Үш қозғалтқышты ұшақтар

Кіріспе

Үш реактивті қозғалтқыштармен қозғалатын ұшақ – реактивті ұшақ.

Триджет – үш реактивті қозғалтқыштармен жұмыс істейтін реактивті ұшақ. Жалпы, жолаушылар тасымалдаушы әуе компанияларының триджеттері жаңартқыш қозғалтқыштардың орналасуы және турбовентиляторлық технологияның дамуының арқасында екінші буын реактивті авиалайнерлер деп есептеледі. Триджеттер төрт қозғалтқышты ұшақтардан тиімдірек, бірақ екі қозғалтқышты ұшақтардай тиімді емес, себебі үлкен және сенімді турбовентиляторлық қозғалтқыштар қолжетімді болғанда триджеттер оларды ығыстырды.

Дизайн

Триджеттерде қарастырылатын мәселелердің бірі – орталық қозғалтқыштың орналасуы. Бұл әдетте қозғалтқышты орта сызық бойымен орналастыру арқылы жүзеге асырылады, бірақ бұл қиындықтар туғызады. Ең көп таралған конфигурация – орталық қозғалтқыш артқы фюзеляжда орналасқан және S пішіндес канал арқылы ауамен қамтамасыз етіледі; бұл Hawker Siddeley Trident, Boeing 727, Tupolev Tu 154, Lockheed L 1011 TriStar және соңғы кезде Dassault Falcon 7X ұшақтарында қолданылады. S каналдың кедергісі төмен, ал үшінші қозғалтқыш орта сызыққа жақын орнатылғандықтан, қозғалтқыш істен шыққан жағдайда ұшақты басқару оңай болады. Дегенмен, S конструкциясы күрделірек және қымбат, әсіресе авиалайнерлер үшін. Сонымен қатар, орталық қозғалтқыш бөлімі күрделі қайта жабдықтау (қозғалтқышты ауыстыру) жағдайында құрылымдық өзгерістерді қажет етеді. Мысалы, 727-нің орталық бөлігі төмен өткізу қабілеті бар турбовентиляторға ғана сәйкес келеді, ал жаңа жоғары өткізу қабілеті бар турбовентиляторлар тыныш және қуаттырақ болды. Boeing қайта жобалау тым қымбат деп шешті және одан әрі дамытудың орнына өндірісті тоқтатты. Lockheed Tristar-дың құйрық бөлігі екі шпулді қозғалтқышты орнатуға тым қысқа болды, өйткені ол жаңа үш шпулді Rolls Royce RB211 қозғалтқышына арналған, ал RB211-дің дамуындағы кешігулер TriStar-дың пайдалануға енуін кейінге жылдырды, бұл сатуға әсер етті. McDonnell Douglas DC 10 және MD 11 ұшақтары "тікелей" орталық қозғалтқыш орналасуын қолданады, бұл оңай орнатуға, өзгертуге және қол жеткізуге мүмкіндік береді. Бұл машинаны қайта жабдықтауды да жеңілдетеді. Алайда, бұл S каналға қарағанда аэродинамикалық көрсеткіштерді нашарлатады. Сонымен қатар, қозғалтқыш қанатқа орнатылған қозғалтқыштардан әлдеқайда жоғары орналасқандықтан, қозғалтқыш істен шыққанда үлкен қисаю