Сверхзвуковой пассажирский лайнер «Конкорд»
Первым в мире сверхзвуковым пассажирским самолетом стал советский ТУ-144. При его изготовлении был использован опыт, накопленный при создании стратегического бомбардировщика М-50.
Отличительной чертой Ту-144 было треугольное крыло с «ломаной» передней кромкой. Как показали исследования, проведенные в СССР, Швеции, США и Англии в 1950-х годах, треугольное крыло с ломаной передней кромкой позволяло не только снизить коэффициент лобового сопротивления в зоне трансзвуковых скоростей, несколько улучшить взлетно-посадочные характеристики самолета, но и уменьшить перемещение центра давления самолета при выходе на сверхзвуковые скорости.
Логическим завершением этого большого комплекса работ был переход к треугольному крылу с непрерывно меняющимся по размаху углом стреловидности: от очень большого у корня (75-85 градусов) до средних значений в концевой части (50-65 градусов). Такие крылья получили название «оживальных» и были применены совместной англо-французской фирмой при создании сверхзвуковых самолетов гражданской авиации «Конкорд».
Прежде чем применить оживальные крылья на реальном самолете, было решено, независимо друг от друга, и в Англии, и в СССР провести испытания не только в аэродинамических трубах, но и в полете на самолетах-аналогах. Такой летающей моделью в СССР стал одноместный экспериментальный самолет ОКБ А.И. Микояна «МиГ-Аналог 144», а в Англии – одноместный экспериментальный самолет BAC221 фирмы «Бритиш Эркрафт».
Летчик-испытатель О.В. Гудков начиная с 1967 года совершил десятки полетов на «Аналоге 144», неоднократно проверив все возможные режимы, включая даже те, которые были недоступны пассажирскому самолету. Результаты испытаний этой летающей лаборатории были использованы для доработки проекта Ту-144 и позволили ускорить его испытания, начатые в декабре 1968 года летчиком-испытателем Э.В. Еляном. Первый полет Ту-144 состоялся 31 декабря 1968 года и длился 38 минут.
На другой день французская газета «Пари пресс энтрансижан» писала: «Полет Ту-144 является исторической датой в авиации, знаменующей выход Советского Союза на первое место в строительстве сверхзвуковых пассажирских самолетов».
Другой английский самолет-аналог BAC221 начал свои полеты с мая 1964 года. У него был более узкий диапазон исследуемых скоростей – от посадочных до 1700 километров в час. Но, несмотря на более легкую задачу, испытания затянулись. Результаты их были использованы при постройке самолета «Конкорд», который поднялся в воздух на три месяца позже Ту-144 – в марте 1969 года.
Достижения науки в СССР и в передовых странах Запада позволили советским ученым и конструкторам, а также конструкторам англо-французских компаний найти оптимальное решение аэродинамической и общей компоновки сверхзвукового самолета гражданской авиации.
В опытном варианте Ту-144 при взлетной массе 195 тонн и грузоподъемности 15 тонн при крейсерской скорости 2200 километров в час имел расчетную дальность 6500 километров. На практическом потолке, равном 18000 метров, он мог развивать максимальную скорость 2500 километров в час. Самолет Ту-144 был снабжен более экономичными, чем у «Конкорда», турбореактивными двигателями с форсажной камерой ОКБ Н.Д. Кузнецова – НК-144 с тягой 12750 кН каждый.
После первого полета Ту-144 31 декабря 1968 года второй полет продолжительностью 50 минут был совершен 8 января 1969 года. В процессе дальнейших испытаний в мае 1970 года впервые в истории авиации гражданский пассажирский самолет достиг числа М равного двум – скорости 2150 километров в час на высоте 16300 метров. Осенью того же года на высоте 17000 метров была превышена скорость 2430 километров в час. Это и сегодня рекорд скорости для пассажирских самолетов.
Однако судьба лайнера оказалась печальной. Сначала произошла катастрофа на выставке в Ле-Бурже, что существенно затормозило выход Ту-144 на регулярные авиалинии. Первый коммерческий сверхзвуковой рейс, но без пассажиров на борту, самолет Ту-144 совершил 26 декабря 1975 года по маршруту Москва – Алма-Ата, но лишь с ноября 1977 года начались полеты с пассажирами по тому же маршруту. Вскоре полеты были прекращены, по причине экономической нецелесообразности и из экологических соображений.
Судьба «Конкорда» также была непростой, но все же более счастливой. 26 октября 1962 года правительства Франции и Великобритании подписали финансово-экономическое соглашение о совместном создании сверхзвукового пассажирского самолета (СПС) «Конкорд». Днем раньше было подписано соглашение между английской фирмой BAC и французской SNCASE, из которого следовало, что англичане берут на себя две трети работ по двигательным установкам, а французы – примерно шестьдесят процентов всех работ по планеру и его системам. При этом фирмы взяли на себя обязательства организовать и координировать работы десятков фирм Франции и Англии, которые примут участие в программе.
