Детальная история самолеты: Книга: «Самолеты» — Р. Грант. Купить книгу, читать рецензии | ISBN 978-5-9287-2641-6

«Как самолет может просто развалиться в воздухе?» – Мир – Коммерсантъ

31 октября в Египте потерпел крушение пассажирский Airbus A321 компании «Когалымавиа» (Шарм-эш-Шейх—Санкт-Петербург), в результате которого погибли все 224 человека, находившиеся на борту. Реакция мировых СМИ на крупнейшую в истории современной России авиакатастрофу — в подборке “Ъ”.

The Bundaberg NewsMail (Бандаберг, Австралия)

Поначалу Россия и Египет официально настаивали на том, что катастрофа российского пассажирского самолета над Синайской пустыней произошла из-за механической неполадки. Но спекуляции о других причинах, в том числе и взрыве бомбы на борту не утихают.

Уже через несколько часов после того, как A321 упал, рассеяв обломки и тела по всей пустыне, оба правительства быстро заявили о технической неисправности. Но вечером в воскресенье президент Египта Абдель-Фаттах ас-Сиси сказал, что о причине катастрофы говорить слишком рано, что может потребоваться «широкое и сложное техническое исследование», которое может занять несколько месяцев.

«Исламское государство» (ИГ; запрещенная в России террористическая организация.— “Ъ”) взяло на себя ответственность за уничтожение самолета, заявляя, что это месть за российскую интервенцию в Сирии на стороне режима Асада. Эксперты в области терроризма говорят, что ИГ никогда не брало на себя ответственность за атаки, которые не совершало.

Профессор-исламовед из Университета Тулузы Матье Гидер говорит, что ИГ «очень хорошо укоренилось в Синае, проникло практически во все организации и инфраструктуру, поэтому вполне возможно, что некий боец совершил акт саботажа еще до того, как самолет поднялся в воздух, или установил взрывное устройство на борту».

La Croix (Париж, Франция)

Ответственность за крушение российского Airbus на Синайском полуострове, которое привело к гибели 224 человек, взяла террористическая организация «Исламское государство». Версию теракта отвергли как египетские, так и российские власти. Тем не менее ничто не мешает рассматривать ее в качестве одного из возможных вариантов случившегося.

По мнению ведущего научного сотрудника французского Центра исследований в области разведки Алана Родье, «и Египет, и Россия заинтересованы в том, чтобы отрицать версию теракта. Египту это нужно, чтобы не нанести ущерб туристическому бизнесу страны, а России — чтобы не очернить свою военную операцию в Сирии, которая до сих пор базировалась на принципе ведения боевых действий без людских потерь».

При этом все специалисты отвергают возможность поражения самолета с земли. «У джихадистов нет тяжелого вооружения, способного сбить самолет, пролетающий на высоте 9 тыс. м,— поясняет Алан Родье.— Другое дело, что они могли проникнуть в аэропорт Шарм-эш-Шейха, чтобы заложить взрывное устройство на борт самолета».

The Daily Telegraph (Лондон, Великобритания)

Если бы существовал свод правил того, что делать в случае катастрофы, унесшей сотни невинных жизней, Египет и Россия в субботу умудрились проигнорировать каждую страницу этой книги. В наши дни информация мгновенна, и это знают все, в том числе и правительства самых упрямых государств мира. Уже через минуту после того, как Airbus 321, принадлежащий мелкой российской авиакомпании «Когалымавиа», упал, сайты, отслеживающие полеты самолетов в интернете, показали всему миру его последние минуты. Тут, как говорилось бы в правилах, власти должны сообщить об исчезновении самолета и о том, что начато расследование. Те, кто занят в авиатранспортной индустрии, знают, их учат тому, как успокаивать родственников пассажиров и всех нас, для кого полеты — регулярный вид деятельности, в том, что они знают, что делают. Они прикладывают усилия к тому, чтобы говорить только то, о чем они знают наверняка, говорить одинаково, и, что самое главное, не сеять смятение и неверие, передавая слухи и выдавая свои собственные теории за факт.

В субботу, к примеру, через минуты после катастрофы самые противоречивые истории начали появляться со стороны египетских авиационных властей. Самолет покинул воздушное пространство Египта, заявил один такой представитель. Другой в подробностях рассказал, как пилот самолета сообщил о проблемах с радиосистемой и запросил разрешение на посадку на любом подходящем аэродроме. Эта информация была позже опровергнута без объяснений того, как столь детальная история была придумана.

Наконец, и египетские, и российские власти немедленно исключили любую связь с терроризмом, несмотря на то что самолет летел над горячей точкой джихадистов, а Россия стала самым свежим пугалом для всех арабских боевиков. Как сказал один бывший арабский пилот нашей газете, единственной причиной того, что ты исключаешь что-то еще до выяснения, возможно это или нет, является то, что ты боишься, что именно это и есть правда.

В субботу наипервейшей задачей Каира было, совершенно очевидно, предупредить возникновение идеи о том, что джихадизм на Синайском полуострове вышел из-под контроля. Нуждой России стало ограничение идеи о том, что обыкновенные отпускники могли стать жертвой ответного удара по авантюре в Сирии.

The Globe and Mail (Торонто, Канада)

Несмотря на заявление малоизвестного филиала «Исламского государства», подкрепленное низкокачественным видео, опубликованным в интернете, которое, как говорят его распространители, показывает горящий падающий самолет, нет никаких свидетельств того, что эта катастрофа как-то связана с этой суннитской джихадистской группировкой, которая обычно поддерживает свои пропагандистские заявления профессионально отредактированными и высококлассными фотографиями.

Российский Airbus A321 был слишком высоко, чтобы его могли сбить небольшой переносной ракетой. И хотя у Египта есть большое количество более крупных ракет «земля-воздух», нет никаких свидетельств того, что он потерял контроль над хотя бы одной из них в ходе своей продолжающейся антитеррористической операции против исламистских группировок. А для того, чтобы разместить бомбу на борту, требуется либо сбой в работе египетского экрана безопасности в Шарм-эш-Шейхе, либо причастность тех, кто занимается багажом, или служб подготовки полетов.

Египетское правительство, прекрасно понимающее, какой ущерб репутации будет нанесен, если выяснится, что имели место проблемы с безопасностью в аэропорту Шарм-эш-Шейха или что террористические группы способны сбивать самолеты над его территорией, попыталось замять эти спекуляции.

И тем не менее внезапное катастрофическое разрушение на крейсерской высоте очень соответствует взрыву бомбы на борту или тому, что самолет был сбит ракетой.

Daily Mirror (Лондон, Великобритания)

Катастрофическое разрушение российского пассажирского авиалайнера и гибель 224 человек на борту — катастрофа, требующая немедленной реакции.

Здравой предосторожностью было бы введение превентивных мер на всех фронтах до тех пор, пока не будет установлена причина катастрофы. Подозрения о бомбе требуют немедленного усиления безопасности в аэропортах.

Оспариваемые заявления фанатиков, связанных с ИГ, о том, что они сбили самолет, могут оказаться чудовищными выдумками джихадистов. И тем не менее эксперты в области безопасности были бы дураками, если бы просто отмахнулись от необходимости принятия мер предосторожности.

Техническая неполадка в качестве причины, которая была бы удобным объяснением для авторитарных правителей Египта и России, потребовала бы другого, но столь же срочного ответа. Статистики и представители отрасли настаивают на том, что авиационный транспорт остается безопасным, но он кажется чуть менее безопасным после того, как очередной самолет превращается в массовый гроб.

Мы все не собираемся прекращать летать. Да и не должны этого делать. И в индивидуальном порядке, и в коллективном спокойствие — лучший ответ фанатикам, пытающимся нас запугать. Продолжать жить, как жили,— наилучший вариант, в том числе для отпускников. Но властям не должно быть позволено принимать спокойствие за благодушие. Необходимы ответы относительно того, что случилось на Синае. Россия не знакома с прозрачностью, как это было засвидетельствовано ее реакцией на уничтожение самолета Malaysia Airlines. Но тем, кто летает, нужно знать, что случилось.

Neue Zurcher Zeitung (Цюрих, Швейцария)

Как самолет может просто развалиться в воздухе? Самолет внезапно разваливается в воздухе, так что экипаж не успевает сообщить об этом. Как это возможно? Первое предположение в таком случае — это, конечно, взрыв бомбы или, как и в случае катастрофы Mh27 над Восточной Украиной, попадание ракеты. Пока о настоящих причинах крушения российского самолета над Синаем можно только делать предположения. Однако имеющаяся информация позволяет предполагать, что речь может идти о трагической случайности.

Что на самом деле случилось с исчезнувшим малайзийским Боингом (часть 1/3) / Хабр

1. Исчезновение
2. Прибрежный бродяга
3. Золотая жила
4. Заговоры
5. Возможный сценарий
6. Капитан
7. Истина

1. Исчезновение

Тихой лунной ночью 8 марта 2014 года Боинг 777-200ER, эксплуатируемый Malaysia Airlines, вылетел из Куала-Лумпура в 0:42 и повернул в сторону Пекина, поднявшись на предназначенный ему эшелон 350, то есть на высоту 10 650 метров. Обозначение авиакомпании Malaysia Airlines — MH. Номер рейса — 370. Самолетом управлял Фарик Хамид, второй пилот, ему было 27 лет. Это был его последний тренировочный рейс, после которого его ждало завершение сертификации. Действиями Фарика руководил командир воздушного судна, человек по имени Захари Ахмад Шах, который в 53 года был одним из самых старших капитанов в Malaysia Airlines. По малайзийским обычаям, его звали просто Захари. Он был женат и имел троих взрослых детей. Жил в закрытом коттеджном посёлке. Имел два дома. В первом доме у него был установлен авиасимулятор, Microsoft Flight Simulator. Он регулярно летал на нем и часто писал на онлайн-форумах о своем хобби. Фарик относился к Захари с почтением, но тот не злоупотреблял своей властью.

В салоне самолёта находились 10 бортпроводников, все малайзийцы. Им предстояло позаботиться о 227 пассажирах, включая пятерых детей. Большинство пассажиров были китайцами; из числа остальных 38 были малайзийцами, а прочие (в порядке убывания) были гражданами Индонезии, Австралии, Индии, Франции, США, Ирана, Украины, Канады, Новой Зеландии, Нидерландов, России и Тайваня.

Той ночью капитан Захари работал с радио, пока второй пилот Фарик управлял самолётом. Всё шло как обычно, но передачи Захари были немного странными. В 1:01 он сообщил по радио, что они выровнялись на высоте 35 000 футов — излишнее сообщение в зоне с радиолокационным наблюдением, где принято сообщать об уходе с высоты, а не о её достижении. В 1:08 рейс пересек береговую линию Малайзии и направился через Южно-Китайское море в направлении Вьетнама. Захари ещё раз сообщил о высоте самолёта на 35 000 футов.

Одиннадцать минут спустя, когда самолёт приблизился к контрольной точке рядом с зоной ответственности вьетнамской авиадиспетчерской службы, диспетчер в Куала-Лумпур Центре передал сообщение: «Малайзиец три-семь-ноль, свяжитесь с Хо Ши Мином один-два-ноль-точка-девять. Доброй ночи». Захари ответил: «Доброй ночи. Малайзиец три-семь-ноль». Он не повторил частоту, как следовало, но в остальном сообщение звучало обычно. Это было последнее, что мир услышал от Mh470. Пилоты не связались с Хо Ши Мином и не ответили ни на одну из последующих попыток вызвать их.

Простой радар, известный как «первичный радиолокатор», обнаруживает объекты, посылая радиосигналы и принимая их отражения, как будто эхо. Системы управления воздушным движением, или УВД, используют так называемый «вторичный радиолокатор». Он полагается на установленный на каждом самолёте активный ответчик, или транспондер, который отправляет более подробную информацию, — например, бортовой номер и высоту самолёта. Через пять секунд после того, как Mh470 перешел в воздушное пространство Вьетнама, значок его транспондера пропал с экранов малайзийской диспетчерской службы, а через 37 секунд самолёт стал невидим для вторичного радара. Время было 1:21, прошло 39 минут после взлёта. Диспетчер в Куала-Лумпуре был занят другими бортами, расположенными в иной части экрана, и просто не заметил исчезновения. Когда он через какое-то время обнаружил пропажу, то предположил, что самолёт покинул пределы досягаемости, и его уже ведут диспетчеры Хо Ши Мина.

Между тем вьетнамские диспетчеры увидели, как Mh470 зашёл в их воздушное пространство и затем исчез с радара. Очевидно, они неправильно поняли официальное соглашение, согласно которому Хо Ши Мин должен был немедленно уведомить Куала-Лумпур, если поступивший самолёт не выходит на связь более пяти минут. Они попытались повторно связаться с самолётом, но безрезультатно. К тому времени, когда они подняли трубку, чтобы сообщить о ситуации Куала-Лумпуру, прошло 18 минут с момента исчезновения Mh470 с экранов радаров. За этим последовало выдающееся проявление растерянности и некомпетентности — по правилам, Координационный центр авиационной спасательной службы Куала-Лумпура следовало уведомить в течение часа после исчезновения, но к 2:30 это всё еще не было сделано. Прошло еще четыре часа, прежде чем в 6:32 были приняты первые меры реагирования на чрезвычайную ситуацию.

Загадка, окружающая Mh470, стала предметом продолжающегося расследования и источником лихорадочных спекуляций.

К этому времени самолёт должен был приземлиться в Пекине. Усилия по его поиску были первоначально сосредоточены в Южно-Китайском море, между Малайзией и Вьетнамом. Это были международные действия 34 кораблей и 28 самолётов из семи разных стран, но Mh470 там не было. В течение нескольких дней первичные радиолокационные записи, извлечённые из компьютеров управления воздушным движением и частично подтверждённые секретными данными малайзийских военно-воздушных сил, показали, что как только Mh470 исчез со вторичного радара, он резко повернул на юго-запад, полетел обратно через Малайский полуостров и начал крениться возле острова Пенанг. Оттуда он полетел на северо-запад, вверх по Малаккскому проливу и далее через Андаманское море, где он исчез за пределами радиолокационного диапазона. Эта часть пути заняла больше часа — и она позволила предположить, что самолёт не был захвачен. Также это значило, что дело не в несчастном случае и не в самоубийстве пилота, с которыми доводилось сталкиваться раньше. С самого начала Mh470 вёл исследователей в неизвестном направлении.

Загадка, окружающая Mh470, стала предметом продолжающегося расследования и источником лихорадочных спекуляций. Множество семей на четырех континентах испытали опустошающее чувство утраты. Мысль о том, что сложная машина, оборудованная современными технологиями и избыточными коммуникациями, может просто исчезнуть, кажется абсурдной. Трудно бесследно удалить сообщение, а исчезнуть из сети и вовсе невозможно, даже если попытка является преднамеренной. Такой самолёт, как Боинг 777, должен быть доступен для связи в любое время, и его исчезновение породило множество теорий. Многие из них абсурдны, но все они возникли благодаря тому, что в наш век гражданский самолёт не может просто взять и пропасть.

Одному всё же удалось, и спустя пять с лишним лет его точное местонахождение остается неизвестным. Тем не менее, теперь многое в деле исчезновения Mh470 стало яснее, и сегодня можно воссоздать часть событий, произошедших той ночью. Звукозаписи из кабины пилота и данные бортовых самописцев, вероятно, никогда не будут восстановлены, — впрочем, то, что нам нужно знать, вряд ли удастся достать из черных ящиков. Вместо этого ответы придётся искать в Малайзии.

2. Прибрежный бродяга

В тот вечер, когда самолёт исчез, американец средних лет по имени Блейн Гибсон сидел в доме своей покойной матери в Кармеле, штат Калифорния, разбираясь с её делами и готовясь к продаже имущества. Он услышал новости о рейсе Mh470 на CNN.

По образованию Гибсон, с которым я недавно познакомился в Куала-Лумпуре, юрист. Он прожил в Сиэтле больше 35 лет, но сейчас проводит там мало времени. Его отец, умерший десятилетия назад, был ветераном Первой мировой войны, — он пережил в окопах атаки горчичным газом, был награждён Серебряной Звездой за доблесть и вернулся к службе главного судьи Калифорнии, проведя на этом посту более 24 лет. Его мать была выпускницей юридического факультета Стэнфорда и ярой защитницей окружающей среды.

Блейн Гибсон был единственным ребенком. Его мать любила путешествовать по миру, и она часто брала его с собой, — так он в возрасте семи лет он решил, что целью его жизни будет хотя бы раз посетить каждую страну мира. В конечном итоге это упёрлось в определение «посещения» и «страны», но он остался верен идее, отказавшись от шансов на стабильную карьеру и располагая весьма скромным наследством. По его собственным словам, по пути он баловался некоторыми известными загадками, — такими, как конец цивилизации майя в джунглях Гватемалы и Белиза, взрыв Тунгусского метеорита в Восточной Сибири и местонахождение Ковчега Завета в горах Эфиопии. Он напечатал себе визитки «Авантюрист. Исследователь. Устремлённый к истине», и стал носить фетровую шляпу, как Индиана Джонс. Когда стало известно об исчезновении Mh470, пристальное внимание Гибсона к происшествию было предопределено.

Несмотря на рефлекторные опровержения малайзийских чиновников и откровенную путаницу в докладах малайзийских военно-воздушных сил, правда о странной траектории полета самолёта быстро раскрылась. Оказалось, что Mh470 продолжал периодически связываться с геостационарным спутником в Индийском океане, эксплуатируемым британской компанией спутниковой связи Inmarsat, в течение шести часов после исчезновения самолёта со вторичного радара. Это означало, что на самолёте не произошло внезапной катастрофы. Предположительно, в течение этих шести часов он летел на крейсерской скорости на большой высоте. Сеансы связи с Inmarsat, некоторые из которых были просто подтверждениями подключения, представляли собой короткие системные соединения, — по сути, не больше, чем электронный шёпот. Система для передачи основного контента — развлечения для пассажиров, сообщения для пилотов, автоматические отчеты о техническом состоянии — была, по всей видимости, отключена. В общей сложности было семь соединений: два были автоматически инициированы самолётом, а пять других — наземной станцией Inmarsat. Также было два спутниковых звонка; они остались без ответа, но в итоге предоставили дополнительные данные. С большинством этих соединений были связаны два параметра, которые Inmarsat не так давно начал фиксировать и сохранять.

Первый и более точный из параметров известен как смещение синхронизации пакета (burst-timing offset), назовём его для простоты «параметр расстояния». Это мера времени передачи до самолёта и от самолёта, то есть мера расстояния от самолёта до спутника. Этот параметр определяет не одно конкретное местоположение, а все равноудалённые места — почти окружность из возможных точек. Учитывая пределы дальности полёта Mh470, некоторые части этих окружностей становятся дугами. Самая важная дуга — седьмая и последняя — определяется последним соединением со спутником, которое сложным образом связано с истощением запасов топлива и выходом из строя двигателей. Седьмая дуга простирается от Центральной Азии на севере до Антарктиды на юге, и Mh470 пересёк её в 8:19 по времени Куала-Лумпура. Расчёты вероятных траекторий полета определяют пересечение самолёта с седьмой дугой и, следовательно, окончание его пути — в Казахстане, если самолёт повернул на север, или в южной части Индийского океана, если он повернул на юг.

Судя по электронным данным, попытки управляемой посадки на воду не было. Самолет должен был мгновенно разлететься на миллион кусочков.

Анализ спутниковых данных позволяет с уверенностью утверждать, что самолёт повернул на юг. Мы знаем это из второго зарегистрированного Inmarsat параметра — смещения частоты пакета (burst-frequency offset). Для простоты будем называть его «доплеровским параметром», поскольку главное, что он включает в себя, — меру радиочастотных доплеровских сдвигов, связанную с высокоскоростным движением относительно положения спутника, что является естественной частью спутниковой связи для самолётов в полете. Для успешного функционирования спутниковой связи доплеровские сдвиги должны предсказываться и компенсироваться бортовыми системами. Эта компенсация не совсем идеальна, потому что спутники — особенно по мере их старения — не передают сигналы точно так, как это было запрограммировано в самолётах. Их орбиты могут слегка отклоняться, они также зависят от температуры, и эти недостатки оставляют отчетливые следы. Хотя ранее значения доплеровского сдвига никогда не использовались для определения местоположения самолёта, технические специалисты Inmarsat в Лондоне смогли заметить существенное искажение, предполагающее поворот на юг в 2:40. Точка поворота была немного севернее и западнее Суматры, самого северного острова Индонезии. При некотором допущении можно полагать, что затем самолёт летел прямо на неизменной высоте в течение очень долгого времени в направлении Антарктиды, лежащей за пределами его дальности.

Через шесть часов доплеровский параметр указывает на резкое снижение — в пять раз быстрее, чем нормальная скорость спуска. Через минуту или две после пересечения седьмой дуги самолёт погрузился в океан, возможно, потеряв компоненты перед ударом. Судя по электронным данным, попытки управляемой посадки на воду не было. Самолёт должен был мгновенно разлететься на миллион кусочков. Однако никто не знал, где произошло падение, и тем более, почему. Также ни у кого не было ни малейшего физического доказательства того, что интерпретация спутниковых данных была верной.

Менее чем через неделю после исчезновения в «The Wall Street Journal» был опубликован первый материал о спутниковых соединениях, в котором указывалось, что самолёт, скорее всего, часами оставался в воздухе после того, как замолчал. Официальные лица Малайзии в конце концов признали, что это правда. Малазийский режим считается одним из самых коррумпированных в регионе, и публикация данных о спутниковой связи показала, что малайзийские власти в своём расследовании исчезновения оказались скрытными, трусливыми и ненадёжными. Исследователи происшествия, отправленные из Европы, Австралии и США, были потрясены беспорядком, с которым они столкнулись. Из-за того, что малайзийцы скрывали известные им подробности, первоначальные морские поиски были сосредоточены в неправильном месте, в Южно-Китайском море, и не обнаружили плавающих обломков. Если бы малайзийцы сразу сказали правду, такой мусор мог бы быть найден и использован для определения приблизительного местоположения самолёта; даже чёрные ящики могли бы быть обнаружены. В конечном итоге подводный поиск сосредоточился на узкой полосе океана, находящейся за тысячи километров. Но даже узкая полоса океана — очень большое место. Потребовалось два года, чтобы найти чёрные ящики Air France 447, который врезался в Атлантику во время полёта из Рио-де-Жанейро в Париж в 2009 году, хотя там исследовали точно знали, где их искать.