моменті туындайды, оны басқару қиынға соғады. Қалған екі қозғалтқыштың орналасуы әр түрлі. Шағын ұшақтардың көпшілігі, мысалы, Hawker Siddeley Trident және Boeing 727, сондай-ақ орташа өлшемді Tupolev Tu 154 ұшақтарында екі жақты қозғалтқыш пилондары бар, бұл T тәрізді құйрық конфигурациясын құрайды. Үлкен кең денелі Lockheed TriStar және DC 10/MD 11 ұшақтары әр қанаттың астына бір қозғалтқыш орнатады. TriStar үшін фюзеляж бен қанатты екі қозғалтқышты ұшаққа қайта пайдалану үшін алдын ала зерттеулер жүргізілді, бірақ Lockheed-тің қаражаты жетіспеуіне байланысты бұл жоба іске аспады. Сонымен қатар, 1990 жылдардың соңында McDonnell Douglas-ты сатып алған Boeing MD 11-ден құйрық қозғалтқышын алып тастап, оны екі қозғалтқышты ұшаққа айналдыруды қарастырды, бірақ MD 11 өндірісін тоқтатты. Бұл ұшақ оператордың техникалық қызмет көрсету базасынан алыс болғанда тиімді, өйткені ұшқыштар ұшуды жалғастыра алады және жөндеу жұмыстарын жүргізуге қолайлы әуежайға қонуға болады. Сонымен қатар, бір қозғалтқышы істен шыққан триджеттер үшін екі қозғалтқышпен ұшуға рұқсат алуға болады. ETOPS енгізілгенге дейін тек триджеттер мен квадджеттер ғана ауыстыру әуежайлары жоқ аймақтарда ұзақ халықаралық рейстерді орындай алатын. Алайда, бұл артықшылық соңғы жылдары жойылды, өйткені ETOPS сертификаты бар екі қозғалтқышты ұшақтар да осы мүмкіндікке ие. Бүгінде триджеттерге ең үлкен кедергі – пайдалану шығындары, ең алдымен отын тиімділігі, өйткені үш қозғалтқыштың дизайны екі қозғалтқыштың дизайнына қарағанда көбірек отын тұтынады. Бұл жаңа триджет ұшақты, әсіресе жолаушылар тасымалы үшін, нарыққа шығаруды қиындатады. Дегенмен, 1970 мен 1990 жылдар аралығында, триджеттер мен туинджеттер ұқсас қуатты қозғалтқыштармен жабдықталған кезде, мысалы, DC 10, MD 11, Boeing 767 және Airbus A300, A310 және A330 ұшақтарының барлығы General Electric CF6 қозғалтқыштарымен жабдықталған кезде, үшінші қозғалтқыштың қосымша қуаты DC 10/MD 11 ұшақтарына ұзын қашықтықта және/немесе ауыр жүк тасымалында A300/A330 туинджеттерінен артықшылық берді. 1990 жылдан бері жоғары өткізу қабілеті бар турбовентилятор технологиясының дамуымен ірі туинджеттер Boeing 777-нің General Electric GE90 сияқты арнайы жасалған қозғалтқыштармен жабдықталды, бұл туинджеттерге көптеген триджеттермен және тіпті көптеген квадджеттермен бірдей міндеттерді орындауға, бірақ тиімдірек болуға мүмкіндік берді.

