Авиация и космонавтика 2002 09

К предварительному проектированию фронтового сверхзвукового бомбардировщика ОКБ приступило в конце 1952 г. Официальным основанием для начала работ стал выход Постановления СМ СССР № 5330-2089 от 29 декабря 1952 года, согласно которому МАП – и ОКБ А.Н.Туполева предписывалось проработать вопрос о создании фронтового бомбардировщика со скоростью не менее 1200 км/ч.

В кабинете А.Н.Туполева, 50-е годы. Слева-направо: Д.С.Марков, А.М.Черемухин, А.Н.Туполев, А.А.Архангельский, С.М.Егер

Варианты проекта "5201"

Конкретные предложения ОКБ должно было предоставить в Совет Министров СССР к 29 марта 1953 года. Изыскательские работы по теме совместно с ЦАГИ ОКБ развернуло с середины января 1953 года, этот этап предварительных поисков продолжался до середины 1954 года. В бригаде проектов под руководством Б.М.Кондорского, Отделе Техпроектов, при тесном взаимодействии с ЦАГИ, постепенно складывался облик будущего сверхзвукового самолета. Рассматривались несколько вариантов исходных аэродинамических компоновок с различными формами крыла в плане. На основании исследований, проведенных в ОКБ, бригада проектов Б.М.Кондорского предлагала использовать для первых сверхзвуковых машин ОКБ Kpiji.no треугольной формы в плане. Однако для сверхзвуковых первенцов туполевцев было выбрано стреловидное крыло с углом стреловидности по линии четвертей хорд 55 – 57". Основополагающим фактором в выборе такого крыла стало то, что к этому времени теория подобного крыла была в значительной мере отработана в ЦАГИ. В результате компоновщики и прочнисты ОКБ под давлением аэродинамиков ЦАГИ остановилось именно на таком крыле. Хотя многим ведущим специалистам ОКБ, в частности "главному" прочнисту туполевцев А.М.Черемухину (да и многим прочнистам в ЦАГИ) в первом приближении было известно, что выбор подобного крыла повлечет большое количество конструктивных и эксплуатационных проблем. В самом ЦАГИ также не было полного единства по данной проблеме: какое крыло треугольное или стреловидное более оптимально для сверхзвуковых машин с аэродинамической и конструктивной точек зрения. В ЦАГИ сталкивались два направления: за стреловидное крыло большого удлинения стояла группа В.В.Струминского, за дельта -крыло – группа, возглавлявшаяся П. П. Красил ыци ковы м и Р. И. Штейн – бергом. На том этапе доводы, запас теоретических наработок, а главное авторитет В.В.Струминского оказались сильнее, появились соответствующие рекомендации ЦАГИ и первые спроектированные и построенные в туполевском ОКБ сверхзвуковые машины ("98" и "105") получили стреловидные крылья стреловидностью 55-57", сравнительно большого удлинения. Крыло оказалось достаточно сложным для конструкторов и показало свой непростой норов в эксплуатации: проблемы с жесткостью, при полетах на больших скоростях, флаттер и. т.д. В последующем, задним числом, этот выбор оправдывали катастрофами американского сверхзвукового бомбардировщика В-58 с треугольным крылом, скромно "забывая" о многих разбившихся серийных Ту-22 (" 105А").

В ходе проектирования столь сложного для конструкторов крыла, прочнистами ОКБ под руководством А.М.Черемухиным в тесном контакте с прочнистами ЦАГИ, были организованы различные экспериментальные работы по выбору и испытаниям подобного крыла. В ОКБ были построены и испытаны модели и натурные образцы элементов крыла. Причем все это сделали со значительным опережением выпуска рабочих чертежей на опытный самолет, что свело к минимуму всевозможные доработки и "неожиданности" в металле на первой опытной машине. В ходе всех этих работ по моделированию будущего крыла самолета "98", выяснилось, что характер взаимодействия силового кессона консоли крыла со стреловидностью 55" с прямым кессоном центроплана оказался существенно более сложным, чем при углах 35" дозвукового Ту-16. Поэтому прочнисты ОКБ при решении этой достаточно сложной задачи применили метод натурного моделирования, что позволило точнее разобраться с процессами передачи сил в такой конструкции и сделать грамотный выбор необходимых конструктивных элементов данного узла (на Ту-16, при решении подобной задачи, хватило проведения предварительных исследований на моделях конструкции).

Общая аэродинамическая компоновка самолета, частные решения по компоновке фюзеляжа силовой установки и т.д. первоначально были близки к первому варианту Ил-54 (проекту сверхзвукового бомбардировщика ОКБ-240). Судя по всему, для обоих проектов руководящим материалом послужили общие рекомендации ЦАГИ для самолетов подобного класса.

После предварительных проработок, для проекта "98" была выбрана схема среднеплана, с аэродинамически чистым тонким стреловидным крылом и стреловидным хвостовым оперением. Стремясь обеспечить высокое аэродинамическое качество крыла на крейсерских сверхзвуковых режимах, разработчики отказались от расположения основных стоек шасси в крыле и полностью разместили их в отсеках фюзеляжа. Требование достижения сверхзвуковых скоростей заставило отказаться от всевозможных дополнительных надстроек на фюзеляже: полностью отказались от башенных фюзеляжных пушечных установок, оставив лишь кормовую установку, размеры фонарей кабин экипажа были максимально минимизированы. Важными новациями в компоновке самолета стало размещение мощных ТРД с форсажными камерами в хвостовой части фюзеляжа, подвод к ним воздуха по длинным воздухопроводам, внедрение воздухозаборников с фиксированными центральными телами в виде небольших полуконусов на входе и применение системы слива пограничного слоя, выполненного в виде щели между воздухозаборниками и фюзеляжем. Для снижения волнового сопротивления в трансзвуковой зоне аэродинамическая компоновка самолета "98" предусматривала небольшое обжатие фюзеляжа на участке сочленения его с крылом, что соответствовало, входившему тогда в практику мирового самолетостроения "правилу площадей" (интуитивно, на уровне инженерного подсознания это правило использовалось при компоновках различных элементов самолетов ОКБ начиная с 40-х годов с Ту-2, дав наибольший эффект на Ту-16). Поскольку на период создания "98-ой" машины, опыт аэродинамического проектирования сверхзвуковых тяжелых самолетов и у нас, и за границей только нарабатывался, при определении ожидаемых характеристик самолета максимально использовались данные, имевшиеся в ЦАГИ. В ходе аэродинамических расчетов была составлена сетка аэродинамических характеристик на базе экспериментальных данных ЦАГИ и опубликованных материалов по линейной теории. Такой подход позволил, по результатам теоретических расчетов, определить ряд новых соотношений и выводов для аэродинамической компоновки присущей самолету "98", использовавшихся в последствии при работах над более поздними проектами ОКБ.