Контрольная работа: История воздухоплавания и авиации

·  SNECMA (фр.) – форсажные камеры, сопла двигателей и система реверса тяги.

·  Dassault (фр.) – законцовки крыла.

·  Hispano-Suisa (фр.) – основные стойки шасси.

·  Messier (фр.) – носовая стойка шасси.

Окончательная сборка «Конкордов» производилась одновременно на двух заводах, в Тулузе и в Филтоне (пригород Бристоля).

Первый серийный самолёт (№201, F-WTSB) поднялся в воздух 6 декабря 1973 года в Тулузе, за ним 14 февраля 1974 года последовал первый английский серийный «Конкорд» (№202, G-BBDG). Всего, не считая прототипов и предсерийных самолётов, было произведено 16 серийных «Конкордов», из которых два первых, №201 и 202, не передавались в коммерческую эксплуатацию, а служили для тестирования и сертификации. В общей сложности вместе с прототипами было построено 20 самолётов (по 10 на каждом из заводов) и некоторое количество комплектов запасных частей к ним, после чего производство было свернуто. Последний самолёт, с заводским номером №216 (G-BOAF), покинул завод в Филтоне 9 июня 1980 года.

Нумерация самолётов

Изначально предполагалось иметь следующую схему нумерации:

·  Прототипы получали номера 001 и 002.

·  Предсерийные самолёты получали номера 01 и 02.

·  Серийные самолёты нумеровались 1, 2, 3, 4, 5 и т.д.

Но ещё до момента выпуска первых серийных самолётов система нумерации была изменена из-за внедрения в производство и поддержку компьютерной системы, требовавшей трёхзначного номера для обозначения самолёта. Из-за того, что с номерами предсерийных машин возникли проблемы, систему нумерации изменили следующим образом:

·  Прототипы сохранили свои номера 001 и 002.

·  Предсерийные самолёты получили номера 101 и 102.

·  Серийные самолёты нумеровались 201, 202, 203 и т.д.

Из-за того, что предсерийные «Конкорды» к этому моменту уже были выпущены, в некоторых источниках они фигурируют под своими старыми номерами 01 и 02.

Конструкция самолёта

Для «Конкорда» выбрана аэродинамическая схема «бесхвостка» с низкорасположенным треугольным крылом оживальной формы. Самолёт оптимизирован для выполнения длительного крейсерского полёта на сверхзвуковой скорости.

Основным конструкционным материалом стал алюминиевый сплав RR58. Кроме этого в конструкции самолёта использована сталь, титан, никелевые сплавы.

Планер

Фюзеляж «Конкорда» полумонококовой конструкции, в поперечном сечении напоминает неправильный овал с расширенной верхней частью. Материал изготовления фюзеляжа – жаропрочные алюминиевые сплавы. Длина фюзеляжа различалась для прототипов, предсерийных и серийных самолётов, и составляла 56,24, 58,84 и 61,66 метров, соответственно. Максимальная ширина фюзеляжа 2,90 м.

Фюзеляж состоит из передней секции с кабиной экипажа и остеклением, средней секции, выполненной вместе с центральной частью крыла, и хвостовой секции конической формы, конструктивно выполненной вместе с килем самолёта. Передняя и средняя секция фюзеляжа заняты герметичной кабиной, хвостовая секция фюзеляжа содержит багажное отделение, балансировочный топливный бак, а также отсек, занятый системой кондиционирования и кислородной системой.

В процессе выполнения полёта фюзеляж мог удлиняться примерно на 24 см, в связи с тепловым расширением конструкции.

В носовой части фюзеляжа расположен обтекатель в виде конуса, который мог отклоняться вниз, обеспечивая пилотам обзор на взлёте, посадке и рулении. В обтекатель встроено подвижное дополнительное остекление, прикрывавшее основное остекление кабины пилотов в режиме сверхзвукового полёта.

Положение обтекателя и дополнительного остекления регулировалось из кабины пилотов следующим образом:

·  Обтекатель находится в верхнем положении, дополнительное остекление поднято. Основная полётная конфигурация, для полётов на скорости более 0,8 M.

·  Обтекатель находится в верхнем положении, дополнительное остекление опущено. Эта конфигурация могла применяться для полёта на скорости не выше 0,8 M.

