Большой самолет - Large aircraft
Большой самолет позволяют перевозить большие и / или тяжелые грузы на большие расстояния. Увеличение конструкции самолета также может улучшить общую топливную эффективность и человеко-часы для перевозки данного груза, в то время как больше места доступно для перевозки легких грузов или дает пассажирам пространство для передвижения. Однако по мере увеличения размеров самолетов они создают серьезные конструктивные проблемы, которых нет в меньших типах. К ним относятся конструктивная эффективность, реакция управления полетом и достаточная мощность в надежной и экономичной установке.
Для больших самолетов также требуются специализированные наземные средства, и в некоторых странах для них действуют особые нормативные условия.
Гигант дирижабли 1930-х годов по состоянию на 2016 год остается самым большим самолетом из когда-либо построенных, в то время как Хьюз Н-4 «Еловый гусь» 1947 года обладал самым большим размахом крыла среди всех самолетов. В Гибридные воздушные транспортные средства Airlander 10 гибридный дирижабль это самый большой самолет, летающий сегодня.
Характеристики
Пространство для полезной нагрузки
Грузоподъемность самолета зависит от размера крыла и его «нагрузки» - веса единицы площади, которую крыло может выдержать. Загрузка более или менее постоянна для данного уровня техники. Таким образом, с увеличением размера самолета грузоподъемность увеличивается с увеличением площади поверхности. Для данной аэродинамической формы площадь, в свою очередь, увеличивается пропорционально квадрату размаха крыла. Если конструктивная эффективность может быть сохранена, вес конструкции планера также увеличивается с увеличением площади его поверхности и площади пролета. Но внутренний объем увеличивается с кубом пролета.
Например, если все размеры увеличиваются вдвое, то площадь и грузоподъемность увеличиваются в 2 × 2 = 4 раза, а объем увеличивается в 2 × 2 × 2 = 8 раз.
Для пассажирского самолета это удвоение размера позволяет в два раза больше места в салоне на одного пассажира. В качестве альтернативы для транспорта он позволяет вдвое больше места для размещения громоздкого, но легкого груза. Таким образом, большие самолеты более удобны и более гибки в использовании, чем более мелкие.
Структура
Хотя крыло большего размера несет большие силы, оно также толще. Главный лонжерон в крыле приблизительно равен Двутавровая балка, глубина которого равна толщине крыла. Для данной общей нагрузки силы в балке уменьшаются пропорционально ее глубине. Если крыло увеличивают в два раза по размаху, оно также увеличивается вдвое по толщине. Это снижает силы в лонжероне в 2 x 2 = 4 раза, что позволяет увеличить общую нагрузку в четыре раза. Это в точности соответствует увеличенной подъемной силе, обеспечиваемой большей площадью крыла.
Это означает, что металлические части большого самолета должны быть не толще или тяжелее, чем у меньшего самолета. Однако, поскольку эти части должны покрывать в четыре раза большую площадь, они делают самолет в четыре раза тяжелее. Это опять-таки точно соответствует увеличению полной массы, поэтому конструктивных ограничений на то, насколько большой (или маленький) самолет может быть сделан, нет.
Большие самолеты все еще представляют собой проблему дизайна. Элементы конструкции могут быть не толще, но теперь они вдвое длиннее, поэтому жесткость становится проблемой, и подход к проектированию должен быть адаптирован для обеспечения адекватной общей жесткости. Обычно это достигается за счет создания ячеистых элементов конструкции. Например, лонжерон крыла в небольшом самолете на самом деле может быть простой двутавровой балкой с твердым поперечным сечением, но в более крупной конструкции вертикальная часть балки или «перемычка» будет построена как открытая решетка из ферм. в триангулированной структуре.
Управление полетом
Эффективность управления полетом, такого как элерон, зависит главным образом от его площади и расстояния от центра самолета - его рычаг. Если размах крыльев увеличивается вдвое, площадь увеличивается в четыре раза, а плечо рычага удваивается, что делает элероны в 8 раз более эффективными.
Поскольку самолет также в четыре раза тяжелее и в среднем вдвое больше, требуется в 8 раз больше усилий для достижения того же ускорения законцовки крыла.
