соединить практически любые столицы мира, обеспечивая даже при одночасовой промежуточной остановке существенную экономию времени, по сравнению с дозвуковыми «бизнесджетами». Предусматривался также «экономический вариант» самолета на 30 пассажиров, что теоретически позволило бы существенно расширить возможности применения МСДС, а следовательно и рынок его сбыта. Проект фирмы «Сухой» по этой программе получил обозначение С-51. Он имел уже четыре двигателя, и был рассчитан на доставку 8-27 пассажиров на дальность до 9200 км.

Стоит упомянуть, что работы «Сухого» по САС стали не первыми в стране. Еще в 60-е гг прошлого столетия ОКБ А.И. Микояна (ныне РСК «МиГ»), прорабатывало проект САС на базе перехватчика МиГ-25. Позднее, в 80-е гг, микояновцы сделали еще одну попытку выйти на рынок сверхзвуковой административной авиации, предложив гражданский вариант разрабатывавшегося проекта перехватчика «701» и САС «210». Все эти работы, однако, не вышли из самой предварительной стадии.

Отказалась от дальнейшего участия в проекте С-21 и компания «Гольфстрим». Тем не менее, тема SSBJ в «ОКБ Сухого» не была забыта (именно такое название получила недавно программа САС на «Сухом»). За прошедшие несколько лет первоначальный проект С-21 претерпел значительные изменения. Вначале он плавно перешел в проект С-11, а сейчас в ОКБ работают по новому проекту С-16, который планируется оснастить крылом изменяемой геометрии и двумя двигателями АЛ-32 (развитие АЛ-31Ф с использованием технологий перспективного АЛ-41Ф1). В одном из ближайших номеров «Взлёт» планирует подробно рассказать об этом интересном проекте.

Во время авиасалона МАКС-2003 стало известно, что к тематике сверхзвуковых «бизнесджетов» решило обратиться и единственное в России авиационное ОКБ, имеющее практический опыт создания и эксплуатации СПС – фирма «Туполев». Соответствующий проект получил название Ту-444.

Самолет предполагается строить по статически неустойчивой схеме «бесхвостка» с низкорасположенным крылом, оснащенным развитыми корневыми наплывами. Вертикальное оперение однокилевое, цельноповоротное. Система управления многоканальная, электродистанционная. Крыло оснащено адаптивными носками по всей передней кромке и зависающими элевонами. Оно характеризуется сложной деформацией срединной поверхности, переменной геометрической и аэродинамической круткой.

Многие агрегаты в той или иной степени уже отработаны на предыдущих самолетах ОАО «Туполев». Так например сверхзвуковые регулируемые воздухозаборники с вертикальным клином позаимствованы с самолета Ту-160, только размеры их меньше. Возможно, появится и передний убираемый многощелевой дестабилизатор – такой же, как на самолетах Ту-144Д.

На серийных машинах предполагается установить двигатели АЛ-32М разработки НПО «Сатурн». Они создаются на базе серийного АЛ-31Ф и перспективного АЛ-41Ф1. Двигатели вынесены из-под кессона крыла и слегка повернуты, что снизит уровень бокового шума на разбеге.

В герметичной носовой части фюзеляжа расположены кабина экипажа, отсеки оборудования, входной тамбур, гардероб, пассажирский салон, кухня и туалет. Для входа в самолет имеется встроенный трап. Обзор из кабины экипажа на взлете и посадке будет обеспечиваться благодаря наличию отклоняющегося носка, аналогичного применявшемуся на Ту-144. Средняя часть фюзеляжа, как и корневая часть крыла, занята топливными баками. В хвостовой части расположены ВСУ и агрегаты электро- и гидросистем. Пилотажно-навигацион- ное оборудование выполняется по принципу открытой архитектуры.

Создание самолета подобного класса сопряжено с решением ряда достаточно сложных задач. Здесь и выработка оптимальных программ взлета и посадки, и оптимизация скоростей и высот полета с целью минимизации уровня звукового удара. Ряд этих проблем предполагается решить путем постройки самолета-демонстратора. При этом демонстратору отводится заметная роль не только в решении технических задач, но и в отработке технологии оптимального взаимодействия участников проекта. На самолете-демонстраторе предполагается использовать серийные двигатели АЛ-31Ф с форсажными камерами. Естественно, для снижения затрат допустимы некоторые упрощения конструкции планера и состава оборудования.

В этом году можно отпраздновать пятидесятилетие начала работ по сверхзвуковым пассажирским самолетам. Безусловно, потребность в таких машинах определяет потребитель. В 70-х гг. это были авиакомпании (правда не последнюю роль играла и «национальная гордость»), теперь же возможность появления в небе гражданских сверхзвуковых самолетов будут определять бизнесмены и политики. Так сказать, сверхзвук не для всех.

Проект САС Ту-444