Игорь Аксюта (101) wrote,
Игорь Аксюта
101

Category:

Мясищев М-53. Сверхзвуковой пассажирский



Бурное развитие мировой экономики в 50-е годы прошлого века требовало расширения и упорядочивания связей между удаленными регионами. С 1958 года открываются регулярные пассажирские трансатлантические рейсы реактивных дальнемагистральных лайнеров «Боинг-707» между США и Европой.



Первенцы реактивной гражданской авиации имели крейсерскую скорость полета около 800 км/ч. Устойчивая тенденция роста скорости воздушного транспорта делала неизбежным переход на сверхзвуковые скорости. Учитывая это и опираясь на опыт создания сверхзвуковых стратегических бомбардировщиков М-50 и М-52, в ОКБ-23 впервые в СССР в 1958 году приступили к проектным изысканиям по сверхзвуковому пассажирскому самолету (СПС).




Веской причиной этой инициативы явилось, по всей вероятности, осознание В.М. Мясищевым того факта, что сверхзвуковые М-50, М-52 и М-56 останутся в разряде опытных, хотя первый из них успешно проходил летные испытания. Безразличное и даже предвзятое отношение военно-политического руководства к разработкам ОКБ-23 чувствовалось и во время визита партийно-правительственной делегации, возглавляемой Н.С. Хрущевым, на предприятие в августе 1958 года и при работе макетной комиссии по М-52 в мае-июне 1959 года.

Мясищев М-53. Сверхзвуковой пассажирский
Бомбардировщик М-50.

Разработка СПС была попыткой использовать уникальный опыт разработки дальних сверхзвуковых самолетов в новой для ОКБ сфере гражданской авиации. Проект СПС получил шифр "55". В 1958 году рассмотрели четыре варианта самолета, отличающиеся размерностью и аэродинамической схемой. Среди них три варианта, выполненные по схеме "утка".

Первый из них "55А", с треугольным крылом и двумя ТРД М16-17П, рассчитывался на перевозку до 60 пассажиров на расстояние до 2500 км. Проект самолета "55Б", с крылом тройной стреловидности и четырьмя ТРД М16-17П, вмещал до 110 пассажиров и имел дальность до 6000 км. Вариант «55В», с треугольным крылом и шестью ТРД ВК-15М, мог бы перевозить до 120 пассажиров на расстояние 6500 км. Проект «55Д» имел классическую схему, напоминавшую М-50А с треугольным крылом и четырьмя ТРД М16-17П. Он вмещал до 110 пассажиров, а дальность полёта достигала 5500 км.

Расчетная крейсерская скорость полета вариантов "А", "Б" и "Д" составляла 2000 км/ч, варианта "В" — 2600 км/ч. В 1959 году работа по СПС продолжалась. На первом этапе предполагалась разработка пассажирской модификации бомбардировщика М-50А, на втором — нового лайнера со скоростью, соответствующей числу М=3. Проект первого получил шифр "53", второго — "59". В дальнейшем использовался только шифр "53", так как шифр "59" получила сверхзвуковая стратегическая система с турборакетными двигателями.

Ведущим конструктором по теме назначили В.Г. Григорьева, а по проекту "53" — В.М. Максимова. Руководство ГВФ поддержало эту инициативу и выдало предварительные требования к СПС. В конце 1959 года вышло соответствующее постановление Совмина СССР. Тогда же по предложению ГВФ к рассмотрению приняли проект пассажирского самолета М-29 на базе бомбардировщика ЗМ, работы по которому прекратились в 1955 году.

Главное внимание уделяли выбору и обоснованию характеристик и схемы СПС. При выборе облика СПС в ОКБ руководствовались следующими соображениями.

Выбранная компоновка должна была обеспечить в первую очередь максимально высокое аэродинамическое качество на крейсерском режиме полета и наибольшую весовую отдачу по топливу. Кроме того, требовалось "смягчить" скачкообразное смещение аэродинамического фокуса при переходе через звуковой барьер. При выборе схемы СПС требовалось обеспечить максимальные удобства пассажирам, низкий уровень шума в салоне, противопожарную безопасность самолета при аварийных посадках и приемлемые взлетно-посадочные характеристики.

Были рассмотрены четыре возможные компоновки СПС одной размерности: М-53А — нормальная схема с треугольным крылом и хвостовым оперением с двигателями, установленными на пилонах под крылом (по типу М-50А); М-53Б — по схеме "утка" с двигателями на пилонах под крылом; М-53В — по схеме "утка" с несущими крыльевыми мотогондолами и М-53Г — "утка" с пакетным расположением двигателей в хвостовой части фюзеляжа.