Они уравновешивают, поэтому на большом самолете эквивалентный элерон будет ускорять законцовку крыла вверх или вниз с той же скоростью, что и меньший самолет. Но на крыле с вдвое большим размахом законцовка должна пройти вдвое дальше, чтобы добиться такого же изменения положения самолета. Это занимает больше времени, поэтому большой самолет маневрирует медленнее, чем аналогичный самолет меньшего размера.
На очень больших типах, таких как Airbus A380 одних обычных элеронов недостаточно, а дополнительные интерцепторы подъемной силы используются для уменьшения подъемной силы опрокидывающегося вниз крыла и увеличения скорости крена до практичного и безопасного уровня.
Аналогичные проблемы возникают с рулем высоты и шагом. Без дополнительных конструктивных мер, обеспечивающих адекватную реакцию органов управления, любая попытка внести в последнюю минуту корректировку траектории полета, вероятно, окажется слишком малой и слишком запоздалой, что сделает прерывание посадки и облет в последнюю минуту трудным и опасным.
Двигатели
Количество двигателей на самолете влияет на его надежность и безопасность. Чем больше двигателей, тем безопаснее, если один двигатель выйдет из строя. Но с другой стороны, чем больше двигателей, тем больше вероятность отказа одного или нескольких и тем выше нагрузка на бортинженера. В настоящее время на практике предпочтение отдается двум двигателям, даже с довольно большими широкофюзеляжный самолет имея всего два двигателя. Четыре обычно считаются пределом как из соображений безопасности, так и из соображений стоимости.
За исключением нескольких военных типов, ни один большой практический самолет никогда не имел более четырех двигателей. По мере того, как самолет становится больше, возникает необходимость в разработке двигателей большего размера.
Скорость лопастей вентилятора должна быть ниже скорости звука, чтобы избежать повреждений и шумных ударных волн. Эта максимальная скорость наконечника устанавливает ограничение на скорость вращения. При заданной скорости вращения кончик большего вентилятора будет двигаться быстрее. Таким образом, чтобы поддерживать максимальную скорость большого двигателя, вентилятор должен вращаться медленнее. Вентилятор приводится в движение турбиной на том же валу, поэтому лопасти турбины также вращаются медленнее.
Операции
На практике эксплуатационная экономия, связанная с полетом меньшего количества самолетов, делает более крупные типы более экономичными на маршрутах, которые могут выдержать их размер.
Однако наземные объекты, такие как взлетно-посадочные полосы, погрузочно-разгрузочные сооружения и ангары, должны быть увеличены, чтобы справиться с этим, и расходы на это должны быть компенсированы более низкими эксплуатационными расходами. Ограниченная ширина, доступная в некоторых аэропортах, ограничивает размах крыла, достижимый на практическом самолете.
Нормативные определения
При регулировании воздушной деятельности власти устанавливают дополнительные правила и ограничения для типов сверх определенного размера.
Американец Федеральная авиационная администрация определяет большой самолет как любой самолет весом более 12500 фунтов (5,7 тонны) максимальная сертифицированная взлетная масса.[1]
В Европейское агентство авиационной безопасности (EASA) определяет большой самолет как «самолет с максимальной взлетной массой более 5700 кг (12 600 фунтов), либо как многодвигательный вертолет».[2]
История
Первыми практическими самолетами были воздушные шары, которые использовались для спорта и для военных наблюдений. В 1901 году гигантский воздушный шар Preusen (Пруссия) объемом 8400 кубических метров (300000 кубических футов) поднялась до высоты 9155 метров (30 036 футов). Ранние дирижабли были не более чем продолговатыми воздушными шарами с подвешенным под ними двигателем. Эти корабли были ограничены по размеру, потому что их тела были нежесткими и не могли быть слишком длинными. Немец Граф Фердинанд фон Цеппелин понял, что жесткая рама может выдержать гораздо больший объем, и в 1900 г. Люфтшифф Цеппелин 1 объемом 11 300 кубических метров (400 000 кубических футов) и длиной 128 метров (420 футов) ненадолго поднялись в воздух.[3]
Ранние самолеты с неподвижным крылом были в основном одномоторными. Когда русский Игорь Сикорский спроектировал и пилотировал его Илья Муромец в 1913 году он стал не только первым четырехмоторным самолетом, но и с размахом крыла 29,8 метра (98 футов) и полной массой 4600 кг (10 100 фунтов), безусловно, самым большим и тяжелым на сегодняшний день. Для сравнения LZ 18 дирижабль, который летел в том же году, имел длину 158 метров (518 футов) (габарит имел вместимость 270 000 м3 (9 500 000 куб футов)) и пустой массой 20 тонн.
