Почему все современные (именно современные) авиалайнеры похожи сами на себя?
Короткий ответ — тому что физика (и исходящие из нее нормы сертификации и безопасности ЛА, а так же экономической эффективности) на планете общая, но можно и нужно раскрыть эту тему подробнее.
1. Они все дозвуковые, потому что сверхзвук жрет слишком много дорогого топлива и слишком шумный (ударная волна от фюзеляжа порой вышибает витрины и стекла домов), его не купит ни одна авиакомпания. Там есть еще с десяток проблем, но эти основные. Значит, у всех пассажирских лайнеров дозвуковая аэродинамика («формы» фюзеляжа и крыла).
2. У них всех стабилизатор и киль в хвосте, никакого ПГО (т.н. «маленькие крылышки» в носу) и других финтов. Тому что такая схема обеспечивает наилучший диапазон центровок (нужно меньше усилий чтобы лететь ровно) -, а чем больше диапазон, тем длиннее фюзеляж (больше пассажирских мест) можно сделать. ПГО же этот диапазон уменьшает, да и с компоновкой («как его запихнуть?») создает проблемы — поэтому его никто не ставит.
2.1 Они все низкопланы (крыло внизу фюзеляжа), потому что низкопланы лучше плавают при аварийной посадке на воду. У высокоплана (крыло на крыше) фюзеляж тонет мгновенно -, а это, кроме шуток, важный пункт в списке требований по безопасности воздушных судок. Так же у высокопланов всегда хуже взлетно-посадочные характеристики (высокое крыло, в отличие от низкого, не создает эффект экрана), их двигатели тяжелее обслуживать (ибо высоко), а при разрушении их осколки летят прямо в иллюминатор к пассажирам, но основной пункт — безопасность.
(Да, я в курсе, что Ан-148 существует. Но никому из коммерческих АК он внезапно (нет) оказался не нужен, да и международные сертификаты не получил).
3. У них у всех 2 двигателя, эпоха 3-х/4-х турбин ушла (сейчас больше двух дороже, меньше нельзя по соображениям безопасности). Расположены эти двигатели… А вот тут вопрос.
Есть два вида пассажирских самолетов — условно «маленький» и «больше маленького». Что у Боинг 737, что у Боинг 777 два двигателя под крылом, в данном вопросе их разница в габаритах и классе не важна. А вот «маленький» самолет (99% бизнес-джетов) — это двигатели в хвосте, ибо под крылом там банально нет места.
(Нет, если у вас миллиарды денег и времени, можете попробовать поставить двигатель на крыло, но тут про список проблем и сложностей можно отдельную статью писать, так что просто поверьте на слово — HondaJet не просто так одна такая).
Тут кто-то может вспомнить, что раньше двигатели в хвост ставили и на «большие» самолеты тоже, и задать вопрос — чего сейчас от этого отказались? Если кратко — потому что такая схема дает худшие ЛТХ и создает больше рисков. А теперь подробнее.
Оговоримся о плюсах «двигателей в хвосте» — это «чистое» крыло, что хорошо для аэродинамики и для посадки на воду, это более короткие стойки шасси (что упрощает их размещение, уменьшает массу и делает более безопасным (не так высоко прыгать) экстренное покидание самолета, если аварийный трап откажет), при отказе одного двигателя меньше дестабилизирующий момент (меньше «уводит вбок»). Лет 40 назад в плюсы записали бы кратно меньшую шумность для пассажиров, но современные двигатели под крылом уже не создают такого дискомфорта в салоне, как тогда. Так же бытует миф, что высокорасположенный двигатель меньше засасывает мусор с полосы, но в реальности все наоборот, низкорасположенным воздухозаборникам не свойственно вихреобразование, поднимающим мусор, а высоким — да. Всё, список плюсов закончился, переходим к недостаткам.
