Tupolev Tu-144

Tupolev Tu-144

Tupolev Tu-144 (NATO-koodinimi Charger) on neuvostoliittolainen ylisooninen eli yliäänimatkustajakone. Sitä alettiin suunnitella 1960-luvun alussa. Ensimmäinen sarjavalmisteinen kone lensi maaliskuussa 1972 ja oli maailman ensimmäinen lajissaan. Toinen äänennopeuden ylittänyt matkustajakone on brittiläis-ranskalainen Aérospatiale-BAC Concorde.

Suunnittelu ja testaus

Yliäänikoneiden kehityshankkeet eri maissa

Neuvostoliitossa, Yhdysvalloissa, Englannissa ja Ranskassa kaavailtiin ylisoonisia sotilaskoneita heti toisen maailmansodan jälkeen, osin natsi-Saksan kehityshankkeiden pohjalta. 1950-luvun alussa sotilaallisten ylisoonisten koneiden toteuttaminen tuli mahdolliseksi, myös raskaiden pommikoneiden. Ylisoonista matkustajakonetta ei kuitenkaan voitu perustaa kokonaan sotilaskoneiden teknologiaan, koska niitä ei ollut suunniteltu lentämään tuntikausia kaksinkertaisella äänennopeudella, vaan hetkittäin ja tällöinkin vain jälkipoltolla.

Englannissa oli kaavailtu Concorden kaltaista konetta vuosina 1955-1956, jolloin ei vielä ollut suunnitelmaa toteuttamisesta yhteistyössä Ranskan kanssa. Yhdysvalloissa Boeing, Lockheed ja Douglas tutkivat mahdollisuutta rakentaa ylisooninen matkustajakone, mutta ne vetäytyivät hankkeesta, Boeing viimeisenä, 1960-luvun puolivälissä.

Tu-144:n suunnittelu Neuvostoliitossa

S. Jeger teki Tu-144:n esisuunnittelun. Tupolevin kanssa ylisoonisesta matkustajalentokoneesta kilpaili Vladimir Mjasištšev, joka oli 1950-luvun lopussa suunnitellut ylisoonisia pommikoneita (M-53, M-55A, M-55B ja M-55V).

Kaksinkertainen äänennopeus, 6 500 km toimintamatka ja 100-120 matkustajan kapasiteetti yhdessä kohtuullisten lentoonlähtö- ja laskeutumisominaisuuksien kanssa asetti samanlaiset vaatimukset kuin Concordella oli. Näitä olivat ainakin seuraavat:

• Koneen piti olla aerodynaamisesti puhdas ja nostovoima-vastussuhteen tulisi olla 7,5-8.
• Koneen stabiliteetin ja ohjattavuuden ongelmat tuli ratkaista kaikissa lentotiloissa.
• Ylisoonisen lennon rakenteita kuumentava vaikutus vaati erikoismetallien käyttöä.
• Voimalaite oli oma ongelmansa, etenkin ilmanottoaukkojen toimivuus eri lentotiloissa.
• 20 km lentokorkeus merkitsi tavanomaisesta suihkukoneesta poikkeavia matkustamon paineistusratkaisuja.

Neuvostoliittolainen aerodynamiikan tutkimusinstituutti TsAGI teki suuren osan teoreettisesta tutkimuksesta.

Päätös ensimmäisen koneen (SST-1) rakentamisesta tehtiin vuonna 1963. Tavoite oli, että vuosina 1966-67 piti rakentaa viisi Tu-144-koekonetta, joista kaksi rakenteellisiin kokeisiin.

Koneen pääsuunnittelija oli Aleksei Tupolev isänsä Andrei Tupolevin lentokonesuunnitteluvirastossa. Muita johtavia suunnittelijoita olivat Juri Popov ja B. Gantsevski. Hankkeesta tuli Tupolevin tärkein projekti kymmeneksi vuodeksi.

N. Kuznetsovin suunnittelutoimisto alkoi kehittää voimalaitteita, NK-144-suihkuturbiineja. Niiden suurimmaksi työntövoimaksi spesifioitiin 200 000 N. Matkalennon aikainen ominaiskulutus olisi 0,14 kg/N.

Moottoreina oli neljä NK-144-kaasuturbiinia, jotka oli sijoitettu siipien alle. Ylisoonisessa lennossa kolme vinoa tiivistysaaltoa hidasti moottoriin virtaavaa ilmaa, joka meni diffuusoriin alisoonisena. Kussakin ilmanottoaukossa oli oma sisääntulorampin ohjaus, jonka ohjaus oli automaattinen. Moottoriin ei tullut reverssiä vaan koneissa oli jarruvarjo. Voimalaitteen yhdistämistä lentokoneeseen johti B. Voul.

