Ту-204 — Советский среднемагистральный пассажирский самолёт - Первый полёт 02.01.1989 год
Ту-204 — советский среднемагистральный пассажирский самолёт, разработанный в конце 1980-х — начале 1990-х в ОКБ Туполева для замены на авиалиниях пассажирского самолёта Ту-154. Производится с 1990 года на заводе «Авиастар-СП» в Ульяновске.
На Ту-204 применены электродистанционная система управления, электронно-цифровая система управления двигателями с полной ответственностью (FADEC), сверхкритические профили крыла, блоки оборудования с цифровыми вычислителями и другие новшества, не использовавшиеся на самолётах предыдущих поколений.
На основе базового варианта Ту-204 создано около 20 модификаций, отличающихся назначением, лётно-техническими характеристиками, типом двигателей и составом бортового оборудования. В семейство самолётов Ту-204/214 входят пассажирские, грузовые, специальные и VIP-модификации.
Модель первоначального трёхдвигательного варианта Ту-204
Первые проработки нового среднемагистрального пассажирского самолёта на замену Ту-154 появились в ОКБ имени Туполева в 1973 году, хотя выдвигались предложения по дальнейшей модернизации Ту-154, аналогичные проекту коренной модернизации Ту-134 — Ту-134Д. В процессе работы над новым самолётом рассмотрено множество различных схем и компоновок, которые привели к трёхдвигательной схеме широкофюзеляжного самолёта, получившего обозначение Ту-204. В первоначальном проекте предусматривались объёмные багажные помещения под стандартные контейнеры с грузами, машина становилась двухпалубной за счёт некоторой переразмеренности фюзеляжа, что позволяло маневрировать в эксплуатации соотношением загрузки пассажирами и грузами, и оптимизировать потери, связанные с сезонностью перевозок и изменением величины пассажиропотока.
К середине 70-х годов идея "базовый самолет - семейство" в ОКБ трансформировалась в проект базового среднемагистрального самолета Ту-204 класса "аэробус" близкого по своим компоновочным решениям, летным характеристикам и пассажировместимости к американским MD-10 и L-1011. В рамках этих работ в 1975 году был предложен проект Ту-204, который можно считать первым проектом, приведшим в конце концов к созданию нынешнего Ту-204. Предложенный проект (работами над первоначальными проектами по программе Ту-204 в ОКБ руководил Главный конструктор самолета Ту-134 Л.Л.Селяков) отличали большие габариты фюзеляжа (длина 48,075 м, высота 5,15 м, ширина 4,8 м) и два багажных подпольных отделения под стандартные контейнеры типа LD-1 и LD-3. На самолете предполагалось использовать крыло образованное суперкритическими профилями с умеренной стреловидностью 28 град с мощной системой механизации по передней и задней кромкам по всему размаху. По проекту был проведен достаточно широкий поиск оптимальных решений, как по конструкции планера, так и по силовой установке. Рассматривалась возможность применения различных типов двигателей: Д-30А, модифицированных Д-30КУ, перспективные ТРДД с высокой степенью двухконтурности и винтовентиляторные двигатели. В ходе проектирования, с целью удешевления программы создания нового магистрального самолета, решено было частично вернуться к идее "семейственности": на основе базового проекта предлагалось развернуть в течение нескольких лет производство магистральных машин основных назначений. Первыми в этом ряду должны были стать проекты ближнемагистральных Ту-204-100 и Ту-204-150, которые предназначались для замены Ту-134А и как альтернатива Ту-134Д и Як-42 с условием достижения в два раза лучшей топливной эффективности. Среднемагистральные двухдвигательные модели самолета Ту-204-200 и Ту-204-250 проектировались для перевозки 150-200 пассажиров на дальность 3500-4000 км. Двухдвигательный среднемагистральный самолет Ту-204-300 предлагалось делать на базе новейших достижений аэродинамики, систем управления и навигации, новейших технологий и материалов с высокоэффективными турбовентиляторными двигателями.
