ЦАГИ: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА
Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского – крупнейший государственный научный центр авиационной и ракетно-космической отрасли России. Здесь традиционно решаются сложнейшие задачи фундаментального и прикладного характера в областях аэро- и гидродинамики, аэроакустики, динамики полета и прочности конструкций летательных аппаратов, промышленной аэродинамики. Среди основных векторов развития ЦАГИ сегодня – создание авиационного транспорта нового поколения, цифровизация, модернизация уникальной экспериментальной базы и многое другое.
Кирилл Иванович СЫПАЛО, Генеральный директор ФГУП «ЦАГИ», член-корреспондент РАН
В фокусе внимания специалистов института в настоящий момент – магистральные и сверхзвуковые самолеты, винтокрылая авиация и др. Летательные аппараты, над которыми работают ученые ЦАГИ, находятся на различных стадиях исследований. Прежде всего можно говорить о самолете МС-21 – революционном во многих отношениях авиалайнере, главным достоинством которого является широкое применение композитных материалов в высоконагруженных элементах. Эту задачу совместно решают прочнисты, аэродинамики института, специалисты ЦАГИ по безопасности полетов.
Применение неметаллических материалов показало, что те плюсы, которые можно из этого получить, разумно переводить в аэродинамическую плоскость: например, применять крыло большего удлинения, чем на самолетах предыдущего поколения. На эту тему была проведена большая работа ученых комплекса аэродинамики и динамики полета летательных аппаратов ФГУП «ЦАГИ». Сегодня идут сертификационные испытания МС-21 с участием института. Особое внимание уделяется изучению конструкции крыла самолета из отечественных композиционных материалов. Кроме того, параллельно с летными испытаниями опытных машин на пилотажных стендах ЦАГИ организованы исследования комплексной системы управления самолета, в ходе которых отрабатываются алгоритмы, не допускающие попадания авиалайнера в сложные полетные ситуации.
Пассажирский самолет нового поколения МС-21-300 в лаборатории статических испытаний
«Мы надеемся, что в ближайшие годы наш перспективный самолет выйдет на авиационный рынок», – говорит генеральный директор ФГУП «ЦАГИ», член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало.
Еще одна знаковая тема для института – создание сверхзвукового гражданского самолета (СГС). Это и оценка уровня звукового удара, и отработка ключевых технологий, обеспечивающих его снижение, и комплексная интеграция технологий в техническом облике СГС. На международном авиакосмическом салоне МАКС-2019 специалисты ЦАГИ представили масштабную модель сверхзвукового делового лайнера, которая вызвала большой интерес у отечественных и зарубежных специалистов. На сегодняшний день в Министерство промышленности и торговли РФ направлено Техническое предложение на демонстратор комплекса технологий СГС, который предлагается разработать с применением двигателей и агрегатов существующей авиационной техники. Его основная задача – продемонстрировать правильность выбора концепции воздушного судна, а также эффективность и реализуемость определяющих критических технологий в условиях реальной атмосферы.
Модель сверхзвукового делового самолета на МАКС-2019
В настоящее время институт проводит исследования в рамках комплексного научно-технологического проекта (КНТП) «СГС-Т1» под руководством НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» с участием ЦИАМ, ГосНИИАС и др. Основная задача центра авиационной науки в этом проекте – разработка и интеграция ключевых для СГС технологий с целью формирования облика и размерности перспективных СГС ближне- срочной временной перспективы. Среди них – способы снижения шума в районе аэропорта и обеспечения комфорта пассажиров, перспективные конструктивно- технологические решения, повышение эффективности входных и выходных устройств силовой установки, разработка методов оценки характеристик звукового удара.
С целью формирования отечественной базы фундаментальных знаний по тематике сверхзвукового пассажирского самолета в 2019 году ЦАГИ выступил с инициативой создания и развития научного центра мирового уровня (НЦМУ) «Сверхзвук». В рамках нацпроекта «Наука» заявка института прошла конкурсный отбор по приоритету научно- технологического развития «Интеллектуальные транспортные и телекоммуникационные системы, исследование и эффективное освоение геосферы Земли и окружающей Вселенной (космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики)». Утверждена программа НЦМУ и структуры органов управления, определены основные направления деятельности центра, выделено пять научных лабораторий. В ходе работы НЦМУ ожидается получить такие прорывные результаты, как инновационные футуристические конфигурации СПС с низким уровнем звукового удара и шума, технология многокритериального проектирования летательного аппарата, система отображения информации на базе технического зрения и AR (технология дополненной реальности) в кабине пилота, новые математические модели и цифровые двойники, обеспечивающие прорыв в авиастроении, и многое другое.
Большое внимание уделяется в ЦАГИ формированию комплекса базовых технологий для пассажирских самолетов следующего поколения. К настоящему времени подготовлены технические предложения на летающую лабораторию для демонстрации технологии ламинаризации (на базе самолета Sukhoi Superjet 100), разработаны предварительные конструктивные решения по ламинаризированной консоли крыла, определен объем изменений по функциональным системам, испытана аэродинамическая модель демонстратора, сформирован банк данных аэродинамических характеристик.
На последующие два года запланированы работы по импортозамещению технологий в базовой конфигурации пассажирского лайнера SSJ100. Впоследствии на этой основе планируется создание нового семейства самолетов – так называемых SSJ-New.
Если говорить о транспортной авиации, то здесь специалисты института изучают самые разные компоновки: двухфюзеляжные транспортные самолеты, воздушные суда с очень большой грузоподъемностью. В фокусе внимания аэродинамиков – и аппараты, способные летать как на большой высоте, так и вблизи земли, используя экранный эффект. Названные компоновки прорабатываются коллективами молодых специалистов под руководством признанного лидера в данной области, известного ученого А.В. Петрова.
Испытания модели перспективного магистрального самолета в схеме «Летающее крыло»
Отдельно хочется остановиться на проекте тяжелого транспортного самолета «Слон», который выполняется по государственному контракту с Министерством промышленности и торговли Российской Федерации. Этот летательный аппарат призван прийти на замену советского тяжелого дальнего транспортного Ан-124 «Руслан»; планируется, что он сможет перевозить крупногабаритные грузы весом до 180 тонн на расстояния порядка семи тысяч километров. Ученые ЦАГИ определили концепцию будущего воздушного судна, после чего стартовал цикл научных исследований. На сегодня уже изучена аэродинамика «Слона» на разных скоростях полета, по результатам испытаний планируются работы по усовершенствованию аэродинамической компоновки.
Следующая, не менее важная задача – развитие винтокрылых летательных аппаратов. В 2019 году в ЦАГИ был разработан демонстратор технологий беспилотного воздушного судна с останавливаемым несущим винтом-крылом, проведен цикл исследований в вертикальной аэродинамической трубе с получением характеристик управляемости объекта на различных режимах полета. Также был организован первый этап летных испытаний на гоночной площадке. Определен перечень доработок, необходимых для дальнейших летных исследований: повышение жесткости несущей системы, усовершенствование системы управления, блока питания электросистемы и др. Следующий этап работ может быть ориентирован на создание летающего демонстратора, что, безусловно, потребует координации усилий ЦАГИ, АО «Вертолеты России» и ПАО «ОАК».
Испытание на прочность «черного крыла» самолета МС-21 в ЦАГИ
Из ряда других направлений, которые развиваются сегодня в институте, можно назвать вопросы аэродинамического нагрева на больших скоростях, физики обледенения летательных аппаратов и защиты самолетов от этого явления, космическую тематику и многое другое.
Помимо работы над объектами, важнейшей задачей ЦАГИ является формирование научно-технического задела для создания новых перспективных образцов авиационной техники. В качестве примера можно привести компоновки с различными вариантами интеграции двигателя и планера. Одна из них – это «летающее крыло», работа над которым идет больше 25 лет. В отличие от схемы классического типа, здесь много сложных и порой неожиданных задач. Для их решения требуется тщательная проработка на уровне как расчетов, так и экспериментов.
В завершение отметим, что в 2020 году ЦАГИ выполняет исследования по более чем десяти государственным контрактам Минпромторга России. Среди них – научно-исследовательские работы под шифрами «Робот» (создание роботизированных беспилотных авиационных систем гражданского назначения), «Порыв 2021» (разработка комплексных решений для создания эффективных металлокомпозитных авиаконструкций), «Архитектор 2021» (формирование комплекса программных средств для обликового проектирования перспективной авиационной техники), «МА 19-20» (ключевые технологии для малой авиации нового поколения), «Цифра» (цифровое обеспечение аэродинамического эксперимента) и другие.
«Важные задачи, которые мы ставим перед собой на настоящий момент, – обеспечение вычислительного эксперимента, освоение которого позволит нам занять ведущие позиции в авиационно-космической отрасли, модернизация экспериментальной базы, активное участие в национальных проектах. Все это позволит нам еще более эффективно исследовать отечественные перспективные летательные аппараты, а также плодотворно работать над формированием научно-технического задела для создания прорывной авиационной техники нового поколения. Напоследок добавлю, что сегодня ЦАГИ активно развивается, амбициозен и с уверенностью смотрит в будущее», – подводит итог генеральный директор ФГУП «ЦАГИ», член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало.
Материал подготовила Любовь Капустина
Фото из архива ФГУП «ЦАГИ»
Источник: Национальный авиационный журнал «Крылья Родины» №11-12 за 2020г.