Первоначальные поиски в поверхностных водах завершились в апреле 2014 года после почти двух месяцев бесполезных усилий, и фокус сместился на глубины океана, где он остаётся и сегодня. Поначалу Блейн Гибсон следил за этими разочаровывающими усилиями издалека. Он продал дом своей матери и переехал в Золотой треугольник на севере Лаоса, где вместе с деловым партнёром приступил к строительству ресторана на реке Меконг. Параллельно он вступил в посвященную пропаже Mh470 группу на Facebook, которая была наполнена как досужими спекуляциями, так и постами, содержавшими разумные рассуждения о судьбе самолёта и местонахождении основных обломков.

Хотя малайзийцы формально отвечали за все расследование, им не хватало средств и опыта для проведения подводных поисково-восстановительных работ, и австралийцы, как добрые самаритяне, взяли на себя инициативу. Районы Индийского океана, на которые указывали спутниковые данные, — примерно в 1900 километрах к юго-западу от Перта, — были настолько глубокими и неисследованными, что в первую очередь надо было составить достаточно точную подводную топографическую карту, чтобы обеспечить возможность безопасной буксировки специальных аппаратов, гидролокаторов бокового обзора, на глубине многих километров под водой. Дно океана в этих местах покрыто грядами, сокрытыми темнотой, куда никогда не проникал свет.

Усердный подводный поиск заставил Гибсона задаться вопросом, не будут ли обломки самолёта когда-нибудь просто выброшены на берег. Навещая друзей на побережье Камбоджи, он спросил, не натыкались ли они на что-нибудь подобное, — ответ был отрицательным. Хоть обломки и не могли приплыть в Камбоджу из южной части Индийского океана, Гибсон хотел быть открытым к любым вариантам, пока обнаружение обломков самолёта не докажет, что именно юг Индийского океана действительно стал его могилой.

В марте 2015 года в Куала-Лумпуре родственники пассажиров встретились в годовщину исчезновения Mh470. Гибсон решил присутствовать, не имея приглашения и не будучи ни с кем близко знаком. Поскольку он не обладал особыми знаниями, его визит был воспринят скептически — люди не знали, как реагировать на случайного дилетанта. Мероприятие проходило на открытой площадке в торговом центре, типичном месте для встреч в Куала-Лумпуре. Целью было выражение общей скорби, а также продолжение давления на правительство Малайзии с тем, чтобы получить какие-нибудь объяснения. Присутствовали сотни людей, многие прибыли из Китая. Со сцены звучала негромкая музыка, на заднем плане висел большой плакат с изображением силуэта Боинга-777, а также словами «где», «кто», «почему», «когда», «кого», «как», а также «невозможно», «беспрецедентно», «бесследно» и «беспомощно». Основным оратором была молодая малайзийская женщина по имени Грейс Субатирай Натан, чья мать была на борту. Натан — адвокат по уголовным делам, специализирующаяся на делах о смертной казни, которых в Малайзии хватает из-за драконовских законов. Она стала самым удачным представителем ближайших родственников погибших. Выйдя на сцену в футболке не по размеру, на которой был напечатан рисунок Mh470 с призывом «Ищите», она рассказала о своей матери, о глубокой любви, которую она испытывала к ней, и о трудностях, с которыми она столкнулась после её исчезновения. Иногда она тихо всхлипывала, как и некоторые из зрителей, включая Гибсона. После её выступления он подошел к ней и спросил, примет ли она объятие от незнакомца. Она обнялась с ним, и со временем они подружились.

Покидая траурное мероприятие, Гибсон решил помочь, занявшись тем пробелом, который он обнаружил, — отсутствием прибрежных поисков плавающих обломков. Это будет его ниша. Он станет пляжным бродягой, ищущим обломки Mh470 на побережьях. Официальные исследователи, в основном австралийцы и малайзийцы, активно инвестировали в подводные поиски. Они бы посмеялись над амбициями Гибсона, — точно так же, как они посмеялись бы над перспективой того, что на пляжах за сотни километров друг от друга Гибсон действительно найдёт обломки самолёта.

Слева: малайзийский адвокат и активистка Грейс Субатирай Натан, чья мать была на борту Mh470. Справа: Блейн Гибсон, американец, который отправился на поиски обломков самолёта. Автор фото: Уильям Лангевише (William Langewiesche)

Продолжение: Что на самом деле случилось с исчезнувшим малазийским Боингом (часть 2/3)

Окончание: Что на самом деле случилось с исчезнувшим малазийским Боингом (часть 3/3)

Спасибо NetBUG за завершение перевода.

Прошу сообщать о найденных ошибках и опечатках в личные сообщения.

Физика облаков

Исследования облаков и динамики атмосферы

Исследования облачных и динамических структур

атмосферных образований умеренных широт.
Александр Христофорович Хргиан.

Исследования облаков были начаты в ЦАО с момента ее создания и продолжались на протяжении всей истории Обсерватории. Научный фундамент многолетних исследований был заложен создателями наиболее авторитетной в нашей стране школы физики облаков — А.Х. Хргианом, А.М. Боровиковым и Е.Г. Зак.

Облака являются продуктом взаимодействия атмосферных физических процессов микро-, мезо- и макромасштабов. Исследования ученых ЦАО касались всех перечисленных аспектов физики облаков. Большое внимание уделялось вопросам разработки аппаратуры и методов исследования микро- и мезофизики облаков, а также сбору, анализу и обобщению накопленных эмпирических данных. Начиная с пятидесятых годов большое внимание стало уделяться также теоретическим исследованиям, особенно — численному моделированию процессов облако- и осадкообразования. Предметом изучения были как индивидуальные облака, так и их поля.

Александр Моисеевич Боровиков.

Экспериментальные исследования облаков были начаты сразу же после создания ЦАО. Для этих целей использовались как самолёты — зондировщики, так и свободные аэростаты. Первые позволяли изучать физические и морфологические характеристики облаков — их форму, высоту, толщины облачных слоев. С помощью аэростатов исследовалась временная изменчивость физических характеристик внутри фиксированного объема облака. В первое послевоенное десятилетие было выполнено несколько десятков «облачных» полётов на аэростатах в нижней и средней частях тропосферы (А.М. Боровиков, Ю.А. Гильгнер, А.А. Рещикова, В.Д. Решетов и др.). В некоторых случаях субстратостатам ЦАО удавалось подниматься даже до 10 — 10,5 км, т.е. до высот околостратосферных перистых облаков.

Шметер Соломон Моисеевич.

ЦАО была единственной научной организацией в мире, применявшей свободные аэростаты для исследований облаков. Научное оборудование аэростатов включало в себя, наряду со стандартными метеоприборами (психрометр, барометр, метеорограф), также импакторный заборник проб облачных элементов, микрофотоустановку для фотографирования облачных проб, а, начиная с начала 50-х годов, также прибор для измерения вертикальных и горизонтальных пульсаций скорости ветра. В некоторых полётах приближенно оценивались водность облаков по дальности видимости внутри облака, опускаемого под корзину аэростата, черного диска (А.М. Боровиков, Ю.А. Гильгнер и др.), а также интенсивность солнечных радиационных потоков (С.С. Гайгеров).

После Великой Отечественной войны, по инициативе ЦАО, была создана сеть регулярного самолётного зондирования атмосферы, насчитывавшая около 30 пунктов, размещенных в разных районах СССР. Использовались самолёты ЛИ-2, а позднее и высотный реактивный самолёт Ил-28. Кроме того, ЦАО имело самолёты ПО-2 и ПО-2с, базировавшиеся на аэродроме в г. Долгопрудном и использовавшиеся для эпизодических исследований на малых высотах.

Генрих Наумович Шур.

В ЦАО был разработан комплекс научной аппаратуры, в том числе первый электрометеорограф (Г.Н. Шур, С.М. Шметер), импакторные заборники облачных капель (А.М. Боровиков, В.В. Манцевич, Ю.А. Гильгнер, 1950 г.) и кристаллов (А.М. Боровиков, В.Е. Минервин, С.М. Шметер, 1952 г.), измеритель водности (В.Е. Минервин), устройство для сбора облачной воды с целью ее последующего химического анализа (С.М. Шметер, В.С. Хахалин, 1949 г.). Большой цикл самолётных исследований мезоструктуры фронтальных (особенно — конвективных и перистых) облаков был выполнен в 1959-1965 г. на самолёте-метеолаборатории (СМЛ) ТУ-104Б, предоставленном ГосНИИГА. На этом самолёте впервые в СССР были установлены и использованы доплеровская система («Трасса») для измерения ветра, комплекс аналоговой пульсационной аппаратуры. Также впервые была использована магнитная регистрация результатов измерений (Г.Н. Шур), с помощью которой удалось осуществить спектральную обработку данных о пульсациях метеоэлементов в широком диапазоне масштабов. Кроме того, на СМЛ ТУ-104Б имелась усовершенствованная аппаратура для измерения основных термодинамических параметров атмосферы (Л.А. Пахомов, Г.Н. Шур) и ряд других приборов. В 1964 г. ЦАО создала многопрофильную летающую метеолабораторию на базе самолёта ИЛ-18. С ее помощью, в частности, были выполнены исследования в 1972 и в 1974 г.г. в Атлантике по Международным программам ТРОПЭКС-72 и ТРОПЭКС-74 (А.М. Боровиков, Ю.В. Мельничук, Г.Н. Шур, И.П. Мазин, А.Н. Невзоров и др.).

Анатолий Николаевич Невзоров.

В 1974 г. в ЦАО было образовано новое подразделение — Летный научно- исследовательский центр (ЛНИЦ), состоявший из группы многоцелевых СМЛ ИЛ-18Д, АН-12 и ТУ-16, получивших обобщенное условное наименование «Циклон». Самолёты широко использовались для работ по физике облаков и для активных воздействий с целью модификации осадков. Высокая эффективность использования СМЛ «Циклон» стала следствием их оборудования уникальным набором измерительной аппаратуры, предназначенным для изучения мезоструктуры полей метеовеличин, а также разномасштабной структуры облаков и осадков. К наиболее ценной для изучения облаков аппаратуре, установленной на большинстве СМЛ «Циклон», следует отнести разработанные А.Н. Невзоровым в конце 60-х — начале 70-х г.г. приборы: самолётный измеритель сверхкрупных, с радиусом r > 80-100 мкм, частиц (ИРЧ), регистратор прозрачности облаков (РП), несколько модификаций измерителей полной и жидкокапельной водности (ИВО). Разработанный позднее А.Н. Невзоровым определитель фазового строения облаков (АФСО) использовался для исследований над территорией СССР и на о. Куба. Микрофизическая аппаратура, разработанная А.Н. Невзоровым в ЦАО, в дальнейшем использовалась в практике работы НИУ Гидрометслужбы (УкрНИИ, САНИИ и др.), а позднее и в исследованиях зарубежных стран (Канада, Сирия, Куба, Иран и др.). Приборы серии ИВО и РП конструкции А.Н. Невзорова признаны в настоящее время одними из наиболее совершенных.

Разработанные приборы для измерения крупных частиц (ИРЧ), прозрачности облаков (РП), фазовых компонент водности (ИВО) и анализатор фазового состава облачных частиц (АФСО), по крайней мере, на момент начала использования не имели мировых аналогов по функциональным возможностям и техническим характеристикам. В настоящее время разрабатываются модернизированные варианты приборов с улучшенными характеристиками.

Данные о крупных частицах в облаках положены в основу зарегистрированного научного открытия №175 с приоритетом от 1961 г. «Явление аномального рассеяния радиоволн атмосферными облаками» (авторы А.М. Боровиков, В.В. Костарев, И.П. Мазин, А.Н. Невзоров, А.А. Черников).

На СМЛ ИЛ-18 имелись также приборы для измерения параметров турбулентности (В.К. Дмитриев, М.А. Струнин).

Самолёт-метеолаборатория ЦАО
Ил-18Д № 75442 «Циклон».
Самолёт-метеолаборатория ЦАО
Ан-12 № 11532 «Циклон».

С конца 70-х годов, в ЛНИЦ ЦАО, впервые в СССР, были разработаны (А.В. Литинецкий, Г.Я. Нечипоренко, В.В. Волков, Г.Н. Шур) и внедрены в практику самолётных исследований атмосферы на самолётах-метеолабораториях Ил-18, Ан-12, серии «Циклон» бортовые измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) «Барс-1», позволившие измерять с высокой точностью и представлять в реальном времени основные метеорологические параметры, а также пилотажно- навигационные характеристики полёта, необходимые как для исследований атмосферных процессов, так и для принятия оперативных решений в ходе выполнения летных экспериментов. Внедрение ИВК «Барс-1» в практику летных исследований существенно повысило их эффективность и широко использовалось с 1979 по 1994 г.г. в исследованиях динамики атмосферы и в прикладных задачах (Г.Н. Шур, А.В. Литинецкий).

Накопленные ЦАО результаты измерений впервые позволили получить уникальные широко используемые и у нас в стране, и за рубежом данные о микро- и мезоструктуре, а также фазовом строении облаков в различных регионах СССР в разные сезоны (Е.Г. Зак, А.М. Боровиков, И.П. Мазин, А.Н. Невзоров, В.Е. Минервин). Были получены уникальные по объему и надежности сведения о вертикальном распределении размеров и концентрации облачных элементов, их фазовом состоянии, водности, зависимости микрофизических параметров облаков различных типов от высоты, сезона, макросиноптических условий (А.Х. Хргиан, А.М. Боровиков, Е.Г. Зак, И.П. Мазин, В.Е. Минервин, А.Н. Невзоров, В.Ф. Шугаев и др.). Впервые в мире были статистически обобщены экспериментальные данные о характеристиках облаков: концентрации и спектре размеров крупных частиц (А.М. Боровиков, И.П. Мазин, А.Н. Невзоров), локальной прозрачности (И.П. Мазин, А.Н. Невзоров, В.Ф. Шугаев, А.Л. Косарев), двухфазной водности и фазовом составе облачных частиц при отрицательных температурах (А.Н. Невзоров, В.Ф. Шугаев).

В конце сороковых и в начале пятидесятых годов на основе анализа массового материала измерений А.М. Боровиковым была разработана первая детальная классификация типов облачных кристаллов, И.П. Мазиным и А.Х. Хргианом была предложена ныне общепринятая эмпирическая формула, описывающая форму большинства спектров распределения капель по размерам (закон Хргиана-Мазина, 1952 г.). Позднее было показано, что в 10-15% слоистообразных капельных облаков спектры размеров капель являются бимодальными (А.В. Королев, И.П. Мазин и др., 1986 г.) и были определены механизмы формирования таких спектров.

С конца 50-х годов В.Е. Минервиным, А.Н. Невзоровым, С.Н. Бурковской, В.Ф. Шугаевым и др. было начато изучение водности облаков и микрофизических особенностей смешанных (капли + кристаллы) облачных структур. Впервые были получены детальные сведения об особенностях микро-, мезо- и макрофизики перистых облаков (Е.Г. Зак, И.П. Мазин, А.Л. Косарев, А.Н. Невзоров, 1948-1987 г.г.).

Установлено, что в слоистообразных облаках обычно чередуются мезомасштабные участки, внутри которых концентрация капель и водность в 2 и более раз превышает ее средние значения в их облачном слое, как целом (А.В. Королев, И.П. Мазин, 1987 г.).

В результате исследований, выполненных С.М. Шметером (1949-1951 г.г.), был изучен химизм элементов облаков с помощью анализа проб, собранных непосредственно внутри слоистообразных полей облачности. Было определено содержание хлорида натрия (NaCl) в облачных каплях различных размеров и, что особенно важно, получено единственное в тот период экспериментальное доказательство того, что преимущественный вклад конденсационного роста капель сменяется на коагуляционный, начиная с радиуса капель r = 15-20 мкм.

На основании результатов массовых самолётных измерений в сочетании с материалами синоптического анализа в ЦАО были получены статистически надежные данные о термодинамических макромасштабных характеристиках и фазовой структуре основных типов внутримассовых и фронтальных слоистообразных облаков всех ярусов (Е.Г. Зак, 1950-1956 г.г.), структуре и пульсациях высоты их границ (Е.Г. Зак, О.В. Марфенко, В.Е. Минервин, 1952-1966 г.г.), а также физических факторов, от которых они зависят.

Владислав Евгеньевич Минервин.

Уникальные данные о мезоструктуре поля влажности, как и о пульсациях последней в зонах различных типов фронтальных облаков были получены М.Ю. Мезриным и В.Е. Минервиным с помощью разработанных М.Ю. Мезриным самолётного УФ-гигрометра (1978-1980 г.г.), а позднее — конденсационного гигрометра оригинальной конструкции (1985-1986 г.г.), позволяющего проводить ранее недоступные высокоточные измерения влажности вплоть до температур -70 ÷ -80⁰С.

Наиболее полные в международной практике исследования условий образования, эволюции кучево-дождевых (в том числе грозо-градовых) облаков и их взаимодействия с окружающей атмосферой были в 1959-1966 г.г. выполнены С.М. Шметером с помощью специально оборудованного ЦАО совместно с ГГО и ГосНИИГА СМЛ ТУ-104Б. Ранее, чем за рубежом, было обнаружено явление обтекания вершины Cb внешним потоком, а также количественный вклад подобных облаков в обогащение водяным паром стратосферы умеренных широт. Позднее такие оценки были подтверждены рядом зарубежных, в основном американских, ученых.

Используя данные полётов СМЛ вблизи тропопаузы, был выполнен большой цикл исследований искусственных облачных следов, образующихся за самолётами преимущественно при полётах в верхней половине тропосферы (И.П. Мазин). Совершенно новые и во многом пионерские сведения о строении перистых облаков в верхней тропосфере и слое тропопаузы экваториально-тропической зоны были накоплены во время полётов на высотном СМЛ М-55 в районе Сейшельских островов (М.Ю. Мезрин, С.М. Шметер и др., 1999 г. ). В частности, были получены ранее отсутствовавшие данные о надтропосферных слоях перистой облачности и «сухих» аэрозольных скоплений.

Александр Моисеевич Боровиков,
Соломон Моисеевич Шметер, Илья Павлович Мазин.

Большой цикл исследований тропических конвективных облаков был выполнен на СМЛ ЦАО в Атлантике в ходе экспедиций по Программам ТРОПЭКС-72 и ТРОПЭКС-74 (А.М. Боровиков, И.П. Мазин, А.Н. Невзоров), а также, параллельно с работами по АВ, в 80-90-е годы над о. Куба (Г.П. Берюлев, В.В. Петров, В.П. Беляев, Ю.А. Серегин, Б.П. Колосков, Б.И. Зимин и др.). Наиболее ценные данные получены о групповой (кластерной) структуре полей Cu med- Cu cong в тропиках. Обширные сведения о мезоструктуре полей Cu (в том числе — кластеров) были ранее накоплены и над районами Украины (С.М. Шметер, И.П. Мазин, 1973-1977 г.г.).

С начала 80-х годов особое внимание было направлено на изучение мезоструктуры облачности и полей осадков из фронтальных облаков умеренных широт (А.А. Постнов, Н.А. Безрукова, Е.А. Стулов, С.М. Шметер). Для ее изучения использовались результаты измерений с помощью СМЛ, а также созданных в середине 80-х г.г. в ЦАО (В.В. Костарев, Ю.В. Мельничук, А.А. Черников) РЛС (АКСОПРИ), сетевых измерений осадков (Н.А. Безрукова, Е.А. Стулов и др.). Особое внимание было уделено связи полосовых и очаговых облачных образований с особенностями квазиупорядоченных (в том числе волновых) и турбулентных вертикальных движений. Учитывая важную роль турбулентности в формировании микро- и мезоструктуры облаков, был выполнен ряд экспериментальных работ по исследованию параметров турбулентной диффузии и факторов, ее определяющих, на разных высотах и в облаках различных типов (С.М. Шметер, В.И. Силаева, М.А. Струнин, Г.Н. Шур, И.П. Мазин и др., 1959-1984 г.г.). По полноте и детальности исследований, полученные ЦАО данные о турбулентности в облаках в мировой научной практике аналогов не имеют. Ряд работ был посвящен изучению фундаментального процесса вовлечения окружающего воздуха в конвективные облака (С.М. Шметер, 1977 г.).

Лабораторные исследования облачных процессов были начаты работами Е.Г. Зак и А.Д. Малкиной в 1952 г. по изучению зависимости форм кристалликов льда от температуры и влажности воздуха в камере туманов. В 70-х годах тонкие лабораторные опыты А.И. Неизвестного позволили уточнить ранее использовавшиеся значения коэффициента конденсации воды, что позволило объяснить некоторые особенности формирования спектров размеров облачных капель. Были также уточнены значения коэффициентов захвата капель в широком диапазоне чисел Рейнольдса, что позволило повысить надежность теоретических расчетов коагуляционного роста капель в облаках (А.И. Неизвестный, А.Г. Кобзуненко, 1989 г.).

Начиная с конца 50-х годов в ЦАО был выполнен обширный цикл теоретических исследований процессов формирования облачных частиц и спектров их размеров. Проведены исследования относительного вклада процессов конденсации и коагуляции в рост облачных капель, в том числе оценка эффективности различных механизмов коагуляции (И.П. Мазин, А.И. Ивановский, В.И. Смирнов, 1952-1969 г.г.). Показано, что существует характерное время фазовой релаксации, которое сильно сказывается на вкладе пульсационных процессов в рост облачных частиц (И.П. Мазин, 1964 г.). С помощью анализа кинетических уравнений В.И. Смирновым и Б.Н. Сергеевым (1969 г.) изучен ряд особенностей поведения коллектива капель и формирования спектра их размеров при наличии коагуляции, в частности — стационарной. Получены данные о распределении капель по возрастам в слоистообразных облаках (А.С. Кабанов, И.П. Мазин, В.И. Смирнов, 1969 г.). Проведены пионерские по своему характеру исследования влияния вертикальных мезомасштабных движений на фазовое строение конвективных облаков на различных высотах (И.П. Мазин, 1986 г.). Выполнены исследования вкладов различных механизмов перехода от ядер конденсации к облачным каплям (В.И. Смирнов, Б.Н. Сергеев).

Численное моделирование облаков началось в ЦАО в 1961 г., когда Р.С. Пастушковым была построена, ранее отсутствовавшая в мировой практике, двумерная численная модель конвективного облака в среде со сдвигом ветра (1972 г.). С ее помощью впервые удалось изучить практически важнейший вопрос об относительном вкладе градиентов температуры и ветра в развитие и параметры Cu-Cb. Позднее Р.С. Пастушковым было численно исследовано влияние температурных неоднородностей подстилающей поверхности на мезоструктуру полей Cu (1976 г.). Е.Л. Коган (1978- 1979 г.г.) разработал модель капельного Cu, в которой, впервые в отечественной практике, детально учитывалась микроструктура облака. Некоторые детали микрофизических особенностей облаков учитывались в более простых моделях Б.Н. Сергеева (1977-1980 г.г.). Работы И.П. Мазина, Б.Н. Сергеева, В.И. Смирнова и др. в период 1980-1987 г.г. позволили перейти к ранее недоступным способам оптимальной параметризации начальной стадии формирования микроструктуры облачности.

