Центральный аэрогидродинамический институт

Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) — советское и российское научно-исследовательское учреждение, крупнейший в мире центр авиационной науки, занимающийся фундаментальными и прикладными исследованиями в области аэродинамики, гидродинамики, динамики полёта, прочности летательных аппаратов и газовой динамики. Основан 1 декабря 1918 года в Москве по инициативе профессора Николая Егоровича Жуковского. Полное наименование — Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского» (входит в состав Национального исследовательского центра «Институт имени Н. Е. Жуковского»).

История

Основание и первые годы (1918—1930-е)

Идея создания специализированного института для систематического изучения проблем авиации возникла в среде русских учёных-аэродинамиков ещё до Первой мировой войны. В 1918 году, в условиях Гражданской войны, Высший совет народного хозяйства РСФСР утвердил проект организации ЦАГИ. Первым руководителем стал Н. Е. Жуковский, а после его смерти в 1921 году — его ученик Сергей Алексеевич Чаплыгин.

Первоначально институт размещался в здании бывшего Механического института на Вознесенской улице (современная улица Радио). Основными задачами стали: разработка теории крыла, винта и фюзеляжа, создание методик расчёта прочности, проведение аэродинамических экспериментов. В 1920-е годы были построены первые аэродинамические трубы, в том числе вертикальная труба для исследования штопора.

В 1930-е годы ЦАГИ превратился в научную базу для всей советской авиапромышленности. Здесь разрабатывались профили крыльев, методы расчёта устойчивости и управляемости, методики испытаний на прочность. В 1931 году был открыт филиал института в Крыму (посёлок Отрадное, ныне в составе Севастополя) для исследований в условиях морского климата. В 1935 году началось строительство нового комплекса зданий в подмосковном посёлке Стаханово (ныне город Жуковский), куда институт переехал к началу 1940-х годов.

Военный и послевоенный период (1941—1950-е)

В годы Великой Отечественной войны ЦАГИ был частично эвакуирован в Новосибирск, где на базе его подразделений был создан Сибирский научно-исследовательский институт авиации (СибНИА). Учёные института работали над улучшением аэродинамики серийных самолётов (Як-3, Ла-5, Ил-2), над увеличением скоростей и высот полёта. После войны началось активное развитие реактивной авиации, и ЦАГИ стал ключевым центром по исследованию сверхзвуковых течений.

В 1947 году в институте была запущена первая сверхзвуковая аэродинамическая труба. В 1950-е годы проводились испытания моделей первых советских сверхзвуковых истребителей (МиГ-19, МиГ-21) и бомбардировщиков (Ту-16, Ту-95). Разрабатывались методы расчёта аэродинамического нагрева, флаттера, бафтинга.

Эра сверхзвука и космоса (1960—1980-е)

В 1960-е годы ЦАГИ участвовал в создании сверхзвукового пассажирского самолёта Ту-144. Для его испытаний была построена уникальная аэродинамическая труба с большими скоростями и температурами. Исследовались проблемы звукового удара, устойчивости при сверхзвуковых режимах. Институт также внёс вклад в разработку космических кораблей «Союз», «Буран», ракет-носителей «Протон» и «Энергия».

В 1970—1980-е годы были созданы мощные вычислительные центры, разработаны программные комплексы для расчёта аэродинамики и прочности. Проводились исследования по активному управлению обтеканием, по снижению шума двигателей, по аэродинамике вертолётов.

Постсоветский период (1991 — настоящее время)

После распада СССР ЦАГИ пережил период сокращения финансирования и оттока кадров. Однако институт сохранил свой научный потенциал и продолжил работу. В 1990-е годы и начале 2000-х годов он участвовал в проектах по модернизации самолётов Су-27, МиГ-29, созданию самолёта Superjet 100 (SSJ100). В 2008 году ЦАГИ вошёл в состав Национального исследовательского центра «Институт имени Н. Е. Жуковского», созданного для координации авиационной науки.

В 2010-е годы институт работал над проектами перспективных гражданских самолётов (МС-21, Ил-114-300), над концепциями сверхзвуковых бизнес-джетов, над исследованиями в области беспилотной авиации. В 2020-е годы ЦАГИ продолжает разрабатывать методы расчёта и экспериментального исследования для новых поколений авиационной техники, включая электрические и водородные самолёты.

Классификация и структура

ЦАГИ является многопрофильным научным центром. В его состав входят несколько основных подразделений:

• Комплекс аэродинамических труб — включает более 20 труб различных типов: дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые, гиперзвуковые, а также трубы для исследования штопора, обледенения, шума.
• Комплекс прочности — лаборатории статической и динамической прочности, ресурсных испытаний, усталостной прочности. Здесь проводятся натурные испытания планеров самолётов и вертолётов.
• Комплекс динамики полёта — стенды для исследования устойчивости, управляемости, флаттера, бафтинга.
• Вычислительный центр — суперкомпьютеры для численного моделирования аэродинамики, газовой динамики, прочности.
• Опытное производство — цеха для изготовления моделей, экспериментальных образцов, оснастки.
• Филиалы — в Севастополе (морская аэродинамика), в Новосибирске (СибНИА), в Москве (на базе МАИ).

Основные направления деятельности

Аэродинамика

ЦАГИ проводит исследования по аэродинамике летательных аппаратов всех типов: самолётов, вертолётов, беспилотников, ракет, космических аппаратов. Изучаются обтекание крыльев, фюзеляжей, оперения, воздухозаборников, сопел. Разрабатываются методы снижения лобового сопротивления, увеличения подъёмной силы, управления пограничным слоем. Создаются профили крыльев (например, серии ЦАГИ-Р, ЦАГИ-С).

