Технологии

Жуковский - центр авиационной науки

1 декабря - знаменательный день для отечественной науки. 90 лет назад по инициативе выдающегося ученого, основоположника современной аэродинамики, профессора Московского университета и Московского высшего технического училища Николая Егоровича Жуковского постановлением Научно-технического отдела ВСНХ РСФСР был образован Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ).

Роль Жуковского в развитии отечественной и мировой науки трудно переоценить. Блестящий математик, механик, автор многих основополагающих работ в области авиации, он одним из первых стал применять результаты фундаментальных исследований к насущным потребностям техники - достаточно назвать его формулу вычисления подъемной силы профиля крыла, ставшую классической.

Создатель нашего Института не ограничивался только научными изысканиями. Благодаря изумительному дару преподавания он доступно объяснял слушателям очень сложные темы, что притягивало к нему студентов. Ему удалось собрать талантливых учеников, преданных делу авиации. Из его кружка впоследствии вышли многие отечественные генеральные авиаконструкторы (достаточно вспомнить Андрея Туполева, академика с 1953 г.), другие выдающиеся ученые.

Также одним из первых Жуковский осознал важность эксперимента в прикладной науке - именно благодаря ему в России было организовано несколько аэродинамических лабораторий. А вершина его деятельности в этом направлении - создание ИДТИ.

Сейчас нелегко себе представить: в голодной стране, где разгоралась гражданская война, правительство пошло навстречу труднореализуемому в тех условиях предложению Николая Егоровича. Согласно его идее Институт должен был стать учреждением нового типа, на основе фундаментального поиска дающим конкретные рекомендации для быстро развивавшихся отраслей техники, в первую очередь авиации. Жизнь подтвердила плодотворность этой идеи, и мы с полным правом можем говорить: ЦАГИ не только сыграл решающую роль в подъеме советского самолето- и вертолетостроения, но и вырос в один из крупнейших центров авиационной науки в мире.

Жуковский руководил ЦАГИ до своей кончины в марте 1921 г., в последующие 10 лет Институт возглавлял его ученик - всемирно известный ученый-механик Сергей Чаплыгин (академик с 1929 г.). Сочетая в себе высокий научный потенциал с незаурядными организаторскими способностями, он внес большой вклад в становление ЦАГИ.

Понимая важность развития авиации и других видов техники, с ней связанных, правительство СССР пошло на беспрецедентные затраты в связи с формированием самого современного, по тем временам, научного комплекса. В этот период интенсивно строили Московскую экспериментальную базу (ныне Московский филиал ЦАГИ). Воплощая замысел своего создателя, сотрудники Института решали большой комплекс разнообразных проблем (аэро- и гидродинамика, авиационные материалы, моторостроение, летные испытания, гидравлика и целый ряд других).

Чаплыгин сформировал здесь мощную научную школу, воспитал плеяду крупных ученых. Так, сотрудником ЦАГИ и участником его семинара был математик и механик, будущий президент Академии наук СССР Мстислав Келдыш (академик с 1946 г.). В числе учеников Чаплыгина механик Сергей Христианович (академик с 1943 г.), математик и механик Михаил Лаврентьев (академик с 1946 г.), механик и гидродинамик Александр Некрасов (академик с 1946 г.), механик Леонид Седов (академик с 1953 г.), многие другие. Не случайно именно в нашем Институте разработаны теории профиля крыла, воздушного винта, флаттера*, устойчивости самолета и т.д. Здесь построены первые в стране цельнометаллические самолеты.

Начало следующего этапа развития ЦАГИ было положено в 1932 г. Вновь назначенный начальник Николай Харламов обратился в правительство с обоснованием необходимости создания еще одной экспериментальной базы для натурных аэродинамических и прочностных испытаний самолетов - нового ЦАГИ в пойме Москвы-реки, на территории нынешнего города Жуковского. Менее чем за пять лет здесь запустили в эксплуатацию аэродинамические трубы гигантских размеров для натурных испытаний самолетов, корпус для проверки прочностных характеристик.

Первоначально конкретные образцы авиационной техники (самолеты, вертолеты, аэростаты и т.д.) целиком разрабатывали в ЦАГИ, причем большей частью под руководством Андрея Туполева. Появилась серия военных, пассажирских, транспортных и спортивных машин АНТ (АНТ-1 - АНТ-44).

