Особую роль в наращивании отечественного промышленно-экономического потенциала играет авиационная отрасль, решающая широкий спектр жизненно важных задач. И здесь на первый план выходит научный потенциал Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ; входит в НИЦ «Институт им. Н. Е. Жуковского»), где, как известно, получают путевку в небо все создаваемые в стране летательные аппараты. Сегодня внимание руководства, ученых и специалистов ЦАГИ сосредоточено как на флагманских проектах отрасли, так и на перспективных разработках в интересах самолето- и вертолетостроения, в том числе самых знаковых из них.
Фото: пресс-служба ЦАГИ
Флагманский, безопасный, свой
В числе флагманских проектов отечественной авиационной отрасли, над которыми работает ЦАГИ, выделяется МС-21 — среднемагистральный авиалайнер нового поколения, ориентированный на наиболее востребованный сегмент рынка пассажирских авиаперевозок в России. Самолет создается ПАО «Яковлев» на базе новейших разработок в области авиастроения.
Среди основных преимуществ МС-21 — высокое аэродинамическое совершенство за счет композитного крыла большого удлинения, отечественный двигатель нового поколения ПД-14, обеспечивающий пониженный удельный расход топлива, надежная цифровая система управления, самая большая в своем классе ширина пассажирского салона и прохода между креслами и многое другое. Заявленная максимальная крейсерская скорость воздушного судна — 0,82 Мах, дальность — до 5100 км. Планируется, что авиалайнер сможет вместить до 211 пассажиров.
ЦАГИ активно вовлечен в этот важнейший для национального авиастроения проект. Специалисты института принимали участие в проектировании самолета, в частности разработке компоновки крыла большого удлинения, современной взлетно-посадочной механизации и мотогондолы двигателя ПД-14. Знаковыми стали статические испытания МС-21, подтвердившие его прочностные характеристики. Особое внимание было уделено исследованиям кессона крыла, изготовленного из отечественных композитов. Изделие подвергли разрушающим нагрузкам, существенно превышающим реально возможные. Кроме того, часть конструкции нагревалась в специально созданных в лаборатории климатических условиях — это позволило изучить влияние температуры на прочностные характеристики. В результате удалось доказать безопасность и надежность основного силового элемента крыла в самых неблагоприятных условиях эксплуатации.
Прочнисты центра авиационной науки изучили и случай аварийной посадки МС-21: по нормативам Федеральных авиационных правил в этих условиях двигатель должен отделяться от самолета во избежание утечки и возгорания топлива. Приложив к агрегату 110% от максимальной расчетной нагрузки, ученые продемонстрировали безопасное отделение двигателя с частью пилона от конструкции крыла.
Также специалисты ЦАГИ провели эксперименты для отработки аварийной посадки авиалайнера на воду, изучили источники шума МС-21 — на местности, в салоне, кабине экипажа — и дали рекомендации по его снижению. Одними из ключевых стали расчетные и стендовые исследования по разработке алгоритмов комплексной системы управления, обеспечивающих высокий уровень безопасности полета.
По курсу — импортозамещение
Еще один флагманский проект в русле курса на импортозамещение — ближнемагистральный узкофюзеляжный пассажирский самолет SJ-100, создаваемый ПАО «Яковлев» (филиал «Региональные самолеты») на основе регионального авиалайнера SSJ-100.
Архитектурные решения борта практически не изменились, компоновка самолета осталась прежней: это двухдвигательный низкоплан со стреловидным крылом и однокилевым оперением. На замену импортному оборудованию встает российское, по результатам эксплуатации базовой версии улучшаются характеристики воздушного судна. Кабина экипажа модернизирована и содержит широкоформатные дисплеи, аналогичные применяемым в МС-21.
ЦАГИ выполняет ряд работ по данному проекту. Так, проведены цикл расчетов и модификация законцовки крыла для улучшения обтекания летательного аппарата на взлетно-посадочных режимах. Кроме того, в целях увеличения ресурса конструкции планера (в частности, узла крепления горизонтального оперения) в институте был реализован комплекс расчетно-экспериментальных исследований амплитудно-частотного спектра скорости потока. Среди других результатов — изучение аэродинамических характеристик крейсерской конфигурации самолета, определение оптимального положения и формы вихрегенераторов, которые устанавливаются на мотогондоле двигателей ПД-8.
