Прогнать через трубу

Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) в 1918-м возглавил основоположник отечественной аэродинамики Николай Жуковский. ЦАГИ — это несколько десятков экспериментальных стендов, аэродинамические трубы, оборудование. Все — разные по размеру и функциональности. Например, самая большая в России и Европе труба Т-101 высотой 14 метров и шириной 24 метра может моделировать скорость потока воздуха от пяти до пятидесяти метров в секунду.

Воздушный поток создается двумя огромными вентиляторами общей мощностью тридцать мегаватт. На этом стенде определяют аэродинамические характеристики, узнают, как распределяется давление по поверхности летательного аппарата, изучают эффективность органов управления самолетов при обледенении. Размеры трубы позволяют испытывать парашюты, дельтапланы и даже исследовать воздействие ветра на промышленные здания и объекты.

Однако главное предназначение Т-101— все же испытания самолетов и вертолетов. В трубе достаточно места для летательного аппарата с размахом крыла до 18 метров. Впрочем, летные образцы сюда, как правило, не устанавливают. Во-первых, не каждый самолет поместится, а во-вторых, такой эксперимент влетит в копеечку. Для исследований делают специальные модели.
Это не просто похожие по форме летательные аппараты, а точные копии, только уменьшенные в несколько раз. На изготовление одной такой модели уходит от нескольких месяцев до года. Делают их в основном из металла, но могут применяться композитные материалы или дерево. Впрочем, из чего конкретно образец, не так важно. Главное — сохранить и повторить пропорции планера и всех его деталей. Только тестирование в аэродинамической трубе покажет, поднимется самолет в воздух или нет. В Т-101 испытывались практически все отечественные самолеты и вертолеты, а также много аэрокосмической техники.

Специалисты ЦАГИ недавно завершили проектирование крупномасштабной модели перспективного военно-транспортного самолета Ил-276. На ней будут отрабатываться различные варианты взлетно-посадочной механизации крыла, органы управления на крыле и оперении. Особенность конструкции — возможность экспериментов в трех различных конфигурациях. Первый вариант — полностью собранная модель с фюзеляжем, механизированным крылом с двигателями и хвостовым оперением. Второй — с изолированным фюзеляжем, без крыла и хвостового оперения. Третий — полная компоновка с двумя видами хвостового оперения. Модель настолько точная, что предусмотрен даже открывающийся люк в хвостовой части фюзеляжа. Это сделано для того, чтобы изучить аэродинамические характеристики самолета при десантировании или сбросе грузов.
 

От штопора до гиперзвука

После изготовления модель летательного аппарата помещают в аэродинамическую трубу. В ЦАГИ таких стендов порядка пятнадцати. Каждый предназначен для строго определенных экспериментов. Трубы отличаются диаметром, мощностью вентиляторов, направлением и силой воздушного потока. Так, в вертикальной аэродинамической трубе, где воздух движется снизу, выясняют условия, при которых самолет свалится в штопор и сможет выйти из него. На стенде Т-128 воздушный поток разгоняется до сверхзвуковых скоростей: здесь испытывают модели ракет, космических аппаратов и боевых самолетов.

Например, тут тестировали перспективный российский космический корабль "Федерация" в гиперзвуковых режимах: определяли температуру нагрева различных частей аппарата при его проходе через атмосферу при спуске с орбиты.

Объект размещают в рабочей части аэродинамической трубы. После включения вентиляторов на него устремляется воздушный поток. Силы, действующие на объект, измеряют с помощью аэродинамических весов, на которых он закреплен. Плита может поворачиваться, чтобы поток воздуха набегал под разными углами.
 

Вода и воздух

ЦАГИ, пожалуй, единственное место в России, где проводят прочностные испытания летательных аппаратов, а также определяют их ресурс. Одна из последних работ — новый российский военно-транспортный самолет Ил-112. Сейчас на стенде для ресурсных испытаний находится специально построенный для исследований образец. Тут будут имитироваться нагрузки, характерные для всех режимов полета. Ил-112 подвергнут многократным нагрузкам, соответствующим не менее чем пяти тысячам полетов. Но дело это не быстрое: эксперименты продлятся порядка двух лет.

Еще одно направление — гидродинамика. В частности, специалисты института определяют характеристики самолетов-амфибий, экранопланов или скоростных судов при движении над водой и по поверхности воды. Для этого построена плавающая катапульта на открытом водоеме, разгоняющая модели летательных аппаратов. С ее помощью, в том числе, исследуются возможности и последствия вынужденной посадки на воду обычных самолетов. Есть и закрытый канал с буксировочной тележкой, разгоняющей модель до 16 метров в секунду. Здесь исследуют гребные винты, устойчивость при волнении, мореходность кораблей и судов, подводных торпед. В водной лаборатории, например, испытывали самолет-амфибию Бе-200.

Зачастую разработчики по итогам экспериментов в аэродинамических трубах уточняют конструкцию летательных аппаратов. Так, после испытаний макета ракеты "Ангара-А5" пришлось скорректировать схему нанесения и толщину теплозащитного покрытия, установить новые обтекатели и оптимизировать параметры траектории полета носителя — из-за того, что некоторые элементы конструкции ракеты подвергались опасному тепловому воздействию.