16 июля 1963 г. вышло Постановление ЦК КПСС и Совмина СССР №798-271 «О создании ОКБ А.Н.Туполева СПС Ту-144 с четырьмя реактивными двигателями и о постройке партии этих самолетов». Там же определялся разработчик двигателя -ОКБ, которым руководил Н.Д.Кузнецов. Согласно документу, скорость нового самолета должна была лежать в диапазоне 2300-2700 км/ч, число пассажиров - составить 80-100 человек, практическая дальность полета при нормальной взлетной массе 120-130 т - быть не ниже 4000-4500 км, а при перегрузочном весе с подвесными баками и при сокращении числа пассажиров до 30-50 человек - 6500 км. Одновременно должна была быть проработана возможность беспосадочного перелета СССР-США. В силу огромного авторитета А.Н.Туполева, эти данные отражали не столько потребности заказчика, сколько возможности разработчика самолета. Они были заявлены самим Генеральным конструктором и лишь согласованы с рядом высокопоставленных лиц государства, в том числе с руководством Министерства гражданской авиации (МГА).
Однако названные характеристики, базировавшиеся, в основном, на проекте Ту-135, исследования которого продолжались в течение 1962-63 гг., не соответствовали реальным потребностям советской гражданской авиации (ГА). В частности, не обеспечивался нормальный полет с полной пассажирской загрузкой по главной, как планировалось, сверхзвуковой трассе Москва-Хабаровск протяженностью 6280 км. По этой причине ряд сотрудников МГА склонялись к мнению, что такой самолет Аэрофлоту не нужен. В свою очередь, чиновники Министерства авиационной промышленности (МАП) утверждали, что долететь на Дальний Восток можно и с одной промежуточной посадкой и что связанная с ней потеря 1,5 часа является несущественной. С учетом большой политической воли к созданию СПС 10 сентября 1964 г. министр ГА СССР Е.Ф.Логинов утвердил новые, компромиссные требования к самолету, предусматривавшие доставку в Хабаровск не менее 70-80 пассажиров без промежуточной посадки. Затем было издано еще 4 постановления правительства и более 10 решений Военно-промышленной комиссии (ВПК) при Президиуме Совмина. Все они связаны либо с уточнением характеристик самолета, либо с переносом сроков его предъявления на испытания, которые постоянно срывались.
Справедливости ради необходимо отметить, что у всего этого - и переделки ТЗ, и срыва сроков - были вполне объективные причины, главная из которых - колоссальная сложность технических проблем создания СПС. Они заслуживают хотя бы краткого перечисления.
Прежде всего, еще в 1950-е гг. было установлено, что скорость СПС не может быть лишь немного выше М=1, поскольку это область наибольшего волнового сопротивления. По мере дальнейшего роста числа М сопротивление снижается и, к тому же, повышается эффективность работы двигателей. Поэтому СПС должен как можно быстрее проходить трансзвуковые режимы и выполнять крейсерский полет со скоростью порядка 2500-3000 км/ч. Однако на этих скоростях происходит кинетический нагрев поверхности самолета в результате трения о воздух и торможения набегающего потока. При длительном полете различные участки поверхности нагреваются от 120*С до 160'С, а отдельные места, например, передние кромки воздухозаборников, - до 183'С. И это при том, что на рабочих высотах СПС температура окружающего воздуха равна минус 56*С!
Нагрев чреват сразу несколькими последствиями, прежде всего, снижением прочности конструкционных материалов. Поэтому в ходе создания Ту-144 пришлось разработать новые термостойкие сплавы, способные работать в условиях, когда самолет то нагревается, то охлаждается, то расширяется за счет нагрева и наддува, то сжимается на малых высотах и низких скоростях. И это не какие-то малые изменения - фюзеляж Ту-144 в полете удлинялся примерно на 300 мм! Поэтому самолет приходилось проектировать с учетом тех упругих и термических деформаций, которым он подвергнется в полете. Повышенные рабочие температуры требовали также разработки новых смазочных и уплотнительных материалов. Они же, плюс низкое атмосферное давление на высотах порядка 20 км сделали неизбежным создание новых систем жизнеобеспечения пассажиров и экипажа.