Согласованный график работ предусматривал облет опытного образца в 1966 году, в следующем году – облет предсерийного самолета, еще через год – серийного и выпуск первых самолетов на линию в 1970 году. При этом предполагалось, что стоимость работ составит 170 миллионов фунтов стерлингов, а цена самолета не будет превышать 10 миллионов долларов.
Однако со временем стали возникать технические проблемы, которые затягивали время реализации отдельных этапов программы. Строительство двух опытных образцов началось лишь в феврале 1965 года, а испытание первого из них, как уже говорилось, состоялось в марте 1969 года. Первый предсерийный самолет «Конкорд» был облетан в декабре 1971 года, а первый серийный – в октябре 1973 года.
Увеличившаяся масса и затянувшийся период разработки повлекли за собой многократное увеличение затрат по программе и продажной цены самолета. После подведения итогов выяснилось, что за период 1962—1976 годов Франция и Великобритания вместе израсходовали 1200 миллионов фунтов стерлингов. Цена самолета, которая в начале 1970-х годов составляла 25 миллионов долларов, в 1974 году – 40,25 миллионов, возросла в 1976 году до 60 миллионов.
21 января 1976 года два самолета «Конкорд» одновременно начали выполнять регулярные пассажирские рейсы на трассах Париж – Рио-де-Жанейро и Лондон – Бахрейн. В общей сложности до 1978 года было построено 18 самолетов.
Хотя в 1972 году поступили предварительные заказы на строительство 74 самолетов, однако запрещение полетов сверхзвуковых пассажирских самолетов над территорией США (позднее такой запрет ввели многие страны, в том числе Япония) привело к аннулированию большинства заказов.
По мере развития самолета от опытного образца до серийного он подвергся значительным доработкам, в результате чего изменились не только габариты, масса и характеристики, но и стоимость программы и цена самолета. В проекте «Супер-Каравелла» предполагалось, что взлетная масса самолета составит 92 тонны, а в предварительном проекте «Конкорд» – 130 тонн. В действительности взлетная масса первого опытного образца составила 148 тонн, а в процессе доработок она возросла до 156 тонн. Предсерийный самолет уже имел массу около 175 тонн, а серийный – свыше 180 тонн. Соответственно увеличились и габариты, в первую очередь длина фюзеляжа (с 56,24 метра у опытного образца и 58,84 метра у предсерийного самолета до 61,66 метра у серийного самолета).
Первоначально предусматривалось, что самолет будет перевозить 90-110 пассажиров на расстояние 4500 километров со скоростью порядка М = 2,2. В ходе работ максимальная дальность самолета возросла до 6580 километров, однако крейсерскую скорость пришлось ограничить величиной М = 2,04.
«Конкорд» представляет собой построенный по схеме «бесхвостка» низкоплан с овальным, поперечно изогнутым крылом. Управление по курсу обеспечивается классическим вертикальным оперением с двухсекционным рулем направления.
Фюзеляж лайнера выполнен в виде цилиндрической конструкции с относительно малым поперечным сечением. Ввиду значительной длины фюзеляжа и относительно больших углов атаки во время взлета и посадки «Конкорд» снабжен высоким шасси, в результате чего ось самолета находится на высоте 5,4 метра над поверхностью земли.
Для увеличения видимости из кабины пилотов во время взлета и посадки носовая часть фюзеляжа может опускаться. Шасси – трехстоечное, со спаренными передними колесами и четырехколесными тележками на главных стойках. «Конкорд» снабжен тремя независимыми гидравлическими системами – двумя основными и одной аварийной. Они обеспечивают работу гидроусилителей управляющих поверхностей, выпуск и убирание шасси, управление передними колесами во время маневрирования на земле, взлета и посадки, опускание и подъем передней части фюзеляжа, работу топливных насосов балансировочной системы и регулирование входных и выходных устройств двигательной установки.
Самолет рассчитан на небольшие перегрузки, в связи с чем скорости его снижения и маневра ограничены. Для изготовления самолета использовались главным образом жаропрочные сплавы алюминия. Из сплавов титана и стали выполнены элементы двигательной установки, обшивка руля направления и некоторые части шасси.
