Myasishchev M-53. hành khách siêu âm
Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế thế giới trong những năm 50 đòi hỏi phải mở rộng và hợp lý hóa các mối quan hệ giữa các vùng xa xôi. Kể từ năm 1958, các chuyến bay chở khách xuyên Đại Tây Dương thường xuyên của máy bay phản lực tầm xa Boeing 707 đã được mở giữa Hoa Kỳ và Châu Âu.
Máy bay phản lực dân dụng đầu tiên ra đời hàng không có tốc độ hành trình khoảng 800 km / h. Xu hướng tăng đều đặn của tốc độ vận tải hàng không khiến việc chuyển đổi sang tốc độ siêu thanh là không thể tránh khỏi. Tính đến điều này và dựa trên kinh nghiệm chế tạo máy bay ném bom chiến lược siêu thanh M-50 và M-52, OKB-23 lần đầu tiên ở Liên Xô vào năm 1958 đã bắt đầu nghiên cứu thiết kế máy bay chở khách siêu thanh (SPS).
Một lý do chính đáng cho sáng kiến này, rất có thể là V.M. Myasishchev về thực tế là M-50, M-52 và M-56 siêu âm sẽ vẫn nằm trong danh mục thử nghiệm, mặc dù chiếc đầu tiên đã vượt qua các cuộc thử nghiệm chuyến bay thành công. Thái độ thờ ơ và thậm chí thiên vị của giới lãnh đạo quân sự-chính trị đối với sự phát triển của OKB-23 cũng được cảm nhận trong chuyến thăm của phái đoàn đảng và chính phủ do N.S. Khrushchev, tại doanh nghiệp vào tháng 1958 năm 52 và trong quá trình làm việc của ủy ban mô hình cho M-1959 vào tháng XNUMX-tháng XNUMX năm XNUMX.
Sự phát triển của SPS là một nỗ lực sử dụng kinh nghiệm độc đáo về phát triển máy bay siêu thanh tầm xa trong lĩnh vực hàng không dân dụng, vốn là điều mới mẻ đối với Cục thiết kế. Dự án ATP đã nhận được mã "55". Năm 1958, bốn biến thể của máy bay đã được xem xét, khác nhau về kích thước và thiết kế khí động học. Trong số đó có ba phương án được thực hiện theo sơ đồ "con vịt".
Chiếc đầu tiên trong số đó là "55A", với cánh tam giác và hai động cơ phản lực M16-17P, được thiết kế để chở tới 60 hành khách trên quãng đường lên tới 2500 km. Dự án máy bay "55B", với ba cánh quét và bốn động cơ phản lực M16-17P, có thể chở tới 110 hành khách và có tầm hoạt động lên tới 6000 km. Phiên bản 55V, với cánh tam giác và sáu động cơ phản lực VK-15M, có thể chở tới 120 hành khách trên quãng đường 6500 km. Dự án 55D có sơ đồ cổ điển gợi nhớ đến M-50A với cánh tam giác và bốn động cơ phản lực M16-17P. Nó có thể chứa tới 110 hành khách và tầm bay đạt tới 5500 km.
Tốc độ bay ước tính của các tùy chọn "A", "B" và "D" là 2000 km / h, tùy chọn "C" - 2600 km / h. Năm 1959, công việc trên ATP tiếp tục. Ở giai đoạn đầu tiên, nó được cho là phát triển một bản sửa đổi hành khách của máy bay ném bom M-50A, ở giai đoạn thứ hai - một chiếc máy bay mới có tốc độ tương ứng với số M = 3. Dự án đầu tiên nhận được mã "53", dự án thứ hai - "59". Trong tương lai, chỉ có mã "53" được sử dụng, vì mã "59" được nhận bởi một hệ thống chiến lược siêu thanh với động cơ tên lửa đẩy.
V.G. được chỉ định là người thiết kế chính cho chủ đề này. Grigoriev, và theo dự án "53" - V.M. Maksimov. Ban lãnh đạo Hạm đội Hàng không Dân dụng đã ủng hộ sáng kiến này và ban hành các yêu cầu sơ bộ đối với ATP. Vào cuối năm 1959, một nghị quyết tương ứng của Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô đã được ban hành. Đồng thời, theo đề xuất của Hạm đội Hàng không Dân dụng, dự án máy bay chở khách M-29 dựa trên máy bay ném bom ZM đã được chấp nhận để xem xét, công việc đã ngừng vào năm 1955.
