Gulfstream II: Проектирование и аэродинамические особенности

Введение

Gulfstream II (G II) — американский двухдвигательный бизнес-джет, разработанный и впервые построенный компанией Grumman, затем Grumman American и, в конечном итоге, Gulfstream American. Он был сменен на Gulfstream III. Первый Gulfstream II совершил полет 2 октября 1966 года.

Дизайн

Gulfstream II – это двухмоторный корпоративный самолет со стреловидным крылом, оснащенный двумя турбовентиляторными двигателями Rolls Royce Spey и разработанный для обеспечения высокой скорости и большой дальности полета без ущерба для взлетно-посадочных характеристик, надежности и других эксплуатационных преимуществ своего предшественника, турбовинтового Gulfstream I. Предварительное проектирование крыла было обусловлено как крейсерскими, так и низкоскоростными требованиями. Расположение двигателей в хвостовой части было выбрано после тщательного анализа и многочисленных итераций проектирования с учетом аэродинамических, прочностных и требований к дорожному просвету. Геометрия профиля крыла была разработана для максимального использования преимуществ выбранной планировки. Проблема интерференции в месте соединения крыла и фюзеляжа решалась путем модификации формы и толщины профиля на внутренней трети размаха крыла. Основные профили крыла аналогичны профилям самолета Grumman A-6 Intruder и используют распределение толщины серии NACA 6 в сочетании с собственной средней линией. Граница сваливания, соответствующая скорости M=0,85, была достигнута путем установки ряда вихрегенераторов, вращающихся в одном направлении, на внешней панели крыла. При разработке контуров крыла особое внимание уделялось низкоскоростным характеристикам самолета путем подгонки радиуса передней кромки для предотвращения отрыва потока. Механизация крыла для увеличения подъемной силы состоит из цельнолистового, однощелевого закрылка Фаулера, занимающего 30% хорды. Начало сваливания на базовом крыле наблюдалось в средней части размаха, но быстро распространялось к законцовке, особенно при больших углах отклонения закрылков. Установка верхней концевой пластины примерно в средней части размаха обеспечивала сильный клевок при сваливании, не снижая максимальную подъемную силу, а также обеспечивала достаточный запас между началом сваливания в корне и на законцовке. Исследования высоких углов атаки на Gulfstream II показали, что стабильные условия триммирования сохранялись до угла атаки 45 градусов. Отклонение руля высоты, необходимое для триммирования на первичное сваливание при наиболее выдвинутом центре тяжести, было достаточным для триммирования глубокого сваливания при заднем центре тяжести, но восстановление из глубокого сваливания происходило немедленно при отклонении штурвала вперед, и был доступен более чем достаточный угол отклонения руля высоты для опускания носа. Приемлемость характеристик Gulfstream II на высоких углах атаки и отсутствие влияния глубокого сваливания на определение размеров и компоновки самолета объясняется смягчающим воздействием перекрытия крыла на вклад гондолы двигателя. Исследования компоновки показали, что неблагоприятное влияние гондолы на момент тангажа хвостового оперения при углах атаки выше 30 градусов не было чрезмерно сильным, и не было обнаружено существенного влияния на эффективность руля высоты или стабилизатора. В 2013 году FAA внесла изменения в правила 14 CFR, часть 91, запрещающие эксплуатацию реактивных самолетов весом 75 000 фунтов или менее, не соответствующих требованиям по шуму 3-го уровня после 31 декабря 2015 года. Gulfstream II явно указан в Федеральном реестре 78 FR 39576. Любые Gulfstream II, которые не были модернизированы путем установки двигателей, соответствующих требованиям по шуму 3-го уровня, или не оснащены шумоподавляющими комплектами ("hushkits") для двигателей, не соответствующих требованиям, не будут допущены к полетам в континентальных 48 штатах после 31 декабря 2015 года. 14 CFR §91.883 Специальные разрешения на полеты для реактивных самолетов весом 75 000 фунтов или менее – содержит перечень специальных разрешений на полеты, которые могут быть выданы для эксплуатации после 31 декабря 2015 года.