Особо важным вопросом в условиях достижения импортонезависимости является разработка надежных отечественных двигателей. В ЦАГИ проведен комплекс исследований, цель которых ремоторизация и интеграция маршевой силовой установки (МСУ) с ПД-8 на импортозамещенных самолетах Superjet 100 (SJ-100). Среди конкретных достижений — завершение экспертизы проекта мотогондолы и воздухозаборника на соответствие техническому заданию, выполнение проверочных и оптимизационных расчетов аэродинамики МСУ с двигателем. В большой аэродинамической трубе института прошли испытания модели воздухозаборника и мотогондол ПД-8 в составе SJ-100. Результатом стали рекомендации по аэродинамической интеграции и газодинамической устойчивости МСУ в составе летательного аппарата, а также материалы к выдаче заключения по допуску МСУ с ПД-8 к первому вылету самолета.
Еще один масштабный фронт работ ЦАГИ — сертификационные ресурсные испытания SJ-100. В целях проведения исследований на усталостную прочность и эксплуатационную живучесть прошлым летом в институт был доставлен планер самолета. Пятилетняя программа испытаний охватит 100 тыс. лабораторных полетов.
Рабочие лошадки для регионов
Новый виток развития получает малая авиация, предназначенная для выполнения полетов по региональным авиалиниям. Это необходимо прежде всего для всестороннего развития обширных территорий нашей страны: районов Центральной России, Сибири, Дальнего Востока. Создание таких воздушных судов требует особого подхода.
Один из примеров — исследования ЦАГИ в интересах АО «Уральский завод гражданской авиации» (УЗГА). Как альтернатива Ан-24, Ан-26, Ан-26-100 и Як-40 для выполнения региональных авиаперевозок создается турбовинтовой региональный самолет ТВРС-44. «Ладога» имеет оптимальное сочетание характеристик коммерческой нагрузки, скорости и дальности полета, взлетно-посадочных характеристик, обеспечивая при этом строгое выполнение современных экологических требований, предлагая умеренные эксплуатационные расходы, высокий уровень комфорта для пассажиров и удобство для экипажа. Планируется, что воздушное судно сможет эксплуатироваться на неподготовленных грунтовых, травяных, снежных площадках и аэродромах с короткой взлетно-посадочной полосой, включая полеты при экстремально высоких и низких температурах.
Самолет «Ладога» спроектирован по традиционной схеме «высокоплан» с верхним расположением крыла, что обеспечивает надежную эксплуатацию с грунтовых взлетно-посадочных полос. В качестве силовой установки на авиалайнер планируется устанавливать два двигателя ТВ7-117СТ-02 мощностью по 2,6 тыс. л. с каждый. Максимальная взлетная масса ТВРС-44 составит 17,5 тыс. кг, рабочая высота полета — до 7,6 тыс. м. Потребная длина взлетно-посадочной полосы — 1,3 тыс. м.
Специалисты института по заказу АО УЗГА выполнили комплекс работ по ТВРС-44 «Ладога». В аэродинамической трубе малых скоростей они изучили аэродинамические характеристики модели самолета, влияние на них обтекателей шасси, вертикального и горизонтального оперения, рулей управления. Еще одним блоком задач стало исследование поведения авиалайнера в ситуации отказа одного из двигателей. На следующем этапе ученые ЦАГИ провели серию катапультных испытаний динамически подобной модели воздушного судна с целью подтверждения безопасности вынужденной посадки на воду. Кроме этого, было исследовано поведение «Ладоги» на больших углах атаки и в свободном штопоре. Все рекомендации центра авиационной науки будут учтены при разработке соответствующих эксплуатационных документов.
Объединяя науку и практику
Тесное взаимодействие исследовательских и промышленных организаций сегодня играет огромную роль. Такой подход позволяет синтезировать лучшие практики и подходы, что дает новые возможности стратегически значимым направлениям, в том числе авиации. Среди примеров успешной кооперации — открытие в Технопарке ЦАГИ научно-производственной лаборатории ПАО «Яковлев».
