ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЕТОВ И ИХ ПРОИЗВОДСТВА
Создание широкофюзеляжных самолетов является закономерным результатом развития пассажирского самолетостроения.
Анализируя тенденции развития мировой авиационной науки и практики, можно отметить, что в настоящее время наметилось несколько основных направлений совершенствования конструкций пассажирских и грузовых транспортных самолетов, обеспечивающих необходимое повышение эффективности производства и эксплуатации самолетов:
создание сверхзвуковых пассажирских самолетов; создание дозвуковых пассажирских самолетов особо большой пассажировместимости (на 700—1000 пассажиров и более);
создание дозвуковых пассажирских самолетов с учетом новейших достижений техники для авиалиний малой и средней протяженности (с обычной длиной разбега и пробега);
создание дозвуковых пассажирских самолетов с коротким разбегом;
создание грузовых самолетов с оптимальными характеристиками.
Развитие мирового пассажирского самолетостроения идет в условиях все обостряющейся конкуренции, застоя (стагфляции) в экономике, инфляции, роста цен вообще и роста цен на топливо в особенности. К этому надо добавить постоянно возрастающие требования защиты и охраны окружающей среды и необходимость экономии сокращающихся природных ресурсов.
Немаловажными являются требования повышения комфорта для пассажиров, а также снижения прямых эксплуатационных расходов и повышения рентабельности перевозок пассажиров и грузов.
Создание конкурентоспособных самолетов в этих сложных условиях, когда конструкторы, технологи и экономисты должны согласовать и одновременно удовлетворить многим важным и противоречивым требованиям, становится все труднее и сложнее.
Трудности разработки новых высокоэффективных конструкций самолетов будущего и организации рационального производства и эксплуатации намного превзойдут трудности, которые уже преодолены мировым самолетостроением. В будущем сохранится зависимость облика, конструкции и технических данных гражданских самолетов от спроса, конъюнктуры на рынке сбыта, а также от темпов и уровня научно-технического прогресса. В этих условиях все более важное значение приобретает принцип блочности всех конструкций, включая конструкции двигателей и агрегатов.
В последнее время появились разработки самолетов с «резервной» тягой двигателей (в нормальных условиях такие двигатели развивают тягу, значительно меньше максимальной).
Могут появиться самолеты с реактивно-вентиляторными двигателями, а также самолеты, на которых вместе с ТРДД будут применены турбовинтовые двигатели.
Для самолетов США со взлетной массой 900 т и больше возможно использование ядерных силовых установок, хотя их разработка и доводка, как ожидают, продлятся до конца текущего столетия.
Основным топливом для авиации на многие годы останется керосин, в отдаленном будущем возможно появление синтетических, углеводородных (керосиновых) топлив для авиадвигателей, а до этого будет использовано водородное топливо, обладающее хорошей теплотворной способностью и не загрязняющее внешнюю среду. Самолеты следующего поколения приемлемой стоимости с лучшими, чем в настоящее время, характеристиками и летно-техническими данными могут быть созданы только с использованием всех новейших достижений науки и техники.
То же самое можно сказать и о будущем производстве новых самолетов. Только благодаря высокому уровню технического прогресса были разработаны и построены сверхзвуковые пассажирские самолеты (СПС) — советский Ту-144 и англо-французский «Конкорд».
Создание опытно-конструкторским бюро имени академика А. Н. Туполева самолета Ту-144 было выдающимся событием в мировой науке и технике. Практика перевозки грузов и пассажиров на самолетах Ту-144 показала, что создание и использование СПС открывает новые технические возможности и поднимает гражданскую авиацию на новый уровень.
Известно, что кроме СССР, Англии и Франции, разработкой СПС занимались и США. В 1963—1971 гг. разрабатывалась конструкция сверхзвукового пассажирского самолета Боинг-2707, но в 1970 г. эти работы были прекращены, однако США готовы в нужный момент приступить к созданию СПС.
В настоящее время NASA, исследовательские центры и лаборатории ВВС и самолетостроительных фирм США и Франции ведут исследования гиперзвукового самолета и СПС второго поколения.
Специалисты США, считая, что СПС первого поколения имеют недостаточную массовую долю платной нагрузки, небольшую дальность полета, излишне большой расход топлива, высокую стоимость и недопустимый уровень шума, закладывают в проект СПС второго поколения вдвое большую (по сравнению с «Конкордом») платную нагрузку, увеличенную на 25—30% дальность и скорость полета, при этом будет увеличено аэродинамическое качество. На новом самолете предполагается использовать ТРДД с форсажем во внешнем контуре, а позднее — двигатель переменного цикла. Самолет будет выполнен по «интегральной» схеме (крыло объединено с фюзеляжем).