Был разработан большой цикл численных моделей полей конвективных (Р.С. Пастушков) и слоистообразных (в том числе — фронтальных) облаков (Б.Н. Сергеев, В.И. Хворостьянов, Б.Я. Куценко и их ученики, 1983-1990 г.г.). Важной особенностью большинства этих моделей был учет при их построении микрофизики, а также процессов осадкообразования (Б.Н. Сергеев, В.И. Хворостьянов и др.). Эти модели, в частности, позволили приближенно оценить возможную эффективность АВ на облака. Наряду с моделированием облачных систем, начиная с 1976 г., проводилось и моделирование процессов образования и эволюции туманов (В.И. Хворостьянов, Б.Н. Сергеев).

Наум Залманович Пинус.

Следует подчеркнуть, что на исследования по физике облаков, ведущиеся в нашей стране и за рубежом, большое влияние оказал ряд монографий и справочных пособий, опубликованных в 1961-1991 г.г. сотрудниками ЦАО А.Х. Хргианом, И.П. Мазиным, С.М. Шметером и др.

Работы ЦАО в области динамики атмосферы в значительной мере были связаны с решением прикладных задач для нужд авиации. Под руководством проф. Н.З. Пинуса, С.М. Шметера и их учеников в 1945-2000 г.г. был выполнен большой цикл научно-прикладных исследований по авиационной метеорологии. Бóльшая их часть касалась изучения влияния на полёты неоднородностей в полях ветра (в облаках и в ясном небе), исследования таких явлений, как обледенение воздушных судов, факторов, определяющих видимость на различных высотах. Большое внимание уделялось также возмущениям, возникающим в атмосфере под влиянием орографических, термических и других неоднородностей подстилающей поверхности.

В кооперации с учеными ГМЦ, ГосНИИГА, ГГО и других НИИ в ЦАО удалось накопить уникальные по объему и качеству массивы экспериментальных данных, Наум Залманович Пинус. относящихся не только к тропосфере, но и к нижней стратосфере. В частности, были выполнены пионерские исследования структуры тропосферных струйных течений. Такие возможности появились благодаря созданию в ЦАО оригинальной самолётной и радиолокационной измерительной аппаратуры (Г.Н. Шур, В.С. Хахалин, Ю.В. Мельничук, М.А. Струнин, Н.К. Винниченко, М.Ю. Мезрин и др.).

Наталья Павловна Шакина и Соломон Моисеевич Шметер.

Временная и, особенно, пространственная изменчивость ветра и пульсаций его скорости и направления, с одной стороны, изучались с помощью постановки в различных географических районах учащенных радиозондовых и радиолокационных наблюдений, а с другой- специально организуемыми летными исследованиями мезо- и микроструктуры поля ветра и вертикальных движений воздуха на специально оборудованных самолётах-метеолабораториях (СМЛ), а также полётов на аэростатах (Н.З. Пинус, Г.Н. Шур). Самолётные исследования позволили детально изучить особенности микро- и мезоструктуры ветра и, в первую очередь, пульсационных характеристик последнего в различных барических образованиях, в разных частях струйных течений, зонах дивергенции воздушных потоков, над районами со сложной орографией, над зонами городской застройки (Н.З. Пинус, Н.П. Шакина, Г.Н. Шур, С.М. Шметер, Т.П. Капитанова, З.Н. Коган)

Начиная с конца 50-х г.г. при статистической обработке результатов самолётных измерений скоростей пульсаций ветра в зонах болтанки впервые широко использовался спектральный подход (Г.Н. Шур). Это позволило получить ранее отсутствовавшие данные об энергетике турбулентных образований и, в частности, изучить ранее не исследованные когерентные пульсации ветра (Н.З. Пинус, Г.Н. Шур).

Благодаря результатам самолётных исследований структуры зон болтанки, выполненных в ЦАО, впоследствии стала возможной разработка основ гидродинамического метода диагноза и прогноза турбулентности ясного неба (ТЯН) (С.М. Шметер, Н.П. Шакина, Т.В. Лешкевич и др.), а также предложена оригинальная эмпирическая модель турбулентности ясного неба (Н.З. Пинус).

Александр Александрович Постнов и Наталья
Александровна Безрукова.

Пионерские исследования структуры поля ветра и турбулентных пульсаций потока в зоне мощной конвективной облачности были в 1959-1965 г.г. выполнены на СМЛ ТУ-104Б под руководством С.М. Шметера. Определены размеры и ориентация зон болтанки как вблизи Cb-Cu cong, так и внутри них, а также особенности энергетики пульсаций в различных секторах Cb и рядом с этими облаками. Эти материалы позволили серьезно уточнить данные о расположении опасных для полётов турбулентных зон около различных частей Cu cong-Cb и, тем самым, уточнить рекомендации к проведению полётов в околооблачном пространстве в условиях развития мощной атмосферной конвекции.

В последующие годы Н.З. Пинусом, С.М. Шметером и, особенно, Г.Н. Шуром выполнен большой цикл работ, посвященных относительно крупномасштабным квазиупорядоченным (т.н. когерентным) пульсациям ветра, попадание внутрь которых особо опасно для самолётов и дирижаблей.

В 1990 г. ЦАО с помощью высотного СМЛ М-55 были выполнены пионерские исследования условий полёта и, в частности, турбулентности в экваториальной зоне, а также в Арктике и Антарктике на высотах до 22-23 км (Г.Н. Шур, С.М. Шметер, Н.К. Винниченко и др.).

Применение, начиная с конца 50-х годов, средств радиолокации (В.В. Костарев, Ю.В. Мельничук, А.А. Черников и др.), в том числе допплеровской, существенно увеличило объем данных о пространственной структуре турбулентности в облаках и осадках и, в частности, позволило уточнить связь между пульсациями различных компонентов вектора ветра и ее зависимость от крупномасштабных сдвигов ветра.

Одним из традиционных направлений работ ЦАО по исследованию взаимодействия подстилающей поверхности со свободной атмосферой являлись работы по экспериментальному изучению различных аспектов горной метеорологии (А.Х. Хргиан, А.М. Боровиков, С.М. Шметер, Н.З. Пинус). Самолётные исследования, выполненные Н.З. Пинусом и С.М. Шметером над Кавказом (50-60 г.г.) впервые позволили оценить переход квазиупорядоченных структур типа горных волн и подветренных роторов на турбулентность в нижней тропосфере. Исследования В.А. Пацаевой, В.Д. Решетова и Н.З. Пинуса с использованием свободных уравновешенных шаров-зондов и автоматических аэростатов ЦАО позволили в конце 50-х и в 60-х годах получить ранее отсутствовавшие данные о параметрах горных волн в Средней Азии.

Большой вклад внесли ученые Обсерватории А.Х. Хргиан, И.П. Мазин, В.Е. Минервин (1957 г.) в разработку физико-метеорологических основ процесса обледенения самолётов, включающих как методы расчета интенсивности обледенения различных частей самолёта, а в 1997-1998 г.г. - дирижаблей, так и исследование условий, определяющих обледенение в облаках различных форм (А.М. Боровиков, И.П. Мазин, В.Е. Минервин, 1957 г.). Цикл экспериментальных и теоретических исследований конденсационных следов за самолётами (А.Х. Хргиан, И.П. Мазин) позволил не только уточнить физику процессов, приводящих к их образованию, но и дал надежный способ предсказания возможности их появления при различных метеоусловиях.

В ходе исследований метеорологических особенностей условий взлета и посадки самолётов потребовалось серьезное уточнение данных о высотах низких облаков и факторах, их определяющих, а также о видимости в облаках и осадках над ВПП (В.Е. Минервин 1958-1982 г.г.).

В связи с важностью оценки влияния мезохарактеристик подстилающей поверхности на полёты начиная с 80-х г.г. под руководством С.М. Шметера был выполнен ряд исследований изменений условий полётов в зонах городской застройки, у берегов водоемов, вблизи линий шквалов, в окрестностях областей развития мощной конвекции (в первую очередь — облачной). Предложены практические рекомендации, направленные на повышение безопасности полётов над участками с повышенной мезомасштабной неоднородностью подстилающей поверхности (С.М. Шметер, А.А. Постнов, Н.А. Безрукова).

В практику работ Гидрометслужбы и Гражданской авиации внедрено несколько наставлений и методических указаний по проведению самолётного метеорологического зондирования, прогнозу обледенения, методикам полётов внутри низких слоистообразных облаков, вблизи мощной конвективной облачности и т.д. (1958-1988 г.г.).

Полная история самолета

Введение

Авиация с нами уже более ста лет, в течение которых эта отрасль помогала нам открывать новые научные явления, побеждать в мировых войнах и позволяла нам путешествовать по глобус с легкостью. Сегодня мы прошлись по этой длинной истории, чтобы вы могли понять, как развивались самолеты за последнее столетие. Этот путеводитель по истории охватывает следующее:

• Когда был изобретен первый самолет?
• Для чего впервые использовались самолеты?
• Эволюция самолета
• Самолет будущего

Прочитав эти четыре подробных раздела, вы сможете проследить развитие самолетов на протяжении всей истории и определить, как модели самолетов менялись с годами, а также технологии, позволившие им изменения.Как и следовало ожидать, для этого руководства нужно сжать много истории и науки, поэтому мы связались со вспомогательными материалами, где вы можете более подробно ознакомиться с некоторыми темами, которые мы рассмотрели.

Начнем с самого начала, с первого изобретенного самолета.

Когда был изобретен первый самолет?

Идея полета человека существовала тысячи лет. Прежде чем мы перейдем к первому самолету, мы должны кратко рассказать о предварительных попытках полета.Это может быть совершенно новый путеводитель, поэтому мы подытожим его несколькими пунктами:

• Один из самых устойчивых греческих мифов — это полет Икара, где мастер Дедал и его сын Икар используют восковые крылья для полета. . Икар летит слишком близко к солнцу (да, отсюда и пошло выражение), и крылья тают, и он падает в море.
• Точно так же персидский миф о Шахе Кее Кавусе подробно описывает его использование летающего трона, который несли орлы, для посещения Китая.
• Архит, греческий ученый и друг Платона, как считается, разработал механическое устройство в форме птицы, которое, вероятно, приводилось в движение паром.
• Подобно мифическому Икару, Аббас ибн Фирнас, как считается, привязывал крылья к своей спине и проводил летные эксперименты в ^-м -м веке нашей эры. планер, на котором можно было летать. Этот прототип дельтаплана, по-видимому, пролетел 600 футов, пока Эйлмер не был ранен, хотя это сомнительно, и гораздо более вероятно, что он скользил вниз в относительной безопасности.
• У Леонардо да Винчи была похожая конструкция дельтаплана среди его многочисленных схем транспортных средств и приспособлений, которые ему так и не удалось изобрести.
• Наконец, Бартоломеу Лоуренсу де Гужмао изобрел Passarola, ставшую важной вехой в развитии технологии полетов на горячем воздухе. Оттуда стали совершаться полеты легче воздуха благодаря изобретению воздушных шаров и дирижаблей в 1783 и 1784 годах. Позже эти конструкции сформировали дирижабли с твердым корпусом, созданные компанией Zeppelin, культовое зрелище в небе Европы во время Первой мировой войны.

Хорошо! С этими семью анекдотами из истории мы теперь имеем представление о том, как летные технологии развивались с течением времени.С тех пор, как люди смотрели в небо, были люди, которые пытались его приручить.

Итак, когда был изобретен первый самолет? Первый успешный полет на самолете был совершен 17 декабря ^года года 1903 года братьями Райт. У нас есть более подробная информация об этой истории ниже, но сначала возникает вопрос о том, когда были изобретены идеи самолетов. Принято считать, что сэр Джордж Кейли разработал первые схемы того, что мы называем самолетом, в 1799 году.Его большая слава пришлась на 1804 год, когда он совершил первый успешный полет на планере.

Позднее, в 1890 году, Клеман Адер совершил первый зарегистрированный полет с двигателем. Он пилотировал паровой самолет под названием Ader Éole, или Avion , который запомнился своими крыльями, похожими на летучую мышь. Последующие попытки бегства погрязли в сомнениях и секретности французского правительства того времени.

Потом появились братья Райт.

Как был изобретен первый самолет

Орвилл и Уилбур Райт изобрели первый функциональный самолет.Хотя до этого было предпринято много попыток, и они даже имели некоторый успех, именно изобретение братьев Райт обеспечило управляемый и управляемый полет с винтовым приводом. Как долго длился этот впечатляющий полет? Около двенадцати секунд, но для того времени это было прорывом! Он пролетел 120 футов за эти 12 секунд, так что это было отличным доказательством концепции полета братьев Райт.

Все это произошло недалеко от Китти-Хок, небольшого городка в Северной Каролине, окруженного множеством полей и невысоких холмов, которые идеально подходили для того, чтобы разбивать самолеты в относительной безопасности.Братья Райт выбрали это место после консультации с Бюро погоды США по поводу идеальных мест для проведения испытаний планера. Часть этой переписки можно увидеть здесь. Они также исследовали долгую историю планеров и других попыток человека летать, включая некоторые из случаев, кратко упомянутых выше.

Это тоже была не первая их попытка. Они попытались в 1900 году, но потерпели неудачу. Затем они попытались в 1901 году с обновленным дизайном, где снова потерпели неудачу, но не так сильно, как в прошлый раз. Такая настойчивость и итеративное развитие обычно приводят к крупным инновациям, и братья Райт, безусловно, не были исключением.Было опробовано более двухсот типов крыльев, а также множество рам и конструкций.

Полет 1903 был успешным 17 декабря ^-го . На глазах у пяти свидетелей они прошли тест трижды. Последний из этих полетов, пилотируемый Уилбуром, имел оглушительный успех: он преодолел 852 фута всего за одну минуту. Это был поразительный подвиг для того времени.

Кто изобрел первый самолет

Итак, кем были Орвилл и Уилбур Райт? Уилбур был старшим из двоих, хотя они оба были очарованы многими захватывающими теоретическими разработками в области механики, которые происходили в конце 1800-х годов.Вдохновленные немецким инженером Отто Лилиенталем, их увлечение авиацией началось где-то в 1890-х годах. Братья Райт продолжали корректировать и настраивать конструкции своих самолетов.

Патентная война вокруг Райтов и их авиационных изобретений почти уничтожила авиационную сцену США еще до того, как она началась. Райты вели судебные разбирательства со своими патентными заявками и подали на многих других изобретателей судебные иски, которые сдерживали промышленность, пока некий молодой министр военно-морского флота по имени Франклин Делано Рузвельт не договорился о решении.

Уилбур Райт скончался от брюшного тифа в 1912 году в возрасте 45 лет, что было слишком рано для того, чтобы умереть даже тогда. Он умер раньше своего отца, который восхвалял Уилбура таким отрывком: «Короткая жизнь, полная последствий. и умер.»

Орвилл дожил до конца обеих мировых войн и умер от сердечного приступа в 1948 году в возрасте 76 лет. Он прожил достаточно долго, чтобы стать свидетелем того, как работа его и его брата способствовала головокружительному темпу транспортных инноваций.Когда он родился, конные повозки были основным средством передвижения в Америке, а затем он умер в эпоху, когда автомобили стали мейнстримом, а человечество заигрывало со сверхзвуковыми полетами.

Для чего впервые использовались самолеты?

Если вы знаете, что было после 1903 года, то, наверное, догадываетесь, для чего использовались первые самолеты. В то время как многие изобретатели, такие как Райт, играли с самолетами и оттачивали принципы, связанные с полетами тяжелее воздуха, именно Первая мировая война послужила идеальным испытательным полигоном, чтобы показать, на что способны эти машины.

Самолеты с двигателем использовались за несколько лет до Великой войны. До того, как разразилась эта война, итальянцы были вовлечены в итало-турецкую войну. Это было относительно короткое дело, в ходе которого Италия бросила вызов Османской империи за контроль над Ливией, особенно над прибрежным регионом Триполитания. Во время боя под Триполи итальянцы совершили первые зарегистрированные разведывательные полеты с самолетов в 1911 году. Вскоре после этого состоялась первая воздушная бомбардировка.

Для всего мира, однако, именно Первая мировая война подтвердила полезность самолета в военное время.Во время войны самолеты принимали участие в нескольких типах миссий, в основном:

1. Разведка — Использование превосходства в воздухе для определения целей и угроз для наземных войск.
2. Внезапные атаки — использование ограниченной видимости самолетов времен Первой мировой войны для засады на вражеские воздушные бойцы, часто приближаясь к тылу или прячась под прямыми солнечными лучами.
3. Воздушные бои «воздух-воздух» — Стратегические бои, в которых сталкиваются несколько самолетов, часто над важными целями или гражданским населением, где необходимо установить превосходство в воздухе.
4. Превосходство в воздухе — Здесь вы контролируете небо, пассивное требование для проведения эффективных атак с самолетов.
5. Наземные атаки – Использование самолетов для атаки наземных подразделений и позиций, как правило, путем обстрела из пулемета и сброса бомб.

К концу войны стало ясно, что наземные атаки были одним из самых разрушительных видов применения самолетов в войне. Многие пехотные батальоны и другие наземные силы будут двигаться только ночью или в других неясных условиях, чтобы избежать возможности авиаудара.

Примерно в это же время было придумано, но так и не реализовано еще одно применение – массированные стратегические бомбардировки отдаленных территорий противника авиацией с целью беспокоить противника, мешая его производству в городских центрах. Если вы больше любите Вторую мировую войну, то вы уже знаете, что это было исследовано позже, в частности, немецкими блицкригами и ответами союзников, бомбардировавшими Дрезден, Гамбург и Берлин, среди других ключевых мест. Японцы также подняли внезапные воздушные атаки на совершенно новый и ужасающий уровень своими атаками камикадзе.

Излишне говорить, что Первая мировая война сыграла важную роль в дальнейшем развитии авиационной техники. За прошедшие годы было сделано гораздо больше технологических и стратегических достижений, а затем они были изменены во время Второй мировой войны некоторыми из самых эффективных военных машин в мире.

Эволюция самолета

Теперь, когда у нас есть некоторое представление о том, как развивались самолеты, давайте проследим их эволюцию на протяжении 20 ^го века и далее.

Первый самолет

Первый самолет, изобретенный братьями Райт, был довольно примитивным. Даже его название было простым и скромным по нашим нынешним меркам — его называли просто «Флайер», хотя его часто называют и «Райт Флайер».

У него было большое крыло площадью 500 квадратных футов, которое выдерживало примерно 625 фунтов. 200 фунтов это только силовая установка, два больших 8-футовых пропеллера, покрытые тканью и лаком, чтобы предотвратить их расщепление.Для этого им понадобился 8-сильный двигатель. Двигатель был сыроватым, состоял из 4-х горизонтальных цилиндров из чугуна, вставленных в алюминиевый картер. Не было ни топливного насоса, ни свечей зажигания, ни дроссельной заслонки, ни карбюратора. Что касается рамы, то это была рама биплана «утка», такая же, как у их воздушных змеев и планеров конца 1800-х годов.

Развитие коммерческих возможностей

По мере развития авиационных технологий стало ясно, что самолеты могут применяться в гражданских целях.Это очень распространенное явление, которое мы называем мечами на орала, когда инновации с военным применением пробиваются к мейнстриму для гражданского использования. От суперклея и клейкой ленты до Интернета и компьютеров, которые вы используете для доступа к нему, все они пришли из военных технологий.

Первые коммерческие полеты были совершены незадолго до Первой мировой войны, которая по понятным причинам затмила столь знаковое событие. Регулярный рейс вылетел 1 ^st января 1914 года, чтобы переправить пассажиров между Санкт-Петербургом и Санкт-Петербургом.Санкт-Петербург в России и Тампа, штат Флорида.

По мере развития технологий после Великой войны мы также наблюдали появление отдельных летчиков. Чарльз Линдберг завершил свой отмеченный наградами полет в 1927 году из Нью-Йорка в Париж, совершив первый в своем роде самостоятельный трансатлантический перелет. После него более известные авиаторы, такие как Амелия Эрхарт, привлекли внимание средств массовой информации тем, что превзошли многие достижения, особенно в качестве редкой женщины-пилота.

Ситуация с коммерческими авиалайнерами навсегда изменится после выпуска Douglas DC-3.Это был один из самых быстрых, дальнобойных и надежных самолетов в небе до начала Второй мировой войны, о чем свидетельствует его широкий коммерческий успех. Несмотря на то, что инновации после Второй мировой войны вытеснили его с первого места, он по-прежнему считается одной из самых важных вех в авиации.

После войны гражданское авиастроение разрослось до такой степени, что мы видели самолеты, купленные частными лицами для личного пользования. Одним из самых популярных из них является Cessna 172, чей дизайн до сих пор легко узнаваем для многих людей.

По мере роста коммерческого рынка в 1920-е и 1950-е годы возник спрос на более крупные и мощные самолеты. К счастью, военные всего мира работали над еще одной авиационной технологией, которая покорит мир…

Самолеты

Как и многие авиационные инновации, идея реактивного двигателя не была особенно новой. Благодаря теоретическим разработкам реактивное движение предполагалось еще в те времена, когда миром правила паровая энергия.Первые практические попытки создания реактивных двигателей были предприняты незадолго до Второй мировой войны. Фрэнк Уиттл из Королевских ВВС представил планы турбореактивных двигателей, но исследования продолжались медленными темпами. В Германии аналогичная работа была проделана Гансом фон Охайном и была реализована в 1935 году с помощью Heinkel He 178. Это был первый в мире самолет, который летал с использованием только турбореактивных систем.

Потом случилась война. Германия использовала свое лидирующее положение в разработке реактивных двигателей для создания Messerschmitt Me 262 в 1944 году.Это был первый в мире реактивный истребитель, и они стали известны как Schwalbe или Sturmvogel в зависимости от арсенала, который они несли. В том же году Arado Ar 234 также был создан немцами как первый в мире бомбардировщик с реактивным двигателем и получил название Blitz .

Усилия Фрэнка Уиттла окупились в течение нескольких месяцев после «Мессершмитта» и «Арадо», когда Великобритания представила на войне «Глостер Метеор». Это был единственный реактивный самолет союзников, участвовавший в боевых действиях во время Второй мировой войны.США и Япония также выставили свои собственные реактивные самолеты, когда война подошла к концу. Америка представила Lockheed P-80 Shooting Star, а Япония представила Nakajima J9Y Kikka.

