В эти дни SSJ-NEW готовится к своему первому полету. Одновременно с этим, нередко слышу мнение, что российский авиапром безнадежно отстал от Запада, ничего нового мы создать не можем, а импортозамещение - это попытка возобновить производство старых советских самолетов. Сказать, что это дилетантское мнение – это очень мягко выразиться. Да, сегодня мы пока не выпускаем гражданские самолеты большими сериями. Ситуация с тотальными санкциями и необходимостью заместить иномарки на отечественные самолеты нас застала как раз в тот момент, когда завершился десятилетний цикл создания этих новых самолетов, разработки и освоения новых технологий и переоснащения производств.

Корпорация "Иркут" передала первый SSJ-NEW на летно-испытательную станцию

Сегодня мы в одном шаге от запуска в серию двух полностью отечественных самолетов SSJ-NEW и МС-21, абсолютно конкурентоспособных и ничем не уступающих самым современным иностранным лайнерам. И, на мой взгляд, самое важное на этом непростом пути то, что, несмотря на разруху девяностых, нам удалось сохранить российскую авиационную науку и даже преумножить наш научный задел на будущее.

Специалисты знают, что разрешение на первый полет любого летательного аппарата дает Центральный аэрогидродинамический институт. И дает не просто так. Этому предшествует комплекс прочностных и аэродинамических испытаний. Но это я как бы начал с конца. Ведь ещё на этапе разработки аппарата здесь проходят продувки в аэродинамических трубах их уменьшенных копий, строятся математические модели, даются рекомендации по улучшению аэродинамики. К слову, не даром российская школа аэродинамики считается лучшей в мире. Но об этом я расскажу чуть позже. А пока давайте заглянем в зал ресурсных испытаний ЦАГИ, где сейчас «ломают» SSJ-NEW и МС-21.

Стенд прочностных испытаний самолета SSJ-NEW

Здесь проводятся лабораторные испытания натурных конструкций самолетов. Это делается, для того чтобы в условиях лаборатории на земле отработать полный цикл нагрузок, полный цикл всех ситуаций, которые самолет переживает в течение срока его эксплуатации. На этих стендах самолет испытывает и переживает полный спектр нагрузок. Это нагрузка фюзеляжа, нагрузка на крыло, различные изгибные и крутящие нагрузки, а также нагрузки на хвостовое оперение и шасси. Эти нагрузки прикладываются в разных комбинациях и в разных фазах, чтобы максимально полно отразить то, как самолет грузится в воздухе с одной стороны, а с другой стороны, чтобы избежать  его преждевременного разрушения.

«За  моей спиной находится стенд ресурсных испытаний самолета SSJ-NEW, - рассказывает начальник отделения ресурса конструкций летательных аппаратов ФАУ «ЦАГИ» Станислав Вячеславович Дубинский, - в этом самолете реализован целый ряд новых  российских технологий. Это - отечественные шасси, отечественный крепеж, отечественные стекла, отечественные композиты и другие различные решения, которые мы планируем проверить на испытаниях на этом стенде. А второй объект, который находится передо мной, это отсек фюзеляжа с крылом самолета МС-21. Крыло выполнено из российского композита и эти испытания уже идут около года. Здесь  достигнута определенная наработка, которая позволила этот самолет уже сертифицировать в импортозамещенном (в части крыла) варианте и, соответственно, получить определенный начальный ресурс».

При создании стенда для нового Суперджета институт испытал немалые трудности с его комплектацией высокотехнологичным оборудованием, ввиду внезапно обрушившихся на страну санкций. Так, например, все нагружатели (на фото - цилиндры желтого цвета), это довольно сложные объекты, каждый из которых фактически целый компьютер. «Из-за санкций нам пришлось менять поставщика. Доделывать кое-что самим. Из-за этого мы чуть было не сдвинули сроки. Но нашли возможность  все это преодолеть и, можно сказать, собрали импортозамещенный вариант системы нагружения», - говорит Станислав Дубинский. Теперь, в основном, - это всё отечественное оборудование.