В США кроме фирм «Локхид» и «Боинг» над созданием СПС работает также фирма «Макдоннелл—Дуглас». Длина самолета этой фирмы по проекту 94,49 м, высота—16,7 м, размах крыла — 41,3 м, его площадь — 929 м2, пассажировместимость — 273 человека, а максимальная взлетная масса — 340 200 кг. Как видно, габаритные размеры этого самолета необычно большие. Самолет на 70% должен быть выполнен из титановых и только на 30% — из алюминиевых сплавов.
Проекты СПС второго поколения, над которыми работают в США, показаны на рис. 10.1. Для обеспечения требуемой эффективности эксплуатации дальность полетов этих самолетов должна быть больше 8000 км, в противном случае экономия времени и снижение утомляемости пассажиров в полете менее ощутимы.
Европейский СПС второго поколения, по мнению специалистов, должен вмещать 200 пассажиров и иметь полетное число М = 2,3, а дальность полета 10 000 км [4].
Некоторые специалисты считают неизбежным переход к сверхзвуковым и гиперзвуковым пассажирским самолетам в ближайшие 20 лет, причем гиперзвуковой самолет будет способен перевозить 300 пассажиров на расстояние 10 000—11 000 км.
Во всех случаях обеспечение безопасности пассажиров будет главной проблемой конструкторов и производственников.
В конструкции крупногабаритных самолетов предполагается реализовать более высокие характеристики безопасности, надежности и срока службы (до 100 000 летн. ч). Что касается металлических конструкционных материалов, то в будущем самолеты со скоростью, соответствующей числу М = 0,8-ьЗ, будут изготавливаться в основном из алюминиевых сплавов, М = 3-М — из титановых сплавов и М = 6-7 — из высококачественных сталей и суперсплавов. СПС второго поколения будут иметь большую взлетную массу (особенно при большой дальности полета). Зависимость дальности полета L (км) СПС от его взлетной массы (при наиболее благоприятных условиях), когда крейсерская скорость соответствует М = 2,7, а платная нагрузка равна 27700 кг, описывается следующей зависимостью:
Создание СПС второго поколения потребует больших расходов самолетостроительных фирм на исследования, разработку, испытания и подготовку серийного производства самолетов.
Анализ данных специалистов США показывает, что динамика изменения по годам этих расходов на единицу взлетной массы новых, наиболее совершенных самолетов различных сопоставимых типов описывается следующей эмпирической формулой (для нижней границы, соответствующей наименьшим расходам):
Наибольшие необходимые расходы (верхняя граница) могут превосходить расходы QnycK, подсчитанные по приведенной формуле, в 1,5—2 раза.
Расчеты показывают, например, что при условии ввода СПС второго поколения в эксплуатацию в 1985 г. расходы на создание и запуск самолета в производство могут превзойти 10 млрд. долл. (в ценах 1978 г.). Это обусловит высокую продажную цену самолета, что резко уменьшит емкость рынка сбыта новых СПС (по прогнозам к концу текущего столетия их будет продано не более 300 штук). Однако, несмотря на высокие цены, новые самолеты будут не только приемлемы, но и выгодны в эксплуатации из-за увеличенной производительности.
Известно, что эффективность и производительность эксплуатации самолетов зависят не только от пассажировместимости, но и от интенсивности их полетов и загрузки, а также от общих эксплуатационных расходов. Следует при этом иметь в виду, что общие эксплуатационные расходы для СПС больше, чем для дозвуковых реактивных самолетов, и растут по мере повышения цен на топливо. Это подтверждается статистическими данными транспортных авиакомпаний США и европейских стран, на основании которых можно предложить следующие зависимости:
В этих формулах М — прямые эксплуатационные расходы, цент/место-км; L — дальность полета самолета, км.
Повышение прочностных, усталостных и других характеристик современных авиационных материалов, достигнутое в последние годы, а также совершенствование методов прочностного расчета и изготовления самолетных конструкций позволяют осуществить в ближайшие 10—15 лет строительство самолетов со взлетной массой 900 т и более. Габаритные размеры самолетов в ближайшие годы и в будущем, видимо, будут расти, пока не достигнут пределов, определяемых свойствами конструкционных материалов, так как по мере увеличения размеров самолета снижаются прямые эксплуатационные расходы, приходящиеся на единицу платной нагрузки (на одного пассажира). При этом, правда, возникает необходимость совершенствования методов управления крупногабаритными самолетами из-за наличия пределов их устойчивости, за которыми летчик утрачивает чувство эффективности управления.
