20411 (История воздухоплавания и авиации), страница 4

Аэродинамический нагрев конструкции

При полёте на высоких скоростях торможение воздуха, обтекающего самолёт, вызывает сильный аэродинамический нагрев его обшивки, причём величина нагрева имеет квадратичную зависимость от скорости. При скоростях в районе 3 Махов аэродинамический нагрев может достигать величины около 350 °C, что находится за пределами диапазона температур, в которых алюминиевые сплавы остаются достаточно прочными. Решением данной проблемы может стать или применение более жаростойких конструкционных материалов (сталь, как в XB-70, титан как в Т-4), или ограничение максимальной скорости самолёта значениями, при которых нагрев не превышает возможности традиционных материалов.

Так как для обеспечения приемлемого взлётного веса, цены и технологичности в качестве основного конструкционного материала для «Конкорда» был выбран алюминий, его крейсерская скорость ограничена величиной 2,03 Маха, при которой аэродинамический нагрев наиболее теплонагруженных элементов конструкции не превышает 127 °C. Примерно такие же ограничения справедливы и для Ту-144, который также построен из алюминиевых сплавов. Американцы, при проектировании «трёхмахового» Boeing 2707, были вынуждены использовать другие материалы, такие как сталь и титан. Дополнительная проблема состоит в том, что возникает существенное тепловое расширение материалов, что, требует усложнения конструкции самолёта.

Аэродинамический нагрев также создаёт сложности с обеспечением комфортной температуры в кабине самолёта. Система кондиционирования «Конкорда», помимо обычных воздушных теплообменников, сбрасывающих излишнее тепло отводимого от двигателей воздуха, имела также теплообменники, позволяющие отводить излишнее тепло в поступающее в двигатели топливо. Кроме того, это требует лучшей термоизоляции кабины и большей производительности системы кондиционирования, чем в обычных авиалайнерах. Например, стекла иллюминаторов «Конкорда» в процессе полёта нагревались так, что могли обжечь, в то время как стекла иллюминаторов обычного авиалайнера часто остывают до отрицательных температур.

Особенностью «Конкорда» стало то, что в крейсерском полете, температура носового обтекателя являлась одним из наиболее важных факторов, контролируемых экипажем и даже автопилотом, то есть автопилот ограничивал скорость исходя именно из этой величины.

Прочность конструкции

Из-за требования сверхзвукового полёта «Конкорд» имел очень тонкий профиль крыла, длинный и тонкий фюзеляж, кроме того, толщина панелей обшивки самолёта составляла всего 1,5 мм. Всё это накладывало очень серьёзные требования в области обеспечения прочности конструкции. Дополнительно проблема усугублялась тем, что на больших скоростях отклонение поверхностей управления может дать очень сильную и резкую нагрузку на конструкцию самолёта.

Эту проблему решали следующим образом:

«Конкорд» отличался от всех предшествовавших ему авиалайнеров тем, что многие основные элементы его конструкции не собирались из отдельных деталей, а фрезеровались из цельных алюминиевых отливок, например, очень крупные элементы были применены в конструкции крыла. Это сокращало количество соединений, облегчало конструкцию, и давало ей дополнительную прочность. Обшивка самолёта была включена в силовую структуру, и выполнялась из предварительно натянутых цельных панелей очень большого размера.

Проблему влияния поверхностей управления на сверхзвуковых скоростях частично устранили за счёт отключения на большой скорости внешних элевонов. Для управления использовались только средние и внутренние, которые нагружали конструкцию намного меньше, поскольку находились ближе к центру масс, и к тому же были установлены на наиболее прочную часть крыла.

Тем не менее, ограничения по перегрузкам на «Конкорде» были достаточно низкими, и составляли всего +2,5/-1,0, что меньше, чем на обычных дозвуковых авиалайнерах.

Шасси и тормоза

Из-за дельтовидного крыла «Конкорд» имел очень большую для коммерческого авиалайнера взлётную скорость, около 400 км/ч. Для обеспечения безопасности тормозная система самолёта должна была обеспечить возможность прерывать взлёт в пределах полосы обычного коммерческого аэропорта. Потребовалась разработка системы, которая могла бы полностью остановить авиалайнер весом в 188 тонн со скорости 305 км/ч на протяжении 1600 м, даже в условиях мокрой полосы. В результате тормозная система «Конкорда» стала наиболее совершенной для своего времени, при этом многие решения, такие как полностью электронное управление, тормозами (англ. brake-by-wire), были применены впервые в коммерческой авиации.

Стойки шасси также потребовали больших усилий со стороны разработчиков, поскольку из-за очень большого угла атаки самолёта на взлёте, стойки получились очень длинными и испытывали большие нагрузки.