·  Обтекатель опущен на 5 градусов, дополнительное остекление опущено. Эта конфигурация является основной для наземных операций, рулежки и взлёта.

·  Обтекатель опущен на максимальный угол 12,5°, дополнительное остекление опущено. Эта конфигурация применялась для захода на посадку, поскольку большой угол атаки самолёта в посадочной конфигурации не давал возможность экипажу наблюдать ВПП при меньшем отклонении обтекателя.

Механизмы управления обтекателем и дополнительным остеклением гидравлические, с приводом от одной из основных и резервной гидросистем.

Крыло треугольное, оживальной формы, с непрерывно меняющимся по размаху крыла углом стреловидности. У корня крыла этот угол составляет 80%, ближе к законцовкам около 60%. Относительное удлинение крыла 1,85, относительная толщина профилей крыла от 3% до 2,15%. Крыло имеет ярко выраженную геометрическую крутку законцовок.

Конструкция крыла многолонжеронная, кессонная. Основной материал – жаростойкие алюминиевые сплавы. В конструкции крыла применены монолитные фрезерованные панели большой размерности. Толщина обшивки 1,5 мм.

Особенностью производства «Конкорда» стало то, что вместо изготовления отдельно фюзеляжа и отдельно крыла с центропланом, изготавливался набор поперечных секций, каждая из которых включала часть крыла и соответствующую ей часть фюзеляжа, после чего секции стыковывались вместе. Такой подход позволял облегчить конструкцию.

Механизация крыла состоит из 6 элевонов относительно большого размера, общая площадь элевонов 32 м². Другой механизации крыла не предусматривалось.

Самолёт имеет только вертикальное оперение, конструктивно аналогичное крылу. Руль направления двухсекционный, с независимым приводом верхней и нижней секции.

Двигательная установка

Двигательная установка состоит из четырёх ТРДФ Rolls-Royce/SNECMA Olympus 593, установленных попарно в подкрыльевых гондолах, расположенных примерно на полуразмахе консолей крыла. Двигатели расположены таким образом, что срез сопла двигателя совпадает с задней кромкой крыла.

Двигатель Olympus 593 – сильно модифицированная версия ТРД Bristol Siddeley Olympus 301, применявшегося на бомбардировщиках Avro Vulcan. Двигатель одноконтурный, двухвальный, каждая из двух секций компрессора имеет по 7 ступеней, турбины одноступенчатые. Двигатель использовал обычное авиационное топливо A1.

Новинкой для коммерческой авиации стала автоматическая электронная аналоговая система управления двигателями. Каждый двигатель имеет две идентичные системы управления, основную, и резервную.

Особенностью двигателей «Конкорда», отличавшей от других двигателей авиалайнеров, стало наличие форсажной камеры. Форсаж давал относительно небольшой прирост тяги, и использовался только на взлёте, а также для преодоления звукового барьера и разгона до 1,7 м. В крейсерском полёте форсаж двигателей не использовался, что благоприятным образом сказывалось на топливной экономичности «Конкорда» и дальности сверхзвукового полёта.

Для каждого двигателя имеется отдельный плоский воздухозаборник прямоугольного сечения с регулируемым горизонтальным клином. Механизация воздухозаборника гидравлическая, управление автоматическое, электронное, аналоговое.

Двигатели оборудованы регулируемыми соплами и системой реверсирования тяги ковшового типа, которая позволяла давать обратную тягу около 40% от номинальной. Створки системы реверса служат также вторичными регулируемыми инжекционными соплами двигателей. В задней части каждого пакета из двух двигателей установлены специальные вертикальные теплошумоотражатели. Эти отражатели оснащены отклоняемые внутрь законцовками, «сплющивавшими» с боков выхлопную струю двигателей на взлёте, что также служило целям шумоподавления. Кроме этого, в основном сопле каждого двигателя установлено по 8 лопатообразных шумоподавителей, которые вводились в реактивную струю при пролёте густозаселённых районов на дозвуковой скорости. Механизация регулируемого сопла, системы реверса и шумоподавления пневматическая, с электронным управлением.

Двигатели «Конкордов» имели следующие характеристики:

·  Olympus 593 – первоначальный вариант, был установлен на прототипы №001 и 002. Тяга в бесфорсажном режиме 89 кН, форсированная тяга 136 кН.