Sự chú ý chính được trả cho việc lựa chọn và biện minh cho các đặc điểm và sơ đồ của SPS. Khi chọn hình thức của SPS, Cục thiết kế đã được hướng dẫn bởi những cân nhắc sau.
Cách bố trí được chọn trước hết là để cung cấp chất lượng khí động học cao nhất có thể ở chế độ bay hành trình và giảm trọng lượng nhiên liệu cao nhất. Ngoài ra, cần phải "làm mềm" sự dịch chuyển đột ngột của trọng tâm khí động học khi đi qua hàng rào âm thanh. Khi chọn sơ đồ SPS, cần đảm bảo sự thoải mái tối đa cho hành khách, độ ồn thấp trong cabin, an toàn cháy nổ của máy bay khi hạ cánh khẩn cấp và các đặc điểm cất cánh và hạ cánh chấp nhận được.
Bốn cách bố trí có thể có của SPS cùng kích thước đã được xem xét: M-53A - sơ đồ thông thường với cánh tam giác và đuôi với động cơ gắn trên giá treo dưới cánh (loại M-50A); M-53B - theo sơ đồ "con vịt" với động cơ trên giá treo dưới cánh; M-53V - theo sơ đồ "con vịt" với các nan động cơ cánh chịu lực và M-53G - "con vịt" với sự sắp xếp các động cơ ở thân sau.
Thiết kế cổ điển của máy bay có một số ưu điểm nhất định, trong đó chính là sự phát triển của nó, giúp tạo ra ATP trong thời gian ngắn nhất có thể, nhưng chất lượng khí động học của nó ở mức siêu âm thấp. Ngoài ra, khi chuyển sang chế độ bay siêu thanh, trọng tâm khí động học chuyển mạnh. Do đó, để đảm bảo sự thẳng hàng của máy bay, cần phải đặt một phần nhiên liệu vào các khoang phía trước thân máy bay và sử dụng hệ thống bơm nhiên liệu khi bay về phía sau thân máy bay.
Điều này yêu cầu sử dụng bộ cân bằng tự động và độ ổn định theo chiều dọc, điều này làm phức tạp máy bay và giảm độ an toàn của nó. Ngoài ra, do tỷ lệ lực nâng trên lực cản thấp và tỷ lệ hoàn trả nhiên liệu theo trọng lượng thấp, sơ đồ cổ điển không cung cấp phạm vi bay cần thiết.
Những thiếu sót đáng chú ý đã được loại bỏ phần lớn khi chọn sơ đồ khí động học "con vịt" với cánh quét thay đổi và bộ lông phía trước "nổi". Đối với máy bay của sơ đồ này, sự thay đổi trọng tâm khí động học trong quá trình chuyển đổi sang chế độ bay siêu thanh đã được giảm thiểu, điều này có thể thực hiện mà không cần truyền nhiên liệu.
Ngoài ra, các hợp âm gốc lớn của cánh giúp tăng chiều cao cấu trúc và giảm trọng lượng của nó, điều này kết hợp với các giải pháp kỹ thuật khác đã giảm tải và tăng trọng lượng của máy bay đối với nhiên liệu. Những ưu điểm chính này của "con vịt" là quyết định, mặc dù tính khí động học kém nhất ở tốc độ cận âm và giảm hiệu suất cất cánh và hạ cánh. Đối với việc so sánh ba biến thể của sơ đồ "vịt" được xem xét với nhau, họ rút ra những điều sau: lắp đặt động cơ trên giá treo làm giảm chất lượng khí động học ở chế độ bay hành trình; việc lắp đặt động cơ trong các nan động cơ chịu tải trong một "gói" trong một vỏ chung cho giá trị chất lượng cao hơn so với cách bố trí trước đó.