Ресурсные испытания проходят в несколько этапов. Первый этап проводится для того, чтобы самолет получил начальный ресурс. Начально назначенный ресурс - это когда самолету выдается сертификат типа и он встает в строй. Эти испытания проходят, как правило, относительно быстро - год, два, максимум. Затем самолет начинает летать, возить пассажиров и этот начальный ресурс вырабатывать. А в это время здесь продолжаются испытания с целью увеличения назначенного ресурса.

Прочностные испытания отечественного композитного крыла самолета МС-21

Ресурс всех самолетов, находящихся в небе с пассажирами, всегда обоснован прочностными испытаниями с большим запасом, в том числе, если говорить и про полный цикл испытаний. Например, самолет МС-21 имеет проектный ресурс в 60 тысяч полетов. Но объем испытаний, который запланирован для подтверждения этого ресурса, составляет 240 тысяч полетов – с четырехкратным запасом. И длительность таких испытаний может составлять десяток и более лет.

Следует заметить, что ресурс устанавливается в трех показателях: полеты, летные часы, календарь. Заключение на начальный ресурс выдается всегда в этих трех показателях - что наступит раньше, как у автомобиля. В ЦАГИ проводятся прочностные испытания, которые разделяются на несколько категорий. Есть испытания на статическую прочность - это когда прикладывается большое количество расчетных случаев на максимальную нагрузку. Максимальные нагрузки, которые самолет переживает в полете, изгиб вверх, изгиб вниз, посадочные и т.д. Вторая категория - усталостные испытания, но они не на максимальную нагрузку, а на повторяющиеся нагрузки, которые, в свою очередь, включают усталостные механизмы. Есть еще испытания на жесткость и на флаттер. Это уже вопрос аэроупругости. Этими задачами в ЦАГИ занимаются три лаборатории: лаборатория ресурсных испытаний, лаборатория статических испытаний и лаборатория аэроупругости.

Аэродинамическая труба Т-101

Следующий объект, мимо которого просто невозможно пройти, это уникальные аэродинамические трубы ЦАГИ.  Как я уже упоминал, этот институт, по сути, старше нашей гражданской авиации и был создан в 1918 году на базе лаборатории Николая Егоровича Жуковского. С 1924 года началось строительство комплекса зданий и лабораторий в городе Москва на улице Радио, а в 1934 году была выбрана площадка для новой испытательной базы в г. Жуковский (поселок Стаханово). Место было выбрано исходя из нескольких соображений: авто и железные дороги, площадь для  размещения экспериментальной базы, аэродрома и гидродрома (речка Пехорка – Быковка), для испытаний летательных аппаратов. Отметим, что в те годы ЛИИ им Громова был частью ЦАГИ. 

Так вот жуковская история института начиналась с этого места, где в 1939 гожу были построены уникальные аэродинамические трубы Т-101 (самолетная труба) и Т-104 (для испытаний полноразмерных работающих двигателей). Т-101 на тот момент была самой большой трубой в мире, и даже сегодня остается самой большой трубой в Европе, уступая лишь американской, построенной в 80-е годы.  Эта труба, предназначена для испытания полноразмерных летательных аппаратов, причем с работающими двигателями. До середины 60-х годов здесь испытывались только натурные объекты, но с увеличением размеров  летательных аппаратов, стали испытывать в основном их уменьшенные макеты. Однако и сегодня, если масштаб летательного аппарата позволяет, испытывается натурный объект.

Современный молодой человек, наверное, удивится, что такие уникальные объекты были спроектированы и построены без какого-либо участия иностранных специалистов, нашими отечественными инженерами и рабочими. И никаких зон, никаких лагерей, только посвященные - объект был секретный. И что ещё более удивительно - эти аэродинамические трубы спустя почти 100 лет работают без единого ремонта. Уникальность этих сооружений подчеркивает и тот факт, что в Великую отечественную войну летчикам Люфтвафе запрещалось бомбить территорию ЦАГИ даже несмотря на то, что институт продолжал работать на советскую оборонную промышленность и здесь базировалась дальняя бомбардировочная авиация. Гитлер очень хотел получить себе этот ценный трофей невредимым.

