РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Сверхтяжелый грузовой самолет «Слон»: проект из России

Гражданская  авиация  ассоциируется у нас прежде всего с пассажирскими самолетами, туристическими поездками и командировками. Однако, когда в период пандемии пассажирские лайнеры стояли с зачехленными двигателями, а терминалы непривычно пустовали, между странами и континентами продолжалось перемещение по воздуху почтовых и других грузов. Грузовая авиация работала, спасая мировую экономику. И особую роль играли в этом транспортные самолеты самого тяжелого класса.

Есть ли такие в распоряжении России? И да, и нет. В наследство от Советского Союза нам достался самый грузоподъемный в мире серийный самолет Ан-124 «Руслан». Его базовая грузоподъемность – 120 т при дальности 4800 км, она может быть увеличена до 150 т при снижении дальности. Схожими параметрами обладает заокеанский визави «Руслана» – самолет Lockheed C-5 Galaxy. Общее у двух машин – они проектировались прежде всего для нужд военно-транспортной авиации, их основное предназначение – перевозка танков, орудий, легкой бронетехники и других подобных грузов, которые создают высокие нагрузки на пол кабины. Отсюда и особенности конструкции. А различие в том, что американский самолет используется исключительно для военных нужд, «Руслан» же, помимо службы в армии, находится в коммерческой эксплуатации в известной транспортной авиакомпании «Волга-Днепр». Но речь не идет о транспортировке обычных грузов, например почты. Гигант, созданный для перевозки в своем чреве военной техники, плохо подходит для контейнеров и паллет с гражданскими. К тому же самолеты ВТА (это касается и Galaxy) никогда не отличались оптимальными экономическими характеристиками – попросту говоря, они ужасно прожорливы в отношении топлива. Поэтому «Русланы» фрахтуются для перевозки уникальных и негабаритных грузов, например космических спутников. В этом случае стоимость перевозки даже в неэкономичном режиме ничтожно мала по сравнению со стоимостью всей программы.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Ан-124 «Руслан»
Anton Bannikov, Wikipedia
Ан-124

Тяжеловес

Главной рабочей лошадкой грузовой гражданской авиации были и остаются транспортные модификации пассажирского лайнера Boeing 747 (последняя версия Boeing 747-8F). Американский «фрайтер» может брать на борт до 140 т груза и перемещать его на расстояние до 8130 км. Разумеется, в отличие от военных тяжелых собратьев «боинг» характеризуется значительно большей экономичностью. Та же «Волга-Днепр», в лице авиакомпании AirBridgeCargo, эксплуатирует эти самолеты наряду с «Русланами». Что касается отечественного авиапрома, то ничего сравнимого с Boeing 747 ни в пассажирском, ни в грузовом вариантах в России пока не сделали. А делать что-то надо, ведь и «Русланы», летная годность которых постоянно продлевается, не вечны, а попытки возобновить их производство разбились о кризис в российско-украинских отношениях. Головным предприятием по постройке Ан-124 является, как известно, ГП «Антонов» в Киеве. Также на самолете установлены производившиеся на Украине двигатели Д-18Т. Их аналогов в России не существует.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Гражданские приоритеты

Обрисовав контекст, перенесемся в стены Центрального аэрогидродинамического института в подмосковном Жуковском. Здесь под гул трансзвуковой аэродинамической трубы Т-106, возможно, рождается то, что станет надеждой и перспективой российской тяжелой транспортной авиации. В нашем главном аэродинамическом мозговом центре реализуется комплексный научно-технический проект по изучению возможности создания сверхтяжелого грузового самолета под рабочим названием «Слон». Этот четырехмоторный гигант сможет в штатном режиме брать на борт до 150 т груза и перевозить его на расстояние до 7000 км, что лишь на 400 км меньше, чем дистанция от Калининграда до Владивостока и практически равно расстоянию от Москвы до Шанхая. Работы ведутся по контракту с Минпромторгом России.

«Слон»
В конструкции предполагается задействовать популярную сегодня концепцию «более электрического самолета». В частности, если у «Руслана» есть четыре резервирующие друг друга гидравлические системы, то на борту «Слона» останутся две, но их будут дополнительно резервировать электрические системы с электрическими приводами.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«После постепенного выбытия из эксплуатации Ан-124 "Руслан", – говорит младший научный сотрудник отделения аэродинамики самолетов и ракет ФГУП "ЦАГИ" Александр Крутов, – образуется ниша, которую может заполнить новый самолет, построенный на основе перспективных технологий, и это позволит значительно улучшить эксплуатационные параметры машины. При этом мы считаем, что основным заказчиком нового самолета должны стать гражданские грузовые компании, и проектируем "Слон" исходя из этого. Также не исключается двойное назначение: военные смогут перевозить на самолете свои грузы, однако создавать специальную сверхтяжелую машину исключительно для нужд ВТА нерационально. Причина в том, что военным таких самолетов много не требуется: в настоящее время ВКС эксплуатирует всего около дюжины "Русланов". Реализовывать сложный дорогостоящий проект в расчете на мелкую серию – это крайне расточительно. С другой стороны, работающие в гражданской сфере "Слоны" всегда смогут исполнять роль мобилизационного резерва для Вооруженных Сил России».