Не менее сложными оказались проблемы аэродинамической компоновки самолета. При ее выборе пришлось провести огромный объем экспериментальных и теоретических исследований. В институтах и КБ практически одновременно проверяли теоретические положения транс-и сверхзвуковой аэродинамики, проводили испытания моделей в аэродинамических трубах. Особенно много внимания уделялись крылу: поиску его формы в плане, относительной толщины, профилировки. Задача проектирования крыла находилась в неразрывной связи с выбором способа балансировки самолета на крейсерском режиме при минимальной потере аэродинамического качества. Эта, вторая, проблема связана с тем, что для всех известных форм крыльев аэродинамический фокус, т.е. точка приложения приращения подъемной силы при увеличении угла атаки, при переходе от дозвуковых к сверхзвуковым скоростям смещается по хорде крыла назад, где и остается при дальнейшем росте числа М. Поскольку положение центра масс обычно не изменяется, то это приводит к необходимости увеличения балансировочных усилий и, соответственно, к потере аэродинамического качества. Пытаясь решить эти задачи, туполевцы стремились найти такую компоновку, которая бы обеспечила минимальное смещение фокуса при переходе через «звуковой барьер». При этом рассматривались различные, в т.ч. очень сложные и необычные схемы крыла.
Первые «пассажиры» сверхзвукового самолета - имитаторы тепловыделения на тепловом стенде Ту- 144
Натурный подвижный стенд топливной системы Ту-144
При проектировании Ту-144 использовался мощный научный потенциал ЦАГИ
В ходе тщательных исследований было показано, что требованию минимального смещения фокуса удовлетворяет составная несущая поверхность, представляющая собой треугольное крыло с сильно развитым наплывом. В поисках оптимальной конфигурации крыла было продуто более 200 его вариантов. Результатом стало крыло оживальной формы, которое, хоть и не обеспечило нулевую разбежку фокусов (получилось 7% средней аэродинамической хорды), но в допустимых пределах увязало параметры аэродинамического качества, максимального коэффициента подъемной силы, продольного момента, имело достаточный объем для размещения топлива. Для компенсации смещения фокуса пришлось организовать перекачку топлива при переходе через М=1 из баков в наплывной части крыла в хвостовой бак. К слову, конструкторы «Конкорда», столкнувшись с этими проблемами, решили их точно так же - крылом сложной формы и перекачкой топлива. Вообще аэродинамические компоновки крыльев советского и англо- французского самолетов оказались весьма близкими, главные различия заключались в форме их серединных поверхностей. Кроме того, французы применили в своем крыле поверхности двойной кривизны, а советские технологи отказались использовать такие панели в силовой части крыла.
Большую проблему представлял собой выбор компоновки силовой установки. Рассматривались несколько вариантов, в т.ч. и со спаренными мотогондолами, разнесенными примерно на 1/3 размаха крыла. Этот вариант отвергли из-за опасения, что в случае отказа двигателя на сверхзвуковой скорости возникнет такая комбинация возмущений по крену и скольжению, которая приведет к выходу из строя остальные двигатели. Такие отказы стали причиной катастроф американских самолетов SR-71 и В-58. В то же время отказ одного из двигателей на стратегическом бомбардировщике ХВ-70, отличавшемся их «пакетным» расположением, не привел к серьезным последствиям. Поэтому вариант компоновки с «центральной мотогондолой», по которому четыре ТРД устанавливались под крылом в хвостовой части самолета, был выбран в качестве основного. Такое расположение обеспечивало довольно низкий уровень сопротивления, что компенсировало весовые издержки, связанные с длинными каналами воздухозаборников.
Непросто решалась проблема обеспечения обзора пилотам, особенно во время взлета и посадки. Дело в том, что классическая форма носовой части фюзеляжа и остекления кабины приводила к большому росту сопротивления на сверхзвуке. Чтобы снизить его, нос самолета необходимо было сделать острым, однако в этом случае обеспечить обзор не представлялось возможным. Рассматривались различные предложения, в т.ч. убирающийся фонарь, и даже фонарь в полу пилотской кабины. В соответствии с этой идеей был
