Производственный процесс: Как конструируют самолёты H&F посетил конструкторское бюро «Туполев» и узнал, зачем самолёты делают из дерева и пластмассы.

Авиационное опытно-конструкторское бюро «Туполев» существует более 90 лет. За это время в его стенах разработали более 300 проектов различных типов летательных аппаратов, малых судов и аэросаней. Около 100 проектов были реализованы в металле, а более 50 находились в серийном производстве. Всего выпущено свыше 18 000 самолётов. ОАО «Туполев» занимается разработкой, производством, испытаниями, ремонтом и поддержанием лётной годности авиационной техники. Компания продвигает на рынок самолёт Ту-204СМ, а также поставляет специальные модификации Ту-214. С 2009 года идёт работа над новым бомбардировщиком-ракетоносцем (ПАК ДА).

Каждая группа конструкторов отвечает за свою область. Первыми вступают в дело конструкторы, которые занимаются обликом будущего самолёта, так называемыми «общими видами». Они составляют технические условия, которым должен соответствовать будущий самолёт, определяя вместимость, дальность и скорость полёта. Это относит самолёт к определённому классу, в рамках которого он и будет конкурировать с уже существующими самолётами.

Дальность и скорость полёта во многом определяются мощностью двигателя, разработкой которого занимаются двигателисты. Сейчас в массовых перевозках используются турбореактивные двигатели с тягой порядка 40 тонн. Ещё 15 лет назад считалось, что самые надёжные самолёты летают на четырёх двигателях, но сейчас производство таких самолётов во всём мире завершается, уступая место аппаратам, летающим на двух двигателях. Это связано с повышением их надёжности. Сейчас, если один из двух двигателей в самолёте отказывает, пассажиры об этом не узнают. Современные самолёты могут продержаться в воздухе на одном двигателе в течение трёх часов. Это относится и к другим системам самолёта, у каждой из них есть свой близнец, который поддержит в случае отказа. Сейчас двигатели настолько совершенны, что придумать в них что-то принципиально новое очень сложно. Главное, в чём конкурируют конструкторы, — это параметр двухконтурности. Чем больше воздуха проходит за пределами, а не через двигатель, тем лучше (экологичнее и экономичнее). 

После надёжности самый важный показатель качества самолёта — это топливная экономичность. Авиакомпании охотнее приобретают самолёты, которые тратят минимум топлива. Сейчас стандарт расхода топлива для пассажирских самолётов равен 25 граммам на перемещение одного пассажира на 1 километр. Интересно, что показатель для автомобилей практически такой же. Только вот средняя скорость у самолётов почти в 10 раз выше.   

После определения общих показателей самолёта к его разработке подключается каркасное подразделение. Сотни специалистов вычерчивают фюзеляж и крылья, то есть оболочку самолёта. За последние десятилетия конструкция этих элементов (стрингера, нервюры, лонжероны, шпангоуты) практически не меняется. Кстати, все эти элементы перекочевали в авиацию из судостроения.  

Подборкой материалов для производства будущего самолёта занимается подразделение прочности. Экономия топлива происходит не только за счёт мощности двигателя, но и лёгкости материалов. Долгое время в индустрии доминировали алюминиевые сплавы, которые отличаются особенно высокой прочностью. Так, толщина обшивки обычного самолёта составляет всего 1,5 мм. Сейчас на смену алюминию приходят суперлёгкие композиционные материалы, в основе которых — сплетение углеродных нитей (пластмасса). Первый самолёт, на 95% созданный из таких материалов, — Boeing 787 Dreamliner — появился в 2007 году, но в массовое производство поступил лишь спустя четыре года. В течение этого времени компания устраняла неполадки. В Европе вслед за ним появился свой самолёт из композитов — Airbus A350. Остальные страны (например, Россия и Япония) пока присматриваются к тому, как эти самолёты поведут себя на практике, и в конкурентную борьбу не включаются.

В самолёте не один, а более 30 различных компьютеров, каждый из которых отвечает за свой участок: крылья, двигатель, подача топлива. Все показатели затем поступают в центральный компьютер. Системы управления самолётом, обеспечивающие устойчивость и манёвренность самолёта, долгое время были исключительно гидравлическими (гидроцилиндры, сервоагрегаты). Постепенно её стала вытеснять электрическая система. Мечта самолётчиков — чтобы гидравлической системы на летательных аппаратах не было вовсе, потому что электрическая легче в эксплуатации, надёжнее и меньше весит. 

После того как чертежи самолёта готовы, отдельные его части воссоздаются в деревянных макетах. Потому что одно дело — самолёт нарисованный, и совсем другое — в реальную величину. Благодаря макетам можно понять, что в нём недостаточно удобно, чего явно не хватает. 

Заводы, производящие самолёты «Туполева», находятся в Казани и Ульяновске. На них работают 4 500 и 9 000 человек соответственно. В среднем за год один завод производит порядка 50 самолётов. Для сравнения: этот показатель у американской компании Boeing достигает 500 самолётов в год. Такая производительность во многом связана с тем, что Boeing пошёл по пути распределённого производства: отдельные части самолётов производят в Японии и Италии, а окончательная сборка происходит уже в США.

Конструирование и создание нового самолёта занимает два-три года, а его «доводка» может длиться лет 10, поэтому самолёты такие дорогие. Испытания нового аппарата делятся на статические и усталостные. Во время статических элементы подвергаются сильному давлению, сверхвысоким температурам. Для этого проводятся лабораторные полёты, в течение которых вокруг самолёта создают условия, аналогичные реальному взлёту, полёту и посадке. Испытания на усталостные повреждения, то есть те, что возникают в конструкции в ходе эксплуатации, требуют особенно много времени. Все элементы и механизмы самолёта испытываются на износостойкость: шасси опускаются и убираются, створки, закрылки и дверцы открываются/закрываются по несколько тысяч раз. После лабораторных испытаний наступает этап реальных полётов. Лётчики-испытатели берут парашюты и поднимаются на самолёте в воздух, каждый раз с новым заданием: что будет, если откажет навигационная система, если шина лопнет, и так далее. Таких возможных ситуаций больше тысячи, и самолёт не поступает в эксплуатацию, пока каждая из них не будет проверена.