Tu-144:n aerodynaamista suunnittelua johti G. A. Tserjomuhin.

Tu-144:n rakenteessa tutkittiin ensin normaalin pyrstön käyttämistä, mutta se aiheutti 20% koneen vastuksesta. Siksi valittiin canard-ratkaisu ja deltasiipi.

Siiven takareuna muodostui koko leveydeltään neliosaisista yhdistetyistä korkeusperäsimistä ja siivekkeistä (elevonit). Siipi oli monisalkoinen ja sen pinta oli paksua alumiinilevyä. Siiven keskiosa ja elevonit oli tehty titaanista. Sivuperäsin oli kaksiosainen. G. F. Naboitshikovin ja L. Rodnianskin suunnitteleman automaattisen säätöjärjestelmän avulla kone pystyi lentämään myös staattisesti epästabiilisena. Runko suunniteltiin aiheuttamaan ylisoonisella lennolla minimivastus.

Tu-144:n nokka nousi ja laski hydraulisen aktuaattorin voimalla kuten Concordessa. Kumpikin kone nousi ja laskeutui näkölentosäännöillä. Näissä lentotiloissa lyhyen sivusuhteen omaava kone lensi suurella kohtauskulmalla ja ratakulmalla, jolloin kiinteä nokkakartio olisi peittänyt näkymän. Nokkakartio oli paineistamaton ja sen ansiosta kevytrakenteisempi kuin paineistettu runko.

Päälaskutelineet sijaitsivat siivissä. Siipien ohuuden vuoksi pyörien koon tuli olla pieni, mikä johti 12-pyöräiseen laskutelineeseen.

Polttoaine oli siipirakenteisiin integroiduissa säiliöissä. Pyrstössä oli kolmas säiliö, jota käytettiin lentokoneen painopisteen säätelyyn.

Ohjaamossa oli tilat neljälle miehistön jäsenelle: ohjaaja, perämies, moottori-insinööri (flight engineer) ja prototyypeissä ylimääräinen koelentoinsinööri. Kone oli ensimmäinen neuvostoliittolainen siviilikone, jossa oli autopilotti. Lähestyminen voitiin tehdä sen ohjaamana.

Ensimmäisen Tu-144:n rakentaminen ja koelento

Ensimmäisen Tu-144:n rakentaminen alkoi vuonna 1965. Samaan aikaan toinen prototyyppi rakennettiin staattisia kuormitustestejä varten. Prototyyppi 044 oli aluksi 98-paikkainen, mutta matkustamoa laajennettiin 120-paikkaiseksi. Lentoonlähtöpaino nousi 130 tonnista 150 tonniin. Kone sai nimen Opyt (ven. Опыт, suom. 'kokemus' tai 'koe') valmistavan tehtaan mukaan. Samaan aikaan tehtiin lentokokeita kahdella MiG-21I-koekoneella (tunnetaan myös tunnuksilla A-144 ja 21-11), joiden siipi oli geometrialtaan ja aerodynamiikaltaan samanlainen kuin 044-koneessa. Mig-21I lensi 2 500 km/h nopeudella.

31. joulukuuta 1968 koelentäjät E. Jelian ja M. Kozlov sekä koelentoinsinöörit V. Benderov ja J. Seliverstov tekivät 044:n ensimmäisen, 37 minuuttia kestäneen koelennon. Miehistöllä oli heittoistuimet kaiken varalta. 5. kesäkuuta 1969 Tu-144 lensi ylisoonisella nopeudella. 12. marraskuuta 1970 Tu-144 lensi puoli tuntia yli 2 000 km/h nopeudella ja saavutti 2 430 km/h maksiminopeuden. 044-koekoneella tehtiin 150 lentoa.

Tällä välin myös Concorden kehitys oli edennyt niin, että sen ensilento oli tapahtunut 2. maaliskuuta 1969. Touko-kesäkuussa 1971 sekä 044 että Concorden prototyyppi olivat esillä Le Bourget’n lentonäytöksessä.

Jatkokehitystä

Koelennoilla Tu-144:ssä havaittiin värähtelyä ja perärungon ylikuumenemista. Tu-144-konetta alettiin modifioida: tavoitteena oli saada käyttöön RD-36-51-kaasuturbiini, joka ei tarvinnut jälkipoltinta, ja lisäksi oli kehitettävä koneen aerodynamiikkaa ja rakennetta.

