Новый космический корабль «Федерация» и самый современный лайнер МС-21, небоскребы «Москва-Сити» и монумент «Родина-мать» в Волгограде. Что объединяет столь разные объекты? Они все проходили испытания в ЦАГИ – Центральном аэрогидродинамическом институте, который 1 декабря отмечает вековой юбилей. Чем сейчас занимается легендарная научная организация?
Недавно на заседании президиума Российской академии наук рассуждали о приоритетах авиационной науки. Свою точку зрения высказал и научный руководитель ЦАГИ, академик РАН Сергей Чернышев: «Сегодня есть очень серьезные вызовы для всей нашей авиационной науки – скажем, достичь в восемь раз больший уровень безопасности. Если сейчас мы имеем примерно одну аварию на миллион вылетов, то это будет одна авария на восемь миллионов вылетов. И решится это за счет интеллекта, за счет более надежных конструкций».
Сейчас в ЦАГИ испытывают новый среднемагистральный лайнер МС-21. Месяц назад статические испытания планера самолета на максимальную нагрузку при посадке прошли с положительным результатом: основные силовые элементы конструкции выдержали расчетные нагрузки.
«Обычно максимальная нагрузка в полтора раза больше той, которая согласно статистике хотя бы раз встречается за время эксплуатации самолета, – утверждает Сергей Чернышев в интервью «Российской газете». – Возьмем жесткую посадку – это пиковая нагрузка на крыло, шасси и т.д. Все это нужно смоделировать. В рамках испытаний необходимо подтвердить, что лайнер остается прочным, полностью выдержав 180 тысяч циклов нагружений, характерных для реальной эксплуатации».
«Двадцать первый» уже летает, совершая испытательные полеты – их еще предстоит сделать несколько сотен. «Сейчас идут тесты на сваливание, – рассказывает Александр Рубцов, президент компании «Гражданские самолеты Сухого» – разработчика МС-21. – Впереди оценка взлетно-посадочных характеристик лайнера, испытания в различных климатических условиях – зимой, летом, на влажной полосе и на ледяной ВПП».
Первым делом самолеты
Рассказывая об испытаниях МС-21, нужно добавить, что через аэродинамические трубы ЦАГИ «пролетели» практически все гражданские и военные самолеты СССР и России.
С момента зарождения авиации и до настоящего времени создание каждого нового самолета – эксперимент. В разработке новых крылатых машин ЦАГИ играл две роли. На первом этапе ученые формулировали рекомендации конструкторским бюро, а потом испытывали готовый летательный аппарат и давали ему экспертную оценку.
Так, специалисты ЦАГИ в 1960-е годы предложили компоновки самолетов МиГ-23, Ту-22М, Ту-160, Су-24 с крылом изменяемой стреловидности, проводили исследования транспортных Ил-76 и Ан-124. Позже научный задел использовался при создании истребителей четвертого поколения – Су-27 и МиГ-29. Много внимания уделялось и пассажирским лайнерам – после испытаний в ЦАГИ в воздух поднялись первый реактивный Ту-104 и многие другие, среди которых Ил-62, Ту-154, Ил-86, Ил-96, Ту-204, Ту-334, а также единственный в СССР и один из двух в мире сверхзвуковой авиалайнер Ту-144.
В ЦАГИ прошли испытания и новейшие образцы авиационной техники: пассажирские самолеты «Сухой Суперджет 100» и МС-21, Ил-476 (модификация знаменитого военно-транспортного Ил-76), многоцелевой сверхманевренный истребитель Су-35, учебно-боевой Як-130, легкий транспортник Ил-112, истребитель пятого поколения Су-57. И, конечно, вертолеты. К примеру,
сейчас проводятся исследования винтокрылых летательных аппаратов принципиально нового типа – с останавливаемым винтом-крылом, что позволит существенно повысить скорость полета.
В 1989 году летчик-испытатель Виктор Пугачев, пилотировавший Су-27, показал на Парижском международном авиасалоне доселе невиданную фигуру высшего пилотажа – горизонтально летящий самолет вдруг вставал на хвост, резко сбрасывая скорость, а потом без потери высоты вновь переходил в горизонтальный полет. Зрители были в восторге, зарубежные специалисты озадачены: возможности всепогодного истребителя – фантастические. А готовился этот маневр три года.
Вначале ученые просчитали теоретическую возможность его совершения, потом последовало «полунатурное моделирование» – продувка самолета в трубе с летчиком на борту. Самолет, оставаясь в бешеных потоках воздушных струй неподвижным относительно земли, совершал волей пилота эти самые рекордные эволюции. Маневр устами ученых назывался «динамический выход на большие закритические углы атаки», зрители авиашоу окрестили его «полетом хвостом вперед», а после демонстрации эта фигура высшего пилотажа получила свое настоящее имя – «Кобра Пугачева».
«В авиационной науке исключительно важен эксперимент, – объясняет научный руководитель ЦАГИ, академик РАН Сергей Чернышев. – Подавляющее большинство проблем не поддается аналитическому решению из-за огромного числа влияющих факторов. Наблюдения и опыт позволяют построить адекватные математические модели и дать на их основе методы инженерных расчетов».
