Содержание
Введение
1.Гиперзвуковая авиация
2.Беспилотные самолеты
3.Зарубежная гражданская авиация:
3.1. Магистральные супераэробусы
3.2. Дальнемагистральные самолеты
3.3. Сверхзвуковые пассажирские самолеты
3.4. Исследования перспективных пассажирских самолетов
4. Самолеты-амфибии
5.Аппараты, использующие экранный эффект
Заключение
Литература
Введение
Во все времена и у всех народов транспорт играл важную роль. На современном этапе значение его неизмеримо выросло. Сегодня существование любого государства немыслимо без мощного транспорта.
В ХХ в. и в особенности во второй его половине произошли гигантские преобразования во всех частях света и областях человеческой деятельности. Рост населения, увеличение потребления материальных ресурсов, урбанизация, научно-техническая революция, а также естественно-географические, экономические, политические, социальные и другие фундаментальные факторы привели к тому, что транспорт мира получил невиданное развитие как в масштабном (количественном), так и в качественном отношениях. Наряду с ростом протяженности сети путей сообщения традиционные виды транспорта подверглись коренной реконструкции: значительно увеличился парк подвижного состава, во много раз поднялась его провозная способность, повысилась скорость движения. В то же время на первый план вышли транспортные проблемы. Эти проблемы по преимуществу относятся к городам и обусловлены чрезмерным развитие автомобилестроения. Гипертрофированный автомобильный парк крупных городов Европы, Азии и Америки вызывает постоянные пробки на улицах и лишает себя преимуществ быстрого и маневренного транспорта. Он же серьезно ухудшает экологическую обстановку.
Транспорт как особо динамичная система всегда был одним из первых потребителей достижений и открытий самых различных наук, включая фундаментальные. Более того, во многих случаях он выступал прямым заказчиком перед большой наукой и стимулировал ее собственное развитие. Трудно назвать область исследований, не имевшую отношения к транспорту. Особенное значение для его прогресса имели фундаментальные исследования в области таких наук, как математика, физика, механика, термодинамика, гидродинамика, оптика, химия, геология, астрономия, гидрология, биология и другие. В неменьшей степени транспорт нуждался и нуждается в результатах прикладных исследований, проводимых в области металлургии, машиностроения, электромеханики, строительной механики, телемеханики, автоматики, а в последнее время электроники и космонавтики. В свою очередь некоторые открытия и достижения, полученные в рамках собственно транспортных наук, обогащают другие науки и широко используются во многих нетранспортных сферах народного хозяйства.
Дальнейший прогресс транспорта требует использования последних, постоянно обновляемых результатов науки и передовой техники и технологии. Необходимость освоения возрастающих грузовых и пассажирских потоков, усложнение условий для сооружения транспортных линий в необжитых, трудных по топографии районах и крупных городах. Стремления повысить скорость сообщений и частоту отправления транспортных единиц, необходимость улучшения комфорта и снижения себестоимости перевозок – все это требует совершенствования не только существующих транспортных средств, но и поиска новых, которые могли бы более полно удовлетворить поставленным требованиям, чем традиционные виды транспорта. К настоящему моменту разработано и реализовано в виде постоянных или опытно-эксплуатационных установок несколько новых видов транспортных средств и значительно больше существует в виде проектов, патентов или просто идей.
Все сказанное в полной мере относится к воздушному транспорту, который является одним из наиболее динамично развивающихся видов транспорта. В соответствии с основными направлениями развития народного хозяйства гражданской авиации предстоит дальнейшее увеличение объемов перевозок и пассажиров и грузов преимущественно на большие расстояния и в трудно доступные районы. Одновременно к воздушному транспорту повышаются требования в части экономичности, регулярности, комфорта и полного обеспечения безопасности полетов. В этих условиях необходимо расширение и углубление научных исследований и опытно-конструкторских разработок для решения сложных научно-технических проблем.
1.Гиперзвуковая авиация
После появления технологии "стелс", в настоящее время применяемой в конструкции практически всех новых боевых самолетов, создание летательных аппаратов различного назначения с повышенными боевыми возможностями (гиперзвуковые управляемые ракеты, ударные беспилотные летательные аппараты, воздушно-космические самолеты), по мнению западных специалистов, становится наиболее важным перспективным направлением и новым этапом развития военной авиации. Возрастающий интерес к таким проектам объясняется в первую очередь подготовкой ВВС США к ведению боевых действий на гиперзвуковых скоростях в воздушном пространстве, а также в космосе. Зарубежные эксперты отмечают, что концептуальные принципы ведения боевых действий - господство в воздухе и космосе, глобальная досягаемость и высокая точность поражения - подразумевают использование имеющихся возможностей по размещению в космосе систем нападения. американские военные специалисты ссылаются на то, что в соответствии с международными соглашениями запрещается создание систем ядерного оружия космического базирования, но при этом в них не оговариваются ограничения на размещение там обычного оружия. По их мнению, осуществление планов создания гиперзвуковых летательных аппаратов и боевых воздушно-космических самолетов позволит в течение ближайших 15 лет добиться высокого уровня живучести средств нанесения ударов, "несмотря на любые технологические достижения вероятного противника в разработке систем защиты от них". Кроме того, космические аппараты смогут достигать любой точки на поверхности земли в пределах нескольких десятков минут, что обеспечит более быстрое реагирование на кризисные ситуации без использования баз, расположенных на чужих территориях. Как полагают военные специалисты, конструктивно новые воздушно-космические самолеты будут отличаться от существующих космических аппаратов благодаря использованию ряда передовых концепций и технологий, применяемых при разработке некоторых атмосферных летательных аппаратов.
По сообщениям зарубежной печати, в настоящее время ведутся HИОКР по созданию летательных аппаратов следующих видов (по американской классификации):
* сверхзвуковые (выполняющие полеты на скоростях M = 4-6),
* гиперзвуковые (от М = 8 до М = 10-12, в качестве компонента горючей смеси, использующие атмосферный кислород),
* тpансатмосфеpные TAV (Transatmospheric Vehicles, выполняющие полеты как субоpбитальные, так и в верхних слоях атмосферы).
Нет сомнений, что для производства таких летательных аппаратов потребуются новые технологии, в частности, для получения высокоэнергетических видов топлива, создания высокоскоростных двигателей многоразового использования, материалов, выдерживающих высокие температуры, а также систем охлаждения и управления полетом. Необходимо, кроме того, тщательное изучение проблем аэродинамики, в том числе взаимного влияния на траекторию полета управляющих поверхностей планера и режимов работы двигательной установки. О внимании, которое руководство США уделяет созданию ударных космических систем и гиперзвуковых летательных аппаратов, свидетельствует интенсивность исследований в этой области. Западные СМИ отмечают, что в настоящее время американские ВВС и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (HАСА) осуществляют финансирование нескольких программ, причем с такой активностью, которая не отмечалась с начала 60-х годов.
В частности, компания "Боинг" совместно с лабораторией "Филипс" ведет разработку орбитального беспилотного воздушно-космического самолета, получившего наименование космический маневренный аппарат SMV (Space Maneuver Vehicle, условное наименование Х-40). Такие аппараты предполагается применять для ведения тактической разведки, сопровождения других космических аппаратов, в качестве носителя наступательного оружия и для быстрой идентификации объектов в космосе.
В августе 1998 года американские специалисты приступили к летным испытаниям масштабной модели SMV (масса 1180 кг, длина 7 м). В ходе первого этапа были проверены его аэродинамические характеристики, система управления полетом в режиме подвески к вертолету UH-60, а также возможности летательного аппарата по самостоятельному выполнению полета и посадки. Hа втором этапе в процессе субоpбитальных запусков намечается провести летные испытания аппарата на скорости М = 15 - 20. Третий этап предусматривает проверку его боевых возможностей.
В последние годы в соответствии с совместными программами ВВС и HАСА возобновлены работы по созданию боевых малозаметных гиперзвуковых летательных аппаратов, скорость которых может достигать М = 10. В рамках одной из них, получившей наименование LoFLYTE (Low Observable Flight Test Experiment), на авиабазе Эдваpдс (штат Калифорния) проводятся испытания беспилотных летательных аппаратов. В ходе HИОКР исследуются их аэродинамические особенности, а также проверяется работа систем управления. Один из трех построенных экспериментальных беспилотных летательных аппаратов потерпел аварию в феврале 1997 года, а два оставшихся должны выполнить шесть полетов с целью проверки систем управления и навигационного оборудования. В частности, предусматривается его сопряжение с космической радионавигационной системой (КРHС) NAVSTAR. рассматривается возможность создания 8-й модели гиперзвукового самолета на базе мишени типа MQM-107 (рис.1.1). Специалисты HАСА рассчитывают оснастить ее новой силовой установкой - ракетным или прямоточным реактивным двигателем, благодаря чему, по их оценке, она сможет достичь скорости М = 5.
Рисунок 1.1. Гиперзвуковой самолет типа MQM-107
Еще одним направлением подобных исследований является программа HАСА, получившая название "Хайпеp-Х", которая оценивается в 33,4 млн доллаpов и рассчитана на 4,5 года , согласно которой предусматривается разработать три экспериментальных гиперзвуковых беспилотных летательных аппарата (рис.1.2). Длина фюзеляжа летательного аппарата 3,7 м, размах крыла 1,5 м, а в состав его силовой установки будет входить прямоточный воздушно-pеактивный двигатель (в качестве топлива намечено использовать водород). Запланированы четыре этапа исследовательских полетов: первый - на скорости М = 7, второй - М = 5,тpетий и четвеpтый -М = 10. К первому приступили в 1999 году. Пуски летательных аппаратов осуществляются с борта стратегического бомбардировщика В-52. Для достижения гиперзвуковой скорости беспилотные летательные аппараты предусматривается оснастить ускорителями, в качестве которых планируется применять pакеты-носители "Пегас" воздушного запуска.
Рисунок 1.2. Hiper-X
Hiper-X должен послужить базой для гиперзвуковых аппаратов различного назначения - от ударных самолетов до аэрокосмических систем выведения на орбиту. К 2016 г. возможно создание ударно-разведывательного гиперзвукового самолета, позднее - транспортного. К 2030-2040 гг. Boeing планирует создание пассажирского гиперзвукового лайнера. Пассажирский «Хайпер-Икс» будет в два раза меньше аэробуса и у него не будет иллюминаторов - их 250 пассажирам заменят в салоне настенные экраны, на которых будут показывать видеозапись панорамы облаков.
Длина самолета, м
Обе программы свидетельствуют о стремлении создать надежные и эффективные боевые гиперзвуковые летательные аппараты (в опубликованном в 1996 году документе "Глобальное воздействие: перспективы ВВС в XXI веке" говорится о необходимости уделять больше внимания этому направлению разработки боевых самолетов нового поколения). В 1996 - 1997 годах осуществлялось приоритетное финансирование программ LoFLYTE и "Хайпеp-Х", в которых используются результаты предыдущих экспериментов, проводившихся, в частности, на одноступенчатом орбитальном ЛА Х-30.
Фиpма "Боинг" и консорциум "Локхид-Маpтин" выразили готовность присоединиться к указанным программам, в рамках которых они ведут конкурентную борьбу за право получения контракта на разработку полномасштабной модели гиперзвукового летательного аппарата.
Как полагают американские специалисты, основные трудности будут связаны с созданием силовых установок и систем управления полетом. С 1997 года в США разрабатывается прямоточный воздушно-pеактивный двигатель со сверхзвуковым горением (то есть ГПВРД - гиперзвуковой прямоточный воздушно-pеактивный двигатель). HИОКР ведутся на испытательном полигоне "Кайсеp Маpкваpдт" и в научной лаборатории (GASL), Большинство текущих программ по созданию гиперзвуковых летательных аппаратов в основном рассчитаны на проведение крупномасштабных демонстрационных испытаний. Хотя в планы Пентагона не входит их крупномасштабное финансирование (подобное осуществляемому при организации серийного производства тактических истребителей F-22), однако, по прогнозам западных экспертов, в результате проводимых HИОКР в США появятся принципиально новые технологии, которые позволят в ближайшем будущем создать гиперзвуковые боевые летательные аппараты.
Hа достижение более быстрых и конкретных результатов рассчитаны программы создания высокоэффективных ГПВРД для управляемых ракет различного назначения. В частности, с 1995 года в рамках программы ВВС "HyTech" (Hypersonic Technology Program) отрабатывается технология перспективного прямоточного воздушно-pеактивного двигателя со сверхзвуковым горением, который может обеспечить управляемой ракете скорость полета М = 8. В программе на конкурсной основе принимают участие американские фирмы "Пpатт энд Уитни" и "Аэpоджет". экспериментальные образцы двигателей оснащены нерегулируемыми воздухозабоpниками и двухмерными соплами с одной подвижной створкой. Согласно предъявляемым требованиям дальность полета крылатой ракеты массой 1300 кг должна составлять 1300 км и запускаться с борта стратегических бомбардировщиков или тактических истребителей. Конструкция двигателя, как ожидается, будет иметь постоянную геометрию проточной части. При этом для управления режимами его работы предполагается использовать регулирование расхода топлива с управлением воздушным потоком с помощью дpосселиpования.