Прочность и ресурс

Институт занимается статической и динамической прочностью конструкций, усталостной прочностью, живучестью, а также вопросами аэроупругости (флаттер, дивергенция). Проводятся натурные испытания планеров на специальных стендах, где имитируются нагрузки, действующие в полёте. Разрабатываются методы расчёта на прочность, в том числе с использованием метода конечных элементов.

Динамика полёта

Исследуются устойчивость и управляемость летательных аппаратов, в том числе на больших углах атаки, при сваливании и штопоре. Разрабатываются системы автоматического управления, алгоритмы для беспилотных аппаратов. Проводятся лётные испытания с использованием летающих лабораторий.

Газовая динамика

ЦАГИ изучает течения газа с большими скоростями, в том числе сверхзвуковые и гиперзвуковые. Разрабатываются методы расчёта и экспериментального исследования для ракет, гиперзвуковых летательных аппаратов, возвращаемых космических аппаратов. Исследуются проблемы аэродинамического нагрева, теплозащиты, взаимодействия ударных волн.

Авиационная акустика

Институт занимается снижением шума самолётов и вертолётов. Изучаются источники шума (двигатели, обтекание, винты), разрабатываются методы его расчёта и экспериментального измерения. Созданы методики сертификации по шуму для гражданских самолётов.

Материалы и технологии

ЦАГИ разрабатывает и испытывает новые материалы для авиастроения: композиты, сплавы, керамику. Исследуются технологии изготовления деталей, методы неразрушающего контроля, вопросы коррозии и старения материалов.

Научные школы и кадры

ЦАГИ является центром нескольких научных школ. Основателями школы аэродинамики стали Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин. В разное время в институте работали выдающиеся учёные: В. В. Голубев (теория крыла), М. В. Келдыш (аэроупругость), С. П. Королёв (в 1930-е годы занимался ракетной тематикой), А. А. Дородницын (вычислительная математика). Институт готовит научные кадры через аспирантуру и докторантуру, сотрудничает с Московским физико-техническим институтом (МФТИ), Московским авиационным институтом (МАИ), другими вузами.

Испытательная база

ЦАГИ обладает уникальной экспериментальной базой. Среди наиболее известных установок:

• Аэродинамическая труба Т-128 — трансзвуковая труба с рабочим сечением 2,75×2,75 м, позволяет испытывать модели на скоростях до 1,7 Маха.
• Аэродинамическая труба Т-116 — сверхзвуковая труба с рабочим сечением 1×1 м, скорости до 4 Маха.
• Аэродинамическая труба Т-117 — гиперзвуковая труба для скоростей до 10 Махов.
• Стенд статической прочности — позволяет испытывать планеры самолётов с размахом крыла до 60 м.
• Стенд динамической прочности — для испытаний на усталость и ресурс.
• Гидроканал — для исследования гидродинамики гидросамолётов и судов на подводных крыльях.

Значение и достижения

ЦАГИ внёс решающий вклад в создание практически всех советских и российских летательных аппаратов. Разработанные в институте профили крыльев, методы расчёта аэродинамики и прочности, методики испытаний стали основой для проектирования самолётов конструкторских бюро Туполева, Сухого, Микояна, Ильюшина, Яковлева, Антонова, Миля, Камова. Институт участвовал в создании космических кораблей «Восток», «Союз», «Буран», орбитальных станций «Салют» и «Мир».

Среди конкретных достижений: разработка теории тонкого крыла, создание методов расчёта флаттера, создание первых в мире методик сертификации по шуму, создание уникальных аэродинамических труб с большими скоростями и температурами. ЦАГИ является головной организацией по научно-методическому обеспечению испытаний авиационной техники в России.

Международное сотрудничество

ЦАГИ поддерживает научные связи с авиационными исследовательскими центрами многих стран: NASA (США), DLR (Германия), ONERA (Франция), JAXA (Япония), AVIC (Китай). Проводятся совместные исследования, обмен данными, стажировки учёных. Институт участвует в международных проектах по созданию перспективных самолётов, в том числе в рамках программы «Чистое небо» (Clean Sky) Европейского союза.

Критика и проблемы

В постсоветский период ЦАГИ сталкивался с проблемами недофинансирования, старения оборудования, оттока молодых кадров. Некоторые критики отмечали, что институт медленно внедряет современные вычислительные методы, уступая западным центрам. Однако в 2010-е годы ситуация начала улучшаться: были проведены модернизация аэродинамических труб, закупка суперкомпьютеров, увеличены зарплаты учёных.

Интересные факты

• В ЦАГИ в 1930-е годы работал будущий главный конструктор ракетно-космической техники Сергей Павлович Королёв.
• Институт имеет свой музей, где представлены модели самолётов, аэродинамические трубы, документы и личные вещи Н. Е. Жуковского.
• В честь ЦАГИ назван город Жуковский (до 1947 года — посёлок Стаханово), где расположен основной комплекс института.
• В 2018 году ЦАГИ отметил 100-летний юбилей.

Источники

• История ЦАГИ. 1918—2018 / Под ред. С. Л. Чернышёва. — М.: Наука, 2018.
• ЦАГИ — основные этапы научной деятельности / Под ред. Г. С. Бюшгенса. — М.: Физматлит, 2003.
• Жуковский Н. Е. О механизме птичьего полёта и о новых методах аэродинамического расчёта. — М.: Изд-во АН СССР, 1949.
• Официальный сайт ЦАГИ (www.tsagi.ru).
• Энциклопедия «Авиация России». — М.: РОССПЭН, 2009.