Классическая схема самолета имела определенные преимущества, главным из которых — ее освоенность, что позволяло создать СПС в кратчайшие сроки, но ее аэродинамическое качество на сверхзвуке низкое. Кроме того, при переходе на сверхзвуковые режимы полета резко смещался аэродинамический фокус. Из-за этого для обеспечения центровки самолета требовалось размещать часть топлива в передних отсеках фюзеляжа и применять систему его перекачки в полете в хвостовую часть фюзеляжа.

Это требовало применения автоматов центровки и продольной устойчивости, что усложняло самолет и понижало степень его безопасности. Кроме того, из-за низкого аэродинамического качества и малой весовой отдачи по топливу классическая схема не обеспечивала требуемой дальности полета.

Отмеченные недостатки в значительной мере устранялись при выборе аэродинамической схемы "утка" с крылом переменной стреловидности и "плавающим" передним оперением. У самолетов этой схемы смещение аэродинамического фокуса при переходе на сверхзвуковые режимы полета сводились к минимуму, что позволяло обойтись без перекачки топлива.

К тому же большие корневые хорды крыла позволяли увеличить строительную высоту и снизить его массу, что, в совокупности с другими техническими решениями, снижало нагрузки и повышало весовую отдачу самолета по топливу. Эти основные преимущества "утки" имели решающий характер, несмотря на худшую аэродинамику на дозвуковой скорости и снижение взлетно-посадочных характеристик. Что касается сравнения трех рассмотренных вариантов схемы "утка" между собой, то они сводились к следующему: установка двигателей на пилонах снижает аэродинамическое качество на крейсерском режиме полета; установка двигателей в несущих мотогондолах "пакетом" в общей гондоле дает значения качества, более высокие, чем в предыдущей компоновке.

Проведенные исследования показали, что наиболее приемлемым является пакетное расположение двигателей. Это снижало уровень шума в салоне, облегчало парирование моментов крена и скольжения при отказе в полете части двигателей. Однако ввиду новизны этой схемы требовалось ее более глубокое исследование. Необходимо отметить, что в основу схемного решения М-53 положили результаты исследований облика бомбардировщика-разведчика М-56Р.

Двигатели для СПС, в частности, должны были оборудованы устройствами реверса тяги, шумоглушения и иметь ресурс не менее 1000 часов при минимальном соотношении веса и взлетной тяги. Этим требованиям в известной степени удовлетворяли бесфорсажные ТРД. Готовых двигателей, как всегда, не было. К рассмотрению приняли серийный ВД-7К, РД16-17 (главный конструктор П.Ф. Зубец), создававшийся для М-52 и М-56, и проект ТРД ВК-15 ОКБ-11 7 В.Я. Климова, планируемый также для использования в силовой установке бомбардировщика-разведчика M-56Р.

Мясищев М-53. Сверхзвуковой пассажирский
Авиаконструктор В.М. Мясищев

Большое внимание уделили выбору и обоснованию крейсерской скорости. СПС не должен выполнять весь полет на сверхзвуковой скорости, так как создаваемые на небольшой высоте ударные волны вызывают на поверхности земли резкие импульсы увеличения давления, приводящие к разрушению или повреждению зданий и сооружений. Поэтому полеты со сверхзвуковой скоростью планировались на высотах свыше 10000 м.

Таким образом, часть проходимого самолетом пути должна затрачиваться на набор высоты, на разгон до сверхзвуковой скорости и на торможение перед снижением. Чем меньше дальность, тем большая доля пути приходилась на дозвуковые этапы полета и тем меньше сказывалось преимущество большой скорости крейсерского полета.

Исходя из этого, сделали вывод, что для СПС с дальностью 4500 км крейсерская скорость не должна превышать число М=2, а для дальности 6500 км — более чем втрое превосходить звуковую. При заданных рейсовой дальности и коммерческой нагрузке крейсерскую скорость выбирали из условия наименьшей стоимости перевозок. При дальности 4500 км наивыгоднейшей являлась скорость, соответствующая числу М=1,9-2,1. Помимо этого, на выбор скорости существенно влияла работоспособность конструкционных материалов при интенсивном аэродинамическом нагреве и изменение характеристик двигателей в зависимости от числа «М».

