Расчетно-экспериментальные, проектные производственные работы в обеспечение создания летного демонстратора комплекса технологий СГС

Государственная политика Российской Федерации в области авиационной деятельности предусматривает создание конкурентоспособной отечественной авиационной техники и трансфер новых технологий в промышленность. Одним из перспективных наукоемких высокотехнологичных направлений развития отечественной авиации является создание сверхзвуковых гражданских самолетов нового поколения. Для формирования рынка сверхзвуковой гражданской авиации необходимо опережающее развитие отрасли за счет внедрения новейших достижений науки и технологий, разработанных при формировании научно-технического задела (НТЗ) авиастроения в сфере создания новых конкурентоспособных отечественных сверхзвуковых гражданских самолетов следующего поколения, включающих в себя передовые научно-технические решения в области аэродинамики, аэроакустики, прочности, системы управления, силовой установки, а также снижения экологического воздействия на окружающую среду. Актуальность создания сверхзвуковых гражданских самолетов (СГС) в Российской Федерации обуславливается также необходимостью повышения уровня мобильности экономических субъектов в условиях протяженной территории России и возможностью экспорта высокотехнологичной продукции гражданского назначения. Тематика работы соответствует приоритетным направлениям Стратегии научно технологического развития Российской Федерации в части обеспечения связности территории Российской Федерации за счет создания интеллектуальных транспортных и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоении и использовании космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики. Ввиду большого количества новых технических решений данная работа также будет способствовать переходу к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, созданию систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта. В связи с постоянным ужесточением международных требований к экологическим характеристикам самолетов гражданской авиации особенно остро стоит проблема минимизации вредного воздействия на окружающую среду. Обеспечение низкого уровня звукового удара при полёте со сверхзвуковой крейсерской скоростью и соблюдение норм по шуму в районе аэропорта требует поиска новых технических решений, комплексного анализа и выбора наиболее рациональных вариантов аэродинамической схемы планера СГС и элементов силовой установки. Результаты предыдущих исследований показали, что наибольшим техническим риском создания перспективных СГС является обеспечение рационального компромисса между приемлемыми экологическими (звуковой удар, шум в районе аэропорта, эмиссия вредных веществ в атмосферу), конкурентоспособными летно-техническими (скорость и дальность полета, условия базирования самолета) и экономическими характеристиками (цена самолета, стоимость летного часа) компоновочных решений. Разработка этих инновационных технологий требует их апробации и валидации в условиях, максимально приближенных к натурным. При этом существенную неопределенность вносит отсутствие норм на допустимый уровень звукового удара при полете над населенными районами и шума СГС на местности в районе аэропорта, которые не могут быть сформированы без наличия фактического экспериментального материала. В Российской Федерации ведется системная работа по развитию критических технологий СГС. В результате выполненных в 2014-2020 годах НИР «Картель», «Линия», «СПС/СДС-технологии», «СПС/СДС-интеграция» и «Звуковой удар», заказчиком которых выступил Минпромторг России, а также выполненного в 2020-2021г. НИР «Комплексный научно-технологический проект разработки научно-технического задела в обеспечение создания сверхзвукового гражданского самолёта» (шифр «СГС-Т1») разработан и доведен до уровня готовности УГТ=3-4 ряд критических технологий в обеспечение создания эффективного СГС нового поколения. В 2021 году руководством Российской Федерации одобрены предложения по реализации Стратегически значимого Комплексного научно-технологического проекта «Сверхзвуковой самолет с низким уровнем экологического воздействия» (СЗ КНТП «СГС»). В рамках реализации СЗ КНТП «СГС» в 2023-2028 годах предполагается дальнейшее развитие технологий в обеспечение разработки СГС нового поколения до УГТ=6 путем их комплексной отработки в натурных условиях на демонстраторах технологий и валидации используемых расчетных и лабораторных методов, в том числе:  отработка в натурных условиях эффективности аэродинамической компоновки, устойчивости и управляемости ЛА на до-, транс- и сверхзвуковых скоростях полета с учетом аэроупругих характеристик конструкции. Валидация расчетных и экспериментальных методов исследований;  отработка в натурных условиях методов снижения звукового удара СГС. Валидация расчетных методов проектирования аэродинамических компоновок с низким уровнем звукового удара;  определение характеристик звукового удара на земле (включая воздействие на человека, здания и сооружения) в различных атмосферных условиях во всем эксплуатационном диапазоне скоростей