Автор Марина Мытрова
У Андрея Николаевича Туполева была мечта: построить сверхзвуковой пассажирский лайнер. Первый полёт этот самолёт совершил 31 декабря 1968 года — и это был первый в мире пассажирский сверхзвук.
Чтобы создать такой самолёт, пришлось решить очень много задач. Металл стекал с крыльев из-за нагрева на высоких скоростях. После преодоления звуковой скорости менялась аэродинамика, и прямо в полёте надо было менять центр тяжести самолёта. Для взлёта и посадки были разработаны первые автопилоты. В самолёте с системой управления второго поколения были реализованы элементы, характерные для более позднего третьего поколения управления.
В итоге наш Ту-144 и «Конкорд» (первый полёт в 1969 году) стали единственными пассажирскими сверхзвуковыми лайнерами, а потом вышли из эксплуатации. На текущий момент пассажирского сверхзвука нет.
Давайте подробнее посмотрим на легендарный борт СССР-77107, стоящий во дворе Казанского авиационного института. У него более чем интересная история.
Про самолёт рассказывает Наталья Викторовна Ульянова — старший преподаватель кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов. Между её цитатами я поясняю некоторые вещи.
Упоминаемая классическая схема — это расположение горизонтального оперения после крыла. У Ту-144 выдвижные «усы» в носовой части фюзеляжа используются только на взлётно-посадочных режимах для балансировки самолёта. Это не «утка», а скорее бесхвостка с передним горизонтальным оперением. У бесхвостки управление по крену и тангажу осуществляется с помощью элевонов (гибрид элеронов и руля высоты), расположенных на задней кромке консолей крыла.
К пассажирскому лайнеру предъявляется чуть больше требований, чем к военному самолёту. Военному лётчику можно подавать кислород по трубке, пассажиру же нужно наполнить дыхательной смесью весь объём салона. Лётчик может сдержаться, сходить в подгузник или воспользоваться специальным ведром (которое сложно достать из самолёта потом), а пассажиру нужна комфортабельная сантехника. Лётчику можно дать костюм с подогревом и держать его в кресле весь полёт, а пассажиру важен комфорт, включая подходящую температуру воздуха и давление. Одни только требования по шумоизоляции пассажирского салона чего стоят! И так далее. Соответственно, всё это достаточно сильно расширяло ТЗ.
В обычном полёте лобовое сопротивление складывается из профильного (сопротивление корпуса самолёта) и индуктивного (вихри на законцовках крыла). При достижении сверхзвука добавляется волновое сопротивление, смещающее центр давления. Поэтому в Ту-144 появилась система перекачки топлива, которая при переходе на сверхзвуковой режим перекачивала топливо с баков на крыле в задний центровочный бак для компенсации момента на пикирование.
В Википедии нашлась красивая картинка распространения ударной волны, вызванной сверхзвуковым самолётом. Жёлтая линия — след ударной волны на земле. Снаружи конуса ударной волны (а на земле — перед жёлтой линией) самолёт не слышен.
Схема распространения звукового удара в стратифицированной атмосфере. Источник: «Правда о сверхзвуковых пассажирских самолётах». Там же упоминается, что в качестве международного был принят термин «звуковой удар» — sonic boom.
Во время сверхзвукового полёта самолёт сильно нагревается, поэтому в планере Ту-144 использовались термостойкие сплавы (в основном теплостойкий алюминиевый сплав АКЧ-1 и частично сплавы ВАД-23 и ОТЧ-1), а иллюминаторы были изготовлены из термостойкого фторсодержащего оргстекла.
С иллюминаторами связана ещё одна интересная вещь. Современные авиакомпании, в принципе, готовы предоставлять лежачие места для полётов (не как в бизнесе, когда кресло становится пляжным лежаком, а капсулы) — но там сложности в том числе с окнами. Если делать капсулы у бортов, нужно иначе расставлять иллюминаторы. Сейчас пробуют капсулы с экранами в центре самолёта (около станций бортстюардов на широких бортах), но лететь в них могут только те, кого прямо совсем не укачивает: живой вид снаружи очень важен.
