图-144客机(
俄语:Ту-144;英语:Tupolev Tu-144),由于外形酷似
协和式客机,也被称为“Concordski”(协和斯基)。是
苏联图波列夫设计局研制的超音速客机,也是世界上最先首飞的超音速
客机。
图-144采用狭长三角形机翼和无尾的布局,装配4台
发动机和翼下进气道,机翼大部分无扭转,其翼展28.80米,机长65.70米,机高12.55米,最大飞行速度每小时2500千米。
1962年,图-144
原型机开始研制;1968年12月31日,图-144原型机首次试飞;图-144总共生产了16架,其中1架
原型机,1架预产型图-144S,9架
量产型图-144S,以及5架改进型图-144D;1975年3月,在莫斯科至
阿拉木图航线75年服役;1975年12月,该
客机正式投入
苏联国内货运飞行;1977年11月,开始在莫斯科—阿拉木图的航线上载客飞行;1978年6月,停止定期客运飞行。
发展历程
研发背景
二十世纪冷战时期,前苏联凭借举国体制“优势”,基本上在所有重大领域都要和西方国家一争高下。1957年10月4日,苏联成功将世界首颗人造卫星送入轨道。1961年4月12日,苏联再次击败美国,首次将宇航员送入太空。1962年1月,前苏联《航空运输技术》杂志上首次披露了超音速客机的概念。
1963年1月13日,时任苏共中央委员会第一书记的
赫鲁晓夫听到了
英法海底隧道联合研制的
超音速客机将被命名为“协和”。又基于
苏联太空领域的比西方国家大步领先。而同属“柏林墙”另一边的
法国和
英国已经开始研制
超音速客机,奋起直追就成了前苏联航空人的必选项。此外,对于前苏联这样东西国境跨度超过一万千米,横跨亚欧大陆的巨型国家来说,用
超音速飞机来缩短“万里迢迢”的时间成本,毫无疑问是具有现实意义的。
于是,前苏联航空工业部的前沿人物全部前往
莫斯科。1963年7月16日,前苏联
苏联部长会议批准超音速客机计划(第798-271号决议)后,由
图波列夫公司在四年制作出5架
原型机。而机型编号“图-144”的
超音速客机的指令书就交到了
安德烈·图波列夫的手上。
研制过程
图-144的实体模型不久就诞生了,飞机机身细长,还使用双
三角翼飞机,前缘内侧后
掠角为78°、外侧后掠为55°。飞机尾部不设水平
尾翼而使用大三角垂尾。此外,还设计了降落时为保证飞行员视野而可以下垂12”的锥形机鼻。机身为圆形,直径3.4米,乘客舱长26.5米,宽3.05米,走道高2.16米,座位采用左3右2的布局,第一架“图-144”
原型机的设计载客量是126人。库兹涅佐夫设计局为其专门研制了配备加力燃烧室,单台最大
推力可以达到172千牛的NK-144
涡轮风扇发动机。
1964年7月,库兹涅佐夫设计局完成NK-144验证机试验。次年10月,5台样机完成1500小时
台架试验。
1968年12月31日,在两架作为验证机的米格-21I陪伴之下,图-144原型机在
苏联完成了首次试航,耗时37分钟,比“协和”的首飞早了两个月又两天。1969年6月5日,图-144
原型机在11000米的高空首次突破
音障。1970年5月26日,图-144原型机在16300米的飞行高度飞出2
马赫的速度。同年6月,飞行速度又提高到了2.3马赫。此后,图-144原型机开始频繁地往返于
莫斯科与东欧多个国家的首都。1971年5月底,图-144原型机空降
巴黎,参加了当年的
巴黎-布尔歇国际航空航天展览会。
图-144根据试飞数据和飞行状况也不断进行改造,内外段后