За рубежом, особенно в США, ведутся работы по исследованию возможности создания дозвукового самолета особо большой пасса- жировместимости — на 600—800 пассажиров. Специалисты фирмы «Боинг» считают, например, что конструкцию двухпалубного самолета В-747 можно легко изменять, увеличивая его размеры и массу, с целью повышения пассажировместимости до 1000 человек. Для этого в фюзеляже надо вставить дополнительную секцию длиной 4,65 м перед крылом, а также новую секцию длиной 3,5 м за крылом и увеличить высоту фюзеляжа по всей его длине.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» в результате исследования перспектив пассажирской авиации установила, что в 1980 г. появится 3 необходимость в самолете со следующими характеристиками: вместимость 600 пассажиров, дальность полета 10000 км, полетное число М=0,95, размах крыла 25 м, максимальная взлетная масса 588 т, взлетная тяга каждого двигателя 45 тс, степень двухконтурности двигателя 6. Для такого самолета будут использованы более совершенный профиль крыла, новые двигатели с низким уровнем шума и более легкие конструкции. Расчеты специалистов фирмы показали также, что перспективный самолет, для уменьшения аэродинамического сопротивления и массы фюзеляжа, должен быть двухпалубным. Сообщалось также, что специалисты фирмы «Макдоннелл—Дуглас» проводят предварительное изучение проекта гиперзвукового пассажирского самолета DC-2000 на водородной топливе. Самолет будет иметь вместимость 500 пассажиров, дальность полета 8900 км, крейсерскую скорость, соответствующую числу М=6, высоту полета 29—34 км; предполагаемая длина самолета будет 144 м, максимальная взлетная масса 396 т. Продолжительность полета на авиалинии Лондон — Нью-Йорк составит 1 ч 25 мин (вместо почти семи часов полета на самолете В-747), Фирма «Локхид» разрабатывает проект лайнера 2000-го года на 400 пассажиров, использующего водородное топливо.
Все это свидетельствует о том, что строительство крупногабаритных самолетов (типа широкофюзеляжных) — не кратковременный эпизод в истории авиации, а имеет длительную перспективу, что в дальнейшем габариты пассажирских самолетов будут увеличиваться, поэтому создание и развитие индустрии широкофюзеляж- ных самолетов и вообще самолетов сверхбольших габаритов является для всех стран с развитой авиапромышленностью важной задачей.
При этом следует иметь в виду, что природные ресурсы и прежде всего металлы, запасы которых ограничены, в конструкции крупногабаритных самолетов с большим ресурсом используются значительно эффективнее и рациональнее, чем в конструкциях самолетов небольших габаритных размеров.
Можно ожидать, что в 1980-х годах появится самолет длиной 70—75 м со взлетной массой более 400—500 тыс. кг.
В конце текущего столетия ожидается появление самолета со взлетной массой 1 млн. кг и больше, длина такого самолета и размах крыла будут достигать 100 м, а высота — 30 м.
В последнее время в периодической печати стали появляться сообщения о проектах крупногабаритных дирижаблей. Сообщалось, например, что английская фирма «Аэроспейс Дивелопмент» изготовляет для Венесуэлы 22 дирижабля, которые имеют длину 50 м, максимальный диаметр 15 м, общую высоту 18,8 м, максимальную скорость 115 км/ч, два шестицилиндровых двигателя «Пурше» с максимальной мощностью 147 кВт, максимальную скороподъемность 715 м/с, полезную нагрузку 2,56 тс и дальность полета 550 км.
При строительстве крупногабаритных самолетов и дирижаблей, безусловно, будет использован опыт производства широкофюзеляжных самолетов 70-х годов.
Предполагается, что магистральный транспортный самолет следующего поколения с крейсерским числом М = 0,8 (рис. 10.2) также будет иметь габариты современных широкофюзеляжных самолетов.
В настоящее время крейсерская скорость полета дозвуковых пассажирских самолетов доведена до величины, . соответствующей числу М=0,904-0,95. Стремление повысить экономичность магистральных самолетов, по мнению специалистов, приведет к уменьшению полетного числа М до величины 0,80—0,84, при этом можно снизить уровень шума самолета и шума в пассажирской кабине, а также уменьшить загрязнение внешней среды за счет уменьшения дымления двигателей и другими путями. Надежность и ресурс такого самолета повысятся.
Ожидается, что внедрение технических новшеств (см. рис. 10.2), которые будут использованы при создании пассажирского магистрального самолета нового поколения, позволит снизить расход топлива на 15—30% по сравнению с этим показателем на современных широкофюзеляжных самолетах. Применение сверхкритическо- го профиля уменьшит стреловидность крыла при одновременном увеличении удлинения и относительной толщины его.