На своих моторах

Как рассказали нам в ЦАГИ, проект стартовал в 2013 году, когда компания «Волга-Днепр» выразила желание получить отечественный самолет с грузоподъемностью до 100 т и с кабиной, адаптированной для перевозки коммерческих грузов. Желательно двухдвигательный. Фактически речь шла о машине, близкой по параметрам к американскому «фрайтеру» на базе Boeing 777. Любовь авиаперевозчиков к двухдвигательным машинам хорошо объяснима. Две силовые установки вместо четырех – это экономия топлива, но главное – сокращение расходов на обслуживание. При выработке ресурса также потребуется заменять два, а не четыре двигателя.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Однако, если обратиться к отечественным реалиям, становится очевидным, что создать подобный самолет на российской производственной базе в обозримом будущем невозможно. Главная причина – отсутствие аналогов используемых в Boeing 777 силовых установок GE90-115 B, обеспечивающих тягу на взлете порядка 52  тс. У пермского КБ «ОДК-Авиадвигатель» есть планы создания подобного агрегата (ПД-50), но речь идет лишь об отдаленной и весьма туманной перспективе. С другой стороны, НИОКР по демонстратору «тридцатипятитонника» ПД-35 идут полным ходом, и на 2028 год назначено начало его серийного производства (вероятно, двигатель будет устанавливаться на российско-китайский CR929, а также на двухмоторную версию Ил-96). К слову, использование двух 50-тонных двигателей лимитировало бы грузоподъемность 100 т, так как по международным авиационным требованиям двухмоторный самолет должен обладать возможностью осуществить взлет при отказе одного из двигателей, а это накладывает ограничения на взлетную массу машины. Таким образом, выбор сделан – «Слон», если проекту будет дан зеленый свет, поднимется в небо на четырех российских двигателях ПД-35 и вместо 100 т будет брать на борт 150 т. Стоит напомнить, что тяга двигателя, использованного на «Руслане», составляет 23,5 тс, что значительно меньше, чем у ПД-35. Российские двигатели позволят «Слону» развивать крейсерскую скорость 850–870 км/ч. Это близко к скоростям современных пассажирских лайнеров, что позволит гиганту летать с ними в одних высотных эшелонах.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Инновационная классика

«Мы работаем над самолетом классической схемы, – говорит научный сотрудник отделения аэродинамики самолетов и ракет ФГУП "ЦАГИ" Евгений Пигусов, – хотя знаем, что и в мире, и в России есть концепты транспортников по схеме "летающее крыло". С необычными формами фюзеляжа экспериментируют давно, однако в реальности практическая польза от "летающих крыльев" получена лишь в военной области – это элемент технологии "стелс". С другой стороны, мы предполагаем использование некоторых прогрессивных технологий в авиастроении, в том числе последние достижения ЦАГИ в области аэродинамического проектирования крыла. Наверняка будут применены композитные материалы, особенно в конструкции крыла. Практика уже показала, что положительный эффект от использования композитов наиболее заметен на летательных аппаратах больших размерностей, а в нашем случае ради увеличения аэродинамического качества мы применяем значительное удлинение крыла и панели крыла большого размаха соответственно. Кстати, поскольку мы рассчитываем на активную эксплуатацию самолета в условиях гражданской аэродромной инфраструктуры, мы намерены спроектировать законцовки консолей складными, дабы машина могла удовлетворить требования аэропортов при рулении на ВПП».

