Большие самолеты позволяют перевозить большие и / или тяжелые грузы на большие расстояния. Увеличение конструкции самолета также может улучшить общую топливную эффективность и количество человеко-часов для перевозки данного груза, в то время как большее пространство доступно для перевозки легких грузов или дает пассажирам пространство для передвижения. Однако по мере увеличения размеров самолетов они создают серьезные конструктивные проблемы, которых нет в меньших типах. К ним относятся конструктивная эффективность, реакция управления полетом и достаточная мощность в надежной и экономичной установке.
Для больших самолетов также требуются специальные наземные средства, и в некоторых странах для них действуют особые нормативные условия.
Гигантские дирижабли 1930-х годов по состоянию на 2016 год остаются самыми большими самолетами из когда-либо построенных, в то время как Hughes H-4 "Spruce Goose" 1947 года имел самый большой размах крыльев среди всех типов самолетов. Hybrid Air Vehicles Airlander 10 Гибридный дирижабль является самым крупным пролетели сегодня.
Характеристики [ править ]
Пространство полезной нагрузки [ править ]
Грузоподъемность самолета зависит от размера крыла и его «нагрузки» - веса единицы площади, которую крыло может выдержать. Загрузка более или менее постоянна для данного уровня техники. Таким образом, с увеличением размеров самолета грузоподъемность увеличивается с увеличением площади поверхности. Для данной аэродинамической формы площадь, в свою очередь, увеличивается пропорционально квадрату размаха крыла. Если конструктивная эффективность может быть сохранена, вес конструкции планера также увеличивается с увеличением площади его поверхности и площади пролета. Но внутренний объем увеличивается с кубом пролета.
Например, если все размеры увеличиваются вдвое, то площадь и грузоподъемность увеличиваются в 2 × 2 = 4 раза, а объем увеличивается в 2 × 2 × 2 = 8 раз.
Для пассажирского самолета это удвоение размера позволяет в два раза больше места в салоне на одного пассажира. В качестве альтернативы для транспорта он позволяет в два раза больше места для размещения громоздкого, но легкого груза. Таким образом, большие самолеты более удобны и гибки в использовании, чем более мелкие.
Структура [ править ]
Хотя крыло большего размера несет большие силы, оно также толще. Главный лонжерон крыла напоминает двутавровую балку , глубина которой равна толщине крыла. Для данной общей нагрузки силы в балке уменьшаются пропорционально квадрату ее глубины. Если крыло увеличивают вдвое по размаху, оно также увеличивается вдвое по толщине. Это уменьшает силы в лонжероне в 2 x 2 = 4 раза, что позволяет в четыре раза увеличить общую нагрузку. Это в точности соответствует увеличенной подъемной силе, обеспечиваемой большей площадью крыла.
Это означает, что металлические части большого самолета должны быть не толще или тяжелее, чем у меньшего самолета. Однако, поскольку эти части должны покрывать в четыре раза большую площадь, они делают самолет в четыре раза тяжелее. Это опять-таки точно соответствует увеличению полной массы, поэтому конструктивных ограничений на то, насколько большим (или маленьким) может быть самолет, нет.
Большие самолеты по-прежнему представляют собой проблему проектирования. Элементы конструкции могут быть не толще, но теперь они вдвое длиннее, поэтому жесткость становится проблемой, и подход к проектированию должен быть адаптирован для обеспечения адекватной общей жесткости. Обычно это достигается за счет создания ячеистых элементов конструкции. Например, лонжерон крыла в небольшом самолете на самом деле может быть простой двутавровой балкой с твердым поперечным сечением, но в более крупной конструкции вертикальная часть балки или «стенка» будет построена как открытая решетка из ферм. в триангулированной структуре.
Управление полетом [ править ]
Эффективность управления полетом, такого как элерон, в основном зависит от его площади и расстояния от центра самолета - плеча рычага . Если размах крыльев увеличивается вдвое, площадь увеличивается в четыре раза, а плечо рычага удваивается, что делает элероны в 8 раз более эффективными.
Поскольку самолет также в четыре раза тяжелее и в среднем вдвое больше, требуется в 8 раз больше усилий для достижения такого же ускорения законцовки крыла.