Оглядываясь назад, неудивительно, что именно Германия стала пионером многих технологий реактивных двигателей. Их работа с буквальным ракетостроением пользовалась большим спросом, о чем свидетельствует операция «Скрепка». И американские, и советские интересы внимательно изучали успехи немцев в области реактивного движения, стремясь вооружиться для назревающей холодной войны.

В СССР был разработан МиГ-15 Микояна-Гуревича, создавший печально известную конструкцию со стреловидным крылом, способную достигать околозвуковых скоростей. Они вооружали ими Северную Корею во время Корейской войны, а МиГ-17, модернизированная модель, участвовала в боевых действиях во Вьетнамской войне. Ловкий МиГ стал символом советской изобретательности в контексте холодной войны, петляя по небу воздушного пространства Восточного блока и с легкостью обгоняя многие американские самолеты.

После 1950-х годов технология реактивных двигателей стала универсальной во многих самолетах, особенно предназначенных для войны.Коммерческие авиалинии ухватились за технологию реактивных двигателей, чтобы сократить время полета, сделав дальние пункты назначения более удобными для часто летающих пассажиров.

Большие самолеты

С момента изобретения авиационных технологий тяжелее воздуха размер самолетов неуклонно увеличивался, чтобы выяснить, насколько большими могут стать самолеты. Вот перекличка самых больших самолетов, созданных за всю историю авиации:

• Zeppelin-Staaken R.VI — немецкий бомбардировщик длиной 22 метра и размахом 42 метра. Это был самый большой бомбардировщик, использовавшийся на регулярной основе во время Первой мировой войны.
• Boeing B-17 Flying Fortress — американский бомбардировщик длиной 22 метра, использовавшийся в основном на европейском фронте во время Второй мировой войны, с размахом самолетов 31 метр.
• Boeing B-29 Superfortress — В то же время B-29 Superfortress был одним из крупнейших самолетов Второй мировой войны с длиной 30 метров и размахом крыла 43 метра.
• Douglas XB-19 — Самый большой бомбардировщик, построенный американцами до 1946 года, имеет длину 40 метров и размах крыла 64 метра.
• Boeing B-52 Stratofortress . Начав с 1946 года и поднявшись в небо в 50-х годах, бомбардировщик Stratofortress снова поднял планку с 48-метровым фюзеляжем и 56-метровым размахом крыла.
• Boeing 747 — Когда открытые боевые действия между странами начали стихать, Boeing обратил свое внимание на 747. Его длина составляет 70 метров, а размах крыла — 59 метров. версии. 1087 пассажиров были подняты на борт 747-й линии во время операции «Соломон».Впервые совершив полет в 1969 году, он оставался самым большим и самым мощным авиалайнером до 2001 года, то есть на протяжении 32 лет. Сегодня в небе все еще летают 747-е, хотя их производство будет прекращено в 2022 году после 50-летнего пробега.
• Airbus A340-600 — Разработанный для свержения 747, A340-600 был больше: 75 метров в длину и 63 метра в размахе крыла. Он был выпущен только в 2001 году, и многие из них все еще находятся в эксплуатации.
• Airbus A380 – Следующая попытка Airbus конкурировать с Boeing оказалась более успешной с выпуском A380 в 2005 году, который укоротил его длину до 72 метров и увеличил размах крыльев до 79 метров.Он может перевозить от 525 до 853 пассажиров.
• Boeing 747-8 — Обновленная форма 747, выпущенного в 2010 году, и самые большие варианты 747. В то время как оригинальный 747 имел длину 70 метров, 747-8 имеет длину 76 метров. Точно так же размах крыла был увеличен с 59 метров до 68 метров, разница почти в десять метров.
• Boeing 777X-9 — Последняя линейка Boeing была выпущена в 2020 году с самолетами 777X, самым крупным из которых является 777X-9. Их запуск намечен на 2023 год, и они вмещают 426 пассажиров, хотя ожидается, что это число будет увеличиваться на протяжении всего срока службы.Что касается размеров этих новых самолетов, то они имеют длину 76 метров и размах крыла 71 метр.

Сверхзвуковой самолет

В то время как многие реактивные двигатели были способны достигать околозвуковых скоростей, авиационные технологии после Второй мировой войны смогли пойти еще дальше и преодолеть звуковой барьер. Переход на сверхзвук был новым холмом, на который нужно было взобраться. В 1947 году экспериментальный самолет Bell X-1 первым преодолел звуковой барьер от имени американцев с помощью ракетного двигателя мощностью 6000 фунтов.Первым серийным самолетом, которому удалось добиться этого, стал F-86 Canadair Sabre.

В 1961 году Douglas DC-8-43 удалось превысить 1 Мах во время контролируемого пикирования. Это было удивительно, учитывая, что это был авиалайнер, который не был построен с расчетом на сверхзвуковую скорость. DC-8-43 преодолел звуковой барьер до того, как были созданы специально сверхзвуковые самолеты, такие как Concorde (1969 г.) и Ту-144 (1968 г.).

Хотя у Ту-144 были проблемы с надежностью, он использовался для обучения советской космической программе до вывода из эксплуатации в 1999 году.История с «Конкордом» гораздо более печально известна, так как его производство было прекращено после серьезной публичной катастрофы 25 июля ^-го года 2000 года. Рейс 4590 авиакомпании Air France пробил топливный бак при взлете и упал в отель недалеко от аэропорта имени Шарля де Голля. в результате погибло 113 человек.

Усовершенствования

К настоящему времени мы рассмотрели основные разработки самолетов, начиная с 1900-х годов и заканчивая 2020 годом. За эти 120 лет конструкции, используемые для самолетов, резко изменились.Лучший способ подытожить эти изменения в эффективности, управляемости и комфорте летающих самолетов — выделить восемь крупнейших авиационных инноваций.

1. Пропеллер . Со времен воздушного винта Леонардо да Винчи и аналогичных древних китайских конструкций первые теоретические летательные аппараты всегда имели пропеллеры. Сегодня мы не используем их так часто, но разработка работающих пропеллеров для аэронавтики была жизненно важна для изобретения как вертолетов, так и первых самолетов.

2. Шасси – Curtiss Model E впервые использовала убирающееся шасси в 1911 году, хотя в 30-е годы эффективность посадки была значительно улучшена. Только после появления авиалайнеров резко возросла потребность в первоклассных шасси. В конце концов, вы не можете высадить сотни тонн стали без какой-либо амортизации.

3. Аэродинамический профиль — Подобно пропеллеру, аэродинамический профиль был жизненно важен для ранней разработки самолетов.Братья Райт тщательно исследовали изгиб крыла своего флаера. Идея состоит в том, что вы можете улучшить маневренность самолета, изменив его аэродинамический профиль для создания направленной вверх силы.

4. Автопилот – У нас был автопилот гораздо дольше, чем вы думаете – 1912 год. Автоматизируя движения руля направления и высоты, подключая их к гироскопам и высотомерам, чтобы они не сбивались с пути, технология автопилота занимает много стресса снимается с плеч пилотов и упрощает полет.С 1910-х годов для современных самолетов существуют гораздо более сложные электронные эквиваленты.

5. Алюминиевые сплавы . И чистый, и легированный алюминий быстро заменили дерево и ткань, использованные для первого флаера Райта. К 1930-м годам этот легкий металл придал столь необходимую скорость и маневренность разрабатываемым самолетам.

6. Топливо для реактивных двигателей — мы уже рассмотрели реактивный двигатель выше, но у нас не было бы этих двигателей, если бы нам не нужно было что-то в него вставлять.Вот тут и приходит на помощь реактивное топливо. Было опробовано множество различных материалов, в основном бензин, дизельное топливо, водород и керосин. Керосин был самым мощным и открывал двери для более мощных двигателей.

7. Fly-by-Wire (FBW) — Fly-by-wire был тем, где мы перешли от ручных к электронным интерфейсам для управления самолетами. Как и многие достижения, они начались в 30-х и 40-х годах, но первым самолетом с дистанционным управлением без механической поддержки был F-8 Crusader в 1972 году.

8. Развлекательная программа в полете . Несмотря на то, что это второстепенно по отношению к конструкции самолета, следует отметить, что в настоящее время большинство из нас летают в качестве пассажиров. Вот почему раскрытие информации о развлечениях в полете было важно для развития авиационной отрасли. Это избавляло от скуки, занимая людей, чтобы производители могли работать над сокращением времени в пути. С этим развлечением также пришли Интернет и технология спутниковой связи.

Самолет будущего

Будущее авиации яркое, но неизвестное.Мы уже упоминали о предстоящей линейке Boeing 777X в 2023 году, в ближайшем будущем, но в более широком масштабе нам еще предстоит совершить прорыв в технологиях. Устойчивое развитие также станет проблемой в будущем. Сжигание керосина оказывает доказуемое воздействие на окружающую среду, и поэтому, когда правительства мира обращают свое внимание на зеленую энергию, возможно, придется найти устойчивые альтернативы.

В 2017 году компания «Нева Аэроспейс» продемонстрировала AirQuadOne, теоретический персональный летательный аппарат, который больше похож на летающие автомобили, обещанные нам в каждом научно-фантастическом фильме.Есть много логистических проблем, связанных с предоставлением каждому мини-самолета для передвижения, но в некоторых областях, несомненно, можно использовать такую ​​технологию.

Еще одним примером возможной технологии будущего является то, что долгое время было в центре теорий заговора — антигравитация. Мы знаем, что США пытались победить гравитацию в 50-х годах с помощью своих экспериментов на воздушной подушке, из которых они доказали возможности вертикального взлета и посадки с помощью VZ-9 Avrocar. С тех пор армия США приобрела множество странных патентов на антигравитационные летательные аппараты.

Если вы не знали, антигравитационные летательные аппараты являются частью теории заговора, которая объясняет наблюдения НЛО чем-то гораздо более близким к дому. Наблюдения поддерживаются Министерством обороны Великобритании и, в последнее время, ВМС США. Одна из самых популярных из этих теорий описывает гипотетический самолет под названием TR-3B или «Черный треугольник». Независимо от того, существует ли эта технология в настоящее время или нет, имеет смысл попытаться победить гравитацию, чтобы достичь более высоких скоростей и неограниченной маневренности в воздухе.

Кроме того, назревает корпоративная космическая гонка, в которой такие личности, как Илон Маск, хотят приземлиться на Марсе. Не случайно, что во время космической гонки 60-х годов появилось много инноваций в области реактивных самолетов, и мы снова стали свидетелями ренессанса авиационных технологий.

Резюме

Вот мы и подошли к концу этого руководства по истории самолетов. Сегодня мы многое рассмотрели, поэтому не стесняйтесь обращаться к этому руководству за несколько посещений, если это облегчит усвоение информации.Если эта тема вас интересует, мы рекомендуем ознакомиться с материалами по ссылкам, чтобы еще лучше понять, как развивались самолеты за последние 120 лет. Учитывая, насколько сильно самолеты развились за последнее столетие, невозможно сказать, где мы будем через 100 лет.

Введите текст здесь…

История авиации | SpringerLink

Anderson Jr., J.D., The Airplane, A History of its Technology , Американский институт аэронавтики и астронавтики, Inc., Рестон, Вирджиния, 2002.

Google ученый

Бейн, У. Дж. и Д. С. Лопес (редакторы), The Jet Age , Смитсоновский национальный музей авиации и космонавтики, Вашингтон, округ Колумбия, 1979.

Google ученый

Bilstein, RE, Flight in America 1900–1983 , The Johns Hopkins University Press, Baltimore, 1984.

Google ученый

Чайкин А., Air and Space, История полета Национального музея авиации и космонавтики, Смитсоновский институт совместно с Bulfinch Press, Бостон, 1997.

Google ученый

Чант, К., Авиация, иллюстрированная история , Orbis Publishing, Лондон, 1978.

Google ученый

Гиббс-Смит, Г.Х., Изобретение самолета , Taplinger Publishing Cy., Нью-Йорк, 1965.

Google ученый

Гиббс-Смит, Г.Х., Краткая история полетов, от мифов до космических путешествий , Буклеты Британского музея науки, Лондон, 1967.

Google ученый

Гиббс-Смит, Г. Х., Авиация, исторический обзор, от ее происхождения до конца Второй мировой войны , Канцелярия Ее Величества, Лондон, 1970.

Google ученый

Грин, В.и Р. Кросс, Реактивный самолет мира , Макдональд, Лондон, 1955.

Google ученый

Ганстон, Б. (редактор), Chronicle of Aviation , Chronicle Communications Ltd., Соединенное Королевство, 1992 г. Также: J.L. International Publishing Inc., США, 1992 г.

Google ученый

Heppenheimer, TA, Краткая история полетов, от воздушных шаров до скорости 3 Маха и выше , John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, 2001.

Google ученый

Лофтин-младший, Л.К., «В поисках производительности, эволюция современных самолетов», NASA SP-468, 1985.

Google ученый

Милер, Дж., Lockheed’s Skunk Works, The First Fifty Years , Aerofax Inc., Арлингтон, Техас, 1993.

Google ученый

Нейлор, Дж.Л. и Э. Оуэн, Авиация, ее техническое развитие , Vision Press, Лондон, 1965.

Google ученый

Шацберг Э. Wings of Wood, Wings of Metal, Culture and Technical Choice in American Airplane Materials , Princeton University Press, 1999.

Google ученый

Тейлор, Дж.В.Р. и К. Мансон, История авиации , Новая английская библиотека, Лондон, 1975.

Google ученый

Тейлор, М.Дж.Х. и Д. Монди, Вехи полета , издательство Jane’s Publishing Cy., Лондон, 1983.

Google ученый

Толанд, Дж., Великие дирижабли, их триумфы и катастрофы , Dover Publications, Inc., Нью-Йорк, 1972.

Google ученый

Различные авторы, Ein Jahrhundert Flugzeuge, Geschichte und Technik des Fliegens , herausgegeben von Ludwig Bölkow, VDI Verlag, Дюссельдорф, 1990.

Google ученый

Weyl, A.R., Fokker: The Creative Years , Putnam, London, 1965.

Google ученый

Whitford, R., Evolution of the Airliner , The Crowood Press, Ramsbury, England, 2007.

Google ученый

Райт, О., Как мы изобрели самолет (редактор Ф.Келли), Dover Publications, Inc., Нью-Йорк, 1988.

Google ученый

История авиационного винта

история авиационного винта

Ничего подобного Это краткая история эволюции авиационных винтовых винтов (с 1920 г. по настоящее время), чтобы быстро интегрировать современное состояние и понять, как мы к этому пришли. (Вы также можете посетить страницу истории гребного винта вообще)

Эта часть истории авиационного гребного винта включает обширные выдержки из книги Джона Грампэ «Хеликс», цитируемой в библиографии сайта.

Техника воздушного винта 1920  

До и во время войны 1914-1918 годов техника гребного винта закрепилась повсеместно: листы клееной древесины,форма полученная сначала вручную, Затем дубликатор у некоторых изготовителей гребных винтов. Винтовой винт покрывается лаком или лакируется.

Встречаются разнообразные формы, передняя кромка иногда изогнута, более или менее сильно; иногда прямо. Вызывает такое же разнообразие форма нейтральной оси.Кончик лезвия более или менее округлый, квадратный или сильно заостренный.

Профиль : половина радиуса, относительная толщина от 10 до 30%; ширина лопаток: от 9 до 11 % диаметра. Нижняя сторона плоская в рабочей части ; постоянный шаг по всей лопасти или увеличивающийся от ступицы к кончику лопасти. Происходит разработка, затрагивающая профили: для улучшения отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению и повышения производительности некоторые производители гребных винтов реализуют подруливающие устройства с симметричными профилями.Но от них быстро отказываются, потому что они создают слишком большой разрыв между скоростью вращения в горизонтальном полете и скоростью вращения при наборе высоты.

Изготовление гребного винта происходит скорее от ловкости рук, чем от техники; Так было до появления металлических гребных винтов. Винты этого времени оснащались двигателями в пятьдесят л.с.; имеют диаметр от 2 м до 2,50 м и вращаются со скоростью 1200 об/мин. Это дает на конце лопасти скорость менее 150 метров в секунду.Учитывая эти низкие скорости, винты легко сопротивляются, хотя и основаны на сводных расчетах и ​​неточных методах. Pas de problème d’adaptation non plus: Проблем с адаптацией тоже нет: у самолета небольшая мощность, максимальная скорость на эшелоне ненамного превышает скорость на пути в гору. Так что подача на оборот меняется мало, держит практически максимальную производительность при наборе высоты.

Деревянный винтовой винт будет прогрессировать больше в изготовлении, чем в аэродинамическом качестве и уже между 1920 и 1925 годами будет недостаточен для новых двигателей.Затем он превращается в металлический пропеллер, и мы увидим, как он появляется последовательно в двух формах: скрученная доска, вырезанный профиль..

1920-1940

В этот период летно-технические характеристики самолета значительно возрастают. Для винтовых двигателей это приводит к двум уровням сложности:

1. Окружная скорость на конце лопасти приближается к 300 метрам в секунду (это было в два раза меньше, чем в предыдущий раз). Так что коэффициенты сопротивления умножаются на 4.
2. , имея большую избыточную мощность, увеличился разрыв между максимальной крейсерской скоростью и скоростью на траектории набора высоты.поэтому серьезная проблема с адаптацией, как это бывает, в гору теряешь до 25% пиковой производительности.

Древесины становится недостаточно для удовлетворения новых требований к винту с точки зрения аэродинамики и прочности материалов. Он признает следующие преимущества металла по дереву:

• наличие более тонких профилей:
• значительно лучше производительность; более высокая удельная прочность металла, который может (тонкие лопасти) вращаться с гораздо более высокими окружными скоростями.В то время, когда был введен металл, окружная скорость была проблемой прочности материала, а не аэродинамическими проблемами, возникающими из-за звуковых скоростей.
• Более однородный материал: прочность, обусловленная этой однородностью, лучший баланс..
• простота изготовления, ремонта.
• без деформации под воздействием времени, срок хранения неограничен.
• Возможна сборка винтов отдельными лопастями, не может быть рассмотрена сборка деревянной лопасти в металлической втулке..
• улучшенные аэродинамические характеристики ступицы, не требующие дополнительной толщины дерева.

Вес первых металлических пропеллеров того времени на 30-40% больше, чем у их деревянных аналогов; после этого веса практически эквивалентны.

гребной винт «тарелка» скрученный  

Это американец Рид, подавший первый патент на металлический винтовой гребной винт (март 1921 г.).Сразу после стендовых испытаний на выносливость в 30 часов и первого испытательного полета 30 августа 1921 г. Металлические «доски» были скручены относительно равномерной толщины — порядка 5% — по всему радиусу лопасти (рис. 37). Рид спросил его лопастей добиться за счет их гибкости частичного баланса между аэродинамической парой и центробежной парой. Иными словами, жесткость лопастей должна обеспечиваться не собственной силой, а центробежной силой. Идея заключалась в том, чтобы «пропустить» изгибающие силы.Концепция, которую можно найти сегодня для винтов вертолета. у него была достигнута некоторая балансировка, но гибкая лопасть имела два серьезных недостатка : лопасти «держали» плохо усилие просили подняться, они слишком перекашивались и скорость вращения снижалась. Кроме того, слишком большая деформация кручения лопастей вызывала усилия, что приводило к овализации посадочных отверстий. Эти гребные винты были представлены в Европе Пьером Левассёром в 1924 году, который сначала построил их по лицензии Reed. Они были цельными, выточенными из кованого дюралюминия.Они широко использовались примерно до 1930 года и позволяли Бонне летать на Bernard-Hispano со скоростью более 400 км/ч.

(рис. 37).

гребные винты с вырезным профилем

После эпохи плоских металлических витых винтовых лопастей, это был один из резных профилей пропеллера, этап, на котором мы все еще находимся. Особый корпус полых лопастей, из мягкой листовой стали, приварен к факелу. В 1930-х годах этот тип уже был исключительно (винты Лейтнера), но при достаточной прочности на изгиб его обвиняли в том, что он плохо прилипает к центробежным силам, вызывая их проскальзывание линии сварки.С начала резьбы винтов предлагалось использовать два легких металла, дюраль и магний. Это первое было сохранено; магний был обвинен в его низком пределе упругости (отсюда остаточная деформация), и это также было связано с трудностью получения всегда однородного магния. Общая компоновка гребного винта появилась в 1930 году как:

• максимальная ширина лопасти, расположенная на половине радиуса и около 8% диаметра;;
Кончик лопасти
• , конический, тонкий (начало сжимаемости на конце лопасти, скорость приближается к скорости звука).Уменьшение ширины лезвия началось до полудиаметра и происходило очень быстро, что давало острие лезвия, очень тонкое и, следовательно, относительно малое центробежное усилие.
• Толщина по полурадиусу не более 6% .

Специальная прорисовка :винт винта Юнкерс щеки: расширение лопасти в корне для охлаждения двигателя; эта система была хороша тем, что охлаждение автоматически адаптировалось к различным условиям полета.Но такая конструкция вряд ли была совместима с переменным шагом из-за сил, порождающих это изменение шага.

Щечки гребного винта Юнкерс

 

Винтовые винты с 3 лопастями

 

Винтовые винты этих десятилетий, как правило, двухлопастные, но появляются первые трехлопастные. Повысилась маневренность самолетов, они тоньше, быстрее, это увеличение скорости рыскания в сочетании со скоростью вращения лопастей порождает гироскопические эффекты, анализ показывает, что не мешало бы получить три лопасти вместо двух: С тремя лопастей, исчезают вибрации, вызванные гироскопическими эффектами, особенно вредные вибрации, которыми оснащены редукторы самолетов.Действительно, у двухлопастного винта момент инерции равен нулю, когда он находится в горизонтальном положении, и максимальный момент инерции, когда он находится в вертикальном положении, тогда как у трехлопастного винта момент инерции постоянен. двухлопастной, на каждом обороте гироскопический момент через два нулевых значения и два максимальных значения; в то время как крутящий момент постоянен для трехлопастного. Интерес к лопастным винтам совершенно очевиден, потому что, помимо только что упомянутых преимуществ, мы не должны опасаться увеличения веса : трехлопастный гребной винт имеет такой же вес, а иногда и меньший, чем его двухлопастной аналог.Наконец, когда они начали беспокоиться о сжимаемости винта на конце лопасти, трехлопастный тип позволил уменьшить диаметр — таким образом, окружную скорость порядка -7 %. Примерно с 1930 года возникло беспокойство по поводу эффектов сжимаемости на конце лопасти, когда скорость кончика была порядка скорости звука. К этому времени было зарегистрировано резкое падение производительности при нахождении в таких критических условиях. И было обнаружено, что эффекты сжимаемости были смягчены за счет использования очень тонких профилей и очень близких к острой передней кромке.На концах лопастей переднюю часть профилей можно найти вокруг полухорды: Короче говоря, характеристики, которые мы находим сегодня в крыльях сверхзвуковых самолетов. Опыт винта использовали авиастроители, когда имели дело с очень высокими скоростями. С разных точек зрения, упомянутых выше, четырехлопастная машина принесла те же улучшения, что и трехлопастная, однако ее эффективность была ниже, поскольку она снижалась из-за взаимодействия лопастей..