Вот такой смерч вполне может поднять и засосать мусор в двигатель
Первый и самый основной — масса. Чем самолет легче — тем выше его ЛТХ и экономические показатели. А размещая двигатели в хвосте фюзеляжа, мы обрекаем его на удлинение, так как: 1. место под двигатель «съест» часть салона = меньше пассажиров = меньше денег, 2. Нельзя размещать оперение и двигатель на одной линии. Почему? Безопасность. Двигатель имеет свойство ломаться и разрушаться — и если раскаленные обломки турбины, только что вращавшейся со скоростью несколько десятков тысяч оборотов в минуту, влетят в киль — то полет точно станет пикированием. А так есть шанс дотянуть…
Разлет между двигателем и килем, наглядно
Так вот — более длинный фюзеляж — большая масса. На этом рост массы не заканчивается, ведь киль тоже становится тяжелее. Почему? Потому что теперь он должен создавать больший момент, ведь плечо между ним и крылом стало меньше — потому что крыло съехало назад (о чем ниже), а устойчивость нужна прежняя. А кроме киля есть стабилизатор (горизонтальное оперение). Если на обычном самолете его можно навесить на силовой набор фюзеляжа, то тут его нельзя поставить прямо за горяченным соплом, его должен нести киль. Для чего киль должен стать прочнее и толще — то есть опять-таки тяжелее. Как и та часть фюзеляжа, на которую мы ставим все это богатство…
Итак, хвост стал куда тяжелее. Значит, у нас сместился назад центр тяжести (ЦТ). Значит, надо смещать и крыло. Но это наш самолет еще пустой. Вспоминаем, что загрузка (а значит, положение ЦТ) бывает разной и меняется в полете (по мере выработки топлива), и начинаем думать, как блин его постоянно балансировать? Ну, Ил-62 или Каравелла для этого возили с собой бесплатный груз-балласт в носу…
Кто-то скажет, что зато крыло должно стать легче, ведь ему теперь не надо нести двигатель, держать реверс, паразитное сопротивление и другие моменты. Но… Нет. Крыло в таком случае надо делать прочнее. В полете подъемная сила постоянно стремится «сложить» крыло над фюзеляжем (представьте, что самолетик «хлопнул в ладоши» над собой). Если под крылом есть двигатель, то он своим весом тянет центроплан вниз и частично парирует этот эффект, если двигателя нет, то крыло ничего не разгружает, и приходится повышать его прочность по старинке. И поди угадай, чье крыло в итоге будет тяжелее.
Но фиг с ней, с весовой культурой все понятно — в ГА приоритет номер 1 — это безопасность. И тут тоже все плохо.
Опять вернемся в хвост, ведь там в чат вошло «затенение». Если по какой-либо причине самолет вышел на критические углы атаки (задрал нос), то крыло «закрывает» носовую часть от набегающего потока воздуха, и возникает риск, что двигатели словят помпаж, стабилизаторы потеряют эффективность… И вполне возможно, что аминь.
Вновь вернемся к самим двигателям. Помимо разрушения, они еще иногда и горят. И если система пожаротушения сказала «аминь», то пламя гарантированно захватит и второй двигатель (ибо все топливопроводы рядом) и хвостовое оперение. А потерять его — куда страшнее, чем потерять часть обшивки консоли крыла.
Но не беспокойтесь! Чтобы двигатель не ломался, его надо обслуживать. И тут… Тут нужна стремянка, ага. Двигатель же высоко. Те, что под крылом, обслуживать всяко проще. А еще они больше. Сейчас в ГА балом правят двигатели с высокой степенью двухконтурности (с большим диаметром первой ступени компрессора) — они банально экономичнее двигателей с малой степенью. Запихнуть их в хвост… Ну удачи, что, под крылом их разместить кратно проще.
m — степень двухконтурности. C — удельный расход. R — удельная тяга.
Собсна, по этим причинам двигатели в хвост нынче ставят только бизнесджетам. Там их некуда больше ставить, да и часть перечисленных выше проблем маленьким летаблам свойственны в меньшей степени. Поэтому все бизнесджеты похожи друг на друга, а все лайнеры похожи на лайнеры. Физика везде одинаковая.
Автор: Трифон Дубогрызов
Оригинал
Habrahabr.ru прочитано 16254 раза
