Суббота, 21.10.2017, 11:20
Приветствую Вас Гость | RSS
Пятнадцатая олимпиада
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год)

Пассажирские сверхзвуковые самолёты: история и современные проекты.

Автор: Чобану Мария Игоревна
Место учёбы: Самарский Международный Аэрокосмический Лицей
Город: Самара

Научный руководитель: Фомина Инна Ивановна, преподаватель СМАЛ по физике

Историко-исследовательская работа «Пассажирские сверхзвуковые самолёты: история и современные проекты».

Оглавление:
Введение
1 Существующие сверхзвуковые пассажирские самолёты
1.1 Concorde и Ту-144. История создания
1.2 Concorde и Ту-144. Характеристики и конструкция
1.3 Причины снятия с эксплуатации
2 Сверхзвуковой пассажирский самолёт нового поколения
2.1 Aerion AS-2. Новая конструкция
2.2 Aerion AS-2. Характеристики
Заключение
Список использованной литературы

Введение

14 октября 1947 Чак Йегер (Charles Elwood «Chuck» Yeager) на самолёте Bell X-1 стал первым человеком, превысившим скорость звука в управляемом горизонтальном полёте. Это событие можно назвать началом сверхзвуковой эры авиации.

Сверхзвуковой скоростью считается скорость от 1 до 5 М (Маха), скорость меньше одного Маха — дозвуковая, больше 5 — гиперзвуковая. Напомню, что число Маха считается как отношение скорости обтекания самолёта воздухом к скорости звука в воздухе. Таким образом, скорость 1 Мах соответствует скорости звука. Настолько высокие скорости, разумеется, становятся причинами многих проблем, с которыми приходится сталкиваться инженерам-конструкторам, авиакомпаниям-владельцам, пилотам и пассажирам сверхзвуковых авиалайнеров.

Целью данной работы поставлено: рассмотреть историю создания сверхзвуковых пассажирских самолетов Concorde и Ту-144 и ответить на вопрос: сможет ли современный сверхзвуковой бизнес-самолёт Aerion-AS2 справится с проблемами, вызвавшими снятие с эксплуатации его предшественников.

Глава 1

Существующие сверхзвуковые пассажирские самолёты.

В настоящей главе будут представлены история создания, уникальные инженерные решения и технические характеристики культовых самолётов Concorde и Ту-144, а так же приведены причины снятия этих самолётов с эксплуатации.

1.1 Concorde и Ту-144. История создания

Успехи в создании сверхзвуковых боевых самолетов, в том числе и тяжелого класса, привели авиационные фирмы по всему миру к мысли о создании сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров. Практически сразу появляются проекты адаптации военных машин под перевозки пассажиров, однако, детальный анализ и проработка идей показали, что подобная модификация едва ли эффективна. Объясняется это, во-первых, очевидной разницей в размерах и весе машин; во-вторых неприспособленности военных самолётов к длительным сверхзвуковым полётам, без которых сама идея пассажирских рейсов бессмысленна; и, в-третьих, в возникшей необходимости увеличения надёжности и комфорта перелётов пассажиров. Постепенно, специалисты пришли к выводу, что пассажирские сверхзвуковые самолёты необходимо проектировать как нечто абсолютно новое, то есть, начиная работу «с нуля».

В 1950-х годах Великобритания и Франция решили совместными усилиями создать сверхзвуковой пассажирский самолет (СПС), которому дали название «Concorde» (фр. Согласие). Другие мировые державы того времени, такие, как СССР и США, не желая отставать, создают свои проекты СПС; начинается негласная мировая авиа-гонка, из которой, сопоставив расходы на конструирование, сборку, обслуживание и пр., почти сразу выбывают Соединённые Штаты. В СССР о расходах заботились меньше: была дана установка сделать сверхзвуковой пассажирский самолёт, да ещё и раньше, чем французы и англичане представят свой Concorde.
Разработкой русского аналога Конкорда занялось ОКБ Туполева. Проект получил название "Ту-144".

Конструкторам предстояло создать теплостойкие конструкционные материалы, смазки, герметики, а также разработать типы конструкций, способных выдержать длительные нагрузки и высокие температуры (до 100 градусов С) при сверхзвуковом полёте, улучшить аэродинамические свойства самолёта, решить вопросы устойчивости и управляемости при полетах на дозвуковой, трансзвуковой и сверхзвуковой скоростях, обеспечить комфорт и защищённость экипажа и пассажиров на больших высотах (до 20 км) от низких температур и солнечной радиации, изучить влияние большого количества выбросов отработанных газов двигателей, шума и звукового удара на окружающую среду, животных и людей.