По расчетам американских специалистов, требуемые характеристики силовой установки могут быть получены при использовании углеводородного топлива. Отказ от применения чистого водорода они объясняют тем, что, хотя это и упростило бы процесс достижения высоких характеристик ГПВРД, но вместе с тем вызвало бы необходимость решения новых проблем. В частности, появление такого энергоносителя повлекло бы увеличение объема топливных баков, а следовательно, геометрических размеров и массы планера, не говоря о сложностях, связанных с производством, транспортировкой и хранением водорода на борту летательного аппарата. Так как энеpгосодеpжание простых углеводородов ограничивает максимальную скорость аппаратадо М = 8, специалисты исследуют эндотермическое топливо, представляющее собой углеводороды с химической добавкой, которая способна разлагать их под воздействием высокой температуры. При этом происходит освобождение водорода и олефина (ненасыщенный углеводород этиленового ряда с одной двойной связью - СnH2n ). Эндотермическое топливо поглощает во много раз больше теплоты, чем стандартные топлива, поэтому считается, что оно способствует охлаждению планера и подсистем, а также позволяет увеличить тягу двигателя благодаря повышенному энеpгосодеpжанию водорода.
Согласно докладу "Hовые мировые перспективы", подготовленному научным консультативным советом ВВС США, начало производства эндотермических видов топлива намечается не ранее 2005 года, после чего летательные аппараты, оснащенные ГПВРД, при использовании такого энергоносителя будут способны достичь скорости, соответствующей числу М = 10.
зарубежные специалисты не исключают также возможность применения эндотермических углеводородов в качестве топлива для силовых установок гиперзвуковых боевых самолетов. Их преимуществом перед криогенными видами топлива является высокая плотность и возможность хранения при нормальных температурах. Это позволит упростить управление топливной системой, уменьшить размеры аппарата, его массу и лобовое сопротивление, особенно на более низких скоростях.
Отмечается, что при разработке технологий, необходимых для создания гиперзвуковых управляемых ракет, в меньшей степени возникают такие сложные проблемы, с которыми сталкиваются специалисты при проектировании гиперзвуковых летательных аппаратов (нагрев обшивки и структурная долговечность, срок службы, обеспечение многократного использования). По этому в настоящее время американское военное ведомство уделяет большое внимание подобным исследованиям.
Среди проектов, предусматривающих создание конкретных образцов ракетного вооружения, в западной военной прессе называлась программа MENS (Mission Element Need Statement) BMC США, утвержденная в мае 1997 года. В соответствии с ней планируется разработать первую гиперзвуковую (скорость до М = 8) ракету, получившую наименование "Фастхок". HИОКР ведет фирма "Боинг". Сообщается, что ракета предназначена для поражения как высокомобильных, так и защищенных стационарных наземных объектов. Ожидается, что ее проникающая способность значительно возрастет за счет высокой скорости соударения. Предполагается, что новая ракета будет оснащена некpиогенным ПВРД со сверхзвуковым горением. В соответствии с имеющимися планами продолжительность этого этапа разработки составит 18 месяцев. Hекотоpые эксперты полагают, что гиперзвуковая ракета может быть создана за достаточно короткий срок, и даже рассматривают ее как возможную альтернативу дозвуковой ракете типа SLAM ER или управляемой ракете JASSM класса "воздух - земля".
Поступление управляемых ракет на вооружение, по оценке американских экспертов, ожидается к 2010 году. Как отмечается в западной печати, успехи европейских специалистов в области разработки перспективных гипеpскоpостных ракет менее значительны по сравнению с достигнутыми американскими учеными и инженерами. Это объясняется недостаточным финансированием подобных исследований, так как средства военных бюджетовзападноевропейских государств направляются в основном на выполнение таких дорогостоящих приоритетных программ, как завершение разработки и организация серийного производства истребителя EF-2000, получившего официальное наименование "Тайфун" и "Рафаль", а также pакеты-носителя "Аpиан-5". Однако, как указывается в западной прессе, в отчетах консультативной группы HАТО по космическим исследованиям и разработкам (AGARD), подготовленным для военно-политического руководства государств - членов блока, отмечается, что гиперзвуковые управляемые ракеты HАВМ (Hypervelocity Air Breathing Missiles) с приемлемыми ТТХ, предназначенные для решения задач ПВО, поражения укрепленных (заглубленных) объектов противника и уничтожения целей, будут разработаны к 2020 году при условии обеспечения необходимого уровня финансирования. предполагается, что управляемые ракеты HАВМ будет оснащена ПВРД со сверхзвуковым горением, работающим на жидком углеводородном топливе (авиационный керосин). Она сможет достичь скорости полета М = 8 (2, 4 км/с). Согласно отчету AGARD успешная разработка и внедрение таких УР обеспечат вооруженным силам стран HАТО превосходство в воздухе, а также существенно повысят их боевые возможности в следующем столетии.
В отчете отмечается, что в течение последних десяти лет западные специалисты уделяли большое внимание созданию ПВРД со сверхзвуковым горением, работающим на водородном топливе, а также pакет-носителей нового поколения. Кроме того, приводятся данные наземных испытаний таких двигателей, в качестве энергоносителя в которых применялся керосин. В соответствии с полученными результатами предпочтение отдается концепции использования топлива, имеющего высокий уровень теплопоглощения (углеводородное или эндотермическое). Западные эксперты полагают, что на первом этапе такими двигателями будут оснащаться гиперзвуковые управляемые ракеты средней и большой дальности (750 - 2500 км), носителями которых будут бомбардировщики или тактические истребители. Кроме того, считается целесообразным создание гиперзвуковых самолетов, предназначенных для ведения стратегической разведки, а также для запусков космических объектов. применение ПВРД со сверхзвуковым горением вместо стандартных прямоточных воздушно-pеактивных или ракетных двигателей, как отмечают западные эксперты, дает следующие преимущества:
* возрастание скорости до М = 14,
* десятикратное увеличение удельного импульса тяги силовой установки,
* вдвое большая дальность полета,
* сокращение времени поддета управляемой ракеты к цели (расстояние 1200 км преодолевает всего за 15 мин).
По оценкам специалистов AGARD, управляемая ракета HАВМ будет иметь массу 1400 - 1600 кг при дальности полета после запуска 1200 - 1500 км. В отчете выделены два основных класса гиперзвуковых летательных аппаратов: кpылатые pакеты большой дальности и беспилотные летательные аппараты (предназначены для нанесения ударов по наземным целям или ведения разведки); пpотивоpакеты для системы ПРО на ТВД (для уничтожения баллистических ракет на начальном участке траектории). предполагается, что при создании гиперзвуковых летательных аппаратов западные специалисты сосредоточат свои усилия на разработке аеpодинамики аппарата, входного устройства двигателя, камеры сгорания, конструкционных материалов, топлива, стартового ускорителя и бортовых систем (обнаружения и сопровождения цели, управления полетом). Указывается на необходимость международного сотрудничества в рамках HАТО для достижения в кратчайшие сроки оптимального результата в создании таких систем вооружения. При этом Франция, Германия и Великобритания называются в числе основных партнеров США.
Как отмечают западные СМИ, наибольших успехов в разработке гиперзвуковых летательных аппаратов среди европейских фирм добилась французская "Аэpоспасьяль". Ее специалисты занимаются общими исследованиями в области гиперзвуковых технологий, работают над проектом создания разведывательного радиоуправляемого самолета, получившего наименование HAHV (Hаute Altitude/Halite Vitesse). В 1997 году в г.Паpиже во время организованной по инициативе AGARD конференции по вопросам разработки гиперзвуковых летательных аппаратов обсуждался ряд вариантов HAHV, в том числе проект разведывательного самолета, способного выполнять полет на гиперзвуковых скоростях на высоте 30 - 35 км. В состав его бортового оборудования предполагается включить РЛС с синтезиpованием апертуры, а также комплект аппаратуры для ведения радиоэлектронной разведки (ELINT).
Hа основании проведенных исследований французские специалисты сделали вывод о том, что к 2020 году главные проблемы, возникающие при разработке технологии гиперзвуковых летательных аппаратов, способных выполнять полеты в верхних слоях атмосферы, будут решены. По их мнению, такие летательные аппараты будут широко применяться в ходе боевых действий, и в первую очередь для нанесения ударов по наземным объектам, а также для перехвата высоколетящих воздушных целей различного типа на больших расстояниях.
К числу конкретных разработок западные СМИ относят французский экспериментальный ГПВРД, получивший наименование "Чэмоис". Он прошел проверку в испытательном центре фирмы "Аэpоспасьяль" (расчетная скорость полета летательного аппарата с таким двигателем составит до М = 6,5).
В Германии усилия специалистов сосредоточены на исследовании возможности создания гиперзвуковых ракет для ПВО ближнего действия. HИОКР начались восемь лет назад в соответствии с программой создания высокоскоростных ракет HFК (Hochgeschwmdigkeits flug korper). В рамках этого проекта в настоящее время ведущие фирмы IABG, BGT и DASA ведут разработку гиперзвукового двигателя и систем управления такими управляемыми ракетами. Предполагается, что немецкие гиперзвуковые ракеты будут предназначены для поражения воздушных целей, в том числе самолетов, ударных вертолетов, противорадиолокационных ракет, тактических баллистических ракет, КР и ПКР.
HИОКР, помимо многочисленных теоретических исследований, моделирования и лабораторных испытаний, предусматривают проведение четырех летных испытаний экспериментальных ракет гиперзвуковой конструкции различных видов. Пеpвый полет pакета HFK-L1 успешно совершила в 1995 году над территорией полигона, расположенного возле г.Мелдоpф на побережье Северного моря. Она была разработана и произведена совместно фирмами DASA, LFK, BGT и "Байеpн Чеми". В ходе первого запуска предполагалось проверить, прежде всего, эффективность системы бокового управления в области гиперзвуковых скоростей. Специалисты фирмы DASA утверждают, что на траекторию полета управляемой ракеты при таком способе управления сильное взаимное влияние оказывает воздушный поток вокруг ракеты и выхлопные газы, выходящие из боковых (поперечных) двигателей. Подобные условия не могут с требуемой точностью моделироваться в аэродинамической трубе вследствие невозможности имитации набегающих потоков воздуха по ряду достаточно важных параметров. Сообщается, что для проведения исследований этого эффекта ракета была оборудована девятью боковыми двигателями поперечного управления, которые в ходе полета запускались в программируемой последовательности. Во время испытаний управляемая ракета, оснащенная мощным ракетным двигателем фирмы "Байеpн Чеми", за 0,8 с достигла скорости 1800 м/с (пpимеpно М = 5,3). Гиперзвуковая силовая установка имеет диаметр 220 мм. корпус и сопло двигателя ракеты изготовлены из углеpодно-кевлаpового композиционного материала. Управляемая ракета имеет одну ступень, состоящую из ускорителя и основного (маршевого) двигателя максимальной тягой более 200 кH. Соотношение тяги к массе равно примерно 10:1. В качестве энергоносителя используется алюминиpованное составное ракетное топливо с высокой скоростью горения. После достижения максимальной скорости на управляемую ракету были последовательно включены двигатели поперечного управления. При этом величина боковой перегрузки кратковременно достигала 30 g. Измеряемые параметры полета, а также температура на поверхности ракеты и в ее внутренних отсеках были зафиксированы с помощью бортового запоминающего устройства. Hекотоpые данные передавались на наземную станцию телеметрии. После 1,5 с полета управляемая ракета была уничтожена самоликвидатором. Важные системы ракеты, в частности инерциальная платформа, бортовой самописец и блок телеметрии, были найдены на удалении 3 км от места запуска. Hа следующем этапе специалисты DASA произвели запуски экспериментальных управляемых ракет на расстояние 12 км, в ходе которых проверялась устойчивость используемых в конструкции ракеты материалов к воздействию высоких температур. При этом отмечалось, что из-за воздушного трения ее обшивка нагревалась до 1200 Со, а агрегаты, расположенные в отсеках, - до 400 Со. Далее программой предусматривалась серия запусков экспериментальной ракеты HРК-L2, оснащенной 36 боковыми двигателями управления. В полете управляемая ракета выполняла маневры на максимальной скорости М = 5,3.
Используя полученные результаты, немецкие специалисты намерены решить вопросы управляемости ракеты. Ожидается, что испытания будут продолжены. При этом для создания перегрузок 50 g и более предполагается изменять траекторию движения управляемой ракеты при помощи аэродинамических поверхностей управления, а также в сочетании с воздействием боковых двигателей.
В иностранной прессе сообщается еще об одной подобной программе, осуществляемой немецкой фирмой LFK, которая ведет концептуальную разработку управляемых ракет, способной выполнять полет к цели на высокой сверхзвуковой или гиперзвуковой скорости. Предусматривается, в частности, оптимизировать аэродинамику ракеты для таких скоростей при дальности ее полета несколько сот километров, а также разработать силовую установку и систему управления полетом. Одним из ближайших проектов фирмы является создание управляемой ракеты класса "воздух - земля", получившей наименование ASS 500. Предполагается, что она будет иметь скорость до М = 4 и сможет поражать цели на дальности до 500 км. Отмечается, что немецкая аэрокосмическая лаборатория DLR тоже занимается разработкой ПВРД со сверхзвуковым горением.
Кроме того, проводимые в западных странах исследования в области гиперзвуковых скоростей направлены на создание малогабаритных твердотопливных ГПВРД, вмонтированных в снаряды, которые намечается использовать для поражения как воздушных целей (калибров 35 - 40 мм), так и бронетанковой техники (120 мм). В частности, сообщается об объединенной шведско-голландской программе, в рамках которой предполагается осуществить ряд запусков экспериментальных образцов этих снарядов. Основной проблемой в ходе исследований, по мнению западных экспертов, является разработка миниатюрного ГПВРД, конструкция которого должна выдерживать огромную перегрузку (до 100 000 g) после воспламенения порохового заряда. Подобные исследования в настоящее время проводятся во Франции (компания PROTAC), Израиле ("Рафаэль") и ЮАР ("Денел").
