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生不逢时的“波音757斯基”——图波列夫图-204双发窄体干线客机

 cat1208 2019-11-30

  设计和开发一种喷气式客机并不是件容易的事,尤其是当这架新客机打算取代苏联时代最著名喷气式客机时,这件事就变得更加困难了。这就是当时图波列夫设计局面临的挑战:研制代图-154三发喷气式客机的后继机。

  设计局在接到任务后,根据20世纪70年代中期苏联民航的任务,考虑过各种布局,其中最引人注目是一种类似于洛克希德L-1011三星客机的方案,该方案获得了图-204的编号。


图-204早期构型

三发还是双发

  1979年1月李奥尼德·赛尔亚科夫被任命为项目负责人,他上任后做的第一件事就是推动索洛维耶夫发动机设计局尽快投产推力强大的D-90涡扇发动机。当时西方研制的最新型喷气客机——波音757和767,以及新兴的空中客车公司机型,都表明喷气式客机的未来在双发布局,苏联在这方面一定要紧跟时代。


图-204三发型的模型

  1981年8月11日苏联部长议会发布782-230命令,正式启动图-204项目的研制工作,但此时该机的最终布局仍没有确定。苏联航空工业部长伊万·西拉耶夫要求新客机的耗油率必须低至图-154的一半,并拥有当时苏联最先进的系统、航空电子设备、通信设备和飞行计算机。

  他与赛尔亚科夫一直认为新客机必须采用宽体设计,这与设计局创始人阿列克谢·图波列夫的窄体设计理念背道而驰。最终图波列夫占了上风,迫使赛尔亚科夫出局。接替他的是列夫兰沃斯基,全面负责项目的预研,设计,测试和交付。

  与此同时索洛维耶夫设计局在艰难研制新发动机,这是一种等同于西方普惠JT9D、通用电气CF6和罗罗RB211的真正大涵道比涡扇发动机。当时伊柳辛设计局正忙于把其伊尔-86中短程宽体客机改进为伊尔-96远程客机,同样需要类似 的先进发动机。在巨大需求驱使下,D-90最终成为现实,耗油率、噪音和废气排放都比20世纪60年代诞生的苏联喷气发动机大幅降低(该发动机现在被称为为PS-90A)。


PS-90A涡扇发动机

  1986年1月18日苏联部长议会发布了第二份命令,规定图-204采用双发窄体设计,并制定了一个时间表:1988年原型机首飞,20世纪90年代初开始服役。未来该机将在乌里扬诺夫斯克飞机制造厂投产( 也就是今天的航星-SP飞机制造厂)。该厂位于莫斯科以东710公里的顿河畔,其最著名的产品是安东诺夫安-124“鲁斯兰”超级运输机。


图-204早期构型研究中的双发桨扇设计

先进技术

  为了与西方同行展开直接竞争,图-204从一开始设计就采用了当时苏联最先进的航空技术。其大展弦比机翼是与莫斯科中央流体力学研究院(TsAGI)合作研制的,采用超临界翼型来降低巡航阻力。机翼翼尖、发动机挂架和翼身连接点也经过 气动优化,机身天线、传感器、空速管和其他突出部分都被减到最小,如无法避免则会经过外形优化来改善空气动力学性能。


图-204最终确定的双发窄体气动布局

  为了进一步降低阻力,图-204还安装了一套重心调节系统,可以将燃油从机翼油箱抽送到垂尾内部,使重心后移来降低平尾和机身的负载并减小因此产生的配平阻力。在下降过程,系统会把燃油泵回机翼油箱。

  该机在机身制造上广泛使用苏联最新的轻质铝合金和复合材料,共减重约1200千克。经过铣削加工的大尺寸金属蒙皮仍机身蒙皮接缝被降到最低,机翼更是完全没有蒙皮接缝, 这进一步减少了阻力和结构重量。


风洞测试中的图-204模型

  图-204最先进的地方在蒙皮之下,该机采用最先进的电传飞控系统,用精密的电气接口取代了操纵杆与控制面之间的物理连接,在当时仅有“协和”和A320采用了该技术。

  飞机操纵设备本身对于苏联客机来说也是全新的,该机采用了运动幅度最小的Y形操纵杆,外形很像公羊角,另外两种使用这种操纵杆的飞机是“协和”超音速客机和巴西航空工业公司的E系列客机。


图-204/214的公羊角操纵杆让人印象深刻

  PS-90A发动机的全权限数字发动机控制系统(FADEC)更是一个大跃进。

  虽然高度自动化和计算机化的驾驶舱取消了对飞行工程师的需求,但苏联航空工业部更加强调创造就业机会而不是保持低成本,于是图-204的驾驶舱内被强行塞入一名飞行工程师,他的 座位面向前方,操纵顶部和中央控制台上的开关。

