В ожидании оттепели: чем занять авиапром по окончании новой холодной войны
Отношения Москвы с Западом имеют цикличный характер, мы уже видели многочисленные спады и подъемы. После нынешнего периода охлаждения обязательно наступит оттепель, и с новой силой станет вопрос: как поступить с остатками отечественного авиапрома, чтобы использовать его потенциал в созидательном ключе, на благо всего человечества? Одним из интересных направлений может стать программа сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения (supersonic transport, SST).
Во-первых, реализация подобного проекта позволит надолго загрузить отечественные научно-исследовательские организации, конструкторские бюро и авиастроительные заводы интересной в интеллектуальном, технологическом и производственном плане работой, а значит, развивать наши компетенции в области конструирования и производства летательных аппаратов.
Во-вторых, SST не составит прямой конкуренции продукции Airbus и Boeing в виде дозвуковых магистральных авиалайнеров, а дополнит ее, что позволяет говорить о некоем «комплиментарном проекте». Гиганты мирового самолетостроения вместе в прошлом году поставили 1481 самолет и набрали заказов от авиакомпаний и лизинговых фирм, загружающие их производство на семь-десять лет вперед.
Исходя из темпов производства и платежеспособного спроса, у дуополии нет оснований опасаться, что сверхзвуковой самолет второго поколения с его темпом выпуска (в самом лучшем случае десяток-второй ежегодно) вытеснит их дозвуковые машины с воздушных трасс. Между тем его создание стимулирует технологический прорыв в самолетостроении и способствует развитию системы воздушного транспорта за счет предложения дополнительных услуг их потребителям: пассажирам, корпоративным клиентам, бизнесу, государственным органам и т. п.
Отвечая на критику
Представляется, что именно с высоты такого понимания следует подходить к идее о создании гражданской версии стратегического бомбардировщика Ту-160, которую выдвинул президент Владимир Путин 25 января 2018 года во время посещения Казанского авиазавода. Фактически лидер страны выступил с инициативой по дальнейшему развитию авиапрома при мощной государственной поддержке. Именно так, ведь использование высоких военных технологий, полученных в ходе реализации программы Ту-160, на гражданском поприще невозможно ввиду режима секретности, снять который может лишь верховный главнокомандующий своими приказами и распоряжениями.
Первоначальные отклики на идею Путина в прессе носили преимущественно негативный характер с запредельно низким уровнем аргументации. Возьмем хотя бы ссылки на якобы неудачную программу Concorde. Между тем внимательное изучение данной темы дает убедительные аргументы в споре со скептиками и критиками проекта «гражданского Ту-160», поскольку все основные вопросы, которые такие люди ставят, имеют исторические ответы не в их пользу.
Главные моменты: сертификация Concorde велась по специально составленным нормам летной годности TSS, а не по правилам для дозвуковых авиалайнеров. Двигатели Olympus не были специально спроектированы для гражданского самолета, а взяты с экспериментального разведчика-бомбардировщика TSR.2 и после доработки под новое применение хорошо показали себя в эксплуатации. Самолет уложился в нормы шума, действующие в аэропорту JFK, показав значения ниже (105 PnDb), чем у дозвуковых Boeing (112). Полеты над морем и сушей не вызвали катастрофических последствий для природы. Билеты продавались дорого, по цене $10 000, но средняя загрузка рейсов на Нью-Йорк держалась в пределах 80%. Выпуск прекратили не из-за отсутствия интереса авиакомпаний и пассажиров, а из-за противодействия противников проекта в США, которые сумели организовать ситуацию, при которой авиакомпании, включая американские, отказались от ранее размещенных предварительных и твердых заказов.
Критики проекта «гражданской версии» утверждают, что, мол, «нет подходящего двигателя», так как «им никто не занимался». Дело обстоит «с точностью наоборот». Специально для Ту-144 был разработан мотор НК-144. Когда программа самолета была остановлена, двигатель получил дальнейшее развитие в лице силовых агрегатов для бомбардировщиков Ту-22М (НК-144-22, НК-22, НК-23), Ту-22М3 (НК-25) и затем Ту-160 (НК-32) и Ту-160М2 (НК-32-02). Степень повышения давления удвоилась, а температура газов увеличилась более чем на 20%. Словом, самарская школа авиационного моторостроения в период с 1963 года по настоящее время произвела несколько поколений маршевых силовых установок для сверхзвуковых летательных аппаратов тяжелого класса.