2.Беспилотные самолеты
"Беспилотники" различаются по массе (от аппаратов весом в полкилограмма, сравнимых с авиамоделью, до 10-15-тонных гигантов), высоте и продолжительности полета. Беспилотные летательные аппараты массой до 5 кг (класс "микро") могут взлетать с любой самой маленькой площадки и даже с руки, поднимаются на высоту 1-2 километра и находятся в воздухе не более часа. Как самолеты-разведчики их используют, например, для обнаружения в лесу или в горах военной техники и террористов. "Беспилотники" класса "микро" массой всего 300-500 граммов, образно говоря, могут заглянуть в окно, поэтому их удобно использовать в городских условиях.
За "микро" идут беспилотные летательные аппараты класса "мини" массой до 150 кг. Они работают на высоте до 3-5 км, продолжительность полета составляет 3-5 часов. Следующий класс - "миди". Это более тяжелые многоцелевые аппараты массой от 200 до 1000 кг. Высота полета достигает 5-6 км, продолжительность - 10-20 часов.
И, наконец, "макси" - аппараты массой от 1000 кг до 8-10 т. Их потолок - 20 км, продолжительность полета - более 24 часов. Вероятно, вскоре появятся машины класса "супермакси". Можно предположить, что их вес превысит 15 тонн. Такие "тяжеловозы" будут нести на борту огромное количество аппаратуры различного назначения и смогут выполнять самый широкий круг задач.
Если вспомнить историю беспилотных летательных аппаратов, то впервые они появились в середине 1930-х годов. Это были дистанционно управляемые воздушные мишени, используемые на учебных стрельбах. После Второй мировой войны, точнее, уже в 1950-х годах, авиаконструкторы создали беспилотные самолеты-разведчики. Еще 20 лет понадобилось на то, чтобы разработать машины ударного назначения. В 1970-х - 1980-х годах этой тематикой занимались конструкторские бюро П. О. Сухого, А. Н. Туполева, В. М. Мясищева, А. С. Яковлева, Н. И. Камова. Из туполевского КБ вышли беспилотные разведчики "Ястреб", "Стриж" и находящийся на вооружении и сегодня - "Рейс", а также ударный "Коршун, созданный совместно с НИИ "Кулон". Достаточно успешно занималось беспилотными самолетами КБ Яковлева, где разрабатывались аппараты "мини"-класса. Наиболее удачным из них стал комплекс "Пчела", который до сих пор стоит на вооружении.
В 1970-х годах в СССР были развернуты научно-исследовательские работы по созданию беспилотных самолетов с большой высотой и продолжительностью полета. Ими занималось ОКБ В. М. Мясищева, где разрабатывали машину "макси"-класса "Орел". Тогда дело дошло только до макета, но почти через 10 лет работы возобновили. Предполагалось, что модернизированный аппарат сможет летать на высоте до 20 км и находиться в воздухе 24 часа. Но тут наступил реформенный кризис, и в начале 1990-х годов программу "Орел" из-за отсутствия финансирования закрыли. Примерно в то же время и по тем же причинам были свернуты работы над беспилотным летательным аппаратом "Ромб". Этот уникальный по своей конструкции самолет, созданный совместно с "НИИ ДАР" при участии разработчика радиолокационной системы "Резонанс" Главного конструктора Э. И. Шустова, представлял собой разрезной биплан из четырех крыльев, составленных в виде ромба, в которые монтировались крупногабаритные антенны, обслуживающие радиолокационную станцию. Масса его была порядка 12 тонн, а полезная нагрузка достигала 1,5 тонны.
После первой волны разработок "беспилотников" в 1970-х - 1980-х годах наступило длительное затишье. Армию оснащали дорогостоящими пилотируемыми самолетами. Под них выделяли большие средства. Этим и определялся выбор тематики разработок. Правда, все эти годы "беспилотниками" активно занималось Казанское опытно-конструкторское бюро "Сокол". ОКБ "Сокол" стало, по существу, специализированным предприятием по производству беспилотных авиационных систем. Основное направление - беспилотные воздушные мишени, на которых отрабатываются боевые действия различных военных комплексов и наземных служб, в том числе и комплексов ПВО.
Сегодня беспилотные летательные аппараты "мини"- и "миди"-класса представлены достаточно широко. Их производство под силу многим странам, поскольку с этой задачей могут справиться небольшие лаборатории или институты. Что же касается аппаратов класса "макси", то для их создания нужны ресурсы целого авиастроительного комплекса.
В чем же преимущества беспилотных летательных аппаратов? Во-первых, они в среднем на порядок дешевле пилотируемых самолетов, которые нужно оснащать системами жизнеобеспечения, защиты, кондиционирования… Нужно, наконец, готовить пилотов, а это стоит больших денег. В итоге получается, что отсутствие экипажа на борту существенно снижает затраты на выполнение того или иного задания.
Во-вторых, легкие (по сравнению с пилотируемыми самолетами) беспилотные летательные аппараты потребляют меньше топлива. Представляется, что для них открывается более реальная перспектива и при возможном переходе на криогенное топливо.
В-третьих, в отличие от пилотируемых самолетов, машинам без пилота не нужны аэродромы с бетонным покрытием. Достаточно построить грунтовую взлетно-посадочную полосу длиной всего 600 метров. ("Беспилотники" взлетают с помощью катапульты, а приземляются "по-самолетному", как истребители на авианосцах.) Это очень серьезный аргумент, поскольку 70% аэродромов в Украине нуждаются в реконструкции, а темпы ремонта сегодня - один аэродром в год.
Основной критерий выбора типа летательных аппаратов - стоимость. Благодаря стремительному развитию вычислительной техники существенно подешевела "начинка" - бортовые компьютеры "беспилотников". На первых аппаратах использовались тяжелые и громоздкие аналоговые вычислительные машины. С внедрением современной цифровой техники их "мозг" стал не только дешевле, но и умнее, компактнее и легче. Это означает, что аппаратуры на борт можно взять больше, а ведь именно от нее зависят функциональные возможности беспилотных самолетов.
Если же говорить о военном аспекте, то беспилотные летательные аппараты находят применение там, где в разведывательной операции или воздушном бою можно обойтись без пилота. На IХ международной конференции по "беспилотникам", прошедшей в 2001 году во Франции, прозвучала мысль о том, что в 2010-2015 годах боевые операции сведутся к войне автоматизи рованных систем, то есть к противоборству роботов.
Специалисты "ОКБ Сухого" проанализировали развитие существующих в мире научно-технических программ по созданию "беспилотников" и обнаружили стойкую тенденцию к увеличению их размеров и массы, а также высоты и продолжительности полета. Аппараты с большим весом могут дольше находиться в воздухе, выше подниматься и дальше "видеть". "Макси" берут на борт более 500 кг полезной нагрузки, которая позволяет решать задачи большого объема и с лучшим качеством.
Анализ показал, что беспилотные самолеты класса "макси" и "супермакси" сегодня востребованы как никогда. Судя по всему, они могут изменить расклад сил на мировом рынке летательных аппаратов. Пока эта ниша освоена только американскими конструкторами, которые начали работать над "беспилотниками" "макси"-класса на 10 лет раньше нас и успели создать несколько очень хороших самолетов. Наиболее популярный из них "Глобал Хоук" (рис.2.1): он поднимается на высоту до 20 км, весит 11,5 тонны, имеет продолжительность крейсерского полета более 24 часов. Конструкторы этой машины отказались от поршневых моторов и оснастили ее двумя турбореактивными двигателями. Именно после показа "Глобал Хоука" на авиасалоне вЛе-Бурже в 2001 году на Западе началась борьба за захват нового сектора рынка.
Рисунок 2.1. .Американский беспилотный самолет "макси"-класса «Глобал Хоук»
Еще во время создания первых беспилотных самолетов "макси"-класса "Орел" и "Ромб" была разработана концепция, согласно которой начали строить беспилотные аппараты, обеспечивающие наилучшие условия для размещения в них полезной нагрузки. На "Ромбе", например, смогли совместить большие антенные блоки размером 15-20 м с элементами самолета. Получилась "летающая антенна". Сегодня создается, по сути, летающуя платформа для аппаратуры наблюдения. Соединив полезную нагрузку с бортовыми системами, можно получить полноценный интегрированный комплекс, максимально оснащенный радиоэлектронным оборудованием (рис.2.2). Это будет качественно новый вид авиационной техники - стратосферная платформа для решения задач, которые либо не по силам низко-, средневысотным пилотируемым и беспилотным машинам, либо требуют неоправданно больших затрат при выполнении их спутниковыми группировками.
Рисунок 2.2. Многоцелевой беспилотный летательный аппарат "Протеус" производства США
Весь мир уже осознал, какую пользу и экономию могут принести беспилотные летательные аппараты не только в военной, но и в гражданской сфере. Их возможности во многом зависят от такого параметра, как высота полета. Сегодня предел составляет 20 км, а в перспективе и до 30 км. На такой высоте беспилотный самолет может конкурировать со спутником. Отслеживая все, что происходит на территории площадью около миллиона квадратных километров, он сам становится своего рода "аэродинамическим спутником". Беспилотные самолеты могут взять на себя функции спутниковой группировки и выполнять их в режиме реального времени в рамках целого региона.
Чтобы из космоса вести фото- и киносъемку или наблюдать за каким-нибудь объектом, нужны 24 спутника, но и тогда информация от них будет поступать один раз в час. Дело в том, что спутник находится над объектом наблюдения всего 15-20 минут, а затем уходит из зоны его видимости и возвращается на то же место, совершив оборот вокруг Земли. Объект же за это время уходит из заданной точки, поскольку Земля вращается, и снова оказывается в ней только через24 часа. В отличие от спутника, беспилотный самолет сопровождает точку наблюдения постоянно. Проработав на высоте около 20 км более 24 часов, он возвращается на базу, а ему на смену в небо уходит другой. Еще одна машина находится в резерве. Это огромная экономия, поскольку беспилотные самолеты на порядок дешевле спутников.
Беспилотные самолеты могут конкурировать со спутниками и в сфере создания телекоммуникационных сетей и навигационных систем.
На "беспилотники" можно возложить непрерывное круглосуточное наблюдение за поверхностью Земли в широком диапазоне частот. Используя их, можно создать информационное поле страны, охватывающее контроль и управление движением воздушного и водного транспорта, поскольку эти машины в состоянии взять на себя функции наземных, воздушных и спутниковых локаторов (совместная информация от них дает полную картину того, что делается в небе, на воде и на земле).
Беспилотные летательные аппараты помогут решить целый спектр научных и прикладных задач, связанных с геологией, экологией, метеорологией, зоологией, сельским хозяйством, с изучением климата, поиском полезных ископаемых… Они будут следить за миграцией птиц, млекопитающих, косяков рыбы, изменением метеоусловий и ледовой обстановки на реках, за движением судов, перемещением транспорта и людей, вести аэро-, фото- и киносъемку, радиолокационную и радиационную разведку, многоспектральный мониторинг поверхности, проникая вглубь до 100 метров.
Потребность мирового рынка в беспилотных авиационных системах с большой высотой и продолжительностью полета представлена в виде диаграммы на рис. 2.3.
Сферы применения гражданского беспилотного самолета
ОБНАРУЖЕНИЕ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ:
* воздушных
* надводных
* наземных
УПРАВЛЕНИЕ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ:
* в труднодоступных районах
* при стихийных бедствиях и авариях
* на временных воздушных трассах в авиации народного хозяйства
КОНТРОЛЬ МОРСКОГО СУДОХОДСТВА:
* поиск и обнаружение судов
* предупреждение аварийных ситуаций в портах
* контроль морских границ
* контроль правил рыболовства
РАЗВИТИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ И МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ:
* системы связи, в том числе мобильные
* телерадиовещание
* ретрансляция
* навигационные системы
АЭРОФОТОСЪЕМКА И КОНТРОЛЬ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ:
* аэрофотосъемка (картография)
* инспекция соблюдения договорных обязательств
* (режим «открытого неба»)
* контроль гидро-, метеообстановки
* контроль активно излучающих объектов контроль ЛЭП
КОНТРОЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ:
* радиационный контроль
* газохимический контроль
* контроль состояния газо- и нефтепроводов
* опрос сейсмических датчиков
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕЛЬХОЗРАБОТ И ГЕОЛОГОРАЗВЕДКИ:
* определение характеристик почвы
* разведка полезных ископаемых
* подповерхностное (до 100 м) зондирование Земли
ОКЕАНОЛОГИЯ:
* разведка ледовой обстановки
* слежение за волнением моря
* поиск косяков рыбы
3.Зарубежная гражданская авиация
3.1.Магистральные супераэробусы
Наибольшее внимание в настоящее время привлекает программа разработки широкофюзеляжного самолета А3ХХ. 19 декабря 2000 г. наблюдательный совет фирмы «Эрабас» вместе с держателями акций - европейской компанией EADS и фирмой «ВАЕ Системз» - приняли решение об официальном начале программы разработки этого самолета, присвоив ему обозначение А380 (А3ХХХ). В эксплуатацию самолет А380 (рис. 3.1) поступит в начале 2006 г.
К моменту принятия решение фирма «Эрбас» получила 50 заказов (еще 42 заказа было оформлено по предварительным заявкам) от пяти авиакомпаний и одной лизинговой компании ILFC. Последним "стартовым" заказчиком самолета стала английская авиакомпания «Вирджин Атлантик», которая 15 декабря 2000 г. оформила заказ на шесть самолетов (еще шесть было зарезервировано). Первый самолет А380 авиакомпания «Вирджин Атлантик» получит в 2006 г. Среди других заказчиков авиакомпании «Эмирейтс», «Эр Франс», «Сингапур Эрлайнз» и «Кантес».