·  Olympus 593–22R – более мощный вариант двигателя, сменивший предыдущий, на предсерийных 01 и 02. Тяга в бесфорсажном режиме 154 кН, форсированная тяга 165 кН.

·  Olympus 593–610–14–28 – устанавливался на серийные самолёты. Тяга в бесфорсажном режиме 142 кН, форсированная тяга 169 кН. Одно из основных отличий от предыдущих вариантов – камера сгорания с предварительным испарением топлива, что позволило повысить эффективность сгорания топлива и снизить дымность.

Из соображений снижения полётного веса «Конкорд» не был оборудован вспомогательной силовой установкой (ВСУ). Это не создавало существенных проблем, поскольку эксплуатация самолёта происходила с хорошо оборудованных аэродромов, на которых всегда было доступно внешнее электрическое и воздушное снабжение.

Пуск двигателей пневматический, на земле двигатели запускались от наземного источника воздуха высокого давления, в полёте двигатели могли перезапускаться путём отбора ВВД от работающих двигателей.

Шасси

«Конкорд» в посадочной кофигурации. Хорошо видны все три стойки шасси, а также выдвижные посадочные фары. Светлые элементы в районе колёс основных стоек – водоотражатели, на передней стойке водоотражатель находится с задней стороны, и потому не виден

Шасси «Конкорда» трёхстоечное, с носовой опорой. В связи с тем, что на взлёте и на посадке самолёт выходил на весьма большие углы атаки, стойки шасси имеют необычно большую высоту, около 3,5 м. Это привело к тому, что двери «Конкорда» находились примерно на той же высоте, что и двери намного более крупного Boeing 747.

Основные стойки шасси имеют по две пары колёс, расположенных друг за другом, и убираются поворотом внутрь к фюзеляжу. Передняя стойка имеет два колеса и убирается поворотом вперёд. Передняя стойка снабжена гидравлическим механизмом разворота для управления самолётом на земле. К стойкам шасси крепятся композитные водоотражатели, служащие для предотвращения попадания воды, поднимаемой колёсами, в воздухозаборники двигателей. Механизмы уборки стоек шасси гидравлические, причём уборка шасси происходит от одной основной гидросистемы, а для выпуска может быть использована резервная.

Тормозная система самолёта дисковая, с гидравлическим приводом от двух независимых гидравлических систем. Система управления тормозами электронная (en:brake-by-wire), аналоговая, с антиблокировочной функцией, «Конкорд» стал первым в мире авиалайнером, имеющим подобную систему. Пакеты карбоновых тормозных дисков основных стоек шасси охлаждаются при помощи электровентиляторов, встроенных в ступицы колёс.

Для предотвращения повреждения хвостовой части фюзеляжа при взлёте и посадке, на «Конкордах» установлена дополнительная наклонная хвостовая стойка шасси с двумя небольшими пневматиками. Стойка убирается в фюзеляжный отсек поворотом назад.

Основные системы

Топливная система «Конкорда» достаточно сложна, и помимо своей основной функции служит также для перебалансировки самолёта при переходе звукового барьера. Топливная система включает в себя 17 топливных баков общей ёмкостью 119280 литров, располагающихся в кессонах крыла и в нижней части фюзеляжа. Кроме основных баков, в топливную систему включён балансировочный бак, расположенный в одной из секций хвостовой части фюзеляжа, сразу за хвостовым багажным отделением. Кроме него, в качестве балансировочных используются 4 бака в корневой части крыла. Всего в балансировочных баках могло находится 33 тонны топлива.

При достижении околозвуковой скорости, и перед дальнейшим разгоном, насосы топливной системы перемещали около 20 тонн топлива из передних балансировочных баков в хвостовой балансировочный бак. Это позволяло сместить центр тяжести самолёта приблизительно на 2 метра назад, что было необходимо для сверхзвукового полёта. После торможения до околозвуковой скорости производилась обратная операция. Кроме того, незначительное перемещение топлива в основных баках использовалось для общей продольной и поперечной балансировки самолёта, на всех полётных режимах. Основные помпы подачи топлива в двигатели имели механический привод, помпы перекачки топлива между балансировочными баками гидравлические, вспомогательные помпы основных баков и помпы сброса топлива электрические. Управлением топливной системой «Конкорда» занимался бортинженер, что являлось его основной задачей в течение всего полёта.