Рост и пределы относительного шага:

Постепенное улучшение максимального КПД воздушного винта с момента появления авиации до 1930 г. соответствует постоянному увеличению относительного шага:

относительный шаг увеличился с 0,4 до 1,2. ll достигает 1,4 только для самолетов-рекордсменов, где мощность на квадратный метр площади, охватываемой лопастями, превышает 350 л.с. Кроме того, для той же окружной скорости максимальная эффективность уменьшается с увеличением относительного шага.Относительный шаг – это отношение шага гребного винта к его диаметру. У большого относительного шага, поэтому имеется большой угол падения между лезвием и плоскостью вращения.

Помимо этих чисел, выражение относительной производительности шага имеет тенденцию к снижению при увеличении окружной скорости. Кривые производительности, в зависимости от подачи на оборот, разбрасываются меньше, что указывает на то, что адаптация гребных винтов менее гибкая. Винт, соответствующий компромиссу, взлету и набору высоты страдает от этого меньшей приспособляемостью.Эти кривые показывают, что при одной и той же скорости окружное тяговое усилие на квадратный метр ометаемой площади воздушного винта начинает уменьшаться, когда относительный шаг приближается к 1,8.

В скобках приведу частный случай гидросамолета Schneider Trophy. Эти самолеты были оснащены винтами с большим относительным шагом; При этом почти вся поверхность винта участвовала в работе движителя:

 

Какое решение использовать для улучшения характеристик воздушного винта, так и самолетов?

Шестерня широко распространена на самолетах того времени и увеличивает относительный шаг винта, поскольку позволяет использовать большие диаметры, что позволяет снизить скорость.Он расширяет кривую своей производительности на основе подачи на оборот. Но мы не думаем, что зубчатое колесо обеспечивает решение, выходящее далеко за рамки обычного относительного шага. И принято, что единственным решением является автоматическая регулировка высоты тона, непрерывно следящая за изменением скорости. Винт изменяемого шага близок

Параметры воздушного винта И920-1940  

Очевидно, что эволюция пропеллера и мотора — и даже клетки — происходила параллельно.Таким образом, в последние годы в технической литературе появился первоначальный GMP (Group Moto Propeller), желающий тем самым, чтобы винтный двигатель, принадлежности двигателя, коробка передач, компрессор, система изменения шага были связанным набором. Поэтому мы должны рассмотреть здесь редуктор , компрессор, изменение шага , реализация которого охватывает два десятилетия 1920-1930 и 1930-1940.

переходник  

«Редуктор» существовал на большом количестве самолетов ранних эпох авиации; он просто состоял из двух шестерен, соединенных цепной передачей, и его просили увеличить максимальную производительность за счет увеличения скорости вращения воздушного винта из-за низкой скорости самолетов в то время.На самом деле это был не редуктор, а вместо него система увеличения скорости вращения воздушного винта (что объясняет добавление в кавычки слова редуктор).

Когда скорость самолета увеличилась, «редуктор» был сброшен, и в течение многих лет воздушные винты устанавливались в прямом контакте, причем скорость самолета была достаточной для обеспечения хороших пиковых характеристик в таких условиях. В течение нескольких лет мы смирились с тем, чтобы использовать моторы с частотой вращения 1,500—1,800 об/мин: эти двигатели имели значительный вес на одну л.800 об/мин были теми, которые обеспечивали бы хорошую работу винта, и ради этой эффективности было принесено в жертву все (винт, очевидно, крепился непосредственно на валу двигателя).

Но скорость самолета продолжала возрастать, и по прямо противоположной причине, на то, что было принято в начале авиации, снова были установлены редукторы — редукторы настоящие — около 1930 г., чтобы примирить высокие обороты двигателей, с достаточно медленными режимами в пропеллер. Редуктору было приписано несколько преимуществ:

• ограничение скорости, поэтому можно использовать большие диаметры, не опасаясь эффектов сжимаемости.
• увеличивается относительный шаг винта, тем самым расширяя кривую КПД в зависимости от подачи на оборот: отсюда надлежащее повышение производительности и максимальная производительность в горизонтальном полете. Высокий относительный шаг — это большой угол между хордой и плоскостью вращения.
• увеличивают тяговое усилие, следовательно, легче запускать самолеты с большой нагрузкой на крыло и гидросамолеты, глиссирование которых всегда затруднено
• Увеличение диаметра воздушного винта привело к следующим возможностям: с 7 до 8 это было в 1920 году, отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению самолетов было около 12 примерно в 1930 году, в то время как аэродинамическое торможение и большая подъемная сила все еще были очень редкими механическими диковинками. .Интересно было то, что тормоз на спуске состоит из большого пропеллера, работающего на прием: скорость на трассе, а значит, и посадочная скорость, таким образом снижалась. А еще очень интересно было иметь возможность тормозить после длительного пикирования, быстрым изменением шага винта — что сегодня возможно. Однако следует отметить, что это усовершенствование имело аналог: шестерня, которую мы видели, увеличивает относительный шаг, так что гребной винт при приеме вращается медленнее; в результате эффект торможения на единицу площади охватываемого круга уменьшается.Таким образом, использование редуктора: с одной стороны, улучшение, а с другой стороны, уменьшение тормозного эффекта гребного винта. Этот отчет в конечном итоге оказывается полезным. Другими словами, использование редуктора улучшает торможение винта.

В более общем плане, повышая эффективность винта, это общие характеристики самолета, которые редуктор улучшал, часто в очень больших пропорциях: горизонтальная скорость, потолок, особенно дальность действия … Различные улучшения, они тогда спросили, на переменный шаг.Шестерня и переменный шаг являются сходящимися элементами одной и той же проблемы: КПД воздушного винта.

компрессор  

На самолете, оборудованном компрессорным двигателем, скорость вращения и уровень поступательного движения (для двигателя постоянного крутящего момента и винта фиксированного шага) растут со скоростью 5 % на 1000 м. Таким образом, мы видим, что винт будет очень плохо работать на земле и в наборе высоты, если его вытянуть на высоту восстановления порядка 6.000 или 7.000 м. С двигателями с турбонаддувом, то есть с двигателями, которые сохраняют свою мощность на большой высоте, несмотря на уменьшение плотности воздуха, мы отстаем при взлете: большое отклонение скорости самолета. Будет придан большой шаг, винт должен работать на большой высоте, в жидкости с наименьшим сопротивлением, но этот шаг будет слишком велик для взлета. С двигателем без компрессора, то есть с уменьшением мощности двигателя в то же время плотность воздуха (а значит, и сопротивление вращению лопастей) может, при необходимости, удовлетворяться винтом фиксированного шага, так как отношение давлений очень близко к соотношению плотностей.Винт настроен на максимальную производительность при использовании на высоте, и мы пожертвовали характеристиками взлета и набора высоты. При двигателе без компрессора, самолете, не превышающем 4 или 5000 м по объему в нормальном режиме, при нормальном полете выигрыш в характеристиках при наличии винта изменяемого шага не превышал бы 15 %. мы жертвовали этими 15%, так как взамен нам не нужно было беспокоиться о сложном механизме переменного шага.

Но в случае двигателя с наддувом мощность двигателя на высоте эквивалентна той, что была на земле; так двигатель на высоте дает винту такую ​​же мощность, как и на земле, но этот винт на высоте работает в разреженном воздухе, который не оказывает ему такого же сопротивления, как на земле.гребной винт будет ускоряться и навязывать двигателю скорость вращения, несовместимую с его механической прочностью. Решение: снабдить двигатель устройством, поддерживающим постоянной его скорость вращения и, следовательно, скорость вращения гребного винта. Но тогда этот пропеллер больше не будет отбрасывать достаточный массовый расход воздуха, а желаемый тяговый эффект, который является функцией потока, также будет уменьшен. винт изменяемого шага.Двигатель непрерывного действия и гребной винт с регулируемым шагом неразделимы.

В 1920-х годах винт изменяемого шага появился как необходимость, но вопрос усложнялся, когда приходилось переходить к проектированию, с двигателями в 100 или 150 л.с. центробежная сила не велика, вы можете заставить лезвия вращаться в гладких металлических втулках без слишком высокого трения из-за центробежной силы. Но с двигателем в 300 л.с. эта центробежная сила уже достигла двадцати тонн, отсюда и значительное трение, которое вынудило использовать специальные стали и привело к большим ступицам..

 

Мы могли позволить себе оставить в ящиках проблему винта изменяемого шага на несколько лет после 1920 года; но пришлось искать решения, когда появились устройства для восстановления мощности на высоте, как турбокомпрессор Рато, который позволял увеличивать потолочные плоскости и их скорость до больших высот. Технические специалисты решили эту проблему с помощью различных оптических средств — это будет видно позже. Обсуждалась даже проблема винта переменного диаметра (которая так и не получила жизнеспособного решения) путем проведения следующих испытаний, в которых лопасти, подчиняясь действиям пилота, должны навинчиваться или раскручиваться на оправке, попеременно увеличиваясь и уменьшаясь, «полезная «диаметр.винта.

 

Винт изменяемого шага заслуживает отдельной страницы: гребной винт изменяемого шага

ИСТОРИЧЕСКИЕ И БУДУЩИЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ ЭФФЕКТИВНОСТИ, СТОИМОСТИ И ВЫБРОСОВ АВИАЦИОННЫХ СУДОВ

1. ВВЕДЕНИЕ

Спрос на воздушные перевозки сильно отстает от темпов роста благосостояния, и, таким образом, по мере того, как экономика продолжает расти, растет объем перевозок и растет потребление энергии. Увеличение авиационных выбросов происходит параллельно с увеличением потребления энергии.Исторически сложилось так, что смягчение связанных с этим воздействий на окружающую среду было сосредоточено на технологическом прогрессе, направленном на смягчение местного воздействия на качество воздуха и связанных с ним последствий для здоровья. По мере расширения географического охвата воздушных операций эти последствия затрагивают все большее число людей, но по-прежнему носят в основном региональный характер. Однако последствия изменения климата, связанные с авиационными выбросами, потенциально могут затронуть гораздо более широкие слои населения. По сравнению с несколькими химическими веществами, которые в настоящее время контролируются для сохранения качества местного воздуха, воздействие на климат определяется атмосферным воздействием большего количества компонентов выхлопных газов и, таким образом, тесно связано с энергоемкостью ( E _I ), системной широкий показатель энергоэффективности.Уменьшение воздействия авиационных выбросов как на климат, так и на местное качество воздуха требует учета технологических характеристик всего воздушного судна, а также всех эксплуатационных действий, предпринимаемых для управления воздушным судном.

Цель данного документа состоит в том, чтобы охарактеризовать роль технологии и эксплуатационной практики в определении характеристик эмиссии авиационной системы, уделяя основное внимание энергоемкости как агрегированному показателю общей эмиссии. Статистический анализ имеющихся данных используется для разработки описаний исторических взаимосвязей между технологиями, операциями и затратами.Это исследование сосредоточено на двух важных областях: скорость технологических и эксплуатационных изменений в контексте потенциальных требований по снижению выбросов и капитальные затраты, которые авиакомпании готовы нести для снижения энергоемкости коммерческих самолетов. Историческое развитие этих двух показателей качества обеспечивает точку отсчета, на основе которой можно оценить воздействие улучшений окружающей среды на рост, и основу для описания технологических и эксплуатационных характеристик, определяющих коэффициент замещения капиталом эксплуатационных расходов в рамках всей системы воздушного транспорта.

Хотя нормативные акты никогда прямо не касались энергопотребления, снижение расхода топлива и увеличение коэффициента пассажирской загрузки (доли заполненных кресел) уже давно являются путями к повышению прибыльности, что ведет к постоянному снижению энергоемкости. Действительно, производители предоставили новые технологии, которые сократили выбросы и добились наибольшего снижения энергоемкости любой транспортной системы (1) за счет повышения цен на самолеты. Затраты на дальнейшие сокращения, направленные на снижение как местного качества воздуха, так и воздействия на климат, были охарактеризованы как препятствия для дальнейшего роста.Именно в этой структуре соотношения экологических показателей и роста в настоящее время решаются как политические, так и технические вопросы, связанные с авиацией и изменением климата.

На местном, государственном и межправительственном уровнях очевидна потребность в дальнейшем улучшении экологических характеристик авиационных систем в отношении как местных проблем качества воздуха, так и глобальных климатических проблем. В последнее время было несколько примеров такого давления. Элементы Комитета Международной организации гражданской авиации (ИКАО) по охране окружающей среды от воздействия авиации, международного регулирующего органа, настаивают на дальнейшем ужесточении правил NO _x .Швеция и Швейцария ввели сборы за посадку на основе номеров самолетов № _x и характеристик выбросов углеводородов (HC) в национальных аэропортах. Предлагаемые правила PM-2,5, обнародованные Агентством по охране окружающей среды США (EPA), представляют собой потенциальное ограничение выбросов твердых частиц самолетов. В недавнем отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) оценивается вклад авиации в глобальное потепление в 3,5% от суммы всех антропогенных воздействий и прогнозируется, что этот вклад будет расти (2).Предлагаемый Киотский протокол к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата конкретно требует, чтобы промышленно развитые страны сократили выбросы от авиационного бункерного топлива.

Это давление встречает разную степень оптимизма в отношении потенциала, который изменения в технологии и операциях имеют для достижения эффективного прогресса. Хотя снижение энергоемкости ведет к сокращению общего объема выбросов, существуют присущие воздушному транспорту барьеры, которые могут мешать получению выгоды.Сокращению выбросов препятствуют относительно долгий срок службы и большие капитальные затраты на отдельные самолеты, а также связанное с этим отставание во внедрении новых технологий во всем авиационном парке. При повышении производительности принятых технологий компромиссы неизбежны. Например, повышение эффективности новых двигателей может привести к увеличению выбросов NO _x в результате более высоких пиковых температур двигателя. Кроме того, влияние любого повышения эффективности снижается из-за перерасхода топлива из-за задержек в пути по воздуху или по земле или при полете частично пустого самолета.Кроме того, мы не знаем стоимость изменений.

Хотя в этом обзоре не ставится задача определить, какая скорость технологических изменений является экономически устойчивой или благоприятной для окружающей среды, важно поместить историческую скорость изменений в контекст текущих прогнозов будущего роста выбросов. Перспектива, представленная в этом упражнении, является ключевым элементом любого диалога, в котором рассматриваются конкретные уровни и сроки сокращений. Наш анализ показывает, что продолжение исторических тенденций в технологиях, эксплуатации воздушных судов и управлении воздушным движением (УВД) приведет к будущему снижению E _I [e.g., мегаджоули на коммерческий пассажиро-километр (RPK)] на 1,2–2,2% в год в течение следующих 25 лет и снижение энергопотребления на 1,0–2,0% в год [например, мегаджоули на располагаемый пассажиро-километр (ASK) ]. Для сравнения, оценки будущего роста авиаперевозок по-разному оцениваются на уровне 4–6% в год. В результате ожидаемые улучшения в авиационных технологиях и эксплуатационные меры вряд ли компенсируют более одной трети общего роста выбросов, и ожидается, что воздействие на глобальную атмосферу в будущем усилится в отсутствие дополнительных мер.

Интерпретация анализа, представленного в этом обзоре, зависит от информированного понимания контекста, в котором поднимались вопросы, затронутые в этом исследовании. Это тема раздела 2, в котором обсуждаются ключевые элементы взаимоотношений авиации и окружающей среды. В разделе 3 изложены аналитические и информационные основы для упрощенных взаимосвязей, разработанных в этом исследовании, которые связывают эволюцию авиационной техники с развитием усовершенствованных методов эксплуатации.В разделе 4 рассматриваются исторические тенденции в характеристиках и стоимости самолетов. Раздел 5 развивает параметрическую взаимосвязь, которая показывает последствия технологических и эксплуатационных изменений для стоимости эксплуатации самолета и покупной цены нового самолета. В разделе 6 оценивается потенциал сокращения расхода топлива будущих авиационных систем. Резюме представлено в Разделе 7.

2. ВОЗДУШНЫЙ ТРАНСПОРТ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Эффективные подходы к противодействию увеличению выбросов основаны на четком понимании взаимосвязи между деятельностью воздушного транспорта и выбросами.В разделе 2.1 обсуждаются тенденции спроса на авиаперевозки, а в разделе 2.2 анализируется обоснование прошлых и текущих политических мер реагирования на воздействие выбросов. В той мере, в какой это мотивирует данное исследование, а также отвечает интересам как ученых, так и лиц, определяющих политику, в разделе 2.3 рассматривается текущий уровень знаний о глобальном воздействии авиации, включая воздействие на радиационное воздействие и разрушение озона в верхних слоях атмосферы. Описывается взаимосвязь между технологиями и выбросами и обсуждаются тенденции в технологиях, которые влияют на выбросы.

2.1. Спрос на воздушные перевозки

Долгосрочная эволюция транспортных систем характеризуется постоянной заменой видов транспорта теми, которые лучше соответствуют экономическим и социальным потребностям в любой момент времени. Общей характеристикой этого шаблона замещения является то, что средняя скорость «от двери до двери» для нового вида транспорта будет выше, чем для прежнего доминирующего режима. В пассажирском транспорте низкоскоростные железные дороги были заменены более быстрыми автобусами, а последние — более быстрыми автомобилями.Для междугородних поездок автомобили заменяются высокоскоростными транспортными системами, в основном воздушными судами, которые уже являются доминирующим видом транспорта для поездок на расстояния свыше 1000 км, пороговое расстояние, которое, вероятно, будет сокращаться в дальнейшем (3).

Растущий спрос на мобильность на душу населения хорошо коррелирует с ростом валового внутреннего продукта (ВВП) на душу населения в самых разных экономических, социальных и географических условиях. Одна из причин этого может быть найдена в примерно постоянных долях дохода и времени, которые люди посвящают транспорту (4).Фиксированный процент личного дохода, выделяемый на мобильность (бюджет денег на поездки), приводит к увеличению общего спроса на поездки на душу населения [например, пассажиро-километров (ПКМ) на душу населения] примерно пропорционально доходу. Кроме того, наблюдается, что человек тратит в среднем 1,0–1,5 часа в день на дорогу (бюджет времени в пути). Путешественники переходят на более быстрые виды транспорта по мере увеличения их спроса на поездки (5), и в результате можно ожидать, что продолжающийся рост населения мира и уровня доходов приведет к дальнейшему спросу на авиаперевозки с точки зрения как доли рынка, так и PKM.

На Рисунке 1 показаны исторические тенденции и прогноз будущего объема перевозок по видам транспорта для автомобилей, автобусов, железных дорог и высокоскоростного транспорта (главным образом самолетов) для всего мира в совокупности по 11 регионам (5). Этот прогноз показывает, что по сравнению с уровнем 1990 года мировой пассажиропоток увеличится более чем в 2 раза в 2020 году и в 4 раза к 2050 году. Из-за высокого объема перевозок на душу населения в нескольких регионах мира, который достигает почти 60 000 пкм на душу населения в год в Северной Америке, ожидается, что высокоскоростные перевозки будут играть все более важную роль и могут составлять немногим более одной трети мирового пассажиропотока в 2050 году.

На рис. 2 обобщены прогнозы роста мировой экономики и сектора воздушного транспорта, подготовленные крупными производителями самолетов (8, 9), государственными организациями (2, 7, 10, 11), отраслевыми группами (12) и научными кругами (5). Как упоминалось ранее, более высокие темпы экономического роста приводят к более высоким темпам роста пассажирских и грузовых авиаперевозок. Одно основное различие между прогнозами, показанными на рис. 2, заключается в предполагаемой взаимосвязи между экономическим ростом и ростом авиаперевозок. Например, прогнозы спроса на перевозки МГЭИК (2) основаны на исторической корреляции между ВВП и ростом авиаперевозок.Напротив, Schafer & Victor (5) используют агрегированную модель, основанную на поведенческих моделях и ограничениях, возникающих в результате землепользования и темпов оборота инфраструктуры. Обратите внимание, что спрос на грузовые перевозки, как ожидается, будет расти даже быстрее, чем на пассажирские перевозки, но все равно будет составлять <10% самолето-тонно-километров.

Рост объема перевозок сильно влияет на потенциальное воздействие на окружающую среду. Хотя повышение эффективности использования топлива благодаря технологическим и эксплуатационным изменениям может смягчить это влияние, рост спроса остается основной движущей силой общей массы выбросов.В 1990 г. 2,4% всего ископаемого топлива, используемого в мире, было сожжено для воздушного транспорта (2). Это примерно 12% от общего объема топлива, используемого транспортным сектором, уступая только автомобильному транспорту (6, 13). В целом на транспорт приходится примерно четверть всего ископаемого топлива, используемого во всем мире. По сравнению с выбросами от самолетов авиации общего назначения и военных самолетов, выбросы от коммерческого воздушного транспорта (пассажирские и грузовые) в настоящее время составляют более 80% от общего объема выбросов от самолетов во всем мире, и прогнозируется, что эта цифра превысит 90% в течение следующих 15 лет. (2).

Для оценки будущих выбросов были разработаны методологии объединения прогнозов эксплуатационных и технологических изменений с прогнозами роста трафика для оценки общего потребления топлива и выбросов в будущем. В предыдущих исследованиях технологических изменений использовались три метода или, как правило, их комбинация, для определения будущих тенденций в характеристиках авиационных систем. Эффективность компонентов авиационной системы, полученная на основе экспертных или основанных на данных оценок технологий исследований и разработок, используется для построения восходящих инженерных оценок будущей эффективности летательных аппаратов (2, 14, 15, 21; см. также 21A). ¹ Нисходящий анализ исторических данных, используемый для формулирования наилучших предположений или статистических корреляций, обеспечивает совокупный показатель повышения эффективности (2, 16, 17, 18, 19, 20) (см. сноску 1). Часто эти подходы дополняются метаанализом доступной литературы (22).

Долгосрочные прогнозы выбросов от пассажирских авиаперевозок до 2050 года, представленные в других источниках (2), обобщены на Рисунке 3 в сравнении с другими результатами (6), которые прогнозируют все виды высокоскоростного транспорта, как авиационного, так и высокоскоростного. -скоростной рельс.Ожидается, что по сравнению с началом 1990-х годов глобальное потребление авиационного топлива и последующие выбросы CO ₂ увеличатся в 3–7 раз к 2050 году, что эквивалентно ежегодному изменению на 1,8–3,2 %. В дополнение к различным прогнозам роста спроса, включенным в эти прогнозы, которые объясняют большую часть изменчивости прогнозируемых выбросов, некоторая изменчивость также возникает из-за различных предположений о технологии летательных аппаратов, составе парка и эксплуатационной эволюции в ОрВД и расписании.Большинство прогнозов отражают значительное улучшение технологии сокращения NO _x , что, по мнению некоторых людей, замедлит рост эффективности в будущем (2). Сравнение оценок будущего изменения эффективности и исторических тенденций в Разделе 4 показывает, что большинство предположений относительно темпов сокращения E _I оптимистичны.

2.2. Механизмы принятия решений по контролю за выбросами

Сокращение затрат на топливо традиционно было движущей силой разработки более экономичных самолетов.Экологические проблемы были менее влиятельными, но слияние двух проблем в отношении изменения климата привлекло повышенное внимание к быстрому увеличению спроса на авиаперевозки, расхода топлива и выбросов (например, см. 23, 24). Толчком к установлению национальных норм США в отношении авиационных выбросов явился не федеральный уровень, а скорее признание того факта, что влияние выбросов на качество воздуха, первоначально решавшееся действиями на местном уровне и уровне штатов (25), будет более эффективно решаться единообразно и, таким образом, , на федеральном уровне.Приняв в 1970 году Закон о чистом воздухе, Конгресс заложил основу для контроля за выбросами авиационных двигателей и создал институциональные структуры, с помощью которых будут устанавливаться и соблюдаться правила. Ответственность за установление стандартов эмиссии воздушных судов была делегирована Агентству по охране окружающей среды, а ответственность за их соблюдение и обеспечение безопасности была делегирована Министерству транспорта США (DOT) (26). В 1973 г. были обнародованы правила (27, 28) по контролю выпуска топлива, дыма, углеводородов, CO и № _x для нескольких классов дозвуковых авиационных двигателей.Управление было (и остается) основано на цикле посадки-взлета, который простирается до высоты ~ 915 м (3000 футов), что представлено указанным временем в режимах работы, определяемых настройкой мощности двигателя. Выбросы выше 915 м, где самолеты проводят большую часть времени в полете, не контролировались (и до сих пор не контролируются). Федеральное авиационное управление (FAA) обнародовало сертификационные требования к авиационным двигателям в 1974 г. (29), а в 1990 г. эти сертификационные требования были кодифицированы как федеральные правила.

В нормативно-правовой базе содержатся конкретные рекомендации по принятию регулирующих мер на основе состояния технологии в отношении целей безопасности, возможностей развития и качества воздуха. Давление по снижению выбросов ложится на производителей при проектировании и модернизации авиационных двигателей. Чтобы избежать проблем, связанных с растущим разнообразием систем регулирования выбросов в разных странах, Агентство по охране окружающей среды совместно с ИКАО разработало международные стандарты (30), которые были приняты в 1981 г. в качестве Приложения 16 к Конвенции о международной гражданской авиации.Стандарты ИКАО не являются обязательными для любой из сторон, подписавших Конвенцию, но подписавшим сторонам настоятельно рекомендуется добиваться единообразия в применении и сообщать о любых различиях. Однако действия на местном уровне, такие как введение сборов за посадку на основе выбросов, введенных в Швеции и Швейцарии, по-прежнему влияют на принятие решений о выбросах. Правила США были приведены в соответствие с Приложением 16 ИКАО в 1997 г. (31; см. также 31A). Комитет ИКАО по охране окружающей среды от воздействия авиации, которому поручено разработать правила эмиссии, ясно дал понять, что нормы эмиссии будут ужесточены только тогда, когда будет признана необходимость, когда такой шаг станет технически осуществимым, а последствия будут экономически обоснованными (32).

Вполне возможно, что правила и допущения, используемые в текущих механизмах принятия решений, сохранятся, если связанные с климатом выбросы будут включены в более широкую систему контроля. В этом контексте понимание темпов изменения эффективности и баланса обновления технологий и стоимости будет иметь первостепенное значение. Разнообразные и иногда противоречивые последствия эмиссии воздушных судов, как описано ниже, усложняют согласование акцента действующих норм на качество воздуха на местном уровне с глобальными последствиями климатических воздействий.Темпы улучшения E _I , которым способствует сокращение выбросов дыма, CO и HC, по своей сути обусловлены соображениями стоимости топлива в авиационной отрасли и противоречат усилиям по контролю NO _x . Таким образом, существует нежелание добавлять средства контроля или изменять направленность текущих выбросов без надлежащего понимания масштабов и характера соответствующих атмосферных воздействий.

2.3. Авиация и глобальная атмосфера

Поскольку большая часть авиационной эмиссии поступает в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу (обычно на высоте 9–13 км), результирующие воздействия уникальны.Доля этих выбросов, имеющая отношение к атмосферным процессам, выходит далеко за рамки радиационного воздействия CO ₂ . Фактически, смесь выхлопных газов, выбрасываемых самолетом, возмущает радиационное воздействие в два-четыре раза больше, чем если бы выхлоп состоял только из CO ₂ (2). Напротив, общее радиационное воздействие от суммы всей антропогенной деятельности оценивается в 1,5 раза больше, чем только CO ₂ (2). Таким образом, воздействие сжигания ископаемого топлива на высоте примерно в два раза больше, чем при сжигании того же топлива на уровне земли.Повышенное воздействие от воздушных судов по сравнению с наземными источниками обусловлено различными физическими (например, инверсионными следами) и химическими (например, образование/разрушение озона) эффектами, возникающими в результате измененных концентраций участвующих химических веществ и измененных атмосферных условий.

Выхлопных газов, выбрасываемых сердцевиной двигателя, 7-8% составляют CO ₂ и H ₂ O, а еще 0,5% составляют NO _x , HC, CO, SO _x , другие следовые химические вещества и частицы сажи на основе углерода.Остаток (91,5–92,5 %) составляют O ₂ и N ₂ . Выбросы CO ₂ и H ₂ O являются продуктами сгорания углеводородного топлива и, таким образом, напрямую связаны с расходом топлива самолета, который, в свою очередь, является функцией веса, аэродинамической конструкции и характеристик двигателя самолета. Выбросы NO _{x 90 663 , сажи, CO, HC и SO 90 662 x 90 663 также связаны со способом сгорания топлива в двигателе и, в некоторой степени, с химическими реакциями после сгорания, происходящими в двигателе.Таким образом, эти выбросы в основном контролируются конструкцией двигателя, но общие выбросы можно уменьшить за счет повышения эффективности использования топлива. Поэтому такие выбросы обычно указываются относительно общего количества сожженного топлива в виде индекса выбросов (например, г NO x /кг топлива).}

Важно отметить, что сокращение E _I не всегда напрямую означает снижение воздействия на окружающую среду. Например, распространенность инверсионных следов увеличивается за счет большей эффективности двигателя (33, 34).Повышение эффективности двигателя увеличивает относительную влажность выхлопного шлейфа, потому что по мере повышения эффективности снижение температуры шлейфа больше, чем соответствующее снижение концентрации H ₂ O. Как показано ниже, увеличение инверсионных следов может, в свою очередь, увеличить радиационное воздействие и, следовательно, климатические воздействия. Кроме того, выбросы NO _x становится все труднее ограничить по мере увеличения температуры и давления в двигателе — распространенный метод повышения эффективности двигателя (2).

Вид и масштабы воздействия выхлопных газов связаны с высотой осаждения и временем пребывания в атмосфере. Воздействие этих видов может происходить по нескольким механизмам: прямое изменение химического состава как тропосферы, так и стратосферы, воздействие на химический состав атмосферы, которое может привести к изменению химического состава атмосферы, изменение содержания твердых частиц и аэрозолей, образование инверсионных следов в тропосфера (некоторые из которых могут сохраняться и мутировать в перистые облака) и изменения существующего покрова перистых облаков.Местные проблемы качества воздуха, которые сосредоточены на подмножестве выхлопных газов (NO _x , HC, CO, SO _x и твердые частицы), связаны с прямым воздействием отдельных видов на здоровье человека и экосистемы, комбинированное воздействие компонентов выхлопных газов на местные уровни озона, вклад в кислотные дожди и связанные с этим воздействия на благосостояние, такие как снижение видимости. Процессы, которые способствуют локальным изменениям качества воздуха, представляют собой подмножество атмосферных процессов, которые приводят к региональным и глобальным воздействиям, которые связаны с перекрывающимся набором выхлопных газов (CO ₂ , H ₂ O, NO _y , SO _x и твердые частицы).Региональные и глобальные эффекты включают изменения в радиационном воздействии на атмосферу, которые могут изменить климат, и изменения в уровнях атмосферного озона, которые приводят к изменениям в прозрачности атмосферы для ультрафиолетового излучения-B.

На рис. 4 показаны недавние оценки МГЭИК (2) радиационного воздействия от различных авиационных выбросов за 1992 г. и прогнозы на 2050 г. Радиационное воздействие является мерой изменения радиационного баланса Земли, связанного с атмосферными изменениями.Положительное воздействие указывает на чистую тенденцию к потеплению по сравнению с доиндустриальными временами. Оценки воздействия, показанные на рис. 4, переводятся примерно в 3,5% от общего антропогенного воздействия, имевшего место в 1992 г., и примерно в 5% к 2050 г. для полностью дозвукового флота. В результате ожидается, что на самолеты будет приходиться 0,05 K из 0,9 K глобального повышения средней приземной температуры, которое, как ожидается, произойдет в период с 1990 по 2050 год. Ожидается, что связанное с этим повышение уровня озона уменьшит количество ультрафиолетового излучения на поверхности земли.Показанные сценарии основаны на оценках кадастров выбросов за 1992 г. (21; см. также 21A) с прогнозируемым ростом трафика до 2050 г., основанным на росте мирового ВВП, прогнозируемом в среднесрочном сценарии экономического роста (IPCC IS92a) (7). По оценкам, как для 1992 г., так и для 2050 г. существует 67-процентная вероятность того, что значение радиационного воздействия попадет (или попадет) в диапазон, указанный планками погрешностей. Таким образом, к 2050 году радиационное воздействие самолетов, вероятно, упадет от 2,5% до 13.2% от общего форсирования за счет человека. Обозначения под диаграммой 1992 года указывают на уровень научного понимания воздействия каждого вида выхлопных газов. Обратите внимание, что сценарии с более низким или более высоким спросом приведут, соответственно, к уменьшению или увеличению оценок воздействия.

Производители и эксплуатанты воздушных судов обеспокоены тем, что снижение выбросов от самолетов может быть более дорогостоящим, чем эквивалентные выбросы в других секторах экономики, частично из-за сложности атмосферных воздействий, представленных в оценках, показанных на рисунке 4.Концентрации выхлопных газов отдельных видов, некоторые из которых существуют на уровне частей на миллион или частей на миллиард, опровергают их относительную важность для атмосферных процессов. Сернистые соединения, например, обычно выбрасываются на уровне однозначных частей на миллион, но считается, что они влияют на инверсионный след, прямое воздействие сульфатов и перистых облаков. Кроме того, воздействие различных видов также является синергетической суммой многих атмосферных процессов. NO _x , например, приводит к образованию озона в тропосфере и нижних слоях стратосферы, что способствует радиационному воздействию.Однако NO _x истощает озоновый слой в местах, расположенных выше в стратосфере. Таким образом, существует различие между самолетами, которые летают на большой высоте (сверхзвуковые самолеты), и на меньшей высоте (современный коммерческий парк). Кроме того, хотя NO _x из текущего коммерческого флота способствует повышению уровня тропосферного озона и, таким образом, увеличению радиационного воздействия, он также приводит к снижению содержания метана в атмосфере, что снижает радиационное воздействие. Кроме того, первое воздействие происходит на региональном уровне, тогда как второе ощущается на глобальном уровне, поскольку метан имеет гораздо более длительное характерное время пребывания в атмосфере.Таким образом, два эффекта, хотя и противоположные по знаку, не компенсируют друг друга.

Несмотря на эту сложность, потенциал сокращения выбросов продолжает привлекать внимание. С точки зрения улучшения качества воздуха сокращение выбросов из аэропортов имеет важное значение для соблюдения норм по озону во многих регионах США (23). В глобальном масштабе сокращение авиационной эмиссии на единицу может быть относительно более эффективным в борьбе с изменением климата, чем эквивалентная эмиссия из наземных источников.Остальная часть этого обзора посвящена конкретному балансу затрат и потенциала сокращения выбросов, воплощенному в предложениях по повышению эффективности использования энергии в системе.

3. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОДХОД И ОТРАСЛЕВЫЕ ДАННЫЕ

Тенденции технологических и эксплуатационных характеристик будущих самолетов являются ключевыми элементами при оценке вероятных будущих уровней выбросов и при определении потенциальной стоимости сокращения выбросов. В более поздних разделах выводятся статистически значимые взаимосвязи между историческими тенденциями в области авиационных двигателей, аэродинамических и структурных технологий, а также прямыми эксплуатационными расходами (DOC) самолетов и ценами.В разделе 3.1 мы даем обзор методологии, используемой для определения этих взаимосвязей. Разделы 3.2 и 3.3 подробно описывают источники и важные характеристики данных, используемых в анализе.

3.1. Аналитический подход

Исторические тенденции энергоемкости воздушного транспорта ( E _I ) зависят от физических факторов, определяющих эксплуатацию воздушных судов, и от потребительского спроса на авиаперевозки. Одной из основных моделей, полезных для описания механики коммерческого самолета в полете, является уравнение диапазона Бреге ( R ).

1

В этом уравнении двигательные, аэродинамические и конструктивные характеристики представлены тремя параметрами: удельный расход топлива (SFC), аэродинамическое качество ( L / D ) и вес конструкции ( W _{структура} ). Учитывая эти технологические характеристики, а также другие эксплуатационные параметры, включая количество полезной нагрузки ( Вт _{полезной нагрузки} ) и топлива на борту ( Вт _{топлива} ), уравнение дальности Бреге можно использовать для определения максимальной дальности полета горизонтальный полет с постоянной скоростью.Поскольку SFC, L / D и скорость ( V ) предполагаются постоянными во время полета, этапы взлета, набора высоты и снижения в полетах не представлены должным образом. Тем не менее, применение уравнения диапазона Бреге является полезным предиктором эксплуатации флота.

Уравнение дальности Бреге можно реорганизовать, чтобы получить уравнение для использования энергии самолета ( E _U ) в терминах расхода топлива или энергии на ASK. В эту формулировку явно включено влияние грузоподъемности воздушного судна.С дальнейшей модификацией E _I можно выразить в терминах расхода топлива или энергии на RPK ( E _I ) путем включения коэффициента загрузки (доля заполненных кресел), меры использования мощности. E _I можно дополнительно модифицировать, чтобы учесть влияние других факторов неэффективности использования, таких как задержки наземных и авиарейсов. Когда все эти эффекты учтены, E _I могут быть непосредственно переведены в характеристики эмиссии воздушных судов и могут использоваться в качестве грубого заменителя технологической зрелости и эксплуатационной эффективности.В разделе 5 количественные взаимосвязи между системой E _I и DOC и рыночной ценой воздушных судов выводятся посредством статистического анализа. Экстраполяция исторических тенденций в технологических и эксплуатационных улучшениях затем используется для определения потенциального DOC и цен на будущие авиационные системы.

3.2. Исследование самолетов и технологические данные

Для обеспечения входных данных о характеристиках системы, необходимых для построения взаимосвязей между технологиями и затратами, была собрана историческая база данных о технологиях самолетов, характеристиках, операциях и данных о затратах.Предметом данного исследования являются самолеты внутреннего флота США, выполняющие как внутренние, так и международные рейсы. Для флота США был выбран 31 коммерческий пассажирский самолет (10, 35, 36). Эти 31 самолет, представленные в период с 1959 по 1995 год, отражают эволюцию технологий с начала эры коммерческих реактивных самолетов и точно соответствуют эволюции среднего E _I для всего парка. Более 85% от общего количества этих самолетов в парке принадлежат и эксплуатируются 10 крупными пассажирскими авиакомпаниями США. ² Комбинация авиакомпаний США и связанных с ними типов воздушных судов, представленных этим 31 воздушным судном, покрывает от 50% до 85% всех внутренних/международных РПК всех типов воздушных судов, эксплуатируемых всеми перевозчиками США с 1968 года.

Поскольку технологические и экономические характеристики различаются среди различных классов самолетов (например, ближнемагистральных и дальнемагистральных) выбранный парк делится на две группы. Средняя длина этапа 1600 км и вместимость 150 человек обычно разделяют самолеты ближнего и дальнего радиуса действия.У серийных самолетов диапазон разделения и вместимость несколько больше. Конфигурация двигателя/плана также является полезным ориентиром для классификации самолетов. Как правило, двухмоторные узкофюзеляжные самолеты относятся к ближнемагистральным реактивным самолетам, тогда как трех- или четырехмоторные широкофюзеляжные самолеты относятся к дальнемагистральным, хотя некоторые двухмоторные самолеты (например, B767, B777 и A330 ) считаются дальнобойными.

Крейсерские данные SFC были получены из опубликованных компиляций Ганстона (37) и Маттингли (38) и рассчитаны путем интерполяции информации о расходе топлива в зависимости от установки мощности, составленной ИКАО (39, 40).Среднее значение SFC по всем доступным двигателям для конкретного самолета (например, B777) использовалось для определения значения SFC, относящегося к каждому типу самолета. Оценочный 95-процентный доверительный интервал для SFC составляет ±7 % на основе сравнения данных ICAO (39) и Gunston (37). Данные SFC были неофициально проверены на достоверность с помощью промышленных источников, и было подтверждено, что все фактические значения SFC находятся в пределах этой границы.

Данные для L / D были получены из исследований НАСА (41) и рассчитаны, если они недоступны, с использованием модели системы, представленной Хасаном (15).Дальнейшие значения L / D были получены посредством связи с промышленными источниками, и было подтверждено, что используемые значения L / D верны в пределах ±1, что примерно соответствует погрешности ±18%.

Отношение эксплуатационной массы пустого самолета (OEW) к максимальной взлетной массе (MTOW) использовалось в качестве меры эффективности конструкции. Это мера веса конструкции самолета относительно веса, который он может нести (сама конструкция + полезная нагрузка + топливо).Масса самолета (OEW и MTOW) была получена от Thomas & Richards (35) и Jane’s Information Group (42). Погрешность спецификации W _{конструкции} оценивается в ±5% на основе оценок авторов. Несмотря на то, что вес конструкции самолета различается для одного и того же типа самолета в зависимости от модификации конфигурации, сравнение веса, сообщаемого двумя источниками (35, 42), указывает на небольшую ошибку в спецификации веса конструкции. Заявленные W _{топливо} и W _{полезная нагрузка} предполагаются точными в пределах ±5% (40).Федеральные авиационные правила определяют, что для полета в самолет должен быть загружен запас топлива на 30–45 минут (43). Предполагался 40-минутный запас топлива. Используя это значение, погрешность в запасе топлива, Вт _резерв , консервативно принимается равной ±10 мин или 25% запаса топлива. При выполнении полета запасное топливо является лишним весом, так как во время полета оно обычно не используется.

Дополнительные различия в спецификации технологических параметров связаны с изменениями во время полета.Например, SFC и L / D не являются постоянными во время полета и могут отклоняться от крейсерского режима на целых 50% при взлете. Кроме того, сообщаемые параметры относятся к новым самолетам, и их использование приводит к ухудшению характеристик двигателя и самолета (например, 44). Изменения веса из-за сжигания топлива учитываются в уравнении запаса хода Бреге.

3.3. Данные о трафике и стоимости

Подробные данные о трафике и стоимости для всех самолетов, эксплуатируемых на внутренних и международных маршрутах всеми перевозчиками США с 1968 года, были получены из формы 41 Министерства транспорта США (36).График T-2 сообщает различную статистику трафика, включая RPK, ASK, часы налета, часы блокировки (время с момента, когда блоки удаляются из-за колес перед рулением, до момента их замены после полета) и выданное топливо. На основе этой информации были рассчитаны дальнейшие эксплуатационные статистические данные, такие как коэффициент загрузки и размер парка. Явные значения резерва топлива не сообщаются, кроме общего количества выданного топлива. График P-5.2 сообщает экономические данные. Данные о затратах в таблице P-5.2 разделены на категории, связанные с прямыми эксплуатационными расходами (DOC) и инвестиционными затратами (I).DOC + I состоит в основном из четырех основных категорий затрат: экипаж (~20%), топливо (~20–25%), техническое обслуживание (~15%) и инвестиции или владение (~25%). ³ Затраты на техническое обслуживание включают оплату труда и материалов для планеров и двигателей. В стоимость владения включены страхование, износ и амортизация как для операционной аренды (аренды), так и для капитальной аренды. В целом на эти четыре основные категории приходится около 85% DOC + I. Остальная часть DOC + I приходится на другие летные операции и расходы на техническое обслуживание, включая налоги, сборы за замену самолетов и внешний ремонт.На рис. 5 показано историческое развитие DOC+I за последние три десятилетия. Обратите внимание, что DOC + I составляет примерно 55% всего операционного бюджета авиакомпании, в то время как другая половина операционного бюджета состоит из элементов косвенных операционных расходов, таких как комиссионные за билеты, наземные операции, различные сборы и административные расходы.

Поскольку стоимость владения значительно варьируется от авиакомпании к авиакомпании, в зависимости от практики бухгалтерского учета и ставок финансирования на момент покупки, более прозрачным показателем инвестиционной части DOC + I являются фактические рыночные цены, которые авиакомпании платят за воздушные суда.Годовые цены сделок с самолетами были взяты из Thomas & Richards (35). ⁴ Указанные цены представляют собой среднюю рыночную стоимость, уплаченную в долларах текущего года за новые самолеты на момент покупки. Все цены были приведены к доллару 1995 года с использованием дефляторов ВВП. Данные DOC, а также данные о ценах также подвержены колебаниям в экономике, и поэтому данные о затратах, используемые в этом исследовании, представляют собой агрегированный показатель стоимости, который может варьироваться от авиакомпании к авиакомпании. Все операционные расходы были приведены к долларам 1995 года с использованием дефляторов ВВП.Изменчивость также существует в данных о трафике формы 41. Авиакомпании эксплуатируют самолеты в разных условиях, поэтому характеристики одного и того же типа самолетов могут быть совершенно разными.

4. ИСТОРИЧЕСКИЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И СТОИМОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Исторически сложилось так, что рост воздушного движения опережает как операционные, так и технологические улучшения в эффективности использования энергии, что является общей тенденцией, наблюдаемой во многих отраслях. Хотя по мере появления новых моделей отдельные самолеты со временем становятся более экономичными, общий объем выбросов в результате полетов увеличивается.Стоимость таких изменений в условиях ограничений бюджетных приоритетов обычно ограничивает их внедрение, даже несмотря на то, что повышение эффективности может быть экономически выгодным в долгосрочной перспективе. В следующих разделах рассматривается история тенденций в области энергоемкости (раздел 4.1), технологические и операционные факторы повышения эффективности (раздел 4.2), а также динамика эксплуатационных расходов и цен на воздушные суда (раздел 4.3).

4.1. Исторические тенденции в энергоемкости

Используя E _I в качестве показателя качества по отношению к общему объему выбросов, наиболее удобной единицей технологии является система, представленная целым самолетом.На рис. 6 показаны исторические тенденции для самолетов E _I в парке США и для отдельных самолетов по годам выпуска. Для самолетов E _{I Диапазоны} основаны на эксплуатационных данных за период 1991–1998 гг., за исключением B707 и B724, которые рассчитаны на основе эксплуатационных данных до 1991 г. Межгодовые колебания E _I для каждого типа воздушного судна, из-за различных условий эксплуатации, таких как коэффициент загрузки, скорость полета, высота над уровнем моря и маршрутизация, контролируемая разными операторами, может составлять ±30%, как представлено вертикальной протяженностью символов данных.Сочетание технологических и эксплуатационных усовершенствований привело к сокращению E _I всего парка самолетов США более чем на 60% в период с 1971 по 1998 год, в среднем около 3,3% в год. Напротив, общий RPK вырос на 330%, или 5,5% в год за тот же период. На рис. 6 показано, что среднее значение E _I части парка, состоящего из 31 типа самолетов, использованных для анализа, примерно такое же, как и у всего парка самолетов США. Дальнемагистральные самолеты примерно на 5% более экономичны по топливу, чем ближнемагистральные, потому что они перевозят больше пассажиров во время полета, проводимого в основном в крейсерском режиме.

Экономический срок службы воздушного судна в парке — время между покупкой воздушного судна и его окончательным выводом из эксплуатации — обычно составляет 20–25 лет, но может увеличиваться до 35 лет. Срок службы семейства самолетов — набора самолетов с аналогичной базовой конструкцией, но отличающихся постепенными изменениями, такими как расширение для включения дополнительных мест, — дольше. Хотя производство многих самолетов было прекращено, из изученных нами самолетов только B707 и B720 были сняты с производства в Соединенных Штатах с 1959 года, и в парке коммерческой авиации не было потеряно ни одного технологического поколения.Новые модели самолетов в рамках одного семейства вводятся каждые 3–5 лет для самолетов малой дальности и реже для самолетов большой дальности, причем обновленные функции вводятся более спорадически в ответ на эксплуатационные проблемы (например, новые двигатели, винглеты и т. д.). .

Отставание во внедрении технологий видно на рис. 6. Обычно флоту США требуется 10–15 лет, чтобы достичь такой же эффективности использования топлива, как у новых самолетов. Помимо улучшения эксплуатационных характеристик самолетов, темпы улучшения среднего E _I определяются постепенным внедрением новых, более экономичных самолетов в существующий парк.Этот процесс внедрения технологий зависит от различных факторов стоимости и рыночных сигналов (10). Ограничения этого процесса, налагаемые стоимостными факторами, рассматриваются в следующих разделах. При оценке будущего потребления авиационного топлива и выбросов важно учитывать эту временную задержку между внедрением технологии и ее полным освоением мировым флотом. Кроме того, программы разработки новых самолетов обычно начинаются за 7–10 лет до сертификации первого самолета, а базовые исследования, необходимые для поддержки новой технологии, обычно предшествуют началу программ разработки на несколько лет.Таким образом, время, необходимое для того, чтобы идеи перешли от фундаментальных исследований к воздействию на флот, может достигать 25 лет.

4.2. Исторические тенденции в авиационных технологиях и эксплуатационных характеристиках

С технологической точки зрения базовая геометрия коммерческих реактивных самолетов оставалась неизменной на протяжении последних 40 с лишним лет, и изменения характеристик за этот период были постепенными. На рисунках 7 a , 7 b и 7 c показаны исторические тенденции для SFC, L / D и OEW/MTOW, усредненные для типа самолета, где это применимо, по году введения.Как показано в уравнении диапазона Бреге, эффективность улучшается при более низком SFC, более низком соотношении веса и большем L / D . Эффективность двигателя (рис. 7 a ), измеряемая крейсерским SFC недавно представленных двигателей, улучшилась примерно на 40% за период 1959–1995 гг., в среднем ежегодное улучшение составляет 1,5%. Большая часть этого улучшения была реализована до 1970 года с введением двигателей с большим двухконтуром. Однако по мере увеличения степени двухконтурности диаметры двигателей также стали больше, что привело к увеличению веса двигателя и аэродинамического сопротивления.Другие способы повышения эффективности двигателя включают увеличение пиковой температуры внутри двигателя, которая ограничена материалами и технологией охлаждения, повышение степени сжатия и повышение эффективности компонентов двигателя.

Аэродинамическая эффективность (рис. 7 b ) исторически увеличилась примерно на 15%, в среднем на 0,4% в год за тот же период. Улучшенная конструкция крыла и улучшенная интеграция двигательной установки/планера, обеспечиваемые усовершенствованными вычислительными и экспериментальными инструментами проектирования, были основными движущими силами (2, 22).Исторические улучшения структурной эффективности (рис. 7 c ) менее очевидны. Одна из причин заключается в том, что за 35-летний период между появлением B707 и B777 большие коммерческие самолеты были построены почти исключительно из алюминия и в настоящее время примерно на 90% состоят из металла по весу. Композиты используются для ограниченного числа компонентов. Другая причина заключается в том, что уменьшение веса самолета было в значительной степени заменено другими технологическими улучшениями и комфортом для пассажиров (22).

Действительно, при рассмотрении этих технологических тенденций важно отметить, что двигатель, аэродинамическая эффективность и эффективность конструкции взаимозависимы. Например, до половины повышения эффективности, связанного с двигателями с более высоким КПД, может быть утрачено при установке на самолет из-за отрицательного веса и аэродинамических эффектов (например, более эффективные двигатели с более высокой степенью двухконтурности имеют более высокое лобовое сопротивление, что приводит к отрицательному эффекту). ударные L / D ). Кроме того, требования по снижению шума, как правило, отдают предпочтение двигателям с более высокой степенью двухконтурности, что усугубляет негативное влияние на аэродинамическую и конструктивную эффективность, иногда за счет общей эффективности самолета.

Самолет E _I также улучшен за счет более эффективного использования (например, коэффициента загрузки) и большей вместимости самолета (например, количества мест). Динамика этих параметров показана на Рисунке 8. Исторически коэффициент загрузки на внутренних и международных рейсах, выполняемых американскими перевозчиками, в период с 1959 по 1998 год возрастал на 15%, причем все это происходило после 1970 года в среднем на 1,1% в год. Повышение коэффициента загрузки связано с дерегулированием в США и глобальной либерализацией авиаперевозок, что способствовало появлению узловых транспортных систем (46).Поскольку авиакомпании стремились увеличить пропускную способность маршрутов, среднее количество мест также увеличилось на 35% в период с 1968 по 1998 год со 108 до 167 мест (в среднем на 1,4% в год), большая часть которых произошла до 1980 года.

Характеристики инфраструктуры также влияют на эффективность. В частности, могут увеличиваться задержки на земле и в воздухе E _I . Лишнее топливо сжигается на земле при различных нелетных операциях, а часы, проведенные в воздухе (налетные часы), не составляют более 0.75–0,9 от общего количества часов эксплуатации ВС (налетных часов). Отношение времени нахождения в воздухе к часам налета можно рассматривать как эффективность наземного времени (η _г ). Точно так же некруизные части полета, плохой маршрут и задержки в воздухе представляют собой неэффективность, связанную с расходом топлива во время полета сверх того, что потребовалось бы для полета по большому кругу с постоянной крейсерской скоростью. Эту неэффективность можно измерить отношением минимального количества летных часов к часам налета (η _a ).Минимальное количество летных часов представляет собой кратчайшее время, необходимое для полета определенной длины этапа, и показывает любое дополнительное время полета из-за неидеальных условий полета. Умножение η _г и η _на дает эффективность полетного времени (η _футов ). Исторические тенденции для η _g , η _a и η _ft , представленные на рисунке 9, показывают постоянную эффективность воздушного движения с 1968 года. Можно предположить, что эти постоянные тенденции являются результатом баланса между растущими возможностями ОрВД и постоянно увеличение потребности в мощности.

4.3. Исторические тенденции прямых эксплуатационных расходов и цен

E _I влияют на эксплуатационные расходы и цены воздушных судов. Поведение авиакомпаний, направленное на максимизацию прибыли, привело к спросу на более экономичные авиационные технологии, а также на улучшение методов эксплуатации самолетов. По мере совершенствования технологий затраты на эксплуатацию этих самолетов (DOC) снизились, но закупочные цены (I) на самолеты выросли, что свидетельствует о готовности авиакомпаний нести более высокие капитальные затраты для снижения эксплуатационных расходов.Колебания DOC + I в основном связаны с колебаниями цен на топливо. Исторически расходы на топливо составляли от 25% до 65% DOC + I (или 12,5–32,5% от общих расходов авиакомпаний). Быстрое увеличение DOC+I произошло в результате первого и второго нефтяных кризисов в начале и конце 1970-х годов. Во время второго нефтяного кризиса топливо составляло 65% от общего количества DOC + I, как показано на рис. 5. Быстрый рост DOC + I в конце 1980-х годов был в значительной степени стимулирован усилением конкуренции, широкими скидками на билеты и распространением маршрутов. это произошло в результате дерегулирования (45). ⁵ Соответственно, было представлено несколько новых самолетов, в том числе новые дополнения к семействам B747, B767, A300 и A310.

После расходов на топливо зарплата пилотов и техническое обслуживание являются крупнейшими категориями DOC. На рис. 10 показаны исторические тенденции соотношения DOC/RPK в постоянных долларах 1995 г., рассчитанные ежегодно по сравнению с годом введения для самолетов малой и большой дальности. Диапазоны DOC / RPK самолетов основаны на эксплуатационных данных за 1991–1998 гг., За исключением B707 и B727, которые основаны на доступных эксплуатационных данных до 1991 г.На Рисунке 10, чтобы исключить влияние колебаний цен на топливо, затраты на топливо были разделены на годовую цену на авиакеросин, скорректированную до долларов 1995 года, а затем умножены на цену на авиакеросин в 1995 году. Новые модели самолетов, представленные в 1995 году, были на 65% менее затратными в эксплуатации, чем самолеты, представленные в 1959 году. Три четверти этого снижения объясняются улучшениями в техническом обслуживании и DOC / RPK, связанными с экипажем. На оставшуюся четверть сокращения приходится снижение DOC/RPK, связанное с топливом. Обратите внимание, что для используемых эксплуатационных данных коэффициент загрузки и вместимость посадочных мест не оказывают существенного влияния на тенденции движения самолетов по годам внедрения.

DOC/RPK самолетов дальней авиации примерно на 20–30% ниже, чем у самолетов малой дальности, что свидетельствует о том, что предельные затраты на летные операции и техническое обслуживание в расчете на RPK уменьшаются по мере увеличения размера и дальности полета. Однако дальнемагистральные самолеты стоят дороже. На Рисунке 11 показаны исторические тенденции цен на место для самолетов малой и большой дальности в постоянных долларах 1995 года, рассчитанные ежегодно, по сравнению с годом введения. Цена за место в самолете малой дальности выросла примерно на 50%, со 160 000 долларов в 1965 году до 240 000 долларов в 1995 году, в то время как цена за место в самолете дальней авиации увеличилась примерно на 130 %, со 170 000 долларов в 1960 году до 390 000 долларов в 1995 году.Решение о покупке авиакомпании основывается на прибыльности и неизбежном компромиссе между капитальными вложениями и операционными расходами в течение всего срока службы (46). Чтобы авиакомпания окупила эти затраты, место должно использоваться сверх минимального порога, который иногда указывается как требование минимального коэффициента загрузки. Исторически сложилось так, что для дальнемагистральных самолетов DOC и инвестиционные затраты, взятые вместе, оставались примерно одинаковыми в результате значительного сокращения эксплуатационных расходов, компенсируемого ростом цен на самолеты (9).Дальнемагистральные самолеты дороже из-за более высоких капиталовложений, необходимых для, как правило, большего снижения DOC/RPK.

Подробные ежегодные тенденции показаны на рис. 12, где годовые цены на каждый ближне- и дальнемагистральный самолет представлены в зависимости от года выпуска. По мере внедрения новых технологий цены на самолеты растут, но со временем цена на ту же модель самолета может снизиться. Основным фактором снижения цен со временем является постепенное устаревание технологий в силу рыночной конкуренции и замена их новыми технологиями.Такие тенденции могут быть изменены экзогенными воздействиями, такими как отсутствие конкуренции и технологического лидерства. На цены также может влиять производственный процесс, когда стоимость производства единицы становится дешевле по мере увеличения совокупного выпуска (47, 48). В результате цена самолета может быть снижена по мере производства большего количества самолетов.

5. ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ТЕХНОЛОГИЯМИ, СТОИМОСТЬЮ И ЦЕНОЙ

Изучив тенденции в авиационной технологии, стоимости и цене, мы теперь пытаемся связать эти тенденции друг с другом, используя физические и статистические модели.В разделах 5.1 и 5.2 обсуждается полезность уравнения диапазона Бреге как средства приравнивания E _I к технологическим и эксплуатационным параметрам. Эксплуатационные факторы, присущие E _I , включают характеристики использования и размера воздушного судна. Они отражаются в данных RPK (количество пассажиров, умноженное на длину этапа) и ASK (количество мест, умноженное на длину этапа) соответственно, а также в часах работы, которые пропорциональны длине этапа, поскольку все крупные коммерческие самолеты летают со скоростью примерно на той же высоте и с таким же числом Маха.Также выведены коэффициенты влияния, отражающие влияние технологических и эксплуатационных параметров на E _I . В разделе 5.3 описывается взаимосвязь между E _I , эксплуатационными расходами и ценой.

5.1. Уравнение дальности как средство прогнозирования эксплуатации парка

Уравнение дальности Бреге (уравнение 1) является хорошим средством прогнозирования фактических полетов воздушных судов в коммерческом парке. На рис. 13 приведено сравнение длины ступени, рассчитанной по уравнению дальности, с имеющимися технологическими и эксплуатационными данными ( V , SFC, L / D , W _{конструкция} , W _{топливо} , W 4 _{полезная нагрузка} ), до расстояния по большому кругу, указанного в форме 41.Поскольку уравнение дальности не учитывает взлет, посадку, задержки рейсов и непрямой маршрут, расчетная дальность должна быть больше, чем фактическое расстояние полета, что и показано на рисунке. Из-за ограниченных данных об аэродинамике и весе конструкции для некоторых самолетов используются только 23 типа самолетов, эксплуатировавшихся в период 1991–1998 гг. (За исключением DC9-10, DC9-40, DC9-50, B707 и B720). Расчетная длина ступени больше фактической длины ступени примерно на 10–30 % для дальнемагистральных самолетов, а отклонение постепенно увеличивается до 120 % для ближнемагистральных самолетов.Хотя за эту тенденцию могут быть ответственны несколько факторов, наиболее важной причиной является влияние некруизных, неидеальных участков полета в реальных полетах воздушных судов. То есть все топливо, израсходованное на земле и на холостом ходу, рулении, взлете и посадке, не влияет на фактическую длину этапа. Кроме того, задержки рейсов как на земле, так и в воздухе также приводят к дополнительному расходу топлива, что не влияет на фактическую длину этапа. Кроме того, топливная загрузка в этом сравнении берется непосредственно из заявленных объемов выданного топлива.Возможно, не все выданное топливо было израсходовано, и в этом случае дальность полета завышена.

Корректировка расхода топлива для неполетных полетов и задержек на земле и в полете может быть сделана путем умножения уравнения дальности на бортовую и наземную эффективность, η _a и η _g , произведение которых равно общая эффективность полетного времени, η _футов , как описано в разделе 4.2. Для расчета этих показателей эффективности был рассчитан минимальный налет в предположении, что все самолеты летают со скоростью 0 Маха.80 и на высоте 10,7 км. Как показано на рисунке 14, η _a и η _g увеличиваются с увеличением длины ступени. Меньшая неэффективность полетного времени (η _футов ), связанная с самолетами малой дальности, связана с тем, что более 40% времени блока приходится на сегменты некруизного полета (14, 21; см. также 21A). Дальнемагистральные самолеты работают ближе к идеалу, поскольку общая эффективность полетного времени приближается к 1,0. Умножая результаты уравнения дальности на η _футов , можно скорректировать отклонение между расчетной и фактической дальностью, как показано на рисунке 13.В среднем оставшиеся отклонения составляют около 10 % для всех типов самолетов со стандартным отклонением ±6 %, что указывает на то, что большинство ошибок, связанных с систематической разницей между самолетами малой и большой дальности, были исправлены. Остальные отличия могут быть связаны с неточностью определения количества запаса топлива, неучтенными весовыми элементами и изменчивостью ЛТХ в процессе полета.

5.2. Энергоемкость

Преобразовав уравнение дальности Бреге, самолет E _I можно смоделировать по уравнению 2.

2

где E _I – энергоемкость (в кг-топлива/кпк или мегаджоулей/кпк), E _U – энергопотребление (в кг-топлива/кк или мегаджоулей/кпк), η _I – топливная эффективность (в RPK/кг топлива или RPK/мегаджоуль), η _U – топливная эффективность (в ASK/кг топлива или ASK/мегаджоуль), α – коэффициент загрузки пассажиров (RPK/ASK), Q — низшая теплотворная способность реактивного топлива, SL — длина ступени, рассчитанная по уравнению дальности, W _f — вес топлива, W _i — вес пассажира плюс багаж (90.7 кг по форме 41), W _p – вес полезной нагрузки, W _r – вес резервного топлива, W _s – вес конструкции.

E _U (мегаджоули/ASK) отражает эффективность механических характеристик авиационных систем, измеряемую потенциальной полезностью. E _U практически не зависит от коэффициента нагрузки. Это связано со слабой зависимостью дальности полета от α из-за изменения полезной нагрузки и веса конструкции.В диапазоне коэффициентов перегрузки, типичных для современных самолетов (0,75–0,9), E _U остается постоянным с точностью до 3% и поэтому может считаться эталонным значением.

95% доверительный интервал (2σ) в E _I из-за неопределенностей в параметрах технологии и работоспособности составляет ±22,3%, исходя из среднего значения всех распространяемых ошибок для 31 типа воздушных судов. SFC и L / D оказывают наибольшее влияние на распространение ошибки.Поскольку интервал ошибки 2σ для рассчитанного E _I составляет примерно ±30 %, на основе кривой, соответствующей фактическим E _I , рассчитанным по данным формы 41, распространенная ошибка учитывает параметры технологии и работоспособности. около 74% от общей дисперсии расчетных значений эффективности использования топлива.

Используя разложение уравнения E _I в ряд Тейлора, можно количественно оценить влияние технологии и эксплуатации на расход авиационного топлива.В целом, E _I можно снизить на 2,7 % за счет одновременного повышения эффективности двигателя, аэродинамики и конструкции на 1 %. Структурная эффективность не имеет такого сильного влияния, как SFC или L / D . Улучшение E _I за счет снижения веса конструкции на 1% варьируется от 0,7% для более крупных самолетов до 0,75% для самолетов меньшего размера. Основываясь на этих коэффициентах влияния и историческом постоянстве η 90 662 ft 90 663 и OEW/MTOW, мы оцениваем, что сокращение числа самолетов E _I с 1959 г. может быть связано с улучшением SFC (57%) и L / Д (22%), а также к увеличению коэффициента загрузки (17%) и другим изменениям, в том числе вместимости (4%).Опять же, эти характеристики взаимозависимы, и важно отметить, что улучшения в одних категориях достигаются за счет улучшений в других. Если в качестве резерва перевозится меньше топлива, E _I также может быть уменьшено.

Все комбинации фюзеляжа и двигателя самолета имеют почти одинаковый потенциал повышения эффективности использования топлива в отношении технологических усовершенствований. Во многом это связано с тем, что самолеты рассмотренных нами типов имеют сходные геометрические конфигурации.Таким образом, для всех типов коммерческих реактивных самолетов, как ближнемагистральных, так и дальнемагистральных, потенциал сокращения выбросов за счет технического прогресса примерно одинаков. Однако возможность снижения авиационной эмиссии зависит от стоимостного аспекта разработки и эксплуатации воздушных судов, который более подробно рассматривается в следующих разделах.

5.3. Влияние на прямые эксплуатационные расходы и цену

Существует тесная связь между DOC/RPK и эффективностью использования топлива. На рисунке 15 показана зависимость DOC/RPK от топливной экономичности (здесь в RPK/кг топлива) для 31 выбранного типа самолетов в период 1968–1998 гг.Путем логарифмического преобразования как DOC/RPK, так и эффективности использования топлива и выполнения регрессии наименьших квадратов получается модель логарифмически-линейной регрессии в уравнении 3. В уравнении 3 параметр эффективности использования топлива (η _I ) является обратной величиной E _I .

3

где n равно 466, стандартная ошибка 0,204, R ² равно 0,788, а t — статистика для коэффициентов 41,5 и 60,6 соответственно.

Соотношение DOC/RPK–эффективность использования топлива указывает на использование технологических достижений в целях снижения эксплуатационных расходов.Однако сокращение будущих затрат достигается за счет более высоких капитальных и инвестиционных затрат. То есть авиакомпании готовы платить более высокую стоимость приобретения, если они могут получить выгоду от экономии DOC, в основном за счет снижения затрат на топливо и техническое обслуживание в течение всего срока службы самолета. График зависимости цены самолета за место от DOC/RPK на рисунке 16 показывает, что цена самолета обратно пропорциональна DOC. Например, стоимость эксплуатации DC9-30 составляет около 5,6 цента за RPK, а его закупочная цена составляла около 160 000 долларов за место.Для сравнения, DOC для B777 составляет всего 1,4 цента за RPK, тогда как его покупная цена составляет около 400 000 долларов за место. Выполняя регрессию по методу наименьших квадратов в логарифмически-линейной шкале, модель регрессии в уравнении 4 была получена для количественной оценки взаимосвязей на рисунке 16. 2 равно 0,754, а t — статистика по коэффициентам 9,43 и 88,9 соответственно.