В конструкции самолетов следующих поколений будет использован отсос пограничного слоя с поверхности крыла и оперения, а также шасси на воздушной подушке.
Специалисты фирмы «Локхид» на основании исследований показали, что усовершенствование конструкции магистральных самолетов может обеспечить значительное повышение их экономичности.
Разработка конструкции самолетов нового поколения включает создание нового планера и двигателя.
Возможные усовершенствования планера связаны с применением сверхкритических аэродинамических поверхностей, активных систем управления и новейших легких материалов. Активная система управления включает комбинированную систему снижения нагрузок при выполнении маневров и нагрузок от порывов ветра, обеспечивающую снижение веса крыла, и автоматическую систему управления по углу тангажа, которая позволяет уменьшить вес горизонтального хвостового оперения за счет снижения запаса статической устойчивости.
Усовершенствования в области силовых установок предусматривают применение новых турбовентиляторных, вентиляторно-винтовых двигателей и двигателей с усовершенствованным рабочим циклом. Высокая эффективность турбовинтовых двигателей по. сравнению с турбовентиляторными способствует использованию их в будущем в условиях дефицита топлива или его высокой цены.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» исследовала два турбовентиляторных 92-местных самолета, созданных на основе самолета DC-9- 30, а фирма «Локхид» разрабатывает для использования в 80-х годах на авиалиниях малой и средней протяженности два новых самолета на базе самолета L-1011 «Тристар». Двухмоторный самолет серии 600 с двигателями RB-211 рассчитан на 174—200 пассажиров, дальность полета 5 000 км (меньше, чем у самолета «Тристар»). Самолет с тремя двигателями серии 400 рассчитан на 200— 250 пассажирских мест.
Оба самолета фирмы «Локхид», в которых должны использоваться технические достижения 1980 и последующих годов, будут расходовать на один пассажиро-километр на 15—20% меньше топлива, чем современные лайнеры с узким фюзеляжем. Следует, однако, отметить, что многие специалисты считают возврат к турбовинтовым самолетам шагом назад. Современные самолеты с турбовинтовыми двигателями эффективнее самолетов с турбовентиляторными двигателями с большим коэффициентом двухконтурност при скорости, соответствующей М = 0,8.
Анализ тенденций развития авиации показывает, что в недалеком будущем можно ожидать появления пассажирских самолетов с асимметричным крылом или крылом изменяемой геометрии, имеющих сверхзвуковую крейсерскую скорость (М= 1,2-т-1,4), с удельным расходом топлива, несущественно превышающим расход топлива дозвуковых самолетов.
Однако раньше на мировом авиационном рынке появится несколько конкурирующих моделей дозвуковых пассажирских самолетов обычной схемы с обычной длиной разбега и пробега, спроектированных с учетом новейших достижений аэродинамики, прочности, механики разрушения и технологии производства. В конструкциях этих самолетов будут применены новые композиционные материалы, высокоэффективные сплавы и новые экономичные двигатели.
Предполагается использовать на таких самолетах бортовые вычислительные системы объединенного типа, микроволновые системы посадки и системы, исключающие столкновение самолетов, новые системы активного управления (изменения конфигурации) самолета, улучшенные пневматики колес шасси и тормоза с применением бериллиевых сплавов и материала «углерод—углерод», закрытые (герметизированные) гидросистемы, а также дистанцион ные (проводные) системы функционального управления.
Прогнозируется широкая и эффективная эксплуатация этих самолетов на маршрутах протяженностью от 500 до 5500 км, на которых, как ожидают, в 1980-х годах будет выполняться почти 3/4 всех воздушных перевозок.
Считая, что в 1980-е годы появится спрос на гражданские самолеты, все фирмы США, выпускающие их, в последнее время усиленно работают над проектами высокоэкономичных реактивных самолетов на 180—200 пассажирских мест.
Известно, что в реактивной пассажирской авиации за последние 15 лет достигнуто более, чем двукратное снижение расхода топлива на место-километр. При коэффициенте загрузки широкофюзеляжного самолета, равном 60%, топлива расходуется в настоящее время только 0,055—0,070 л/место-км (этот показатель лучше только для автобусных и железнодорожных перевозок пассажиров).
Повышение производительности дозвуковых реактивных пассажирских самолетов за счет увеличения скорости полета не рационально из-за увеличения показателя удельного расхода топлива. Подсчитано, что самолет на 200 пассажиров, имеющий дальность полета 2700 км, с турбовинтовым двигателем, построенный с использованием технических достижений 1980 г., 1 л топлива будет затрачивать на 25 пассажиро-километров. Сравнимый с ним самолет с турбовентиляторным двигателем расходует 1 л топлива на 20 пассажиро-километров (на самолете L-1011 1 л топлива затрачивается на 17,5 пассажиро-километров), при этом крейсерская скорость полета самолета с турбовентиляторным двигателем соответствует М=0,82, а турбовинтового самолета — М = 0,6.