В 1977-1978 годах в ходе дальнейших работ по программе самолета Ту-204 сложились два основных направления проектирования в рамках создания среднемагистрального пассажирского самолета: самолет в двухдвигательной компоновке Ту-204-200 и самолет в трехдвигательной компоновке Ту-204-300.
Во второй половине 70-х годов вышло Постановление Совета Министров СССР о создании более эффективных, комфортабельных и конкурентноспо-собных, по сравнению с зарубежными аналогами, пассажирских магистральных самолетов. ММЗ "Опыт" на основании этого Постановления было предложено проработать среднемагистральный пассажирский самолет для замены Ту-154 (планы по созданию семейства магистральных машин временно были отложены и возродились в конце 80-х годов, когда CMC Ту-204 из множества предварительных проектов стал реальной машиной). К работам по новой машине были подключены научно-исследовательские институты МАП и МГА. При выборе двигателя для силовой установки решено было сделать ставку на разработки ОКБ П.А.Соловьева. Была проделана большая про-ектно-конструкторская и изыскательская работа по определению требуемых параметров самолета и направлений совершенствования в области компоновки, аэродинамики, технологии и двигателестроения, которые должны были быть положены в основу нового CMC. Были проработаны конкретные требования к основным агрегатам самолета, которые должны были иметь наибольший процент нововведений: к аэродинамике и конструкции суперкритического крыла большого удлинения, к новой электродистанционной системе управления, к шасси и т.д. Были составлены требования к двигателю ОКБ П.А.Соловьева, получившего шифр Д-90. В процессе проработки, как самого самолета, так и двигателя опять в ОКБ, на основе предварительных проработок, были критически рассмотрены различные варианты 2-х и 3-х двигательных схем компоновки самолета. На этом этапе предпочтение было отдано 3-х двигательной схеме, поскольку и А.А. Туполев, и П.А.Соловьев пришли к выводу, что на тот период реально можно сделать двигатель с заданными высокими удельными параметрами лишь в диапазоне взлетных тяг 12000-14000 кг. В январе 1979 года Главным конструктором по теме Ту-204 назначается ЛЛ.Селяков, который считал, что целесообразней поднять несколько тягу двигателей и делать машину по двухдвигательной схеме, что, кстати, и подтвердилось всем ходом дальнейших работ по самолету Ту-204, но тогда, из условий скорейшего создания нового самолета, была принята трехдвигательная схема.
Предполагалось получить топливную эффективность будущего самолета в пределах 21-24 г/пасс.км, то есть самолет должен был по этому параметру превосходить Ту-154Б в 180 местном варианте в 2 раза и быть конку-рентноспособным с создаваемыми на Западе перспективными однотипными самолетами. В ходе проектирования серьезно рассматривался вопрос прибыльности самолета в ходе его эксплуатации в подразделениях "Аэрофлота". Наверное впервые при проектировании отечественного пассажирского самолета большое внимание было уделено снижению влияния сезонности на величину прибыли: в проекте предусматривались объемные багажные помещения под стандартные контейнеры с грузами, фактически машина становилась двухпалубной за счет некоторой переразмеренности фюзеляжа, что позволяло маневрировать соотношением загрузки (пассажиры плюс грузы) и ликвидировать потери связанные с изменением потока пассажиров по сезонам.
В 1979 году, после ряда обсуждений на НТС в МАП и МГА предложений ММЗ "Опыт" по созданию CMC Ty-204, вышло Решение ВПК и Совета Министров СССР по реализации аванпроекта самолета.
Под новые двигатели самолет был перепроектирован с сохранением всего того, что было накоплено за пять лет проектирования по программе Ту-204. Было проработано несколько конкретных вариантов самолета с различной пассажировместимостью.
На этом этапе был принят для дальнейших работ вариант на 208 пассажирских мест. В течение двух лет на ММЗ "Опыт" ведутся проектные работы по трехдвигательному варианту самолета Ту-204.
11 августа 1981 года вышло правительственное постановление о создании среднемагистрального самолёта с тремя двигателями Д-90 и современным ему уровнем расхода топлива. В 1982 году завершили постройку макета, однако этот проект не нашёл дальнейшего развития. В процессе разработки конструкторы отказались от трёхдвигательного варианта и перешли к проектированию самолёта по двухдвигательной схеме с двигателями, подвешенными на пилонах под крылом (впервые в практике КБ Туполева)[5]. Проект был полностью переработан и стал основой для рабочего проектирования Ту-204.