Они уравновешивают, поэтому на большом самолете эквивалентный элерон будет ускорять законцовку крыла вверх или вниз с той же скоростью, что и меньший самолет. Но на крыле с вдвое большим размахом законцовка должна пройти вдвое больше, чтобы добиться такого же изменения положения самолета. Это занимает больше времени, поэтому большой самолет маневрирует медленнее, чем аналогичный самолет меньшего размера.
На очень больших типах, таких как Airbus A380 , одних обычных элеронов недостаточно, и используются дополнительные интерцепторы подъемной силы, чтобы уменьшить подъемную силу опрокидывающегося вниз крыла и повысить скорость крена до практичного и безопасного уровня.
Аналогичные проблемы возникают с лифтом и контролем высоты тона. Без дополнительных конструктивных мер, обеспечивающих адекватную реакцию органов управления, любая попытка внести в последнюю минуту корректировку траектории полета, вероятно, окажется слишком малой и запоздалой, что сделает прерывание посадки и облет в последнюю минуту трудным и опасным.
Двигатели [ править ]
Количество двигателей на самолете влияет на его надежность и безопасность. Чем больше двигателей, тем безопаснее, если один двигатель выйдет из строя. Но с другой стороны, чем больше двигателей, тем больше вероятность отказа одного или нескольких и тем выше нагрузка на бортинженера. В настоящее время на практике предпочтение отдается двум двигателям, причем даже на довольно больших широкофюзеляжных самолетах всего два двигателя. Четыре обычно считаются пределом как из соображений безопасности, так и из соображений стоимости.
За исключением нескольких военных типов, ни один большой практический самолет никогда не имел более четырех двигателей. По мере того, как самолет становится больше, возникает необходимость в проектировании двигателей большего размера.
Скорость лопастей вентилятора должна быть ниже скорости звука, чтобы избежать повреждений и шумных ударных волн. Эта максимальная скорость наконечника устанавливает ограничение на скорость вращения. При заданной скорости вращения кончик большего вентилятора будет двигаться быстрее. Таким образом, чтобы снизить максимальную скорость большого двигателя, вентилятор должен вращаться медленнее. Вентилятор приводится в движение турбиной на том же валу, поэтому лопасти турбины также вращаются медленнее.
Операции [ править ]
На практике эксплуатационная экономия, связанная с полетом меньшего количества самолетов, делает более крупные типы более экономичными на маршрутах, которые могут выдержать их размер.
Однако наземные объекты, такие как взлетно-посадочные полосы, погрузочно-разгрузочные сооружения и ангары, должны быть увеличены, чтобы справиться с этим, и расходы на это должны быть компенсированы более низкими эксплуатационными расходами. Ограниченная ширина, доступная в некоторых аэропортах, ограничивает размах крыла, достижимый на практическом самолете.
Нормативные определения [ править ]
При регулировании воздушной деятельности власти устанавливают дополнительные правила и ограничения для типов, превышающих определенный размер.
Американское федеральное управление гражданской авиации определяет большой самолет как любой самолет с максимальной сертифицированной взлетной массой более 12 500 фунтов (5,7 тонны) . [1]
Европейское агентство по авиационной безопасности (EASA) определяет большой самолет либо как «самолета с максимальной взлетной массой более 5700 кг (12600 фунтов) или несколько двигателей вертолета.» [2]
История [ править ]
Первыми практическими самолетами были воздушные шары, которые использовались для спорта и для военных наблюдений. В 1901 году гигантский воздушный шар Preusen (Пруссия) объемом 8 400 кубометров (300 000 куб футов) поднялся на высоту 9 155 метров (30 036 футов). Ранние дирижабли были не более чем удлиненными воздушными шарами с подвешенным под ними двигателем. Эти корабли были ограничены в размерах, потому что их тела были нежесткими и не могли быть слишком длинными. Немецкий граф Фердинанд фон Цеппелин понял, что жесткая рама может выдержать гораздо больший объем, и в 1900 году Luftschiff Zeppelin 1 объемом 11300 кубометров (400000 куб футов) и длиной 128 метров (420 футов) ненадолго поднялся в воздух. [3]
Ранние самолеты с неподвижным крылом были в основном одномоторными. Когда русский Игорь Сикорский спроектировал и пилотировал свой Илья Муромец в 1913 году, он стал не только первым четырехмоторным самолетом, но и с размахом крыла 29,8 метра (98 футов) и полной массой 4600 килограммов (10 100 фунтов), безусловно, самым большим самолетом. самый большой и тяжелый на сегодняшний день. Для сравнения, дирижабль LZ 18 , который летал в том же году, имел длину 158 метров (518 футов) (вместимость оболочки - 270 000 м 3 (9 500 000 куб футов)) и вес пустого 20 тонн.