Принимая во внимание тенденцию постоянного совершенствования газотурбинных двигателей всех видов (а это совершенствование продолжается, в том числе и по показателю удельного расхода топлива), можно утверждать, что на ближайшие 15—20 лет дозвуковые самолеты останутся основным видом пассажирского авиатранспорта.
В СССР проблему создания дозвуковых пассажирских самолетов для авиалиний малой и средней протяженности успешно решает опытно-конструкторское бюро, руководимое Генеральным конструктором академиком А. С. Яковлевым. В ближайшее время будет передан в эксплуатацию новый магистральный самолет Як-42, созданный этим ОКБ.
Конструкция самолета Ан-72, в которой используются новейшие достижения научно-технического прогресса, разработана в ОКБ Генерального конструктора академика АН УССР О. К- Антонова.
Исследования и разработки новых магистральных пассажирских самолетов успешно ведет также ОКБ, руководимое Генеральным конструктором профессором А. А. Туполевым.
Несмотря на экономический застой, фирмы США работают над проектами новых самолетов и модификацией самолетов, нахрдя- щихся в эксплуатации.
В настоящее время фирма «Боинг» работает над созданием семейства самолетов 7N7, представляющих собой варианты самолетов В-707, В-727 и В-737. Первый самолет семейства Боинг-7К7- 100, имевший ранее обозначение В-737-300, разрабатывается на основе самолета В-737. Изучается возможность участия в этой программе французской фирмы «Аэроспасьяль».
В отличие от исходного, на самолете B-7N7-100 будет установлено новое усовершенствованное крыло и увеличена длина фюзеляжа, предполагается использовать ТРДД «SNECMA — Дженерал электрик CFM56» с тягой 10 тс. Самолет B-7N7-100 создается с учетом требований Японии к самолету для эксплуатации на небольших аэродромах с длиной взлетно-посадочной полосы ~ 1200 м. Число пассажиров—155, дальность полета — 3700 км. Самолет B-7N7-100 будет конкурировать с малошумным пассажирским самолетом с укороченным взлетом и посадкой фирмы «Макдоннелл— Дуглас» DC-9QSF на 115—128 мес, разрабатываемым совместно с японскими фирмами и рассчитанным на дальность полета 1800 км и эксплуатацию с дорожек длиной —1200 м.
На основе самолета В-707 фирма разрабатывает проекты самолетов B-7N7-200 и B-7N7-500. Самолет B-7N7-200 будет вариантом конструкции самолета В-707-320 с удлиненным на 3 м фюзеляжем и ТРДД фирмы «Дженерал электрик» CFM56 с тягой 9980 кгс. Ввод в эксплуатацию самолета предполагается в 1980-х годах.
Самолет B-7N7-500 по проекту близок к самолету В-707-500, разработка которого ведется с августа 1973 г., он будет иметь четыре ТРДД с тягой по 11,34 тс, взлетная масса 151 ... 163 т и пассажировместимость 150—200 мест. Дальность полета в варианте на 200 пассажирских мест составит ~9900 км.
Основной программой пассажирского самолетостроения фирмы «Боинг» на ближайшие 10 лет является программа создания нового самолета В-7X7, предназначенного для авиалинии малой и средней протяженности (рис. 10.3). Предполагается ввести этот самолет в эксплуатацию в 1982 г.
Фирма изучает целое семейство самолетов как с двумя, так и с тремя двигателями. За основу взят трехдвигательный вариант, рассчитанный на 180—210 пассажиров, имеющий взлетную массу 116—130 т и дальность полета 3000—5000 км. Рассматриваются варианты с большой дальностью полета (6000—7000 км); к 19901. предполагается продать 200 таких самолетов при условии, что будут выпускаться самолеты фирмы «Макдоннелл—Дуглас» DC-X- 200 и фирмы «Эрбас индастри» А-300В-10. В работах по программе самолета Боинг-7Х7 участвуют фирмы Италии и Японии. Фирма «Боинг» предполагает продать до 400 самолетов Боинг-7Х7 малой и средней дальности к 1985 г. и столько же в последующие пять лет. По характеристике «платная нагрузка — дальность полета» самолет Боинг-7Х7 занимает промежуточное положение между самолетом В-727 и самолетами L-1011, DC-10 и А-ЗООВ.