掠角分别改成了76°和57°,
翼展和机翼的面积被进一步扩大,机身直径也增加到了6.3米,以增加载客量;翼下的起落架改成了8轮推车式,机头两侧增加了可伸缩的条状小翼,以降低落地时的速度。最大的改动是换装
推力更大、油耗更低的NK-144F
发动机,起飞推力达到196kN。而
航空燃油的储量被提高到11.8万升,使得图-144起飞重量也达到了190吨。于是,第二架图-144一图-144S在1971年儿童节开始试飞,
北大西洋公约组织给图-144一个代号“战马”。
生产服役
1971年,准备批量生产的“图”系列超音速飞机也在沃罗涅入飞机制造厂开动了
流水线。1973年5月,在巴黎航展的布吕歇尔机场,“协和”与“战马”同台亮相。“战马”排在“协和”之后亮相。6月2日,图-144的飞行表演十分出色,其风头盖过了“协和”,连西方航空专家也不得不承认,图-144确有独到之处。6月3日是航展闭幕日,“协和”与图-144最后一次同台较量。“协和”飞完之后,图-144登场。它在第三次通场而过向上爬升,飞至1500米高度时,机头突然下垂,左机翼断裂,飞机翻了个跟头,随即在空中解体,最终坠落到跑道尽头5千米外的古森维尔镇,造成6名机组人员和地面8人罹难,另有26人受伤。布尔歇空难后,
图波列夫公司开始对图-144进行结构加固,重量增加了10吨。这样,H·库兹涅佐夫设计局的
涡轮风扇发动机已无法保障给定参数,首先是飞机的航程。因此,决定用科列索夫设计局的发动机来替换。
1973年,
阿列克谢·图波列夫升任图波列夫设计局总设计师后,图-144项目改由瓦伦丁·布里兹纽克负责。由于
量产型图-144S的航程仍低于预期,改进型图-144D换用了RD-36-51A高压缩比
涡轮喷气发动机,它比NK-144F更轻,油耗也更低,不需加力燃烧室就可达到196千牛的最大
推力。1974年底,
苏联开始成立旨在开发图-144飞机的飞行员和航空专家小组,名为
莫斯科航空运输管理局训练支队。1975年3月,莫斯科-
阿拉木图的高速航线开通。在这条航线上图-144的单程飞行时间为1小时55分。1975年10月,图-144开始了这条航线上的定期货运飞行。
1975年,经过改进的图-144S重返
巴黎-布尔歇国际航空航天展览会。同年12月26日,图-144S在苏联国内以
货机形式服役,为莫斯科和阿拉木图之间提供邮政服务。1977年10月29日,图-144S获得
苏联当局颁发的型号合格证。
1977年12月,图-144获得了适航证并开始载客,不到半年,极易老化的燃油管道导致一架图-144于1978年5月23日在空中大量泄漏燃油,随后
发动机一台接一台地停止工作,飞行员竭尽全力终于把飞机迫降在雅格耶夫斯克的郊外,但还是有两名机组人员死于迫降中的撞击。
1978年5月23日,一架改进型的图-144D进行测试,地面起动点火过程中,燃油
管道破裂,飞机起飞后,由于燃油大量泄漏,在3000m高度出现火警,飞机紧急折返,4台
发动机先后有3台停车,驾驶舱也充满烟雾,驾驶员冷静应对,在一块平地上以机腹接地成功迫降。8名乘员中有两名飞行工程师遇难。6月1日,苏联民航便将旗下的图-144全部退役。在所有交付的16架图-144中,仅有几架真正飞过客运航班,一共才飞了不过55趟,总载客量定格在3284人。由于它的航程更长,可以从
莫斯科飞到