В Beardmore негибкий 1928 года имел размах крыльев 48,01 м (157 футов 6 дюймов) и общую массу 37000 фунтов. Однако для такого тяжелого самолета он был маломощен. Конструктивно он был усовершенствован для своего времени, представлял собой цельнометаллическую обшивку из напряженного материала.[4] В Дорнье До X был самым большим, самым тяжелым и самым мощным летающая лодка в мире, когда он летал в 1929 году, имея аналогичный размах 48 м (157 футов 6 дюймов) и максимальную взлетную массу 56 000 кг (123 459 фунтов).
В годы между двумя мировыми войнами только советские Туполев АНТ-20 Максим Горький Сухопутный самолет 1934 года был больше в размахе 63,00 м (206 футов 9 дюймов), но при максимальной взлетной массе 53 метрических тонны он был не таким тяжелым, как 56-тонный Do X.
Самый большой из когда-либо построенных дирижаблей был Цеппелин LZ 129 «Гинденбург». Впервые совершив полет в 1936 году, «Гинденбург» имел объем 200 000 кубических метров (7 100 000 кубических футов) и длину 245 метров (804 фута). Его максимальная полезная нагрузка, состоящая из пассажиров и грузов, составляла 19 000 кг (42 000 фунтов). После катастрофической гибели «Гинденбурга» дирижабли такого масштаба не строились.
К тому времени более крупные самолеты - особенно дальние летающие лодки - по масштабам превзошел Илью Муромца. Затем, во время Второй мировой войны, Америка предвидела потребность в большом транстихоокеанском грузовом транспортном средстве, способном действовать с баз без подготовленной взлетно-посадочной полосы. Гигант Hughes H-4 Геркулес летающая лодка была построена из дерева, за что получила название «Еловый гусь». Когда в 1947 году он наконец совершил короткий полет, его размах крыльев 97,82 метра (320 футов 11 дюймов) сделал его самым большим самолетом, когда-либо летавшим, и ему никогда не было равных. Потребовалось 8 Пратт и Уитни R-4360 Оса Основные радиальные двигатели, чтобы поднять его в воздух. К тому времени наземный самолет уже успел совершить дальние полеты, а H-4, совершив не более одной мили длиной менее 100 футов над водой, больше никогда не летал. Сегодня он сохранился как музейный экспонат.
В начале Второй мировой войны Барнс Уоллис предложил 50-тонный "победный бомбардировщик" с 10-тонной бомбой, но министерство авиации отклонило его из-за ограниченного применения. По мере того, как война прогрессировала, британцы рассматривали конструкции очень больших бомбардировщиков (от 75 до 100 тонн с бомбовой нагрузкой 25 тонн и шестью или более двигателями), но учитывали время, необходимое для их ввода в действие, сложность балансировки бомбовой нагрузки, оборонительного вооружения и дальности полета. и успех существующих проектов (таких как Avro Lancaster) перевешивает любые преимущества. Некоторые работы над большими самолетами были внесены в послевоенное время. Бристоль Брабазон 130-тонный авиалайнер с размахом крыльев 70 м, который обеспечил бы его 100 пассажирам корабельный уровень пространства и комфорта.[5]
С приходом реактивный возраст, авиалайнеры продолжал увеличиваться в размерах. Были представлены широкофюзеляжные модели, а в 1970 г. Боинг 747 «Джамбо-джет» принят на вооружение. Он имел короткую вторую, верхнюю палубу, чтобы обеспечить больше пассажиров. Варианты 747 оставались крупнейшими авиалайнерами, летающими более тридцати лет, некоторые с «растянутой» верхней палубой, до прибытия авиалайнера. Airbus A380 серия 2007 года с полноразмерной верхней декой. Обе линии продолжают развиваться, и появляются все более крупные варианты. Самым большим в настоящее время (2014 г.) является А380-800, способный разместить до 853 человек.
