Возникла необходимость изучения экологических особенностей эксплуатации СПС, связанных с выбросом в атмосферу большого количества отработанных газов двигателей на больших высотах и их влияние на озонный слой, воздействия шума и звукового удара на людей, животных и строения, влияние длительных полетов на больших высотах на пассажиров и экипаж, связанных с воздействием солнечной радиации. При создании СПС, исходя из условий безболезненного его внедрения в существующую транспортную систему, необходимо было при проектирование СПС учитывать особенности отечественной и международных систем воздушных перевозок, существующих аэропортов и управления воздушным движением.http://www.testpilot.ru/russia/tupolev/144/images/tu144_2.jpg
Все эти задачи, с привлечением в определенной степени западного опыта, детально изучались в ЦАГИ, в ОКБ А.Н.Туполева, другими ОКБ, привлекавшимися к программе создания советского СПС. Официальным основанием для начала работ по отечественному СПС первого поколения (СПС-1), получившему обозначение Ту-144, стало Постановление Совета Министров СССР № 798-271 от 16 июля 1963 года и Приказ МАП № 276 от 26 июля того же года. ОКБ А.Н.Туполева задавалось спроектировать и построить СПС с крейсерской скоростью полета 2300-2700 км/ч, практическая дальность полета на сверхзвуке с 80-100 пассажирами оговаривалась 4000-4500 км; в перегрузочном варианте с дополнительными топливными баками и с 30-50 пассажирами - 6000-6500 км. Эксплуатация с аэродромов первого класса при нормальной взлетной массе 120-130 тонн. Предполагалось в 1966-1967 годах построить 5 экземпляров Ту-144 (2 экземпляра для прочностных испытаний). Учитывая техническую сложность получения максимальной дальности полета первого отечественного СПС, решено было вести работы в два этапа: на первом этапе достигнутая практическая дальность полета должна была составлять 4000-4500 км, на втором этапе Ту-144 должен был достичь дальности 6500 км. Двигатели для Ту-144, в соответствии с рекомендациями ЦИАМ, задавались двухконтурные турбовентиляторные с форсажными камерами. ОКБ Н.Д. Кузнецова на основе газогенератора ДТРД НК-8 бралось создать для будущего советского СПС ДТРДФ, получивший обозначение НК-144, с взлетной тягой 20000 кгс и удельным расходом топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме на уровне 1,35-1,45 кг/ кгс час. Следует отметить, что успех проекта Ту-144 в большой степени зависел от успехов двигателестроителей.
Выбор для Ту-144 ДТРДФ, работающего на форсаже на крейсерских режимах отнюдь был небесспорным, он давал возможность получить для Ту-144 менее напряженный в температурном отношении двигатель (соответственно более надежный и менее дорогой), а так же более оптимизированный двигатель для выполнения полетов в широком диапазоне высот и скоростей, чем в случае выбора одноконтурного ТРД. Большие сомнения вызывала возможность получения умеренных расходов топлива на крейсерских режимах на данном типе двигателя и, как следствие обеспечение требуемой дальности полета. Все это не было большим секретом ни для туполевцев, ни для МАП.http://www.testpilot.ru/russia/tupolev/144/images/tu144.jpg
Еще на этапе проектирования мясищевских сверхзвуковых стратегических носителей М-50/М-52 и М-56, а также проработки проектов СПС М-53 и М-55, в ОКБ-23 получили расчетные результаты, говорящие о том, что получить приемлемую сверхзвуковую дальность полета на тяжелом самолете вполне реально, при условии использования двигателей с удельными расходами топлива в пределах 1,2 кг/кгс час. Такой двигатель в опытных экземплярах к началу 60-х годов в СССР был создан - это был одноконтурный бесфорсажный ТРД «16-17» (взлетная тяга 18000 кгс, удельный расход топлива на крейсерском режиме 1,15 к/кгс час), разработанный в ОКБ-16 П.Ф.Зубца. Англо-французы, выбирая тип двигателя для своего «Конкорда» пошли промежуточным компромисным путем, выбрав для него одноконтурный ТРДФ Бристоль «Олимп» 593 с небольшой степенью форсирования и удельным расходом топлива на форсаже 1,327 кг/кгс час (взлетная тяга на форсаже 17200 кгс). К сожалению работы по мясищевским проектам тяжелых сверхзвуковых машин были закрыты, соответственно в начале 60-х годов в СССР временно прервалась линия развития мощных экономичных бесфорсажных одноконтурных ТРД (0КБ-16 перевели на тематику твердотопливных ракетных двигателей), и, как результат, к началу проектирования Ту-144, ОКБ А.Н.Туполева пришлось пойти на технический риск, сделав ставку на ДТРДФ НК-144.
Вскоре, в 1964 году, когда полным ходом шло проектирование Ту-144 с НК-144, решено было реанимировать работы по экономичным мощным бесфорсажным ТРД для СПС: в ОКБ-36 под руководством П.А.Колесова началось проектирование одноконтурного ТРД РД-36-51 для Ту-144 с максимальной взлетной тягой 20000 кгс и ожидаемым удельным расходом топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме полета 1,23 кг/кгс час (работы по РД-36-51 шли одновременно с проектированием другого мощного одноконтурного ТРД РД-36-41 для дальнего сверхзвукового ударного самолета Т-4 ОКБ П.О.Сухого).
