Опытный образец цельнокомпозитного самолёта СТР-40ДТ, разработка которого ведётся в Сибирском научно-исследовательском институте авиации (СибНИА) имени С. А. Чаплыгина, будет представлен к концу 2018 года. Самолёт будет адаптирован для суровых условий российского Севера и сможет летать на расстояние до 4000 км. Об этом рассказал ТАСС научный руководитель СибНИА Алексей Серьёзнов.
“До конца года мы продемонстрируем опытный образец 19-местного самолёта, который будет адаптирован для российских условий, а его обслуживание будет не более $250 в час, как у аналогичного американского самолёта. Сейчас в мире обслуживание самолётов стоит приблизительно $1500 в час”, – сказал он.
Как уточнил Серьезнов, класс 19-местных самолётов в России пока не представлен. По его словам, такой самолёт будет востребован для северных районов страны, например, в Якутии. “Сейчас там летают канадские самолёты. Наш самолёт сможет преодолевать большие расстояния и будет более приспособлен для полётов в холоде”, – добавил он.
СТР-40ДТ будет полностью повторять аэродинамическую схему своего предшественника (Як-40): это двухдвигательный цельнокомпозитный свободнонесущий моноплан с крылом трапециевидной формы, хвостовым оперением Т-образной формы со значительным превышением над фюзеляжем. Крыло Як-40 имеет удлинение 8,93, размах – 25 м. Очевидно, что новое цельнокомпозитное крыло будет иметь значительно большее удлинение, чтобы была возможность летать на большие расстояния – до 4000 км.
Основные технические характеристики СТР-40ДТ:
- вес пустого — 6500 кг
- вес максимальный — 13000 кг
- количество пассажиров — 19–32 человека
- дальность полёта — 4000 км
- высота полёта – 9500-10000 м
- разбег — 800 м
- пробег — 600 м
- грузоподъёмность — 3200 кг
- скорость крейсерская — 650-700 км/ч
- расход топлива — 500-550 кг/ч
Разрабатываемый самолёт является демонстратором возможностей технологий полимерных композиционных материалов при их использовании в лёгких турбореактивных пассажирских самолётах на больших скоростях полёта (600-700 км/час). В рамках государственного заказа институтом были проведены исследования технологий ПКМ 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 предназначенный для коммерческой эксплуатации. Они только подтверждают возможность разработки и постройки полностью композитной серийной машины с требуемыми лётно-техническими характеристиками, а также характеристиками прочности и экономической эффективности.
История создания самолёта СТР-40ДТ
В конце 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 самолётов, 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 отраслей – 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 , на 1 сентября 2017 года на хранении находилось 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”, которые можно модернизировать и продлить их лётную жизнь. Подробнее:
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 берутся 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 полным 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, – считает 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 спокойно 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 установили 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 воздух 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 были 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 месте 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 самолёта на стоянке.
В кабине пилотов заменена приборная панель контроля параметров работы двигателей, оригинальная конструкция органов управления двигателями сохранена с исключением средней 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 определить взлётно-посадочные характеристики Як-40МС, характеристики набора высоты и расхода топлива, термическое поле подкапотного пространства, тяговые характеристики двигателей, градиенты набора высоты и максимальный вес самолёта при отказе одного двигателя в соответствии с требованиями АП-25. Нормы лётной годности самолётов транспортной категории. Были определены 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 пустого 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 уровень 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 руководитель СибНИА Алексей Серьёзнов рассказал о том, что цельнокомпозитный Як-40 взлетит в конце 2017 года, после чего начнётся его серийное производство.
На авиасалоне МАКС-2017 на стенде СибНИА нам рассказали, что работы по самолёту ведутся, но о первом полёте цельнокомпозитного наследника Як-40 в конце 2017 года речи не идёт.
Рабочее название нового самолёта СТР-40ДТ расшифровывается как “самолёт-турбореактивный-сороковой-демонстратор-технологий”. Число “40” в названии отражает принадлежность будущей машины к семейству самолётов Як-40.
В СибНИА следуют той же методике, по которой создавался одномоторный биплан ТВС-2ДТС. Сначала проект и отработка ремоторизации существующего парка самолётов, затем разработка демонстратора технологий и далее – законченная цельнокомпозитная машина, готовая к запуску в серийное производство: Як-40МС -> СТР-40ДТ -> …? Возможно СТР-40ДТС – “серийный”.
И вот как это было
Работа по модернизации существующего парка самолётов Як-40 и разработка лёгкого цельнокомпозитного многофункционального самолёта (ЛМС-19) вместимостью на 19-32 кресла началась в 2013 по заказу Минпромторга России в рамках Федеральной целевой программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002–2010 годы и на период до 2015 года». В 2013-2015 годах были выполнены НИОКР «Комплексные исследования в области создания перспективных региональных и местных авиатранспортных систем» и «Комплексные исследования в области создания перспективных воздушных судов для региональных и местных авиаперевозок».
В 2016 году были проведены поисковые исследования в области аэродинамики и силовых установок, методов проектирования, технологий и условий эксплуатации. Проработан концептуальный проект развития 19-местного самолёта с ТРДД в размерности 30–40–50 мест, в первую очередь на замену самолёта Як‑40. Проведено обоснование приоритетных направлений создания скоростных самолётов для местных воздушных линий России на ближайшие годы и дальнюю перспективу.
Изготовлена параметрическая модель самолёта и проведены её исследования в аэродинамической трубе Т‑203. Сформулированы рекомендации по современным методам проектирования, производства и организации эксплуатации самолётов местных воздушных линий. Получена модель эксплуатационных условий и методы оценки себестоимости перевозок в зависимости от характеристик самолёта. Разработаны варианты конструктивно-силовой схемы фюзеляжа, крыла и хвостового оперения самолёта. Подготовлена рабочая конструкторская документация на образцы и фрагменты конструкции скоростного самолёта-демонстратора вместимостью 19 мест.
Кроме того, выполнена предварительная отработка технологии изготовления длинномерных композитных панелей крыла методом вакуумного автоклавного формования в едином технологическом пакете – изготовление панели за один цикл формования вместе со стрингерным набором. Изготовлены элементы конструкции крыла самолёта-демонстратора (лонжерон передний, панель крыла, элерон, панели крыла, передняя и задняя стенки кессона крыла, нервюра крыла). Отфрезеровано 44 крупных элемента крыла обводообразующей оснастки и 113 элементов вспомогательной оснастки. Проведены испытания конструктивно-подобных элементов стрингерной панели крыла.
Панели кессона крыла представляют собой силовую обшивку с интегрированным стрингерным набором. Нервюра №13 – типовая нервюра кессона крыла – стенка с отверстиями облегчения, интегрированными Г-образными поясами и подкрепляющими стойками.
К середине 2017 года проект самолёта находился на стадии разработки композитного кессона крыла. В ходе НИОКР 2017 году были уточнены основные аэродинамические характеристики, разработаны предложения и рекомендации по обеспечению ресурса и живучести конструкции планера, подготовлена сводка данных по статической, усталостной и динамической прочности конструкции самолёта. Подготовлен перечень конструкционных материалов для типовых и особо ответственных элементов конструкции планера и механических систем, требования к облику и компоновке планера, конструктивно-силовой схеме, силовой установке и системам.
Также создана динамически подобная модель, «полумодель», а также модель самолёта исполнительной аэродинамической компоновки для исследований в аэродинамической трубе. Подготовлен свод эффективных технологий изготовления деталей, сборочных единиц и планера. Разработана рабочая конструкторская документация на самолёт-демонстратор. Изготовлен экспериментальный образец кессонной части крыла для проверки основных технических решений, параметров и характеристик.
Как сообщили в СибНИА, самолёт будет композитным полностью – фюзеляж, силовые элементы, обшивка крыла, вертикального и горизонтального оперения, элементы механизации, рули высоты и направления, створки шасси, откидной трап. От оригинального Як-40 останутся только шасси – передняя и основные стойки.
“Сегодня мы занимаемся проектированием кессонной части крыла и обликом самолёта. К концу года должны сдать кессонную часть крыла, а в январе – феврале следующего года провести её статические и ресурсные испытания. К концу 2018-го планируем выйти на летающую лабораторию с цельнокомпозитным крылом”, – рассказал Владимир Барсук.