Комментируя решение наблюдательного совета, его председатель Манфред Бишоф сказал, что для фирмы «Эрбас» это является "прорывом на мировом рынке. Мы уверены, что новый самолет хорошее будущее и горды тем, что Европа обладает возможностями создания нового поколения авиационной техники".
Самолет в исходном варианте А380-800 рассчитан на перевозку 555 пассажиров. Использование передовых технологий позволит обеспечить снижение эксплуатационных расходов на 15-20% и увеличение дальности полета на 10-15% по сравнению с самолетом Боинг 747-400, который в настоящее время является самым вместительным самолетом. Самолет А380 будет превосходить самолет 747-400 на 35% по пассажировместимости и на 49% - по площади пассажирских салонов и помещений. Основные характеристики самолета представлены в табл.3.1
В разработке самолета А380 и изготовлении деталей его конструкции примут участие не только те фирмы, которые в свое время вошли в состав консорциума «Эрбас Индастри», но и девять фирм из других стран. Основные элементы планера будут изготавливаться во Франции, Великобритании, ФРГ и Испании, а окончательная сборка будет осуществляться на заводе в Тулузе. После летных испытаний самолеты будут переправляться на завод в Гамбург для установки интерьера и оборудования пассажирских салонов и покраски. Фирма «Эрбас» сообщила, что поставки самолетов А380 заказчикам в Европе и на Ближнем Востоке будут осуществляться с завода в Гамбурге, а для остальных заказчиков - с завода в Тулузе.
Фирма «Эрбас» предусматривает создание семейства самолетов А380, среди которых будут варианты на 481 и 656 мест, грузовой вариант A380-800F рассчитанный на платную нагрузку 150 т, и грузопассажирский.
Программа разработки самолета А380 оценивается в 11,7-12 млрд. долл. Начало летных испытаний первого опытного самолета намечено на 2004 г. Правительства европейских стран, участвующих в разработке самолета, согласились выделить кредиты в размере, не превышающим 30% стоимости разработки. Такая величина была одобрена в соглашении между США и ЕС, подписанном в 1992 г.
Также сообщается, что ведутся большие работы по уменьшению площади акустического следа самолета на местности при взлете и посадке. Фирма «Эрбас» провела переговоры с фирмой «Роллс-Ройс» и американским СП «Энджин Альянс» относительно модификации двигателей "Трент" 900 и GP7200 для снижения уровня шума. Разработчики двигателей согласились на некоторое увеличение диаметра вентиляторов, что позволит решить возникшую проблему.
Несмотря на то, что проект самолета А380 утвержден, планируется провести незначительные улучшения в местной аэродинамике. В частности, на концах крыла будут использованы новые вертикальные аэродинамические поверхности.
На сборочном комплексе фирмы «Эрбас» в Тулузе завершено строительство натурного макета фюзеляжа самолета А380 и в настоящее время ведется подготовка к оборудованию интерьера его кабины. С этой целью объявлен конкурс, в котором участвуют девять международных групп дизайнеров и стилистов. В ближайшее время будут отобраны четыре группы, из которых выберут победителя конкурса.
На основе исходного варианта будут созданы модификации А380-700 с укороченным фюзеляжем (480 мест в трех классах) и А380-900 с удлиненным фюзеляжем (656 мест в трех классах). Для авиалиний протяженностью 16200 км предназначен вариант A380-800R, который сможет перевозить 555 пассажиров. Предусматривается создание грузовых и грузопассажирских самолетов.
Если фирма «Эрбас» твердо решила идти по пути создания полностью нового самолета в классе на 550 мест, то фирма «Боинг» пытается идти другим путем. Следует, однако, отметить, что в начале 1990-х годов в США также исследовали проект сверхвместительного самолета VLCT, который внешне был похож на самолет А3ХХ (А380). Но в дальнейшем фирма «Боинг» решила, что создание полностью нового самолета на данном этапе нецелесообразно, и переориентировали свою деятельность на разработку новых вариантов самолета 747-400 с увеличенным числом мест. Специалисты фирмы считают, что самолет типа 747 еще имеет значительный потенциал для развития.
Попытки создания на основе самолета 747-400 более вместительных вариантов предпринимались не раз. Последняя была сделана в 1997 г., когда разрабатывались проекты 747-500 и 747-600. В начале 1998 г. от них отказались. В середине июня 2000 г. фирма «Боинг» объявила о новых планах разработки усовершенствованных вариантов самолета 747-400(рис.3.2), которые она рассматривает как альтернативу самолету А3ХХ. Работы ведутся одновременно по трем вариантам: 747-400Х , 747Х и 747Х "Стрэч".
Самолет 747-400Х по внешним размерам будет полностью идентичен самолету 747-400, отличаясь только установкой новой авионики и применением технических новшеств, позволяющих снизить затраты на эксплуатацию и обслуживание. Он также будет отличаться от исходного местными усилениями конструкции крыла, фюзеляжа и шасси, применением новых радиальных пневматиков, а также более рациональным использованием внутреннего объема. Интерьер пассажирского салона будет изменен; в его конструкции и отделке используется опыт разработки салона для самолета Боинг 777. Силовая установка самолета 747-400Х состоит из четырех ТРДД с тягой по 27-28,7 тс. Самолет сможет использоваться на таких маршрутах, как Лос-Анджелес - Сидней, Лондон - Сингапур и других, продолжительность полета на которых составляет почти 15 ч. Фирма полагает, что самолет 747-400Х появится в эксплуатации в третьем квартале 2002 г.
Второй проект 747Х (рис.3.3) отличается от исходного самолета 747-400 удлинением фюзеляжа на 2,8 м, в результате чего число мест в салоне трех классов увеличится до 430. За счет дополнительных топливных баков в кессоне центроплана запас топлива возрастет с 228280 до 274720 л. В результате дальность полета самолета 747Х составит 16620 км. Его предполагается использовать на маршрутах с продолжительностью полета до 18 ч (например, Сингапур - Чикаго или Нью-Йорк - Куала-Лумпур) .
Рисунок 3.3. Самолет 747Х
Наконец, самым радикальным проектом считается третий вариант 747Х "Стрэч". За счет увеличения длины фюзеляжа на 9,6 м число мест в салоне трех классов возрастет с 416 до 504-522, т.е. на 25%. Удлинение фюзеляжа достигается двумя дополнительными секциями: одна в районе верхнего пассажирского салона, а другая - за крылом. Более чем на 26% возрастет объем нижних грузовых отсеков: он будет равен 191 м3, что на 28,3 м3 больше, чем на самолете А3ХХ-100. По стоимости 1 место-км самолет 747Х "Стрэч" будет на 12 - 14% дешевле самолета 747-400 и на 3% дешевле самолета А3ХХ-100 при перевозках на международных авиалиниях.
На самолете 747Х "Стрэч" предполагается применить новое крыло, размах которого составит почти 70 м. В настоящее время фирма «Боинг» проводит активные исследования нового крыла, аэродинамические характеристики которого будут существенно улучшены по сравнению с исходным крылом, созданным по технологии 1960-х годов. Крыло предполагается оснастить усовершенствованными законцовками; фирма исследует несколько вариантов. На самолете будет применено новое основное шасси, а также изменена конструкция поверхностей оперения.
Фирма Боинг полагает, что эксплуатация самолета 747Х "Стрэч" может начаться во второй половине 2005 г., т.е. практически одновременно с появлением самолета А3ХХ-100.
Сравнительные расчетные характеристики самолета 747-400 и его будущих вариантов приведены в табл. 3.2
3.2.Дальнемагистральные самолеты
Кроме вышеупомянутых программ фирмы «Эрбас» и «Боинг» ведут разработку других самолетов, из которых наиболее важными являются программы создания европейских самолетов А340-500 и А340-600 и американских 777-200LR и 777-300ER.
Самолеты А340-500 и А340-600 представляют собой дальнейшее развитие семейства дальнемагистральных самолетов А340. Новые самолеты должны, по мнению фирмы «Эрбас», потеснить на мировом рынке американские самолеты Боинг 747-400. Предполагается, что до 2016 г. может быть продано 500-800 таких самолетов. К настоящему моменту уже продано по твердым заказам почти 130 самолетов А340-500 и А340-600.
На сборочном комплексе фирмы «Эрбас» в Тулузе в конце 2000 г. была завершена сборка первого опытного самолета А340- 600, летные испытания которого начались в апреле 2001 г. В декабре 2001 г. начались летные испытания опытного самолета А340-500.
Оба самолета отличаются от серийного А340-300 удлиненными фюзеляжами, крылом увеличенного размаха, а также силовой установкой. Фюзеляж самолета А340-500 удлинен на 3,2 м, в результате чего число мест в салоне трех классов возросло до 313. При этом дальность полета составит 15750 км. Длина самолета А340-600 увеличена на 10,7 м, а число пассажиров в салоне трех классов - до 380. Самолет рассчитан для эксплуатации на авиалиниях протяженностью 13900 км.
Самолет А340-500 по дальности полета сопоставим с самолетом Боинг 777-200LR, но при этом не требует установки дополнительных топливных баков, обеспечивая дополнительный объем в грузовых отсеках. Этот вариант предназначен для полетов из Европы в Азию и Южную Америку. Сравнительные характеристики самолетов семейства А340 даны в табл. 3.3
Размах крыла, м
Максимальная взлетная масса, т
Для создания максимальных удобств пассажирам во время длительных беспосадочных полетов на самолетах А340-500 и А340-600 по желанию заказчика в нижних грузовых отсеках предусмотрено размещение нескольких душевых комнат, а также спальных отсеков для пассажиров и членов экипажа.
Для новых самолетов было разработано усовершенствованное крыло, размах которого увеличен с 60,3 до 63,5 м. Кроме увеличенного размаха крыло отличается от существующего большими размерами центроплана и усиленной конструкцией.
Впервые в практике фирмы «Эрбас» на самолетах семейства А340 будут использоваться двигатели Роллс-Ройс "Трент" 500, а не ТРДД CFM Интернешнл CFM56-5C4. В июне 2000 г. на летающей лаборатории А340-300 начались летные испытания двигателя "Трент" 500. Двигатель имеет максимальную стендовую тягу 27,2 тс, но при установке на самолетах А340-500 и А340-600 его тяга будет уменьшена до 24 - 25,4 тс.
Двигатель разработан на основе ТРДД "Трент" 700 и 800, но имеет несколько уменьшенные размеры. Он выполнен по традиционной для фирмы «Роллс-Ройс» трехвальной схеме. Вентилятор (диаметр 2,6 м) имеет 26 широкохордных лопаток, изготовленных из титановых сплавов методом сверхпластичного формования и диффузионной сварки. Лопатки турбин высокого, промежуточного и низкого давления выполнены из монокристаллического сплава CMSX-4, который обеспечивает увеличенный ресурс и не требует дополнительного охлаждения.
Особое внимание фирма «Роллс-Ройс» уделила разработке камеры сгорания. За счет использования новых жаропрочных материалов (на основе никеля) ее ресурс увеличен до 15000-20000 ч. Новая камера сгорания полностью соответствует стандарту САЕР/2 (ИКАО) по уровням эмиссии и дымления. Фирма заявила, что по эмиссии окислов азота (NOx) камера сгорания почти на 25% лучше еще не утвержденного стандарта САЕР/4.
В программе летных сертификационных испытаний будет занято три опытных самолета А340-600, которые должны налетать более 1500 ч. Первые два самолета предназначены для определения летных характеристик и испытаний силовой установки, а третий будет иметь полностью оснащенный пассажирский салон и будет использоваться для отработки полетов по маршрутам.
Сертификация самолета должна быть завершена до конца 2002 г. Ранее ее планировалось закончить в марте 2002 г., но из-за дополнительных работ по совершенствованию крыла сертификация была перенесена. Опытный самолет А340-500 будет построен только в одном экземпляре; по программе сертификации он должен налетать 400 ч. Его сертификация будет завершена в ноябре 2002 г. Ответственными за сборку секций фюзеляжей самолетов А340-500 и А340-600 являются бывшие фирмы «Аэроспасьяль Матра» и DASA, которые в настоящее время вошли в состав европейской компании EADS, а также фирмы SABCA (Бельгия), SAAB и «Сторк/Фоккер» (Нидерланды). Для сборки передней и центральной секций в Сент-Назере (Франция) был построен специальный сборочный комплекс, откуда они на грузовых самолетах A300-600ST "Белуга" доставляются в Тулузу. Хвостовая секция фюзеляжа изготавливается в Гамбурге (Германия). Консоли крыла собираются на заводе фирмы ВАЕ Системз и доставляются в Тулузу также на самолетах "Белуга".
Основными конкурентами новым моделям самолета А340 должны стать разрабатываемые фирмой «Боинг» новые варианты самолета 777 . В начале 2000 г. президент фирмы «Боинг» Фил Кондит и президент фирмы «Дженерал Электрик» Джек Уэлч на совместной пресс-конференции объявили официальное начало программы разработки сразу двух широкофюзеляжных дальнемагистральных самолетов: 777-200LR и 777-300ER.
Самолеты 777-200LR и 777-300ER являются конкурентами самолетам «Эрбас» А340-500 и А340-600. Однако, если самолеты фирмы «Эрбас» проходили летные испытания в течение 2001 г., то первые полеты новых вариантов самолета 777 начнутся не ранее второй половины 2002 г. Поставки самолета 777-200LR планируется начать в сентябре 2002 г., а самолета 777-300ER - в январе-марте 2003 г.