У Beardmore Inf flexible 1928 года размах крыла составлял 48,01 м (157 футов 6 дюймов), а общий вес - 37 000 фунтов. Однако для такого тяжелого самолета он был маломощен. Конструктивно он был усовершенствован для своего времени, представлял собой цельнометаллическую конструкцию с напряженной обшивкой. [4] Dornier Do X был самым большим, самым тяжелым и самым мощным летающая лодка в мире , когда он пролетал в 1929 году, имея подобный размах 48 м (157 футов 6 дюймов) и весом максимальный взлетный 56000 кг (123,459 фунт).
В период между двумя мировыми войнами только советский наземный самолет Туполев АНТ-20 « Максим Горький» 1934 года был больше в размахе 63,00 м (206 футов 9 дюймов), но при максимальной взлетной массе 53 метрических тонны он был не таким тяжелым, как Do Х 56 тонн.
Самым большим из когда-либо построенных дирижаблей был Zeppelin LZ 129 «Гинденбург». Впервые совершив полет в 1936 году, «Гинденбург» имел объем 200 000 кубических метров (7 100 000 кубических футов) и длину 245 метров (804 фута). Его максимальная полезная нагрузка, состоящая из пассажиров и грузов, составляла 19 000 кг (42 000 фунтов). После катастрофической гибели «Гинденбурга» дирижабли такого масштаба не были построены.
К тому времени более крупные самолеты, особенно летающие лодки дальнего следования , по своим масштабам превосходили «Илью Муромца». Затем, во время Второй мировой войны, Америка предвидела потребность в большом транстихоокеанском грузовом транспортном средстве, способном действовать с баз без подготовленной взлетно-посадочной полосы. Гигантская летающая лодка Hughes H-4 Hercules была построена из древесины, за что получила название «Еловый гусь». Когда в 1947 году он наконец совершил короткий полет, его размах крыльев 97,82 метра (320 футов 11 дюймов) сделал его самым большим самолетом, когда-либо летавшим, и ему никогда не было равных. Требовалось 8 Pratt & Whitney R-4360.Оса Основные радиальные двигатели, чтобы поднять его в воздух. К тому времени наземный самолет уже успел совершить дальние полеты, а H-4, совершив не более одной мили длиной менее 100 футов над водой, больше никогда не летал. Сегодня он сохранился как музейный экспонат.
В начале Второй мировой войны Барнс Уоллис предложил 50-тонный «бомбардировщик Победы» для перевозки 10-тонной бомбы, но министерство авиации отказалось от этого предложения из-за его ограниченного применения. По мере развития войны британцы рассматривали конструкции очень больших бомбардировщиков (от 75 до 100 тонн с бомбовой нагрузкой 25 тонн и шестью или более двигателями), но учитывали время, необходимое для их ввода в действие, сложность балансировки бомбовой нагрузки, оборонительного вооружения и дальности полета. и успех существующих проектов (таких как Avro Lancaster) перевешивает любые преимущества. Некоторые работы над большими самолетами позволили послевоенному Бристоль-Брабазон создать 130-тонный авиалайнер с размахом крыльев 70 м, который обеспечил бы его 100 пассажирам космический и комфортный уровень, напоминающий корабельный. [5]
С приходом струйного возраста , авиалайнеры продолжают увеличиваться в размерах. Были представлены широкофюзеляжные модели, и в 1970 году на вооружение поступил Боинг 747 «Джамбо-джет». Он имел короткую вторую верхнюю палубу, чтобы обеспечить более просторное размещение пассажиров. Варианты 747 оставались крупнейшими авиалайнерами, летающими более тридцати лет, некоторые с «растянутой» верхней палубой, до появления в 2007 году серии Airbus A380 с полноразмерной верхней палубой. Обе линии продолжают развиваться, и появляются все более крупные варианты. Самым большим в настоящее время (2014 г.) является А380-800, способный вместить до 853 человек.