История эксплуатации

После того, как в воздух поднялись первые серийные самолёты 201 и 202, началась обширная программа сертификации, закончившаяся в 1975 году выдачей британского и французского сертификатов. Помимо, собственно, пассажирских перевозок, «Конкорды» также участвовали в большом количестве выставок, показательных полётов и рекламных акций.

Продажа «Конкордов» авиакомпаниям

В 1960-е годы, во время зарождения и развития проекта «Конкорд», считалось, что будущее мировых пассажирских авиаперевозок за сверхзвуковыми авиалайнерами, что повлияло на планы ведущих мировых авиапроизводителей и авиакомпаний. Например, Boeing, выводивший в начале 1970-х на рынок свой амбициозный лайнер Boeing 747, очень осторожно оценивал перспективы этого самолёта, предполагая даже, что после выхода на линии сверхзвуковых пассажирских самолётов, 747-е придётся перевести на грузовые авиаперевозки. Разработка сверхзвуковых коммерческих авиалайнеров шла не только в Европе, но и в СССР, где Ту-144 взлетел даже немного раньше «Конкорда», а также в США, причём американцы, используя свой опыт создания крупных тремаховых самолётов (XB-70 «Валькирия»), создавали вариант СПС, Boeing 2707, существенно превосходивший по своим характеристикам как англо-французский, так и советский самолёты.

Заявки на новый самолёт начали поступать с 1963 года, задолго до его первого полёта, и к 1972 году 16 авиакомпаний по всему миру сделали предварительные заказы на 74 «Конкорда». Коммерческое будущее первого сверхзвукового пассажирского лайнера выглядело если не безоблачным, то, во всяком случае, вполне определённым.

Начиная с 1972 года, ситуация стала быстро меняться не в пользу сверхзвуковых авиалайнеров. Произошло сразу несколько существенных событий, повлиявших на планы осуществления сверхзвуковых пассажирских перевозок крупнейшими мировыми авиакомпаниями:

• В 1973 году разразился нефтяной кризис, вызванный, в первую очередь Войной Судного Дня между Израилем и арабскими странами. В результате этого кризиса мировые цены на авиационное топливо выросли в несколько раз, что ставило под сомнение коммерческую привлекательность сверхзвуковых полётов, так как «Конкорд» затрачивал намного больше топлива на перевозку одного пассажира, чем современные ему дозвуковые авиалайнеры.

• В начале 70-х, особенно после выхода на линии таких самолётов, как Boeing 747, стало ясно, что авиаперелёты на дальние расстояния более не являются прерогативой бизнесменов и элиты, и что доля среднего класса в общем, пассажиропотоке постоянно растет. Это сделало более актуальным для авиакомпаний снижение цен на билеты, а не сокращение времени перелётов, столь привлекательное для бизнесменов.

• Затянувшаяся разработка «Конкорда», очень большой коэффициент новизны, привели к тому, что совместная англо-французская программа вышла далеко за рамки бюджета, общие расходы составили почти миллиард фунтов стерлингов. Цена авиалайнеров, соответственно, также постоянно росла. Кроме того, выяснилось, что авиакомпании недооценивали масштабов расходов, необходимых для обслуживания парка сверхзвуковых лайнеров и поддержания его в состоянии лётной годности.

В результате к 1973 году практически все авиакомпании пересмотрели свои планы в отношении сверхзвуковых перевозок, и отозвали заказы на «Конкорды». Удалось продать только 9 самолётов, 5 авиакомпании British Airways и 4 Air France, да и то в основном потому, что эти АК контролировались правительствами стран-разработчиков самолёта.

Оставшиеся 5 самолётов (из 14 серийных), после неуспешных попыток их продажи, были позже предложены этим же АК на следующих условиях:

• Цена самолётов составляла всего 1 фунт стерлингов для английских, и 1 франк для французских.

• Авиакомпании обязывались ввести приобретённые самолёты в коммерческую эксплуатацию.

• Авиакомпании имели право продать свои самолёты, но по той же самой символической цене.

Все расходы брали на себя правительства обеих стран, желавшие поддержать собственных авиапроизводителей, и заботившиеся о национальном престиже.

Пассажирские перевозки

Коммерческая эксплуатация «Конкордов» началась 21 января 1971 года, когда G-BOFA (№206) компании British Airlines вылетел в свой первый рейс по маршруту Лондон – Бахрейн. В тот же день полётом F-BFBA (№205) была открыта линия Париж – Дакар компании Air France.

Первое время для «Конкордов» было закрыто наиболее перспективное трансатлантическое направление, поскольку 18 декабря 1975 года Палата Представителей Конгресса США наложила шестимесячный запрет на посадки «Конкордов» на территории США. Официальной причиной такого запрета стал производимый самолётами шум, особенно после преодоления звукового барьера, но вероятнее всего, что основной причиной стало то, что англо-французский самолёт вышел на коммерческие линии раньше, чем американский СПС.