Оба самолета являются более вместительными вариантами серийных самолетов 777-200 и777-300 и предназначены для авиалиний большой протяженности, где время полета составляет14-18 ч. Самолеты предполагается использовать на маршрутах Нью-Йорк - Сингапур, Атланта - Гонконг, Даллас - Сидней, Париж - Лос-Анджелес, Лондон - Йоханнесбург, Рим - Чикаго и т.д. Фирма Боинг также заявила, что самолет 777-300ER по своим характеристикам рассматривается как будущая замена широкофюзеляжным самолетам 747-100 и -200.
3.3.Сверхзвуковые пассажирские самолеты
Если в США исследования по СПС второго поколения прекращены, то в Европе, в частности, во Франции они продолжаются, хотя не такими высокими темпами. В сентябре 1999 г. во Франции был сформирован технический комитет COS по определению основных ориентиров разработки СПС второго поколения должен был в 2000 г. представить правительству Франции отчет, в котором будут определены основные направления НИОКР, связанные с изучением возможности создания нового СПС. Он должен также сделать предложения в части организации исследовательских лабораторий, главным образом в университетах. Следующим этапом будет оценка возможности расширения работ в общеевропейском масштабе. Возглавляет комитет COS профессор Себастьян Кандель, заведующий лабораторией Центральной парижской школы.
Комитет привлек к своей деятельности большое число специалистов, включая около 40 ведущих экспертов по различным специальностям: аэродинамика, силовые установки, материалы, теории горения и т.д. Среди них были специалисты из фирм «Аэроспасьяль Матра» ( в настоящее время компания EADS), «Дассо Авиасьон», SNECMA и других, а также из ведущих научных центров, университетов и лабораторий (ONERA, CNES, ESA, Метео Франс и т.д.). Всего было привлечено свыше 70 научных организаций. В комитете были созданы пять рабочих групп, которые формировались по числу главных технических проблем, а не по количеству научных тем. С другой стороны, это позволяло комбинировать исследования по различным научным дисциплинам.
В группах обсуждались следующие проблемы:
* воздействие высоких температур при полетах на сверхзвуковом крейсерском режиме;
* шум на этапах взлета, захода на посадку и посадки, а также проблема звукового удара;
* сгорание топлива и эмиссия;
* оптимизация различных этапов полета;
* интеграция системы "планер - силовая установка" с социально-экономическими аспектами эксплуатации СПС.
Перед началом работы пяти рабочих групп комитет COS обратился к университетским лабораториям с предложениями по изучению таких важнейших взаимосвязанных тем как влияние СПС на окружающую среду, аэродинамика, материалы и бортовые системы. Кандель сообщил, что было получено более 70 ответов, что значительно больше, чем ожидалось (с учетом чрезвычайно небольшого финансирования). Такая ситуация, по его мнению, сложилась из-за того, что фирмы стремятся завершить работы по тем проблемам, которыми они занимаются уже более 10 лет. Речь не идет о том, чтобы подменить промышленность, а о том, чтобы дополнить ее деятельность работами университетских лабораторий. По мнению Канделя, преимуществом этих лабораторий будет возможность анализа проблем, не касающихся непосредственно создания самого СПС, что будет поручено промышленным фирмам. Сотрудники университетов сосредоточат свои усилия на теоретических исследованиях, в частности, проблемах уменьшения уровня шума и эмиссии окислов азота. Их деятельность уже привела к успешному решению ряда вопросов, в частности, при разработке и испытаниях новой ракеты-носителя "Ариан" 5 удалось совместно с ONERA решить проблему акустической вибрации, а также справиться с вопросом нестабильности процессов сгорания в реактивных двигателях.
Деятельность комитета COS должна помочь правительству Франции, авиационным фирмам и организациям дать ответ на вопрос: возможно ли в ближайшее время создание нового СПС, способного не только успешно конкурировать на рынке воздушных перевозок, но и возвратить вложенные инвестиции.
Несколько лет тому назад фирмы «Аэроспасьяль» и «Бритиш Аэроспейс» вели совместные исследования проекта СПС "Альянс" (рис.3.4), который рассматривался как замена самолету "Конкорд". Позднее к этим работам присоединилась фирма DASA, после чего была сформирована европейская программа исследований СПС нового поколения ESRP (European Supersonic Research Program).
В настоящее время рассматривается проект европейского СПС ESCT (European Supersonic Commercial Transport), рассчитанного на перевозку 250 пассажиров с крейсерским числом М=2. Согласно Национальной авиационно-космической академии Франции (ANAE), стоимость разработки СПС может составить 20 млрд. долл., а на создание силовой установки для него потребуется еще 6-7 млрд. долл. По словам члена научного совета академии Андре Дюбрессона, при расчетной цене самолета 350 млн. долл. (по текущему курсу) потребуется построить 400 самолетов ESCT, что сделает программу прибыльной. В эксплуатации самолет может появиться в конце второй половины 2010-х годов.
Следует отметить, что Управление гражданской авиации Франции (DGAC) пока не проявило интереса к возобновившимся исследованиям по новому СПС. Его представители заявили, что сейчас Франция и ее европейские партнеры сконцентрировали усилия на разработке самолета «Эрбас» А3ХХ и исследованиях нового широкофюзеляжного самолета для замены самолетов А300 и A310.
Руководитель перспективных проектов бывшей фирмы «Аэроспасьяль Матра» Доминик Жентили сказал, что самолет ESCT вряд ли сможет летать над населенными районами суши со сверхзвуковой скоростью, но даже при этом он сможет эффективно обслуживать маршруты, связывающие 200 пар крупных городов. По его мнению, новый СПС может быть конкурентоспособным по прямым эксплуатационным расходам (ПЭР) и привлекательным для авиакомпаний в том случае, если у него по сравнению с самолетом "Конкорд" будут на 40% меньше соотношение массы пустого снаряженного самолета к числу пассажирских мест, уменьшенное на 30% сопротивление, а также сниженные на более чем 10% удельный расход топлива при крейсерском числе М=2 и на 20% - на дозвуковом режиме (по сравнению с двигателями "Олимп" 593, используемыми на самолете "Конкорд").
Жентили сказал, что "сейчас мы не можем обеспечить такие амбициозные цели. Однако, полученные недавно результаты показали, что мы можем снизить соотношение массы пустого самолета к числу мест примерно на 30%, сопротивление - на 20%, расход топлива на сверхзвуковом режиме - на 7%, а на дозвуковом - на 15%". На фирме «Аэроспасьяль Матра» полагают, что это может быть получено за счет широкого использования композиционных материалов и титановых сплавов, современных достижений в аэродинамике высоких скоростей и силовых установок. Последние исследования проводились в предположении создания СПС взлетной массой 340 т, рассчитанного на перевозку 250 пассажиров на расстояние 10200 км с крейсерским числом М=2,05. Силовая установка состоит из четырех ТРДД MTF с изменяемым рабочим циклом; на дозвуковом режиме двигатель имеет степень двухконтурности 2,3, а на сверхзвуковом - 0,9.
Руководитель отдела перспективных исследований на фирме SNECMA Мариус Гутинэ заявил, что главной проблемой создания силовой установки для самолета ESCT является обеспечение при относительно малом диаметре двигателя современных норм по шуму. Он также добавил, что снижение удельного расхода топлива на 1 % эквивалентно уменьшению максимальной взлетной массы самолета на 5 т. Отработка отдельных элементов двигателя MTF проведена в ONERA. В частности, прошли испытания вспомогательные воздухозаборники (с помощью которых регулируется степень двухконтурности), а также усовершенствованные камеры сгорания с предварительным смешением топливо-воздушной смеси и испарением.
Специалисты по аэродинамике в ONERA считают, что другой важной проблемой является снижение сопротивления. Сейчас в ONERA ведутся исследования аэроупругости, распределения давлений, вихревых потоков и полей скоростей, методов минимизации сопротивления, а также целесообразности применения оребренных поверхностей ("риблетов") и усовершенствованных интерцепторов и предкрылков. Испытания в аэродинамических трубах должны экспериментально подтвердить расчетное снижение сопротивления трения на 6%.
Сравнительные характеристики самолетов "Конкорд" и ESCT приведены в табл.3.4.
Силовая установка
Руководитель отдела гражданской авиации в ONERA Кристина Мишо заявила, что новый СПС должен быть рассчитан на 60000 летных часов или 20000 летных циклов. Самолеты "Конкорд", совершающие полеты через Северную Атлантику, имеют средний годовой налет 700 ч.
Точных оценок размеров рынка самолетов ESCT пока нет. Рынок зависит от величины ПЭР, готовности пассажиров платить увеличенную цену за билеты и соответствия самолета более строгим нормам по шуму и дополнительным экологическим ограничениям. В середине 1990-х годов фирма Боинг полагала, что до 2020 г. может быть продано 800-1000 новых СПС, но при условии, что разработка самолета официально начнется в 2005 г. Выполненный недавно во Франции предварительный анализ рынка СПС показал, что имеется потребность в 500-1000 самолетов. Фирма «Эрбас» (не участвующая в исследованиях по СПС) полагает, что в 2025 г. в мире будет эксплуатироваться 575 самолетов ESCT. Специалисты консорциума по маркетингу сообщили, что при определении этого количества они рассмотрели 524 маршрута, на которых эксплуатация СПС может быть достаточно эффективной.
3.4.Исследования перспективных пассажирских самолетов
В течение 2000 г. за рубежом проводились различные НИОКР, направленные на исследования облика перспективных пассажирских самолетов, которые могут появитьсяв 2010-2020-х годах. Основные работы в этой области были сосредоточены в США и Европе.
NASA и фирма «Боинг» объявили, что в начале 2002 г. в летно-испытательном центреим. Драйдена собираются приступить к летным испытаниям модели LSV, в рамках исследований перспективного самолета, выполненного по концепции BWB (Blended Wing Body). Концепция BWB предусматривает создание тяжелых пассажирских и транспортных самолетов по схеме "летающее крыло". Первые исследования самолетов типа BWB начала фирма«Макдоннелл-Дуглас» в 1991 г. В то время она рассматривала проект 800-местного самолета с размахом крыла 88,1 м, длиной - 48,8 м и высотой - 12,2 м. В дальнейшем фирма провела испытания летающей радиоуправляемой модели.
В настоящее время работы по концепции BWB продолжает фирма «Боинг» совместно со специалистами NASA. Исследования ведутся по проекту самолета, рассчитанного на перевозку 450 пассажиров. Самолет имеет размах крыла 75,3 м, длину - 48 м и высоту - 13,7 м. Его силовая установка состоит из трех ТРДД. Расчетная дальность полета составляет 12900 км при крейсерской скорости, соответствующей числу M=0,85.
Летающая модель LSV (Low-Speed Vehicle) предназначена для исследований характеристик самолета BWB при малых скоростях полета (включая полет при отказе одного двигателя), на режимах сваливания и пикирования, а также бафтинга. Модель будет изготовлена в масштабе 0,142: размах крыла составит 10,67 м. Максимальная взлетная масса равна 817 кг. Силовая установка будет состоять из трех малогабаритных ТРДД Уильямс Интернешнл WJ24-8 тягой по 108 кгс.
Модель способна выполнять полеты на высоте 6100 м, хотя все полеты будут выполняться на высотах не более 3000 м. Скорость не будет превышать 280 км/ч, хотя модель рассчитана на максимальную скорость 370 км/ч. Ведущий специалист отдела НИЦ им. Лэнгли, занимающегося исследованиями "революционных" концепций летательных аппаратов, Роберт Маккинли сказал, что "мы не планируем достижение больших скоростей, а хотим определить характеристики подобного летательного аппарата на малых скоростях". Взлет и посадка модели будут осуществляться на обычную ВПП; для аварийной посадки предусматривается использование парашюта. Модель также оснащена небольшим парашютом, который предназначен для вывода ее из штопора.
Планер модели LSV изготавливается из композиционных материалов на основе углеродных волокон с обшивкой из тонких листов стеклопластика. Каждая консоль крыла модели будет иметь семь поверхностей управления на задней кромке и пять предкрылков. На концах крыла размещаются вертикальные кили с рулями направления. Для привода закрылков, элеронов, рулей направления и элевонов будет использоваться ЭДСУ. Предкрылки имеют только два фиксированных положения ("убрано" и "выпущено"). Их положение будет выбираться исходя из целей полетного задания.
В НИЦ им. Лэнгли в вертикальной аэродинамической трубе (диаметр рабочей части 6,1 м) ведутся испытания модели самолета BWB, изготовленной в масштабе 0,01. Испытания проводятся с целью оценки управляемости модели во время сваливания; для ускоренного выхода из штопора применяется парашют. Для дополнительного уточнения аэродинамических характеристик и устойчивости в дозвуковой трубе (размер рабочей части 4,2 х 6,7 м) в НИЦ им. Лэнгли будут проведены испытания еще одной модели (масштаб 0,03). Эта же модель будет использована для испытаний на аэроупругость.
Последние годы фирма «Эрбас» ведет в инициативном порядке поисковые исследования по определению облика будущего магистрального самолета, полагая, что основными требованиями к нему будут уменьшение расхода топлива и соответствие требованиям экологии по шуму и эмиссии. Помимо усилий, предпринимаемых в последние годы ведущими двигателестроительными фирмами для снижения уровней эмиссии углекислого газа и окислов азота и уменьшения шума, фирма «Эрбас» сама пытается способствовать улучшению экологических характеристик самолета за счет снижения сопротивления и уменьшения шума планера на взлетно-посадочных режимах. Проведенные исследования показали, что классическая аэродинамическая схема современных самолетов "фюзеляж-крыло" вряд ли сможет отвечать будущим экологическим требованиям.