Фирма «Боинг» планирует применить на самолете Боинг-7Х7 три ТРДД фирмы «Пратт-Уитни» JT-10-D или двигатели CFM-56 фирмы «SNECMA — Дженерал электрик» с тягой 10 (до 16) тс.
В печати появились сообщения о том, что фирма «Роллс-Ройс» разрабатывает для самолетов Боинг-7Ы7 и -7X7 двигатель RB- 211-535, в основу которого положена конструкция двигателя RB- 211-22В с тягой 19 000 кгс. Новый двигатель с тягой 14,5 тс в эксплуатации будет на 30% дешевле двигателя RB-211-22B; расход воздуха через центральную часть нового двигателя уменьшается на 16%, общий расход воздуха — на 25%. Двигатель снабжается вентилятором диаметром 1850 мм. Разработку двигателя RB-211-535 предполагается завершить в конце 1981 г.
К 1980—1983 гг. возможно появление трехдвигательного самолета В-7Х7 и двухдвигательного самолета DC-X-200 (рис. 10.4), рассчитанного на эксплуатацию со взлетных полос длиной ~2400 м и на 40—50% повторяющего конструкцию самолета DC-10, и двух самолетов (вместимостью 130 ... 140 и 190 ... 210 пассажиров), создаваемых совместно западноевропейскими фирмами с учетом новых требований транспортных авиакомпаний Западной Европы.
По проекту самолет В-7Х7 имеет размах крыла 45,35 м, удлинение крыла 9,92, относительную толщину 15% в корневой и 10% в концевой части, стреловидность крыла 30,2°, площадь крыла 207,46 м2, внутренний диаметр фюзеляжа 5,03 м, двигатели — CFM-56, RB-211 или JT-10-D, полетное число М = 0,80+0,84, длина двух вариантов самолета соответственно 48,2 и 51,6 м.
По проекту самолет DC-X-200 имеет размах суперкритического крыла 40,7 м, стреловидность крыла 28°, удлинение крыла 8,5, относительную толщину крыла 13,5%, площадь крыла 195 м2; масса конструкции крыла 11,79 т, наружный диаметр фюзеляжа 6 м, длина самолета 43,7 м, максимальная взлетная масса 128,58 т, максимальная посадочная масса 115,7 т, масса самолета без топлива 104,3 т, масса снаряженного — 74,85 т, максимальный запас топлива 44,30 т, максимальная масса платной нагрузки 30 т, вмести мость 195—248 пассажиров, объем багажных отсеков 55,25 м3, число М = 0,78+0,82, дальность полета с 219 пассажирами ~4900 км. Силовая установка самолета должна состоять из двух ТРДД CF6-50CR или иных ТРДД, применяемых на широкофюзеляжных самолетах. Если программа создания самолета DC-X-200 будет начата с 1977—1978 гг., то к концу 1980 г. фирма начнет поставку авиакомпаниям первых самолетов.
У самолетов В-7Х7 и DC-X-200, по сравнению с узкофюзеляжными самолетами, будут уменьшены на 10 дБ уровень шума и на 16—20 (до 40)% расход топлива. Ожидается, что увеличение относительного удлинения крыла и применение крыла сверхкритическо- го профиля даст экономию топлива 8% и снижение потребной тяги двигателей на 13%. Все это имеет важное значение, так как из-за увеличения в 1974 г. стоимости топлива вдвое доля расходов зарубежных авиакомпаний на топливо также удвоилась и составляет 25—30% от общих расходов.
Самолеты В-7Х7 и DC-X-200 могут стать новыми дозвуковыми пассажирскими самолетами с крейсерской скоростью полета, соответствующей М=0,82+0,85. Самолеты В-7Х7 и B-7N7 будут входить в семейства самолетов В-757, В-767 и В-777.
Над проектами новых пассажирских самолетов малой и средней дальности работают ведущие самолетостроительные фирмы европейских стран — «Дассо-Бреге» (самолеты «Меркюр-200» и ASMR), «Аэроспасьяль» (проекты самолетов AS-200-23MC, AS-B- 7N7 и другие), ВАС (самолет ВАС-Х-11). Диаметр фюзеляжей этих самолетов меньше 4 м (3,9 и 3,65 м).
Специалистами фирмы «Макдоннелл—Дуглас» проработаны два варианта самолетов:
— самолет для малой дальности полета (до 2000 км) со 130 пассажирами. На этом самолете предполагается в хвостовой части фюзеляжа установить два двигателя с тягой по 10 тс каждый;
— самолет с тремя ТРД для перевозки 181 пассажира. Разработка этих самолетов определяется тем, что на коротких авиалиниях перевозится до 30%, а на средних — до 45% пассажиров.
