Двухдвигательные реактивные самолеты: конструкция, развитие и применение.

Введение

Реактивный самолет с двумя двигателями – тип самолета.

Самолет с двумя двигателями (или двухдвигательный реактивный самолет) – это реактивный самолет, приводимый в движение двумя двигателями. Такой самолет способен безопасно приземлиться даже с одним работающим двигателем, что делает его более надежным, чем самолет с одним двигателем в случае отказа. Экономичность двухдвигательного самолета выше, чем у самолетов с большим количеством двигателей. Эти факторы обусловили широкое распространение самолетов различных типов с двумя двигателями, включая авиалайнеры, военные самолеты с фиксированным крылом и другие.

Конфигурации воздушных судов

Существует три распространенные схемы компоновки двухдвигательных самолетов. Первая, часто встречающаяся на больших самолетах, таких как авиалайнеры, предполагает установку двигателей в гондолах, как правило, под крыльями, а иногда и над ними или внутри крыла. Вторая схема предусматривает установку одного двигателя по бокам хвостовой части фюзеляжа, вблизи оперения, и широко используется в бизнес-джетах. В третьей схеме оба двигателя расположены внутри фюзеляжа, рядом друг с другом, что характерно для большинства истребителей, начиная с 1960-х годов. К более поздним истребителям с такой компоновкой относятся Су-27 "Фланкер", F-15 Eagle и F-22 Raptor.

История

Первым двухдвигательным самолетом, поднявшимся в воздух, был немецкий истребитель-прототип Heinkel He 280, совершивший первый полет в апреле 1941 года с парой турбореактивных двигателей Heinkel HeS 8 осевого типа, установленных в мотогондолах. Конфигурация двухдвигательного самолета применялась для ближнемагистральных узкофюзеляжных самолетов, таких как McDonnell Douglas DC-9 и Boeing 737. Первоначально Airbus A300 не имел успеха как широкофюзеляжный самолет малой дальности, поскольку авиакомпании, эксплуатировавшие A300 на коротких маршрутах, вынуждены были сокращать частоту рейсов, чтобы заполнить самолет большой вместимости, и теряли пассажиров в пользу авиакомпаний, выполнявших более частые рейсы на узкофюзеляжных самолетах. Однако, благодаря внедрению правил ETOPS, разрешивших двухдвигательным самолетам выполнять дальнемагистральные рейсы, ранее для них недоступные, Airbus смог продолжить развитие A300 как средне- и дальнемагистрального авиалайнера, увеличив объемы продаж; в ответ Boeing запустил свой широкофюзеляжный двухдвигательный самолет Boeing 767. В 1980-х годах производство Boeing 727 было прекращено, поскольку для размещения более тихих турбовентиляторных двигателей с высокой степенью двухконтурности потребовалась бы слишком дорогостоящая переработка центральной гондолы двигателя, и его вскоре заменили двухдвигательные самолеты на рынке узкофюзеляжных машин: Airbus с A320 и Boeing с 757 и обновленными вариантами семейства 737. В течение этого десятилетия только McDonnell Douglas продолжал разработку трехдвигательной схемы, выпустив обновленную версию DC-10 – MD-11, которая первоначально имела преимущество по дальности полета перед ближайшими конкурентами, среднеширокофюзеляжными двухдвигательными самолетами, такими как Boeing 767 и Airbus A300/A310. В отличие от McDonnell Douglas, придерживавшегося существующей трехдвигательной конфигурации, Airbus (который никогда не производил трехдвигательные самолеты) и Boeing работали над новыми широкофюзеляжными двухдвигательными конструкциями, которые стали Airbus A330 и Boeing 777 соответственно. Преимущество MD-11 по дальности полета было недолгим, поскольку оно было быстро нивелировано Airbus A330-300 и Boeing 767-300ER и Boeing 777-200ER с увеличенной дальностью. Airbus A320 twinjet является самым массовым реактивным авиалайнером в мире. Boeing 777X – крупнейший в мире двухдвигательный самолет, а модификация 777-200LR обладает второй по величине дальностью полета в мире (после Airbus A350-900ULR). Другие двухдвигательные самолеты Boeing включают 767, 757 (производство которого остановлено, но они все еще эксплуатируются) и 787. Конкурент Airbus производит семейство A320, A330 и A350. Некоторые современные коммерческие самолеты по-прежнему используют четыре двигателя (четырехдвигательные самолеты), такие как Airbus A380 и Boeing 747-8, которые классифицируются как очень большие самолеты (более 400 мест в смешанной компоновке). Четыре двигателя по-прежнему используются на крупнейших грузовых самолетах, способных перевозить негабаритные грузы, включая военно-транспортные самолеты.

The first twinjet to fly was the German fighter prototype Heinkel He 280, flying in April 1941 with a pair of nacelled Heinkel HeS 8 axial flow turbojets. The twinjet configuration was used for short range narrow bodied aircraft such as the McDonnell Douglas DC 9 and Boeing 737. The Airbus A300 was initially not successful when first produced as a short range widebody, as airlines operating the A300 on short haul routes had to reduce frequencies to try and fill the high capacity aircraft, and lost passengers to airlines operating more frequent narrow body flights. However, thanks to the introduction of ETOPS rules that allowed twin engine jets to fly long distance routes that were previously off limits to them, Airbus was able to further develop the A300 as a medium to long range airliner to increased sales; Boeing launched its widebody twinjet, the Boeing 767, in response. In the 1980s the Boeing 727 was discontinued, as its central engine bay would require a prohibitively expensive redesign to accommodate quieter high bypass turbofans, and it was soon supplanted by twinjets for the narrow body market; Airbus with the A320, and Boeing with the 757 and updated "classic" variants of the 737. During that decade only McDonnell Douglas continued development of the trijet design with an update to the DC 10, the MD 11, which initially had a range advantage over its closest medium wide body competitors which were twinjets, the in production Boeing 767 and Airbus A300/A310. 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 Airbus A330 and Boeing 777, respectively. The MD 11's long range advantage was brief as it was soon nullified by the Airbus A330 300 and the extended range Boeing 767 300ER and Boeing 777 200ER. The Airbus A320 twinjet stands out as the most produced jet airliner. The Boeing 777X is the world's largest twinjet, and the 777 200LR variant has the world's second longest aircraft range (behind Airbus A350 900 ULR). Other Boeing twinjets include the 767, 757 (With the latter having stopped production, but still in commercial service) and 787. Competitor Airbus produces the A320 family, the A330, and the A350. Some modern commercial airplanes still use four engines (quad jets) like the Airbus A380 and Boeing 747 8, which are classified as very large aircraft (over 400 seats in mixed class configurations). Four engines are still used on the largest cargo aircraft capable of transporting outsize cargo, including strategic airlifters.