Проектирование Ту-144 Андрей Николаевич решил поручить Отделению «К», занимавшемуся до этого беспилотной техникой и имевшему достаточный опыт в области освоения длительного полета со скоростями превышающими М=2 (ударный беспилотный самолет Ту-121, беспилотные самолеты-разведчики - серийный Ту-123 и опытный Ту-139). Главным конструктором и руководителем работ по теме Ту-144 Андрей Николаевич назначил А.А.Туполева. Именно под его руководством, с привлечением лучших сил отечественной авиационной науки и техники, в Отделении «К» рождалась идеология и будущий облик Ту-144. В дальнейшем после смерти А.Н.Туполева и назначения А.А.Туполева руководителем предприятия, темой Ту-144 руководили Ю.Н.Попов и Б.А.Ганцевский. Вскоре Ту-144 становится одной из основных и приоритетных тем в деятельности ОКБ и всего МАП на ближайшие 10 лет.
http://www.testpilot.ru/russia/tupolev/144/images/tu144_4.jpgАэродинамический облик Ту-144 определялся главным образом получением большой дальности полета на крейсерском сверхзвуковом режиме, при условии получения требуемых характеристик устойчивости и управляемости и заданных характеристик взлета и посадки. Исходя из обещанных удельных расходов НК-144, на первоначальном этапе проектировании поставили задачу получить на крейсерском сверхзвуковом режиме полета Кмакс=7. По суммарным экономическим, технологическим, весовым соображениям приняли число М крейсерского полета равным 2,2. В ходе проработки аэродинамической компоновки Ту-144 в ОКБ и в ЦАГИ рассматривалось несколько десятков возможных вариантов. Изучались «нормальная» схема с горизонтальным оперением в хвостовой части фюзеляжа, от нее отказались, так как подобное оперение давало до 20% в общем балансе сопротивления самолета. Отказались и от схемы «утка», оценив проблему влияния дестабилизатора на основное крыло.
Окончательно исходя из условий получения требуемого аэродинамического качества и получения минимальных разбежек фокуса при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях остановились на схеме низкоплана - «бесхвостки» с составным треугольным крылом оживальной формы (крыло образовывалось двумя треугольными поверхностями с углом стреловидности по передней кромке 78° - для передней наплывной части и 55°- для задней базовой части), с четырьмя ДТРДФ, размещенными под крылом, с вертикальным оперением, расположенным по продольной оси самолета, и трехопорным убирающимся шасси. В конструкции планера в основном использовались традиционные алюминиевые сплавы. Крыло образовывалось из симметричных профилей и имело сложную крутку в двух направлениях: в продольном и поперечном. Этим достигалось наилучшее обтекание поверхности крыла на сверхзвуковом режиме, кроме того подобная крутка содействовала улучшению продольной балансировки на этом режиме. По всей задней кромке крыла размещались элевоны, состоявшие из четырех секций на каждом полукрыле. Конструкция крыла многолонжеронная, с мощной работающей обшивкой из сплошных плит, выполненных из алюминиевых сплавов, центральная часть крыла и элевоны изготовлялись из титановых сплавов. Секции элевонов приводились в действие двумя необратимыми бустерами. Руль направления также отклонялся с помощью необратимых бустеров и состоял из двух, независящих друг от друга, секций. Аэродинамическая форма фюзеляжа выбиралась из условий получения минимального сопротивления на сверхзвуковом режиме. Добиваясь этого, пошли даже на некоторое усложнение конструкции самолета. Характерной особенностью Ту-144 стала опускающаяся, хорошо остекленная носовая часть фюзеляжа перед пилотской кабиной, что обеспечивало хороший обзор на больших взлетно-посадочных углах атаки, присущих самолету с крылом малого удлинения. Опускание и подъем носовой части фюзеляжа осуществлялся с помощью гидропривода. При конструировании отклоняющейся негерметичной части и ее агрегатов удалось добиться сохранения гладкости обшивки в местах сочленения подвижной части с герметичной кабиной и остальной поверхностью фюзеляжа.
Форма мотогондол определялась в основном компоновочными соображениями и условиями надежности работы силовой установки. Четыре ДТРДФ НК-144 разместили под крылом близко друг к другу. Каждый двигатель имел свой воздухозаборник, причем два соседних воздухозаборника объединялись в общий блок. Подкрыльевые воздухозаборники - плоские с горизонтальным клином. Торможение потока при сверхзвуковых скоростях полета осуществлялось в трех косых скачках уплотнения, в прямом замыкающем скачке и дозвуковом диффузоре. Работа каждого воздухозаборника обеспечивалась автоматической системой управления, которая изменяла положение панелей клина и створки перепуска в зависимости от режима работы двигателя НК-144. Длина мотогондол определялась размерами двигателей и требованиями ЦАГИ и ЦИАМ к обеспечению необходимой длины каналов воздухозаборников для нормальной работы двигателей.