Специалисты ведущих авиационных фирм США пока не отказались от программ создания пассажирских самолетов с околозвуковой скоростью полета (М = 0,95+0,98), хотя прогнозы спроса на такие самолеты не отличаются оптимизмом из-за недостаточной экономичности по показателю расхода топлива.
Фирмой «Локхид» изучается возможность создания самолета с тремя двигателя на 380 пассажиров со взлетной массой 295 т, дальность полета 9250 км и числом М = 0,98. Фирма «Макдоннелл— Дуглас» провела исследования перспективы создания самолета (на 600 пассажиров) с четырьмя двигателями под крылом при взлетной массе 645 т, дальности полета 7400 км и числе М = 0,95, а специалисты фирмы «Макдоннелл — Дуглас» оценивают возможность разработки самолета (на 199 пассажиров) с тремя двигателями и фюзеляжем, спроектированным по правилу площадей, при взлетной массе 152 т, дальности полета 5 560 км и числе М=0,98.
Эти же фирмы работают над проектами перспективных самолетов укороченного взлета.
Фирмы «Боинг» и «Макдоннелл—Дуглас» по контракту с ВВС США закончили работы по созданию самолетов УС-14 и УС-15 короткого взлета и посадки.
Самолет УС-14 фирмы «Боинг» отличается рядом технических новшеств, в том числе системой обдува верхней поверхности крыла выхлопными струями двух ТРДД «Дженерал электрик» CF6-50 с тягой по 22,7 тс для улучшения взлетно-посадочных характеристик, цифровой электродистанционной системой управления с тройным резервированием.
При эксплуатации с коротких дорожек (600 м-) взлетная масса самолета равна ~77 т. Вес перевозимой на 2220 км нагрузки со- ставлет 31,3 тс, а радиус действия при нагрузке 18 тс — 925 км. Скорость при заходе на посадку на короткую дорожку равна —160 км/ч.
Размах крыла самолета УС-14 равен 39,3 м, его длина 40,2 м, а диаметр фюзеляжа 5,4 м. Длина разбега при взлете 305 м, а пробега 213 м (нагрузка 12,25 тс, радиус действия 740 км).
В дальнейшем на базе самолетов УС-14 и УС-15 предполагается создать пассажирские самолеты, причем фирма «Макдоннелл— Дуглас» прогнозирует выпуск своего самолета укороченного взлета с четырьмя двигателями под крылом в 1982 г. (150 пассажиров, дальность полета 915 км, длина взлетно-посадочной полосы 600м;.
Из расчета длины летного поля 600 м фирма «Боинг» планирует создание самолета укороченного" взлета с двумя двигателями на верхней поверхности крыла, на 147 пассажиров, а фирма «Локхид» — на 150 пассажиров (самолет будет иметь четыре двига- теля). Пассажирские самолеты короткого взлета и посадки будут особенно эффективны на маршрутах протяженностью менее 800 км. Предполагается, что в начале 1990-х годов -появятся пассажирские самолеты с вертикальным взлетом.
Учитывая прогнозы увеличения объемов перевозок, фирмы США уделяют большое внимание созданию новых грузовых самолетов. При этом планируется разработка специализированных самолетов для грузовых перевозок (рис. 10.5 и 10.6), а также создание транспортных систем с участием авиации (отправитель грузов — автомобиль — самолет — автомобиль — получатель грузов) и управлением от ЭВМ. Специализированные грузовые самолеты проектируются на небольшую дальность полета (900—1000 км), высокий уровень суточного налета (до 15 ч) и низкие эксплуатационные расходы, при этом груз должен перевозиться в контейнерах, единых для всей транспортной системы.
Фирма «Макдоннелл—Дуглас» проектирует грузовой самолет с шириной фюзеляжа 10 м.
Специализированный грузовой самолет фирмы «Боинг» будгг иметь взлетную массу 220 т (при массе груза 110 т) и дальность полета 920 км (М = 0,6-г0,7). Фирма «Боинг» предлагает также- проект сверхтяжелого (со взлетной массой 1600 т) самолета для перевозки нефти и сжиженного газа на дальность 900 км при массе груза 1050 т или на дальность 5000км при массе груза 840 т (см. рис. 10.6, а).
По расчетам фирмы транспортная система с такими самолетами позволяет транспортировать нефть при-стоимости перевозки, соизмеримой со стоимостью перекачки нефти по трубопроводу, построенному в труднодоступных местах.
Фирма «Локхид» предложила идею создания специализированного грузового самолета (см. рис. 10.6, б), выполненного по схеме «летающее крыло». В качестве топлива на этом самолете может быть использован керосин или водород. Взлетная масса самолета с керосином — 550 т, с водородом — 450 т, масса груза — 300 т, а дальность полета ¦— 6000 км.