Для обеспечения минимальной массы самолета выбрана конструкция планера, соответствующая принципу равнопрочности всех ее элементов. Кроме того, большая часть конструкции выполнена методом фрезерования целых панелей, что позволило исключить множество соединений, предотвратить деформацию обшивки и изменение формы профиля в полете. Технологическое разделение также отличается от традиционного: конструкция разделена на секции, каждая из которых состоит из части фюзеляжа и прилегающей к нему части крыла. Это облегчает соединение лонжеронов крыла с силовыми шпангоутами фюзеляжа. Обшивка крыла выполнена из монолитных, предварительно напряженных панелей, в результате чего масса самолета уменьшилась приблизительно на 20 процентов (по сравнению с традиционными конструкциями).
Четыре турбореактивных двигателя «Олимпус-593» совместной разработки фирм «Роллс-Ройс» и SNECMA расположены попарно в двух подкрыльных гондолах таким образом, что срез выходных сопел находится в плоскости задней кромки крыла. Двигатели оснащены форсажными камерами и устройствами реверса тяги. Основная задача форсажных камер сводится к увеличению тяги во время взлета и при переходе самолета через скорость звука. Конструкция реверсов тяги обеспечивает во время посадки тормозную силу, равную 45 процентам взлетной тяги. «Олимпус-593» представляет собой усовершенствованный вариант двигателя «Олимпус-22R» с тягой на форсаже 146,80 кН (14970 килограммов), установленного на самолете TSR-2. У каждого двигателя имеется отдельный регулируемый воздухозаборник прямоугольного поперечного сечения.
К середине 1980-х годов двигательные установки были усовершенствованы, что позволило снизить уровень акустического нагружения и повысить их экономичность. Для защиты окружающей среды от выхлопных газов двигателей, содержащих большой процент окислов азота, разрушающих озоновый слой атмосферы, были снижены эксплуатационные диапазоны высот полета и повышены требования к чистоте выхлопных газов. Это удалось добиться путем снижения степени сжатия компрессоров двигателей.
Топливная система включает 17 кессонных топливных баков, расположенных в крыле и фюзеляже. Их емкость составляет 119786 литров. Топливо используется также для изменения положения центра тяжести самолета во время преодоления звукового барьера и для охлаждения конструкции. Этой цели служат четыре балансировочных бака (в передних околофюзеляжных частях крыла с максимальной стреловидностью) и бак в хвостовой части фюзеляжа (за задней кромкой крыла).
За время эксплуатации «Конкордов» были получены интересные статистические данные: абсолютное большинство пассажиров сверхзвуковых лайнеров – 82 процента – составляют мужчины, их средний возраст – 48 лет. Из них большинство – 44 процента – представлено американцами, на втором месте – 28 процентов – французы, следом идут жители Европы – 18 процентов и представители других стран – 10 процентов.
Больше всего свое время ценят высокопоставленные политические деятели – 44 процента всех пассажиров, после них идут промышленники и бизнесмены, затем – спортсмены и деятели искусства и просто состоятельные пассажиры.
Полеты на «Конкордах» выполняются строго по графику: задержка рейса не превысила трех минут! Но эту идеальную картину до основания разрушил «черный вторник» – 25 июля 2000 года.
Сообщение о катастрофе привело в состояние шока не только Францию, но и всю Европу. Еще бы, разбился сверхзвуковой «Конкорд», считавшийся до этого самым безопасным и надежным самолетом в мире. За двадцать пять лет непрерывной эксплуатации «Конкорд» ни разу не потерпел аварию! Имели место только два летных инцидента.
Гибель «Конкорда» повлекла за собой необратимые последствия. Парижская, Нью-Йоркская и Токийская биржи моментально отреагировали на катастрофу заметным падением курса авиакомпаний «Эр Франс» и «Бритиш Эйрвейз», а американские СМИ начали атаку против европейских авиакомпаний.
Однако вскоре из Парижа поступило сообщение о том, что «Эр Франс», которой принадлежал «Конкорд», разбившийся 25 июля, подала в суд на американскую авиакомпанию «Континентал Эйрланс». Комиссия, расследовавшая причины катастрофы «Конкорда», закончила свою работу и пришла к выводу, что причиной трагедии стала отвалившаяся деталь американского аэробуса «Дуглас ДК-10», который взлетел с той же полосы перед «Конкордом». Специалисты установили: острый кусок металла, обнаруженный при тщательном осмотре взлетно-посадочной полосы, пробил шину французского самолета, что привело к ее взрыву и пожару двигателей. Согласно международному своду законов, авиаперевозчик несет ответственность за ущерб, причиненный предметами, упавшими с его воздушного судна. Этот закон и позволил «Эр Франс» предъявить иск американской авиакомпании на возмещение ущерба от падения «Конкорда». С аналогичными исками в суд обратились адвокаты, представляющие интересы родственников погибших при катастрофе.