На первом этапе создания СПС решили максимально использовать опыт постройки дозвуковых самолетов, применив бесфорсажные ТРД и типовые конструкции из алюминиевых сплавов Д-16 и В-95, прочностные характеристики которых сохраняются до температур, имеющих место при полете со скоростью, соответствующей числам М=2-2,2. В противном случае пришлось бы применить жаропрочные стали и титановые сплавы, конструкции из которых еще не прорабатывались.

В результате сделали вывод, что оптимальная скорость крейсерского полета самолета с дальностью 4500 км должна соответствовать числам М=1,8-2. В итоге достигался значительный экономический эффект в результате уменьшения стоимости парка самолетов при заданном объеме воздушных перевозок, сокращались время пребывания пассажиров в пути и летный и обслуживающий персонал.

Себестоимость перевозки тонны груза на километр пути в ценах 1960 года для самолета нормальной схемы не превышала 2,2 руб., для "утки" с двигателями на пилонах — 2,16 руб., а с несущими мотогондолами или пакетным расположением двигателей — 2,14 руб.

В результате проработки возможного облика перспективного СПС пришли к выводу, что выполнение требований ГВФ (особенно по дальности) возможно только при аэродинамическом качестве не ниже 6, весовой отдачи по топливу — 48-55% и создания двигателя с высокими удельными характеристиками.

Высокое аэродинамическое качество достигалось только при применении принципиально новых аэродинамических схем и компоновки двигателей. В частности, схемы "утка" с плавающим оперением, крылом переменной стреловидности и пакетным расположением двигателей под крылом или в виде несущих мотогондол.

Ни один из построенных и разрабатывавшихся в то время двигателей не удовлетворял предъявлявшимся к нему требованиям. На основании компоновочных, конструктивных и макетных проработок совместно с ГВФ уточнили проект требований к СПС.

Построили два частичных макета самолета с отсеками пассажирского салона диаметром 3,2 м и длиной 9 м, буфета-кухни диаметром 3,2 м и длиной 2,5 м.

Макеты предназначались для определения минимального диаметра фюзеляжа при размещении в ряду шести пассажирских кресел, определения оптимальных размеров пассажирского кресла и бытовых помещений, рационального размещения оборудования буфета и кухни из расчета на 120 пассажиров, выбора освещения, вентиляции и внешнего оформления салона.

Мясищев М-53. Сверхзвуковой пассажирский


Мясищев М-53. Сверхзвуковой пассажирский


Во исполнение майского 1960 года постановления правительства в августе представили в ГКАТ аванпроект 100-130 местного СПС "М-53" с крейсерской скоростью 1800-2000 км/ч и дальностью до 6500 км. Через два месяца ОКБ-23 прекратило свое существование, а еще через три года ОКБ-51 А.Н. Туполева приступило к проектированию СПС Ту-144. Необходимо отметить, что большинство построенных вскоре дальних сверхзвуковых военных или гражданских самолетов использовали схему с крылом переменной стреловидности, управляемым ПГО и "пакетным" размещением двигателей. Только Ту-144 имел схему "бесхвостка", но на серийных образцах появилось выдвижное на взлете-посадке переднее горизонтальное оперение.

Специалисты ОКБ-23 впервые в СССР столкнулись с трудностями, сопутствующими сверхзвуковому длительному полету, и смогли дать рекомендации по их преодолению. Кроме того, размерность СПС и его основные летно-технические характеристики, спрогнозированные в ОКБ-23, были реализованы в упомянутых машинах, что делает честь проектантам ОКБ-23 как первопроходцам сверхзвуковой дальней авиации.

Мясищев М-53. Сверхзвуковой пассажирский


Источники:
Лавров В., Якубович Н. Самолеты В.М. Мясищева. М.: Русавиа, 1999. С. 144, 149.
Артемьев А. Крылья сверхдержавы. М.: Яуза, ЭКСМО, 2009. С. 222-225.
Ильин В., Левин М. Бомбардировщики. Т.2. М.: Виктория, АСТ, 1996. С. 24-26.
Совенко А. М-50: избавление от иллюзий // Авиация и время. 2005. №1. С. 13, 16.
Брук А. Смирнов С. Сверхзвуковой пассажирский самолет // Крылья Родины. 2002. №7. С. 6-7.
Смирнов К. История утраченной победы // Газета «Авиаград Жуковский». 2014. 21 октября.
Автор Инженер-технарь



Понравился пост? Поделись с друзьями



Нравится блог? Добавляй в друзья. Хочешь взаимности, отпишись в верхнем посте.

Tags: самолеты
Subscribe

Posts from This Journal “самолеты” Tag

Buy for 50 tokens
Buy promo for minimal price.
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment