Чем трансзвуковой аэродинамический комплекс Т-128 привлекает производителей самолетов и ракет со всего мира.
Главная труба ЦАГИ

Почти каждый аппарат, что создается в нашей стране, способный подняться в небо или даже выше, проходит через Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). На территории научно-испытательного комплекса в подмосковном Жуковском находится более 60 аэродинамических труб и газодинамических установок, многие из которых уникальны. В них можно смоделировать условия полета практически при любых условиях — как на малых, немногим быстрее обычного ветра, скоростях, так и на совершенно умопомрачительных, в 25 раз превышающих скорость звука в атмосфере.

Лицо Жуковского

Самое большое впечатление на неискушенных посетителей обычно производит установка Т-101 — самая большая дозвуковая аэродинамическая труба в Европе и вторая в мире по размерам рабочей части (той, где находятся объекты испытаний). Оно и понятно — монструозное сопло сечением 24 х 14 м, через которые два вентилятора общей мощностью 30 МВт прогоняют со скоростью до 52 м/с ревущий воздушный поток, мало кого оставят равнодушным. В «сто первой» испытывают не только модели, но и реальные самолеты и вертолеты — в ее рабочей части помещаются аппараты с длиной фюзеляжа до 30 м и размахом крыльев до 18.

Но специалисты обращают внимание не только на размеры. «Лицо института, да и всего города Жуковского — это трансзвуковая аэродинамическая труба Т-128», — считает заместитель начальника отделения аэродинамики силовых установок ЦАГИ, профессор, заведующий кафедрой факультета аэромеханики и летательной техники МФТИ Сергей Босняков. Пусть не такая большая, как «сто первая», эта установка может похвастаться не меньшим количеством рекордов в своем классе. И уж точно куда большей научной и практической значимостью. В свое время ее постройка вывела нашу страну на лидирующие позиции в авиакосмической индустрии, позволив кардинально — втрое, как оценивают специалисты — расширить фронт экспериментальных исследований в области аэродинамики.

Фото

На трансзвуке

«Наша Т-128 — крупнейшая в Восточном полушарии трансзвуковая аэродинамическая труба переменной плотности с компрессорным приводом», — с гордостью рассказывает начальник лаборатории отделения аэродинамики самолетов и ракет ЦАГИ Антон Горбушин. Столь громоздкое определение отражает, как много уникальных технических решений и инновационных подходов было заложено в установку при ее создании. Впервые о Т-128 задумались еще в 1950-х, но проекту долго не давали ход. В окружении тогдашнего первого секретаря Никиты Хрущева считали, что развивать авиацию необязательно, а главное — строить ракеты. Но пару десятилетий спустя стало понятно, что трубу все же необходимо строить, иначе отстанем от Америки с Европой. Первый пуск компрессорной установки — «сердца» Т-128 — состоялся в декабре 1982 года, а официальной датой рождения аэродинамической трубы считается 1983 год. «До настоящего времени еще не использованы все ее экспериментальные возможности, заложенные в проект», — говорит Горбушин.

Трансзвуковых установок — то есть таких, в которых создается воздушный поток с числами Маха в районе 0,8−1,2, что примерно соответствует сверхзвуковым скоростям до 1400 км/ч, — в мире всего 11 штук. Только две из них имеют рабочие части большего размера, чем Т-128 — это 16-футовая (4,88 х 4,88 м) труба в научно-исследовательском центре им. Арнольда (AEDC) и 11-футовая (3,35 х 3,35 м) центра имени Эймса в NASA. Но все они, включая вышеупомянутые, куда более старой постройки, примерно 1950−1960-х годов. Т-128, при сравнимой рабочей части размерами 2,75 х 2,75 м, куда более современная и технологически продвинутая. Кроме того, в 2008 году инженеры и разработчики ЦАГИ провели глубокую ревизию ее измерительного и технологического оборудования. Позднее были модернизированы системы охлаждения воздуха, смазки подшипников компрессора и главного привода, создана индивидуальная система осушки воздуха, заменен якорь одной из электрических машин.

2.jpg

В поворотном колене установлены профилированные лопатки, которые плавно перенаправляют поток и способствуют получению равномерного поля скоростей и давлений в рабочей части.