Со стремительным развитием техники одному даже столь мощному учреждению стало сложно решать весь комплекс соответствующих проблем. Поэтому уже в 1930-е годы из ЦАГИ стали выделяться самостоятельные институты, работающие и сегодня. Это Центральный институт авиационных моторов (1930), Институт авиационных материалов (1932) в Москве, Летно-исследовательский институт (1941) в Жуковском, Сибирский научно-исследовательский институт авиации (1946) в Новосибирске, ряде других поныне известных исследовательских центров. Отдел самолетостроения в 1936 г. был преобразован в завод N 156 - широко известное ОКБ А. Н. Туполева. Именно на его машинах было поставлено 78 мировых рекордов, совершено 28 уникальных перелетов.

Словом, в 20 - 30-е годы XX в. в нашей стране бурно развивались авиационная наука и техника. Не случайно тогда практически каждый мальчишка у нас мечтал стать летчиком. И ЦАГИ соответствовал тому времени, участвуя в строительстве не только самолетов, но и дирижаблей, геликоптеров, автожиров, гидросаней, торпедных катеров. Здесь проектировали даже мощные вентиляторы - они установлены в Московском метрополитене.

Кроме научного сопровождения разработок новых летательных аппаратов, первые 20 лет существования ЦАГИ, безусловно, отмечены и другими важнейшими достижениями. Был создан отечественный аналог немецкого сплава, называемый у нас дюралюминием, и организовано его производство, что стало основой отечественного цельнометаллического самолетостроения. Определены нормы прочности, позволившие рассчитывать машины по нагрузкам. Предложен справочник, где с научных позиций даны методы расчета при проектировании новых летательных аппаратов. Проведены исследования физической основы возникновения такого страшного явления, как флаттер, и выданы соответствующие рекомендации специалистам.

За успешную деятельность ЦАГИ и его сотрудники удостаивались правительственных наград. А в 1941 г. академику Чаплыгину (первому ученому в СССР) было присвоено звание Героя Социалистического Труда.

В строительстве нашего научного центра принимала участие вся страна, а контроль за его темпами, в силу чрезвычайной важности для обороноспособности Советского Союза, осуществляли на самом высоком правительственном уровне. И к началу Великой Отечественной войны 1941 - 1945 гг. большая часть экспериментальной базы уже функционировала.

Через две недели после начала войны, 5 июля 1941 г., вышло постановление Совета Народных Комиссаров об эвакуации ряда отделов ЦАГИ в Новосибирск и Казань. Эшелоны с сотрудниками Института, их семьями и оборудованием прибывали на новые места, где в кратчайшие сроки развертывалась деятельность лабораторий. 26 декабря 1941 г. Чаплыгин сообщал народному комиссару Алексею Шахурину: "В Новосибирском филиале ЦАГИ находятся около 500 его сотрудников, в их числе 60 - 70 ведущих ученых и кадровых инженерно-технических работников; установлена связь с авиазаводами Востока для участия в доводке и совершенствовании серийных и опытных боевых самолетов; строятся современные аэродинамическая и прочностная лаборатории для обслуживания авиазаводов. В настоящее время наряду с задачей организации в Новосибирске работающего центра, мы поставили перед собой вопрос, который скоро станет актуальным - это план предстоящего в ближайшем будущем возвращения некоторых наших подразделений в Москву". Кстати, реэвакуация ЦАГИ началась уже через год после отправления этого письма.

Во время Великой Отечественной войны инженеры и конструкторы Института стремились улучшать характеристики боевых самолетов и вооружения. Над этими проблемами коллектив работал практически круглосуточно. И удалось достичь значительных приростов максимальной скорости полета, повысить эффективность двигателей, увеличить прочность конструкций. Были получены важные результаты по влиянию сжимаемости воздуха на аэродинамику и устойчивость самолета. А в 1943 г. ЦАГИ выпустил первое издание фундаментального "Руководства для конструкторов", ориентированного на постройку машин с поршневыми двигателями и воздушными винтами. В сложнейших условиях не останавливался и перспективный поиск, благодаря которому наша авиация совершила революционный скачок в области сверхзвуковых скоростей.

В 1941 - 1945 гг. в демонстрационном зале ЦАГИ была развернута постоянно действовавшая выставка новых отечественных самолетов, авиатехники противника и союзников. Отмечу: за время войны в его стенах прошли стажировку около 100 тыс. летчиков, инженеров и техников.