Các nghiên cứu được tiến hành đã chỉ ra rằng việc sắp xếp các động cơ theo gói là dễ chấp nhận nhất. Điều này làm giảm độ ồn trong cabin, giúp dễ dàng ngăn chặn các khoảnh khắc lăn và trượt trong trường hợp một phần của động cơ bị hỏng trong chuyến bay. Tuy nhiên, do tính mới của sơ đồ này, cần phải nghiên cứu sâu hơn về nó. Cần lưu ý rằng thiết kế mạch M-53 dựa trên kết quả nghiên cứu về sự xuất hiện của máy bay ném bom trinh sát M-56R.
Đặc biệt, các động cơ dành cho ATP phải được trang bị bộ đảo ngược lực đẩy, bộ triệt tiếng ồn và có nguồn lực ít nhất 1000 giờ với tỷ lệ trọng lượng và lực đẩy cất cánh tối thiểu. Ở một mức độ nhất định, các động cơ phản lực không đốt cháy sau đáp ứng các yêu cầu này. Không có động cơ làm sẵn như mọi khi. Nối tiếp VD-7K, RD16-17 (nhà thiết kế chính P.F. Zubets), được tạo ra cho M-52 và M-56, và dự án VK-15 TRD OKB-11 7 V.Ya. Klimov, cũng được lên kế hoạch sử dụng trong nhà máy điện của máy bay ném bom trinh sát M-56R.
Người ta đã chú ý nhiều đến việc lựa chọn và biện minh cho tốc độ bay. SPS không nên thực hiện toàn bộ chuyến bay ở tốc độ siêu âm, vì sóng xung kích được tạo ra ở độ cao thấp gây ra các xung áp suất mạnh tăng lên trên bề mặt trái đất, dẫn đến phá hủy hoặc hư hại các tòa nhà và công trình kiến trúc. Do đó, các chuyến bay siêu thanh đã được lên kế hoạch ở độ cao trên 10000 m.
Do đó, một phần quãng đường mà máy bay di chuyển phải được dành cho việc leo dốc, tăng tốc đến tốc độ siêu âm và phanh trước khi hạ độ cao. Phạm vi càng ngắn, tỷ lệ đường bay rơi vào các giai đoạn cận âm của chuyến bay càng lớn và lợi thế về tốc độ cao của chuyến bay hành trình càng ít ảnh hưởng.
Dựa trên điều này, chúng tôi kết luận rằng đối với SPS có phạm vi 4500 km, tốc độ hành trình không được vượt quá số M = 2 và đối với phạm vi 6500 km, nó phải lớn hơn ba lần tốc độ âm thanh. Đối với một phạm vi bay và tải trọng nhất định, tốc độ bay được chọn từ điều kiện chi phí vận chuyển thấp nhất. Với tầm bắn 4500 km, lợi thế nhất là tốc độ tương ứng với con số M = 1,9-2,1. Ngoài ra, việc lựa chọn tốc độ bị ảnh hưởng đáng kể bởi hiệu suất của vật liệu kết cấu dưới nhiệt độ khí động học cao và sự thay đổi đặc tính của động cơ tùy thuộc vào số M.
Ở giai đoạn đầu tiên tạo ra ATP, người ta đã quyết định tận dụng tối đa kinh nghiệm chế tạo máy bay cận âm, sử dụng động cơ phản lực không đốt sau và thiết kế tiêu chuẩn làm bằng hợp kim nhôm D-16 và V-95, đặc điểm sức mạnh của nó được duy trì đến nhiệt độ xảy ra khi bay với tốc độ tương ứng với các số M = 2- 2,2. Nếu không, sẽ phải sử dụng thép chịu nhiệt và hợp kim titan, cấu trúc của chúng vẫn chưa được hoàn thiện.
Do đó, người ta kết luận rằng tốc độ bay tối ưu của máy bay có tầm hoạt động 4500 km phải tương ứng với các số M = 1,8-2. Do đó, hiệu quả kinh tế đáng kể đã đạt được do giảm chi phí của đội máy bay cho một khối lượng giao thông hàng không nhất định, thời gian hành khách trên đường và nhân viên bảo trì và chuyến bay đã giảm.
Chi phí vận chuyển một tấn hàng hóa trên một km vào năm 1960, giá cho một chiếc máy bay bình thường không vượt quá 2,2 rúp, đối với một chiếc "con vịt" có động cơ trên giá treo - 2,16 rúp, và với động cơ chịu lực hoặc bố trí động cơ - 2,14 chà.
