К моменту учреждения Указом Президиума Верховного Совета СССР от 11 января 1939 г. Народного комиссариата авиационной промышленности СССР (НКАП) Центральному аэрогидродинамическому институту имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) исполнилось 20 лет. История отечественной авиации неразрывно связана с ЦАГИ, с достижениями его ученых. Институт, являющийся практически ровесником авиации в нашей стране, внес и продолжает вносить неоценимый вклад в разработку практически всех видов отечественных летательных аппаратов.

ЦАГИ был образован постановлением Научно-технического отдела ВСНХ РСФСР от 1 декабря 1918 г. по инициативе профессора Николая Егоровича Жуковского. Первоначально институт размещался в Москве.

В первые годы существования ЦАГИ были разработаны теории крыла, воздушного винта, устойчивости и управляемости самолета.

В 1922 г. Андреем Николаевичем Туполевым, возглавлявшим самолетный отдел ЦАГИ, был построен первый в нашей стране цельнометаллический самолет - АНТ-2. Наиболее крупными достижениями авиации 20-х годов стали цельнометаллические конструкции из дюралюминия, а также переход от схемы биплан, господствовавшей в начале века, к свободнонесущему моноплану.

Следующий этап становления института начался в 1933 г. и был связан со строительством новой площадки ЦАГИ в пойме Москвы-реки на территории нынешнего города Жуковского. Менее чем за пять лет здесь был возведен целый ряд больших аэродинамических труб и корпусов для прочностных испытаний. Создание в ЦАГИ аэродинамических труб и экспериментальных установок позволило отработать новые решения, такие как более совершенные профили крыла, убирающиеся шасси, гладкая обшивка, улучшенная форма фюзеляжа, механизация крыла, винты изменяемого шага и многие другие.

Увеличение скоростей полета потребовало создания новых норм прочности воздушных судов. В СССР нормы прочности также были созданы специалистами ЦАГИ. На определенном этапе в связи с возрастанием скоростей возникла проблема флаттера. Теория этого явления была разработана в ЦАГИ Мстиславом Всеволодовичем Келдышем и его соратниками и позволила успешно бороться с этим опасным феноменом.

Первоначально конкретные образцы авиационной техники разрабатывались непосредственно в ЦАГИ, в основном, под руководством А.Н. Туполева. Но с развитием техники одному учреждению стало трудно решать весь комплекс стоящих перед авиацией проблем. Поэтому из ЦАГИ постепенно стали выделяться специализированные институты - ЦИАМ (1930), ВИАМ (1932), ЛИИ (1941), СибНИА (1946). Отдел самолетостроения в 1936 г. был преобразован в знаменитое КБ Туполева.

В 1947 г. было создано ОКБ вертолетостроения, руководителем которого стал начальник лаборатории ЦАГИ Михаил Леонтьевич Миль.

Во время Второй мировой войны на ЦАГИ была возложена жизненно важная задача обеспечить создание самолетов, превосходящих по своим характеристикам самолеты фашистской Германии. Необходимо было достичь превосходства в скорости на 50-80 км/ч. И ЦАГИ с этой задачей справился. В то время скорости советских боевых самолетов, таких как Ла-7 ОКБ Лавочкина и Як-3 ОКБ Яковлева достигли и даже превысили 700 км/ч. Результаты работы ученых ЦАГИ во время войны внесли определяющий вклад в повышение эффективности советских боевых самолетов и тем самым способствовали победе над врагом.

Скорости в 700-750 км/ч являются предельными для самолетов с поршневыми двигателями. С созданием новых типов силовых установок начинался переход к реактивной авиации. Но с ростом скоростей возникла проблема влияния сжимаемости воздуха на аэродинамику самолета. Стояла задача отодвинуть начало образования местных сверхзвуковых зон скоростей, уменьшить рост волнового сопротивления. В этой области под руководством академиков С.А. Христиановича, А.А. Дородницына и др. в ЦАГИ были получены основополагающие результаты, которые постепенно позволили учитывать сжимаемость воздуха, а затем и вязкость. Практически это выливалось в разработку форм, обеспечивающих как можно большее критическое число Маха. Критические числа М для новых компоновок истребителей были увеличены до 0,8-0,83.

С ростом тяги двигателей стала актуальной проблема перехода к сверхзвуковым скоростям полета.

К 1950 году в ЦАГИ были созданы экспериментальные установки для испытаний на трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях и начаты исследования сверхзвуковых компоновок.