Разработка:
В 1982 году на коллегии МАП по инициативе министра И. С. Силаева принято решение о создании среднемагистрального самолёта Ту-204 с двумя двигателями и дальнемагистрального самолёта Ил-96 с четырьмя двигателями того же типа. В 1983 году Совет Министров СССР издал постановление о разработке и постройке этих авиалайнеров. В постановлении указывалось, что создаваемые самолёты по конкурентоспособности не должны уступать западным образцам. В связи с этим объявили конкурс на выбор типового двигателя для новых пассажирских самолётов между СНТК им. Н. Д. Кузнецова и МКБ П. А. Соловьёва. Конкурс с проектом двигателя Д-90 (будущим ПС-90А) выиграло конструкторское бюро П. А. Соловьева.
В КБ Туполева руководителем темы стал Л. А. Лановский, которого в 1985 году назначили Главным конструктором Ту-204. При проектировании Ту-204 впервые широко использовали разработанную в КБ Туполева универсальную систему «Диана» для общего силового расчёта конструкции методом конечных элементов. Эта система позволила осуществить расчёт напряжённо-деформированного состояния конструкции, собственных форм и частот колебаний, динамической реакции и механики разрушений.
Применение вычислительной техники дало возможность оптимизировать конструктивно-силовую схему, провести автоматизированный весовой контроль, а также программировать процесс механической обработки деталей на станках с числовым программным управлением (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.
После проведения большого объема дополнительных опытно-конструкторских работ по новому варианту 18 января 1986 г. выходит второе Постановление Совета Министров СССР по самолету Ту-204, по которому задавалось строить самолет в двухдвигатель ном исполнении с новыми комплексами оборудования. Испытания первых образцов машины должны были начаться в 1988 г. и в начале 90-х самолет должен был поступить в эксплуатацию. Вскоре определился и новый серийный завод, где должны были серийно выпускать Ту-204, им стало Ульяновское авиационное объеденение , введенное встрой в 1980 г и выпускавшее АН-124, а с 1987 г. приступившее к освоению Ту-204.
Модель Ту-204 в аэродинамической трубе
При отработке аэродинамической компоновки особое внимание уделили выбору обводов крыла, как основному элементу, обеспечивающему аэродинамическую эффективность самолёта в целом. При определении формообразования крыла использован комплекс расчётных программ АПАК, а также параметрические испытания 26 моделей вариантов крыльев в аэродинамических трубах ЦАГИ.
С целью снижения массы разработчики приняли решение о широком внедрении в конструкцию самолёта композитных материалов на основе угле-, стеклоорганопластиков и гибридных материалов. Совместно с ВИАМ выполнен большой объём экспериментальных работ по исследованию композитных материалов на образцах и опытных изделиях, в результате чего разработана и внедрена директивная технология изготовления композитных деталей Ту-204. Масса применённых на самолёте композитных материалов составила 14 % от массы конструкции.
При разработке конструкции внедрены и другие технологические новшества: использованы длинномерные монолитно-сборные панели, панели крыла без стыков обшивок, крупноразмерные листы обшивок фюзеляжа и усовершенствованные крепёжные детали, в том числе титановые. Использование длинномерных полуфабрикатов и крупногабаритных листов позволило существенно уменьшить количество стыков на фюзеляже, в результате чего снизилась масса конструкции и улучшилось качество внешней поверхности самолёта. Особое внимание уделили повышению коррозионной стойкости конструкции. Усовершенствована схема теплозвукоизоляции, в нижней части гермокабины установлены дренажные клапаны, и усилено лакокрасочное покрытие. В конструкции применены новые материалы с улучшенными характеристиками вязкости, малоцикловой усталости, низкими скоростями роста трещин, а также высокопрочные с хорошими усталостными характеристиками.
Испытания:
Опытный Ту-204 в первом полёте
Ту-204 на авиасалоне в Ле-Бурже, 1991 год
Для проведения ресурсных и прочностных испытаний использовались два специально построенных самолёта. Ещё на этапе проектирования перешли от расчётов на статику к расчётам на ресурс и живучесть, что привело к снижению действующих напряжений. Экспериментальный «крест» (крыло-фюзеляж) после всех статических испытаний и искусственного доведения трещины до расчётного (нормированного) размера выдержал нагрузку в 140 % от расчётной.
Бортовые системы отрабатывались на стендах, а на моторно-испытательном комплексе смонтировали и испытали полноразмерную топливную систему.
Первый полёт опытного Ту-204 состоялся 02 января 1989 года на аэродроме «Раменское». Первая машина оборудована средствами экстренного спасения экипажа, в пассажирском салоне установили большое количество различной контрольно-записывающей аппаратуры, которая должна была контролировать работу всех систем и агрегатов самолёта. Освоение серийного производства авиалайнера в Ульяновске началось ещё в 1987 году, поэтому в сертификационных испытаниях кроме опытной машины участвовали ещё три предсерийных самолёта, построенных УАПК.
По результатам испытаний в конструкцию самолёта внесён ряд доработок и усовершенствований технологии производства. Большое внимание уделено отработке новых цифровых систем самолёта. В частности, разработаны 23 варианта автоматической бортовой системы штурвального управления, каждый из которых требовал не только тщательной проверки на надёжность, но и лётных испытаний. На все это уходило время, одновременно с экономическими трудностями в стране начало снижаться финансирование программы, что растянуло сроки испытаний и получения сертификата типа на самолёт.
Полное прекращение бюджетного финансирования в начале 1990-х годов практически остановило сертификационные испытания, а самолёту ещё предстояли эксплуатационные испытания как неотъемлемая часть общего объёма испытаний пассажирского самолёта до передачи его авиакомпании.
Программа эксплуатационных испытаний включала в себя 250—400 полётов с общим налётом не менее 1000 часов. Многократные попытки КБ договориться о сокращении объёма эксплуатационных испытаний закончились безрезультатно. Отраслевые институты (ГосНИИ ГА и ГосНИИ АН) также остались без государственного финансирования и были заинтересованы в проведении максимально возможного количества полётов. Поэтому решили зарабатывать средства самостоятельно, начав перевозку грузов на этапе самих эксплуатационных испытаний.
Благодаря усилиям занимавшего в то время должность начальника ЖЛИиДБ В. Т. Климова, решение о совмещении эксплуатационных испытаний с грузовыми перевозками на самолётах Ту-204 подписано премьер-министром РФ В. С. Черномырдиным. Появилась возможность оплачивать авиационное топливо, аэропортовые сборы, метеообеспечение и аэронавигацию, а также стимулировать непосредственных участников испытаний в АНТК им. А. Н. Туполева, ЛИИ, ГосНИИ ГА, ГосНИИ АН, Авиарегистре МАК и других организациях. Таким образом, только благодаря этим своевременно принятым мерам удалось закрыть все долги и в полном объёме завершить эксплуатационные испытания Ту-204.
Конструкция:
Схема Ту-204
Самолёты семейства Ту-204/214 представляют собой свободнонесущие монопланы нормальной схемы с низкорасположенным стреловидным крылом и двумя турбовентиляторными двигателями, установленными на пилонах под крылом. Крыло большого удлинения образовано сверхкритическими профилями, имеет отрицательную аэродинамическую крутку, положительный угол поперечного V (4°) и установлено под углом 3° 15’ к строительной горизонтали фюзеляжа. На концах крыла установлены вертикальные концевые крылышки (ВКК) — специально спрофилированные аэродинамические поверхности (винглеты) для снижения индуктивного сопротивления.
Механизация крыла состоит из предкрылков вдоль всей передней кромки и двухщелевых закрылков. Шасси — убирающееся, трёхопорное, с носовой стойкой. Силовая установка состоит из двух ТРДД ПС-90А или RB211-535E4 (модификации Ту-204-120).