Kết quả của việc nghiên cứu khả năng xuất hiện của một ATP đầy triển vọng, người ta đã kết luận rằng việc đáp ứng các yêu cầu của Hạm đội Hàng không Dân dụng (đặc biệt là về tầm bay) chỉ có thể với chất lượng khí động học ít nhất là 6, tỷ trọng nhiên liệu là 48 -55% và một động cơ có đặc tính cụ thể cao.
Chất lượng khí động học cao chỉ đạt được khi sử dụng các sơ đồ khí động học và cách bố trí động cơ mới về cơ bản. Đặc biệt, các phương án "con vịt" với đuôi nổi, cánh quét thay đổi và bố trí gói động cơ dưới cánh hoặc ở dạng vỏ động cơ chịu lực.
Không có động cơ nào được chế tạo và phát triển vào thời điểm đó đáp ứng các yêu cầu cho nó. Trên cơ sở các nghiên cứu bố trí, thiết kế và bố trí, cùng với Hạm đội Hàng không Dân dụng, họ đã tinh chỉnh các yêu cầu dự thảo cho ATP.
Chúng tôi đã chế tạo hai mô hình một phần của máy bay với các ngăn dành cho khoang hành khách có đường kính 3,2 m và dài 9 m, bếp tự chọn có đường kính 3,2 m và dài 2,5 m.
Các mô hình nhằm xác định đường kính thân máy bay tối thiểu khi đặt sáu ghế hành khách liên tiếp, xác định kích thước tối ưu của ghế hành khách và cơ sở tiện nghi, vị trí hợp lý của tiệc tự chọn và thiết bị nhà bếp cho 120 hành khách, lựa chọn ánh sáng, thông gió và thiết kế bên ngoài của cabin.
Theo nghị định của chính phủ tháng 1960 năm 100, vào tháng 130, một dự án tiên tiến về 53-1800 SPS địa phương "M-2000" với tốc độ hành trình 6500-23 km / h và tầm hoạt động lên tới 51 km đã được đệ trình lên GKAT vào tháng 144. Hai tháng sau, OKB-144 không còn tồn tại và ba năm sau, OKB-XNUMX A.N. Tupolev bắt đầu thiết kế ATP Tu-XNUMX. Cần lưu ý rằng hầu hết các máy bay quân sự hoặc dân dụng tầm xa được chế tạo sớm đều sử dụng sơ đồ có cánh quét thay đổi được điều khiển bởi PGO và vị trí đặt động cơ "trọn gói". Chỉ Tu-XNUMX mới có sơ đồ "không có đuôi", nhưng trên các mẫu nối tiếp, bộ phận đuôi nằm ngang phía trước có thể thu vào đã xuất hiện khi cất cánh và hạ cánh.
Lần đầu tiên ở Liên Xô, các chuyên gia OKB-23 gặp phải những khó khăn liên quan đến chuyến bay siêu âm dài hạn và có thể đưa ra khuyến nghị về cách khắc phục chúng. Ngoài ra, kích thước của SPS và hiệu suất bay chính của nó, được dự đoán trong OKB-23, đã được triển khai trong các máy được đề cập, điều này ghi nhận các nhà thiết kế của OKB-23 là những người tiên phong của hàng không tầm xa siêu âm.
Nguồn:
Lavrov V., Yakubovich N. Máy bay V.M. Myasishchev. M.: Rusavia, 1999. S. 144, 149.
Artemyev A. Đôi cánh của một siêu cường. M.: Yauza, EKSMO, 2009. S. 222-225.
Ilyin V., Levin M. Máy bay ném bom. T.2. M.: Victoria, AST, 1996. S. 24-26.
Sovenko A. M-50: thoát khỏi ảo tưởng // Hàng không và thời gian. 2005. Số 1. S. 13, 16.
Brook A. Smirnov S. Máy bay chở khách siêu thanh // Đôi cánh của Tổ quốc. 2002. Số 7. trang 6-7.
Smirnova K. Câu chuyện mất chiến thắng // Báo "Aviagrad Zhukovsky". 2014. 21 Tháng Mười.
tin tức