Важным этапом в то время стало внедрение стреловидного крыла, что обеспечило заметное увеличение числа М, после которого начинается сильный рост лобового сопротивления. При разработке аэродинамики сверхзвуковых истребителей возникли проблемы, связанные с воздухозаборниками и торможением потока, которые были решены в ЦАГИ за счет введения новой геометрии воздухозаборников. Кроме того, прочнистам института пришлось решать проблему нагрева поверхности при сверхзвуковом полете.

В 60-е годы встала задача улучшения взлетно-посадочных характеристик боевых самолетов и сокращения взлетно-посадочных дистанций.

Одним из путей радикального улучшения характеристик было введение крыла изменяемой стреловидности. Трудности по линии устойчивости и управляемости, аэроупругости и прочности крыла изменяемой стреловидности были успешно преодолены в ЦАГИ. В результате были созданы истребитель МиГ-23 (1967), дальние носители Ту-22М (1979) и Ту-160 (1981).

Позднее в ЦАГИ были открыты новые возможности значительного увеличения несущих свойств при сравнительно малом приращении сопротивления. Они были основаны на так называемом "управлении вихрями". Эти исследования дали возможность построить концепцию истребителей следующего (четвертого) поколения с большой тяговооруженностью и высокой маневренностью (МиГ-29 и Су-27).

Важное место в работе ЦАГИ всегда занимала пассажирская и транспортная авиация. При активном участии института были созданы первый в мире реактивный пассажирский самолет Ту-104 (1955). Изучение режимов полета Ту-104, действующих нагрузок, решение вопросов обеспечения безопасности пассажиров - все это проводилось ОКБ Туполева совместно с ЦАГИ, эти исследования послужили основой для создания последующих гражданских самолетов, в частности Ту-114 (1957).

В 1957 г. первый полет совершил турбовинтовой Ил-18 ОКБ Илюшина. Отработку безопасности ТВД для многодвигательных пассажирских самолетов вел ЦАГИ. На базе ТВД ОКБ Антонова в 1956-60 годах создало целое семейство военно-транспортных и пассажирских самолетов различной дальности (Ан-8, -10, -12, -24). В их разработке также принимал участие институт.

В создании пассажирских самолетов, особенно первого поколения, большую роль сыграли прочнисты ЦАГИ, которые разработали методологию определения безопасного ресурса таких самолетов.

В 1971 г. первый полет совершил военно-транспортный Ил-76, для которого ЦАГИ совместно с ОКБ разработал эффективную механизацию, давшую очень высокие значения Cy max (примерно 3,4).

Для самолета Ту-154 (первый полет в 1968 г.) ЦАГИ были проведены исследования по обеспечению безопасности с точки зрения выхода на большие углы атаки в связи с расположением у этого самолета двигателей за крылом в хвосте.

ЦАГИ активно участвовал в разработке аэродинамической компоновки первого отечественного широкофюзеляжного пассажирского самолета Ил-86 (серийное производство началось в 1978 г.), где впервые в практике проектирования отечественных пассажирских самолетов гондолы были размещены под крылом.

При активном участии института был создан уникальный сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144 (1968), который был выполнен по схеме "бесхвостка". На нем удалось обеспечить Кмакс, близкое к 8, при критическом М = 2-2,2. Для этого было принято треугольное базовое крыло. Кроме того, была решена задача обеспечения прочности в условиях повышенных температур.

Позднее специалисты ЦАГИ внесли важный вклад в создание новых пассажирских и транспортных самолетов - Ил-96, Ту-204, Ан-124, Ту-334. На них были применены сверхкритические профили с уплощенной верхней поверхностью, позволившие увеличить критическое число Маха почти на целую десятую, что эквивалентно увеличению скорости полета на 100 км/час. В результате при сохранении крейсерского числа М 0,75-0,8 удалось перейти на новые компоновки крыльев большого удлинения (с 7 до 10) без увеличения веса конструкции.

Важной вехой в истории ЦАГИ стали работы по программе "Энергия-Буран" в конце 70-х и 80-х годах. Исследования, в которых были задействованы практически все подразделения института, касались вопросов аэродинамики, прочности, системы управления, теплообмена, теплозащиты "Бурана", а также изучения проблем обтекания на этапах выведения и разделения компонентов системы "Энергия-Буран".

Помимо этого, в ЦАГИ проводились испытания по отработке аэродинамики самолетов "Атлант" ОКБ Мясищева и "Мрия" ОКБ Антонова, предназначенных для транспортировки ракеты "Энергия" и "Бурана". Комплекс исследований по вопросам прочности системы "Энергия-Буран" потребовал создания специальных стендов и значительного расширения экспериментальной базы института.

