Валентин Киселев (Окончание. Начало в N1, 2001 г.)

Нынешнее разнообразие самолетов гражданской авиации поистине вызывает удивление. И зачастую даже у людей, близких к авиации. Самолеты отличаются размерами, типами, числом и местом расположения двигателей, компоновкой частей самолета, основными характеристиками. Даже самолеты одной фирмы подчас выглядят очень разными, как, например, Ту-154 с тремя двигателями на хвостовой части фюзеляжа и его современный собрат Ту-204 с двумя двигателями, расположенными по размаху крыла, или известные Ил-62 и Ил-86. Чтобы разобраться во всех различиях и объяснить их, целесообразно рассмотреть пассажирские реактивные самолеты начиная с их первого поколения.

Airbus A340Из рассмотрения конкуренции основных компоновок становится понятным появление их смешанных вариантов для трехдвигательных самолетов, когда два двигателя располагаются по размаху крыла на пилонах, а третий крепится к хвостовой части фюзеляжа. Назовем такую смешанную компоновку ДнКФ (двигатели на крыле и фюзеляже). Таковы многоместные Локхид L-1011, DC-10, MD-11 (США). Смешанная компоновка использует преимущества каждой из двух рассмотренных выше и избавляется от их недостатков. Так, утяжеление конструкции значительно меньше, чем у ДнФ, поскольку из трех двигателей только один нагружает фюзеляж. В то же время аэродинамика лучше, так как на хвостовой части фюзеляжа нет боковых мотогондол, увеличивающих сопротивление интерференции. Это же обстоятельство позволяет избавиться от тяжелого Т-образного оперения и крепить горизонтальное оперение непосредственно к фюзеляжу, одновременно исключая вероятность возникновения закритического срыва. В отличие от ДнФ ничто не мешает иметь в хвостовой части фюзеляжа большие пассажирские двери, что повышает безопасность и эксплуатационные характеристики самолета.

Другой отличительной особенностью пассажирских самолетов является количество двигателей. Обращает на себя внимание явная тенденция к уменьшению их числа даже на больших пассажирских самолетах. Рассмотрим типичные наибольшие самолеты разных поколений. Самолеты первого и второго поколений — Боинг 707, DC-8, VC-10, Ил-62 — четырехдвигательные, третьего — DC-10, Локхид L-1011, MD-11 (можно вспомнить и более ранние Боинг 727, Ту-154, DH-121) — трехдвигательные. И, наконец, самолеты четвертого поколения: огромный (до 450 мест) суперсовременный Боинг 777 имеет минимально допустимое для пассажирских самолетов число двигателей — два, то же у его предшественника — двухдвигательного Боинг 767 и западноевропейских А310, А330. Уместно вспомнить, что ильюшинцы также разрабатывали двухдвигательный вариант Ил-96, но для его продвижения у нас, как обычно, «денег нет».

McDonnell Douglas DC-10 (MD-10)Конечно, борьба за экономичность составляет стержень развития гражданской авиации, и самолеты с меньшим числом двигателей экономичнее, дешевле в производстве, легче в эксплуатации. Но эти общеизвестные истины не помешали созданию в свое время четырехдвигательных самолетов. Почему? Здесь надо вспомнить о требованиях надежности, безопасности при отказе двигателя. Любой пассажирский самолет независимо от числа двигателей должен иметь возможность совершить прерванный или продолженный взлет при отказе одного двигателя и, конечно, продолжить горизонтальный полет при отказе двигателя в полете. У четырехдвигательного самолета отказ одного двигателя позволяет сохранить 3/4 тяги, у трехдвигательного — 2/3, а у двухдвигательного — только половину. Явный повод к увеличению количества двигателей. Но не абсолютный. Важны характеристики двигателей. Если для первого поколения характерно применение одноконтурных турбореактивных двигателей, то начиная со второго использовались уже двухконтурные. Появление двухконтурных двигателей и постоянный от поколения к поколению рост степени двухконтурности (m) объясняется стремлением снизить удельный расход топлива, повысить экономичность двигателя и самолета. Благодаря этому современные самолеты с двигателями, имеющими m= 4-6, почти вдвое экономичнее самолетов первых поколений. Однако с увеличением степени двухконтурности усиливается падение тяги на крейсерском режиме по сравнению со взлетным. И наоборот, для создания одинаковой тяги на крейсерском режиме двигателю с большой т будет соответствовать значительно большая тяга на взлете, чем двигателю с малой т, т.е. с повышением степени двухконтурности повышается избыток тяги на взлете. Для примера рассмотрим три близких по характеристикам самолета, имеющих двигатели разной степени двухконтурности: m=1, m=3, m=6. Пусть их потребная тяга на крейсерском режиме одинакова. Тогда на взлетном режиме тяга самолета, имеющего четыре двигателя с m=1, будет примерно на четверть больше потребной тяги при отказе одного двигателя (одинаковой для всех трех самолетов при одинаковой ВПП). Тяга двигателей с m=3 возрастает на взлете еще больше и будет для трехдвигательного самолета примерно на треть превышать потребную взлетную тягу при отказе одного двигателя. Соответственно тяга двигателей с m=6 на взлете будет еще больше, например, для двухдвигательного самолета — в два раза превысит потребную при отказе одного двигателя. Отсюда видно, что все три сравниваемых самолета после отказа одного двигателя и потери четверти тяги — для четырехдвигательного самолета (m=1), трети тяги — для трехдвигательного (m=3) и половины тяги — для двухдвигательного (m=6) тем не менее обеспечат выполнение условий продолженного и прерванного взлета, так как оставшаяся тяга будет не меньше потребной. Следовательно, возрастание степени двухконтурности двигателей дает возможность уменьшить их число на самолете.

Конечно, этот пример — только схема, иллюстрирующая принцип. В жизни выбор числа двигателей зачастую определяется наличием или отсутствием подходящего двигателя. Например, при создании гигантского (выпадающего из привычного для своего времени размерного ряда) Боинга 747 другого варианта — с меньшим, чем четыре, числом двигателей — просто не могло быть: более мощных двигателей не существовало. Напротив, наличие перспективного двигателя позволило заранее оптимизировать самолет Боинг 777 как двухдвигательный.

Также верно, что степень двухконтурности двигателей самолетов первого и второго поколений (m=0-0,8) неизменно возрастала и в целях повышения экономичности достигла для самолетов последних поколений m=5-6. В этой связи нельзя не отметить последнее российское достижение — двигатель НК-93, который благодаря сверхвысокой степени двухконтурности (m=17!) не имеет себе равных по удельному расходу топлива. Прекрасный выбор для двухдвигательного самолета!

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (3,00 из 5, оценило: 2)
Загрузка...