После Победы наступил новый период в развитии Института: всего за 10 - 15 лет, на основе фундаментальных исследований ЦАГИ и других научных организаций страны была создана реактивная авиация. Теоретические и экспериментальные изыскания, проведенные под руководством академика Христиановича, позволили установить ряд основополагающих законов аэродинамики больших скоростей. На основе его идей в 1946 г. в ЦАГИ создали первую в мире аэродинамическую трубу с перфорацией рабочих частей, что открыло путь к исследованиям трансзвуковых и сверхзвуковых течений газа. Важным вкладом специалистов в около- и сверхзвуковую авиацию стала теория стреловидного крыла, предложенная механиком Владимиром Струминским (академике 1966 г.).

Наряду с самолетами работали и над машинами других типов. Так, в 1947 г. было организовано ОКБ вертолетостроения, главным конструктором которого назначили начальника лаборатории ЦАГИ по геликоптеростроению и штопору самолета Михаила Миля.

В годы становления принципиально новой авиационной техники сложилась и новая методология взаимодействия сотрудников Института с соответствующими конструкторскими бюро СССР. Наши ученые формировали рекомендации по аэродинамической компоновке и выбору параметров самолетов и ракет, их идеи, развитые с тем или иным ОКБ, ложились в основу проекта. Далее наши специалисты выступали уже в роли эксперта последующих разработок, включая оценку возможности первого вылета самолета или пуска ракеты. Такое сотрудничество способствовало установлению тесных контактов руководителей ЦАГИ и его ведущих научных сотрудников с генеральными конструкторами всех авиационных конструкторских бюро.

В ходе создания советского ядерного оружия перед промышленностью была поставлена задача производства авиационных средств для его надежной доставки на большие расстояния. Решение удалось найти. Совместно с ОКБ А. Н. Туполева и ОКБ В. М. Мясищева мы предложили аэродинамические компоновки дальних и стратегических самолетов с околозвуковой крейсерской скоростью полета Ту-16, Ту-22, Ту-95, М-4, М-50. А в сотрудничестве с ОКБ С. А. Лавочкина разработали стратегическую крылатую ракету с радиусом действия 8000 км и крейсерской скоростью, втрое превышающей скорость звука.

В 1957 г. мир потрясли достижения СССР в постройке межконтинентальных баллистических ракет, первых искусственных спутников Земли*. ЦАГИ принимал активное участие в исследовании аэродинамических характеристик всех спутников и космических кораблей, а также в компоновке ракеты-носителя Р-7, созданной основоположником практической космонавтики Сергеем Королевым (академик с 1958 г.)**. Позже в Институте открыли лабораторию, ориентированную на изучение аэродинамики гиперзвуковых скоростей, - ее возглавил математик и механик Анатолий Дородницын (академик с 1953 г.).

В 60-х годах XX в. наши ученые успешно решали проблемы многорежимной аэродинамической компоновки самолета с крылом изменяемой геометрии. Эти разработки нашли применение в истребителе МиГ-23, ракетоносцах Ту-22М, Ту-160, фронтовом бомбардировщике Су-24. Были созданы самолеты с вертикальным укороченным взлетом и посадкой Як-36, Як-38, высокоскоростной штурмовик МиГ-25. Фундаментальные исследования ЦАГИ в области вихревой аэродинамики обеспечили появление истребителей нового поколения МиГ-29 и Су-27 (1977 г.) - по своим летно-техническим характеристикам они превосходили лучшие аналоги других стран.

Важное направление наших работ - пассажирская авиация. Были предложены первый в мире реактивный пассажирский самолет Ту-104 (1955 г.), лайнеры с большой крейсерской скоростью полета Ту-154 (1968 г.), Ил-86 (1976 г.) (М=0,8 - 0,85), магистральные Ил-96 (1988 г.), Ту-204 (1990 г.), Ан-124 (1982 г.), транспортный Ил-76 (1971 г.), сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144 (1968 г.).

Большой объем исследований был связан с проблемами полетов орбитальных летательных аппаратов при выведении их в космос и входе в атмосферу при числах М=25 - 30 (т.е. скоростях в 25 - 30 выше звуковой). Очень сложный комплекс задач возник при создании многоразового крылатого орбитального космического корабля "Буран" с ракетой-носителем "Энергия". Наша методология позволила получить необходимые аэродинамические характеристики, улучшить прочность и теплозащиту аппарата, изучить воздействие акустических нагрузок. В итоге полет и посадка "Бурана", осуществленные в 1988 г. в беспилотном варианте, прошли с уникальной точностью.

Следует отметить большой вклад в развитие авиационной и космической техники в 1960 - 1980 гг. начальников ЦАГИ - доктора технических наук Владимира Мясищева, механика Георгия Свищева (академик с 1976 г.).

