Авиапром. Двухдвигательный Як-40 - на пути к СТР-40ДТ - цельнокомпозитному самолёту-демонстратору технологий

Небольшой экскурс в прошлое (1 декабря 2016 года). Артем Кореняко рассказывает о работе над проектом модернизации трехдвигательного реактивного регионального самолета Як-40. В статье приведены фото Як-40, Бортовой: 87216, s/n: 9510440 задействованного в роли "летающей лаборатории". Статья содержит рассказ о статусе работ и перспективном воздушном судне пассажировместимостью 32-40 мест для местных авиалиний.

Дополнительно статья от сентября 2017 года о ожидаемых сроках появления СТР-40ДТ и его характеритстиках от Андрея Величко.

ИТОГО: Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. Чаплыгина (СибНИА) и Минский завод гражданской авиации № 407 подписали в среду соглашение о совместной ремоторизации (замене двигателей) самолетов Як-40. Как сообщил журналистам премьер-министр Республики Беларусь Андрей Кобяков, такое сотрудничество поможет сохранить парк транспорта, актуального в том числе для северных регионов. Делегация Белоруссии находится в Новосибирске с рабочей поездкой (с) ТАСС, 27 сентября 2017 года

ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С. А. Чаплыгина" (СибНИА; подведомственно Минпромторгу России) продолжает в инициативном порядке работу над проектом модернизации трехдвигательного реактивного регионального самолета Як-40.

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.

В среду, 29 ноября [2016 года], с новосибирского аэродрома Ельцовка (около 20 км к северо-востоку от аэропорта Толмачево) впервые взлетел самолет-лаборатория Як-40 в двухдвигательной конфигурации. В четверг, 30 ноября, испытания машины продолжились. Як-40МС оснащен двумя более мощными двигателями TFE731-5BR с тягой по 2154 кгс каждый. Для установки двигателя TFE731 третьей серии на самолеты Як-40 специалисты СибНИА разработали новые пилоны и капоты гондол 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.

Суть программы модернизации Як-40 в доработке ВС путем замены силовой установки АИ-25 на двигатель семейства  TFE731 производства Honeywell (ранее Garrett). Основные задачи нового этапа испытаний ремоторизованного самолета Як-40 — получение дополнительной информации и набор статистики.

Двигатели семейства АИ-25 с 1967 г. серийно выпускает украинское предприятие "Мотор Сич". По данным ОКБ им. А. С. Яковлева взлетная тяга одного АИ-25, установленного на Як-40, равна 1500 кгс. Первый мотор TFE731 (turbo fan engine) компании Honeywell был сертифицирован в 1972 г. Семейство TFE731 американского производителя представлено 20 моделями. Взлетная тяга самого маленького мотора (TFE731-2) составляет примерно 1600 кгс, самого большого (TFE731-F125IN) — около 4100 кгс (режим форсажа).

Новый этап работы с Як-40 впервые подразумевает испытания машины в двухдвигательном варианте. Специалисты СибНИА демонтировали с самолета-лаборатории центральный двигатель АИ-25 (с реверсивным устройством), установив на месте его воздухозаборника обтекатель. Кроме того, вместо штатного ВСУ АИ-9 на месте центрального двигателя установлена ВСУ Garrett (Honeywell) 3092 со стартер-генератором на 9 кВт. Благодаря этому, например, запуск двигателей стал не пневматическим, а электрическим.   

"Задача этих полетов — снять прочностные и аэродинамические характеристики. Далее мы перекомпонуем машину под более мощные двигатели. Скорее всего, это будет TFE731 пятой серии. Но это уже будет в январе 2017 г.",

— сказал Сергей Иванцов. Впрочем, установка на самолет-лабораторию двигателей TFE731 пятой серии может быть промежуточным этапом.

"Если летные испытания подтвердят нужные характеристики для Як-40 (градиенты набора, нужные для сертификации), то, скорее всего, это будет конечный вариант. Дальше, возможно, будет доработка реверсивными устройствами, еще что-то. То есть если мощности [двигателей пятой серии] будет хватать, то да [мы остановимся]",

— прокомментировал Иванцов.   

В своем выступлении Карел Совак отметил, что мощность двигателя TFE731-3 не совпадают с потребностями модернизированного Як-40: "У нас уже подготовлены два двигателя TFE731-5 с вторичного рынка, которые уже физически у нас на руках. Мы их получили из нашего двигательного банка". По его словам, Як-40 также хорошо подойдут двигатели TFE731-60.

Представители СибНИА и Honeywell не уточнили, о какой конкретной модификации TFE731 пятой серии идет речь. В линейке американского производителя есть моторы этой серии с взлетной тягой примерно 2050 и 2150 кгс. Взлетная тяга TFE731-60 приблизительно равна 2270 кгс.