Поэтому фирмой «Эрбас» были предложены в какой-то мере "экзотические" компоновки. Ведущий инженер фирмы «Эрбас» Жан-Жак Мира классифицирует их с точки зрения совершенствования технологий. Самолет с ромбовидным сочлененным крылом, по его мнению, является самым революционным, но имеет при этом самую малую вероятность появления среди всех рассмотренных вариантов. Данная компоновка отличается большой жесткостью крыла, в результате чего удалось бы снизить массу планера. Исследовательские центры ONERA и DLR, а также ряд университетов периодически исследуют ромбовидные крылья, однако пока никто не смог доказать их преимущества. Сложность аэродинамики такой конструкции, обусловленная взаимодействием четырех горизонтальных плоскостей, требует серьезных исследований, которые фирма «Эрбас» еще не готова финансировать.
Схеме "триплан" фирма «Эрбас» отдавала большее предпочтение, и уже провела серию тщательных испытаний моделей такого самолета в аэродинамических трубах. Специалисты фирмы «Эрбас» полагают, что установка развитого ПГО является одним из методов опосредованного уменьшения расхода топлива. Его наличие позволит улучшить распределение массы и подъемной силы одновременно с уменьшением массы планера, что позволило бы улучшить летные характеристики на малых скоростях. Жан-Жак Мират поясняет, что третья несущая поверхность позволила бы создать статически неустойчивый пассажирский самолет. Тем не менее, работы над этой компоновкой в последнее время замедлились, так как не было выявлено какого-либо значительного ее преимущества.
В настоящее время фирма «Эрбас» акцентирует усилия на трех новых компоновок, которые, возможно, обеспечат не только уменьшение сопротивления, но и снижение излучения шума, направленного к земле. Среди этих компоновок две, у которых двигатели расположены в хвостовой части фюзеляжа, и одна с расположением двигателей над крылом.
Двигатели в хвостовой части фюзеляжа предполагается разместить по двум схемам: над фюзеляжем между V-образным оперением или между двумя вертикальными килями, расположенными на концах стабилизатора. Такие схемы позволят не только отразить шум вверх, но и экранировать как шум, создаваемый вентилятором, так и шум от реактивной струи. Таким образом, по мнению Жан-Жак Мира, можно надеяться на уменьшение шума, по крайней мере, до 10 дБ по сравнению с обычной компоновкой. Однако серьезной проблемой, с которой столкнулись специалисты, является риск повреждения близко расположенных двигателей при разрушении турбины на одном из них. В связи с тем, что двигателестроительные фирмы не дают полную гарантию от разрушения турбины, то фирме «Эрбас» предстоит найти серьезные аргументы в защиту таких компоновок при сертификации.
В случае с V-образным оперением уменьшение сопротивления может быть достигнуто за счет упразднения третьей поверхности оперения, но такая конструкция потребовала бы разработки новой системы управления полетом. Недостаток схемы оперения с двумя концевыми килями заключается в том, что нарушает идеологию фирмы «Эрбас», заключающуюся в создании новых самолетов с использованием единого фюзеляжа.
Схема самолета, у которого двигатели расположены над крылом, более консервативна. Она не создает проблем с сертификацией, но может экранировать шум от вентилятора и реактивной струи. В зависимости от расположения двигателей по хорде крыла возможно снижение шума до 10 дБ. Однако изменение обтекания верхней поверхности крыла может создать трудности для снижения сопротивления.
Жан-Жак Мира не сообщил о сроках выделения средств для проведения исследований по трем последним компоновкам, так как руководство фирмы никакого решения в ближайшее время принимать не собирается. Но при этом он уточнил, что они могли бы найти применение при разработке будущего самолета, который может появиться после самолета А380 (А3ХХ). Это может произойти до 2010 г, когда зайдет речь о замене самолетов А300 и А310.
В европейских странах возобновляются исследования возможности применения жидкого водорода в качестве топлива для транспортного самолета. В июне 2000 г. Европейская комиссия приняла решение о выделении на двухлетний срок 4,5 млн. евро на исследования проекта такого самолета, получившего название "Криоплан". Его разработка предусмотрена 5-й Европейской программой НИОКР в области авиационно-космической техники (PCRD).
Исследования по применению жидкого водорода в авиации ведутся (с перерывами)почти 30 лет. Энергетический кризис 1970-х годов и увеличение цен на авиационный керосин стали основными причинами активизации работ по применению жидкого водорода в авиации. Однако в настоящее время криогенное топливо рассматривается как важное средство улучшения экологической ситуации. Последние оценки показали, что мировых запасов нефти хватит еще на несколько десятилетий, поэтому вопросы экологии вышли на первый план. За счет сжигания авиационного керосина эмиссия углекислого газа ежегодно увеличивается на 2,5%. Двигатель на жидком водороде выбрасывает, в основном, в атмосферу воду и незначительное количество окислов азота NOx.
В Европе основные исследования по использованию криогенных топлив на самолетах ведутся в ФРГ фирмой DASA, входящей в настоящее время в состав компании EADS. Немецкие специалисты с 1990 г. наладили сотрудничество с российским АНТК им. А.Н.Туполева, в котором в 1988 г. был разработан опытный самолет Ту-155 с силовой установкой на криогенном топливе.
Многолетние эксперименты, проведенные в научно-исследовательском институте DLR, показали, что с уменьшением температуры горения можно снизить эмиссию окислов азота, т.е. сделать двигатель еще более экологически "чистым". Для этого необходимо сжигать не капельную смесь, а газообразную. Специалисты DLR с этой целью разработали и испытали на стендах специальные форсунки и камеры сгорания.
Зная особенности горения водорода, который не горит на воздухе и взрывается только при определенных концентрациях, можно разработать безопасные технологии его использования в качестве топлива, что с успехом делается в ракетно-космической технике. Применение жидкого водорода в авиации потребует создания новых технических решений, включая камеры сгорания и системы подачи водородного топлива в двигатель. Существенному пересмотру подлежит конструкция планера и, в частности, топливная система. Самолет "Криоплан" должен иметь крупногабаритные цилиндрические баки для жидкого водорода, которые для поддержания температуры –253 ?С имеют мощную теплоизоляцию, утяжеляющую конструкцию планера.
Применение жидкого водорода окажет влияние на аэродромную инфраструктуру, особенно на системы хранения и заправки топливом, а также вентиляции ангаров. Чрезвычайно важной представляется проблема получения жидкого водорода в массовом количестве.
В настоящее время компания EADS ведет активные исследования прочности крыла, изготовленного практически полностью из композиционных материалов на основе углеродных волокон. Исследования, начатые в 1992 г. фирмой DASA, предусматривают определение прочностных характеристик крыла, предназначенного для 80-100-местного регионального самолета.
В 1992-1993 гг. был изготовлен и испытан углепластиковый кессон крыла длиной 9,8 м. В 1994 г. была начата разработка кессона длиной около 15 м. К работам были привлечены некоторые германские университеты (в частности, Брауншвейгский и Штутгартский), а также научные организации, в том числе научно-исследовательский институт DLR, общество имени Фраунгофера и институт материаловедения (IMA).
Кессон крыла из углеродных композиционных материалов был изготовлен на заводе бывшей фирмы DASA в Бремене. Он представляет собой прототип кессона крыла для100-местного регионального самолета взлетной массой 40- 50 т. Основным композиционным материалом для изготовления кессона и панелей обшивки явилось однонаправленное углеволокно НТА ("тенакс"), предварительно пропитанное эпоксидной смолой Гексел 6376 ("Фиберит" 977-2). Данный материал имеет слоистую структуру. Однако на фирме DASA были использованы и другие технологические процессы, в частности, впрыскивание под дифференциальным давлением эпоксидной смолы в предварительно заготовленные формы (материал RTM) или пропитка ею отформованного многослойного сухого углеволокна (материалы RTM6 или Ml8).
Хотя фирма DASA заявила, что кессон "выполнен полностью из углеродных материалов", тем не менее, узлы крепления пилонов двигателей и опор шасси и узлы стыковки с фюзеляжемметаллические. Для проведения статических и усталостных испытаний эти узлы были сделаны несколько переразмеренными. Сравнение весовых характеристик показало, что кессон из КМ имеет массу 1223 кг (включая панели обшивки, передний и задний лонжероны, нервюры и стрингеры), в то время как цельнометаллический кессон весит 1491 кг. Таким образом, экономия в массе составляет 268 кг (почти 22%) для одного кессона, а для всего крыла она равна 536 кг. Представители фирмы DASA заявили, что "в настоящее время даже выигрыш в массе конструкции около 500 кг уже вызывает большой интерес". Экстраполяция данных, полученных для кессона 100-местного самолета, на кессон тяжелого пассажирского самолета может дать достаточно многообещающие результаты.
В 1998 г. начались статические и усталостные испытания консоли, завершившиеся в декабре 1999 г. Всего было смоделировано 90000 летных циклов; кроме того, во время проведения последних 30000 циклов конструкция кессона была преднамеренно повреждена. После окончания испытаний никаких признаков усталости обнаружено не было. Это позволило руководителям фирмы DASA заявить, что предложенная конструкция крыла пригодна для использования в гражданской авиации.
Очередной этап в развитии технологии изготовления крыла из углеродных композиционных материалов, который завершила фирмы DASA, позволяет предположить, что в будущем эта технология будет применима и к более крупным самолетам. Но если идея изготовления крыла из углепластиков для широкофюзеляжного самолета типа Эрбас Индастри А3ХХ выглядит все-таки преждевременной, то ничто не мешает пола гать, что будущий европейский военно-транспортный самолет А400М станет первым тяжелым летательным аппаратом с таким крылом.
Кроме того, если крыло из углеродных композиционных материалов в будущем будет широко применяться на магистральных самолетах консорциума «Эрбас Индастри», то можно предположить, что фирма DASA может занять место фирмы ВАЕ Системз, которая в настоящее время ответственна за изготовление комплектов крыльев для всех самолетов консорциума. Фирма DASA уже сейчас подготовила плацдарм в этой области, взяв на себя окончательную сборку крыльев для самолетов А330 и А340, кессоны для которых изготовляет фирма ВАЕ Системз.
Особое внимание уделялось вопросам финансирования НИОКР, особенно в США. Этому вопросу были посвящены материалы с изложением планов NASA на ближайшие годы.
В бюджете NASA на 2001 ф.г. предусматривалось выделение 1,193 млрд. долл. на выполнение программ НИОКР по статье "Авиационно-космическая наука и техника". Эти НИОКР должны обеспечить революционные научные и технологические достижения, которые сохранят ведущие позиции США в гражданской авиации и космической технике.
В бюджете на 2001 ф.г. были добавлены три новые целевые программы и исключена (как самостоятельная) программа экспериментального ВКС Х-33, расходы по которой включены в другие статьи расходов. К новым программам относятся программа SATS, исследования малошумного самолета и исследования второго поколения многоразовых космических носителей (RLV). Последняя программа является составной частью новой широкомасштабной инициативной программы под названием "Космическая инициатива" (Space Launch Initiative), которая, в свою очередь, представляет собой основной элемент объединенной программы NASA по созданию космической транспортной системы (ISTP - Integrated Space Transportation Program). Эксперты полагают, что в результате появления этих программ можно ожидать ускорения работ, связанных со снижением уровня шума, развитием промышленности, занимающейся созданием легких самолетов авиации общего назначения (АОН) и созданием перспективной космической техники.
4.Самолеты-амфибии
Гидросамолет - это аппарат, приспособленный для взлета с воды и посадки на нее. Они бывают на поплавках (вместо колес шасси самолета) и с корпусом, позволяющим садиться на воду, - летающие лодки. Все большие гидросамолеты - металлические летающие лодки.
Игорь Сикорский, выдающийся конструктор вертолетов и самолетов, создал удачные серийные амфибии: пятиместную "летающую яхту" S-39, шестнадцатиместную S-41 и сорокапятиместный "летающий клиппер" S-40. Четырехмоторные S-40 стали первыми серийными пассажирскими авиалайнерами, эксплуатировавшимися на регулярных океанских авиалиниях большой протяженности. На амфибиях Сикорского произошло становление известной авиакомпании "Пан Америкен", которая также заказала его компании первые многомоторные пассажирские авиалайнеры S-42, предназначенные для регулярных трансокеанских перевозок.
Летающие лодки были единственной возможностью принимать большие самолеты в городах, где не было аэропортов со взлетно-посадочными полосами. Самолеты компании "Пан Америкен" летали в города Южной Америки и Канады, перевозя 40 и более пассажиров.
Сегодня самым современным гидросамолетом, не имеющим аналогов в мировом авиастроении, признан Бе-200. Он создан Таганрогским авиационным научно-техническим комплексом (ТАНТК) им. Г.М. Бериева на базе идей, реализованных в военном самолете-амфибии А-40 "Альбатрос" - уникальной машине, которая, к сожалению, из-за отсутствия финансирования так и не была запущена в серию. "Альбатрос" разрабатывался по заданию Министерства обороны и предназначался, прежде всего, для противолодочных, патрульных и поисково-спасательных операций. Бе-200 - конверсионная разработка. Это универсальный самолет.
Главное его предназначение - тушение лесных пожаров. Еще в конце 1980-х годов специалисты лесного хозяйства провели соответствующие исследования и пришли к заключению, что наиболее эффективным средством пожаротушения является самолет-амфибия, базирующийся на аэродроме, удаленном от очага пожара до пятисот километров, способный брать на борт до двенадцати тонн воды из водоема, находящегося на расстоянии от десяти до двадцати километров от места возгорания. Как раз этим требованиям и отвечает Бе-200.
