В ОКБ Туполева в ходе создания самолета Ту-204 в середине 80-х годов была автоматизирована работа по анализу и оптимизации конструкции воздушного судна. Программирование алгоритмов обработки для станков с ЧПУ и обрабатывающих центров позволяло механически обрабатывать детали. Подход использования вычислительной техники позволил провести автоматизированный весовой контроль и выполнить расчёты конструктивных силовых схем, что способствовало эффективному решению сложных задач.
Система автоматизированного проектирования (CAD/CAM, САПР) применялась для расчёта внешних обводов. Это позволило добиться аналитической плавности поверхности крыла сложной аэродинамической формы и повысить точность привязки стапельной оснастки для различных агрегатов и подвижных элементов по сравнению с традиционным плазово-шаблонным методом.
В результате проведения теоретических и экспериментальных исследований для достижения высокого аэродинамического качества было решено использовать крыло большого удлинения с умеренной стреловидностью, сформированное сверхкритическими профилями, имеющими значительную относительную толщину.
Совместные исследования специалистов пилонами и мотогондолами ЦАГИ и туполевского КБ позволили разработать сверхкритические профили крыла, тщательно распределяя их толщины по размаху. Это обеспечило беспроблемное обтекание на крейсерских режимах полетов благодаря общей пространственной схеме обтекания.
Важная задача заключалась в уменьшении аэродинамического сопротивления, что было достигнуто с помощью отрицательной аэродинамической крутки на крыле самолета Ту-204 и установкой специальных винглетов на концах. Также были оптимизированы обводы в зонах соединения крыла с фюзеляжем и с оперением, пилонов мотогондол и крыла. Произведено улучшение качества внешних поверхностей для достижения оптимальной эффективности.
Аэродинамическое совершенство самолета Ту-204/214 определяется размахом его крыла, который составляет 41,8 метра, и эффективным удлинением величиной 7,7. Важно отметить, что в настоящее время эта характеристика уже не вызывает такого восторга, как раньше. Например, самолет SSJ100 имеет удлинение крыла равное 10, что является весьма впечатляющим показателем аэродинамической эффективности.
В отличие от него, Boeing 787 имеет коэффициент удлинения 10,03, а у Airbus A320CEO – 9,48. Обратите внимание, что для этих суперсовременных самолетов аэродинамические законцовки обязательны. Не стоит забывать и о российском самолете Суперджет, который в импортозамещённой версии будет оснащаться сайберлетами, что делает коэффициент удлинения его крыла практически равным 11.
Другой наш самолет МС-21 использует разнообразные материалы для своей конструкции, включая алюминиевые сплавы, алюминиево-литиевые сплавы, титановые сплавы, современные стали, а также композиционные и гибридные материалы.
Этот подход позволяет создавать легкие и прочные крылья, которые тоньше и менее широкие в корневой части по сравнению с другими моделями, такими как A&B. Технология использования композитов вместо препрегового метода с автоклавным запеканием обеспечивает значительно более доступные процесс и возможность создавать цельные длинные конструкции.
Для обеспечения функционирования воздушного судна на взлетно-посадочных полосах длиной не более 2500 метров и с целью соответствия требованиям ICAO по уровню шума в районе аэропорта, Ту-204/214 снабжен мощной механизацией крыла. Применяются двойные закрылки с большим ходом и предкрылки вдоль всего переднего края, внутренние секции которых отклоняются вперед создавая дополнительную подъёмную силу во время взлёта и посадки.
Эксплуатация гражданского воздушного судна была улучшена за счет использования неметаллических компонентов как во внешней обшивке, так и во внутреннем отделении. Этот подход позволил сократить общую массу на 1200 килограмм. Применение длинных полуфабрикатов и крупных листов обеспечило возможность создавать консоли без швов и уменьшить количество соединений на фюзеляже, что привело к уменьшению общей массы и улучшению качества внешнего вида воздушного судна.
При посадке интерцепторы и воздушные тормоза автоматически отклоняются, что снижает аэродинамические характеристики крыла и больше нагружают шасси, увеличивая сцепление с поверхностью ВПП и уменьшая пробег. Управление механизацией крыла имеет автоматический и ручной режимы, обеспечивающие высокие значения подъемной силы при взлете и посадке. Публичный дебют Ту-204 вызвал дискуссию на западе о возможном заимствовании конструкторских решений у американского Boeing 757.
Западные СМИ поднимали вопросы о сходстве различных самолетов советской авиапромышленности. Согласно им, Ил-62 сильно напоминал Vickers VC-10, а Ту-144 был копией Concorde. Некоторые западные аналитики возражали, указывая, что внешнее сходство Ту-204 и Boeing 757 не всегда означает нелегальное копирование. По их мнению, при похожих технических заданиях возможно создание визуально схожих, но уникальных изделий.
В 80-е годы было принято ускорить работы над Ту-204, для достижения уровня комфорта и экономической эффективности, сопоставимого с западными разработками как Boeing 757, семейство А300 и Boeing 767. Техническое задание, конструктивная схема самолета, состав оборудования и двигатели были изменены - в данный момент на борту установлено два двигателя ПС-90А с тягой 16 000 кгс.
Благодаря винглетам удалось получить крыло с удлинением 7,7, что являлось значительным достижением для того времени. Этот показатель можно сравнить с другими моделями: у Ил-62М удлинение крыла равно 6,4, Ту-154М - 7,83, Як-42Д - 7,6, Boeing 757 - 7,8, Boeing 747 - 7.
Вертикальные винглеты установлены на Ту-204/214 для повышения топливной эффективности и аэродинамического качества лайнера. С их помощью достигается экономия в 500-600 кг топлива при полете на полную дальность. Ту-204 был одним из первых отечественных самолетов, на котором были установлены винглеты одновременно с Ил-96. Эти аэродинамические элементы не только увеличили дальность полета, но и обеспечили конкурентоспособность отечественным самолетам по сравнению с иностранными аналогами