Фирма «Дорнье» предложила проект грузового самолета-летаю- щей лодки со взлетной массой 1000 т и платной нагрузкой 300— 400 тс (см. рис. 10.6, в). Размах крыла — 100 м, длина — 100 м, скорость 820 км/ч и дальность полета 7000—10 000 км. Силовая установка состоит из 10 ТРДД с суммарной тягой 330 тс. Программа разработки самолета рассчитана на 10 лет. Подобный самолет при эксплуатации на североатлантическом маршруте по производительности может быть сравним с обычными грузовыми судами, хотя и будет значительно уступать судам-контейнеровозам. Предполагаемые прямые эксплуатационные расходы самолета с платной нагрузкой 350 тс составят 1 цент/тс-км по сравнению с 1,6 цент/тс-км для грузового самолета B-747-200F.
По прогнозам фирмы DMS (США), за период с 1975 по 1984 гг. в капиталистических странах будет построено 3573 гражданских самолета стоимостью 54—55 млрд. долл. (в ценах 1975 г.), в том числе не менее 1750 самолетов средней и малой дальности полета, главным образом типа А-300В, В-7Х7 и DC-X-200. До 1978 г. будет выпускаться в среднем по 320 самолетов в год, а в 1979—1984 гг.— более 380 самолетов. К 1984 г. в Европе (без СССР) будет выпущено приблизительно 500 гражданских самолетов. Парк всех зарубежных гражданских самолетов увеличится незначительно — с 6049 до 6456 самолетов.
Аэрокосмическая промышленность США создает в настоящее время крупногабаритный воздушно-космический самолет многоразового применения (рис. 10.7). Длина его — 37,2 м, размах крыла — 23,79 м, а высота с выпущенным шасси — 17,39 м. В грузовой отсек самолета объемом 365 м3 (длина его 18,3 м, а диаметр ¦— 4,6 м) можно поместить груз весом 29,5 тс (при взлете) и 14,5 тс (при посадке). Максимальная взлетная масса орбитального корабля «Спейс Шаттл» 110,9 т. Самолет предназначен для доставки на орбиты вокруг Земли и возвращения на Землю блоков орбитальных станций, искусственных спутников Земли, их сборки, обслуживания и ремонта, для снабжения спутников и станций. Самолет также может быть использован для доставки и спасения космических экипажей, для различных научных и других задач.
Первые полеты самолета планируются на 1979 г. Вертикальный старт и разгон самолета будут осуществляться с помощью одноразового топливного бака длиной 55,3 м и двух многоразовых разгонных РДТТ, а посадку самолет будет выполнять обычным способом со скоростью захода на посадку 343 км/ч. Расчетный ресурс самолета составит 100 полетов на околоземную орбиту и обратно. Планер самолета изготовлен из алюминиевых сплавов и имеет обычную самолетную конструкцию (отличительной особенностью является только внешнее многоразовое теплозащитное покрытие самолета).
В 1990-х годах возможно появление космического самолета США второго поколения (рис. 10.8). Это будет летательный аппарат, вероятно, одноступенчатый, многоразового применения, взлетать и садиться он будет, как обычный самолет.
Из приведенных данных следует, что в мировом самолетостроении наметилась ярко выраженная тенденция создания и строительства самолетов больших и очень больших габаритных размеров, самого разного назначения, с различными техническими данными. Конечно, для разработки и опытного строительства таких самолетов в ряде случаев необходим большой период времени (до 10 лет и более), а также требуются огромные капиталовложения (некоторые программы оцениваются в 2,5—4 и даже в 5 млрд. долл.). Поэтому нет оснований ожидать в ближайшие 5—8 лет по-- явления за рубежом новых самолетов нескольких новых моделей. В США некоторые специалисты считают маловероятным поступление на рынок сбыта новых самолетов, базирующихся на более высоком уровне техники, ранее 1995 г. (хотя с этим едва ли можно согласиться).
Тем не менее в настоящее время наиболее крупные фирмы США и стран Западной Европы ведут значительные работы по формированию концепций будущих авиационных систем, определению возможных обликов самолетов будущего и оценке их основных технических и экономических данных. Специалисты фирм ведут интенсивные исследования в области аэродинамики, прочности, конструкций, систем управления, при этом немаловажное значение придается разработке новых легких, прочных и долговечных материалов, а также разработке новых высокоэффективных технологических процессов и производственного оборудования для их реализации.
Белянин П. Н. Производство широкофюзеляжных самолетов в США — М.: Машиностроение, 1979.