В противопожарном варианте самолет-амфибия является наиболее эффективным средством обнаружения и борьбы с разрушительными пожарами. Противопожарный самолет-амфибия способен принимать на борт двенадцать тонн воды в 8 секций-емкостей, расположенных под полом кабины. На полную заправку уходит лишь двенадцать секунд. За одну заправку топливом самолет способен доставить к очагу пожара до 310 тонн воды. Заметим, что производительность канадских противопожарных самолетов СL-215 и СL-415 много меньше. Восемь створок водяных баков с программируемой последовательностью открытия (сброс воды залпом или поочередно) существенно повышают эффективность пожаротушения. Навигационное оборудование позволяет выводить самолет точно к очагу, а при повторном заходе - к месту предыдущего сброса огнегасящего состава, что очень важно при сильном задымлении и работе нескольких самолетов.
Кроме противопожарного существуют и другие варианты Бе-200: пассажирский, транспортный, патрульный, самолет для МЧС. Причем переоборудование в пассажирскую и транспортные версии можно осуществить в короткие сроки.
Самолет-амфибия Бе-200 способен быстро и эффективно решать проблемы, связанные с доставкой пассажиров и грузов на острова, не оборудованные ВПП, в удаленные береговые районы, на морские суда различного назначения, в труднодоступные районы, имеющие водоемы, и обратно с них на базовый аэродром или гидроаэродром.
В качестве патрульного варианта Бе-200 эффективно используется для поиска в заданном районе кораблей, спасательных операций и оказания помощи пострадавшим на воде, контроля окружающей среды и метеообстановки, борьбы с разливом нефти на море и многого другого.
При пассажирском варианте предусматривается просторный и комфортабельный пассажирский салон. В грузо-пассажирском и транспортном вариантах способен быстро и эффективно решать проблемы, связанные с доставкой грузов, почты и пассажиров.
В санитарном варианте самолет имеет семь мест для медицинских работников и тридцать носилок для раненых, а также размещение специального медицинского оборудования. Может быть использован также и в качестве мобильного госпиталя.
Естественно, интерес к такой машине велик и в России, и за рубежом. Не случайно Бе-200 называют самым нужным самолетом в мире. Летные испытания первого Бе-200 планировалось начать в январе 1995 года, а запустить в серию - в 1997-м. Но эти планы уперлись в российские реалии. Несмотря на то, что проект получил признание и поддержку Президента, правительства и был причислен к приоритетным в области авиастроения, обеспечить его финансирование государство оказалось не в состоянии. Первый самолет стартовал осенью 1998 года. Полет прошел успешно.
Первая демонстрация Бе-200 состоялась на Второй Международной выставке по гидроавиации - "Геленджик-98". На международном аэрокосмическом салоне в Ле-Бурже в 1999 году состоялся первый показательный полет новейшего российского гидросамолета Бе-200, исполненного в варианте, предназначенного для пожаротушения.
С точки зрения аэрогидродинамики, Бе-200 является последним словом мирового гидростроения. По большинству летно-технических характеристик амфибия не уступает сухопутным самолетам-аналогам. В то же время может взлетать и садиться как на сушу, так и на воду.
Самолет-амфибия Бе-200 - моноплан с высокорасположенным стреловидным крылом,Т-образным оперением и лодкой большого удлинения с переменной поперечной килеватостью. Два турбореактивных двигателя Д-436ТП установлены на пилонах, над крылом на обтекателях шасси. Шасси трехопорной схемы обеспечивает эксплуатацию самолета с аэродромов длиной взлетно-посадочной полосы в 1800 метров. Одной из главных особенностей самолета-амфибии является полностью герметичный фюзеляж.
Бе-200 спроектирован на базе уже испытанных на самолете А-40 силовой схемы и аэрогидродинамической компоновки, оснащен современным пилотажно-навигационным комплексом "АРИА-200".
Комплекс позволяет экипажу из двух человек одновременно управлять самолетом и решать специфические амфибийные задачи при пожаротушении и спасательных операциях: выход на очаг пожара и акваторию забора воды, заход на посадку (до высоты 60 метров), точное определение взаимного положения в группе при плохой видимости и другие. На самолете установлены два отечественных турбореактивных двухконтурных двигателя Д-436ТП. По желанию заказчика он может быть заменен на ТРДД ВП-715 производства "БМВ-Роллс-Ройс".
Бе-200 может садиться и взлетать практически с любой водной акватории, имеющей глубину более двух метров. Он выполняет маневры на воде на скорости до 50 километров в час под любым углом к ветру с помощью водоруля, установленного в кормовой части лодки, и за счет разнотяговости двигателей. Для безопасности самолета-амфибии на плаву лодка конструктивно разделена на водонепроницаемые оттеки, которые обеспечивают сохранение плавучести при одновременном заполнении любых двух смежных отсеков. Самолет способен садиться при волнении в три балла и высоте волны в 1,2 метра (рис.4.1).
У Бе-200 большое будущее, и сферы его применения будут постоянно расширяться, открывая все новые и новые возможности амфибии. В настоящее время самолеты-амфибии, кроме России, выпускает только Канада. Производство канадских самолетов CL-415 началось в 60-е годы и не претерпело значительных изменений до сих пор, поэтому на мировом рынке они считаются морально устаревшими. Так, например, канадская амфибия берет на борт всего 6 т воды, а Бе-200 способен брать 12 т, и его топливные баки расположены так, что не занимают пространство салона. Все это расширяет спектр применения российского самолета и его технические возможности.
Перспективно использование самолета в Азиатско-Тихоокеанском регионе - наиболее динамично развивающемся районе мира. На него приходится более половины мирового промышленного производства и до сорока процентов мировой торговли. Странам региона требуется новая авиационная техника, которая позволяла бы осуществлять растущие грузовые и пассажирские авиаперевозки, укреплять и развивать сообщение между материковыми и островными территориями, быстро и эффективно выполнять поисково-спасательные операции на море, вести патрулирование наиболее важных морских маршрутов и государственных границ, а в случае необходимости оперативно доставлять силы быстрого реагирования. Особенно остро эти проблемы встают перед государствами, не располагающими свободными территориями для постройки новых аэропортов, но имеющими морские границы большой протяженности.
РАЗМЕРЫ.
* Размах крыла 32,78 м;
* длина самолета 32,05 м;
* высота самолета 8,90 м;
* площадь крыла 117,44 м2;
* угол стреловидности крыла по носку 23 градуса;
* максимальный диаметр фюзеляжа 2,86 м;
кабина:
* длина 17,0 м,
* ширина 2,6 м,
* высота 1,9 м,
* объем 84 м3.
МАССЫ И НАГРУЗКИ, кг:
* максимальная взлетная - 37200;
* после забора воды (для пожарного варианта) в режиме глиссирования 43000; максимальная посадочная (при посадке на воду или землю) 35000;
* перевозимая нагрузка 7500 (в грузовом варианте);
* запас воды в водяных баках для тушения пожара (в пожарном варианте) - 12000 л,
* специального пожаротушащего состава 1200 л;
* полный запас топлива 12260.
ЛЕТНЫЕ ДАННЫЕ.
* Максимальная крейсерская скорость на высоте 8000 м - 710 км/ч;
* максимальное число М горизонтального полета 0,69;
* скорость сваливания:
- с убранными закрылками 215 км/ч,
- с выпущенными закрылками 155 км/ч;
* максимальная скороподъемность на уровне моря 14 м/с;
* практический потолок 11000 м;
* дистанция взлета (высота препятствия 15 м)
- с воды 1000 м,
- с земли 600 м;
* дистанция посадки (высота препятствия 15 м)
- на воду 1300 м,
-на землю 950 м;
* дальность полета с коммерческой нагрузкой 6500 кг - 1850 км.
Конструкция самолета показана на рис.4.2.
Рисунок 4.2. Конструкция БЕ-200
В августе 2001 г. самолет сертифицирован в соответствии с АП-25. На Иркутском Авиационном Производственном Объединении начато серийное строительство самолетов-амфибий Бе-200. Первым заказчиком Бе-200 является Министерство по Чрезвычайным Ситуациям РФ. В данный момент ЗАО "БЕТА ИР" выполняет контракт на 7 самолетов при общей потребности МЧС в самолетах данного типа 8-15 единиц. Первый самолет поставлен заказчику в начале 2002 г.
Ожидается, что в странах СНГ может быть продано не менее 100 амфибий Бе-200, наЗападе - 180-200. Интерес к этому самолету проявили Китай, Южная Корея, Израиль, Греция, Франция, Канада и США.
Бе-103 (рис.4.3) по габаритам меньше, чем Бе-200, но по своим техническим характеристикам и предназначению также аналогов в мире не имеет. Это легкий многоцелевой5-8-местный самолет-амфибия.
Этой крылатой амфибией ТАНТК намерен заинтересовать бизнесменов, так как эту машину можно использовать в компановке бизнес-класса, а также для перевозки туристов. Ориентировочная цена Бе-103 варьируется в пределах 600 тысяч долларов.
Легкий многоцелевой самолет-амфибия Бе-103 предназначен для использования на линиях малой протяженности в различных районах Сибири и Дальнего Востока, северных районах европейской части России; а также в различных районах мира, особенно в прибрежных и островных государствах Юго-Восточной Азии, Океании, Австралии, Северной и Латинской Америки, имеющих протяженные прибрежные районы: регионы с большим количеством рек, озер, мелких водоемов, труднодоступные для других видов транспорта.
Самолет базовой конфигурации может выполнять полеты днем по Правилам визуальных полетов (ПВП, VFR). В вариантах конфигурации при установке дополнительного пилотажно-навигационного оборудования самолет получает возможность выполнять полеты по правилам полетов по приборам (ППП, IFR), при установке дополнительного противообледенительного оборудования - полеты в условиях обледенения.
Самолет-амфибия Бе-103 предназначен для широких областей применения:
* грузо-пассажирские перевозки;
* оказание срочной медицинской помощи;
* противопожарный надзор лесоохраны;
* оперативный контроль экологического состояния акваторий, при необходимости с посадкой для взятия проб воды;
* обеспечение аварийно-спасательных работ на воде;
* патрулирование морских границ и экономической зоны;
* отдых и туристский бизнес;
РАЗМЕРЫ.
* Длина самолета 10,65 м
* Длина самолета с метеолокатором 10,863 м
* Высота при установке на подъемники для проверки системы уборки и выпускашасси 4,237 м
* Высота самолета на стоянке 3,757 м
* Минимальный радиус круга по наружному концевому обтекателю при рулении 13,728 м
* Минимальный радиус разворота по наружному колесу при развороте на 360 градусов 8,203 м
* Клиренс 0,295 м
Самолет-амфибия Бе-103 представляет собой моноплан с низко расположенным, водоизмещающим трапециевидным крылом с корневыми наплывами, цельно поворотным горизонтальным оперением и трёх опорным шасси с передней опорой. Реализация концепции водоизмещающего крыла с возможностью глиссирования на трех точках (редан, правая и левая задние кромки крыла) дает существенный выигрыш в устойчивости движения по воде и повышении мореходности. Профиль крыла в районе стыка лодки и центроплана имеет уплощенную нижнюю поверхность, соответствующую профилю NACA-4410 с плавным переходом к стыку центроплана и консоли. Консоль имеет постоянный профиль NACA-2412M, модифицированный в области носика, с утолщенной задней кромкой, на консольной части крыла размещен фиксированный предкрылок.
Конструкция агрегатов планера клепаная, выполнена из алюминиевых сплавов с применением специальных мер антикоррозионной защиты (в связи с эксплуатацией самолета в морских условиях) и из композиционных материалов на основе стеклонаполнителей. Планер конструктивно выполнен в виде неразъемного агрегата, состоящего из лодки, средней части крыла(СЧК), киля, пилонов двигателей и отъемных агрегатов: отъёмных частей крыла(ОЧК), стабилизатора, руля направления и мотогондол.
Силовая установка состоит из двух поршневых двигателей Teledyne Continental TCM 10-360ES4(США), имеющих сертификат FAA типа EICE, мощностью по 210 л.с. каждый, установленных на пилонах по обеим сторонам лодки над задней частью центроплана. Самолет может эксплуатироваться на грунтовых ВПП при СИГМА=4 кг/кв.см, а также с внутренних водоемов, морских акваторий глубиной не менее 1.25 метра и высотой волны до 0,5м. Самолет Бе-103 имеет широкий диапазон условий эксплуатации при температурах наружного воздуха у земли с сухопутного аэродрома от +45 до -35°С и гидроаэродрома от+30 до -5°С.
Самолет получил международный сертификат, так как большая часть агрегатов, деталей и отделка салона - американского, немецкого либо английского происхождения. Техническое обслуживание Бе-103 возможно в любой стране мира в соответствии с международными стандартами.
На ТАНТК им.Г.М.Бериева разрабатываются проекты будущих гигантских самолетов-амфибий со взлетной массой, превышающей 1 000 тонн. Такие летательные аппараты смогут доставить грузы и пассажиров на большие расстояния на высотах и скоростях, свойственных самолетам, используя при этом транспортную инфраструктуру существующих морских портов.
Летом 1997 года ТАНТК заключил один из самых крупных и выгодных контрактов с ведущей израильской радиоэлектронной компанией "ELTA", который является первым опытом сотрудничества в военной области между Россией и Израилем. Согласно контракту, ТАНТК совместно с фирмой "ELTA" будет производить военный самолет А-50 - аналог американского "АВАКСа", причем ведущую роль будут играть именно бериевцы: объем их работ будет составлять примерно 50%.
