К ДВАДЦАТИЛЕТИЮ ПЕРВОГО ПОЛЕТА САМОЛЕТА ТУ-204

Владимир Ригмант

Начало работ по новому среднемагистральному пассажирскому самолету, который должен был в перспективе заменить на воздушных трассах Ту-154, можно отнести к середине 70-х годов XX века.

На начальном этапе работ перед руководством и всем коллективом ММЗ «Опыт» им. А.Н.Туполева (в настоящее время ОАО «Туполев»), а также другими предприятиями и организациями отечественного авиапрома и министерства гражданской авиации была поставлена задача на проведение широкомасштабных исследовательских работ по поиску оптимальных решений, которые должны были обеспечить создание нового пассажирского самолета.

В ходе изучения этой концепции в ОКБ в 1975 году был предложен проект среднемагистрального пассажирского аэробуса на 200-250 пассажиров, который стал стартовым проектом в программе создания самолета Ту-204.

Следующим этапом стали исследовательские работы по проектированию более широкого семейства самолетов Ту-204, охватывавшего пассажирские самолеты различного назначения от ближнемагистральных до дальнемагистральных, с различными типами силовых установок, различными компоновочными решениями, но имевших в своей конструктивной основе высокую степень межвидовой унификации конструктивных элементов.

К началу 1977 года в ОКБ были проработаны технические предложения по самолетам семейства Ту-204 и произведена оценка путей достижения высокой топливной эффективности для ближнемагистральных и среднемагистральных пассажирского самолета. Требуемую топливную эффективность 260-270 г/т-км для базового варианта при дальности полета 2000-3000 км предполагалось получить за счет мероприятий по улучшению аэродинамической компоновки элементов планера, характеристик силовой установки и использования новых материалов и конструктивных решений по планеру, самолетным системам и внедрению новейшего оборудования. Это, прежде всего, применение суперкритического крыла большого удлинения, что должно было обеспечить самолету на крейсерском режиме полета качество не менее 16, введение активной системы управления, использование ТРДД с большой степенью двухконтурности с удельными расходами на крейсерских режимах в пределах 0,5-0,6 кг/кгс. ч и т.д.

Постепенно к 1977-1978 гг. в ходе проведения работ по программе самолета Ту-204 сложились два основных направления проектирования в рамках создания среднемагистрального пассажирского самолета (от работ по ближнемагистральному самолету в рамках программы Ту-204 временно отказались): самолет в двухдвигательной и в трехдвигательной компоновке.

Во второй половине 70-х годов руководство страны поставило перед авиапромом задачу создать в обозримые сроки серию современных пассажирских самолетов, способных конкурировать с новейшими аналогичными западными пассажирскими машинами. ОКБ было предложено проработать на базе проведенных изысканий проект нового среднемагистрального пассажирского самолета для замены Ту-154. К работам были подключены НИИ МАП и МГА. В качестве силовой установки было решено сделать ставку на разработки новых двигателей ОКБ П.А.Соловьева (проект Д-90, взлетная тяга 12500 кгс, удельный расход топлива на крейсерском режиме – 0,61 кг/кгс. ч), кроме того рассматривался ряд перспективных ТРДД НК-46, НК-56, НК-64, предлагавшихся ОКБ Н.Д.Кузнецова.

На этом этапе был сделан выбор в пользу трехдвигательной схемы компоновки, поскольку и самолетчики, и двигателисты пришли к выводу, что на тот период реально можно было сделать надежный двигатель с высокими экономическими параметрами лишь в классе взлетных тяг 12000-14000 кгс. Проработки показали, что имеется возможность создать CMC на 208 пассажирских мест с шагом кресел 0,81 м, с топливной эффективностью 21-24 г/пасс.км. Это было значительным улучшением по сравнению с серийными Ту-154Б.