Топливная система самолёта использовалась также для отвода в поступающее в двигатели топливо излишков тепла от различных систем, таких как система кондиционирования, гидравлические системы и системы смазки двигателей. Самолёт оборудован системой сброса топлива в процессе полёта, с выходными патрубками в хвостовом обтекателе фюзеляжа.

«Конкорд», оборудовали тремя независимыми гидравлическими системами, двумя основными и одной резервной:

-  «Зелёная» гидравлическая система левого борта, подключена к гидравлическим помпам 1 и 2 двигателей.

-  «Синяя» гидравлическая система правого борта, подключена к гидравлическим помпам 3 и 4 двигателей.

-  «Жёлтая» резервная гидравлическая система, подключена к гидравлическим помпам 2 и 4 двигателей.

«Конкорд» имеет две независимых электрических системы правого и левого борта, каждая из которых состоит из подсистемы переменного тока 200 В/400 Гц, питаемой двумя 60 кВА генераторами двигателей, и 28-вольтовой подсистемы постоянного тока, питаемой двумя выпрямителями с максимальным током 150 А. В подсистемы постоянного тока включены аккумуляторные батареи. При наземных операциях подключалось внешнее электропитание. В случае отказа основных генераторов мог использоваться резервный генератор переменного тока с гидравлическим приводом от «Зелёной» гидравлической системы.

Система наддува и кондиционирования состояла из четырёх отдельных независимых блоков кондиционирования воздуха. Особенностями данной системы были более высокое, чем в дозвуковых авиалайнерах разница внутреннего и внешнего давления, а также наличие дополнительного теплообменника, использовавшего для охлаждения воздуха поступающее в двигатели топливо. При нахождении самолёта на стоянке подключалось внешнее воздушное питание воздухом высокого давления и кондиционированным воздухом.

Для своего времени «Конкорд» имел весьма совершенную авионику, высокую степень автоматизации и широкий набор приборного оборудования. Это позволяло управлять самолётом экипажу их трёх человек (КВС, второй пилот и бортинженер).

Основное приборное оборудование:

-  три независимых инерциальных навигационных системы (ИНС), каждая из которых имеет отдельную гиростабилизированную платформу и цифровой вычислитель. ИНС может сохранять в памяти маршрут из 10 пунктов, автоматически переключаться между пунктами маршрута по мере их прохождения, рассчитывать курс на перехват ЛЗП, определять и отображать скорость и направление ветра, угол сноса, и множество других навигационных параметров. Управление ИНС осуществляется при помощи двух пультов управления с цифровой индикацией.

-  два независимых автопилота, имеющих большое количество режимов.

-  два автомата тяги, работающих совместно с автопилотами.

-  два приёмника VOR/ILS

-  один приёмник ADF

-  два комплекта DME

-  погодный радар с двумя дисплеями

-  две радиостанции УКВ диапазона

-  система SELCAL

-  два транспондера УВД

-  различное контрольное оборудование, включающее в себя стрелочные и линейные аналоговые приборы.

Авионика «Конкорда» позволяла осуществлять самолётовождение в сложных погодных условиях, выполнять трансатлантические перелёты, осуществлять автоматический заход на посадку и автоматическую посадку по категории IIIa ИКАО. Автопилот мог контролировать самолёт от набора высоты до касания ВПП.

Пассажирский салон

Гермокабина «Конкорда» занимает порядка 85% общего объёма фюзеляжа. В кабине размещено два пассажирских салона, передний и задний, задний салон немного длиннее переднего. Максимальная ширина салонов 2,62 м, что меньше чем, например, у Ту-134. Изначально предполагалась следующие варианты конфигурации салонов:

-  108 пассажиров в одноклассной конфигурации первого класса

-  124 пассажира в одноклассной конфигурации стандартного класса

-  144 пассажира в одноклассной конфигурации туристического класса

Также возможно было использовать сочетание разных классов на одном самолёте. Максимальное количество пассажиров, на перевозку которого был сертифицирован «Конкорд», составляло 128, но в реальности такая конфигурация салонов никогда не использовалась. Выпускаемые «Конкорды» имели салоны одноклассной компоновки на 108 человек, впоследствии салоны несколько раз модернизировались авиакомпаниями.