Чтобы доставить по воздуху Шаттл Буран, в 1988 году Советский Союз представил единственную Антонов Ан-225 Мрия (мечтать). С (максимальная взлетная масса более 640 тонн (1 410 000 фунтов) и размах крыла 88,4 метра (290 футов), он был и остается самым большим действующим самолетом в мире. После завершения полетов «Буран» «Мрия» осталась в эксплуатации как тяжелый транспорт.
Самым большим самолетом, летающим сегодня (2014 г.), является Гибридные воздушные транспортные средства Airlander 10 гибридный дирижабль, внутренней емкостью 38 000 кубометров и длиной 91 м.[6][7]
Списки крупнейших самолетов
Эти списки показывают исторический прогресс в размере для каждого типа летательного аппарата: воздушного шара, дирижабля, самолета, винтокрылого аппарата. Гибриды перечислены под самым большим компонентом, будь то длина оболочки, размах крыльев или диаметр ротора.
Самые большие воздушные шары
| Тип | Страна | Дата | Роль | Положение дел | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| Preusen ("Пруссия") | Германия | 1901 | Экспериментальный | Прототип | Объем 8 400 куб. М (300 000 куб. Футов).[3] |
Самые большие дирижабли
| Тип | Страна | Дата | Роль | Положение дел | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| Цеппелин LZ 1 | Германия | 1900 | Экспериментальный | Прототип | Длина 128 м (420 футов), объем 11300 куб. М (400000 куб. Футов) [3] |
| R38 (Обозначение в США ЗР-2) | объединенное Королевство | 1921 | Военный | Длина: 211,8 м (695 футов) Объем 2,724,000 кубических футов[8] построен для ВМС США | |
| R100 | объединенное Королевство | 1929 | Пассажирский транспорт | Экспериментальный | Длина 216,1 м (709 футов), объем 193 970 куб. М (5 156 000 куб. Футов)[9] |
| R101 | объединенное Королевство | 1930 | Пассажирский транспорт | Экспериментальный | Длина 236,83 м (777 футов), объем 155 992 куб. М (5 508 800 куб. Футов). Больше, чем R100 при первом построении, но меньший объем: после удлинения в 1930 году и более длинный, и больший объем[9] |
| USS Акрон | Соединенные Штаты | 1931 | Авианосец | Оперативный | Длина 239,27 м (785 футов), объем 193 970 куб. М (6 850 000 куб. Футов).[10] |
| LZ 129 Гинденбург | Германия | 1936 | Пассажирский транспорт | Оперативный | Длина 245 м (804 фута), объем 200 000 куб. М (7 100 000 куб. Футов), максимальная полезная нагрузка (комбинированная пассажирская и грузовая) 19 000 кг (42 000 фунтов).[3] |
Самые большие самолеты
| Тип | Страна | Дата | Роль | Положение дел | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| Сикорский Илья Муромец | Россия | 1913 | Бомбардировщик / транспорт | Производство | Размах 29,8 м (98 футов), максимальная полная масса 4600 кг (10100 фунтов).[нужна цитата ] |
| Цеппелин-Стаакен В.Г.О. я | Германия | 1915 | Бомбардировщик | Прототип | Размах 42,2 м (138 футов 6 дюймов), максимальная полная масса 9520 кг (20 944 фунта).[11] |
| Таррант Табор | Британия | 1919 | Бомбардировщик | Прототип | Размах 40,02 м (131 фут 3 дюйма), максимальная полная масса 20 305 кг (44 672 фунта). |