Система кондиционирования воздуха:
Система кондиционирования воздуха (СКВ) состоит из:
системы отбора и предварительного охлаждения воздуха;
двух автономных магистралей с независимыми установками охлаждения воздуха (УОВ);
системы рециркуляции воздуха;
систем регулирования температуры, управления и контроля.
Воздух в систему кондиционирования отбирается от компрессоров двигателей или ВСУ. Предусмотрена возможность подключения наземного кондиционера.
Система отбора воздуха обеспечивает подачу воздуха на наддув, охлаждение или обогрев гермокабины, на обогрев ВСУ, на аварийный наддув гидробаков, а также подачу воздуха на стартер воздушного запуска двигателя.
Регулирование температуры воздуха в кабине экипажа и пассажирских салонах производится автоматически в соответствии с установкой задатчиков температуры.
Система управления:
Система управления электродистанционная, имеет четыре контура:
основной электродистанционный с цифровыми вычислителями;
резервный электродистанционный с аналоговыми вычислителями;
аварийный электродистанционный;
аварийный механический.
Перемещение рулевых поверхностей осуществляется гидравлическими приводами системы управления рулями (СУР). На самолётах семейства установлена разработанная с участием ЦАГИ автоматизированная система штурвального управления (АСШУ), входящая в систему управления рулями. Обеспечивая стабильность характеристик управляемости, система управления повышает безопасность полёта и существенно облегчает работу экипажа. Комплекс СУР с АСШУ выполняет следующие функции:
обеспечение заданных характеристик устойчивости и управляемости;
автоматическая балансировка самолёта стабилизатором в продольном канале;
защита от выхода за эксплуатационные ограничения (по углу атаки, перегрузке, углу крена, скорости);
ограничение отклонения руля высоты и руля направления по режимам полёта;
автоматическое управление по сигналам вычислительной системы управления полётом (ВСУП).
Штурвальное управление по тангажу и крену осуществляется от Y-образных миништурвалов, а по курсу — от педалей. Конструктивно миништурвал и педали установлены на посту управления, обеспечивающем размещение внутренней проводки управления в минимальных габаритах. Посты управления механически связаны друг с другом. На случай заклинивания предусмотрена возможность рассоединения механической проводки между постами управления рукояткой «РАСЦЕП» с выбором приоритета управления электродистанционных контуров АСШУ с рабочего места левого или правого лётчика[23].
Система управления обеспечивает алгоритмическую защиту от касания хвостом полосы, а также в случае отказа двигателя автоматически отклоняет руль направления для парирования разворачивающего момента
Система электроснабжения:
Источниками электроэнергии являются генераторы (по одному на каждом двигателе), генератор ВСУ, аккумуляторы, а также работающие от гидросистемы аварийные привод-генераторы. На самолётах некоторых модификаций установлены генераторы переменных оборотов — постоянной частот.
Основная система электроснабжения переменного трёхфазного тока напряжением 115/200 В стабильной частоты 400 Гц.
Вторичная система электроснабжения переменного тока напряжением 115/200 В стабильной частоты 400 Гц.
Вторичная система электроснабжения постоянного тока напряжением 27 В.
Оборудование
Кабина экипажа
Комплексная информационная система сигнализации КИСС обеспечивает выдачу на многофункциональных жидкокристаллических индикаторах текущей информации о параметрах работы двигателей, о параметрах и состоянии бортовых систем, а также об отказах в системах с рекомендациями по необходимым действиям экипажа. КИСС выдаёт также предупреждающую и аварийную звуковую сигнализацию. Одновременно КИСС собирает информацию для многоканальной системы регистрации параметров (МСРП), которая фиксирует параметры полёта и передаёт информацию в систему сбора и локализации отказов (ССЛО)
Информация, необходимая для пилотирования самолёта, выдаётся системой электронной индикации СЭИ на двух парах многоцветных жидкокристаллических индикаторов (комплексно-пилотажном индикаторе КПИ и комплексном индикаторе навигационной обстановки КИНО), расположенных горизонтально на приборной панели пилотов. На индикаторы СЭИ также выводится видеоизображение с камер внутреннего наблюдения.