На сверхзвуке
Прошло полвека с момента создания первого поколения сверхзвуковых пассажирских самолетов, но исследования в этой сфере авиации никогда не прекращались. Главным технологическим вызовом является обеспечение высокой аэродинамической эффективности самолета при соблюдении жестких ограничений на шум и звуковой удар.
По мнению Сергея Чернышева, и европейский «Конкорд», и советский Ту-144 были нормальные с точки зрения норм летной годности самолеты, но экономически очень неэффективные. К тому же производили очень сильный звуковой удар, а люди очень нервно на это реагировали. Например, США, не имевшие подобных самолетов, запретили у себя сверхзвуковые полеты над населенными районами.
«Уровень технологии сегодня таков, что мы технологически подошли к совершенно новому рубежу, когда полет на сверхзвуке над населенными территориями становится возможным, – утверждает научный руководитель ЦАГИ. – Наши исследования и испытания в аэродинамических трубах доказывают: самолет может быть сделан с хорошей аэродинамикой и очень низким уровнем звукового удара».
Специалисты Центрального аэрогидродинамического института прекрасно понимают, как должен выглядеть такой самолет, какие иметь потребительские качества. Уже существует проект сверхзвукового делового самолета на 12–16 пассажиров, в разработке которого участвуют ЦАГИ, КБ Сухого и ряд европейских компаний. Рассматривается самолет с крейсерской скоростью 1,8–2 Маха – примерно в два раза быстрее скорости звука.
Авиационные аналитики уверяют, что имеется нереализованная на рынке потребность в быстрых перелетах деловых людей. Самолеты должны летать трансатлантическими маршрутами на расстояние не меньше семи–восьми тысяч километров и перевозить до 15 пассажиров.
Расчеты ЦАГИ показывают, что от летающего прототипа нас отделяют 10–15 лет, но, возможно, уже в ближайшее время появится летающий демонстратор, облик которого прорабатывается. «Его главная задача – продемонстрировать основные технологии создания сверхзвукового самолета с низким уровнем звукового удара, – уточняет Чернышев. – Это необходимый этап работы. Серийный же сверхзвуковой самолет нового поколения может появиться на горизонте 2030 года».
«Федерацию» продули в трубе
Конструкцию перспективного космического корабля «Федерация» доработали после испытаний его модели в аэродинамических трубах. Об этом сообщил ТАСС Кирилл Сыпало, гендиректор Центрального аэрогидродинамического института им. Н.Е. Жуковского.
В ходе модельных испытаний изучалась аэродинамика и теплообмен нового пилотируемого транспортного корабля (ПТК) «Федерация», который разрабатывается коллективом РКК «Энергия». Полученные данные позволяют выяснить, как распределяется температура по поверхности возвращаемого аппарата на участке спуска, и уточнить необходимую толщину теплозащиты. Исследования проводятся в аэродинамических трубах ЦАГИ, которые являются самыми большими в России и позволяют испытывать модели в широком диапазоне скоростей – от дозвуковых до гиперзвуковых.
Корабль «Федерация» предназначен для доставки людей и грузов на околоземную орбиту и даже в дальний космос. Начало его летных испытаний запланировано на 2023 год.
Не только космос с авиацией
Аэродинамика – наука сложнейшая. Впервые фундаментальную теорему о подъемной силе доказал Н. Е. Жуковский, опубликовавший в 1912 году книгу «Теоретические основы воздухоплавания», но развитие теории продолжается и поныне. Поэтому в ЦАГИ проходят испытания все создаваемые в России летательные аппараты. И не только они…
За век работы в Центральном аэрогидродинамическом институте доводилось «продувать» в трубах скоростные поезда, автомобили, мосты, небоскребы, ветросиловые установки и другие промышленные объекты. Многолетний опыт, накопленный в ЦАГИ, оказался востребован в других отраслях, в том числе при проектировании и строительстве высотных объектов – зданий, мостов, дымовых труб и гигантских монументов.
Впервые специалисты ЦАГИ столкнулись с подобным исследованием в семидесятых годах прошлого столетия. Меч у монумента «Родина-мать», возведенного в Волгограде на Мамаевом кургане, под воздействием ветра начал раскачиваться. В конструкции образовались опасные трещины. С целью выявления причин колебаний модель памятника испытали в аэродинамической трубе. В результате ученые предложили два взаимно дополняющих способа – выполнить продольные щели в гранях меча и установить динамический гаситель колебаний (ДГК). Он представляет собой маятник со специальными демпферами, похожими на автомобильные амортизаторы: при колебаниях меча маятник качается – демпфер поглощает энергию. Чтобы установить новый меч, пришлось немало потрудиться, но в итоге колебания снизились до допустимого уровня.
Использовали ДГК и при возведении монумента Победы на Поклонной горе. Самый крупный из динамических гасителей колебаний – десятитонный – расположен за спиной фигуры Ники, венчающей стелу. Система постоянного мониторинга, которая следит за состоянием памятника, показывает, что с монументом всё в порядке.
Текст: Константин Меринов
https://vz.ru/