Tu-144-koneita oli alettu rakentaa Opyt-tehtaalla vuonna 1968. Koneen arvioitu toimintamatka oli 3 250-3 500 km. Siiven nuolikulma muutettiin tähdäten 2,2 machin matkalentonopeuteen. Siipipinta-alaa lisättiin ja siiven kiertoa kasvatettiin. Runkoa pidennettiin, jotta matkustajamäärä saataisiin kasvamaan 150:een. Moottoreiden siirto muutti myös laskutelineiden asennusta, ja niistä tuli nyt 8-pyöräiset. 044-prototyyppiin tuli runkoon sisäänvedettävä canard-siipi, jota käytettiin lentoonlähdössä ja laskussa. Lentoonlähtöpaino nousi 190 tonniin.

Esituotantoversio Tu-144 Numero 01-1 valmistui vuoden 1971 alkupuolella. Sen koelennot alkoivat kesäkuussa 1971. Sillä tehtiin 231 koelentoa, joiden yhteenlaskettu kesto oli 338 tuntia. Koneella lennettiin 55 tuntia ylisoonista lentoa.

Tuotantoversiot käytössä

Tupolev Tu-144 esillä Auto & Technik Museum Sinsheimissa

• Tu-144 numero 03-1 rakennettiin vuonna 1973. Se modifioitiin Tu-144D-koneeksi, johon asennettiin RD-36-51A-moottorit.

• Tu-144 numero 04-1 lensi ensi kerran 4. maaliskuuta 1975. 26. joulukuuta 1975 tästä koneesta tuli ensimmäinen reittikäyttöön otettu yliäänimatkustajakone, kuitenkin vain rahtikäyttöön. Sen reitti kulki Moskovasta Almatyyn. Nykyisin tämä kone on Moninon ilmailumuseossa.

• Tu-144 numero 04-2 lensi ensi kerran 12. joulukuuta 1975.

• Tu-144 numero 05-1 lensi ensi kerran 20. elokuuta 1975.

• 3. kesäkuuta 1973 ensimmäinen sarjatuotantokone syöksyi maahan Le Bourget'n lentonäytöksessä väistäessään Ranskan ilmavoimien Mirage-hävittäjää. Turmassa kuolivat koelentäjä M. V. Kozlov, perämies V. M. Molhnov, toinen pääsuunnittelija V. Benderov, moottori-insinööri A. I. Dralin, suunnistaja G. N. Bazhenov ja insinööri B. A. Pervuhin. Onnettomuuden tutki ranskalais-neuvostoliittolainen asiantuntijaryhmä. Syynä olivat ranskalaisen Mirage-hävittäjän ohjaajan väärä lentoreitti ja ranskalaisen lennonjohdon virheet sekä Tu-144:n miehistön väärä reaktio, yritys hitaassa nopeudessa kaarrolla väistää hävittäjää. Tu-144:n miehistö ei käyttänyt istuinvöitä ja ohjaamossa yhdellä miehistön jäsenellä oli pieni elokuvakamera kädessään, joka osoittaa, ettei sen miehistö ottanut lukuun mahdollisia poikkeustilanteita lennolla. Koneen väistöliike heitti kameran siten, että se jumitti hetkellisesti ohjaussauvan.

Matkustajaliikennekäyttö

Aeroflot aloitti matkustajalentoliikenteen yliäänikoneella marraskuussa 1977. Matkustajakäytön aikana huhuttiin joidenkin Tu-144-koneiden tuhoutuneen. Matkustajalentoliikenne päättyi heinäkuussa 1978. Tähän mennessä Tu-144 lennätti 55 lennolla 3 284 matkustajaa. Luotettavuus rajoitti VIP-lentoja ja koneen epätaloudellisuus muiden kiireisten matkustajien lentoja.

Matkustajakäytön lopettamisen jälkeen Tu-144:ää käytettiin rahdin ja postin kuljettamiseen.

Yksi vuonna 1981 rakennettu Tu-144D-kone modifioitiin 1990-luvulla lentäväksi laboratorioksi (Tu-144LL), joka lensi joitakin toisen sukupolven yliäänimatkustajaohjelmaan kuuluvia tutkimuslentoja.

Aiheesta muualla

• Kuvia Tu-144 yliäänimatkustajakoneesta
• Video Tu-144:n maahansyöksystä Le Bourgetissa 1973
• Tupolev Tu-144 [1] (englanniksi)
• Туполев Ту-144 [2] (venäjäksi)