СТР-40ДТ — цельнокомпозитный самолёт-демонстратор технологий

Новость опубликована: 04.09.2017

В крышке ноября 2016 года в Новосибирске поднялся в воздух самолёт Як-40 в конфигурации с двумя двигателями. Это была летающая лаборатория для проведения лётно-конструкторских испытаний и отработки ремоторизации существующего парка яковлевских региональных аэропланов, которые находятся на хранении и ещё могли бы летать на коммерческих авиалиниях. Концепцию ремоторизации самолётов советского производства осуществляет крупнейшая научно-исследовательская и испытательная база авиационной и космической областей — ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина» (СибНИА) (входит в НИЦ «Институт им. Н.Е. Жуковского»).

По данным неофициального реестра воздушных судов Russianplanes.net, на 1 сентября 2017 года на хранении было 420 самолётов Як-40. По данным СибНИА, более 120 самолётов этого типа имеют ресурс до 10 и более лет — это и есть те самые «Яки», какие можно модернизировать и продлить их лётную жизнь.

Целью научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых в СибНИА, является конструктивная доработка Як-40, в том числе с заменой устаревшей и неэффективной силовой установки АИ-25 с тягой 1500 кгс на двигатель Honeywell TFE731-3 тягой 1678 кгс. По словам директора СибНИА Владимира Барсука, если двигатели ТFЕ731 хватаются в аренду, то стоимость ремоторизации одного самолёта оценивается примерно в $500 тыс. Если подержанные двигатели покупать на рынке, то цена возрастает до $780 тыс. Если же это двигатели с целым межремонтным ресурсом (после капитального ремонта), то она может увеличиться до $2,5 млн за одну машину.

«Затраты на ремоторизацию будут возвращены в течение полутора лет эксплуатации, — находит глава СибНИА. — Благодаря применению современной силовой установки, при заправке 6 тонн топлива дальность машины возрастает до 4,5 тыс. км, и из Новосибирска Як-40 будет покойно летать в Москву. А это уже совсем другой уровень возможностей его коммерческого применения».

Работа по ремоторизации «Яков» началась в 2012 году. Для реализации проекта СибНИА создал на базе серийной машины 40-04, выпущенной в 1975 г. Саратовским авиазаводом, летающую лабораторию (регистрационный номер 87216). Тогда на машину последовательно ввели два американских двигателя, центральный двигатель оставался штатным — АИ-25. С одним ТFЕ731-3 Як-40 впервые взлетел 8 декабря 2012 г., с двумя — 20 мая 2013 г. 29 ноября 2016 года в атмосфера поднялся Як-40МС с двумя более мощными двигателями TFE731-5BR с тягой по 2154 кгс каждый.

В ходе модернизации Як-40 в версию Як-40МС была выполнена замена пилонов и двигателей. Двигатели бывальщины подключены к штатной электрической и гидравлической системам самолёта, а также к штатной системе отбора воздуха для кондиционирования и противообледенительной системы. Вместо штатной ВСУ АИ-9 на пункте центрального двигателя установлена ВСУ Garret 3092 со стартер-генератором мощностью 9 кВт, благодаря чему запуск двигателей стал не пневматическим, а электрическим. Был обеспечен обогрев и вентиляция салона аэроплана на стоянке.

В кабине пилотов заменена приборная панель контроля параметров работы двигателей, оригинальная конструкция органов управления двигателями сохранена с исключением посредственнее ручки РУД.

Параметры
Як-40
Як-40МС

Максимальная коммерческая загрузка, кг
2300
3200

Расход топлива, кг/час
1150
590

Крейсерская скорость полёта, км/час
510
560

Крейсерская высота полёта, м
7000
9000

Максимальная дальность полёта, км
2200
5500

Лётно-конструкторские испытания позволили установить взлётно-посадочные характеристики Як-40МС, характеристики набора высоты и расхода топлива, термическое поле подкапотного пространства, тяговые характеристики двигателей, градиенты комплекта высоты и максимальный вес самолёта при отказе одного двигателя в соответствии с требованиями АП-25 — Нормы лётной годности самолётов транспортной категории. Были установлены нагрузки, действующие на пилон двигателя и его напряжённо-деформированное состояние в полёте.