«Стоимость создания Т-128 в ценах 1983 года составила 120 млн руб., или примерно $200 млн. Согласно экспертным оценкам, на создание аналогичной установки в наши дни может потребоваться до $1 млрд, — разводит руками Антон Горбушин. — Даже для крупных стран это весьма существенные траты. Неудивительно, что к нам едут и китайцы, и индийцы, и бразильцы со своими аппаратами».

Специалистам ЦАГИ удалось добиться крайне высокого качества воздушного потока за счет равномерности, низкой турбулентности и возможности изменения скорости и плотности течения. Важный показатель совершенства аэродинамической установки — величина достигаемых на ней чисел Рейнольдса на метр. Этот параметр, определяющий переход от ламинарного к турбулентному режиму течения, необходимо обеспечивать в трубе для моделирования условий полета летательного аппарата. Чем он выше, тем более полное моделирование может обеспечить труба. В Т-128 достигаются высокие числа Рейнольдса, вплоть до 41 х 106, что выше, чем у конкурентов.

Продуть с умом

На самом деле называть Т-128 просто аэродинамической трубой даже как-то неудобно. Это чрезвычайно сложный объект. Он состоит из контура с объемом оболочки в 20 000 м3 и весом около 8000 т. Воздух подается в контур установки четырехступенчатым компрессором и главным приводом мощностью 100 МВт. Для сравнения — мощность первой очереди знаменитой Днепрогэс была всего лишь впятеро выше.

Впервые в мировой практике в аэродинамической трубе Т-128 была реализована схема четырехсторонней многосекционной регулируемой перфорации стенок рабочей части. Для обеспечения непрерывного перехода через скорость звука в ней используется дозвуковое сопло и рабочая часть с перфорированными или щелевыми стенками. Подбирая форму и размер перфорации, можно погасить отражение от стенок волн сжатия и разрежения, возникающих при обтекании модели. Программное управление перфорацией совместно с разработанными методиками проведения испытаний позволяют практически исключить влияние границ потока при взаимодействии с ними волн сжатия и разрежения, приблизив условия трубных испытаний к условиям полета в неограниченном пространстве. То есть в чистом небе.

Для работы используются четыре рабочие части (в проекте было пять, но одна еще в процессе создания), что обеспечивает проведение всех известных видов аэродинамических экспериментов и существенно сокращает затраты времени на замену моделей и подготовку экспериментов. Комплекс подготовки модели к испытаниям оснащен прецизионной измерительной системой с классом точности 0,003−0,03%.

3.jpg

АДТ-128 оборудована четырьмя сменными рабочими частями с различными типами подвесок. Одна часть имеет щелевые стенки, остальные три — стенки с многосекционной регулируемой перфорацией. Подбирая степень раскрытия перфорации, можно предотвратить отражение от стенок волн сжатия и разрежения, возникающих при обтекании исследуемого объекта на сверхзвуковых скоростях.

«На сегодня мы имеем наиболее широкие возможности при моделировании полета при высоких числах Рейнольдса, а также больших углах атаки и скольжения, — продолжает Горбушин. — Мы исследуем аэродинамические характеристики, особенности обтекания, распределение нагрузок на элементах модели, определяем возможную область флаттера вплоть до скоростей и углов атаки и скольжения, на которых самолет летать не будет».

В Т-128 проходили испытания моделей таких пассажирских самолетов, как МС-21, «Сухой» SuperJet SSJ100, Ту-334, Ту-204, Ил-96, а также военных Су-27, МиГ-29 и самолета пятого поколения Т-50. Среди зарубежных заказчиков практически все лидеры индустрии — Airbus, Boeing, Embraer, Японская авиастроительная корпорация, Китайский центр аэродинамических исследований, Индийское авиационное агентство и многие, многие другие.

Уникальные режимы Т-128 привлекают внимание и создателей ракетной техники. В том числе, конечно же, и боевой. «Но надо помнить, что наша установка — это прежде всего инструмент создания научно-технического задела, — замечает Горбушин. — За более чем 30-летний срок работы установки мы провели десятки тысяч испытаний, накопив огромную базу данных об аэродинамике самых разных объектов. Большое количество различных видов летательных аппаратов будущего, сегодня еще не существующих даже на бумаге, будут разрабатываться с учетом этого опыта». И можно не сомневаться — они не вылетят в трубу.

Статья «Главная труба ЦАГИ» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2017).