Для переброски космического корабля "Буран" в 1988 году Советский Союз представил единственный самолет Антонов Ан-225 Мрия ( мечта ). Обладая максимальной взлетной массой более 640 тонн (1410 000 фунтов) и размахом крыла 88,4 метра (290 футов), он был и остается самым большим действующим самолетом в мире. После завершения полетов с «Бураном» самолет «Мрия» остался в строю как тяжеловесный транспорт.
Самым большим самолетом любого типа, летающим сегодня (2014 г.), является гибридный дирижабль Hybrid Air Vehicles Airlander 10 с внутренней вместимостью 38000 кубометров и длиной 91 м. [6] [7]
Списки крупнейших самолетов [ править ]
Эти списки показывают исторический прогресс в размере для каждого типа летательного аппарата: воздушного шара, дирижабля, самолета, винтокрылого аппарата. Гибриды перечислены под самым большим компонентом, будь то длина оболочки, размах крыльев или диаметр ротора.
Самые большие воздушные шары [ править ]
| Тип | Страна | Датировать | Роль | Статус | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| Preusen («Пруссия») | Германия | 1901 г. | Экспериментальный | Прототип | Объем 8 400 куб. М (300 000 куб. Футов). [3] |
Крупнейшие дирижабли [ править ]
| Тип | Страна | Датировать | Роль | Статус | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| Цеппелин LZ 1 | Германия | 1900 г. | Экспериментальный | Прототип | Длина 128 м (420 футов), объем 11 300 куб. М (400 000 куб. Футов) [3] |
| R38 (обозначение в США ZR-2 ) | Соединенное Королевство | 1921 г. | Военный | Длина: 211,8 м (695 футов) Объем 2 724 000 куб. Футов [8] построен для ВМС США. | |
| R100 | Соединенное Королевство | 1929 г. | Пассажирский транспорт | Экспериментальный | Длина 216,1 м (709 футов), объем 193 970 куб. М (5 156 000 куб. Футов) [9] |
| R101 | Соединенное Королевство | 1930 г. | Пассажирский транспорт | Экспериментальный | Длина 236,83 м (777 футов), объем 155 992 куб. М (5 508 800 куб. Футов). Больше, чем R100 при первом строительстве, но меньший объем: после удлинения в 1930 году и более длинный, и больший объем [9] |
| Военный корабль США " Акрон" | Соединенные Штаты | 1931 г. | Авианосец | Оперативный | Длина 239,27 м (785 футов), объем 193 970 куб. М (6 850 000 куб. Футов). [10] |
| LZ 129 Гинденбург | Германия | 1936 г. | Пассажирский транспорт | Оперативный | Длина 245 м (804 фута), объем 200 000 куб. М (7 100 000 куб. Футов), максимальная полезная нагрузка (комбинированная пассажирская и грузовая) 19 000 кг (42 000 фунтов). [3] |
Самые большие самолеты [ править ]
| Тип | Страна | Датировать | Роль | Статус | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| Сикорский Илья Муромец | Россия | 1913 г. | Бомбардировщик / транспорт | Производство | Размах 29,8 м (98 футов), максимальная полная масса 4600 кг (10100 фунтов). [ необходима цитата ] |
| Цеппелин-Стаакен ВГО I | Германия | 1915 г. | Бомбардировщик | Прототип | Размах 42,2 м (138 футов 6 дюймов), максимальная полная масса 9520 кг (20 944 фунта). [11] |
| Таррант Табор | Британия | 1919 г. | Бомбардировщик | Прототип | Размах 40,02 м (131 фут 3 дюйма), максимальная полная масса 20 305 кг (44 672 фунта). |