Полученные результаты лётных испытаний Як-40МС показали улучшение ЛТХ за счёт снижения веса порожнего самолёта с 9850 кг до 8500 кг и совершенствования аэродинамики. Увеличилась дальность полёта за счёт меньшего удельного расхода топлива двух двигателей TFE731-5BR. В кабине пилотов и в пассажирском салоне снижен степень шума.

По данным СибНИА, стоимость модернизации одного самолёта Як-40 в версию Як-40МС начинается от 25 млн рублей.

Тогда же — в ноябре 2016 года научный глава СибНИА Алексей Серьёзнов рассказал о том, что цельнокомпозитный Як-40 взлетит в конце 2017 года, после чего начнётся его серийное производство. Оказалось, что тема этой яковлевской машины весьма востребована, статья на нашем сайте пользуется популярностью, но информации по этому самолёту практически нет, даже на сайте СибНИА.

За дополнительной информацией по этому проекту «Авиация России» адресовалась в пресс-службу НИЦ «Институт им. Н.Е. Жуковского», вопросы редакции были направлены в СибНИА, и вскоре мы получили комментарии директора института Владимира Барсука.

СТР-40ДТ — цельнокомпозитный демонстратор технологий

Рабочее наименование нового самолёта СТР-40ДТ расшифровывается как «самолёт-турбореактивный-сороковой-демонстратор-технологий». Число «40» в названии можно интерпретировать как пассажировместимость — на 40 человек, хотя пока заявляется на 32 пассажира.

В СибНИА вытекают той же методике, по которой создавался одномоторный биплан ТВС-2ДТС. Сначала проект и отработка ремоторизации существующего парка самолётов, затем разработка демонстратора технологий и дальше — законченная цельнокомпозитная машина, готовая к запуску в серийное производство: Як-40МС -> СТР-40ДТ -> …? Возможно СТР-40ДТС — «серийный».

К середине 2017 года проект аэроплана находился на стадии разработки композитного кессона крыла. Вообще, самолёт будет композитным полностью — фюзеляж, силовые элементы и обшивка покрывала, вертикального и горизонтального оперения, элементы механизации, рули высоты и направления, створки шасси, откидной трап. От оригинального Як-40 останутся только шасси — передняя и основные стоически.

Самолёт Як-40 имеет трёхопорное шасси. Основные опоры шасси укреплены на крыле и убираются в корневые части полукрыльев по направлению к фюзеляжу, передняя опора убирается вперёд против воздушного потока. Основные опоры шасси размещены так, что все возможные положения центра масс загруженного и незагруженного самолёта находятся впереди основных опор, что исключает необходимость установки хвостовой опоры. Ноги шасси оборудованы азотно–гидравлической амортизацией и рычажной подвеской колёс, что обеспечивает восприятие амортизаторами не только вертикальных, но и горизонтальных ударов, возникающих при движении самолёта по грунтовым аэродромам.

СТР-40ДТ будет целиком повторять аэродинамическую схему своего предшественника: это цельнокомпозитный свободнонесущий моноплан с крылом трапециевидной формы, хвостовым оперением Т-образной формы со порядочным превышением над фюзеляжем. Крыло Як-40 имеет удлинение 8,93, размах — 25 м. Очевидно, что новое цельнокомпозитное крыло будет иметь значительно вящее удлинение, его величина может составить 10-11.

Переднюю часть герметичного фюзеляжа типа полумонокок занимает двухместная пилотская кабина, средняя доля отведена под пассажирский салон и багажное отделение. В хвостовой части фюзеляжа находится откидной трап, который служит для посадки/высадки пассажиров, и аэроплану не требуется для этого дополнительное аэродромное оборудование.

Силовая установка будет состоять из двух двигателей TFE731-5BR с тягой более 2100 кгс каждый, подходящих двигателей российского производства для легковесного турбореактивного пассажирского самолёта пока нет, но в перспективе могут быть варианты в случае доработки имеющихся двигателей со стороны ОДК. Топливная эффективность аэроплана СТР-40ДТ будет на 15-20% выше, чем у ближайших аналогов, например самолётов Falcon 900.

Вместимость самолёта составит 19-32 пассажира, предполагается, что самолёт будет осуществлять авиаперевозки на здешних воздушных линиях. Как бизнес-джет пока не рассматривается.

Основные технические характеристики самолёта:

  • вес пустого — 6 500 кг
  • вес максимальный — 13 000 кг
  • число пассажиров — 19–32 человека
  • дальность полёта — 4 000 км
  • высота полёта — 9500…10000 м
  • разбег — 800 м
  • пробег — 600 м
  • грузоподъёмность — 3 200 кг
  • скорость крейсерская — 650…700 км/ч.

Для изготовления силовых композитных элементов планера, панелей фюзеляжа, обшивки покрывала, вертикального и горизонтального оперения используется метод автоклавного формования с использованием препрегов итальянского производства. Для самолётов, поставляемых на внутренний российский базар, планируется использование отечественных материалов. Автоклавы в СибНИА позволяют получать конструкции из композитов длиной до 14 метров, и пока в институте не планируют выпуск деталей из углеволокна немало дешёвым методом вакуумной инфузии. Как пояснил, В.Е. Барсук, характеристики препреговой технологии более стабильны, имеют высокие прочностные значения, а сам технологический процесс немало простой.


Кабина пилотов и приборная панель ТВС-2ДТС

Авионика на самолёте СТР-40ДТ будет такая же, как и на ТВС-2ДТС — это так называемая стеклянная кабина, где пилоту в поддержка – современное цифровое оборудование, например, две системы спутниковой навигации, дублирующие друг друга. На приборной панели перед каждым пилотом введены большие жидко-кристаллические цветные дисплеи, на которые выводится вся полётная информация, ещё два дисплея меньших размеров размещены в центре приборной панели. Управление аэропланом штурвальное.

Разрабатываемый самолёт является демонстратором возможностей технологий при использовании на больших скоростях (600…700 км/ч) лёгких турбореактивных пассажирских самолётов на 19–32 пункты. В рамках государственного заказа институтом были проведены исследования технологий в самолётостроении, позволяющих в 2–3 раза повысить производительность новых ВС и на 50% снизить стоимость их производства. Полученные самолёты-демонстраторы — это побочный продукт не назначенный для коммерческой эксплуатации. Они только подтверждают возможность разработки и постройки серийной машины с требуемыми лётно-техническими характеристиками, а также характеристиками прочности и экономической эффективности.

В перспективе заинтересованный инвестор может выкупить рабочую конструкторскую документацию самолёта-демонстратора у страны и запустить его в серийное производство. Стоимость серийной машины по оценке Владимира Барсука составит $6–$6,5 млн. Институт может выпускать 40-50 самолётов, в подневольности от спроса, на том же заводе, который будет производить ТВС-2ДТС — в обоих самолётах используются одни и те же технологии, а это Улан-Удэнский авиазавод, с которым ведутся переговоры о серийном производстве ТВС-2ДТС.

В СибНИА рассчитывают выкатить аэроплан СТР-40ДТ из сборочного цеха в 2019 году, и, возможно, мы увидим его на МАКС-2019.

Источники:

  • Модернизация самолёта Як-40 / Презентация на стенде СибНИА на МАКС-2017. Директор СибНИА В.Е.Барсук, Новосибирск, 2017 г.
  • ОКБ им. А.С.Яковлева (www.yak.ru/FIRM/arch_news.php?item=310)
  • Турбовентиляторные двигатели Honeywell (aerospace.honeywell.com/en/products/engines/tfe731-turbofan-engine)
  • Электронное послание пресс-службы НИЦ «Институт им. Н.Е. Жуковского» с комментариями по проекту СТР-40ДТ директора СибНИА В.Е. Барсука (имеется в наличии)

Андрей Величко,
сентябрь 2017 г.