В комплектации с моторами НК-321 (вариант НК-32 с Ту-160, выпускается с 1983 года) в период с 1996 по 1998 год выполнил несколько десятков полетов уникальный самолет — летающая лаборатория Ту-144ЛЛ. Двигатель — многорежимный, двухконтурный, турбовентиляторный с автомодельным соплом и цифровой электронной системой управления и защиты при помпаже. Летающая лаборатория была задействована в рамках совместной программы с NASA по накоплению данных и созданию научно-практического задела в интересах программ HSCT (High-Speed Commercial Transport) и сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения Ту-244.
Помимо «самарской линии», для перспективного «суперсоника» подойдут Д-21А1 АО «Авиадвигатель» и ВК-21 АМНТК «Союз». Пермское предложение представляет бесфорсажный вариант Д-30Ф6 с тяжелого перехватчика МиГ-31. Базовый мотор выпускался с 1979 года и отличался высокой для своего времени максимальной температурой газов на входе в турбину (1660 К). Двигатель имеет КВД с пятью ступенями и КНД с десятью, двухступенчатые ТНД и ТВД, степень двухконтурности — 0,57. Он вошел в историю как первый в мире с электронно-цифровой системой регулирования (РЭД-48). Известны следующие проектные параметры Д-21А1: масса 2100 кг, длина 4624 мм, диаметр 1 метр, тяга на взлете 5380 кгс, тяга и удельный расход на режиме Н=11 км, М=0,8 составляют 1059 кгс и 0,95 кг/кгс*ч соответственно.
Про московский мотор в 1999 году говорилось, что он «имеет общую турбокомпрессорную часть с Р-79», разработанного в вариантах для палубного самолета Як-141 (летные испытания прошли в 1987–1992 годах). Сообщалось, что «Р-79 и ВК-21 прошли стендовые испытания». АМНТК «Союз» на выставках «Двигатели» в 1998–2001 годах заявлял о возобновлении работ по Р-179 (развитие Р-79) и его гражданскому варианту без форсажной камеры Р-134-300. Он представляет собой двухконтурный двухвальный двигатель модульной схемы со смешением потоков. Р-134-300 продвигался как «наилучшим образом по совокупности качеств подходящий для сверхзвукового административного самолета большой дальности типа С-21». Возможность постройки мотора была рассмотрена совместно со специалистами ОКБ им. П.О. Сухого, ЦИАМ, а также SNECMA и Lockheed Martin; с положительными заключениями.
Назывались следующие параметры Р-134-300 (в скобках — для НК-32 бомбардировщика Ту-160): число ступеней компрессора 11 (15), турбины — две (четыре), масса 2350 кг (3650 кг), длина 4,64 м (7,45 м), ширина 1,25 м (диаметр 1,7 м), степень двухконтурности 0,81 (1,36), расход воздуха 180 кг/с (н/д), температура газов перед турбиной 1600 К (1630 К), степень повышения давления 22,4 (28,2), удельный расход топлива на крейсерском режиме (М=2) 0,116 кг/Н*ч (1,7 кг/кг*ч).
Дав ответы на самые «убийственные», по мнению критиков путинской идеи, вопросы, автор тем не менее совершенно не склонен утверждать, что проект «суперсоника» следующего поколения является низко рискованным. Вопрос, на который стоит обратить особое внимание при проведении SWAT-анализа, — сможет ли отечественная наука и промышленность при известной поддержке государства решить все сопутствующие технологические вызовы, уложившись в разумную сумму расходов?
Работа для «суперсоника»
ОКБ им. А.Н. Туполева и П.О. Сухого накоплен значительный опыт работы на сверхзвуковой технике как военного, так и гражданского применения. Опираясь на достижения советской эпохи, российские ученые и авиаконструкторы продолжительное время ведут поисковые исследования по формированию облика сверхзвукового самолета делового класса (supersonic business jet, SSBJ). Начиная с конца восьмидесятых группа сотрудников «Сухого» непрерывно занималась этой темой, отслеживая последние события на Западе и проводя исследования вместе со специалистами СибНИА и ЦАГИ.
