История воздухоплавания и авиации

Аэродинамический нагрев конструкции

При полёте на высоких скоростях торможение воздуха, обтекающего самолёт, вызывает сильный аэродинамический нагрев его обшивки, причём величина нагрева имеет квадратичную зависимость от скорости. При скоростях в районе 3 Махов аэродинамический нагрев может достигать величины около 350 °C, что находится за пределами диапазона температур, в которых ал

юминиевые сплавы остаются достаточно прочными. Решением данной проблемы может стать или применение более жаростойких конструкционных материалов (сталь, как в XB-70, титан как в Т-4), или ограничение максимальной скорости самолёта значениями, при которых нагрев не превышает возможности традиционных материалов.

Так как для обеспечения приемлемого взлётного веса, цены и технологичности в качестве основного конструкционного материала для «Конкорда» был выбран алюминий, его крейсерская скорость ограничена величиной 2,03 Маха, при которой аэродинамический нагрев наиболее теплонагруженных элементов конструкции не превышает 127 °C. Примерно такие же ограничения справедливы и для Ту-144, который также построен из алюминиевых сплавов. Американцы, при проектировании «трёхмахового» Boeing 2707, были вынуждены использовать другие материалы, такие как сталь и титан. Дополнительная проблема состоит в том, что возникает существенное тепловое расширение материалов, что, требует усложнения конструкции самолёта.

Аэродинамический нагрев также создаёт сложности с обеспечением комфортной температуры в кабине самолёта. Система кондиционирования «Конкорда», помимо обычных воздушных теплообменников, сбрасывающих излишнее тепло отводимого от двигателей воздуха, имела также теплообменники, позволяющие отводить излишнее тепло в поступающее в двигатели топливо. Кроме того, это требует лучшей термоизоляции кабины и большей производительности системы кондиционирования, чем в обычных авиалайнерах. Например, стекла иллюминаторов «Конкорда» в процессе полёта нагревались так, что могли обжечь, в то время как стекла иллюминаторов обычного авиалайнера часто остывают до отрицательных температур.

Особенностью «Конкорда» стало то, что в крейсерском полете, температура носового обтекателя являлась одним из наиболее важных факторов, контролируемых экипажем и даже автопилотом, то есть автопилот ограничивал скорость исходя именно из этой величины.

Прочность конструкции

Из-за требования сверхзвукового полёта «Конкорд» имел очень тонкий профиль крыла, длинный и тонкий фюзеляж, кроме того, толщина панелей обшивки самолёта составляла всего 1,5 мм. Всё это накладывало очень серьёзные требования в области обеспечения прочности конструкции. Дополнительно проблема усугублялась тем, что на больших скоростях отклонение поверхностей управления может дать очень сильную и резкую нагрузку на конструкцию самолёта.

Эту проблему решали следующим образом:

«Конкорд» отличался от всех предшествовавших ему авиалайнеров тем, что многие основные элементы его конструкции не собирались из отдельных деталей, а фрезеровались из цельных алюминиевых отливок, например, очень крупные элементы были применены в конструкции крыла. Это сокращало количество соединений, облегчало конструкцию, и давало ей дополнительную прочность. Обшивка самолёта была включена в силовую структуру, и выполнялась из предварительно натянутых цельных панелей очень большого размера.

Проблему влияния поверхностей управления на сверхзвуковых скоростях частично устранили за счёт отключения на большой скорости внешних элевонов. Для управления использовались только средние и внутренние, которые нагружали конструкцию намного меньше, поскольку находились ближе к центру масс, и к тому же были установлены на наиболее прочную часть крыла.

Тем не менее, ограничения по перегрузкам на «Конкорде» были достаточно низкими, и составляли всего +2,5/-1,0, что меньше, чем на обычных дозвуковых авиалайнерах.

Шасси и тормоза

Из-за дельтовидного крыла «Конкорд» имел очень большую для коммерческого авиалайнера взлётную скорость, около 400 км/ч. Для обеспечения безопасности тормозная система самолёта должна была обеспечить возможность прерывать взлёт в пределах полосы обычного коммерческого аэропорта. Потребовалась разработка системы, которая могла бы полностью остановить авиалайнер весом в 188 тонн со скорости 305 км/ч на протяжении 1600 м, даже в условиях мокрой полосы. В результате тормозная система «Конкорда» стала наиболее совершенной для своего времени, при этом многие решения, такие как полностью электронное управление, тормозами (англ. brake-by-wire), были применены впервые в коммерческой авиации.

Стойки шасси также потребовали больших усилий со стороны разработчиков, поскольку из-за очень большого угла атаки самолёта на взлёте, стойки получились очень длинными и испытывали большие нагрузки.

История эксплуатации

После того, как в воздух поднялись первые серийные самолёты 201 и 202, началась обширная программа сертификации, закончившаяся в 1975 году выдачей британского и французского сертификатов. Помимо, собственно, пассажирских перевозок, «Конкорды» также участвовали в большом количестве выставок, показательных полётов и рекламных акций.

Продажа «Конкордов» авиакомпаниям

В 1960-е годы, во время зарождения и развития проекта «Конкорд», считалось, что будущее мировых пассажирских авиаперевозок за сверхзвуковыми авиалайнерами, что повлияло на планы ведущих мировых авиапроизводителей и авиакомпаний. Например, Boeing, выводивший в начале 1970-х на рынок свой амбициозный лайнер Boeing 747, очень осторожно оценивал перспективы этого самолёта, предполагая даже, что после выхода на линии сверхзвуковых пассажирских самолётов, 747-е придётся перевести на грузовые авиаперевозки. Разработка сверхзвуковых коммерческих авиалайнеров шла не только в Европе, но и в СССР, где Ту-144 взлетел даже немного раньше «Конкорда», а также в США, причём американцы, используя свой опыт создания крупных тремаховых самолётов (XB-70 «Валькирия»), создавали вариант СПС, Boeing 2707, существенно превосходивший по своим характеристикам как англо-французский, так и советский самолёты.

Заявки на новый самолёт начали поступать с 1963 года, задолго до его первого полёта, и к 1972 году 16 авиакомпаний по всему миру сделали предварительные заказы на 74 «Конкорда». Коммерческое будущее первого сверхзвукового пассажирского лайнера выглядело если не безоблачным, то, во всяком случае, вполне определённым.

Начиная с 1972 года, ситуация стала быстро меняться не в пользу сверхзвуковых авиалайнеров. Произошло сразу несколько существенных событий, повлиявших на планы осуществления сверхзвуковых пассажирских перевозок крупнейшими мировыми авиакомпаниями:

· В 1973 году разразился нефтяной кризис, вызванный, в первую очередь Войной Судного Дня между Израилем и арабскими странами. В результате этого кризиса мировые цены на авиационное топливо выросли в несколько раз, что ставило под сомнение коммерческую привлекательность сверхзвуковых полётов, так как «Конкорд» затрачивал намного больше топлива на перевозку одного пассажира, чем современные ему дозвуковые авиалайнеры.

 Скачать реферат