История воздухоплавания и авиации

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.

Несмотря на то, «Конкорд» мог преодолевать звуковой барьер и достигать крейсерской скорости и без применения форсирования двигателей, форсаж также использовался для разгона с околозвуковых скоростей до скорости 1,7 Маха. Причиной этого стало то, что без использования форсажа такой разгон происходил бы очень медленно, и общее количество топлива, затраченное на этот маневр, было бы слишком большим.

Из-за того, что ТРД не могут работать, в случае если поступающий поток воздуха имеет сверхзвуковую скорость, пришлось разработать сложные автоматически регулируемые воздухозаборники, способные тормозить воздушный поток до дозвуковой скорости во всём диапазоне сверхзвуковых скоростей самолёта. Помимо своей основной задачи воздухозаборники служили также для перенаправления основного воздушного потока в обход двигателя, в случае его отказа на сверхзвуковой скорости. Без возможности такого перенаправления резко возросшее сопротивление отказавшего двигателя могло создать чрезмерные нагрузки, которые могли привести к разрушению самолёта в воздухе.

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 алюминиевые 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.

Страницы: 1, 2, 3, 4