и высот полета с учетом маневрирования. Валидация расчетных методов. Разработка проекта норм на допустимый для полетов над населенной сушей уровень звукового удара;  отработка технологий обеспечения длительного крейсерского полета на сверхзвуковых скоростях, включая технологии обеспечения теплового и акустического комфорта пассажиров;  отработка системы прогнозирования уровня звукового удара на земле на базе параметров полета и прогнозных характеристик атмосферы под траекторией полета;  отработка в натурных условиях обеспечения устойчивой работы верхнерасположенных воздухозаборников (ВЗ) на всех режимах полета. Настройка систем управления пограничным слоем ВЗ. Валидация расчетных и экспериментальных методов исследований;  отработка в натурных условиях характеристик жесткости и прочности перспективных металлокомпозитных конструкций во всем диапазоне режимов полета. Валидация расчетных методов исследований;  отработка в натурных условиях систем мониторинга теплового состояния и уровня нагруженности конструкции во всем диапазоне режимов полета. Валидация расчетных методов проектирования конструкции;  отработка в натурных условиях способов и средств снижения шума силовой установки в районе аэропорта, включая экранирование, шумоглушение реактивной струи и снижение шума лопаточных машин с использованием звукопоглощающих конструкций при обеспечении низкого уровня потерь тяги на транс- и сверхзвуковых режимах полета. Валидация расчетных и экспериментальных методов исследований.  формирование технического облика БРЭО и функциональных систем ДКТ «Стриж», включая отработку автоматического управления движением по аэродрому. В дополнение к отработке технологий в натурных условиях и валидации расчетных методов проектирования и оценки характеристик звукового удара в реальной атмосфере, летные испытания демонстратора технологий СГС позволят определить допустимый для полетов над населенной сушей уровень звукового удара и получить фактические данные, которые могут быть использованы для формирования проекта национальных норм по допустимым уровням звукового удара и шума на местности для СГС. При создании летного демонстратора технологий СГС принципиальным является:  максимально возможное приближение размерности и условий полета демонстратора к размерности и условиям эксплуатации перспективного СГС, так как многие из исследуемых эффектов либо не масштабируются, либо масштабируются с существенными малоизученными искажениями, что отразится на качестве результатов исследований и их последующем внедрении;  подтверждение реализуемости и эффективности интеграции предлагаемых технических решений. В рамках НИР «СПС/СДС-интеграция» в 2019 году разработано Техническое предложение на пилотируемый демонстратор комплекса технологий СГС (ДКТ «Стриж»), в котором проработана возможность максимального использования существующих (серийных) самолетных систем, узлов и агрегатов с минимальной доработкой, включая серийно производимые отечественные двигатели РД-93 МА. Кроме того, имеющийся у отечественных предприятий НТЗ в области создания беспилотной авиационной техники позволяет реализовать создание ДКТ «Стриж» в опционально-пилотируемом варианте, что позволит исключить установку систем обеспечения жизнедеятельности на борту, снизить риски, связанные с обеспечением безопасности экипажа, а, следовательно, также уменьшить сроки и стоимость разработки. В рамках данной НИР шифр «СГС-Стриж» планируется выполнить расчетно-экспериментальные, проектные и производственные работы в обеспечение создания летного демонстратора комплекса технологий СГС, в том числе: проведение комплекса исследований в обеспечение уточнения требований к демонстратору; формирование технических заданий на ДКТ «Стриж», его силовую установку и системы; проведение исследований по локальной оптимизации аэродинамической компоновки демонстратора; проектирование, изготовление и проведение комплекса расчетно-экспериментальных исследований исполнительных аэродинамических моделей в АДТ и конструктивно-подобных образцов конструкции планера; разработку методик и программ наземных (стендовых) и летных испытаний ДКТ «Стриж»; разработку эскизной конструкторской документации (КД) на ДКТ «Стриж». Также запланировано начало работ по: разработке конструкторской документации на детали и сборочные единицы (ДСЕ) ДКТ «Стриж»; разработке КД на испытательные стенды; разработке концепции, проектированию, изготовлению и комплексированию элементов системы измерения экспериментальных данных (СИЭД), а также запланирована первая стадия постройки стендов и объектов испытаний, включая изготовление узлов и агрегатов летного демонстратора и натурного образца конструкции планера для статических испытаний. Результаты данной работы позволят создать в дальнейшем летный демонстратор комплекса технологий сверхзвукового гражданского самолета с низким уровнем экологического воздействия и провести комплекс стендовых, наземных и летных испытаний в обеспечение формирования НТЗ по тематике СГС, достаточного для разработки эффективных отечественных сверхзвуковых гражданских самолетов нового поколения.