The Gulfstream II is a twin jet swept wing corporate transport powered by two Rolls Royce Spey turbofan engines and designed to provide high speed and long range capability without sacrificing the airport performance, reliability, and other operational advantages of its predecessor, the turboprop Gulfstream I. Preliminary design of the wing was influenced by both cruise and low speed considerations. The aft mounted engine location was selected after extensive analysis and design iterations considering aerodynamic, structural, and ground clearance requirements. Airfoil geometry was developed to maximum sweep benefit from the selected planform. The interference problem at the wing body juncture was treated by modification of the airfoil shape and thickness over the inner third of the wing span. The basic airfoils for the main area of the wing are similar to those of the Grumman A 6 Intruder aircraft and utilize NACA 6 series thickness distributions combined with an in house mean line. A buffet boundary commensurate with the M=.85 speed capability was attained by incorporating a row of co rotating vortex generators on the outer wing panel. In developing the wing contours, attention was paid to the aircraft's low speed requirements by tailoring the leading edge radius to preclude leading edge separation. The high lift configuration, consists of a one piece, single slotted Fowler flap of 30% chord. Stall initiation on the basic wing was found to occur at midspan but spread rapidly to the tip, particularly at large flap deflections. The addition of an upper surface fence at about midspan provided a strong pitch down at the stall, without sacrificing maximum lift, and also afforded an adequate margin between initial and tip stall. The high angle of attack investigations on the Gulfstream II indicated that stable trim conditions existed up to 45 degrees angle of attack. The elevator deflection required to trim to the primary stall at most forward center of gravity was sufficient to trim a deep stall at the aft center of gravity, but recovery from deep stall was immediate upon forward stick motion, and more than adequate nose down elevator control was available. The acceptability of the Gulfstream II high angle of attack characteristics and the absence of a deep stall influence on configuration sizing and arrangement was attributed to the mitigating influence of the nacelle wing overlap on nacelle contribution. Configuration buildup studies revealed the adverse nacelle influence on tail pitching moment contribution above 30 degrees angle of attack was not unduly severe and no appreciable effect on elevator or stabilizer effectiveness was found. In 2013, the FAA modified 14 CFR part 91 rules to prohibit the operation of jets weighing 75,000 pounds or less that are not stage 3 noise compliant after December 31, 2015. The Gulfstream II is listed explicitly in Federal Register 78 FR 39576. Any Gulfstream IIs that have not been modified by installing Stage 3 noise compliant engines or have not had "hushkits" installed for non compliant engines will not be permitted to fly in the contiguous 48 states after December 31, 2015. 14 CFR §91.883 Special flight authorizations for jet airplanes weighing 75,000 pounds or less – lists special flight authorizations that may be granted for operation after December 31, 2015.

Разработка

К началу 1965 года Grumman поставила более 150 турбовинтовых Gulfstream I, но столкнулась с растущей конкуренцией со стороны реактивных самолетов Lockheed Jetstar, Hawker Siddeley HS.125, Dassault Falcon 20 и North American Sabreliner. Новое поколение бизнес-джетов не обеспечивало такой же дальности и комфорта, как Gulfstream I, и клиенты стали требовать реактивную версию Gulfstream I. Когда турбовентиляторный Rolls Royce Spey второго поколения поступил в продажу, программа стала осуществимой и был создан полномасштабный макет. В программе сертификации было использовано четыре самолета, и 19 октября 1967 года было получено одобрение типа FAA. Производство Gulfstream II было завершено в Саванне в декабре 1979 года.