За прошедшее с тех пор время представление об облике SSBJ претерпело существенные изменения в направлении, как снизить влияние звуковой волны на окружающую среду. На основе последних достижений научно-технического прогресса выработаны аэродинамические компоновки (по форме планера) перспективных SSBJ, которые существенно отличаются от сверхзвуковых пассажирских самолетов первого поколения Ту-144 и Concorde, равно как и стратегических бомбардировщиков Ту-22М3 и Ту-160.
Посетители авиасалона МАКС 2015 и 2017 годов имели возможность познакомиться с последними наработками в данной области, посетив стенд ФГБУ «НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского». Среди прочих экспонатов там выставлялся «макет сверхзвукового делового самолета / сверхзвукового пассажирского самолета», сокращенно СДС/СПС, в английском варианте — Supersonic Business Jet / Supersonic Commercial Jet (SSBJ/SSCJ).
Макет дает представление о внешности машин следующего поколения, способных удовлетворить требования по шуму на местности, изложенные в главе 14 ИКАО (ICAO Chapter 14). В их аэродинамическом облике нашла отражение научная теория последнего времени — в пользу крыльев с большой поперечной V-образностью как одного из способов снижения уровня звукового удара. Разработка компоновки СДС/СПС ведется с участием ЦАГИ, ЦИАМ, ГСС, ОАО «Авиадвигатель» и ОКБ им. А. Люльки.
Самолет планируется как «двухрежимный», для крейсерского полета на высотах до 17–18 км при числах Маха полета M=0,8…0,9 и М=1,5…2,0 с обеспечением посадочной скорости менее 300 км/ч и потребной длиной взлетно-посадочной полосы менее двух с половиной километров. Расчетная дальность полета — до 7400…8600 км. Машине потребуются «перспективные высокопараметрические двухконтурные турбореактивные двигатели с регулируемым смесителем и трехконтурные двигатели изменяемого цикла».
Высказывается надежда, что уровень звукового удара «72 dBA or 78 dB SPL (sound pressure level)» окажется столь низкой, что для СДС/СПС станут возможны перелеты не только через океан, но и по специально выделенным коридорам над населенной сушей.
Ранее в научных изданиях, включая «ученые записки ЦАГИ», встречались статьи, освещающие результаты недавних исследований отечественных и зарубежных ученых. Отмечается, что научными обществами опубликованы оценочные значения параметров звуковой волны от сверхзвуковых самолетов, при которых воздействие на окружающую среду можно считать приемлемым. Для полетов над сушей без ограничений уровень громкости звукового удара не должен превышать 65 dBA, а над малонаселенной сушей (на достаточном удалении от населенных пунктов и в дневное время) — 72 dBA. Последние достижения научно-технического прогресса дают основу для создания перспективного самолета массой 50 т на соответствие первой цифре и 70 т с соблюдением второй. Для сравнения: максимальный взлетный вес сверхзвуковых гражданских самолетов первого поколения Concorde и Ту-144 составлял 185–210 т, а бомбардировщика Ту-160 — 275 т.
Как известно, любой летательный аппарат представляет компромиссное решение конструкторов. Уменьшение массогабаритных параметров самолета ведет к снижению интенсивности звукового удара, что хорошо с точки зрения воздействия на окружающую среду. Однако авиаконструкторы не всегда могут воспользоваться этим «ресурсом», поскольку воздушное судно должно иметь заданные (или выбранные) параметры вместимости (число пассажирских мест, полезную нагрузку) и высокий уровень комфорта в салоне (что особенно актуально для деловой авиации).
Завершая рассказ об отечественных разработках в области сверхзвуковой пассажирской авиатехники, выразим надежду, что девиз авиаторов «Летать дальше, выше, быстрее всех» не потерял актуальности. Огромные просторы нашей страны дают уникальную возможность по организации сверхзвукового воздушного сообщения на внутренних линиях. Например, между крупными городами в европейской части и на Дальнем Востоке: расстояние от Москвы до Владивостока по прямой 6400 км. Время от посадки в рейсовый самолет до высадки из него занимает до десяти часов. Сверхзвуковая машина сократит его вдвое.
Наиболее полное раскрытие технических возможностей сверхзвуковых авиалайнеров второго поколения, безусловно, требует межконтинентальных воздушных трасс и полеты над океаном, что подразумевает международное сотрудничество. Если на рынке появится надежный и комфортабельный самолет, соответствующий строгим экологическим требованиям, ему найдется работа на трассах через Атлантику и Тихий океан.