С тех пор через аэродинамические трубы ЦАГИ прошло всё, что летает. Здесь же продувались и макеты наших современных гражданских и боевых самолетов, в том числе SSJ-100 и МС-21. Здесь испытывали не только летательные аппараты, а также объекты промышленной аэродинамики. Из таких объектов можно упомянуть статуи Родина-мать в Волгограде на Мамаевом кургане и Рабочий и колхозница в Москве, монумент на Поклонной горе и Живописный мост.

«Благодаря этому нам удалось сделать нашу авиацию тем, чем она стала. Это не только памятник истории, но и памятник нашим предкам. Потому что создать за 3 года уникальные аэродинамические установки, полностью их отработать, отладить эксперимент, отладить технологии, разработать методику проведения эксперимента и использовать это со 100% отдачей, это заслуживает только уважения и преклонения», - говорит заместитель начальника отделения аэродинамики силовых установок ФАУ «ЦАГИ» Михаил Анатольевич Иванькин.

Жизнь идет вперед. Сегодня, наряду с натурными испытаниями, широко внедряются и численные методы. Специалисты института разрабатывают специальное программное обеспечение для расчета аэродинамики самолетов, силовых установок и другой техники. Применяют эти новые технологии не только для проведения автономных численных экспериментов тех или иных объектов, но и для сопровождения испытаний в аэродинамических трубах.

«Мы одни из первых в мире разработчиков технологии, которая называется – электронная аэродинамическая труба. Когда мы проводим испытания в трубе, к сожалению, они не всегда бывают достаточно информативны. Воздух, как и вся аэродинамика, они визуально не видны. Например, мы не видим все особенности аэродинамики обтекания крыла планера и можем определять только какие-то конкретные точечные параметры, типа распределения давления, температуры. Пересчитываем потом на скорость. Но в целом трудно представить общую картинку. А параллельное численное моделирование нам позволяет в деталях расшифровать то, что мы получаем в аэродинамических трубах. Каким образом происходит обтекание крыла, фюзеляжа, особенно в критических режимах. Например, нас больше всего беспокоят так называемые срывные режимы. Наиболее опасные для летчиков и пассажиров. Как увидеть эти срывные режимы, как раз позволяет определить не только труба, но и численное моделирование. Поэтому используем две технологии: первая (старая) – это проведение типичного аэродинамического эксперимента. Вторая - параллельное компьютерное вычисление. Это дает возможность представить более общую и понятную картинку: что происходит и есть ли какие-то критичные моменты. Становится ясно: что лечить и каким образом. Так мы получаем всю необходимую информацию, которая нужна и научным сотрудникам, и конкретным разработчикам авиационной техники», - рассказывает Александр Федорович Чевагин, начальник отделения аэродинамики силовых установок, заместитель начальника центра аэрогидродинамики.

Численные методы позволяют рассчитать и предложить разработчикам оптимальную компоновку самолетов будущего. Так сегодня в ЦАГИ идут работы над новым пассажирским сверхзвуковым самолетом, демонстратор которого может подняться в небо уже в этом десятилетии. Это будет уменьшенная модель, размером примерно с деловой самолет  и она будет выходить на сверхзвук. Исследования практически уже завершены и сейчас начинается фаза конструирования демонстратора.

На данном этапе рассматриваются два проекта - две размерности будущего лайнера. Одна - в районе 30 пассажиров, вторая - побольше, чем Ту-144. Какой будет окончательный выбор, время покажет. Летательный аппарат будет иметьпринципиально иную компоновку с двигателями сверху, что позволит уменьшить звуковой удар. Это - один из самых сложных моментов.