В последние десятилетия наш коллектив активно трудится над новыми летательными аппаратами как гражданского, так и военного назначения. Результаты поиска в области аэродинамики сверхкритических профилей, позволившие сконструировать крылья большого удлинения для авиалайнеров, создать новое поколение турбореактивных двигателей высокой степени двухконтурности*, а также ряд других идеи легли в основу концепции военно-транспортного самолета Ан-124, среднемагистрального Ту-204, дальнемагистрального Ил-96, ближнемагистрального Ту-334 (первый полет совершил в 1999 г.). Все они по основным показателям не уступают схожим машинам ведущих мировых фирм Boeing и Airbus. К сожалению, в силу ряда политических и экономических причин Ту-334, Ту-204, Ил-96 не получили столь массового производства и применения, как их зарубежные аналоги.

Сегодня Институт включает в себя четыре основных комплекса: аэродинамики, динамики полета и перспектив развития летательной техники; прочности, аэроупругости, ресурса летательного аппарата; инженерного обеспечения и развития экспериментальной базы учреждения; акустики, гидродинамики и промышленной аэродинамики. Идет техническое перевооружение, реконструкция и модернизация аэродинамических труб, испытательных стендов, компрессорных систем и систем энергоснабжения.

У нас трудятся свыше 3,5 тыс. сотрудников. Среди них один академик и шесть членов-корреспондентов РАН, свыше пятисот докторов и кандидатов наук, сотни талантливых инженеров и техников. Именно благодаря их усилиям поддерживается наш высокий научный потенциал.

Мы регулярно проводим научные конференции, в том числе молодых специалистов, а также конкурсы на лучшие работы в области авиации. Ежегодно жюри под председательством директора ЦАГИ присуждает им премии имени профессора Н. Е. Жуковского и ЦАГИ.

Основной состав наших сотрудников - выпускники трех московских вузов: Физико-технического (МФТИ), Авиационного (МАИ) и Государственного технического университета (МГТУ им. Н. Э. Баумана). Особую роль играют два факультета: аэромеханики и летательной техники МФТИ и "Стрела" МАИ. Оба расположены в городе Жуковском и целенаправленно готовят специалистов для ЦАГИ и других научно-исследовательских институтов, связанных с авиацией. Однако пока невысокая оплата труда делает научную деятельность в авиационной отрасли мало привлекательной. И нам предстоит решить сложнейшую проблему привлечения к работе молодых специалистов.

В повестке сегодняшнего дня задача огромной важности - восстановление авиационной промышленности России. Участвуют в этом и наши специалисты: предлагаются концепции новых летательных аппаратов, закладывается фундаментальный задел для развития авиационно-космической техники будущего. Особо следует выделить работы по проектированию гражданских самолетов Сухой Су-перджет-100 и МС-21, которые должны прийти на смену Ту-134 и Ту-154. Развернуты изыскания по созданию боевых самолетов следующего поколения, перспективных образцов вертолетной и ракетной техники, сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов.

В ЦАГИ продолжают поиск принципиально новых схем самолетов гражданской авиации**, конструкций вертолетов с турбореактивными двигателями. Активно внедряют в авиастроение композитные материалы, электрические приводы механизации крыла вместо гидравлических, применяемых ныне. Создаются алгоритмы управления, позволяющие полностью автоматизировать весь полет летательного аппарата от взлета до посадки. В последние годы достигнуты весомые результаты в решении проблем аэродинамики, динамики полета и систем управления, а также статической прочности, ресурса и надежности авиатехники.

Специалисты нашего Института прорабатывают концепции новых авиационно-космических аппаратов для полета как на околоземную орбиту, так и к другим планетам Солнечной системы. В кооперации с институтами РАН в ЦАГИ создают математические модели, методы и программы решения наиболее сложных задач аэрогазодинамики с применением многопроцессорных супер-ЭВМ, направленные на проектирование объектов авиационно-космической техники.

Словом, в ЦАГИ сохранен высокий научный потенциал. Мы надеемся, что государственная программа развития авиации и авиационной науки в России позволит важнейшей отрасли отечественной промышленности вернуть прежние позиции, вновь выйти на передовой уровень в мире.

Турбореактивный двухконтурный двигатель - воздушно-реактивный двигатель, в котором поступающий в него воздух делится на два потока, проходящих через внутренний и внешний контуры. Он экономичнее обычного турбореактивного на дозвуковых скоростях, менее шумный.

Флаттер - сочетание изгибных и крутильных колебаний крыльев, оперения и др. При неправильном выборе конструкции может привести к разрушению самолета

Доктор физико-математических наук Сергей ЧЕРНЫШЕВ, директор Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского