Пятница, 15.12.2017, 14:48
Приветствую Вас Гость | RSS
Пятнадцатая олимпиада
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год)

Задачи самолетов-гигантов

Задачи самолетов-гигантов

Работа ученика 9 М класса ГБОУ СОШ №25 г. Москва Максимова Михаила Антоновича
Научный руководитель к.х.н. Хрущева М.Л.

Содержание

Введение

1. Современные самолеты-гиганты

2. Из истории самолетов-гигантов

3. Задачи самолетов-гигантов

3.1. Применение самолетов-гигантов в военных целях

3.2. Коммерческие задачи самолетов-гигантов

3.2.1 Задача перевозки пассажиров

3.2.2 Задачи авиа-гигантов в области грузоперевозок

3.3. Использование самолетов гигантов в научной сфере

3.4. Работа самолетов-гигантов в чрезвычайных ситуациях

4. Проблемы использования гигантов

5. Перспективы развития самолетов-гигантов

Вывод

Источники

 

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении всей истории авиастроения постепенно воздушные судна усовершенствовались: повышалась скорость, высота полета, дальность беспосадочных перелетов, грузоподъемность и другие характеристики. Каждый самолет создавался под определенные цели и задачи. Авиация разделялась на различные классы: легкая, большая, военная авиация и др. Одним из особых классов самолетов являются самолёты-гиганты. 

Цель данной работы ‒ показать значимость самолетов-гигантов для современной авиации. Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи.

1) Рассмотрение истории появления и развития сверхбольших самолетов.

2) Исследование задач самолетов-гигантов в современном мире.

3) Изучение основных проблем сверхбольшой авиации.

4) Анализ перспектив развития самолетов-гигантов

1. СОВРЕМЕННЫЕ САМОЛЕТЫ-ГИГАНТЫ

Прежде чем обсуждать задачи, ставящиеся перед самолетами-гигантами, определимся, что относить к этому особому классу авиации:

1. самолет-гигант – это летательный аппарат, который имеет размеры, превосходящие размеры большинства других воздушных судов;

2. такой самолет обладает некоторыми специфическими особенностями, такими как высокая грузоподъемность или грузовместимость.

К самолетам ‒ гигантам можно отнести ряд машин. Вот некоторые, самые выдающиеся из них: Ан-225 "Мрия", Airbus А380, Boeing B747, Lockheed C-5 Galaxy, Ан-124 "Руслан".

2. ИЗ ИСТОРИИ САМОЛЕТОВ-ГИГАНТОВ

Первые самолёты были лёгкими и хрупкими, они с трудом преодолевали сопротивление воздуха, поэтому авиаконструкторы мечтали о настоящем воздушном корабле, способном брать достаточный груз и не бояться грозной воздушной стихии.

Первым совершенный самолет сделал талантливый русский авиаконструктор И.И. Сикорский. В начале ХХ века он создал самолёты  «Русский витязь» и  «Илья Муромец» (рис. 1), положившие начало многомоторной авиации. «Илья Муромец» , ставший самым большим самолетом того времени, поразил весь мир.

рис. 1. "Илья Муромец" в полете

Разразившаяся Первая мировая война заставила активно использовать самолеты-гиганты. Они служили и в качестве транспортных, и в качестве санитарных самолетов. Они участвовали и в бомбардировках, поскольку могли нести до 500 кг бомбовой нагрузки. [7]

Первым советским авиаконструктором сверхбольших самолетов стал А.Н. Туполев. Его самолет, восьмидвигательный АНТ-20 (рис. 2), в мирное время выполнял гражданские перелеты, а в военное время перевозил грузы в тылу.[8]

рис. 2. АНТ-20 в сопровождении двух И-5 над Красной площадью. 1934 г.

Во время Второй мировой войны самолеты-гиганты активно не использовались. Внимания заслуживает только Boeing B-29 Superfortress ‒ «Летающая крепость», рекордная военная машина своего времени.

Первым самолетом-гигантом второй половины ХХ века стал военно-транспортный самолет Lockheed C-5 Galaxy (1968 год) (рис. 3) американского производства ‒ крупнейшее грузовое воздушное судно мира того периода. [15]

рис. 3. Lockheed C-5 Galaxy в аэропорту города Ошкош, США, 2007 г

Однако после Второй мировой войны начала активно развиваться гражданская авиация, это объясняет, почему гигантизм во второй половине ХХ века перекинулся на гражданские машины, и уже в 1969 году в воздух поднялся Boeing 747-100 (известный в авиационном сообществе как Jumbo Jet или «Королева Небес»)  опять же американского производства. Свое прозвище «Королева небес» он получил неслучайно, это воздушное судно было способно перевозить более 450 человек в двухклассной компоновке, а последующие модификации вмещают до 590 человек. Для того времени создание столь гигантской машины было титаническим трудом.[10]

Разработкой машины столь больших размеров заинтересовался и СССР, в 1982 году впервые взлетел Ан-124 «Руслан», он превысил габариты Lockheed C-5 Galaxy и стал самым большим военно-грузовым воздушным судном и до сих пор остаётся таковым.[12]

Уже через 6 лет появился наследник «Руслана»  Ан-225 «Мрия». Причиной постройки Ан-225 была необходимость создания авиационной транспортной системы для перевозки космического корабля «Буран». «Мрия» (укр. "Мечта") до сих пор является самым большим самолетом в мире (рис. 6). Она является рекордсменом по более чем 110-ти показателям, один из них грузоподъемность – 250  тонн.[9]

К 90-ым годам XX века стало понятно, что верхняя планка по дозвуковой скорости воздушных судов достигнута, а, значит, будущее авиации связано с развитием не скорости, a грузоподъёмности. Во всех странах с развитой авиапромышленностью начинаются разработки воздушного судна, превышающего по размерам самый большой на тот момент пассажирский самолет – Boeing B747-400.

Первым был анонсирован Airbus A380 (рис. 4) европейского концерна EADS (1994 г.). Машина представляла собой двухпалубный самолет, способный вмещать до 855 пассажиров в одноклассной компоновке. В 2005 году самолет поднялся в воздух, а уже в 2007, после ряда задержек, он приступил к перевозке пассажиров. Этот гигант на сегодня ‒ самый большой пассажирский самолет в мире.

рис. 4. Airbus A380-800 авиакомпании Air France в аэропорту Токио, 2013 г.

Затем свой проект представила российская корпорация «Сухой» ‒ КР-860 (рис. 5). Впервые концепция этого самолета была показана  на авиасалоне Ле-Бурже-99. Машина также имела две палубы, но российский самолет был более громоздкий и вмещал в одноклассной компоновке на 100 пассажиров больше чем А380. При этом его крейсерская скорость составляла 1000 км/ч против 900 км/ч у А380.  К сожалению, разработка проекта была закрыта из-за нехватки финансов и на данный момент не включена в план развития авиации вплоть до 2025 года.[11]

 

рис. 5. Модель КР-860 "Крылья России" на авиасалоне Ле-Бурже-99

Третьей и последней заявила о постройке нового гиганта корпорация Boeing (2004 г.), она продолжала модернизировать свой Jumbo Jet. Новая машина Boeing B747-8 (рис. 6)  вмещала до 600 пассажиров  и была на 11% экономичнее французского конкурента. Первый полет состоялся в 2010 году,  а перевозку пассажиров гигант начал в 2011 году. Следует однако отметить, что в качестве пассажирского судна авиакомпании охотнее приобретают A380, В747 себя зарекомендовал скорее как грузовая машина.[10]

рис. 6. Boeing B747-8I авиакомпании Lufthansa взлетает в аэропорту Вашингтона

3. Задачи самолетов-гигантов

Развитие экономики приводит к повышению роли авиаперевозок. Грузы и люди перемещаются по воздуху на все большие расстояния, следовательно - основная задача гигантов ‒ перевозка крупных грузов на дальние расстояния.  Рассмотрим задачи самолетов более детально. 

3.1. Применение самолетов-гигантов в военных целях

Проанализировав всю известную нам информацию о военных грузоперевозках самолетов-гигантов, можно сделать вывод, что задачей гигантов при работе на вооруженные силы является перевозка тяжёлых военных машин и большого числа бойцов. Эти задачи могут выполнять только самолеты большой грузоподъемности и вместимости. Выясним, выгодно ли выполнять вышеприведенные виды перевозок на самолетах-гигантах.

Для перевозки большого числа бойцов на большие расстояния выгодно использовать самолеты с пассажировместимостью более 500 человек. Самолеты-гиганты могут без проблем осуществлять эти задачи. Посмотрим, как с этими задачами справляются самолеты-гиганты советского (Ан-124) и американского (Lockheed C-5 Galaxy)  производств, а также небольшие «рабочие лошадки» соответствующих стран (Ил-76 и C-17 Globemaster) (табл. 1 и 2). Как видно из таблиц, при переброске войск выгоднее использовать Ан-124 как самый пассажировместимый (в 3 раза превышает по пассажировместимостиС-5 Galaxy и Ил-76 и в 8 раз C-17). Для грузовых военных перевозок также удобней  использовать «гиганты», к примеру, Ан-124 способен перевозить мобильные пусковые установки межконтинентальных баллистических ракет, а С-5 Galaxy ‒ 36 полностью загруженных контейнеров массой 4536 кг или 74-тонный понтонный мост США . [1]

[1]

По прогнозу американского командования в ближайшем будущем средняя масса 1 единицы техники возрастет с 17 до 30 т, такую технику не сможет перевозить стандартный «грузовик» ВВС США и потребуются С-5 и С-17. В подтверждение этих прогнозов в 2008 командование военно-воздушных сил США заявило, что в будущем потребуется до 111 C-17. 

[3,9,12,15]

Приведем примеры использования самолетов для военных перевозок грузов и солдат. За период войны в Персидском заливе С-5 перевезли более 44 % грузов. 7 июня 1989 г. C-5 установил рекорд, десантировав четыре танка Sheridan (массой 19 т каждый) и 73 парашютиста. Общая масса груза на борту составила 86.293 т. Ан-124 способен сбросить со своего борта 440 десантников или перевезти 880 солдат с полным снаряжением. В данный момент С-5 используется как грузовик в Афганистане, совершая перелеты из США через Северный полюс, и является флагманским грузовиком ВВС США. Все эти факты свидетельствуют о том, что самолеты-гиганты необходимы и усиленно используются на военной службе. [15]

 

3.2. Коммерческие задачи самолетов-гигантов

Разумеется, не только военная авиация заинтересована в большом объеме пасссажироперевозок и грузоперевозок.  Коммерческая авиация, особенно пассажирская, сегодня стремится к увеличению объемов перевозок, из-за этого в конце ХХ века и у гражданской авиации появились в распоряжении самолеты-гиганты. Это ‒ воздушные суда, чья грузовместимость превышает все мыслимые пределы. 

Задачи коммерческих гигантов можно поделить на выполняющиехся  в грузовой сфере и в сфере перевозки пассажиров. Рассмотрим каждую из них отдельно.

3.2.1 Задача перевозки пассажиров

Современные воздушные суда-гиганты могут перевозить до 850 пассажиров на расстояние до 15000 км. В настоящее время эти задачи выполняют два флагмана магистральной авиации: Boeing B747 и Airbus A380 При этом их расход топлива на 20% ниже, чем у меньших самолетов (в расчете на г\(пасс*км))

рис. 7. Сравнение размеров Airbus A320, Airbus A380 и Boeing B747-400 [5,15]

Нередко гигантов используют не только на дальних, но и на ближних маршрутах. Приведем пример. Население Японии разбросано по нескольким островам, и часто людям приходиться совершать перелеты с острова на остров.  Для японских компаний гораздо выгоднее загрузить один Boeing B747 или Airbus A380, чем несколько Airbus A320.  Поэтому такие суда полезны не только на дальних перелетах, но и на региональных перегруженных маршрутах.

Сравним размеры самолетов-гигантов и обычных самолетов: длины гигантов в 2 раза больше чем у 320-ого, а количество мест в 4 раза больше (рис. 7).

Таким образом, можно заключить, что самолеты-гиганты необходимы для грузоперевозок на загруженных авиатрассах мира. Для авиакомпаний это выгодно.

рис. 8. Сравнение некоторых пассажирских гигантов ми  флагманов корпораций Airbus и Boeing [15]

Сравним гиганты и флагманы дальней авиации компаний Boeing и Airbus. У гигантов число пассажирских мест в трехклассной компоновке около 500, у флагманов около 330, при сопоставимой дальности (рис. 8).

Все это показывает, что авиагиганты занимают довольно крупную и важную нишу в пассажирском секторе авиации.

3.2.2 Задачи авиагигантов в области коммерческих грузоперевозок

К самолетам-гигантам, перевозящим грузы, мы можем отнести Boeing В747, Boeing B777 Freighter, АН-124, АН-225 и некоторые другие. Рассмотрим, насколько они заняты в этом секторе перевозок, с какими проблемами они сталкиваются, и приведем примеры их использования.

Очевидно, что крупных грузовых перевозок в мире не так много, в парке грузовых кампаний в основном находятся грузовые Boeing В757 и Boeing В727, занимающие нишу между малыми Boeing B737-ми и крупными Boeing B747-ми. Это связано с тем, что крупногабаритные грузы зачастую не нужно перевозить в малые сроки, поэтому компании выбирают более дешевые способы транспортировки, такие как морские или железнодорожные перевозки. Но и в условиях такой жесткой конкуренции гиганты выживают.

Первая и, наверное, основная функция самолетов-гигантов в грузоперевозках – перевозка запчастей для своих собратьев – самолетов (например, Airbus A300 Beluga перевозит запчасти для компании Airbus или Boeing B747 Dreamlifter для компании Boeing).

Второй функцией является быстрая доставка крупногабаритных и сверхтяжелых грузов. К примеру, в августе 2004 года Ан-225 «Мрия» перевез 250 тонн спецгруза  для компании Zeromax GmbH. 

В третьих, это перевозки больших грузов на большие расстояния. Boeing B747-8F способен перевозить 134.2 тонны груза на расстояние 8300 км. Для сравнения: B757 Freighter перевозит 40 тонн на 6000 км.

Сравним самолеты-гиганты с некоторыми другими судами грузовой авиации. Воздушное судо Boeing B747-8F перевозит около 130 тонн на 8000 км при малом расходе топлива (104 г/(т*км)), а рабочая лошадка грузовой авиации Boeing B757-200F ‒ 40 тонн на 5800 км при таком же расходе топлива. Ан-225 перевозит 250 тонн на 4500 км при малом расходе топлива (124 г/(т*км)). Все это показывает, что использовать грузовые гиганты экономичнее на загруженных дальних и средних маршрутах (рис. 9).

рис.9. Сравнение энергоэффективности некоторых воздушных судов. Расчет произведен самостоятельно исходя из максимальной грузовместимости, дальности полета с максимальной нагрузкой и количеством топлива при этой нагрузке. [15]

Рассмотрим, какую долю от всех самолетов грузовых компаний имеют гиганты на примере трех крупных грузовых компании: FedEx, UPS, DHL.[4]

У FedEx из 660 судов только 60 гигантов, у UPS из 212 самолетов 50 гигантов, а у DHL  13 гигантов из 98. Таким образом, можно заметить, что гиганты занимают только 10 % всего магистрального грузового парка. 

Но нельзя и недооценивать значение гигантов в грузоперевозках. АН-225 способен перевезти за сутки те грузы, которые шли бы по морю месяцы. Boeing B777-ые и B747-ые позволяют нам перевезти грузы из сердца Европы в Америку, не прибегая к помощи морских судов. Это значит, что гиганты в грузовом сегменте занимают хоть и малую, но очень важную нишу.

3.3. Использование самолетов гигантов в научной сфере

Основной парк научной авиации – легкие, чаще всего турбовинтовые самолеты. Аэрофотосъемка, воздушные исследования и другие задачи авиации в науки легче и главное дешевле выполнять с помощью малой авиации. Но опять же функции перевозки массивного оборудования, транспортировку запчастей для строительства оборудования можно отнести к научным функциям гигантов. 

История сотрудничества авиации и науки знает уникальные примеры использования самолетов гигантов.  Суда Boeing В747 и Антонов Ан-225 Мрия выполняли функцию перевозки космического шаттла с одного места на другое  (АН-225 транспортировал Буран с завода на Ле-Бурже и на Байконур, 747-ой выполнял похожие функции), следует отметить, что Ан-225 был построен специально для выполнения этой задачи. 

Вклад гигантов в развитие науки невелик, но без них многие исследования стали бы дорогостоящими и значительно более длительными.

 

3.4. Работа самолетов-гигантов в чрезвычайных ситуациях

Как мы уже выяснили, гиганты обладают огромной пассажировместимостью и грузовместимостью. Это означает, что самолет может получить хорошее применение во время крупномасштабных катастроф.

Большое число пострадавших и раненых требует крупных, быстрых средств транспортировки. Для этого подходит только гигантская авиация. Ан-124 ВВС РФ регулярно доставляют пострадавших из отдаленных мест мира в региональные центры. Но как показала практика, легче использовать менее требовательные Ил-76, чем гиганты. Поэтому доля самолетов-гигантов в спасательных операциях мала.

А вот доставка гуманитарной помощи могла бы перенестись на плечи гигантов. Их доля в этом деле составляла бы примерно 10% всех гуманитарных перевозок. Это и перевозки воды и пищи, и перевозка специализированного транспорта для устранения последствий ЧП. 

В общей сложности мы видим, что гиганты нужны МЧС, но до их активного применения еще далеко. Поэтому гиганты не занимают никакой первостепенной ниши в этой сфере, и их функция при МЧС очень мала.

4. Проблемы использования гигантов

Активному использованию гигантов в мире препятствует множество проблем. Независимо от сферы использования самолеты-гиганты их трудности эксплуатации схожи. 

Первая проблема ‒ это высокая цена производства и эксплуатации самолета. На цену производства влияют и количество деталей, и их габариты, дороговизна материалов. Самолет приходится постоянно осматривать и модернизировать, что приводит к дополнительным затратам. 

Второй проблемой можно считать особые требования, предъявляемые к аэродромам, на которые эти самолеты совершают перелеты. Для них требуются высокая прочность летного поля, большое пространство на стоянке из-за своих габаритов. Длина полосы должна быть больше чем 3 км (например, для Boeing B747 – 3020 м). Такой инфраструктуры во многих аэропортах мира почти нет. Когда Boeing В747 вводился в эксплуатацию (впрочем, так же как и сейчас Airbus А380, обладающий гораздо большими габаритами), все задавались вопросом, а сможет ли такой самолет использоваться на аэродромах с обычным покрытием (ведь давление на единицу площади у гиганта несомненно выше чем у обычного ближне- или среднемагистрального самолета). Чтобы обойти эту преграду, создателям самолета пришлось оборудовать самолет большим числом гигантских шасси, что несомненно убрало проблему слабого покрытия, но и одновременно повысило цену на машину. Также требуется больше трапов для высадки пассажиров, а не все аэропорты располагают таким количеством техники. [2,13]

Третьей проблемой является рентабельность перевозок. На расстояниях до 1000 км авиация проигрывает в рентабельности поездам. А в перелетах до 5000 км гигантам приходиться соперничать со средними самолетами. На отрезке от 1000 км до 5000 км рентабельность гигантов зависит от загруженности маршрута, но сильно загруженных маршрутов не так много.Такие самолеты имеют от 3 и более двигателей, а, следовательно, удельный расход топлива очень велик, а ведь топливо стоит недешево. 

 

5. Перспективы развития самолетов-гигантов

В настоящие время началось активное усовершенствие инфраструктуры аэропортов в соответствие с требованиями времени. Увеличивается длина полос, прочность и размеры летных полей. В настоящее время активно повышаются объемы пассажиро- и грузоперевозок. Это значит, что количество воздушных судов будет увеличивается, а значит, гигантам придётся разгружать загруженные воздушные трассы, заменяя одним судном несколько самолетов малой вместимости. Следовательно, доля больших самолетов в мировом авиапарке будет только расти, и их задачи в почти всех сферах будут углубляться. Единственная сфера, в которой, наверное, присутствие гигантов не увеличится – военная сфера. В начале XXI века взят курс на сокращение армий и стратегического вооружения, а, значит, с одной стороны гиганты будут не так нужны, однако с другой стороны (ссылаясь на доклад ЦРУ конгрессу США) [1], масса и размеры армейской техники будут увеличиваться, следовательно, будут нужны более грузоподъемные машины и доля гигантов будет расти, следовательно, объем военных задач у самолетов-гигантов останется неизменным. Таким образом, приходим к выводу, что в ближайшие годы гиганты будут завоёвывать мировой рынок.

 

Вывод

Таким образом, мы показали растущую роль самолетов-гигантов в современной авиации. Эти самолеты применяются в различных сферах современной авиации: пассажирской, военной, грузовой, научной. Несмотря на трудности в эксплуатации таких самолетов (особая инфраструктура аэродромов,  высокая стоимость использования) эффект в использовании сверхбольших самолетов превышает экономические издержки и в будущем доля таких воздушных судов будет неуклонно расти. 

Источники

1. CRS report for congress «Strategic Airlift Modernization: Analysis of C-5

Modernization and C-17 Acquisition» William Knight and Christopher Bolkcom, Foreign Affairs, Defense, and Trade Division

2. http://science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/a3806.htm

3. http://www.puzatik76.narod.ru/index.html

4. Официальные сайты компаний UPS, FedEx и DHL

5. http://www.donbass.aero/m1/ru/company/fleet/size_a320  

6. http://news.bbc.co.uk/2/hi/business/4990780.stm

7. http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-17749/  история

8. Даффи П., Кандалов А. А.Н.Туполев человек и его самолеты (русское издание). Москва Московский Рабочий. 1999 264 с.

9. Архипова М.. Реактивные самолеты Вооруженных сил СССР и России. Полная энциклопедия. Минск «Харвест». 2010 239 с.

10. Gerhard Lang Flugzeuge Die bekanntesten Passagierflugzeuge der Welt. Изд. XXl 2009 404 с.

11. http://www.testpilot.ru/russia/sukhoi/kr/860/kr860.htm

12. http://aviaros.narod.ru/an-124.htm

13. http://leehamnews.wordpress.com/2010/07/07/747-8-vs-a380-costs-airlines-weigh-in/

14. https://aviationcargo.dhl.com/webedit/files/b727-200.pdf

15. Технические данные самолетов взяты с сайтов: www.boeing.com, www.md-11.org, www.airbus.com, www.airwar.ru.

 

 

Категория: Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год) | Добавил: Service (14.12.2013) | Автор: Максимов Михаил Антонович W
Просмотров: 3620 | Рейтинг: 5.0/2
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 (35176)
Зарипова Рузиля Ильфатовна (20398)
Щур Илья Андреевич (19140)
Нурсултан Данияр Ербулатович (17884)
Нурсултанов Данияр Ербулатович (17453)
Перемота Алексей Юрьевич (14341)
Миргазетдинова Розалия (13575)
Комлев Фёдор Михайлович (13130)
Щур Илья Андреевич (12962)
Киселёв Андрей Валерьевич (12956)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017