В ходе предварительного проектирования большое внимание было уделено снижению влияния сезонности на экономическую эффективность самолета, как элемента транспортной системы. В проекте предусматривались объемные багажные помещения под стандартные контейнеры с грузами, машина становилась двухпалубной за счет некоторой переразмеренности фюзеляжа, что позволяло маневрировать в эксплуатации соотношением загрузки пассажирами и грузами, и оптимизировать потери, связанные с сезонностью перевозок и изменением величены пассажиропотока. В течение двух лет в ОКБ шли проектные работы по трех-двигательному Ту-204. 11 августа 1981 г. вышло правительственное постановление о создании среднема-гистрального пассажирского самолета с тремя двигателями Д-90.

АЛ. Туполев

Л.Л. Селяков

Л.А. Лоновский

И.С. Шевчук

О.Ю. Алошеев

Ю.В. Воробьев

И. С. Коботов

В.Н. Поклад

В 1981 году во главе МАП становится И.С.Силаев. Новый министр потребовал от самолетостроителей форсировать работы по созданию новейших среднемагистрального и дальнемагистрального самолетов, по своему уровню соответствующих новым западным самолетам Боинг-757, Боинг-767 и А-300. Эти требования министра относились к двум отечественным проектам: среднемагист-ральному Ту-204 и дальнемагистральному Ил-96. Оба самолета создавались практически одновременно. Эти проекты должны были быть унифицированы по самолетным системам, оборудованию и двигателям.

Новые требования заставили коренным образом переработать проект Ту-204. Было решено перейти к двухдвигательному варианту Ту-204 с фюзеляжем большого удлинения и меньшего диаметра, с отказом от всесезонности и гибкости в эксплуатации. Ту-204 в новой концепции должен был по своей экономической эффективности приблизиться к Боингу-757. В трехдвигательной компоновке с широким фюзеляжем при использование Д-90 получить расчетную топливную эффективность менее 19,0 г/пасс.км было нереально, а этот параметр был одним из главных проектных показателей конкурентоспособности с западными аналогами.

Первоначально руководство программой Ту-204 было возложено на главного конструктора Л.Л.Селякова, который руководил проектированием на этапе первоначального проектирования. С переходом к варианту двухдвигательной компоновки руководителем работ по Ту-204 назначается Л.А.Лановский (с 1986 года Главный конструктор, руководитель работ по Ту-204), на плечи которого легла вся основная тяжесть работ по этому проекту в перестроечные годы. Общее руководство программой вел А.А. Туполев.

В настоящее время, в связи с расширением фронта работ по самолетам семейства Ту-204/214, Главный конструктор Л.А.Лановский руководит работами по самолетам Ту204-100, Ту-204- 100Е, Ту-204-100В, Ту-204-300. Работами по самолетам Ту-204-1 20, Ту-204-1 20С, Ту-204120СЕ руководит Главный конструктор, первый зам. генерального конструктора О.Ю.Алашеев. Руководство работами по самолету Ту-214 и его целевым модификациям было возложено на Главного конструктора Ю.В. Вробьева, а после его смерти – на Главного конструктора И.С. Кабатова. Работами по самолетам Ту-204С и Ту-204СЕ руководит Главный конструктор В.Н.Поклад. Общее руководство работами по семейству Ту-204/214 осуществляет Президент, Генеральный конструктор ОАО «Туполев» И. С.Шевчук.

Новый вариант Ту-204 получил временный шифр Ту-204М (в дальнейшем индекс «М» исчезнет). В ОКБ, на смежных предприятиях и организациях развернулась работа по созданию Ту-204 в новом двухдвигательном варианте. Помимо схемы самолета, изменяется НПК и связанные с ним подсистемы, взлетная тяга двигателя Д-90 доводится до 16000 кг (ПС-90А).

После проведения большого объема дополнительных опытно-конструкторских работ по новому варианту, 18 января 1986 г. выходит второе постановление правительства по самолету Ту-204, уже в двухдви-гательном варианте. Вскоре определился и новый серийный завод, где должны были серийно выпускать Ту-204 (до этого речь шла о серии на КуАЗ-е), им стало Ульяновское авиационное объединение (в настоящее время ЗАО «Авиастар-СП»), приступившее в конце 80-х к освоению Ту-204.