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 расположены 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 полностью повторять аэродинамическую схему своего предшественника: это цельнокомпозитный свободнонесущий моноплан с крылом трапециевидной формы, хвостовым оперением Т-образной формы со значительным превышением над фюзеляжем. Крыло Як-40 имеет удлинение 8,93, размах – 25 м. Очевидно, что новое цельнокомпозитное крыло будет иметь значительно большее удлинение, его величина может составить 10-11.
Переднюю часть герметичного фюзеляжа типа полумонокок занимает двухместная пилотская кабина, средняя часть отведена под пассажирский салон и багажное отделение. В хвостовой части фюзеляжа находится откидной трап, который служит для посадки/высадки пассажиров, и самолёту 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 лёгкого турбореактивного пассажирского самолёта пока нет, но в перспективе могут быть варианты в случае доработки имеющихся двигателей со стороны ОДК. Топливная эффективность самолёта СТР-40ДТ будет на 15-20% выше, чем у ближайших аналогов, например самолётов Falcon 900.
Вместимость СТР-40ДТ составит 19-32 пассажира, при необходимости возможно увеличение объёма пассажирской кабины нового самолёта до 35 мест, предполагается, что самолёт будет осуществлять авиаперевозки на местных воздушных линиях. Как бизнес-джет пока не рассматривается.
Для изготовления силовых композитных элементов планера, панелей фюзеляжа, обшивки крыла, вертикального и горизонтального оперения используется метод автоклавного формования с использованием препрегов итальянского производства. Для самолётов, поставляемых на внутренний российский рынок, 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 более дешёвым методом вакуумной инфузии. Как пояснил В.Е. Барсук, характеристики препреговой технологии более стабильны, имеют высокие прочностные значения, а сам технологический процесс более простой.
Авионика на самолёте СТР-40ДТ будет такая же, как и на ТВС-2ДТС – это так называемая стеклянная кабина, где пилоту в помощь – современное цифровое оборудование, например, две системы спутниковой навигации, дублирующие друг друга.
На приборной панели перед каждым пилотом установлены большие жидко-кристаллические цветные дисплеи, на которые выводится вся полётная информация, ещё два дисплея меньших размеров размещены в центре приборной панели. Управление самолётом штурвальное.
Разрабатываемый самолёт является демонстратором возможностей технологий полимерных композиционных материалов при их использовании в лёгких турбореактивных пассажирских самолётах на больших скоростях полёта (600-700 км/ч). В рамках государственного заказа институтом были проведены исследования технологий ПКМ 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 предназначенный для коммерческой эксплуатации. Они только подтверждают возможность разработки и постройки полностью композитной 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 государства 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 зависимости 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 самолёт СТР-40ДТ из сборочного цеха в 2019 году, и, возможно, мы увидим его на МАКС-2019.
Минский авиаремонтный завод может стать площадкой для ремоторизации Як-40
Основной площадкой по модернизации самолётов Як-40 и Ту-134 может стать Минский завод гражданской авиации № 407. Это уникальное предприятие, которое не имеет аналогов в бывших республиках СССР. Когда-то завод являлся самым крупным авиаремонтным предприятием в Европе. Сейчас появились предпосылки вернуть предприятие на прежние позиции. Учебно-боевая лаборатория Ту-134А-4 (Ту-134УБЛ) – самолёт, предназначенный для обучения экипажей полётам на Ту-22М3 и Ту-160. Также его применяют для поддержания навыков строевых пилотов, чтобы сократить расход лётного ресурса боевых самолётов. Ещё одна особенность 407-го авиазавода – способность собственными силами изготовить многие авиадетали для советских самолётов, которые на сегодняшний день найти практически невозможно.
Партнёром Минского авиазавода выступит Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени Чаплыгина. СибНИА разработает конструкторскую документацию, проведёт лётные испытания и аттестацию самолётов.
Как известно, 29 ноября 2016 года в Новосибирске на аэродроме Ельцовка впервые взлетел самолёт-лаборатория Як-40 в двухдвигательной конфигурации. Суть программы модернизации Як-40, проводимой СибНИА, заключается в доработке воздушного судна путём замены силовой установки АИ-25 на двигатель семейства TFE731 производства Honeywell.