| Дорнье До X | Германия | 1929 | Транспортная летающая лодка | Оперативный (3 построено) | Максимальный взлетный вес 51900 кг (114 400 фунтов) размах крыльев 40,05 м. (131 фут 4 дюйма) длина 48 м (157 футов 5 дюймов)[12] |
| Туполев АНТ-20 Максим Горький | СССР | 1934 | Транспорт | Оперативный (2 построено) | Размах 63 м (206,7 фута), максимальная взлетная масса 53 т.[нужна цитата ] |
| Боинг В-29 Суперфортресс | Соединенные Штаты Америки | 1942 | Бомбардировщик | Производство | Самый большой самолет. Самый тяжелый самолет.[нужна цитата ] |
| Юнкерс Ju 390 | Германия | 1943 | транспорт / бомбардировщик | Прототипы | Испытаны при взлетной массе 34 т (38 т).[13] Самый тяжелый самолет.[нужна цитата ] |
| Blohm + Voss BV 238 | Германия | 1944 | Самый большой самолет.[нужна цитата ] | ||
| Convair B-36 Peacemaker | Соединенные Штаты Америки | 1946 | Самый большой самолет.[нужна цитата ] | ||
| Hughes H-4 Геркулес | Соединенные Штаты Америки | 1947 | Транспорт | Прототип | Размах 97,82 м (320 футов 11 дюймов).[14] |
| Экраноплан КМ | СССР | 1966 | Экспериментальный | Прототип | Размах 37,6 м, длина 92 м, максимальная взлетная масса 544 тонны. |
| Антонов Ан-225 Мрия (Сон) | СССР | 1988 | Транспорт | Оперативный | 1 пример. Длина 84 м (276 футов), макс. полная масса 600 000 кг (1 320 000 фунтов).[14] |
Самый большой винтокрылый аппарат
| Тип | Страна | Дата | Роль | Положение дел | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| Хьюз XH-17 | Соединенные Штаты Америки | 1952 | Диаметр ротора. 129 футов.[нужна цитата ] | ||
| Фэйри Ротодин | объединенное Королевство | 1957 | Авиалайнер | Прототип | Самый большой составной автожир на 40 пассажиров.[нужна цитата ] |
| Mil V-12 или Ми-12 | СССР | 1968 | 2 винта по 114 футов, максимальная взлетная масса 105 т.[нужна цитата ] |
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Скулкрафт, Дон, Определение FAA начало [sic] на букву L., Бюро авиационной безопасности
- ^ Регламент EASA - Поправка к Правилу реализации 2042/2003, Версия 1 от 31.01.2012, стр. 4.[1] (Проверено 20 мая 2014 г.)
- ^ а б c d Ege, L ,; «Воздушные шары и дирижабли», Бландфорд (1973).
- ^ Air Enthusiast International Март 1974 г., с.145.
- ^ Баттлер Секретные проекты 1935–1950 Истребители и бомбардировщики Мидленд Паблишинг с. 128.
- ^ «Дирижабли - HAV 304». www.airshipmarket.org. Дирижабль. Архивировано из оригинал 7 апреля 2014 г.. Получено 27 февраля 2014.
- ^ Уэсткотт, Ричард (28 февраля 2014 г.), Самый длинный самолет в мире представлен в Великобритании, Новости BBC
- ^ «R38 / ZR2». Фонд наследия дирижаблей. Получено 14 декабря 2012.
- ^ а б Робинсон, Дуглас Х. Гиганты в небе Фулис (1973), стр.342 ISBN 0-85429-145-8
- ^ Робинсон, Дуглас Х. Гиганты в небе Фулис (1973), стр. 343 ISBN 0-85429-145-8
- ^ Грей, Питер; Тетфорд, Оуэн (1962). Немецкие самолеты времен Первой мировой войны. Лондон: Патнэм. п.588.
- ^ "Дорнье До.X". Полет: 233–4. 21 февраля 1930 г.
- ^ Кесслер и Отт, Die großen Dessauer: Junkers Ju 89, 90, 290, 390. Die Geschichte einer Flugzeugfamilie Берлин: Авиатик-Верлаг, 1993. ISBN 3-925505-25-3.
- ^ а б Винчестер Дж. (Ред.); "Факты об авиации: концептуальный самолет", Гранж (2005).