Первоначальный трехдвигагельный вариант Ту-204 и его схема

Двухдвигательный вариант Ту-204М

Самолет, который создавало туполевское ОКБ, имел ряд существенных конструктивных особенностей, которые выделяли его среди ранее создававшихся в ОКБ пассажирских самолетов.

При создании Ту-204 был задействован весь тот могучий научно-технический, технологический и производственный потенциал, который имел СССР в области авиастроения к середине 80-х годов. Строившийся Ту-204 предназначался для эксплуатации на воздушных трассах протяженностью до 3500 км и рассчитывался на перевозку 212-214 пассажиров в туристском варианте с шагом установки кресел 0,81 м. Основными проблемами, стоявшими перед ОКБ, были достижение высоких лет-но-технических характеристик и комфорта пассажиров, обеспечение в условиях интенсивной эксплуатации надежности и безопасности полета. И все это при условии обеспечении высокой топливной эффективности и низких эксплуатационных расходов. Высокое расчетное аэродинамическое качество, применение эффективных ТРДД, а также высокое весовое совершенство конструкции самолета позволяли достичь в полтора – два раза лучшей топливной эффективности, чем у существовавших тогда отечественных пассажирских самолетов подобного класса.

Проектирование самолета на всех этапах проводилось с широким использованием современной вычислительной техники. Автоматизация процесса проектирования позволила решить сложные задачи по анализу и оптимизации параметров самолета и его конструкции. Применение вычислительной техники дало возможность оптимизировать конструктивные силовые схемы и проводить автоматизированный весовой контроль, а также программировать процесс механической обработки деталей на станках с ЧПУ. Благодаря использованию программы проектирования внешних обводов удалось обеспечить аналитическую плавность поверхности крыла при его весьма сложной аэродинамической форме,а также повысить точность провязки стапельной оснастки для отдельных агрегатов и подвижных элементов по сравнению с традиционным плазово-шаблонным методом.

Продувка модели Ту-204 в аэродинамической трубе

Макет салона будущего лайнера

В результате теоретических и экспериментальных исследований, направленных на получение высокого аэродинамического качества, было выбрано крыло большого удлинения и умеренной стреловидности, образованное сверхкритическими профилями с большой относительной толщиной. Разработанные совместно с ЦАГИ сверхкритические профили и распределение их относительных толщин по размаху крыла тщательно отрабатывались в общей пространственной схеме обтекания крыла с пилонами и мотогондолами, что позволило обеспечить бескризисное обтекание на крейсерских режимах полета. Большое внимание уделялось снижению аэродинамического сопротивления. Для уменьшения индуктивного сопротивления крылу была придана отрицательная аэродинамическая крутка, на концах установлены специально спрофилированные поверхности (концевые крылышки). Оптимизированы внешние обводы в зонах соединения крыла с фюзеляжем, оперения с фюзеляжем, пилонов мотогондол с крылом. Улучшено качество внешней поверхности, сокращено до минимума количество внешних надстроек (антенн, датчиков, насадок и т.д.) и улучшена их аэродинамическая форма.

В целях снижения потерь аэродинамического качества на балансировку полет на крейсерском режиме должен был выполняться при малых запасах устойчивости, что позволяло уменьшить нагрузку на горизонтальное оперение и фюзеляж. Задняя центровка самолета обеспечивалась системой перекачки топлива из крыльевых баков в килевой бак, при этом возможное изменение центровки получалось почти на 10% САХ. Все эти мероприятия позволили получить расчетное значение аэродинамического качества на крейсерском режиме 18,1, которое было подтверждено в ходе летных испытаний Ту-204.

В конструкции самолета нашли широкое применение новые алюминиевые конструкционные сплавы с улучшенными физико-механическими и ресурсными характеристиками, алюминиево-литиевые и титановые сплавы, новые типы стали, современные композиционные материалы и гибридные материалы. Использование неметаллических материалов в конструкции самолета и его интерьера позволило получить экономию в массе пустого самолета около 1200 кг. Использование длинномерных полуфабрикатов и крупногабаритных листов позволило выполнить консоли крыла без стыков и существенно уменьшить количество стыков на фюзеляже, в результате чего снизилась масса конструкции и улучшилось качество внешней поверхности самолета. Особое внимание было уделено повышению коррозионной стойкости конструкции. Была усовершенствована схема теплозвукоизоляции, в нижней части гермокабины установлены дренажные клапаны, и усилено лакокрасочное покрытие.

Для того чтобы обеспечить возможность эксплуатации самолета на аэродромах с длиной ВПП не превышающей 2500 м и выполнить требования ИКАО по шуму на местности, самолет был оснащен мощной механизацией крыла: двухщелевыми закрылками с большими ходами и предкрылками вдоль всей передней кромки крыла. Механизация крыла обеспечивала достижение больших коэффициентов подъемной силы на взлетно-посадочных режимах при сохранении высокого аэродинамического качества. Предусматривалось управление механизацией крыла как в автоматическом, так и в ручном режимах. На пробеге самолета автоматически должны были отклоняться как интерцепторы, так и воздушные тормоза, что вызывало резкое падение подъемной силы крыла и догрузку основных опор шасси, сокращая длину пробега.

Двигатель ПС-90А имел современную модульную конструкцию, оборудовался системой электронного регулирования и развитыми средствами диагностики и встроенного контроля.

Изготовление первого Ту-204 но заводе "Опыт"

Выкатка самолета из цеха

Все системы самолета были спроектированы на основе новых принципов с широким применением цифровой техники, в большинстве из них применялись новые оригинальные технические решения. Агрегаты всех систем были спроектированы в условиях жесткого весового лимита и высоких требований по надежности. Системы имели оптимальное резервирование и были снабжены средствами встроенного контроля.

Электродистанционная система управления полетом самолета обеспечивала наилучшие характеристики устойчивости и управляемости на всех режимах полета, а также предотвращение выхода за пределы эксплуатационных ограничений. Вместо традиционных штурвальных колонок управления в кабине экипажа устанавливались центральные У-об-разные ручки с малыми ходами. Основной цифровой контур системы управления имел три независимых канала и был зарезервирован трех-канальным аналоговым контуром. Отклонение управляющих поверхностей осуществлялось с помощью следящих необратимых гидравлических приводов, имевших высокий КПД, надежность и ресурс. Закрылки и предкрылки также перемещались от системы гидромеханических приводов вращательного действия оригинальной конструкции и высокой надежности.

Для самолета был создан современный комплекс пилотажно-навигационного оборудования, обеспечивавший автоматизированное самолетовождение по оптимальным запрограммированным траекториям на всех этапах полета от взлета до посадки, а также посадку по третьей категории ИКАО. Комплекс включал в себя системы автоматического самолетовождения и управления полетом, предупреждения критических режимов и опасного сближения с землей, радиотехнические системы навигации и посадки, современную РЛС. В пилотажно-навигационном комплексе использовались цифровые вычислительные системы и датчики. Обмен информацией должен был вестись по кодовым линиям связи. Показания и параметры систем, как навигационных, так и самолетных выводились с помощью развитой системы сбора информации и индикации на экраны многоцветных кабинных индикаторов. Все системы охватывались встроенным автоматизированным предполетным, а некоторые особо важные и полетным контролем.

Первый пилот Ту-204 – А. И. Тололакин

Комплекс средств радиосвязи обеспечивал беспоисковый автоматизированный бесподстроечный режим связи с наземными диспетчерскими пунктами.

В тележках основных опор шасси использовались колеса, снабженные моноуглеродными тормозными дисками, что позволило снизить массу каждого колеса на 50 кг и более чем в два раза увеличить ресурс по сравнению с металлокерамическими тормозами. Электродистанционная система торможения колес предусматривала автоматическое включение форсированного торможения и подключение резервного канала для стартового торможения.

В гидравлической системе самолета предусматривалась установка аварийного насоса с приводом от внешнего потока воздуха. Поддержание оптимального температурного режима в гидросистеме обеспечивали термоклапаны, пропускавшие нагретую гидрожидкость через теплообменники. В гидросистеме применили оригинальные термомеханические соединения трубопроводов, основанные на «памяти металлов», разьемные герметические соединения с внутренним конусом, а также высокоресурсные спиральные трубопроводы.

В электрической системе использовались вновь разработанные надежные гидромеханические интегральные привода-генераторы с оптимизированными по мощности бесконтактными генераторами переменного тока стабильной частоты с новой защитной и регулирующей аппаратурой, обеспечивающей жесткие требования к качеству электрической энергии. В бортовой сети использовались провода с изоляцией, устойчивой к процессу горения.

Система кондиционирования воздуха была построена по принципу открытого воздушного цикла с использованием турбохолодильной машины на газовых опорах и с отделением влаги на линии высокого давления, что позволяло значительно увеличить холодопроизводительность системы на земле и на малых высотах полета, а также обеспечить быструю подготовку самолета к вылету в летнее время года. На самолете устанавливалась специальная автономная система охлаждения РЭО с использованием в качестве радиатора обшивки самолета.

В топливной системе самолета для довыработки топлива и предотвращения скопления влаги в топливных баках были установлены струйные насосы, что в сочетании с подогревом топливных фильтров позволяло исключить необходимость проверки отстоя топлива после полета.

Много сил и внимания было уделено эргономическим особенностям кабины экипажа. В результате получилась кабина, которая позволяла снизить психофизические нагрузки на экипаж, что способствовало повышению безопасности полетов.

С самого начала проектирования самолета особое внимание отводилось вопросам эксплуатационной технологичности и упрощению всей системы технического обслуживания.

Первый опытный Ту-204 после окроски в цвета "Аэрофлота"

Встреча экипажа Ту-204 после первого полета

Сборка первого серийного Ту-204 на заводе в Ульяновске

Основополагающим критерием стал принцип стратегии технического обслуживания по состоянию, что позволяло сократить простои на техническое обслуживание и тем самым поднять ожидаемую рентабельность самолета в эксплуатации.

Первые два самолета Ту-204 строились в Москве на опытном заводе ОКБ. Первая машина предназначалась для проведения летных испытаний, вторая – для статических испытаний. В 1988 года обе машины были построены, и первый Ту-204 был перевезен в ЖЛИ и ДБ для проведения наземных и летных испытаний.

2 января 1989 экипаж, возглавляемый А.И.Талалакиным, впервые поднял первый опытный Ту-204 в небо (второй пи-1 лот – В.Н.Матвеев, штурман -В.В.Соломатин, ведущий инженер – М.В.Панкевич). Первая машина была оборудована средствами экстренного спасения экипажа, в пассажирском салоне было установлено большое количество различной контрольно-записы-вающей аппаратуры, которая должна была контролировать работу всех систем и агрегатов самолета.

Основной объем заводских испытаний самолета Ту-204 был закончен к декабрю 1993 г.

С началом испытаний, которые проходили без особых осложнений, было принято решение руководством МАП и МГА свести весь комплекс доводочных летных испытаний самолета типа Ту-204 к одним – Летно-конструкторским испытаниям. Такой подход позволял значительно сократить затраты времени и средств на испытания, так как государственные испытания фактически во многом повторяли программу заводских.

В период с 2 января 1989 г. по 29 апреля 1994 г. ОКБ совместно с ЛИИ МАП, ГосНИИ ГА и ГосНИИ АН были проведены основные летные испытания на четырех самолетах Ту-204: одной первой опытной и трех серийных машинах. В ходе испытаний к полетам по некоторым программам подключались и другие серийные самолеты Ту-204.

17 августа 1990 г. была выпущена первая серийная машина постройки ульяновского завода, за ней последовала серия первых машин Ту-204 (NN 64004 – 64010), которые участвовали в программах доводок и испытаний самолета. Некоторые из них в ходе испытаний использовались в коммерческих целях.

По результатам большого объема проведенных испытаний по программе ЛКИ было сделано Заключение о том, что самолет Ту-204 соответствует требованиям отечественных Норм летной годности и его основные характеристики соответствуют требованиям. По результатам испытаний предлагалось передать самолеты на сертификационные испытания. С 25 марта 1993 г. по 20 декабря в авиакомпании «Внуковские авиалинии» самолеты Ту-204 проходили эксплуатационные испытания. Во время испытаний, летая по закрепленным трассам, самолеты активно выполняли различные коммерческие перевозки грузов.

В декабре 1994 года Госавирегистр МАК, после завершения сертификационных и эксплуатационных испытаний, выдал на Ту-204 сертификат летной годности на самолет (двигатель ПС-90А получил отечественный сертификат в 1992 г.). 23 февраля 1996 года самолет Ту-204 N 6401 1 «Внуковских авиалиний» совершил первый рейс с пассажирами по маршруту Москва – Минеральные Воды.

Взлетает первый серийный Ту-204

Среднемогистропьный Ту-204-100

Грузовой Ту-204-120СЕ китайской авиакомпании

Ту-204-120 с британскими двигателями "Роллс-Ройс"

ОКБ подходило и подходит к программе Ту-204 не просто как к программе создания нового высокоэффективного среднемагистрального пассажирского самолета, а как к созданию на основе базовой конструкции гармоничного семейства магистральных самолетов, которое на многие годы должно определять лицо отечественной гражданской пассажирской авиации. В свете этой концепции многие элементы конструкции и комплексов оборудования Ту-204 гармонично стали основой для других перспективных самолетов разработки ОКБ – ближнемагистрального Ту-334, проектов грузового Ту-204-330, проектов региональных самолетов Ту-324 и Ту-414.

Уже к началу 90-х годов прошлого века в ОКБ было подготовлено более десятка проектов различных вариантов самолета Ту-204. Не все из этих разработок по разным организационным и экономическим причинам были реализованы. Однако в настоящее время, с учетом самолетов находящихся в эксплуатации, в постройке и в разработке, можно говорить о реальном существовании семейства магистральных самолетов Ту-204/214. Программа создания и совершенствования этого семейства для ОАО «Туполев» стала одной из основных в его деятельности. ОАО «Туполев» совместно с серийными заводами ведет работы по разработке, выпуску, дальнейшему совершенствованию и развитию самолетов семейства Ту-204/Ту-214, включающего в себя следующие варианты и модификации базовой модели самолета Ту-204: среднемагистральный Ту-204-100, среднедальнемагистральный Ту-204-300, грузовые Ту-204С и Ту-204СЕ, среднемогистрольный Ту-204-120 с британскими двигателями, его грузовой вариант Ту-204-120С и его развитие Ту-204-120СЕ, среднемагистральный Ту-214 (производится в Казани) и его различные модификации специального назначения.

Ту-214

Кабина Ту-204-300

Ту-204-300

В проработке в ОАО «Туполев» находятся и более совершенные модификации семейства самолетов семейства Ту-204/214 со значительно улучшенными летными и эксплуатационными характеристиками. Это, прежде всего, относится к перспективному проекту нового эффективного среднемагистрального самолета Ту-204СМ, работы по проектированию которого в настоящее время развернулись в ОКБ.

Самолеты семейства находятся в эксплуатации в отечественных и зарубежных авиакомпаниях. Они успешно летают на самых различных

маршрутах, выполняя большой объем пассажирских и грузовых перевозок. За создание семейства самолетов Ту-204/214 ведущие сотрудники ОАО «Туполев», в том числе И.С. Шевчук, Л.А.Лановский и О.Ю.Алашеев, наряду с представителями других предприятий и организаций страны, были удостоены Государственной премии в области науки и техники за 2003 год.

Созданная ОАО «Туполев» широкая гамма магистральных самолетов семейства Ту-204/214 реально на сегодняшний день способна удовлетворить самые различные запросы авиакомпаний как в России, так и за рубежом. Развертывание массового производства этих самолетов и их поступление в эксплуатацию способно в короткие сроки эффективно решить с минимальными издержками проблему замены быстро устаревающего парка магистральных самолетов.

Фото предоставлены КБ ОАО «Туполев»

Су-27К на палубе "Тбилиси". Сотни участников испытаний высыпали но палубу и обходные мостики корабля, чтобы разделить радость первой посадки

Андрей ФОМИН