В то же время, в англо-французском консорциуме BAC-SNIAS велась работа по созданию Concorde. Задачи перед конструкторами стояли аналогичные приведённым выше. Когда программа только стартовала, расходы на нее оценивались в £150-170 млн. Спустя 12 лет стала известна реальная цифра: с момента разработки самолета и до коммерческого запуска потрачено порядка £1 млрд.

ОКБ Туполева и BAC-SNIAS в разработках шли "нос к носу", однако советские инженеры всё же опередили своих западных коллег. Первый испытательный полёт Ту-144 совершил 31 декабря 1968 года: на два месяца раньше Concorde, чей первыё полёт состоялся только 2 марта 1969 года. Несмотря на выигранную авиа-гонку, советский лайнер серьёзно уступал своему англо-французскому собрату в надёжности.

Коммерческая эксплуатация Ту-144 началась в декабре 1975 г., сначала лайнер использовался на внутренних линиях СССР для перевозки почты и грузов. Непродолжительное время с ноября 1977 по июнь 1978 годов лайнер совершал пассажирские рейсы Аэрофлота на линии Москва — Алма-Ата.
С января 1976 года началась коммерческая эксплуатация англо-французского самолёта в British Airways и Air France. Сначала Concorde летал из Лондона в Бахрейн, из Парижа в Рио-де-Жанейро. Через год – после сложных переговоров с властями США – были открыты маршруты в Вашингтон и Нью-Йорк. Именно рейсы из Европы в Нью-Йорк стали основными.

Ту-144 поднимался в небо на протяжении всего семи месяцев. Одной из причин снятия данного самолёта с эксплуатации стали часто имевшие место внештатные ситуации, аварии и даже катастрофы. Одна из самых известных произошла на Парижском Авиа Шоу в Le Bourget в 1973: самолёт вертикально набирал высоту до отметки в 1200 м, перешёл в горизонтальный полёт и спустя несколько секунд стремительно понёсся к земле. На отметке 280 м самолёт развалился на части. Погиб весь экипаж в количестве 6 человек.

Concorde совершил свой последний рейс 26 ноября 2003 года , пролетав более 27 лет. На его счету всего одна катастрофа, произошедшая 25 июля 2000. Во время разбега на скорости примерно 280 км/ч Concorde наехал на металлический обломок, вследствие чего покрышка одного из колёс шасси лопнула. Фрагменты покрышки, ударившие в крыло самолёта, вызвали повреждение обшивки и утечку топлива из бака номер 5. Вытекающий из бака керосин воспламенился, причиной срабатывания пожарной сигнализации двигателя №2 и его отключения. Самолёт уже заканчивал разбег, поэтому пилоты не имели возможности прекратить взлёт; через несколько секунд после отрыва от ВПП по причине продолжающегося пожара отказал двигатель №1, и самолет рухнул на землю. Погибло 113 человек.

Всего было выпущено 17 Ту-144 и 20 Concorde.

1.2 Concorde и Ту-144. Характеристики и конструкция


Concorde

Летные характеристики

Крейсерская скорость (км/ч): 2640
Взлетная скорость (км/ч): 360
Посадочная скорость (км/ч): 300
Эксплуатационный потолок (м): 18288
Разбег (м): 1510

Двигатели

Rolls-Royce/SNECMA Olympus 593 Mrk610 turbojet
Размеры
Размах крыла (м): 25.57
Длина самолета (м): 61.66
Высота самолета (м): 12.2
Площадь крыла (м2): 358.25

Число мест

Экипаж: 3-4
Максимальное количество пассажиров: 144

Массы и нагрузки

Взлетная (т): 185.00
Пустого снаряженного (т): 78.696
Посадочная (т): 111.130
Полезная нагpузка (кг): 11.340


Ту-144

Летные данные

Крейсерская скорость: 2300 км/ч
Посадочная скорость: 270 км/ч
Дальность полета (сверхзвуковая): 2920 км
Практическая дальность: 6500 км
Эксплуатационный потолок: 20000 метров

Размеры

Размах крыла (м): 27.65
Длина самолета (м): 59.4
Высота самолета (м): 10.5
Площадь крыла (м2): 438
Нагрузка на крыло (кг/м2): 411

Число мест

Экипаж: 3 человека
Максимальное количество пассажиров: 150

Массы и нагрузки

Взлетная: 150 тонн
Пустого снаряженного: 91.8 тонн
Вес топлива : 92 тонны

Прежде всего, следует отметить, что Concorde проектировался в основном для сверхзвуковых полетов над безлюдными океанскими просторами (основное назначение - перелеты между Европой и Америкой через океан), отсюда, из-за звукового удара, выбор меньших высот крейсерского сверхзвукового полета и, как следствие, меньшая площадь крыла, меньшая взлетная масса, меньшая потребная крейсерская тяга силовой установки к удельные расходы топлива. Ту-144 предстояло в основном летать над сушей, отсюда большая высота полета и соответственное увеличение параметров самолета.

При проектировании сверхзвуковые пассажирских самолётов прежде всего необходимо определить примерную форму самолёта, на что он будет похож. В ОКБ Туполева остановились на тонком треугольном крыле с очертанием переднего края в виде буквы «S». Бесхвостая схема, неизбежная при такой конструкции несущей плоскости, делала сверхзвуковой лайнер устойчивым и хорошо управляемым на всех режимах полета. Четыре двигателя находились под фюзеляжем, поближе к оси самолета. Топливо было размещено в кессонных крыльевых баках. Балансировочные баки, расположенные в задней части фюзеляжа и наплывах крыла, были предназначены для изменения положение центра тяжести самолета во время перехода от дозвуковой скорости полета к сверхзвуковой.

Крыло сочленялось с фюзеляжем весьма оригинально: вместо того чтобы изготовлять эти агрегаты по отдельности, а затем соединить их, конструкцию крыла разбили по размаху на секции, каждая из которых состояла из отсека фюзеляжа и примыкающей к нему части крыла. В результате отпала нужда в установке тяжелых соединительных узлов лонжеронов крыла и силовых шпангоутов фюзеляжа.

Для улучшения аэродинамических свойств нос самолета сделали острым и гладким. Фюзеляж круглого сечения имел носовой обтекатель кабины экипажа, отклоняющийся вниз под углом 12 градусов в условиях взлета и на 17 градусов при посадке для улучшения обзора из кабины пилотов.

Конструкторы Concorde пришли к таким же решениям, из-за чего самолёты получились похожи, как родные братья. Единственными отличиями, бросавшимися в глаза, было наличие переднего горизонтального оперения на Ту-144, знаменитых «ушек», и расположение двигателей (на «Согласии» двигатели располагались дальше от фюзеляжа, чем на Ту-144).

Следует отметить, что Ту-144 мог садиться и взлетать в 18 аэропортах СССР, в то время как «Конкорду», взлётно-посадочная скорость которого была на 15 % выше, для каждого аэропорта требовался отдельный сертификат на посадку.

1.3 Причины снятия с эксплуатации

Основной причиной снятия с эксплуатации является слишком малая рентабельность использования. Самолёты потребляли крайне много топлива, цены на билет доходили до $10500. Особенно остро эта проблема проявилась в 1980-х годах в условиях экономического кризиса, тогда СПС летали почти пустыми.

К тому же, производимый самолётами шум и звуковая ударная волна при переходе на сверхзвуковую скорость представляли опасность для населённых пунктов, находившихся на маршрутах авиалайнеров.

Третьей причиной стали частые катастрофы и внештатные ситуации (с Ту-144).

Таким образом, Ту-144 и Concorde были лишь своего рода рекламой, показателем богатства стран-производителей и символом торжества научного прогресса. В настоящее время, как память о сверхзвуковой эре пассажирских перелётов, сохранилось лишь несколько самолётов, к несчастью, многие в плохом состоянии.

Глава 2

Сверхзвуковой пассажирский самолёт нового поколения.

В данной главе будет сказано о проекте современного сверхзвукового бизнес-самолёта Aerion-AS2.

2.1 Aerion AS-2. Новая конструкция


Американская компания Aerion corporation была основана в 2002, её команда (Dr. Richard Tracy, Jim Chase, Mike Henderson, Andres Garzon и Jason Matisheck), пытаясь создать принципиально новый сверхзвуковой лайнер, разработали новую, «обрубленную», форму крыла, позволяющую использовать естественный ламинарный поток (natural laminar flow), по словам создателей, уменьшающий сопротивление крыла в 2 раза и снижают общее сопротивление самолёта на 20% (по сравнению с дельтавидным крылом). Эти данные подтверждаются продувкой модели в аэродинамической трубе NASA. В сентябре 2014 года знаменитая французская компания Airbus присоединилась к проекту Aerion-AS2.