Пилотажно-навигационное оборудование обеспечивает автоматическое самолётовождение по заданным в плане полёта траекториям при полётах по оборудованным и необорудованным международным и внутренним воздушным трассам с выполнением требований RNP (англ.)русск. и RVSM.
В состав цифрового комплекса пилотажно-навигационного оборудования входят
вычислительная система самолётовождения
бортовая инерциальная лазерная навигационная система
средства измерения высотно-скоростных параметров и углов атаки
система воздушных сигналов
радиотехнические системы навигации и посадки
система предупреждения критических режимов (СПКР)
система предупреждения столкновений в воздухе
система предупреждения приближения земли (СППЗ)
метеорадиолокационная станция.
Все параметры полёта, навигационная и метеорологическая обстановка выдаются на экраны системы электронной индикации. Информация на экранах может выдаваться как в метрической, так и в британской системе единиц.
Резервные пилотажные приборы — указатель скорости, вариометр, барометрический высотомер, авиагоризонт, радиомагнитный индикатор, магнитный компас.
Автоматическое управление самолётом осуществляется вычислительной системой управления полётом (ВСУП) и вычислительной системой управления тягой (ВСУТ).
ВСУП формирует сигналы автоматического управления самолётом и командных индексов электронных индикаторов для директорного управления, а также другую информацию в смежные системы. ВСУТ формирует сигналы для управления тягой и перемещения рычагов управления двигателями в зависимости от конфигурации самолёта и заданных экипажем или ВСУП параметров полёта.
Бортовые системы сопрягаются между собой с помощью широко распространённого интерфейса ARINC 429, что упрощает модернизацию оборудования, в том числе путём применения импортных комплектующих.
Топливная система:
Топливо на самолёте размещено в кессон-баках, образованных загерметизированной силовой конструкцией планера самолёта.
Расположение баков:
два бака по 7000 кг в корневой части крыла (левый и правый);
расходные отсеки по 1800 кг (левый и правый);
два бака по 3375 кг в консольной части крыла (левый и правый);
бак ёмкостью 2360 кг в кессоне киля;
бак ёмкостью 8800 кг в центроплане.
Суммарная масса топлива составляет 35710 кг. На некоторых специальных модификациях самолётов Ту-204/214 устанавливаются дополнительные топливные баки в фюзеляже.
Для уменьшения сопротивления в крейсерском режиме полёта применена автоматическая перекачка топлива после взлёта в хвостовой бак, размещённый в киле самолёта. Это позволяет смещать центр масс самолёта на 10 % средней аэродинамической хорды, тем самым уменьшая потери на балансировочное сопротивление.
Гидравлическая систем:
Гидравлическая система выполнена в виде трёх независимых подсистем.
Основными источниками гидравлической мощности в гидросистемах являются насосы переменной производительности с приводом от двигателей самолёта.
Резервными источниками гидравлической мощности являются электрические насосные станции — по одной в каждой гидросистеме.
Аварийным источником гидравлической мощности является турбонасосная установка, которая выпускается в поток воздуха автоматически при отказе двух двигателей и после отключения двух генераторов, а также в ручном режиме. На ульяновских Ту-204 она расположена на правом борту, а на казанских Ту-214 — на левом.
Рабочая жидкость — НГЖ-5У, Skydrol LD-4 или Skydrol 500 B4. Рабочее давление в гидросистеме — 210 кгс/см2
Противообледенительная система (ПОС):
От обледенения защищены носки воздухозаборников двигателей, обтекатели вентилятора, лобовые стёкла кабины экипажа, приёмники полного давления, датчики аэродинамических углов.
Крыло и оперение мало подвержены нарастанию льда и противообледенительной системой не оснащены. Среди современных магистральных самолётов Ту-204 — единственный, крыло которого не требует наличия противообледенительной системы. В ходе испытаний подтверждена безопасность полётов без противообледенительной системы на несущих поверхностях и получены российский и европейский сертификаты.
Страница [ 1 ] [ 2 ]
Источник: http://ussr-cccp.moy.su/index/samoljoty_sssr/0-8 |