Расчет летно-технических характеристик самолета Boeing 767

Рис. 31. Набор высоты

Угол подъема - это угол заключенный между траекторией подъема и горизонтом. Наибольший угол подъема будет на скорости полета, которой соответствует максимальный избыток тяги.

Скорость полета, на которой осуществляется наиболее крутой подъем, называется экономической скоростью подъема. На максимальной скорости полета установленный подъем не возможен из-за отсутствия избытка тяги. Увеличение высоты полета сопровождается уменьшением избытка тяги.

Высота, которую ВС набирает за единицу времени называется вертикальной скоростью подъема (скороподъемность).

Снижение - полет самолета по наклонной траектории с работающим двигателем с потерей высоты. В процессе снижения скорость самолета изменяется (увеличивается и уменьшается в зависимости от программы снижения), скорость полета на высоте круга, а тем более посадочная скорость меньше скорости крейсерского полета.

Как и в случае набора высоты, подъемная сила и лобовое сопротивление при одной и той же скорости имеют меньшие значения по сравнению с горизонтальным полетом. При снижении с работающим двигателем скорости за счет составляющей веса могут быть больше скорости горизонтального полета. Снижение на режиме, при котором тяга двигателя практически равна нулю, называется планированием.

Дальность планирования при потере высоты Н равна:

.

Режим снижения выбирают исходя из нескольких условий:

- обеспечение комфорта пассажиров;

- уменьшение времени снижения и расхода топлива.

Посадка самолета

Представляет собой замедленное движение самолета с высоты 200м до полной остановки после пробега на земле.

Состоит из:

· Планирование

· Выравнивание

· Выдерживание

· Парашютирование

· Приземление

· Пробег

Предпосадочное планирование выполняется с выпущенными закрылками и шасси и по этой причине качество невелико. Угол планирования при это значительно увеличивается, что усложняет технику выравнивания. При наличии тяги угол планирования и вертикальная скорость уменьшаются. Выполнение посадки с тягой обеспечивает уход на второй круг. Летчик устанавливает скорость и угол планирования контролируя по вертикальной скорости снижения и выводит в точку начала выравнивания.

Перед посадкой желательно, чтобы скорость по траектории и вертикальная скорость снижения были как можно меньше. Для этой цели применяется механизация крыла. При увеличении веса воздушного судна увеличивается и его скорость по траектории, угол планирования практически не изменяется.

Практикой установлено, что больше всего ошибок в технике пилотирования совершается на этапе предпосадочного планирования и при выходе из него.

Выравнивание - процесс перехода от прямолинейного равномерного снижения к траектории ГП в конце выравнивания. При подходе к высоте начала выравнивания, которая определяется визуально, летчик отклоняет ручку на себя, увеличивая угол атаки, создавая дополнительную подъемную силу, которая искривляет траекторию. Увеличение угла атаки приводит к увеличению лобового сопротивления, что соответственно приводит к уменьшению скорости. Другой причиной уменьшения скорости является отсутствие составляющей веса самолета. Выравнивание заканчивается на высоте 1-2 м.

Выдерживание - производится для уменьшения скорости до значения посадочной и представляет собой торможение самолета в ГП. Так как в ГП Y=G ,а скорость полета уменьшается из-за того, что тяга меньше силы лобового сопротивления и для поддержания летчик увеличивает угол атаки. В момент, когда угол атаки будет равен посадочному дальнейшее увеличение прекращают. Скорость выдерживания называется посадочной скоростью. В процессе выдерживания ВС снижается до 25-30 см. Далее идет парашютирование (Y<G). Все это длится малый промежуток времени и ВС приземляется на ВПП.

При приземлении сказывается эффект «воздушной подушки».

Посадочная скорость - скорость в момент приземления. У всего ВС меньше скорости отрыва.

Пробег - заключительный этап посадки. Начинается на основных колесах шасси, после чего летчик опускает носовую стойку и начинает торможение.

Главная характеристика - его длина. Движение равнозамедленное. По мере уменьшения скорости подъемная сила и лобовое сопротивление уменьшаются, а сила реакции земли увеличивается.