Крыло AS2 нестреловидное, коническое (искривлены верхняя и нижняя поверхности), очень тонкое и гладкое, с механизированными клапанами, позволяющими самолёту заходить на посадку и приземляться на скоростях, сопоставимых со скоростями больших дозвуковых авиалайнеров. Закрылки будут располагать по всему размаху крыла.

Aerion-as2 получит три турбовинтовых двигателя: два расположенных максимально близко к оси самолёта, а третий на ней.

Для крыльев, фюзеляжа и оперения планируется использовать углеродное волокно, некоторые внутренние детали будут изготовлены из алюминия, титана и стали.

2.2 Aerion AS-2. Характеристики



Летные данные

Максимальная скорость (М): 1.6
Крейсерская скорость (М): 1.4
Максимальная скорость без звукового удара (М): 1.2
Посадочная скорость (км/ч): 240
Дальность полета (км): 9260

Двигатели

3 турбовинтовых


Размеры


Размах крыла (м): 21
Длина самолета (м): 49
Высота самолета (м): 8
Площадь крыла (м2): 125

Число мест

Экипаж: 2 человека
Максимальное количество пассажиров: 12

Массы и нагрузки

Максимальная взлетная (кг): 52163
Пустого снаряженного (кг): 22588

Заключение

Разумеется, самолёт с такими характеристиками будет очень дорогой, однако, как сообщают представители компании Aerion, на данный самолёт нашлось уже 19 покупателей.

Три двигателя позволят Aerion-AS2 быстрее набирать скорость при взлёте, следственно, уменьшить длину разбега (аэропортам не нужно будет подтверждать сертификатами наличие достаточно длинной ВПП, как с Concorde). В случае отказа одного из двигателей, самолёт будет способен долететь до ближайшего аэропорта на двух исправных и, из-за расположения двигателей близко к фюзеляжу, AS2 не потеряет управление, как это случилось в 2000 году с Concorde. Использование новых, более прочных современных материалов обещает сделать Aerion более надёжным, чем Ту-144. К тому же, 3 двигателя дадут ещё один очень важный эффект - уменьшение удельной тяги на каждый из двигателей во взлетном режиме, следовательно, меньший уровень шума.

Стоить AS2 будет существенно дешевле, чем его предшественники, а спрос на сверхзвуковые бизнес-самолёты специалисты прогнозируют довольно большой.

Однако говорить об успехе проекта пока рано. Для того, чтобы сделать вывод о рентабельности самолёта, необходимо дождаться его первых полётов и проанализировать, как он поведёт себя в реальных условиях. К счастью, компании Airbus и Aerion corporation анонсировали выпуск опытной модели уже в 2019 году.

В заключение, хочу сказать, почему именно Aerion. На данный момент в мире существует множество проектов по разработке сверхзвуковых бизнес-самолётов, однако все они либо похожи на подросшие истребители, такие, как F-15 или Су-27, или значительно «усохшие» в размерах Ту-144 и Concorde. На их фоне Aerion с его ромбовидным крылом привлекает внимание. К тому же, это единственный проект, приводящий относительно точные цифры в описании, представляющий качественные 3D модели и регулярно публикующий новости. Окончательно убеждает в том, что данный проект имеет смысл, вышеупомянутый контракт Aerion corporation с такой знаменитой компанией, как Airbus.

Список использованной литературы

http://www.tu144sst.com
http://science.d3.ru
http://www.374.ru
http://avia.tutu.ru
http://www.forbes.ru
http://www.tupolev.ru
http://www.darkgrot.ru
http://www.airlines-inform.ru
http://fishki.net
http://www.nasa.gov
http://www.aerionsupersonic.com

Категория: Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год) | Добавил: Service (26.12.2014) | Автор: Чобану Мария Игоревна W
Просмотров: 922 | Рейтинг: 4.5/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК ОТКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ ОТКРЫТО!
ПРИЁМ РАБОТ ОТКРЫТ!

Google+
Их многие читают
Ахметшин Тимур Рамилевич (34875)
Зарипова Рузиля Ильфатовна (19854)
Щур Илья Андреевич (18588)
Нурсултан Данияр Ербулатович (17422)
Нурсултанов Данияр Ербулатович (16629)
Перемота Алексей Юрьевич (14032)
Комлев Фёдор Михайлович (12864)
Миргазетдинова Розалия (12725)
Щур Илья Андреевич (12721)
Киселёв Андрей Валерьевич (12697)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017