В передней части гермокабины, непосредственно за кабиной экипажа и отсеками оборудования находится тамбур основного входа, от переднего салона его отделяет отсек с небольшим гардеробом и туалетом. Между салонами располагается тамбур второго входа, а также ещё два туалета, размещённые по бортам кабины. Заднюю часть кабины занимает отсек с кухонным блоком, служащий также тамбуром запасного выхода. Так как средний выход вёл на крыло самолёта, для посадки и высадки пассажиров использовался передний выход.

В целом, несмотря на то, что по своей конструкции и характеристикам «Конкорд» почти ничем не напоминал современные ему дозвуковые узкофюзеляжные авиалайнеры, его внутренняя конфигурация и оснащение практически не отличались от общепринятых на момент его появления. Удобство размещения пассажиров и предоставляемые в полёте услуги делали сверзхвуковые перелёты ничуть не менее комфортабельными, чем обычные.

Проблемы создания Сверхзвукового пассажирского самолета

Аэродинамические проблемы

Пассажирский самолёт, способный совершать длительный сверхзвуковой крейсерский полёт, должен удовлетворять нескольким достаточно противоречивым требованиям:

-  Максимально высокое аэродинамическое качество на крейсерской скорости, для обеспечения экономичности и дальности полёта.

-  Достаточно высокие взлётно-посадочные характеристики для обеспечения безопасного действия с обычных коммерческих аэродромов. Самолёт должен иметь возможность выполнения стандартных посадочных схем, в частности угла глиссады, определяемого установленным на аэродроме оборудованием.

-  Для обеспечения удобства пассажиров пол пассажирского салона должен быть горизонтальным (или максимально близким к горизонтальному) при нахождении самолёта на земле.

Исследования показали, что наилучшее аэродинамическое качество при выбранной крейсерской скорости и размерности самолёта обеспечивает применение схемы «бесхвостка» с дельтовидным крылом. Для обеспечения эффективности в широком диапазоне скоростей крылу была придана сложная форма с изменяющимся по размаху углом стреловидности. Проблему путевой устойчивости решили за счёт крутки крыла, особенно выраженной в районе законцовок.

Очень существенной проблемой сверхзвукового полёта является смещение назад центра давления при достижении сверхзвуковых скоростей. Для минимизации этого эффекта была применена специальная форма крыла, тем не менее смещение на крейсерской скорости составляло около 2 метров. Данная проблема была решена за счёт перекачки топлива между балансировочными баками в процессе полёта, что смещало центр масс самолёта вслед за смещением центра давления. Задачей балансировки было достижение нулевого расхода элевонов.

Так как самолёт, выполненный по схеме «бесхвостка», не имеет закрылков, возникает проблема достижения достаточной подъёмной силы при посадочных скоростях. На «Конкорде» эта проблема решалась за счёт синхронного отклонения элевонов вниз на достаточно большой угол, в этом случае они начинали работать как закрылки. Возникающий при этом пикирующий момент парировался путём перекачки части топлива в задний балансировочный бак.

Двигательная установка

Двигатели СПС должны обладать достаточной тягой для того, чтобы самолёт мог достичь сверхзвуковой скорости, и в то же время иметь высокую топливную эффективность на крейсерских скоростях, чтобы достичь приемлемой дальности полёта.

Изначально рассматривалось применение турбовентиляторных (ТВРД) двигателей, как обладающих наибольшей экономичностью, но этот вариант был отвергнут из-за того, что большой диаметр вентилятора создаёт неприемлемо высокое сопротивление на крейсерской скорости. В результате было решено использовать турбореактивные двигатели (ТРД).

Для того, чтобы ТРД работал максимально эффективно, и давал максимальную тягу, он должен иметь высокую степень компрессии. Проблема заключается в том, что на высоких сверхзвуковых скоростях воздух, поступающий в двигатель, подвергается аэродинамическому сжатию, и результирующая степень компрессии оказывается настолько высока, что двигатель получается очень теплонагруженным, а в результате сложным, дорогим и малоресурсным. Данная проблема была решена за счёт применения турбореактивных двигателей форсированных (ТРДФ) с относительно небольшой степенью компрессии 11:1, хорошо работающих на крейсерских скоростях, а их недостаточная тяга на взлётных режимах компенсировалась за счёт применения форсажа.

Страницы: 1, 2, 3