| Дорнье До X | Германия | 1929 г. | Транспортная летающая лодка | Оперативный (3 построено) | Максимальный взлетный вес 51900 кг (114 400 фунтов) размах крыльев 40,05 м. (131 фут 4 дюйма) длина 48 м (157 футов 5 дюймов) [12] |
| Туполев АНТ-20 Максим Горький | СССР | 1934 г. | Транспорт | Оперативный (2 построено) | Размах 63 м (206,7 фута), максимальная взлетная масса 53 т. [ необходима цитата ] |
| Боинг В-29 Суперфортресс | США | 1942 г. | Бомбардировщик | Производство | Самый большой самолет. Самый тяжелый самолет. [ необходима цитата ] |
| Юнкерс Ju 390 | Германия | 1943 г. | транспорт / бомбардировщик | Прототипы | Испытан при взлетной массе 34 тонны (38 тонн) [13] Самый тяжелый самолет. [ необходима цитата ] |
| Blohm + Voss BV 238 | Германия | 1944 г. | Самый большой самолет. [ необходима цитата ] | ||
| Convair B-36 Peacemaker | США | 1946 г. | Самый большой самолет. [ необходима цитата ] | ||
| Hughes H-4 Геркулес | США | 1947 г. | Транспорт | Прототип | Размах 97,82 м (320 футов 11 дюймов). [14] |
| Экраноплан КМ | СССР | 1966 г. | Экспериментальный | Прототип | Размах 37,6 м, длина 92 м, максимальная взлетная масса 544 тонны. |
| Антонов Ан-225 Мрия (Мечта) | СССР | 1988 г. | Транспорт | Оперативный | 1 пример. Длина 84 м (276 футов), макс. полная масса 600000 кг (1320 000 фунтов). [14] |
Самый большой винтокрылый аппарат [ править ]
| Тип | Страна | Датировать | Роль | Статус | Описание |
|---|---|---|---|---|---|
| Хьюз XH-17 | США | 1952 г. | Диаметр ротора. 129 футов [ необходима цитата ] | ||
| Фэйри Ротодин | Соединенное Королевство | 1957 г. | Авиалайнер | Прототип | Самый большой составной автожир на 40 пассажиров. [ необходима цитата ] |
| Миль В-12 или Ми-12 | СССР | 1968 г. | 2 винта по 114 футов, максимальная взлетная масса 105 т. [ необходима цитата ] |
См. Также [ править ]
- Список больших самолетов
- Перечень транспортных мегапроектов
Ссылки [ править ]
- ^ Скулкрафт, Дон, Определения FAA, начинающиеся [ sic ] с буквы L. , Бюро авиационной безопасности
- ^ Регламент EASA - Поправка к Правилу реализации 2042/2003 , версия 1, от 31.01.2012, стр. 4. [1] (получено 20 мая 2014 г.)
- ^ a b c d Ege, L ,; «Воздушные шары и дирижабли», Бландфорд (1973).
- ↑ Air Enthusiast International, март 1974, стр.145.
- ^ Батлер Секретных проекты 1935-1950 гг истребители и бомбардировщики Midland Publishing P128
- ^ "Дирижабли - HAV 304" . www.airshipmarket.org . Дирижабль. Архивировано из оригинального 7 -го апреля 2014 года . Проверено 27 февраля 2014 года .
- ^ Уэсткотт, Ричард (28 февраля 2014 г.), Самый длинный самолет в мире представлен в Великобритании , BBC News
- ^ "R38 / ZR2" . Фонд "Наследие дирижаблей" . Проверено 14 декабря 2012 года .
- ^ a b Робинсон, Дуглас Х. Гиганты в небе Фулис (1973), стр.342 ISBN 0-85429-145-8
- ↑ Робинсон, Дуглас Х. Гиганты в небе Фулис (1973), стр. 343 ISBN 0-85429-145-8
- ^ Грей, Питер; Тетфорд, Оуэн (1962). Немецкие самолеты времен Первой мировой войны . Лондон: Патнэм. п. 588 .
- ^ "Дорнье Do.X" . Рейс : 233–4. 21 февраля 1930 г.
- ^ Кесслер и Отт, Die großen Dessauer: Junkers Ju 89, 90, 290, 390. Die Geschichte етег Flugzeugfamilie Berlin: Aviatik-Verlag, 1993. ISBN 3-925505-25-3 .
- ^ a b Винчестер, Дж. (Ред.); " Факты об авиации: концептуальный самолет ", Grange (2005).
