Туполев ТУ-204

Ту-204 — советский и российский среднемагистральный узкофюзеляжный пассажирский самолёт, разработанный в конце 1980-х — начале 1990-х годов в ОКБ Туполева для замены на авиалиниях пассажирского самолёта Ту-154. Производится с 1990 года на заводе «Авиастар-СП» в Ульяновске, а также с 1996 года на КАПО имени С. П. Горбунова в Казани (модификация Ту-214). Рассчитан на 164—215 пассажиров и дальность полёта 4200—5920 км. Использует российские двигатели ПС-90А.

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.

На различные варианты Ту-204 получено более 50 российских и международных сертификатов и дополнений к ним. Самолёты семейства Ту-204/214 отвечают всем современным требованиям по безопасности, шуму на местности и выбросу вредных веществ. Находящиеся в эксплуатации модификации Ту-204 соответствуют требованиям ИКАО и Евроконтроля по вертикальному эшелонированию и точности навигации, без ограничений допущены к полётам в страны Европейского союза, а также выполняют регулярные рейсы по всему миру, включая страны Северной и Южной Америки.

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.

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). Проект был полностью переработан и стал основой для рабочего проектирования Ту-204.

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.

   Модель Ту-204 в аэродинамической трубе
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.

К моменту окончания проектирования самолёт решили серийно строить на Ульяновском авиационно-промышленном комплексе (УАПК) им. Д. Ф. Устинова (с 1992 года ЗАО «Авиастар-СП»). Первый Ту-204 построен в Москве опытным производством АНТК им. А. Н. Туполева совместно с УАПК.

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 2 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.

Сертификат типа № 68-204 на самолёт Ту-204 с двигателями ПС-90А получен 29 декабря 1994 года.

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).

Ту-204 — один из немногих пассажирских самолётов, который на практике подтвердил возможность безопасного завершения полёта со всеми неработающими двигателями. 14 января 2002 года самолёт Ту-204-100 № 64011 авиакомпании «Сибирь», следовавший рейсом Франкфурт — Новосибирск, в сложных метеоусловиях выработал всё топливо за 17 км от аэропорта Омска и совершил успешную посадку с двумя неработающими двигателями. При посадке никто не пострадал, а самолёт вскоре вернулся в эксплуатацию.