哈巴罗夫斯克,图-144D继续在货运领域发挥作用。图-144在一共执飞102次客货运航班后,就被彻底放弃。还有6架被完整地保存在俄罗斯空军博物馆、民用航空博物馆和喀山国立技术大学等地。唯一落户国外的图-144由德国
辛斯海姆技术博物馆收藏,注册号为77112。
NASA测试机
苏联解体后,1994年,美国和
俄罗斯准备联手开发下一代超音速喷气式客机。美国国家航空航天局(NASA)、
波音公司、俄罗斯
图波列夫公司花费3.5亿美元改装了一架飞行时间仅为82.5小时的图-144D,
发动机换成NK321。新飞机被命名为图-144LL,为未来300座级的第二代
超音速喷气
客机打前站。
美方计划进行的飞行试验及其任务包括:测定大型
超音速飞机在
超音速飞行条件下的飞机表面温度、结构温度和热流温度;建立发动机热介质数据库;研究小
展弦比机翼的
地面效应;评估飞机的稳定性和可控性;确定机舱噪音和结构噪音;测定附面层参数、
摩擦系数、压力和其它数据。赋予图-144JMI飞行试验机的最重要的任务是:确定高空大气洲流和如何保护机组乘员与旅客免受
宇宙辐射;研究抑制
喷气发动机噪音的途径;寻找降低音爆水平的方法;进行气动力研究;作导航和无线电通信试验;研究
发动机在
超音速状态下的运转;研究大气和
臭氧层的状况。
图-144JMI是图-144LL的改型机,与图-144LL的主要区别是更换了发动机,此举是被迫的,因为专为图-144生产的发动机早已停产,而现用的PLL-36-51A发动机的剩余寿命太小。为替换发动机,要求生产新的进气道尾部和新的发动机短舱,在机上安装补充监控装置,加固机翼,更换机体系统以适应HK-321新型发动机。这种发动机是图-160战略轰炸机使用的HK-32发动机的改进型。除此之外,还对图-144LL型进行了其它方面的工作。如:机体缺陷检验及改进,改进
副翼内段,加固
发动机悬挂接头附近的机翼,更换驾驶舱和机舱玻璃,改进燃料系统、滑油系统、防火系统、液压系统、发动机控制系统、供电系统,并安装了大量的
传感器用于飞行试验。
到1997年6月10日,图-144JMI飞行试验机已完成了计划飞行18次中的8次飞行,总飞行时间为4小时。在第8次飞行试验中速度达到M2.02。随后又对飞机进行了改进加工,补齐了美方要求的6项试验设备,最重要的一项是安装了机翼边条、
热电偶、摩擦传感器、测定附面层参数的梳状管等。10月中旬,进行了第10次飞行试验,并综合研究了以前各单项试验。
1996-1997年,图-144LL在
俄罗斯进行了27次试飞。后续由于缺乏资金,该计划在1999年胎死腹中。1999年6月26日,图-144完成了最后一次飞行。
主要型号
基本设计
机翼
原型机的机翼是双三角形的下单翼。前缘为直的折线,机翼内段前缘后掠角约76°,外段前缘后掠角约57°。内段带前缘锥度扭转,而外部则无扭转,故亚音速和
超音速飞行时的升阻比较低。但在生产型飞机上已作了改进、
翼展增大1.15m,采用了与“协和”号相同的锥形扭转,整个内外段翼面向上凸起弯曲,后缘向下凹陷弯曲,因此提高了气动效率。
机翼为多梁结构,由整体铣切的铝合金蒙皮壁板、翼肋和大梁焊接在一起,并形成整体油箱。翼根承扭盒是钛合金的。机翼前缘是用
发动机的热空气防冰,并可隔热,使热不会传到主要结构部分。
助力操纵面是:每侧机翼后缘有4个单独的升降
副翼;方向舵分两段,每段由2个单独的作动筒操纵。所有的操纵面,包括每边机翼上的四块升降副翼和方向舵都是
钛合金材料制造的。
机身
生产型机身长65.7m,较
原型机增长5.7m。流线形的头部在起飞着陆和停放时可下垂12°,以保证良好的视界。机身和下单翼融合在一起,机身下表面较平,因而具有良好的机身
升力特性和方向稳定性。不足之处是座舱地板下面不能设置行李舱或小的货舱。
在生产型上,在驾驶舱后面靠上边机身两侧加装有可收放的鸭翼,以改进
三角翼飞机在低速大迎角下的操纵性、稳定性和起落时飞机的配平能力,改善飞机进入跨
音速时的加速性及操稳性,增大载荷和航程。采用前置鸭翼,使跨音速时的气动阻力大为降低,使飞机能更快、更容易地通过音障,同时改善了跨音速时旅客的舒适性,降低了燃油消耗。前置操纵面展弦比较大,具有双缝前后缘襟翼,可动的后缘襟翼可改变操纵面的翼型弯度。
机身为全金属半硬壳结构,窗框与门框和机身侧蒙皮为一整体,系铝合金整体铣切件,与隔框的连结形式为焊接。生产型舷窗数由原型的25个增至34个。旅客舱前方和左侧中央有舱门,应急出口由4个增加至6个。
起落架
起落架支柱系用高强度
合金钢和
TC4的混合结构。在
原型机上,主起落架是三轴小车形,每轴有4个轮子,总共12个轮胎。收起时,转180°向前半收入机翼内,突出部分有
整流罩。在生产型上,主起落架改为
双轴小车形,8个轮胎。主起落架固定在发动机舱处,收起时转90°向前收入进气道中间。采用四重钢盘刹车。
在原型机上,前起落架有2个轮胎,向后收入左右进气道之间的整流罩内。在生产型上,前起落架向后收入机身下部。起落架舱壁有隔热层,以防
发动机热。同时还有冷空气通入起落架舱、以冷却起飞后的轮胎和在飞行中散热。
动力装置
装有4台库兹涅佐夫设计局设计的双转子加力
涡轮风扇发动机,在
原型机上,4台发动机是装在翼下中央的1个发动机舱里,方形可调截面的进气口,进气道约长23m。在生产型上改为2个翼下发动机舱,每个发动机舱装2台发动机(与“协和”号相似),进气道也用活动斜板自动调节,其中部开有辅助进气门。发动机短舱的80%是钛合金材料,进气口为钛合金,进气道有部分采用铝合金。从
发动机热区到尾喷口这一段又是钛合金。图-144发动机单台最大
推力为13000kg,加力推力为17500kg;生产型飞机用发动机的加力推力已提高到20000kg。仅在高温条件下起飞,或在
超音速巡航飞行时才使用加力。
图-144原型的载油量为70000kg,生产型已增至80000kg。在机身尾锥内有1个平衡油箱,以平衡飞机重心的移动。在后机身右侧有一根粗的外部输油管与主油箱相连。
客舱
驾驶舱乘员由3人组成(2名驾驶员和1名飞行工程师)。驾驶员靠背座椅全部可调。座舱基本布置乘坐140名旅客,有3个客舱。前客舱为头等舱,有11个座位,基本上每排3座,前两排之间有桌台。中间舱为普通舱,通过一个活动隔板与前客舱分隔开,有30个座位,共6排,每排5座,3座布置设在中央过道的左侧。后客舱也是普通舱,有15排座位,基本上每排5座,但最后几排因机身宽度变窄,每排只能布置4座,总共乘坐90人。
头等舱排距通常为1020mm,普通舱排距为870mm。座舱布置可任意改变。飞机上共有2个厨房、2个衣帽间和4个盥洗室(前舱和中舱各1个,后舱2个),2个厨房布置在
客舱前部和中部,客舱前部和中部各有1个衣帽间。客舱后边和发动机平行的部位是1个大型货舱,舱内有半自动的装卸货系统,货舱右后侧有1个大舱门。
系统
飞机有四套独立的液压系统,同时工作,用来操纵舵面,但其中任何两套提供的动力就能完全满足所有飞行状态下的要求。设有增压系统和空调系统。
航电设备
1台与