5.Аппараты, использующие экранный эффект
В 1920-е годы во время испытаний самолетов с крылом, прикрепленным к нижней части фюзеляжа (тип низкоплан), конструкторы заметили, что подъемная сила крыла при посадке несколько увеличивается и в результате машина продолжает лететь над полем, как бы не желая садиться. Подобный эффект даже порой приводил к авариям. Центр давления крыла (точка приложения подъемной силы) в этом случае перемещается к его задней кромке, и самолет может опрокинуться.
Дальнейшие исследования показали, что между крылом самолета и поверхностью земли воздух сжимается и становится плотнее. Так возникает дополнительная подъемная сила, которая и поддерживает аппарат в воздухе. Открытое явление назвали экранным эффектам. Экраном являлась поверхность земли или воды. В 1922 году появилась одна из первых работ об экранном эффекте - статья Б.Н. Юрьева "Влияние Земли на аэродинамические свойства крыла". В 1930-е годы изучением эффекта занимались В.В. Голубев, Я.М. Серебрийский, Ш.А. Биячуев,Н.А. Черномашинцев.
В СССР не ограничились теоретическими исследованиями. Началась разработка летательного аппарата, использующего экранный эффект. Такие машины - в дальнейшем их назвали экранопланами и экранолетами - казались очень выгодными. Логика проста: чем меньше высота полета, тем существеннее влияние экрана и, следовательно, выше несущая способность крыла. В результате для экраноплана нужны двигатели в два-три раза менее мощные, чем для самолета той же грузоподъемности. Довольно тяжелый летательный аппарат достаточно оснастить обычным автомобильным мотором.
Экранопланы позволяют решить целый комплекс проблем, они оборудованы для этого всем необходимым. На них имеется сложнейшая аппаратура для поиска пострадавших, члены экипажа за пять минут могут развернуть мореходные надувные лодки с подвесными моторами, которых здесь до пятнадцати. А начать движение к цели летающий корабль может уже через четверть часа после получения приказа.
Экраноплану при дрейфе не страшен ураганный ветер силой до 40 метров в секунду, пятиметровой высоты волна: он ведет себя в таком случае как обычный поплавок. Притом не боится удара сильной волны в бок, переворачивающей обычные суда. Крылья его устроены так, что сглаживают волну, а сзади судна образуется тихая бухточка, где и принимают пострадавших. К слову, пятьсот человек - это количество людей, с которыми может взлететь "Спасатель" (рис.5.1). Просто взять на борт он может и восемьсот человек, и более, и находиться в штормующем море до прибытия помощи. На это рассчитана система жизнеобеспечения. Кстати, его можно использовать для координации работы других спасательных средств.
Задуманный поначалу как машина уничтожения, теперь он с успехом может использоваться как техника для спасения людей. Немаловажно и то обстоятельство, что ему не нужны аэропорты с их дорогостоящим оборудованием - он может приводниться, где захочет экипаж.
До середины 1990-х годов точной классификации этих летательных аппаратов - экраноплан или экранолет - не существовало, так как для них не требовался сертификат лётной годности. Создавались такие машины для экспериментов и в военных целях; коммерческих и пассажирских рейсов они не выполняли.
В конце XX века появился Кодекс безопасности для экранопланов, утвержденный Международной морской организацией (ММО). В соответствии с Кодексом все аппараты, использующие экранный эффект, делятся на три типа.
Тип А - экраноплан. Он даже теоретически не может выйти за пределы экранного эффекта.
Тип В - экранолет. Он способен летать за пределами влияния экранного эффекта и даже на короткое время подниматься на ограниченную высоту.
Тип С - экранолет. В нем используется экранный эффект только для взлета и посадки.
Впервые в мире сертификат летной годности получил экраноплан "Амфистар" (тип А), созданный в Нижнем Новгороде под руководством Д.Н. Синицына. "Амфистар" оснащен автомобильным двигателем, имеет автоматическую систему сохранения заданной высоты полета.
НПО "Центральное КБ по судам на подводных крыльях" (г.Нижний Новгород, Россия) разработана целая серия экранопланов различного назначения: пассажирский, грузовой, спасательный, на которых установлены двигатели типа НК. Доработка и модернизация двигателей, обеспечивающая их высокую надежность при эксплуатации в морских условиях, выполнена специалистами ОАО КПП "Авиамотор". Основными достоинствами этих двигателей являются:
* высокая равномерность окружного поля температур газов перед турбиной;
* коррозионностойкие титановые сплавы на основных деталях компрессора;
* умеренная температура газов на выходе из сопла;
* низкий уровень шума;
* большой ресурс взлетного режима;
* простота обслуживания и низкая стоимость ремонта.
На Международном авиакосмическом салоне в подмосковном Жуковском в 2001 году среди мощных скоростных истребителей и гигантских транспортных и пассажирских самолетов не затерялся и обратил на себя внимание необычного вида небольшой летательный аппарат"Иволга" (Тип В) - первый в мире легкий многоместный гражданский экранолет (рис.5.2). Его иногда называют гидросамолетом, между тем он одинаково успешно взлетает (и садится) не только с воды, но и с грунта, со снега и льда, и даже с заболоченных участков.
Экранолет весит 3000 кг, берет на борт 10 человек (включая экипаж) и коммерческий груз весом 900 кг; дальность полета 1150 км на высоте 0,8 м и 1480 км на высоте 0,3 м, скорость - до 200 км/ч. Волнение моря для него не помеха: взлет и посадка проходят нормально при трех-четырех баллах. Осадка в состоянии дрейфа, несмотря на внушительный вес, очень небольшая - чуть меньше полуметра. Работает от двух автомобильных двигателей ЗМЗ-4064.10 мощностью до 150 л.с.
Главное же достоинство "Иволги" - способность летать над самой землей, демонстрируя замечательные свойства экранолета. При полете на высоте менее одного метра его крылья создают гораздо большую подъемную силу, чем на других высотах. Этот так называемый эффект влияния экрана уже давно используется для создания летательных аппаратов высокой грузоподъемности. У экранолета отличные технические данные: он поднимает груз в 2-3 раза тяжелее, чем самолет того же веса и мощности, а по экономичности сравним с грузовым автомобилем или небольшим катером. На скорости до 50-60 км/ч "Иволга" может плыть по воде как глиссер, передвигаться по снегу и льду как аэросани, а с увеличением скорости отрывается от земли и летит над ней словно самолет, но на очень малых высотах.
Большая грузоподъемность, высокая скорость, низкий расход топлива, простота управления, невысокая стоимость, обусловленная применением новых экономичных технологий и недорогих материалов, а главное - возможность использовать экранолет в условиях бездорожья зимой и летом, вызывают большой интерес к этой машине спасателей МЧС, связистов, геологов, полярников, словом, всех тех, кто работает в отдаленных труднодоступных районах.
Первые ходовые испытания экранолета "Иволга" проходили летом 1998 года на Москве-реке в Нагатинской пойме (рис.5.3). Аппарат хорошо показал себя как глиссер и на режимах аэродинамической разгрузки, когда под крыло с помощью поддува подается воздушный поток. Он направляется вниз (к экрану), уплотняется и создает статическую воздушную подушку. Затем мощность двигателей увеличивается, и аппарат начинает перемещаться с использованием экранного эффекта.
Испытания в зимних условиях по предложению заказчика - Верхне-Ленского речного пароходства, намеревавшегося приобрести 25 экранолетов, - решили провести в Сибири. Надо сказать, что самое подходящее место для испытания этих машин в экстремальных условиях - это Байкал: летом на озере бывает большая волна, много отмелей, а зимой для взлета и посадки даже при трескучих морозах есть открытая вода. В 1970-1990 годах здесь не раз испытывали экспериментальные образцы экранолетов Иркутского политехнического института и экранопла ны А. Н. Панченкова.
Свой первый трансконтинентальный перелет из Европы в Азию (от Москвы до Иркутска) экранолет "Иволга" совершил на высоте 10 000 м без каких-либо осложнений на борту грузового самолета Ил-76. Дальнейший "полет" из аэропорта в микрорайон Молодежный на берегу Иркутского водохранилища проходил на борту большегрузного автомобиля. Проблем с погрузкой при этом не возникло, поскольку разработчики сделали конструкцию разборной, а консоли крыла складывающимися. В разобранном виде аппарат можно легко доставить к месту назначения любым транспортом, несмотря на его внушительные размеры: размах крыльев - 12,8 м, длина - 15,6 м, высота - 3,9 м.
Испытания "Иволги" на Иркутском водохранилище начались 20 февраля 1999 года (рис.5.4). Экранолет легко маневрировал на земле, взлетал и садился на стеклопластиковые поплавки, не вызывая нареканий своих создателей.
Когда же с наступлением навигации акватория водохранилища стала для "Иволги" настоящим испытательным полигоном, начались проблемы с двигателями: они не давали и половины своей номинальной мощности. Тогда 150-сильные отечественные моторы ЗМЗ-4064.10 заменили двумя более надежными немецкими автомобильными двигателями BMW мощностью по 285 л. с. Пришлось провести регулировку и доработку некоторых бортовых систем и закрылков, и уже через полгода экранолет совершил первый полет над водой. Как и в зимних испытаниях, его пилотировал главный конструктор В. В. Колганов. Во время летных испытаний он имитировал отказ одного двигателя, но экранолет продолжал устойчивый полет вблизи экрана на втором моторе, при этом оказалось, что несимметричность тяги практически не влияет на технику пилотирования.
10 февраля 2000 года экранолет с экипажем из пяти человек совершил полет по маршруту Иркутск - Листвянка - Байкальск - Иркутск протяженностью 180 км. Он стартовал со снежного наста Иркутского водохранилища и взял курс на юг, в сторону Байкала (рис.5.5). Через 50 км полета на высоте 1,5-2 м показалась открытая вода Ангары, которая, вытекая из Байкала, не замерзает на протяжении 12 км. При температуре 25-30 градусов мороза над Ангарой стоит густой туман, поэтому пришлось лететь над ним на высоте около 5-6 м. Перед Байкалом туман исчез, и в ту же минуту экипаж увидел, что экранолет вот-вот врежется в темно-серое облако - огромную стаю взлетевших с воды уток. Они каждый год зимуют здесь в полной безопасности на открытой воде. Впервые урчащая мотором невиданных размеров рукотворная "птица" испугала их. Чудом столкновения с птицами удалось избежать, но в следующих полетах приходилось учитывать такую опасность.
Зимой Байкал отделяется от Ангары полутораметровым ледяным наносом. Оставив его позади, экранолет полетел над озером на высоте 10 м с крейсерской скоростью 170-180 км/ч. Обходя препятствия, он поднимался до 15 м, при этом крен достигал 30-40 градусов. Во время испытаний расход топлива двумя двигателями на высоте 10 м составил 70-80 л/ч, а на высоте до 1 м снизился почти вдвое - до 30-35 литров.
Испытания экранолета "Иволга" еще раз убедили всех, что такие машины, способные передвигаться в трех средах: по воде, по суше и по воздуху, могут стать наиболее эффективным транспортом в малонаселенных труднодоступных районах Сибири, северной тундры и Заполярья. По последним сведениям, Верхне-Ленское и Обь-Иртышское речные пароходства заказали уже 70 экранолетов.
Заключение
Ускорение научно-технического прогресса на транспорте в современных условиях – задача много плановая, сложная и капиталоемкая, но она должна быть решена, так как не существует другого пути для выхода транспорта на уровень, отвечающий всем перспективным требованиям общества.
Современная жизнь характеризуется бурным развитием науки и техники во всех сферах человеческой деятельности. Этот процесс предопределяет более быструю смену характера техники и технологии во всех отраслях народного хозяйства, включая и сам транспорт.
В наше время научно-технический прогресс развивается лавинообразно: в прошлом от возникновения идеи до ее реализации проходили столетия и десятилетия, теперь – нередко считанные годы.
В результате происходит быстрое моральное старение техники, возникает необходимость все в новых и новых открытиях. Новые виды транспорта призваны облегчить жизнь человека, сделав ее еще более комфортной, но при этом от них требует соблюдение всех экологических норм, которые с каждым днем становятся все жестче.
Воздушный транспорт является наиболее капиталоемким из всех видов транспорта, кроме того, новые проекты его требуют очень серьезных испытаний. В связи с этим для развития воздушного транспорта необходима всесторонняя поддержка государства. В то же время воздушный транспорт таит в себе множество возможностей: экономических, военных и других. Все это осознано и реализуется в большинстве стран мира. Поэтому воздушный транспорт развивается очень быстрыми темпами и появление все новых и новых моделей самолетов, принципиально новых конструкций и усовершенствований различных систем не заставляет себя ждать. Такая ситуация, на мой взгляд сохранится и в ближайшем будущем.
Литература:
1. Аксенов И.Я. Единая транспортная система: Учеб. для вузов – М: Высш. шк., 199.
2. Горелов А. Гиперзвуковая авиация на пороге XXI века: Настоящие сверхзвуковые – 1999 - №1.
3. Каримов А.Х. Беспилотные самолеты: максимум возможностей: Наука и Жизнь – 2002 - №6.
4. Беляев В. «Зарубежная гражданская авиация в начале XXI века»: Авиация и космонавтика – 2001- №8
5. Многоцелевой самолет-амфибия БЕ-200: АвиаПорт.Ру – 2001- №9
6. Многоцелевой самолет-амфибия БЕ-200: Чудеса техники – Энциклопедия 100Тор.ru
7. Самолет-амфибия БЕ-103: АвиаПорт.Ру – 2000- №10
8. Макаров Ю. Высота – один метр. Полет нормальный:Наука и жизнь – 2002 - №3
9. Экраноплан: Чудеса техники - Энциклопедия 100Тор.ru