Ещё одно подразделение, которое сейчас занимается непосредственно проектами SSJ-NEW и МС-21 - 15 отделение ЦАГИ. Его специализация - проблемы динамики полета и систем управления самолета. Причем, самолеты самые разные: магистральные, транспортные, боевые и даже беспилотники.

«Если говорить о ЦАГИ, то здесь есть 4 основных направления – это прочность, силовые установки, аэродинамика и динамика полета и систем управления. Я представляю четвертое направление. Прочнисты занимаются тем, что делают самолеты прочнее, легче, долговечнее. Специалисты по силовым установкам обеспечивают рациональную интеграцию двигателя и самолета. Аэродинамики рассчитывают и измеряют силы и моменты  действующие на самолет. А наше отделение занимается тем что рационально применяет эти аэродинамические силы и моменты. Наша цель - обеспечение устойчивости самолета, управляемости в самых лучших пилотажных характеристиках», - говорит Сергей Георгиевич Баженов,  начальник отделения динамики полета и систем управления ФАУ «ЦАГИ».

Динамика полета и система управления - это не только наука экспериментальная но и та наука, которая работает с живыми людьми. Пилотажные характеристики – управляемость, устойчивость прежде всего нужны летчику. И если в других направлениях можно во многом обойтись компьютерным моделированием,  то экипаж никак не запрограммировать. Поэтому здесь нужны средства работы с летчиками. И эти средства – пилотажные стенды.

Мы находимся у пилотажного стенда МС-21,  который был специально создан для отработки динамики полета и систем управления самолета. Работы здесь ведутся совместно с разработчиком самолета – Корпорацией «Иркут». Отработка законов управления - это выбор параметров, рычагов управления для обеспечения лучших пилотажных характеристик, а также отработка средств человеко-машинного интерфейса.  Также здесь проходили тренировки летчиков перед первыми полетами самолетов Суперджет, и МС-21, а также тренировка перед наиболее ответственными этапами летных испытаний: полеты на большой угол атаки, на большой скорости и т.д. На стенде установлены реальные вычислители самолета, что позволяет проверить правильность реализации законов управления и отработать их с экипажем, чтобы в настоящем полете у пилота не было неприятных сюрпризов.

Это - большая работа. От первой версии законов управления и до той, которая пошла на борт самолета, было отработано не менее 20 версий. Цифровые системы с одной стороны упростили решение многих задач пилотирования, с другой – сама сложность систем управления резко возросла. Если раньше была прямая связь от штурвала до руля,  то современный самолет - это летающий компьютер, позволяющий реализовать множество функций. Например, обеспечение заданных характеристик устойчивости управляемости, и ограничение режимов полета. Так, современный самолет не может выйти на перегрузку, которая его сломает, или на угол атаки, с которого он попадает в сваливание или в штопор. Здесь реализовано большое количество и функций комфортного управления – автобалансировка и парирование неблагоприятных моментов.

Вот так очень большими мазками мы только коснулись вершины айсберга всего того колоссального объема работ и научных изысканий, которые сопровождают долгий путь самолета от первых эскизных рисунков к первому полету, и далее в течение всей его жизни. Причем, работа эта начинается задолго до появления этих эскизов. Наука всегда работает с опережением и то, что прорабатывается в этих стенах сегодня, будет использовано конструкторами в будущие десятилетия. А если посмотреть ещё внимательней, то всё начинается многими десятилетиями ранее - с подготовки кадров. Многие ученые, которые сегодня работают в авиационной науке, учились ещё в советской школе и заканчивали советские институты. Вот мы и пришли к мысли, с которой я начал этот обзор. Школа самолетостроения выращивается десятилетиями. И, к счастью, в тяжелые для страны годы нам ее удалось сохранить. Именно поэтому сегодня Россия входит в элитарный мировой клуб великих авиационных держав и в ближайшие годы готова это подтвердить новым поколением лайнеров.