Факторы влияющие на посадку:

· Ветер (встречный\попутный)

· Боковой ветер

· Посадочная скорость

· Посадочный вес

· Тормоза

· Температура и давление

· Состояние поверхности ВПП

· Наклон посадочной полосы

Посадочная дистанция - путь проходимый самолетом от места, где высота равна 100 м. до полной остановки самолета.

Уход на второй круг

Применяется летчиком в случае занятости ВПП, запрещения посадки РП или диспетчером и при неточном расчете на посадку.

При уходе на второй круг двигатель выводится на взлетную мощность. На современных ВС тяга силовых установок позволяет уходить на второй круг с любой высоты и при любом положении шасси и закрылок.

Дальность и продолжительность полета

Полная дальность полета, представляющая собой расстояние относительно земной поверхности, проходимое летательным аппаратом от места взлета до посадки, включает в себя три участка :

- дальность, проходимая при наборе высоты (Lнаб);

- дальность полета на расчетной высоте - крейсерский участок (Lкр);

- дальность, проходимую при снижении (Lсн).

Полная дальность летательного аппарата определяется количеством топлива, израсходованного в полете. Если в полете израсходовано все имеющееся топливо, то дальность полета при таких условиях называется технической.

Рис. 32. Дальность

Но в реальных условиях эксплуатации необходимо иметь резервный запас топлива. Дальность полета с учетом резервного остатка топлива носит название практической дальностью. Дальность и продолжительность крейсерского участка полета определяются километровым Ск и часовым Сh расходами. Километровый расход (кг/км) представляет собой затрату топлива на 1 км пути, а часовой (кг/ч) - расход топлива за 1 час полета. Между километровым и часовым расходами имеется связь:

Как показали исследования самолет будет иметь максимальную дальность и продолжительность полета (минимальные километровый Ск и часовой Сh расходы) на высотах, близких к практическому потолку. Методика расчета дальности и продолжительности полета определяется условиями и постановкой задачи. В общем случае задача может быть сведена к определению Ск и Сh во всем практическом диапазоне скоростей и высот полета. Определение максимальной дальности на заданной высоте

При решении данной задачи ограничимся приближенным методом, дающим достаточную точность. Будем считать вес летательного аппарата постоянным и равным среднему значению. Также необходимо знать удельный расход топлива Суд. Также принимает, что удельный расход на протяжении всего крейсерского участка остается постоянным. Далее определяем дальность и продолжительность полета:

и

Gткр - запас топлива для крейсерского полета.

Как отмечалось выше, минимальный километровый расход получается на высоте, близкой к практическому потолку. В этих условиях качество близко к максимальному. Но по мере выработки топлива вес самолета уменьшается. Если при этом сохранять постоянным Су (для сохранения максимального качества) и скорость полета, то подъемная сила начинает превосходить вес. В связи с этим высота полета должна увеличиваться до тех пор, пока за счет уменьшения плотности не восстановиться равенство Y = G. В полете процесс выработки топлива происходит непрерывно, а следовательно, и полет на крейсерском участке должен идти с постоянным набором высоты. Так как при этом полет происходит вблизи потолка, высота которого по мере выработки тоже увеличивается, то такой режим полета получил название полет по потолкам. В гражданской авиации полеты осуществляются по фиксированным эшелонам. Поэтому режим полета по потолкам не применяется.

Практическая часть

Boeing 767 - широкофюзеляжный дальнемагистральный самолет производства американской фирмы Boeing. Является одним из самых распространенных лайнеров на трансатлантических рейсах. Коммерческая эксплуатация Боинга 767 началась в 1982 году, с тех пор было продано более тысячи самолетов.

История

В 1970 году, на коммерческие линии вышел широкофюзеляжный лайнер Boeing 747. Это был первый в истории пассажирский двухпалубный самолет способный перевозить большое количество пассажиров на дальние расстояния. Стоит отметить, что салон лайнера достаточно широкий, поэтому для удобства пассажиров и оптимальной работы персонала он был оборудован двумя проходами.