Основное направление деятельности нового резидента Технопарка ЦАГИ — техническое обслуживание и ремонт компонентов современных воздушных судов: SSJ-100, его модификации SJ-100, создаваемой по программе импортозамещения, а также новейшего лайнера МС-21. В частности, речь идет о работах с пилотажно-навигационным, радиосвязным, светотехническим оборудованием, системами индикации и регистраторами полетной информации, автопилотом и т. д. Кроме того, компетенции лаборатории охватят вопросы, связанные с электронными компонентами, применяемыми в системах управления самолетом, шасси, а также электроснабжении, кондиционировании и др.
Новая площадка разделена на зоны в соответствии с видами деятельности и типами обслуживаемых компонентов. Так, для осуществления стендовых проверок электронных компонентов систем летательного аппарата лаборатория оснащена наземной автоматизированной станцией контроля и диагностики отечественного производства. Это оборудование позволяет исследовать отказавшие блоки самолета с глубиной поиска до сменной сборочной единицы, например модуля или платы.
В отечественной практике подобные технологии осваиваются впервые: ранее такие работы проводились исключительно на зарубежных предприятиях. Это позволит укрепить импортонезависимость российской авиации и значительно расширить компетенции в эксплуатации современных самолетов.
Уверенно смотрим в будущее
Одной из важных задач ЦАГИ является разработка новых решений и концепций для создания воздушного транспорта будущего. Так, вот уже несколько лет в рамках контрактов с Министерством промышленности и торговли Российской Федерации в институте ведутся исследования по формированию облика дальнего магистрального самолета в схеме «летающее крыло». Основное преимущество такой компоновки — возможность получить высокое аэродинамическое качество и кардинально уменьшить шум на местности. В ней объединены функции крыла, оперения и фюзеляжа. Двигатели расположены над центропланом, благодаря чему происходит экранирование шума силовой установки планером. Предполагается, что пассажиров можно будет с комфортом разместить на двух палубах самолета.
ЦАГИ держит руку на пульсе и в работе над перспективными авиационными проектами, ориентированными на городскую среду. Один из них — демонстратор беспилотного летательного аппарата (БЛА) типа «конвертоплан» с винтокольцевыми движителями вентиляторного типа. БЛА нацелен на решение самых разных задач: от транспортировки грузов до измерительных функций и экологического мониторинга. Главной его особенностью является способность изменять аэродинамическую конфигурацию: осуществлять полет в «вертолетном», «самолетном», а также переходных режимах. Исследования по данному проекту проводились институтом в рамках научно-исследовательских работ Минпромторга России «Робот» и «Робот-2».
Особое внимание ученые центра авиационной науки уделяют сегменту транспортной авиации. В институте на протяжении ряда лет разрабатывается концепция перспективного тяжелого транспортного самолета с условным обозначением «Слон». Воздушное судно призвано обеспечивать нужды гражданских грузовых авиаперевозчиков: оно будет обладать экономикой транспортировки генеральных грузов, сравнимой с грузовыми модификациями пассажирских авиалайнеров. В то же время «Слон» сможет перевозить уникальные крупногабаритные грузы, заменив в данной роли устаревающие Ан-124.
Несколько слов хочется сказать и о концепции сверхзвукового гражданского самолета (СГС) с низким уровнем экологического воздействия. Комплексный научно-технологический проект «СГС» стартовал в этом году под управлением ФГБУ «НИЦ “Институт им. Н. Е. Жуковского”». Основные усилия ученые ЦАГИ направят на создание демонстратора комплекса технологий сверхзвукового гражданского самолета «Стриж», техническое предложение на который институт разработал в предыдущих государственных контрактах. Основная цель разработки демонстратора — подтвердить в натурных условиях эффективность и реализуемость комплекса технологий и технических решений для СГС нового поколения.
Среди других проектов на будущее — сверхкритические крылья и аэродинамические компоновки перспективных самолетов и вертолетов, методы вычислительной аэродинамики, повышение весового совершенства и увеличение ресурса за счет применения новых материалов и оптимизации конструктивно-силовых схем, принципиальные схемы, структура и алгоритмы управления самолетов и вертолетов нового поколения и многое другое. Таким образом, решая сегодня перспективные задачи в области авиационной науки, мы создаем фундамент для прорывных научных открытий, призванных обеспечить технологический суверенитет России.