Речь про максимальную взлётную массу. Масса полезной нагрузки была не более 15 тонн (в самой грузоподъёмной модификации). Сложность в топливе.
Для сравнения, зарплата школьного учителя в 1970 году была 108 рублей, в 1980 году — 136 рублей. При этом с надбавками за стаж, нагрузку, классное руководство, тетради и прочее можно было получить ещё около 30-50 рублей.
БЦВМ «Орбита-10». Фото из Википедии.
Автоматическая бортовая система управления самолётом (АБСУ) Ту-144 обеспечивала автоматический полёт со стабилизацией угловых положений, высоты и скорости, а также управление от навигационно-пилотажного комплекса (НПК). Навигационно-пилотажный комплекс был сопряжён с международной навигационной системой, обеспечивавшей эксплуатацию самолёта на всех авиалиниях мира, в любых метеоусловиях. Комплекс НПК построен на базе бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ) «Орбита-10».
Верхушка гугловой выдачи
На сайте КАИ можно почитать историю борта СССР-77107 (заводской номер 05-1). Он построен в 1975 году на Воронежском заводе № 64, в том же году поднялся в небо. На нём выполнялись типовые полёты с выходом на предельную скорость, оценивалась устойчивость и управляемость при предельно допустимых центровках, проводилась контрольная оценка взлётно-посадочных характеристик, выполнялись полёты на дальность. В ходе испытаний Ту-144 с бортовым номером 77107 выполнил 180 полётов общим налётом 357 часов, из них на сверхзвуке — 135 часов.
Скорость звука меняется от высоты высоты полёта (чем выше, тем медленнее распространяется звук из-за падения температуры). Число Маха — это истинная скорость в потоке вещества (то есть скорость, с которой воздух обтекает, например, самолёт), делённая на скорость звука в этом веществе в этих условиях. У земли это 1224 км/ч, на 11 километрах уже 1062 км/ч.
Вот так опускающийся ОНФ (отклоняемый носок фюзеляжа) выглядит из кабины. Музей в Монино, борт СССР-77106. Источник картинки: Э. Цихош «Сверхзвуковые самолёты»
ВПП Центрального музея ВВС. Посадка первого серийного ТУ-144 для передачи его музею на вечную стоянку. Источник: сайт музея monino.ru.
Одной из самых сложных при создании Ту-144 была проблема защиты хвостовой части фюзеляжа (ХЧФ) от выхлопных струй двигателей. Для этого был установлен теплозащитный экран, состоящий из титанового листа и теплоизоляции из базальтового волокна. Внутри хвостовой части фюзеляжа были установлены испарительные панели для охлаждения силовой конструкции. Необходимость в титановой конструкции отпала, когда проектная скорость крейсерского полёта Ту-144 былa снижена до скоростей, соответствующих числу М = 2,2. Первый серийный Ту-144 был выполнен уже практически целиком из алюминиевого сплава.
Источник: РЛЭ Ту-144
Для постоянного контроля за температурой ХЧФ с правого и левого бортов в зонах максимального нагрева были установлены приборы с выводом на пульт бортинженера.
Рабочее место бортинженера. Источник: Википедия.
Речь о катастрофе Ту-144 № 77111 23.05.78 и катастрофе Ту-144 № 77102 в аэропорту Ле-Бурже 03.06.73.
Добрый человек даже сфотографировал и собрал их на одной странице.
Если вам интересно узнать больше, очень рекомендуем документальный фильм «Ty-144: Взлёт» (1969). Он посвящён Ту-144 и его первому полёту. Можно увидеть полёт Ту-144 со стороны на всех этапах (это очень красиво) и просто узнать ещё про этот самолёт.
Ну а мы побывали в Казани около борта СССР-77107, вот в этом фильме для туристов он на 45:46:
Так что если будете в Казани — можно просто пройти мимо этого самолёта, а можно рассказать пару слов вашей компании, насколько он был интересен.
Источники: