Особенности конструкции
Проектирование самолета на всех этапах проводилось с широким использованием современной вычислительной техники. Автоматизация процесса проектирования позволила решить сложные задачи по анализу и оптимизации параметров самолета, его теоретических обводов. Применение вычислительной техники дало возможность оптимизировать конструктивные силовые схемы и провести автоматизированный весовой контроль, а также программировать механическую обработку механическую обработку деталей на станках с ЧПУ. Благодаря использованию программы проектирования внешних обводов удалось обеспечить аналитическую плавность поверхности крыла при его весьма сложной аэродинамической форме а также повысить точность провязки стапельной оснастки для от дельных агрегатов и подвижных элементов по сравнению с традиционным плазово-шаблонным методом.
В результате теоретических и экспериментальных исследований, направленных на получение высокого аэродинамического качества, было выбрано крыло большого удлинения и умеренной стреловидности, образованное сверхкритическими профилями с большой относительной толщиной. Разработанные совместно с ЦАГИ сверхкритические профили и распределение их относительных толщин по размаху крыла тщательно отрабатывались в общей пространственной схеме обтекания крыла с пилонами и мотогондолами, что позволило обеспечить бескризисное обтекание на крейсерских режимах полета. Большое внимание уделялось снижению аэродинамического сопротивления. Для уменьшения индуктивного сопротивления крылу была придана отрицательная аэродинамическая крутка, на концах установлены специально спрофилированные поверхности (концевые крылышки). Оптимизированы внешние обводы в зонах соединения крыла с фюзеляжем, оперения с фюзеляжем, пилонов мотогондол с крылом. Улучшено качество внешней поверхности, сокращено до минимума количество внешних надстроек (антенн, датчиков, насадок и т.д.) и улучшена их аэродинамическая форма. В целях снижения потерь аэродинамического качества на балансировку полет на крейсерском режиме должен был выполняться при малых запасах устойчивости, что позволяло уменьшить нагрузку на горизонтальное оперение и фюзеляж. Задняя центровка самолета обеспечивалась системой перекачки топлива из крыльевых баков в килевой бак, при этом возможное изменение центровки получалось почти на 10% параметра САХ (средняя аэродинамическая хорда крыла). Все эти мероприятия позволили получить расчетное значение аэродинамического качества на крейсерском режиме 18,1, которое было подтверждено в ходе летных испытаний Ту-204.
В конструкции самолета нашли широкое применение новые алюминиевые конструкционные сплавы с улучшенными физико-механическими и ресурсными характеристиками, алюминиево-литиевые и титановые сплавы, новые стали, современные композиционные материалы и гибридные материалы. Использование неметаллических материалов в конструкции самолета и его интерьера позволило получить экономию в массе пустого самолета около 1200 кг. Использование длинномерных полуфабрикатов и крупногабаритных листов позволило выполнить консоли крыла без стыков и существенно уменьшить количество стыков на фюзеляже, в результате этого снизилась масса конструкции и улучшилось качество внешней поверхности самолета. Особое внимание было уделено повышению коррозионной стойкости конструкции. Была усовершенствована схема теплозвукоизоляции, в нижней части гермокабины установлены дренажные клапаны, и усилено лакокрасочное покрытие.
Для того, чтобы обеспечить возможность эксплуатации самолета на аэродромах с длиной ВПП не превышающей 2500 м, и выполнить требования ICAO по шуму на местности, самолет был оснащен мощной механизацией крыла: двухщелевыми закрылками с большими откатами и предкрылками вдоль всей передней кромке крыла, внутренние секции предкрылка отклонялись вперед по полету. Механизация крыла обеспечивала достижение больших коэффициентов подъемной силы на взлетно-посадочных режимах при сохранении высокого аэродинамического качества. Предусматривалось управления механизацией крыла как автоматическом, так и в ручном режимах. На пробеге самолета автоматически должны были отклоняться как интерцепторы, так и воздушные тормоза, что вызывало резкое падание подъемной силы крыла и догрузку основных опор шасси, сокращая длину пробега.