Спустя пару лет, компания Boeing приступила к исследованию нового проекта дальнемагистрального лайнера под кодовым названием 7X7. Предполагалось, что он заменит устаревающий Boeing 707, а также будет обладать двумя проходами в салоне, но в более узком фюзеляже чем у 747.

Первоначальная концепция 7X7 подразумевала создание ближнемагистрального самолета большой вместимости с возможностью взлета и посадки на коротких ВПП. Однако, такой вариант не заинтересовал авиакомпании. После чего, Boeing переориентировал проект на создание трансконтинентального лайнера. В этот период, было предложено несколько конфигураций самолета: с двумя двигателями, с тремя двигателями и T-образным оперением киля.

В конечном итоге, базовой конфигурацией стал двухдвигательный вариант, схожий с Airbus A300. Такой выбор был связан с экономическими соображениями, а также с техническим прогрессом реактивных двигателей нового поколения.

Boeing рассчитывал, что 7X7 займет сегмент рынка дальнемагистральных самолетов средней вместимости. Иначе говоря, лайнер должен перевозить большое количество пассажиров между крупными городами.

Новые технологии

К концу 1970-х, авиационно-космические технологии шагнули далеко вперед и новый самолет получил самые передовые из них. Кроме вышеупомянутых двигателей нового поколения, лайнер получил более эффективные аэродинамические решения, часть фюзеляжа была выполнена из композитных материалов. Все это позволяло облегчить вес лайнера, снизить расход топлива и взять на борт как можно больше пассажиров.

Те же самые технологии были применены к проекту 7N7, который впоследствии превратился в один из самых успешных самолетов - Boeing 757. Кабины обоих лайнеров были унифицированы, что позволяло обучать экипаж управлению сразу двумя типами, а это в свою очередь снижало расходы авиакомпаний на переподготовку экипажей.

Сходство кабин 767 и 757 заключалось в том, что впервые в истории, часть аналоговых электромеханических стрелочных индикаторов были заменены дисплеями на электронно-лучевых трубках. Экипаж был сокращен до 2х человек, а с функциями штурмана великолепно справлялась Система Управления Полетом (FMS), которая, помимо этого, обладала ещё массой возможностей. С тех пор, кабины с подобным оснащением называются “стеклянными” или “glass cockpit”.

Начало производства Boeing 767

В январе 1978 года, Boeing объявил о расширении завода в городе Эверетт (Everett), который был построен в конце 1960х специально для производства 747. Предполагалось, что новый самолет, получивший к тому времени обозначение 767, будет производиться там.

Боинг планировал выпускать три модификации: 767-100 (вместимость 190 пассажиров), 767-200 (вместимость 210 пассажиров) и трехдвигательный 767 MR/LR (вместимость 200 пассажиров). Впоследствии 767 MR/LR был переименован в 777, стал двухдвигательным лайнером, а его вместимость была увеличена до 440 пассажиров.

Производство первого 767 началось 14 июля 1978 года, после того как авиакомпания United Airlines заказала 30 самолетов 767-200. Через некоторое время поступил заказ на 50 самолетов 767-200 от American Airlines и Delta Airlines.

Что касается модификации 767-100, то она оказалось не интересна авиакомпаниям, поскольку её характеристики пересекались с Boeing 757.

Самое главное -- эксплуатационные расходы

К концу 1970-х, минимальные эксплуатационные расходы стали основным критерием при покупке авиакомпаниями самолетов. Компания Boeing предвидела это, поэтому топливоэффективность была заложена в 767 ещё в процессе проектирования. По сравнению с предшественниками самолет получался на 20-30% экономичнее. Добиться таких результатов инженеры смогли за счет новых технологий в проектировании крыла, а также новых двигателей. В то же время, технический прогресс позволил спроектировать одну треть чертежей 767 при помощи компьютеров, а в аэродинамической трубе испытательный макет лайнера провел около 26 000 часов.

Боинг одновременно проектировал два самолета 767 и 757. В конечном итоге, оба лайнера получили похожие конструкторские решения, в частности: авионику, системы управления полетом и различные агрегаты. В целом на разработку обоих самолетов компания Boeing потратила около 3,5 $ -- 4 $ миллиардов.

Конструктивные особенности Boeing 767

Как уже упоминалось выше, для ускорения подготовки чертежей большей части конструкции 767, использовалось автоматизированное проектирование, позволявшее достичь высокой точности, которая очень важна, когда большой процент конструкторских работ выполняется другими компаниями. В общей сложности 28 компаний выпускают узлы и агрегаты, стоимость которых составляет 45 процентов от общей стоимости самолета. Конструкция крыла характеризуется увеличенными: стреловидностью, размахом и хордой. Благодаря этим особенностям, площадь крыла может быть больше на 53%.

Boeing 767 оснащен двумя турбовентиляторными двигателями, подвешенными на пилонах к крылу. Особо стоить отметить, что на презентации 767, впервые в истории Боинг предложил покупателям самолета на выбор два варианта двигателей - Pratt&Whitney JT9D и General Electric CF6. Обе модели обладали максимальной тягой в 210 kH (21,772 кг).

Ширина фюзеляжа является “золотой серединой” между размерами моделей 707 и 747, она составляет - 5,03 м. Таким образом, максимальное количество кресел помещающихся в ряд с двумя проходами = 7 (конфигурация 2+3+2).

Впервые в истории авиастроения, самолет оснащался “стеклянной кабиной”, оборудование которой брало на себя управление самолетом во время полета. Командир и второй пилот только контролируют работу всех систем. Такое нововведение позволяло авиакомпаниям сократить расходы на экипаж и отказаться от услуг бортинженера. Однако, авиакомпания United Airlines, проявила озабоченность, связанную с рисками ввода первых 767, и первоначально требовала наличие бортинженера на борту. В конце-концов, в июле 1981 года, надзорные органы США подтвердили, что при текущем техническом оснащении, управление широкофюзеляжным самолетом экипажем из 2 человек абсолютно безопасно. Тем не менее, кабина рассчитанная на экипаж из трех человек, некоторое время оставалась опцией, но в итоге была установлена только на первых экземплярах Boeing 767.

Первый полет и испытания

Прототип самолета с регистрационным номером N767BA, оснащенный турбовинтеляторными двигателями Pratt & Whitney JT9D, выкатили из ангара 4 августа 1981 года. К тому моменту, на самолет поступило 173 твердых заказа от 17 авиакомпаний, среди которых: Air Canada, All Nippon Airways, Britannia Airways, Transbrazil и Trans World Airlines.

26 сентября 1981 года, Boeing 767 совершил свой первый полет под управлением летчиков испытателей Томми Эдмондса (Tommy Edmonds), Лью Вэллика (Lew Wallick) и Джона Брита (John Brit). Первый полет прошел без осложнений, за исключением проблемы с шасси, возникшей из-за вытекшей гидравлической жидкости.

Тестовые полеты и испытания Боинга 767 продолжались в течении 10 месяцев. Специально для этого было построено 6 экземпляров. Первые четыре самолета были оснащены двигателями JT9D, а оставшиеся два CF6. Пять самолетов использовались для тестирования авиаоники и систем управления полетом, а на шестом испытывались физические возможности лайнера. Во время тестирования пилоты описывали 767, как “легкий в управлении, но с нюансами в маневренности, свойственными большим широкофюзеляжным самолетам”.

В июле 1982 года, после 1600 часов летных испытаний, 767-200 с двигателями JT9D был сертифицирован Федеральным управлением гражданской авиации США (FAA), а также Управлением гражданской авиации Великобритании (CAA).

19 августа 1982 года, авиакомпания United Airlines стала первым эксплуатантом Boeing 767-200.

В сентябре 1982 года, был сертифицирован 767-200 с двигателями CF6. Его поставки в Delta Airlines начались в октябре 1982 года.