Аэродинамическая труба
Т-106 — аэродинамическая труба замкнутого типа непрерывного действия предназначена для исследования аэродинамических характеристик моделей летательных аппаратов и их элементов на дозвуковых и трансзвуковых скоростях. Мощность компрессора – 32 МВт.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Машина военных лет

Трансзвуковая труба Т-106 проектировалась еще до Великой Отечественной, а вступила в строй в 1942-м, когда исход битвы с врагом был еще неясен. С тех пор, претерпевая определенные модернизации, эта большая машина исправно служит настоящему и будущему авиапрома. Уменьшенная модель «Слона» подвешена в перевернутом положении на крестообразных лентах, уходящих куда-то за пределы рабочей части. Модель выполнена из металла – стали и алюминиевых сплавов, длина ее 1,63 м, размах крыла – 1,75 м, вес – 120 кг. А что за необходимость подвешивать модель вверх ногами? «Так исторически сложилось, – рассказывает Петр Савин, начальник аэродинамической трубы Т-106, – в дозвуковых трубах система измерений напоминала бытовой безмен. Модель подвешивалась к механизмам весов, растягивала подвеску собственным весом и при воздействии на нее набегающего потока и возникновении дополнительно к весу еще и подъемной силы суммарная нагрузка также была направлена вниз. Чтобы модель "взлетала" в направлении пола, ее и подвешивали в перевернутом виде. Такую же систему установили в 1942 году на новой трансзвуковой трубе, но вскоре стало ясно, что "безмен" не годится. При разгоне потока около единицы Маха на системе "модель -подвеска-весы" начинались пульсации нагрузки, ее трясло. Весы пришлось переделывать, введя охватывающую рабочую часть раму в виде полого куба, к которой жестко с помощью лент крепилась модель. Рама же соединялась с новыми многорычажными весами. При такой схеме модель вполне можно поставить и в полетное положение, но исторически сложилось, что модель продолжает "полеты" килем вниз».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Защита концепции

Испытуемая модель подобна перспективному самолету лишь геометрически. На ней есть аэродинамические рули, но нет механизации крыла, то есть на данном этапе в трубе имитируется лишь режим крейсерского полета, но не взлета и посадки, когда выдвигаются закрылки и предкрылки. Мотогондолы выполнены проточными: воздух свободно проходит сквозь полые цилиндры, а тяга силовых установок никак не имитируется.

«Проточная гондола в целом обеспечивает подобие обтекания по наружному контуру, – говорит Петр Савин, – и более-менее обеспечивает подобие по расходу воздуха. Для оценки уровня крейсерского качества этого более чем достаточно. Ведь сейчас наша цель – подтвердить жизнеспособность концепции, показать, что данная геометрия способна обеспечить аэродинамические характеристики, заявляемые проектантами. Но если "Слона" будут конструировать, причем с целью сделать его по-настоящему конкурентоспособным, понадобится построить еще 5–10 моделей для испытания в различных аэродинамических трубах. Для отработки взлета-посадки, входных-выходных устройств силовой установки, аварийного приводнения также потребуется так называемая штопорная модель».

«Слон»
«Слон» разрабатывается как совершенно новый транспортный самолет XXI века. Определенную преемственность с «Русланом» можно увидеть разве что в конструкции многоопорного шасси, которое, как предполагается, будет обладать изменяемым клиренсом.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В трубе установлен двухступенчатый компрессор, который гоняет воздух по замкнутому контуру. Самый распространенный вид эксперимента в трубе – весовой. Он предназначен для получения нагрузок на модель в набегающем с заданной скоростью потоке воздуха. Так определяют коэффициенты подъемной силы, лобового сопротивления, момента тангажа. Кроме того, исследуется эффективность рулевого управления, влияние угла установки стабилизатора и т. д., а также вклад каждого элемента модели – мотогондол, вертикального, горизонтального оперения, обтекателя шасси – в аэродинамические характеристики модели.

Незаменимая труба

Остается вопрос: так ли уж необходимо использование аэродинамических труб, построенных еще до эпохи реактивной авиации? Неужели обтекание воздухом модели нельзя смоделировать на компьютере? «Нет, на сегодняшний день полноценной замены аэродинамической трубе нет, – объясняет Петр Савин. – Компьютерная симуляция – это замена реального течения воздуха некой математической моделью. Однако все математические модели (как и трубы) имеют свои ограничения. В аэродинамике к таким ограничениям относится турбулентность – универсальной модели этого явления попросту не существует. Работы над ее созданием ведутся в мире уже несколько десятилетий, но то, что есть на сегодняшний день, не позволяет всерьез считать компьютерное моделирование инструментом, равным по точности и повторяемости испытаниям в аэродинамической трубе».

Что ждет «Слона» дальше? На сегодня пройден начальный этап аэродинамических исследований, определена структура системы управления самолетом, рассчитаны летно-технические характеристики. Свою задачу сотрудники ЦАГИ видят в том, чтобы, завершив научно-исследовательскую часть, передать проект промышленности для конструирования и постройки летных образцов. Но это станет возможным лишь после соответствующих решений правительства и открытия дальнейшего  финансирования. Только тогда мы сможем написать продолжение этой истории.

Кстати, у «Популярной механики» появился новый раздел «Блоги компаний». Если ваша организация хочет рассказать о том, чем занимается — напишите нам

Загрузка статьи...