Эффективность

Двухдвигательные самолеты, как правило, более экономичны, чем трехдвигательные и четырехдвигательные самолеты. Поскольку топливная эффективность в авиалайнерах является высоким приоритетом, многие авиакомпании в двадцать первом веке все чаще выводят из эксплуатации трех- и четырехдвигательные самолеты, отдавая предпочтение двухдвигательным. Первыми были сняты с производства трехдвигательные самолеты, в частности, из-за более сложной конструкции и проблем с обслуживанием среднего двигателя, установленного на стабилизаторе. Ранним двухдвигательным самолетам не разрешалось выполнять дальнемагистральные трансокеанские рейсы из-за опасений по поводу их безопасности в случае отказа одного двигателя, поэтому использовались четырехдвигательные самолеты. Четырехдвигательные самолеты также имели большую грузоподъемность, чем сопоставимые более ранние двухдвигательные самолеты. Однако более поздние двухдвигательные самолеты, такие как Boeing 777, Boeing 787 и Airbus A350, достигли или превзошли более старые четырехдвигательные самолеты, такие как Boeing 747 и Airbus A340, в этих аспектах, и двухдвигательные самолеты оказались более успешными в плане продаж, чем четырехдвигательные. В 2012 году Airbus изучал возможность создания двухдвигательного конкурента для B747-8 вместимостью 470 пассажиров с ожидаемыми более низкими эксплуатационными расходами в период с 2023 по 2030 год. Этот проект был возобновлен после запуска Boeing 777X в ноябре 2013 года, хотя тогдашний генеральный директор Фабрис Брежие предпочитал сосредоточиться на улучшении существующих продуктов, а не на разработке совершенно новых концепций в течение 10 лет.

ETOPS

При полетах на значительном удалении от запасных аэродромов (так называемые полеты ETOPS/LROPS), самолет должен быть способен достичь запасного аэродрома на действующем двигателе в течение установленного времени в случае отказа одного двигателя. При сертификации самолета по стандартам ETOPS тяга, как правило, не является проблемой, поскольку мощности одного двигателя более чем достаточно для поддержания самолета в воздухе (см. ниже). Основные требования сертификации ETOPS касаются технического обслуживания и конструкции, обеспечивающих, чтобы отказ одного двигателя не приводил к отказу другого. Двигатели и связанные с ними системы должны быть независимыми и, по сути, обслуживаться независимо друг от друга. ETOPS/LROPS часто ошибочно считают применимым только к дальним полетам над водой, однако он применяется к любому полету, выполняемому на расстоянии, превышающем установленное расстояние от доступного запасного аэродрома. Полеты над водой вблизи запасных аэродромов не обязательно должны соответствовать требованиям ETOPS/LROPS.

Введение в трансокеанские рейсы

С 1990-х годов авиакомпании все чаще переходят от авиалайнеров с четырьмя или тремя двигателями к авиалайнерам с двумя двигателями для выполнения трансатлантических и транстихоокеанских маршрутов. На беспосадочном рейсе из Америки в Азию или Европу самолет большой дальности обычно следует по ортодромии (большому кругу). Следовательно, в случае отказа двигателя на двухдвигательном самолете (например, Boeing 777), он может совершить аварийную посадку на полях в Канаде, Аляске, восточной России, Гренландии, Исландии или на Британских островах. Boeing 777 также был одобрен Федеральным управлением гражданской авиации США для полетов между Северной Америкой и Гавайями, что является самым длинным в мире регулярным авиамаршрутом без возможности посадки на промежуточных аэродромах.

Другие преимущества

На больших пассажирских самолетах стоимость двигателей составляет значительную долю от конечной стоимости самолета. Каждый двигатель также требует отдельного обслуживания, ведения документации и получения сертификатов. Использование двух двигателей большего размера вместо трех или четырех меньших обычно значительно снижает как стоимость приобретения, так и затраты на техническое обслуживание самолета. Нормативные требования к необходимой тяге для транспортных самолетов обычно основаны на необходимости обеспечения продолжения взлета в случае отказа двигателя после достижения расчетной скорости взлета. Таким образом, при работе всех двигателей, самолеты с тремя двигателями должны обеспечивать тягу не менее 150% от минимально необходимой для набора высоты, а самолеты с четырьмя двигателями – 133%. В то же время, поскольку двухдвигательный самолет теряет половину своей общей тяги при отказе одного двигателя, ему требуется обеспечивать 200% от минимально необходимой тяги для набора высоты при работе обоих двигателей. В связи с этим, двухдвигательные самолеты обычно имеют более высокое отношение тяги к весу, чем самолеты с большим количеством двигателей, что позволяет им быстрее разгоняться и набирать высоту.