Варианты специальных заданий

Gulfstream II были популярны как самолеты специальных миссий, особенно когда подержанные самолеты стали доступны менее чем за 1 миллион долларов. G II (N105TB, cn 31) был оснащен подкрылочными пилонами и различными элементами на фюзеляже, что позволило использовать его в качестве испытательного стенда для сенсоров MIT Lincoln Labs. G IIB (N74A, cn 36) был модифицирован компанией Aeromet из Тулсы, штат Оклахома, для использования в качестве самолета HALO1 для Агентства противоракетной обороны США. G IISP (N82CR, cn 80) был модифицирован для Northrop Grumman в качестве демонстратора для контракта на широкомасштабный морской надзор (BAMS). G IIB (N178B, cn 125) был модифицирован путем добавления большого верхнего обтекателя, в котором размещен телескоп, для использования в качестве самолета HALO2 для Агентства противоракетной обороны. G II (N10123, cn 107) был оснащен концевыми баками, содержащими радиолокационную систему для картографирования земной поверхности, а также обтекателями на нижней поверхности крыла и центральным обтекателем. Этот самолет эксплуатировался как Calgis Geosar и ранее принадлежал компаниям Earthdata Aviation и Fugro, был продан в 2017 году. По состоянию на апрель 2018 года самолет все еще находится в эксплуатации. NASA заключила контракт с Lockheed Georgia на модификацию одного G II в качестве самолета Propfan Test Assessment (N650PF, cn 118). На левом крыле самолета была установлена гондола, содержащая турбовинтовой двигатель Allison 570 мощностью 6000 л.с. (производный от турбовала XT701, разработанного для программы Boeing Vertol XCH 62), приводящий в движение пропеллер Hamilton Standard SR 7 диаметром 9 футов. Самолет, сконфигурированный таким образом, впервые совершил полет в марте 1987 года. После обширной программы испытаний модификации были сняты с самолета, и он стал Шаттл-тренировочным самолетом (STA). Модифицированная версия G II, называемая Шаттл-тренировочным самолетом (STA), имитирует конфигурацию кабины пилота и летные характеристики космического челнока и используется NASA в качестве учебного самолета для отработки заходов на посадку (называемых "погружениями"). Для этой цели использовались четыре G II: N945NA, cn 118; N944NA, cn 144; N946NA, cn 146 и N947NA, cn 147 (вышеуказанный cn 118 был переконфигурирован для этой цели). G IISP (N950NA, cn 185) был модифицирован путем добавления обтекателя на законцовке крыла и вентрального обтекателя радара в качестве самолета HALO3 для Агентства противоракетной обороны. Этот самолет служит целью для испытательного стенда Boeing YAL 1 Airborne Laser. G IIB (N779LC, cn 88) был модифицирован таким же большим верхним обтекателем, как и N178B (HALO2), в качестве самолета HALO4 для Агентства противоракетной обороны. G II (JA8431, cn 141) эксплуатируется Diamond Air Service в различных конфигурациях для поддержки миссий, связанных с измерениями окружающей среды. В одной из конфигураций он может нести два 3D X/L-диапазонных PI SAR (параметрический интерферометрический синтетический радар) под передней частью фюзеляжа. G IISP (N510AG, cn 159) эксплуатируется Orion Air Group в поддержку разработки Northrop Grumman многоролевой тактической системы передачи командных данных (MR TCDL). Самолет был модифицирован 19- и 9-дюймовыми антеннами спутниковой связи, а также дополнительными обтекателями радара сверху и снизу. G II TT (N81RR, cn 246) модифицируется для NASA путем добавления элементов на фюзеляже и подкрылочных пилонов для использования в качестве самолета для отбора проб с высоким содержанием ледяной воды (HIWC).

Gulfstream IIs have been popular as special mission aircraft, particularly when used aircraft became available for less than $1 million. A G II (N105TB, cn 31) had underwing pylons and various fuselage appendages added to enable it to operate as a sensor testbed for MIT Lincoln Labs. A G IIB (N74A, cn 36) was modified by Aeromet of Tulsa, Oklahoma for use as the HALO1 aircraft for the US Missile Defense Agency. A G IISP (N82CR, cn 80) was modified for use by Northrop Grumman as a demonstrator for the Broad Area Maritime Surveillance (BAMS) contract. A G IIB (N178B, cn 125) was modified by the addition of a large dorsal fairing housing a telescope by Aeromet as the HALO2 aircraft for the Missile Defense Agency. A G II (N10123, cn 107) had tip tanks added containing ground mapping radar, along with fairings on the wing undersurface and a centerline pod. This aircraft operated as the Calgis Geosar and formerly owned by Earthdata Aviation, Fugro, and sold 2017. The aircraft is still in service as of April, 2018. NASA contracted Lockheed Georgia to modify one G II as the Propfan Test Assessment aircraft (N650PF, cn 118). The aircraft had a nacelle added to the left wing, containing a 6000 hp Allison 570 turboprop engine (derived from the XT701 turboshaft developed for the Boeing Vertol XCH 62 program), powering a 9 foot diameter Hamilton Standard SR 7 propfan. The aircraft, so configured, first flew in March 1987. After an extensive test program, the modifications were removed from the aircraft and the aircraft became a Shuttle Training Aircraft (STA). A modified version of the G II, called the Shuttle Training Aircraft (STA), mimics the cockpit configuration and flight characteristics of the Space Shuttle and is used by NASA as a training airplane for practice shuttle approaches (referred to as "dives"). Four G IIs were used for this purpose N945NA, cn 118; N944NA, cn 144; N946NA, cn 146, and N947NA, cn 147 (cn 118 above was reconfigured for this purpose). A G IISP (N950NA, cn 185) was modified by the addition of a wing tip pod and a ventral radome as the HALO3 aircraft for the Missile Defense Agency. This aircraft serves as a target for the Boeing YAL 1 Airborne Laser Testbed. A G IIB (N779LC, cn 88) has been modified with the same large dorsal fairing as N178B (HALO2), as the HALO4 aircraft for the Missile Defense Agency. A G II (JA8431, cn 141) is operated by Diamond Air Service in various configurations to support missions involving environmental measurements. In one configuration, it can carry two 3D X/L band PI SAR (Parametric Interpherometric Synthetic Aperture Radar) pods under the forward fuselage. A G IISP (N510AG, cn 159) is operated by the Orion Air Group in support Northrop Grumman's development of the multi role, tactical command data link (MR TCDL). The aircraft was modified with 19 inch and nine inch, satcom dish antennas, as well as additional radomes on the top and bottom. A G II TT (N81RR, cn 246) is being modified for NASA, by the addition of fuselage appendages and underwing pylons, to serve as the High Ice Water Content (HIWC) sampling aircraft.

Гражданские операторы

Самолеты эксплуатируются частными лицами, компаниями, некоммерческими организациями и операторами бизнес-чартеров. Некоторые компании также используют эти самолеты в рамках программ долевой собственности. Нельсон Рокфеллер, вице-президент Джеральда Форда и представитель семьи Рокфеллеров, лично владел Gulfstream II (N100WK, cn 77), который он предпочитал использовать для полетов вместо Convair C 131 Samaritan, в то время использовавшегося в качестве Air Force Two для внутренних перелетов. Благодаря этому он удостоился чести использовать позывной "Executive Two" во время своего пребывания в должности.

Аварии и инциденты

3 мая 1982 года в приграничной зоне Ирака, Ирана и Турции истребитель сбил самолет Gulfstream II, принадлежавший правительству Алжира. Все 15 человек на борту, включая министра иностранных дел Алжира Мохаммеда Седдика Беньяхиа, погибли. 18 апреля 1983 года ирландский ипподром Малоу был использован в качестве временного аэродрома, когда мексиканский бизнес-джет Gulfstream II совершил вынужденную посадку. Для обеспечения вылета самолета через пять недель, в мае, была проложена временная взлетно-посадочная полоса длиной почти 3000 футов. Событие послужило основой для фильма под названием «Взлётная полоса». 19 января 1990 года Gulfstream II потерпел крушение при заходе на посадку в Национальном аэропорту Литл-Рок, штат Арканзас. Самолет задел огни приближения и упал вблизи взлетно-посадочной полосы при попытке приземлиться в условиях штормовой погоды. На борту находились сотрудники дочерней компании Eastman Kodak Co., рейс которых был перенаправлен в Литл-Рок из-за неблагоприятных погодных условий. Все 7 человек на борту, включая 2 пилотов и 5 пассажиров, погибли. 3 мая 1995 года Gulfstream II, выполнявший рейс American Jet из Буэнос-Айреса через Ла-Пас, при ночном заходе на посадку в Кито выбрал неверную частоту VOR; самолет отклонился на 19 км (12 миль) южнее запланированной траектории и врезался в вулкан Синчолагуа на высоте 4877 м (16000 футов). Все семь находившихся на борту погибли. На борту находились несколько высокопоставленных руководителей нефтяных компаний из Аргентины и Чили, направлявшихся на встречу в Кито. Среди погибших были генеральный директор и президент аргентинской YPF Хосе Эстенсоро, руководивший программой приватизации при Карлосе Менеме; Хуан Педральс Гили, генеральный директор чилийской ENAP, а также Манфред Хехт Миттерштейнер, начальник производства международной дочерней компании ENAP Sipetrol.