Двигатель ПС-90А имел современную модульную конструкцию и оборудовался системой электронного регулирования, развитые средства диагностики и встроенного контроля. Все системы самолета были спроектированы на основе новых принципов с широким применением цифровой техники, в большинстве из них применялись новые оригинальные технические решения. Агрегаты всех систем были спроектированы в условиях жесткого весового лимита и высоким требованиям по надежности. Системы имели оптимальное резервирование и были снабжены средствами встроенного контроля. Электродистанционная система управления полетом самолета обеспечивала наилучшие характеристики устойчивости и управляемости на всех режимах полета, а также предотвращение выхода за пределы эксплуатационных ограничений. Вместо традиционных штурвальных колонок управления в кабине экипажа устанавливались центральные Y-образные ручки с малыми ходами. Основной цифровой контур системы управления имел три независимых канала и был зарезервирован трехканальным аналоговым контуром. Отклонение управляющих поверхностей осуществлялось с помощью следящих необратимых гидравлических приводов, имевших высокий КПД, надежность и ресурс, закрылки предкрылки также приводились в действие от системы гидромеханических приводов вращательного действия оригинальной конструкции и высокой надежности.
Для самолета был спроектирован и построен современный комплекс пилотажно-навигационного оборудования, обеспечивавший автоматизированное самолетовождение по оптимальным запрограммированным траекториям на всех этапах полета от взлета до посадки, а также посадку по третьей категории ICAO. Комплекс включал в себя системы автоматического самолетовождения и управления полетом, предупреждения критических режимов и опасного сближения с землей, радиотехнические системы навигации и посадки и современную РЛС. В пилотажно-навигационном комплексе использовались цифровые вычислительные системы и датчики. Обмен информации должен был вестись по кодовым линиям связи. Показания и параметры систем, как навигационных, так и самолетных, выводилась с помощью развитой системы сбора информации и индикации на экраны многоцветных кабинных индикаторов. Все системы охватывались встроенным автоматизированным предполетным, а некоторые особо важные и полетным контролем. Комплекс средств радиосвязи обеспечивал безпоисковый автоматизированный бесподстроечный режим связи с наземными диспетчерскими пунктами в декаметровом и метровом диапазонах частот.
В тележках основных опор шасси использовались колеса, снабженные моноуглеродными тормозными дисками, что позволило снизить массу каждого колеса на 50 кг и более чем в два раза увеличить ресурс по сравнению с металлокерамическими тормозами. Электродистанционная система торможения колес предусматривала автоматическое включение форсированного торможения и подключение резервного канала для стартового торможения.
В гидравлической системе самолета предусматривалась установка аварийного насоса с приводом от внешнего потока воздуха. Поддержание оптимального температурного режима в гидросистеме обеспечивали термоклапана, пропускавшие нагретую гидрожидкость через теплообменники. В гидросистеме применили оригинальные термомеханические соединения трубопроводов, основанные на "памяти металлов", разъемные герметические соединения с внутренним конусом, а также высокоресурсные спиральные трубопроводы.
В электрической системе использовались вновь разработанные надежные гидромеханические привода-генераторы с оптимизированными по мощности бесконтактными генераторами переменного тока стабильной частоты с новой защитной и регулирующей аппаратурой, обеспечивающей жесткие требования к качеству электрической энергии. В бортовой сети использовались провода с изоляцией устойчивой к процессу горения. Система кондиционирования воздуха была построена по принципу открытого воздушного цикла с использованием трехколесной турбохолодильной машины на газовых опорах и с отделением влаги на линии высокого давления, что позволяло значительно увеличить холодопроизводительность системы на земле и на малых высотах полета, а также обеспечить быструю подготовку самолета к вылету в летнее время года. На самолете устанавливалась специальная автономная система охлаждения бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) с использованием в качестве радиатора обшивки самолета.
В топливной системе самолета для довыработки топлива и предотвращения скопления влаги в топливных баках были установлены струйные насосы, что в сочетании с подогревом топливных фильтров позволяло исключить необходимость проверки отстоя топлива после полета.
Много сил и внимания было уделено эргономическим особенностям кабины экипажа. В результате получилась кабина, которая позволяла снизить психофизические нагрузки на экипаж, что способствовало повышению безопасности полетов.
С самого начала проектирования самолета Ту-204 особое внимание отводилось вопросам эксплуатационной технологичности и упрощению всей системы технического обслуживания. Основополагающим критерием стал принцип стратегии технического обслуживания по состоянию. Что позволяло сократить простои на техническое обслуживание и тем самым поднять ожидаемую рентабельность самолета.