Boeing 767 и авиабизнес

Ввод самолетов Boeing 767 в строй авиакомпаний прошел практически без проблем. В первый год эксплуатации 96,1% лайнеров вылетали и садились без задержек связанных с техническими проблемами. Авиакомпании остались довольны как экономическими характеристиками лайнера так и его внутренним комфортом. Что касается “детских болезней” 767, то доработке подверглись: некоторые датчики, замок эвакуационного трапа и стабилизатор.

С целью расширить возможности 767 и предложить авиалиниям подходящую конфигурацию, компания Boeing предлагает модель 767-200ER (Extended Range) с увеличенной дальностью полета. Первый заказ на этот самолет разместила авиакомпания Ethiopian Airlines в декабре 1982 года.

По сравнению с 767-200, модификация 767-200ER оборудована дополнительными топливными баками, за счет чего дальность полета была увеличена с 7,300 км до 11,825 км. Самолет был введен в коммерческую эксплуатацию 27 марта 1984 года.

В середине 1980-х годов, Boeing 767 стал одним из самых регулярно летающих самолетов на международных трассах северной атлантики. Произошло это благодаря изменениям в правилах безопасности полетов, регламентирующим удаление от запасных аэродромов (ETOPS). Согласно старым правилам ETOPS, маршрут двухмоторного самолета должен быть построен таким образом, чтобы он постоянно находился в пределах не более 90 минут полёта до ближайшего аэродрома, где можно было бы совершить аварийную посадку в случае отказа одного из двигателей.

В новых правилах ETOPS, время удаления от запасного аэродрома было увеличено до 120 минут, при условии что авиакомпания обладает хорошей технической репутацией.

Изменений в правилах ETOPS удалось достичь за счет повышенной надежности, которую продемонстрировали двухдвигательные самолеты и двигатели нового поколения. В дальнейшем время удаления от аэродрома было увеличено до 180 минут.

Благодаря поправкам в правилах ETOPS, продажи Boeing 767 увеличились, а самолет стал активно эксплуатироваться на трансатлантических маршрутах между крупными городами.

Появление 767-300

После успешного дебюта 767-200, авиакомпании проявили интерес к модификации самолета с увеличенной вместимостью пассажиров. В 1983 году, Boeing предложил две удлиненных модификации 767-300 и 767-300ER. Производитель заявил, что оба самолета смогут вместить на 20% больше пассажиров. Первым заказчиком 767-300 стала авиакомпания Japan Airlines. Первый полет 767-300 совершил 30 января 1986 года. Коммерческая эксплуатация самолета началась 20 октября 1986 года.

Что касается модификации 767-300ER, то первый тестовый полет самолета состоялся 9 декабря 1986 года. Первым заказчиком лайнера стала авиакомпания American Airlines. Коммерческая эксплуатация 767-300ER началась 3 марта 1988 года.

Эксперименты и дальнейшая эволюция

После выхода на коммерческие линии 767-300, компания Boeing разработала экспериментальный проект двухпалубного лайнера 767-200DD, который негласно прозвали “Горбун Мукильтео” («Hunchback of Mukilteo»). Чтобы было понятно, Мукильтео - это небольшой городок расположенный рядом с городом Эверетт, где находится один из крупных заводов Boeing. Нижняя палуба лайнера взята от 767-300, а верхняя от модели 757. Проект не вызвал никакого интереса у авиакомпаний.

В январе 1993 года, транспортная компания UPS Airlines заказала разработку грузовой версии 767-300F. Коммерческая эксплуатация самолета началась 16 октября 1995 года. В отличии от обычного 767-300, модель отличалась укрепленной конструкцией фюзеляжа, новым крылом и более прочным шасси.

В ноябре 1993 года, правительство Японии разместило заказ на военную модификацию Boeing E-767 (самолет дальнего радиолокационного обнаружения). Модель основана на 767-200ER. Поставки двух E-767 состоялись в 1998 году.

В 1990-х, основным конкурентом модели 767 являлся Airbus A330-200, превосходивший самолет Boeing по вместимости, дальности полета и экономичности. Более того, компания Боинг обратила внимание на то, что дальнемагистральный флот крупного авиаперевозчика Delta Airlines, состоящий из парка устаревших Lockheed L-1011, нуждается в замене. Оба фактора сподвигли Boeing на создание более современной и продвинутой модели 767-400ER, которая, согласно обещаниям производителя, должна была стать на 12% эффективнее.

В октябре 1997 года, авиакомпания Continental Airlines проявила интерес к 767-400ER с целью замены парка устаревших McDonnell Douglas DC-10.

Первый полет 767-400ER совершил 9 октября 1999 года, и был введен в эксплуатацию в Continental Airlines 14 сентября 2000 года.

Новое тысячелетие

К началу 2000-х годов, было продано около 900 самолетов Boeing 767. Однако, после 2001 года в индустрии авиаперевозок начался кризис, и спрос на самолет упал. В то же время компания Boeing отказалась от плана разработки очередной усовершенствованной модели 767-400ERX в пользу нового проекта “Sonic Cruiser”. Эта разработка подразумевала топливоэффективный самолет, который на 15% быстрее 767. Авиакомпании скептически отнеслись к идее сокращения эксплуатационных расходов за счет увеличения скорости лайнера, после чего проект “Sonic Cruiser” был свернут.

В 2003 году, Boeing объявил о начале проектирования преемника для 767 под кодовым названием 7E7. Согласно обещаниям производителя, новый лайнер будет состоять на 50% из композитных материалов, что позволит сократить расход топлива на 20% по сравнению с 767. Самолету было присвоено название 787 Dreamliner и в течении двух лет на него поступило рекордное количество заказов.

Однако, повышенный спрос на Dreamliner спровоцировал проблемы. Дело в том, что 767 эксплуатировался уже 20 лет и авиакомпании стремились обновить свой парк, в противном случае их Боинги 767 ожидала сложная и дорогостоящая техническая проверка (D-check). Плюс ко всему, программа реализации 787 отставала на три года. Изначально планировалось, что 787 начнет летать в 2008 году, но его коммерческая эксплуатация началась только в 2011 году.

Пока производитель и заказчики находили компромиссы по дримлайнеру, грузовые авиакомпании UPS и DHL Aviation проявили интерес к комбинированным грузовым модификациям 767. Несмотря на это, если брать статистику, то спрос на Boeing 767 сократился с 24 (2008 год) до 3 лайнеров (2010 год).

В 2010 году, эксплуатантам Boeing 767 была предложена опция - законцовки крыла (винглеты), которые позволяют сократить расход топлива на 6,5% за счёт улучшения аэродинамических качеств самолета.

2 февраля 2011 года, из ангара завода Boeing выкатили тысячный экземпляр модели 767, предназначенный для японской авиакомпании All Nippon Airways. Если быть точнее, то это был 91 по счету самолет модификации 767-300ER. А с точки зрения истории Boeing -- второй широкофюзеляжный лайнер (после 747), чьи продажи перешагнули за 1000 экземпляров. Также, тысячный самолет стал последним 767 собиравшимся в родном сборочном цехе. Производство 1001 лайнера было перенесено в другую область огромного города-завода Эверетт на новую конвеерную линию, которая предназначена специально для производства 787 и позволяет повысить эффективность производства на 20%.

После открытия новой линии сборки, Boeing получил около 50 заказов на 767. Производство самолетов продлится до 2013 года. Менеджеры Boeing не исключают, что спрос на самолет продолжится.

Аварии и происшествия

Одним из знаменитых Boeing 767 стал так называемый «Планёр Гимли» -- самолёт, который пролетел абсолютно без топлива более ста двадцати километров снижаясь с высоты 8,5 км и совершил вполне успешную посадку, при которой никто серьёзно не пострадал, а самолёт получил незначительные повреждения и впоследствии был восстановлен для дальнейшей эксплуатации (уже через два дня после проведённого ремонта на месте смог улететь своим ходом).

Таблица 1

Аварии и происшествия

Рис. 33 Boeing 767

Список литературы

1. Аэродинамика и динамика полета. Л.Ф. Николаев

2. wikipedia.org

3. Boeing.com

Размещено на Allbest.ru