Новосибирские специалисты также заменили в кабине самолета-лаборатории приборную панель контроля параметров работы двигателей. Оригинальная конструкция органов управления двигателями Як-40 сохранена.

ПЛЮСЫ ПРОЕКТА

Ожидается, что основные характеристики Як-40 после модернизации значительно улучшатся. В результате ремоторизации, проводимой СибНИА, ожидается сокращение дистанции взлета в два раза, времени и расхода топлива на этапе набора высоты в два раза, расхода топлива на этапе снижения и захода на посадку в два раза, дистанции пробега в 1,2–1,5 раза. Дальность полета модернизированного Як-40 должна увеличиться на 30-40%. Снизится шум в пассажирском салоне и кабине пилотов.

Крейсерская скорость машины будет не менее 590 км/ч (вместо 510 км/ч); взлетный вес — не менее 17,2 т, что соответствует максимальной взлетной массе обычного Як-40. Полезная загрузка будет не менее 3200 кг, в том время как максимальная коммерческая загрузка обычного Як-40, по данным ОКБ им. А. С. Яковлева, равна 2720 кг. Высота полета модернизированной машины планируется на уровне 8600 м (вместо 6000 м). Расход топлива обновленного Як-40 составит не более 650 кг/ч (вместо 1059 кг/ч — данные издания "Ежегодник АТО").

ОЦЕНКА ПОТРЕБНОСТИ

В СибНИА считают, что работы над модернизацией Як-40 необходимы из-за  отсутствия на российском рынке ВС пассажировместимостью 35–40 чел. (в то время как цена аналогичных машин иностранного производства высока). По данным новосибирского института, на сегодняшний день существует значительное число самолетов Як-40 (более 190 ВС [по другим данным более 120 ВС из 420 находящихся на хранении Russianplanes.net, на 1 сентября 2017]), которые имеют ресурс до 10 и более лет. Для продолжения эксплуатации машин этого типа есть достаточное количество командиров ВС, пилотов и технических специалистов предпенсионного возраста.   

"100 Як-40 — это предмет разговора по поводу ремоторизации. Я сам чувствую, что эта программа — как тренировка для [наших] будущих проектов",

— прокомментировал Карел Совак.  

В презентации СибНИА не приводятся данные о стоимости ремоторизации самолета Як-40 для клиентов. В 2013 г. в новосибирском институте говорили, что если двигатели TFE731 берутся в аренду, то стоимость ремоторизации одного самолета оценивается примерно в 500 тыс. долл. Если подержанные двигатели покупать на рынке, то цена возрастает до 780 тыс. долл. Если же это двигатели с полным межремонтным ресурсом (после капитального ремонта), то цена ремоторизации может увеличиться до 2,5 млн долл. за одну машину. Правда, тогда, по всей видимости, речь шла об установке на Як-40 трех двигателей TFE731-3.

В 2016 году в Новосибирске был гендиректор Минского завода гражданской авиации № 407 — единственного предприятия по капитальному ремонту самолетов Як-40:

"У них есть реестр самолетов, по поводу которых к ним обращаются. Это не только Россия. Там есть еще Африка, Южная Америка. У них очень много заказов. Они реально заинтересованы в расширении этой программы. Минскому заводу это интересно, так как модернизация Як-40 тоже обеспечит их работой".

- рассказал представитель СибНИА.

ЛЕГАЛИЗАЦИЯ РЕМОТОРИЗАЦИИ (СЕРТИФИКАТ ВС)

Отвечая на вопрос, как СибНИА планирует легализовать ремоторизованный Як-40, Сергей Иванцов отметил: "На примере самолетов ТВС-2МС (ремоторизованные по проекту СибНИА самолеты Ан-2. — Прим. ATO.ru) были сделаны поправки и вносятся изменения в авиационные правила по части сертификации и работы по глубокой модернизации ВС, то есть по аналогии с тем,  как это делается на Западе — без согласований с разработчиками и получения так называемого STC (дополнительный сертификат типа. — Прим. ATO.ru). ОКБ им. А. С. Яковлева нам не мешает. Оно однозначно дало понять, что не заинтересовано в работе над этой машиной. Можно сказать, что там даже некому над этим работать. Поэтому, скорее всего, мы пойдем по пути сертификации, как в случае ТВС-2МС".

По словам Иванцова, специалисты СибНИА рассчитывают на дальнейшее развитие своей инициативы. С Як-40 новосибирский институт хочет идти по пути постепенной замены основных элементов его конструкции. Подобную модель работы СибНИА реализует с Ан-2.

СТР-40ДТ - цельнокомпозитный демонстратор технологий

Рабочее название 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, но вероятнее, что оно отражает принадлежность будущей машины к семейству самолётов Як-40.

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

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".
К середине 2017 года проект самолёта находился на стадии разработки композитного кессона крыла. Вообще, 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.

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

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.

Источники:

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