В последние годы ученые ЦАГИ активно работают над такими важными для российской авиационной промышленности проектами, как региональный самолет "Сухой Суперджет 100" и его модификации, ближнесреднемагистральный самолет МС-21, истребитель пятого поколения Т-50 и др.

За вклад в развитие авиационно-космической науки и техники ЦАГИ награжден орденами Трудового Красного Знамени (1926 г.), Красного Знамени (1933 г.), орденом Ленина (1945 г.), Почетной грамотой Президиума Верховного Совета РСФСР (1968 г.), орденом Октябрьской Революции (1971 г.). В 1998 г. ЦАГИ объявлена благодарность Президента Российской Федерации. 1 декабря 2013 г. по случаю 95-летия ЦАГИ был удостоен Почетной грамоты Правительства РФ.

Опираясь на опыт прошлого - с уверенностью смотреть в будущее!

Свое 95-летие ЦАГИ встречает на пороге больших перемен и готовится ответить на новые вызовы. Сейчас идет реформирование системы управления авиационной наукой в нашей стране. Формируется Национальный исследовательский центр (НИЦ) "Институт имени Н.Е. Жуков-ского", который под эгидой ЦАГИ объединит ведущие авиационные институты: ЦИАМ, ГосНИИАС, СибНИА, ГкНИПАС. Организация НИЦ призвана сделать процесс создания научно-технического задела (НТЗ) более эффективным, согласованным и целенаправленным.

В принятой в конце 2012 г. Государственной программе "Развитие авиационной промышленности на 2013-2025 годы" сформулированы новые принципы создания НТЗ. Под руководством ЦАГИ ведется разработка "Национального плана развития науки и технологий в авиастроении на период до 2025 г. и на дальнейшую перспективу", который должен стать долгосрочной программой исследований авиационных научных институтов в сотрудничестве с конструкторскими бюро отрасли, институтами РАН и высшей школы. План направлен на разработку и доведение до высокого уровня готовности прорывных технологий, которые станут залогом прогресса в авиастроении, обеспечат конкурентоспособность отечественной авиатехники.

В рамках этой работы в 2012 г. ЦАГИ совместно с другими институтами подготовил "Форсайт авиационной науки и технологий" с целью дать прогноз технологического развития авиастроения вплоть до 2030 г., учитывая то, с чем столкнется мировая и отечественная гражданская авиация в этот период, те требования, которые будут предъявляться к авиатранспортной системе будущего с точки зрения безопасности, экологичности, пропускной способности, пунктуальности.

Некоторые описанные в форсайте концепции и технологии уже являются предметом ведущихся в настоящее время научно-исследовательских работ (НИР), например, запущенной в 2012 г. Министерством промышленности и торговли РФ НИР "Самолет-2020", главным исполнителем по которой является ЦАГИ. Работа направлена на исследование эффективных технических концепций, формирование технологического базиса и технического облика перспективных летательных аппаратов, которые должны быть созданы после 2020 г.

Например, если говорить о том, какой облик будут иметь летательные аппараты будущего, то сегодня есть понимание, что традиционные компоновки самолетов уже достигли высокого уровня совершенства (их аэродинамическое качество составляет 18-20 единиц) и какое-то существенное продвижение реально только при рассмотрении новых конфигураций, главный принцип формирования которых связан с процессами интеграции. Интеграция может идти в направлении крыла (схема "летающее крыло") или фюзеляжа (схема "несущий фюзеляж").

"Летающее крыло", над которым интенсивно работают ученые ЦАГИ, обладает повышенным аэродинамическим качеством, которое может составлять 22-25 единиц. Кроме того, такая схема позволяет экранировать шум двигателей, если их расположить на верхней поверхности "летающего крыла" вблизи задней кромки. При этом реализуется более широкая, по сравнению с классической, пассажирская кабина, что увеличивает число продольных проходов и повышает комфорт для пассажиров.

Схема с несущим фюзеляжем, который сам по себе создает определенную подъемную силу, тоже рассматривается специалистами института, поскольку обеспечивает размещение более широкого пассажирского салона и способствует реализации эффекта экранирования шума при установке двигателей на верхней поверхности хвостовой части фюзеляжа. По такой схеме может быть создано воздушное судно регионального класса с практически прямым ламинарным крылом.

