Туполев Ту-144 — советский сверхзвуковой пассажирский самолет, разработанный в 1960-х годах для регулярных трансконтинентальных перевозок со скоростью, превышающей два Маха. Проект стал результатом жесткой технологической гонки за создание первой в мире серийной сверхзвуковой пассажирской машины, потребовавшей от конструкторов пересмотра базовых принципов аэродинамики, термодинамики и компоновки планера. Ниже мы рассмотрим серийную версию самолета(Ту-144С), при этом отметим, что она является не единственной.
История создания
Программа создания Ту-144 стартовала в ОКБ А. Н. Туполева в соответствии с постановлением Совета Министров СССР от 16 июля 1963 года. Главной целью было опередить англо-французский консорциум Concorde и занять лидерство в сегменте высокоскоростного гражданского транспорта. Первый полет прототип совершил 31 декабря 1968 года, опередив западного конкурента на два месяца. Программа развивалась в условиях отсутствия готовой научно-технической базы для длительных сверхзвуковых полетов: материаловедам пришлось создавать новые алюминиевые и титановые сплавы для противодействия кинетическому нагреву планера, а двигателистам — проектировать силовые установки, способные работать в диапазоне скоростей до M=2.35.
Внешний вид и аэродинамика
Аэродинамический облик Ту-144 подчинен крейсерскому режиму полета на числе Маха 2.15-2.35. Самолет спроектирован по схеме «бесхвостки» с тонким треугольным крылом оживальной формы со сложной пространственной круткой передней кромки. Отказ от классического горизонтального оперения позволил исключить до 20% вредного волнового сопротивления на сверхзвуке.
Главным следствием такой аэродинамики стала проблема продольной балансировки на малых скоростях. Из-за отсутствия стабилизатора и особенности дельта-крыла посадочная скорость машины достигала 290-300 км/ч. Для смещения аэродинамического фокуса вперед и увеличения подъемной силы на взлете и посадке инженеры внедрили в конструкцию серийных машин выдвижное переднее горизонтальное оперение (ПГО) — так называемые «усики». На крейсерском сверхзвуковом режиме ПГО полностью убиралось в фюзеляж, сливаясь с обводами.
Четыре двухконтурных турбореактивных двигателя с форсажем (ТРДДФ) НК-144А были смонтированы в едином пакете под центропланом. Такое плотное размещение минимизировало интерференционное сопротивление и оптимизировало торможение сверхзвукового потока в системе регулируемых воздухозаборников, но создавало экстремальную плотность коммуникаций и жесткую тепловую нагрузку на силовой набор.
Салон и удобство пассажиров
Эргономика пассажирского салона Ту-144 определялась физикой полета на высоте до 20 километров с крейсерской скоростью более 2 000 км/ч. Внутренний диаметр круглого фюзеляжа составлял около 3,3 метра. За счет чуть большего сечения по сравнению с западным конкурентом советским инженерам удалось реализовать компоновку кресел по схеме «2+3» (два кресла по левому борту, три — по правому). Серийные машины Ту-144С компоновались на 120-140 мест.
Шаг кресел в экономическом классе составлял 74-76 см, что было обусловлено жесткими весовыми рамками и необходимостью удержания центровки в допустимых пределах при полете. Главным фактором среды на борту был непрекращающийся экстремальный шум. Из-за работы четырех двигателей НК-144А на форсажных режимах и колоссального расхода воздуха через систему кондиционирования (которая охлаждала планер от нагрева на сверхзвуке) уровень звукового давления в салоне составлял 90-95 децибел. Голосовое общение на эшелоне было невозможным, пассажиры общались записками. Наименее шушной зоной являлась носовая часть салона.
Технические характеристики Ту-144С
Параметры верифицированы по официальным эксплуатационным регламентам серийных машин с двигателями НК-144А:
- Класс: Сверхзвуковой пассажирский лайнер.
- Максимальная скорость: 2 400 км/ч (M=2.27)- штатный технологический максимум для серийной машины с двигателями НК-144А.
- Практический потолок: 20 000 м.
- Максимальная взлетная масса (MTOW): 195 000 кг.
- Силовая установка: 4 × ТРДДФ НК-144А.
- Суммарная тяга на форсаже: до 80 000 кгс.
- Практическая дальность (с коммерческой нагрузкой): 3 080 — 3 500 км.
Инженерный вывод по ТТХ: Высокая энерговооруженность обеспечивала уверенный выход на сверхзвуковой эшелон, но выбор в пользу двигателей НК-144А с высоким удельным расходом топлива на форсаже жестко ограничивал дальность полета первых серийных машин, исключая рентабельные трансконтинентальные перелеты без промежуточных посадок.
Проблемы модели
Эксплуатация Ту-144 требовала от летного состава прецизионного управления сложнейшими системами. Главной технической угрозой силовой установке был помпаж — срыв газодинамического потока в компрессоре двигателей НК-144А при нарушении баланса в сверхзвуковых воздухозаборниках. Рассинхронизация тяги моторов на числе Маха 2.15 вызывала резкие динамические забросы по крену и тангажу, требующие немедленного вмешательства автоматики и экипажа.
Посадка машины с низкорасположенным треугольным крылом выполнялась на скоростях 290-300 км/ч. Из-за отсутствия механического реверса тяги на серийных двигателях НК-144А для торможения тяжелого планера на полосе применялся мощный тормозной парашют, выпускаемый из хвостового отсека при касании.
Противоречие, ведущее к закату
Программа столкнулась с комплексом неразрешимых технико-экономических противоречий. Двигатели НК-144А обладали недостаточной топливной эффективностью на сверхзвуке, из-за чего дальность Ту-144С оставалась недостаточной для регулярной коммерческой эксплуатации на протяженных линиях. Появление экономичных двигателей РД-36-51А на модификации Ту-144Д решило проблему дальности, но общая экономическая модель программы к тому моменту исчерпала себя. Высокая стоимость летного часа, трудоемкое регламентное обслуживание после каждого рейса и запрет на сверхзвуковые полеты над сушей из-за ударной волны сделали пассажирскую эксплуатацию убыточной. Регулярные рейсы Аэрофлота на Ту-144 были прекращены в мае 1978 года.
Место в истории
Туполев Ту-144 остался в истории как первый в мире коммерческий сверхзвуковой пассажирский лайнер, опередивший время и доказавший реализуемость трансконтинентальных полетов на удвоенной скорости звука. Машина стала важнейшим этапом развития отечественного самолетостроения, заложившим базу для фундаментальных исследований в области высокоскоростной аэродинамики.