原型机与试飞

  头两架图-204由莫斯科图波列夫实验工厂制造,分别是CCCP-64001号原型机和一架静力测试机身。下线后原型机在工厂进行了系统检查和地面滑行测试,然后被拆卸装车运到茹科夫斯基航空城。1989年1月2日下午12点48分,图-204在CCCP-64001号原型机在塔拉拉金机组的驾驶下开始了首飞。


首飞中的图-204,可以看到机身的大尺寸蒙皮

  苏联喷气式客机的试飞项目传统上被分为两个不同的部分,首先是工厂试飞,解决任何缺陷并确认(或修改)对性能的预测,然后是型号认证的国家试飞。但图-204的试飞项目将这两阶段试飞结合起来,有助于减少重复试飞的项目和削减成本。这是因为图-204诞生在自第二次世界大战以来苏联航空业最动荡的时期,苏联本身正处于解体边缘。

  图波列夫为试飞制造了另外三架原型机,分别是CCCP-64003、004和006,并积极飞往伊朗、印度、泰国和阿联酋这些潜在出口市场进行宣传促销,还参加了范保罗和巴黎航展。


1991年巴黎航展上的图-204原型机

  在1993年3-12月间,一架原型机被租借给伏努科沃航空公司用于地勤和飞行员培训,以及运营测试。该机从该公司的莫斯科大本营出发,装载着商业货物飞到了列宁格勒、伏尔加格勒、伊尔库茨克、叶卡捷琳堡、阿拉木图、比什凯克,基辅和塔什干等地。

  苏联解体后,新成立的俄罗斯官僚机构阻碍了图-204的认证试飞,独联体国家航空委员会花了整整一年才完成这个工作。到1994年12月图-204获得认证时,该机前景 已经看起来非常不妙。就在两年前,俄罗斯一项国家计划还要求俄罗斯民航建设一支由145架远程伊尔-96客机和不少于530架图-204客机组成机队。但到了1995年,捉襟见肘的俄罗斯财政已经无力支撑如此庞大的客机更新计划。1996年2月23日,首架图-204在伏努科沃航空公司投入运营,执飞莫斯科-矿水城之间的定期航班。

英国动力

  图-204基本型仅生产了15架,该机在规格和性能上都比波音757逊色,买家寥寥。随后图波列夫推出了图-204-100升级型,最大起飞重量增加到94.6吨,航程扩展到5000公里。

  为了进一步提高图-204的国际竞争力,图-204经过改进后提供了罗罗RB.211发动机的安装选项,这是20世纪50年代初的米格-15以来,俄制喷气式飞机再次与罗罗发动机结缘 ,此举旨在扩大图波列夫的国际吸引力。该型号原本被命名为图-204M,后改为更西方化的图-204-120。


我国购买的图-204-120CE货机,安装的就是罗罗RB.211发动机

  首架图-204-100 RA-64027经过改装后于1997年3月首次在英国发动机的驱动下升空,为第二年向埃及载旗航空公司——开罗航空交付三架图-204-120铺平了道路。1998年11月11日首批两架图-204-120交付埃及,三个月后 又交付了第三架。


图-204-100 RA-64027

喀山的努力

  除航星外,喀山飞机生产联合体(KAPO)也加入图-204的生产来。该公司与航星一样,对自己的产品有很高自主权,能独立于图波列夫设计局对图-204实施改进。事实上由于喀山生产的图-204变化颇大,以至于获得了图-214的编号。

  图-214基本上是图-204的重载型,具有更大的起飞重量。该机增加了两个额外油箱,机身也具有各种结构增强,机翼前方的二号舱门被扩大成全尺寸货舱门。

  图-214原型机在1996年3月21日首飞,增加的有效载荷和航程使该机成为图-204家族中最适合执行专机任务的机型,所以其主要用户是俄罗斯政府机构和俄罗斯空军。


图-214PU空中指挥机,除此之外图-214还被改装为侦察机、通讯中继机、电子信号情报机等特种机型

  图波列夫试图以图-204为起点像A320那样繁衍出一系列新型客机。接下来出现的型号是图-204-300缩短型,也被称为Tu-234。新机型具有与标准型相同机翼、发动机和油箱,但机身缩短6米。图-204-300具有轻型短程型和重型远程型两个型号,后者具有近9000公里的航程,能够在较短的未加固混凝土跑道上起降,适用于俄罗斯境内的机场环境。

  早在1994年,图-204第一架原型机RA-64001就被改装成了-300地面验证机,但直到2003年8月16日第一架真正的图-204-300 RA-64026才首飞。在同一天晚些时候,该机在茹科夫斯基的2003年莫斯科航展上以低空通场的形式做了首次公开展示。