One consideration with trijets is positioning the central engine. This is usually accomplished by placing the engine along the centerline, but still poses difficulties. The most common configuration is having the central engine located in the rear fuselage and supplied with air by an S shaped duct; this is used on the Hawker Siddeley Trident, Boeing 727, Tupolev Tu 154, Lockheed L 1011 TriStar, and, more recently, the Dassault Falcon 7X. The S duct has low drag, and since the third engine is mounted closer to the centerline, the aircraft will normally be easy to handle in the event of an engine failure. However, S duct designs are more complex and costlier, particularly for an airliner. Furthermore, the central engine bay would require structural changes in the event of a major re engining (remodeling of the engine). For example, the 727's central bay was only wide enough to fit a low bypass turbofan and not the newer high bypass turbofans which were quieter and more powerful. Boeing decided that a redesign was too expensive and ended its production instead of pursuing further development. The Lockheed Tristar's tail section was too short to fit an existing two spool engine as it was designed only to accommodate the new three spool Rolls Royce RB211 engine, and delays in the RB211's development, in turn, pushed back the TriStar's entry into service which affected sales. The McDonnell Douglas DC 10 and related MD 11 use an alternative "straight through" central engine layout, which allows for easier installation, modification, and access. It also has the additional benefit of being much easier to re engine. However, this sacrifices aerodynamics compared to the S duct. Also, as the engine is located much higher up than the wing mounted engines, engine failure will produce a greater pitching moment, making it more difficult to control. The placement of the remaining two engines varies. Most smaller aircraft, such as the Hawker Siddeley Trident and the Boeing 727, as well as the intermediate sized Tupolev Tu 154, have two side mount engine pylons in a T tail configuration. The larger widebody Lockheed TriStar and DC 10/MD 11 mount an engine underneath each wing. Preliminary studies were done on the TriStar to reuse the fuselage and wing for a twinjet design though these never materialized due to Lockheed's lack of funds. Additionally in the late 1990s Boeing, which had taken over McDonnell Douglas, considered removing the tail engine from the MD 11 to make it a twinjet but instead cancelled MD 11 production altogether. This is advantageous if the aircraft is not near one of the operator's maintenance bases, as the pilots may then continue the flight and land at an airport where it is more suitable to perform repairs. Additionally, for trijets on the ground with one engine inoperative, approval can be granted to perform two engine ferry flights. Prior to the introduction of ETOPS, only trijets and quadjets were able to perform long international flights over areas without any diversion airports. However, this advantage has largely disappeared in recent years as ETOPS certified twin engined aircraft are able to do so as well. The biggest obstacle trijets face today is operating costs, primarily fuel efficiency, as a three engine design almost certainly consumes more fuel than a comparable two engine design. This also greatly increases the difficulty of marketing a new trijet aircraft today, especially for passenger service. However, this was worth the trade off between 1970 and the 1990s when trijets and twinjets shared engines of similar output, such as when the DC 10, MD 11, Boeing's 767, and Airbus's A300, A310, and A330 were all powered by the General Electric CF6, and the additional power from the third engine gave the DC 10/MD 11 advantages in longer range and/or heavier payload over the A300/A330 twinjet. Since the 1990s, with further advancements in high bypass turbofan technology, large twinjets have been equipped with purpose designed engines such as the Boeing 777's General Electric GE90, allowing twinjets to perform the same tasks as most trijets and even many quadjets but more efficiently.

Тарих

Алғашқы триджет дизайны – 1947 жылы алғаш ұшқан Туполев Ту-73 бомбалаушы ұшағының прототипі болды. Алғашқы коммерциялық триджеттер – Hawker Siddeley Trident (1962) және Boeing 727 (1963) ұшақтары. Екеуі де әуе компанияларының талаптарын қанағаттандыру үшін жасалған компромисс болды; Trident жағдайында ол BEA-ның өзгеретін қажеттіліктеріне сай болуы керек еді, ал 727 үш әртүрлі әуе компаниясы үшін қолайлы болуы тиіс болды. Өндірушілер арасындағы ынтымақтастық қарастырылғанмен, ол іске аспады. Алғашқы американдық екі қозғалтқышты ұшақтардың жобалары FAA-ның 60 минуттық ережесімен шектелген, оған сәйкес екі қозғалтқышты реактивтік ұшақтардың ұшу жолы қозғалтқыш істен шыққан жағдайда жақын әуежайдан 60 минуттық ұшу уақыты ішінде болуы керек еді. 1964 жылы бұл ереже триджеттер үшін алынып тасталды, себебі олардың қауіпсіздік маржасы жоғары болды. Екінші буын реактивтік ұшақтарында, жоғары тиімділік пен шудың азаюы үшін жоғары айналымды турбовентилятор және жолаушылар/жүк сыйымдылығы үшін кең корпус (екі дәлізді) пайдаланылды. Триджет дизайны орташа кең корпусты реактивтік ұшақ үшін ең оңтайлы конфигурация ретінде қарастырылды, ол өлшемі, ұшу қашықтығы және құны жағынан төрт қозғалтқышты ұшақтардан (кваджеттер) және екі қозғалтқышты ұшақтардан (твинджеттер) арада орналасты. Бұл триджеттердің көптеген жобаларының пайда болуына әкелді. Төрт қозғалтқышты Boeing 747 ұшағы ұзақ қашықтығы мен үлкен көлеміне байланысты трансокеандық рейстерде танымал болды, бірақ ол қымбатқа түсті және барлық бағыттарда оның орындықтарын толықтыру мүмкін болмады, ал Airbus A300 екі қозғалтқышты ұшағының бастапқы үлгілері қысқа және орташа қашықтыққа ғана шектелген. Осы кезеңде әртүрлі реактивтік ұшақтар ұқсас қуатты қозғалтқыштарды пайдаланды, мысалы, McDonnell Douglas DC-10, Airbus A300 және Boeing 767 General Electric CF6 қозғалтқыштарымен жабдықталғанда, үшінші қозғалтқыштың қосымша қуаты DC-10 ұшағына ұзақ қашықтықта және/немесе ауыр жүк тасымалында A300 және 767 екі қозғалтқышты ұшақтарынан артықшылық берді. Осылайша, DC-10 және L 1011 TriStar сияқты триджеттер АҚШ әуе компанияларының ішкі және трансатлантикалық бағыттары үшін қажетті орташа және ұзақ қашықтықтағы, орташа өлшемдегі ең жақсы компромисс ұсынды. Осы триджет кең корпусты ұшақтардың және Boeing 727-нің танымалдылығының арқасында 1980-жылдары триджеттер АҚШ-тың барлық реактивтік ұшақтарының көп бөлігін құрады. 1985 жылдан 2003 жылға дейін пайдаланудағы осындай ұшақтардың саны 1488-ден 602-ге дейін азайды. Ал, керісінше, екі қозғалтқышты ұшақтардың саны осы кезеңде төрт еседен астам өсті. Lockheed және McDonnell Douglas кең корпусты нарықта бәсекелесіп, қаржылық жағдайы нашарлады, нәтижесінде Lockheed 1984 жылы L 1011 өндірісін тоқтатып, өзін-өзі ақтау үшін қажетті бірліктің жартысын ғана өндірді, ал DC-10 ұшақтарының бірнеше қаза тарту оқиғалары оның сатылымын да баяулатты. McDonnell Douglas қолданыстағы триджет конфигурациясымен қатар, Airbus (ешқашан триджет ұшағын өндірмеген) және Boeing жаңа кең корпусты екі қозғалтқышты ұшақтарды жасады, олар сәйкесінше A330 және 777 болды. MD-11 ұшағының ұзақ қашықтықтағы артықшылығы ұзақ болмады, өйткені оған A330-дың төрт қозғалтқышты туындысы A340 және 777 қауіп төндірді. 1980-жылдарығы басқа бір маңызды триджет жобасы – Кеңес Одағындағы Туполев Ту-154 ұшағының Soloviev D-30 қозғалтқышымен және жаңа қанат дизайнымен қайта жабдықталып, 1984 жылдан бастап Ту-154М ретінде сериялық өндіріске енуі болды. Dassault Falcon 7X, Falcon 8x және Falcon 900 бизнес-ұшақтарын қоспағанда, қазіргі уақытта ешбір өндіруші үш қозғалтқышты авиалайнерлер өндірмейді.

The first trijet design to fly was the Tupolev Tu 73 bomber prototype, first flown in 1947. The first commercial trijets were the Hawker Siddeley Trident (1962) and the Boeing 727 (1963). Both were compromises to meet airline requirements; in the case of the Trident, it was to meet BEA's changing needs, while the 727 had to be acceptable for three different airlines. Although collaboration between the manufacturers was considered, it did not come about. Early American twinjet designs were limited by the FAA's 60 minute rule, whereby the flight path of twin engine jetliners was restricted to within 60 minutes' flying time from a suitable airport, in case of engine failure. In 1964, this rule was lifted for trijet designs, as they had a greater safety margin. For second generation jet airliners, with the innovations of the high bypass turbofan for greater efficiency and reduced noise, and the wide body (twin aisle) for greater passenger/cargo capacity, the trijet design was seen as the optimal configuration for the medium wide body jet airliner, sitting in terms of size, range, and cost between quadjets (four engine aircraft) and twinjets, and this led to a flurry of trijet designs. The four engine Boeing 747 was popular for transoceanic flights due to its long range and large size, but it was expensive and not all routes were able to fill its seating capacity, while the original models of the Airbus A300 twinjet were limited to short to medium range distances. During this period, different jet airliners shared engines of similar output, such as when the McDonnell Douglas DC 10, Airbus A300, and Boeing 767 were powered by the General Electric CF6, the additional power from the third engine gave the DC 10 advantages in longer range and/or heavier payload over the A300 and 767 twinjets. Thus trijet designs such as the DC 10 and L 1011 TriStar represented the best compromise with medium to long range and medium size that US airlines sought for their domestic and transatlantic routes. As a result of these trijet wide bodies, as well as the popularity of the Boeing 727, in their heyday of the 1980s trijets made up a majority of all such US jet airliners. From 1985 to 2003 the number of such planes in service had sunk from 1488 to 602. The number of twinjets, on the other hand, had more than quadrupled in the same period. Both Lockheed and McDonnell Douglas were financially weakened competing in the widebody market, which led to Lockheed ending production of the L 1011 in 1984 after producing only half the units needed to break even, while a number of fatal DC 10 crashes also slowed its sales. In contrast to McDonnell Douglas sticking with their existing trijet configuration, Airbus (which never produced a trijet aircraft) and Boeing worked on new widebody twinjet designs that would become the A330 and 777, respectively. The MD 11's long range advantage was brief as it soon was threatened by the A330's four engine derivative, the A340, and the 777. The only other notable trijet development during the 1980s was in the Soviet Union, where the Tupolev Tu 154 was re engined with the Soloviev D 30 engine as well as a new wing design and entered serial production from 1984 as the Tu 154M. With the exceptions of the Dassault Falcon 7X, Falcon 8x, and Falcon 900 business jets, no manufacturer currently produces three engine airliners.

Ағымдағы жағдай

Қазіргі заманғы қозғалтқыштардың істен шығу деңгейі өте төмен және олар алғашқы үлгілерге қарағанда әлдеқайда жоғары білік қуатын және итеру күшін тудыра алады. Бұл екі қозғалтқышты ұшақтарды ұзақ қашықтықтағы мұхит үстіндегі рейстер үшін бұрынғыдан да ыңғайлы етеді, нәтижесінде ETOPS шектеулері жеңілдетіледі. Қазіргі кең денелі екі қозғалтқышты ұшақтар көбінесе ETOPS 180 немесе (Boeing 777 және 787 жағдайында) ETOPS 330 классына ие, ал Airbus A350 үшін ETOPS 370 классына ие. Осылайша, екі қозғалтқыштан артық қозғалтқыш енді қажет деп есептелмейді, тек өте үлкен немесе ауыр ұшақтар үшін, мысалы Boeing 747, Airbus A380 (аралас сынып конфигурациясында 400-ден астам орындық), Antonov An 124 және An 225, немесе Оңтүстік жарты шар арқылығы рейстер үшін, негізінен Австралияға және одан (әлі ETOPS 330 стандартын қабылдамаған), кейбір рейстер үшін Антарктида арқылы тікелей бағыттар бар. 2000 жылдан бері тар және кең денелі үш қозғалтқышты ұшақтардың өндірісі дерлік барлық коммерциялық ұшақтар үшін тоқтатылды, олардың орнына екі қозғалтқышты ұшақтар шығарылуда. 2016 жылғы мәліметтер бойынша, S-түтіктерді пайдаланатын Falcon 7X, 8X және 900 бизнес-ұшақтары – өндірістегі жалғыз үш қозғалтқышты ұшақтар. Бұрынғы 727, Tu 154, DC 10 және MD 11 сияқты өндірістен тыс қалған үш қозғалтқышты ұшақтар жүк тасымалдау, сондай-ақ шектеулі чартерлік, мемлекеттік және әскери қызметтерде екінші өмірге ие болды. Дегенмен, үш қозғалтқышты ұшақтардың орташа жасы және COVID-19 пандемиясының салдарынан көптеген жекеменшік емес операторлар төрт және үш қозғалтқышты ұшақтарды зейнеткерлікке шығарып, оларды тиімдірек және арзан екі қозғалтқышты ұшақтармен алмастыруды жөн көрді. Бүгінгі күні кеңінен қолданылатын жалғыз үш қозғалтқышты ұшақ – MD 11, оны көбінесе UPS Airlines және FedEx Express жүк тасымалында пайдаланады. Кіші жеке және корпоративтік операторлар үшін, мұнда отынның максималды тиімділігі жоспарлы бағыттар бойынша рейстерді жүзеге асыратын әуе компаниялары үшін ғана маңыздырақ, үш қозғалтқышты ұшақтар ETOPS шектеулерінен босатылғандықтан және қысқа ұшу-қону жолақтарынан ұшып, көбірек әуежайларға қол жеткізе алатындықтан әлі де қызығушылық тудыруы мүмкін. Осының нәтижесінде, жаңадан салынған Dassault Falcons сияқты көптеген үш қозғалтқышты ұшақтар жеке операторлар мен корпоративтік ұшу бөлімдерінде пайдаланылуда.

Modern engines have extremely low failure rates and can generate much higher shaft power and thrust than early types. This makes twinjets more suitable than they were before for long haul trans oceanic operations, resulting in eased ETOPS restrictions; modern wide body twin engine jets usually have an ETOPS 180 or (in the case of the Boeing 777 and 787) ETOPS 330 rating, and even ETOPS 370 for the Airbus A350. As such, having more than two engines is no longer considered necessary, except for very large or heavy aircraft such as the Boeing 747, Airbus A380 (over 400 seats in a mixed class configuration), Antonov An 124, and An 225, or for flights through the Southern Hemisphere, primarily to and from Australia (which has not yet adopted the ETOPS 330 standard), where the most direct route for some flights is over Antarctica. Since 2000, both narrow body and wide body trijet production has ceased for almost all commercial aircraft, being replaced by twinjets. As of 2016, the Falcon 7X, 8X, and 900 business jets, all of which use S ducts, are the only trijets in production. Trijets that are no longer in production, such as the 727, Tu 154, DC 10, and MD 11, have found second careers as cargo aircraft, as well as in limited charter, governmental, and military service. However, because of the average age of trijets and the COVID 19 pandemic, most non private operators have chosen to retire quadjets and trijets and replace them with more efficient and cost saving twinjets. Today, the only widely used trijet is the MD 11, mostly operated by UPS Airlines and FedEx Express in cargo service. For smaller private and corporate operators, where maximum fuel efficiency is often less important than for scheduled route operating airlines, trijets may still be of interest due to their immunity from ETOPS and the ability to take off from shorter runways and therefore have access to more airports. As a result, a sizeable number of trijets, such as the newly built Dassault Falcons, are in use by private operators and corporate flight departments.

Триджеттердің болашағы

Airbus 2008 жылы жаңа, екі құйрықты триджет дизайнына патент алды, оның құйрық қозғалтқышы MD 11-ге ұқсас "түзу" орналасуға ие, бірақ бұл әзірлене ме, әлде өндіріле ме дегені белгісіз. Дегенмен, ұсынылған Boeing X 48 аралас қанатты корпус дизайны, Lockheed-тің N+2 дизайндық зерттеуі және Aerion AS2 үстінқы жылдамдықпен ұшатын бизнес-джеті де үш қозғалтқышпен жабдықталуы тиіс еді. AS2 бағдарламасы 2021 жылдың мамыр айында Aerion Corporation компаниясы таратылғаннан кейін тоқтатылды. Boom Technology компаниясының жоспарланған Overture үстінқы жылдамдықпен ұшатын көліктік (SST) ұшағы бастапқыда үш қозғалтқышты пайдалануды көздеген, үшінші қозғалтқыш Y тәрізді каналмен және артқы жағындағы екі жақтан ауа түсіретін тесіктерімен құйрыққа орналастырылуы керек еді. Алайда, 2022 жылдың 19 шілдесінде Фарнборо әуешолуында дельта қанатының астына орналасқан төрт қозғалтқыштан тұратын жаңартылған дизайн таныстырылды.