Ученые ЦАГИ совместно с другими институтами и КБ изучают проекты сверхзвуковых самолетов второго поколения. Эксплуатацию авиалайнера "Конкорд", который наряду с отечественным Ту-144 был представителем первого поколения сверхзвуковых пассажирских самолетов, прекратили в 2003 г. От этих машин отказались по соображениям экономичности (сверхзвуковой полет дороже, чем дозвуковой), а также проблем, связанных со звуковым ударом. Однако этот класс машин продолжает оставаться рыночно привлекательным. Уже разработаны проекты сверхзвуковых самолетов массой около 50 т, в которых звуковой удар уменьшен до приемлемых значений. Ведется изучение 100-тонных сверхзвуковых лайнеров.

Перспективным направлением совершенствования аэродинамики воздушных судов, над которым работают в ЦАГИ, является управление обтеканием - оно может обеспечить значительное уменьшение сопротивления трения и повышение аэродинамического качества полета.

Рассматривают как пассивные варианты, не требующие дополнительной энергии, так и активные, скажем, отсос/выдув пограничного слоя и воздействие плазменных разрядов.

Что касается авиационных двигателей, то современные турбореактивные двухконтурные двигатели тоже достигли высокого уровня технического совершенства, а самые современные воздушные суда для перевозки одного пассажира на расстояние 100 км расходуют около 2-3 кг топлива, что сопоставимо с автомобильным транспортом.

В итоге все больше внимания сегодня уделяется силовым установкам новых схем: турбовинтовентиляторные двигатели с биротативными винтовентиляторами ("открытый ротор"), силовые установки, интегрированные с элементами планера, распределенные силовые установки, гибридные силовые установки, а также другие технические решения, которые позволят выполнить требования, предъявляемые к силовым установкам следующего поколения.

Вопросы интеграции этих перспективных силовых установок с планером находятся в компетенции ЦАГИ.

В области материалов и конструкций будущее, без сомнения, принадлежит композиционным материалам (КМ), которые открывают широкие возможности реализации новых конструктивно-силовых схем и компоновок ЛА, повышения их летно-технических и других характеристик. Объем использования КМ в планере зарубежных и отечественных гражданских самолетов с годами постоянно увеличивался. Например, если в отечественных лайнерах предыдущего поколения (Ту-204 и Ил-96) композиты составляли менее 10% от веса планера, то в современном самолете "Сухой Суперджет" они достигают уже 14%, а в новейшем российском самолете МС-21 их доля превысит 37%.

Примером того, какой потенциал имеют КМ, является реализованное на МС-21 при активном участии ЦАГИ композитное крыло. За счет укладки в нем слоев КМ специальным образом для наиболее эффективного восприятия расчетных нагрузок стало возможным увеличить удлинение крыла. Относительное удлинение композитного крыла МС-21 примерно на 10% больше, чем у современного А-320, соответственно примерно на 10% уменьшен расход топлива.

Композиционные материалы позволяют реализовать совершенно новые конструктивно-силовые схемы и для фюзеляжа. В ЦАГИ уже развернуты работы по изучению применения сеточных композитных конструкций для этой части самолета. А в дальнейшей перспективе новые материалы могут помочь реализовать давнюю мечту авиастроителей о создании так называемого морфного, или адаптивного, самолета, который меняет свою форму в зависимости от режимов обтекания.

Главные тенденции развития общесамолетного оборудования заключаются в отказе от гидравлических систем как главных энергетических носителей и дальнейшее совершенствование интегрированной модульной авионики. ЦАГИ и другие институты уже работают над концепцией "более электрического" или "полностью электрического" самолета, обещающей уменьшение веса, упрощение техобслуживания и повышение надежности. В таком самолете все приводы и бустеры станут электрическими, а судном будут управлять электрические сигналы. Эту систему можно легко перевести в полностью автоматический режим.

Кроме того, в авиации в будущем роль человеческого фактора будет постоянно уменьшаться. Автоматизированные системы управления станут играть все большую роль. В практику войдет так называемый "умный борт", который возьмет на себя главную функцию управления, а роль экипажа будет заключаться в том, чтобы наблюдать и страховать работу автоматики. Будут внедряться новые технологии управления ЛА, которые должны поддерживаться и бортовой, и наземной структурой. В частности, будет осуществлен переход на траектории четырехмерного формата (4D) с точностью попадания в заданную точку пространства в несколько минут.

ЦАГИ и другие научно-исследовательские институты авиационной промышленности в сотрудничестве с конструкторскими бюро отрасли, институтами РАН и вузами уже работают над этими и другими перспективными технологиями с тем, чтобы российское авиастроение могло опираться на самый передовой научно-технологический базис.

Редакция поздравляет Сергея Леонидовича Чернышева с присуждением премии Правительства РФ в области науки и техники.

Источник: АвиаСоюз