  图-204-300仅制造了9架,于2005年5月20日开始交付俄罗斯国内航空公司。


图-204-300与图-204-100的对比

生不逢时

  对于图波列夫来说非常不幸是图-204最终成为一种生不逢时的客机。苏联解体后,数百架苏联时代的喷气式客机成为俄罗斯民航的支柱,由于缺乏资金,虽然老旧但更加便宜的图-154M和伊尔-62M一直生产到20世纪90年代中期。对于俄罗斯航空公司来说,甚至像图-134、图-154B和伊尔-62早期型这样的老式客机仍然是一项明智投资,这些飞机的购置成本可以忽略不计,燃料价格也便宜,当然乘客期望也很低。相比之下,昂贵的图-204在俄罗斯国内根本 卖不动。

  俄罗斯Transaero、KrasAir和远东Dalavia航空公司成为图-204屈指可数的几个客户。航星公司被逼无奈之下甚至组建了自己的航空公司,以帮助消化乌里扬诺夫斯克工厂的滞销图-204。喀山飞机生产联合体也进行了效仿,成立航空公司混合装备图-204和图-214,提供包机和货运服务。


DHL从航星航空公司转租的图-204-100C货机

  在国际市场上图-204同样遭遇滞销,虽然与空客和波音相比该机的售价很便宜,但客户还是更喜欢具有全球备件和维护支持能力的空客和波音飞机。

  这并没有阻止航星和喀山两家工厂持续生产图-204,事实上该机的生产已经维持了近二十年,生产速度处于惊人的低水平,在1990、1995、1998和2014年的年产量仅仅为一架。


航星厂生产线上的图-204

  虽然图-204在出口市场上表现差劲,但仍然获得了几个客户。伊朗私营的Mahan航空公司2005年从开罗航空租赁了两架图-204-120,重新喷涂了漂亮的绿白相间涂装后,用于繁忙的德黑兰-迪拜航线。

  古巴国家航空公司Cubana在2007年购买了三架图-204-100型飞机,2009年2月又接收了第四架,目前仅有两架适航。

  朝鲜高丽航空装备有两架图-204,第一架是图-204-300 P-632,该机原本是一架-100,改装缩短后于2007年年底交付朝鲜。2010年1月,朝鲜又接收了图-204-100B P-633,两架飞机目前都在服役中。


高丽航空的图-204-100B P-633

  中俄两国于2001年签署了提供5架图-204-120CE货机的合同,至今仍有4架在运营,1架被改装为歼-20航电测试机。


为歼-20研制立下汗马功劳的图-204航电测试机

  尽管销售情况令人沮丧,但航星继续推出了图-204SM升级型,追赶图-214的卓越性能。该机采用了升级型PS-90A2发动机,新的航空电子设备,有效载荷增加到23吨,航程扩展到4500公里,并实现了真正的双人机组。但即使安装PS-90A2发动机的图-204,也安装有非常多的非俄罗斯组件,在出口上很容易受到美国的限制。该机航电设备大量采用霍尼韦尔、Allied Signal和Collins的产品,甚至PS-90A2发动机本身也是Aviadvigatel公司与普惠合作研制的。


2011年莫斯科航展上的图-204SM

前景黯淡

  图-204是一个令人悲伤的故事,苏联解体后,保证该机成功的计划经济体系已经一去不复返。按照市场经济规则运转的俄罗斯载旗航空公司——俄航无法兑现之前装备数百架图-204的承诺。虽然图-204是具有令人印象深刻的高科技和燃油效率,但仍然无法与空中客车公司/波音公司的双垄断巨头竞争,无论是 在俄罗斯国内还是国外。

  图-204和-214目前仍在缓慢生产中,但随着伊尔库特MC-21的迅速崛起,唯一会购买图-204/214的可能只有俄罗斯军方了,目前两家工厂滞销封存的26架低飞行时数飞机(包括9架图-214)已经足够满足 军方购买需求了。

  全球范围内也仅有23架图-204和16架图-214在服役,最大用户是总部位于莫斯科的红翼航空公司,拥有8架,但正计划逐步退役该机。在26年漫长时间里,图-204/214的总产量只有79架,是彻头彻尾的商业失败,这与该机诞生在苏联解体期间有很大关系。

  图-204飞机本身与任何现代西方可以一样高效和安全,该机自1995年服役首次亮相以来,仅发生过一起涉及人员伤亡的重大事故。2012年12月29日,红翼航空9268号班机降落莫斯科伏努科沃机场后,因软件逻辑故障导致发动机产生全推力而不是反推,飞机冲出跑道导致机上8名机组中5人遇难。


红翼航空的那次事故

  吸取图-204的教训,俄罗斯新一代喷气式客机苏霍伊超级喷气和MC-21正在从售价、先进技术、全球技术支持三方面提高竞争力,以吸引国内外订单。MC-21更是雄心勃勃地被俄罗斯人视为A320neo和737 MAX的潜在竞争对手。不管怎样,这也可以算是图-204的遗产之一吧。

  
伊尔库特MC-21,该机目前正遭受复合材料被美国禁运之苦

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