INS相联的电子模拟计算机;中央大气数据系统:自动驾驶仪;飞行零位指示器;水平位置指示器;转弯侧滑仪;测距设备;一台活动地图导航显示器;数字经纬度读数器;
气象雷达以及可变几何形状的进气口调节控制系统。常规飞行中约有百分之九十时间是自动控制的。
基本参数
竞争机型
1969年,“协和”式完成首飞,1976年投入商业运营,但
英国与
法国政府却为了这一型飞机投入极为高昂的研发费用。当
协和式客机好不容易定型投产以后,因其高昂的售价让全世界的航空公司望而却步,最后,中英国与法国政府财政补贴的引诱下,英国航空与
法国航空才购买了总计16架“协和”式飞机。
2000年7月25日,一架原计划由法国戴高乐机场飞往美国
肯尼迪航天中心的“协和”式飞机,编号为法航4590的
客机刚起飞不久,地面人员发现飞机发动机喷出熊熊烈焰。不一会儿,飞机坠毁于机场附近,造成机上全部100名乘客与9名机组人员罹难,而地面上也有4人因此死亡,1人受伤。这第一次也是唯一一次的坠毁。
在“协和”式服役这二十多年时间里,没有一次事故,也大大缩短了美洲与
欧洲之间的时间距离。因其航班总数少目没出过事故,被誉为“世界上最安全的飞机”。不过,
法国航空4590坠机事故后,
协和式客机每百万人次航班的乘客死亡人数为12.5人,成为“世界上最不安全的飞机”。
除了事故,“协和”式飞机的成本也是大问题。每架“协和”式在飞行12000小时后,就必须完成为期10个月的大修,每次大修的成本高达1000万美元。在到了21世纪,在新一代飞机各种数据传感
液晶显示器面前,“协和”式的数字仪表如同晦涩难懂的数学符号,让飞行员痛苦不已。2003年,“"协和”式飞机走下历史舞台,世界上再无
超音速客机。
关联人物
安德烈·图波列夫是
苏联科学院院士,5次获苏联国家奖金,设计的飞机共创造过78项
世界纪录,完成过28次举世无双的飞行。安德烈·图波列夫是苏联航空工业的奠基人,接到国家召唤设计图-144任务时已经75岁,而老图波列夫义不容辞地接下项目,并把项目负责人的位置交给了他的儿子阿列克谢·安德烈耶维奇,阿列克谢·安德烈耶维奇的专长是高速飞行器的研发与设计。
相关事件
设计图纸事件
在图-144研制过程中,项目组曾收到一份来自国家安全委员会(
克格勃)的厚礼,便是“协和”的全套设计图纸。换得这套图纸的代价便是
苏联商务部和外交部的部分驻英法人员因此被驱逐出境,使得一个完整的间谍网被破坏,而“图-144”之后则被一向刻薄的西方媒体称之为“协和斯基”(严格来说,虽然外形一样,但技术上还是有很大区别)。
坠机事件
1973年5月,在巴黎航展的布吕歇尔机场,“协和”与“战马”同台亮相。“战马”排在“协和”之后亮相。其中按照主办方
法国的说法是,看到同台演出的“协和”在
中国国际航空航天博览会的低空低速范围内有很出色的表现,“战马”为了在西方面前露一手,接连做了几个高危险动作,但是在表演完毕着陆时,下错了跑道,飞行员在恼怒中猛然拉起,作了一个陡直的爬升,结果导致
发动机全部
熄火,或许是为了利用
气流重新启动发动机,飞行员将飞机带入俯冲,但高度不够,发动机依旧保持熄火状态,在快要触地的时候他又做了一次提拉,结果这个过于凶猛的动作超过机体结构强度直接导致飞机空中解体然后坠毁。对此,
苏联说辞是,
法国空军的一架
幻影战斗机在图-144做表演动作时一直在旁紧贴,而后者为了避免碰撞,万般无奈才做出过火机动。在
美苏冷战的背景之下,坠机的原因成了各执一词的“罗生门”,因为最重要的证据
飞行记录仪(黑匣子)如蒸发了一般,始终下落不明。