После окончания действия запрета, несмотря на протесты нескольких общественных и природоохранных организаций, были открыты регулярные рейсы в вашингтонский аэропорт Даллес, первый из которых состоялся 24 мая 1976 года. Полёты в Нью-Йорк начались только после 22 ноября 1977 года, в основном из-за противодействия мэрии Нью-Йорка.

Помимо рейсовых полётов, «Конкорды» выполняли большое количество чартерных рейсов, практически по всему земному шару. Именно чартерные перевозки давали авиакомпаниям какую-то прибыль от сверхзвуковых полётов, тогда как рейсовые были скорее данью престижу, и в финансовом смысле приносили только убытки.

Поскольку «Конкорды» являлись флагманами флотов обеих компаний, а билеты на них стоили дороже, чем на другие типы авиалайнеров, авиакомпании старались обеспечить пассажирам сверхзвуковых самолётов максимальный уровень комфорта, и в этом смысле соперников у «Конкордов» было мало. Несмотря на высокую стоимость билетов, репутация «Конкордов» среди пассажиров была очень высокой, особенно полюбили полёты на них бизнесмены и разного рода знаменитости. Первоначально на «Конкордах» работали только стюарды, но впоследствии рейсы стали обслуживать стюардессы, причём конкурс среди них был очень высок, и на «Конкордах» работали лучшие стюардессы обеих авиакомпаний.

«Конкорды», как, наверное, ни один другой тип пассажирского самолёта, имели массу страстных поклонников, которые, даже если они не могли позволить себе полёт на любимом лайнере, специально приезжали в Лондон, Париж и Нью-Йорк, для того чтобы полюбоваться зрелищем взлетающего или заходящего на посадку сверхзвукового самолёта.

Катастрофа Конкорда в Париже 25 июля 2000 года

25 июля 2000 года в Париже, при вылете из аэропорта «Шарль де Голль», разбился «Конкорд» F-BTSC авиакомпании Air France, совершавший рейс Париж – Нью-Йорк. Основной причиной катастрофы стал наезд на металлическую деталь другого самолёта, находившуюся на взлётной полосе, часть покрышки лопнувшей при этом шины пробила топливный бак самолёта, а выливавшееся топливо загорелось, попав в форсажные камеры двигателей. А так же часть покрышки колеса повредила провода, отвечающие за выпуск шасси, которые при взлёте не убрались, и этим оголённые провода дали искру, поэтому топливо вспыхнуло. Последовавший пожар привёл к отказу двигателей не успевшего набрать скорость самолёта и к последовавшему за ним падению на ресторан небольшого отеля в нескольких километрах от аэропорта.

Все находившиеся на борту – 100 пассажиров и 9 членов экипажа – погибли. Также погибло 4 человека среди посетителей ресторана.

Снятие с эксплуатации

После катастрофы в Париже, полёты «Конкордов» были приостановлены. Тем не менее, уже на следующий день, 26 июля 2000 года, руководство BA приняло решение продолжить эксплуатацию своих самолётов, полёты AF не возобновлялись. 16 августа сертификат лётной годности «Конкордов» был отозван, и полёты полностью приостановились, за исключением перелёта без пассажиров F-BVFC из Нью-Йорка, где его застал отзыв сертификата, в Париж.

В течение всего следующего года велись работы по модификации парка самолётов и 5 сентября 2001 года, более чем через год после отзыва, сертификат лётной годности был восстановлен. Регулярные пассажирские перевозки возобновились только 7 ноября, полётом G-BOAE из Лондона в Нью-Йорк. После возобновления перевозок последовала череда инцидентов, наиболее заметными из которых стали отказ одной из секций руля направления 27 ноября 2002 года на G-BOAC, и утечка топлива, повлёкшая отключение двигателя 18 февраля 2003 года на F-BTSD.

10 апреля 2003 года British Airways и Air France объявили о решении прекратить коммерческую эксплуатацию своего парка «Конкордов». Последние рейсы состоялись 24 октября. Последний полёт «Конкорда» состоялся 26 ноября 2003 года, G-BOAF (последний построенный самолёт) вылетел из Хитроу, пролетел над Бискайским заливом, совершил проход над Бристолем, и приземлился в аэропорту Филтон.

«Конкорды» сегодня

К 2003 году в эксплуатации находилось 8 «Конкордов». Все построенные самолёты, кроме №211, разбиравшегося на запчасти в 1982–1994 годах, и разбившегося в 2000 году в Париже №203, сохраняются в различных музеях и экспозициях.