95% доверительные интервалы для оценок затрат, сделанных с помощью регрессионных моделей, показанных в уравнениях 3 и 4, составляют приблизительно ±40% для DOC/RPK и ±30% для цены/места для самолетов типа B777.Поскольку 2σ-распространенные ошибки моделей DOC и цены составляют ±21,6% и ±11,9% соответственно, не все ошибки объясняются неопределенностями в параметрах технологии и работоспособности.

Цена самолета является индикатором технического прогресса, но на нее также влияют многие другие экзогенные факторы, такие как цены на топливо, налоговые ставки и арендные ставки, а также переговоры авиакомпаний с производителями и дополнительные спецификации. Однако, несмотря на то, что относительно большие колебания цен на воздушные суда показывают, что топливная эффективность или DOC сами по себе не могут полностью отразить экономическое поведение цен на воздушные суда, эти тенденции статистически значимы.Таким образом, отношения DOC-топливная эффективность и цена-DOC подразумевают потенциальное ограничение сокращения выбросов в авиационном секторе. Если относительные изменения DOC и цены по отношению к технологическим усовершенствованиям происходят на исторических уровнях, авиакомпании будут продолжать внедрять новые и более эффективные технологии по более высокой цене, уравновешенной обещанием достаточных доходов в будущем. Однако неясно, могут ли будущие технологии поставляться с приемлемым соотношением цены и DOC. Если цена слишком высока, авиакомпании могут не захотеть платить больше, и в этом случае дальнейшее улучшение экологических показателей авиационного сектора может быть ограничено.В крайнем случае, дальнейшее снижение DOC/RPK на 5% обойдется примерно в 8000 долларов США за место в покупной цене и приведет к повышению эффективности использования топлива на 5%.

6. БУДУЩИЕ ТЕНДЕНЦИИ В ХАРАКТЕРИСТИКАХ И СТОИМОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Полезно и необходимо исследовать потенциал будущих изменений, обусловленный историческими тенденциями, и понять, как такие оценки отражают текущие приоритеты. В этом разделе экстраполируются исторические тенденции для оценки возможных темпов технологических и эксплуатационных изменений для самолетов следующего поколения, которые будут представлены к 2025 году.Учитывая текущие темпы отставания эффективности парка, ожидается, что эта лучшая технология будет соответствовать среднему парку примерно к 2050 году. Поскольку используется горизонт 2025 года, мы не рассматривали альтернативные варианты топлива. На рисунке 17 показаны прогнозы этого исследования для типичного самолета будущего, полученные на основе сравнения исторических тенденций, оценок технологий и внедрения технологий в краткосрочной перспективе для SFC, L / D , структурной эффективности, коэффициента нагрузки и η _футов . , как обсуждалось в разделе 6.1. Определенные ранее коэффициенты влияния технологии позволяют преобразовать технологические усовершенствования в общее сокращение E _I или E _U . ⁶ B777 используется в качестве базового самолета на рис. 17. Для SFC, L / D и структурной эффективности ежегодные темпы изменений предполагаются равными 0,5–1,0 %, 0,3–0,5 % и 0,0–0,4% соответственно, что приведет к сокращению E _U на 25–45% к 2025 году. Это эквивалентно 1.Изменение E _U на 0–2,0 % в год, 40–75 % среднего показателя за предыдущие 35 лет. С точки зрения E _I добавление коэффициента загрузки и эволюции ATM приводит к расчетной скорости 1,2–2,2% в год или 30–50% к 2025 году. Для сравнения, включенные в график опубликованы прогнозы, основанные на исторической тенденции будущего самолета E _I (18, 22). Мы используем самолеты, типичные для новых систем в базовом году, A320-100/200 за 1990–1995 годы и B777 за 1995–2000 годы, чтобы разместить оценки на графике.НАСА также спрогнозировало топливную эффективность 100, 150, 225, 300 и 600 пассажирских самолетов по отдельности для внутренних исследований, наиболее вероятные сценарии которых показаны на рисунке 17 (см. сноску 1). Первые две размерные категории характерны для семейств B737 и A320, а последние три — для B757/A300, B767-777/A340 и B747/A380 соответственно.

Предполагается, что улучшения коэффициента нагрузки будут одинаковыми для всех исследований, поэтому различия в прогнозах связаны с различными предположениями о будущих изменениях технологии.В целом, тенденции, предложенные некоторыми другими показанными исследованиями, отражают более оптимистичный взгляд на технологическое развитие, чем того требует история. За исключением исследования Департамента гражданской авиации Нидерландов (см. сноску 1), в котором прогнозируется сокращение количества E _U на 1,0% в год, исследования по-разному оценивают темпы изменений в среднем на 2,1–2,9% в течение следующего года. 25 лет (18, 22) (см. сноску 1). Одна из причин различия между историей и прогнозом может заключаться в том, что успех исследования приравнивается к внедрению технологии.

На рис. 17 основное внимание уделяется отдельным самолетам E _U относительно года выпуска, а не среднему парку E _U . Последнее, возможно, представляет больший интерес, и различные прогнозы, встречающиеся в литературе, обычно дают оценки и для него. Как показано на рис. 6, за период 1971–1985 гг. авиакомпании сочли рентабельным снижение средней энергоемкости парка самолетов в среднем на 4,6% в год ( E _I ) на основе RPK, что приводит к более медленному 2.Улучшение на 7 % на основе ASK после исключения фактора нагрузки ( E _U ). Однако за период 1985–1998 гг. скорость изменений была ниже и составляла примерно 2,2% в E _I и 1,2% в год в E _U . Приведенные в литературе прогнозы по среднему автопарку включают влияние оборота флота и предполагают ежегодное изменение среднего автопарка на 1,3–2,5% E _I (2, 16, 17, 21; см. также 21A) и 0,7–1,3% в год. изменение года в E _U (2) (см. сноску 1).Эти исследования согласуются с последними историческими тенденциями.

В разделе 6.1 исторические данные рассматриваются более подробно и эти сравнения рассматриваются в контексте отдельных факторов, влияющих на эффективность авиационной системы. В разделе 6.2 оценивается влияние улучшений в E _I на затраты.

6.1. Технологические и эксплуатационные изменения для снижения энергоемкости

Как обсуждалось ранее, самолет E _I зависит от технологической эффективности, связанной с двигателем, аэродинамикой и конструкцией самолета, а также от эксплуатационной эффективности, связанной с задержками и использованием вместимости самолета.Будущие прогнозы технологической эффективности включены вместе с историческими тенденциями на рисунках 7 a – c . При недавних темпах улучшения, примерно на 1,0% в год с 1970 г., ожидается, что SFC снизится на 20% к 2025 г., тогда как экстраполяция средней исторической тенденции с 1959 г. (1,5% в год) предполагает улучшение на 30%. Средний SFC в круизном парке, отражающий внедрение технологий, улучшался на 0,5% в год, прежде всего потому, что большинство усовершенствований двигателей было сделано применительно к дальнемагистральным самолетам, которые исторически составляли только 55% годового пассажиро-мили.Двигатель PW8000, турбовентиляторный двигатель с редуктором, предложенный для использования на самолетах вместимостью от 150 до 180 мест, отражает промежуточную скорость изменения SFC между недавней и полной историями на уровне 0,8% в год (см. рис. 7 и ) (48A). На основании прогнозов по технологии двигателей, рассмотренных Группой инженерно-технической поддержки (14) и Грином (18, 19), возможно снижение SFC на 10–20 % за счет разработки турбовентиляторных двигателей со сверхвысокой степенью двухконтурности и использования винтовентиляторной технологии. может привести к снижению SFC на 20-30%.Однако ограничения по шуму и приемлемость для пассажиров могут ограничить внедрение двигателей без воздуховодов. Основываясь на недавних исторических тенденциях и прогнозируемых характеристиках двигателя PW8000, мы предполагаем, что ежегодные темпы улучшения составят 0,5–1,0 %, что эквивалентно снижению SFC на 15–25 % к 2025 году.

как по аэродинамическим, так и по конструктивным характеристикам. Исторически аэродинамическая эффективность улучшалась в среднем на 0,4% в год, и сохранение этого темпа привело бы к увеличению L / D на 10% к 2025 году, аналогично тому, что было предложено Национальным исследовательским советом по аэронавтике и космической технике. Плата (22) (см. рис. 7 b ).Технологические оценки показывают, что полное управление ламинарным потоком по хорде может привести к экономии топлива до 25% (14, 18, 22, 49), что при такой скорости изменений не будет характерно для новых самолетов более 50 лет назад. будущее. Учитывая, что это изменение может быть оптимистичным из-за проблем с эксплуатационной реализацией (18), мы предполагаем диапазон, который отражает изменчивость, связанную с улучшением аэродинамических технологий, наблюдаемую в исторических тенденциях, эквивалентную годовому улучшению на 0,3–0,5% или 10–15. % увеличение L / D к 2025 году.

Отсутствие исторического улучшения структурной эффективности предполагает, что снижение веса будет компенсировано дополнительным весом для других целей (например, двигатели, развлечения и т. д.). Похоже, что A380, очень крупный самолет следующего поколения, продолжает эту тенденцию (см. рис. 7 c ) (50). Однако, если более легкие и высокопрочные материалы можно заменить в преимущественно металлических конструкциях современных самолетов, можно добиться значительного сокращения расхода топлива. Оценки предусматривают снижение веса на 10-15 % к 2010 г. по сравнению с самолетами 1990-х годов с потенциалом экономии 30 % за счет использования композитов в той мере, в какой они в настоящее время используются для некоторых военных применений (14, 18, 22).Опять же, чтобы приспособиться к такому видению будущего, потребуется серьезный сдвиг в исторических тенденциях. Мы предполагаем, что к 2025 году за счет использования композитных материалов произойдет снижение массы самолета на 0–10 %, что эквивалентно ежегодному изменению на 0,0–0,4 %.

Улучшение расписания и использование оборудования могут улучшить коэффициент загрузки (например, 49), но загруженность и низкий коэффициент загрузки во время рейсов ранним утром/поздним вечером могут ограничить улучшение до 0,74 к 2019 г. (9). Это представляет собой продолжение недавних исторических тенденций.При таких темпах улучшения, около 0,2 % в год, ожидается, что к 2025 г. средний мировой коэффициент загрузки достигнет примерно 0,77. нынешние уровни, 0,90 для η _a , 0,85 для η _g и 0,75 для η _ft . Обратите внимание, что η _фут относится к верхней границе эксплуатации прямого полета с постоянной крейсерской скоростью без дополнительных затрат времени на руление, набор высоты или снижение, и маловероятно, что эксплуатационные улучшения могут привести к η _фут >0 .90. Хотя некоторые исследования предполагают, что неоптимальное использование воздушного пространства и наземной инфраструктуры будет сокращено за счет контроля перегрузок (2), такие улучшения могут только поддерживать текущую эффективность, поскольку рост воздушного движения остается сильным (например, 18). Обратите внимание, что для отдельного самолета увеличение количества посадочных мест для аналогичной конструкции также улучшит E _I . Таким образом, для E _I выгодна расстановка сидений, при которой используется небольшая площадь пола на одно сиденье.Эта тенденция касается и флота в целом. Было подсчитано, что среднее количество мест на самолет будет расти на 1,0% ежегодно в течение следующих 20 лет (9).

6.2. Экономические характеристики будущих самолетов

По сравнению с прогнозами технологических и эксплуатационных усовершенствований эволюции экономических характеристик будущих авиационных систем в ответ на технологические усовершенствования уделялось относительно мало внимания. Мы предполагаем, что цена на топливо остается на уровне 1995 года ($0,00).14 за литр), категории DOC остаются в своих нынешних пропорциях, а соотношение цены и DOC остается неизменным благодаря колебаниям в экономике. В целом значимость прогнозов затрат в этом разделе заключается не столько в абсолютных значениях, сколько в чувствительности прогнозов к технологическим усовершенствованиям. DOC ежегодно снижался на 3,3% в период 1959–1995 гг., В то время как цены на ближне- и дальнемагистральные самолеты в расчете на одно место росли примерно на 2,3% в год, что составляет примерно 1,4. Тенденции для технологий указывают на то, что DOC и цена самолетов будут меняться медленнее, сократившись на 1.8%–2,6% в год для DOC и увеличение на 1,0–1,4% в год по цене. Более высокое соотношение DOC/цена, составляющее 1,8–1,9, указывает на то, что дальнейшее снижение DOC за счет улучшения технологий, ОрВД или коэффициента загрузки приводит к более высоким капитальным затратам.

На рисунках 10 и 11 прогнозные оценки DOC и цены показаны на основе будущих технологий и операционных тенденций, обсуждавшихся ранее. В качестве основы для этих прогнозов DOC/RPK и цена/место для типичного существующего самолета оцениваются с использованием летно-технических характеристик B777 и корреляции между технологией, DOC и ценой, обсуждаемой в разделе 5 (см. уравнения 3 и 4).Показаны прогностические доверительные интервалы для этих оценок. Влияние затрат и надбавок к цене, предъявляемых к B777, помимо тех, которые связаны с эффективностью использования топлива, не учитываются уравнениями 3 и 4. В других случаях скидка в цене может быть результатом функций, нежелательных в эксплуатации. Тем не менее, цена B777, сгенерированная моделью, служит точкой сравнения для будущих прогнозов, где акцент делается на относительных изменениях затрат в связи с развитием технологий. Прогнозируется, что снижение E _I за период 1995–2025 гг. приведет к сокращению эксплуатационных расходов на 40–55 % и увеличению цен на самолеты на 30–35 %.

Изменчивость цен на топливо может маскировать снижение E _I . Авиакомпании реагируют на повышение цен на топливо двумя способами. В краткосрочной перспективе увеличение DOC, вероятно, будет нести пассажиры за счет повышения стоимости билетов. Авиакомпании также в некоторой степени изменят методы работы, чтобы уменьшить бремя увеличения расходов на топливо (46). В зависимости от готовности авиапассажиров платить, на которую в значительной степени влияют индивидуальный доход, ограничения по времени в пути и стоимость других конкурентоспособных видов транспорта, общий спрос на авиаперелеты снижается.Однако в долгосрочной перспективе ожидается, что авиакомпании снизят свои эксплуатационные расходы, заменив старые самолеты в своих парках более экономичными самолетами. На рисунке 18 показано историческое влияние изменения цен на топливо на взаимосвязь между E _I и DOC. Нижняя кривая представляет соотношение в период 1996–1998 годов, когда средняя цена на топливо составляла 0,15 доллара за литр (0,57 доллара за галлон). Верхняя кривая представляет зависимость за период 1980–1982 гг., когда средняя цена на топливо составляла 0 долларов.44 доллара за литр (1,65 доллара за галлон). Обратите внимание, что стоимость топлива не нормализована ни для одного случая (как это было для рисунка 15 и уравнений 3 и 4). Значительное повышение цены на топливо, на 1,08 доллара за галлон, или 190%, повысило DOC самолета на 60–70%, а повышение цены на топливо более серьезно наказало менее экономичные самолеты. В примере на Рисунке 18 устойчивый рост цен заставит авиакомпании компенсировать увеличение DOC, сдвинувшись вправо по верхней кривой за счет внедрения новых, более эффективных технологий, а также за счет увеличения коэффициента загрузки.В результате исторические тенденции, показанные на рис. 18, предполагают, что 190-процентное увеличение цены на топливо, как ожидается, в долгосрочной перспективе приведет к 45-процентному улучшению E _I , разницы между двумя кривыми. на том же уровне DOC.

С точки зрения регулирования эластичность между стоимостью топлива и E _I является важным исходным параметром. Политические подходы к сокращению выбросов, поскольку они применяются к проблемам качества воздуха, отмечены требованиями к технической осуществимости, стоимости и соображениям безопасности.Было предложено множество вариантов снижения выбросов, включая более высокие налоги на топливо, сборы за выбросы, предельные или предельные значения выбросов, торговлю выбросами, ужесточение стандартов сертификации, мандаты на модернизацию, добровольные действия, управление спросом и возможность бездействия. Хотя в ходе переговоров будет определена форма такой политики, все они в основном предполагают рассмотрение эффективности как технологических, так и операционных стратегий повышения эффективности системы и сокращения выбросов.Мы не можем предсказать будущее, поскольку оно касается доступности технологий и их стоимости, ограничений инфраструктуры и воздушного пространства или фактического роста авиаперевозок. Тем не менее, исторические записи содержат некоторые важные взаимосвязи между технологией, работоспособностью и стоимостью. Если отрасль будет развиваться при нынешнем наборе правил принятия решений, технологических и бизнес-правил, есть большая вероятность, что следующие несколько десятилетий будут отражать исторические тенденции.

7.РЕЗЮМЕ

Ожидается, что авиационные выбросы увеличатся и составят большую долю общего антропогенного воздействия на климат. Было подсчитано, что авиационные выбросы составляли 3,5% от общего антропогенного радиационного воздействия в 1992 г. Хотя состав авиационных выбросов аналогичен другим видам транспорта, использующим ископаемые виды топлива, влияние авиационных выбросов на атмосферу осуществляется через другие механизмы. , что приводит к сравнительно большему воздействию на атмосферу на единицу массы.Кроме того, рост авиаперевозок (5,5 % в год) опережает сокращение в E _I (3,3 % в год) и будет продолжать расти в обозримом будущем, возможно, в большей степени. Мы представили физическую модель, основанную на уравнении запаса хода Бреге и статистических моделях, основанных на исторических данных, которые вместе компактно объясняют взаимосвязь между технологией, стоимостью и показателями выбросов. Анализ показывает, что 57 % сокращений E _I в период 1959–1995 гг. произошло за счет повышения эффективности двигателей, 22 % — за счет повышения аэродинамической эффективности, 17 % — за счет более эффективного использования самолетов. грузоподъемности, а 4 % — за счет других изменений, таких как увеличение размера самолета.В сочетании с пониманием исторических тенденций были оценены темпы будущих изменений в технологии и эксплуатации, а также влияние этих изменений на операционные и капитальные затраты. Эти исторически обоснованные прогнозы показывают, что типичные используемые самолеты E _I , как ожидается, будут снижаться со скоростью 1,2%–2,2% в год, темпы изменений недостаточны для противодействия прогнозируемым ежегодным 4–6% рост спроса на авиаперевозки. Если не будут приняты меры для существенного изменения преобладающих исторических темпов изменений в технологиях и операциях, воздействие авиационной эмиссии на местное качество воздуха и климат будет продолжать расти.

ПРИЗНАТЕЛЬНОСТЬ

Эта работа была профинансирована благодаря щедрой поддержке Программы совместной мобильности Массачусетского технологического института, Центра экологических инициатив Массачусетского технологического института и Альянса MIT за глобальную устойчивость. Мы хотели бы поблагодарить Раффи Бабикяна из Лаборатории газовых турбин Массачусетского технологического института за его вклад в уточнение и редактирование материала, разработанного для этой статьи, и Дайану Парк из Лаборатории газовых турбин Массачусетского технологического института за подготовку этой статьи. Мы благодарны нашим рецензентам за время и внимание, а также за размышления о наших исследованиях, предоставленные Питером Белобаба из отдела аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института.Мы также хотели бы поблагодарить Билла Халлера из Исследовательского центра Гленна НАСА, Пола Гелхаузена из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли и Управление информации об авиакомпаниях Министерства транспорта США за их помощь в получении и оценке данных и анализе.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

• 1. 

  Lakshmanan TR, Han X. 1997 . Факторы, лежащие в основе транспортных выбросов CO ₂ в США: анализ разложения. Трансп. Рез. Д 2(1):1–15

• 2.

  Penner JE, Lister DH, Griggs DJ, Dokken DJ, McFarland M, eds. 1999 . Авиация и глобальная атмосфера: специальный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Кембридж, Великобритания: Кембриджский унив. Пресс

• 3. 

  Шафер А. 2000 . Закономерности спроса на поездки: международная перспектива. Дж. Трансп. Стат. 3(3):1–31

• 4.

  Захави Ю. 1981 . UMOT-городские взаимодействия . DOT-RSPA-DPB 10 / 7 . Вашингтон, округ Колумбия: Департамент США. трансп.

• 5. 

  Шафер А, Виктор Д. 2000 . Будущая мобильность населения мира. Трансп. Рез. A 34(3):171–205 Другие статьи AR со ссылкой на эту ссылку
  • Дэвид Банистер, Карен Андертон, Дэвид Бонилла, Моше Дживони и Тим Шванен

Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов Том.36: 247 — 270

6. 

Шафер А, Виктор Д. 1999 . Пассажирские перевозки по всему миру: влияние на выбросы CO ₂ . Энергетика Интерн. J. 24(8):657–79

7. 

Houghton JT, Callander BA, Varney SK, eds. 1992 . Изменение климата, 1992 г.: Дополнительный отчет для Научной рабочей группы I МГЭИК .Кембридж, Великобритания: Кембриджский унив. Пресс

8. 

Боинг. 2000 . Текущий обзор рынка . Сиэтл, Вашингтон: Boeing Co.

9. 

Airbus. 2000 . Прогноз мирового рынка на 2000–2019 гг. . Тулуза, Франция: Airbus Ind.

10. 

US FAA. 2000 . Аэрокосмические прогнозы FAA на 2000–2011 финансовые годы . Вашингтон, округ Колумбия: Фед. Авиа. Админ.

11. 

ИКАО. 1997 . Перспективы воздушного транспорта до 2005 года . Циркуляр ИКАО. 270-АТ / 111 . Монреаль, Кан: Int. Гражданский. Авиа. Орган.

12. 

Жанниот П.Дж. 1999 . Годовой отчет за 1999 г. . Монреаль, Кан: Int. Эйр Трансп. доц.

13. 

МЭА. 1996 . Энергетические балансы стран ОЭСР и стран, не входящих в ОЭСР . Париж: Междунар. Энергия Аг./Орган. Экон. Куп. Дев.

14. 

англ.Технол. Группа поддержки, стратег. Стад. отд. 1994 . Оценка UK Energy Research , Разработка , Демонстрация , и Распространение . Оксон, Великобритания: HMSO

15. 

Хасан С. 1997 . Web-ACSYNT: анализ систем самолета на концептуальном уровне в Интернете . Представлен на World Aviat. Congr., Anaheim, CA

16. 

Vedantham A, Oppenheimer M. 1994 . Авиационная эмиссия и глобальная атмосфера: долгосрочные сценарии . Нью-Йорк: Окружающая среда. Защ. Fund

17. 

Vedantham A, Oppenheimer M. 1998 . Долгосрочные сценарии для авиации: спрос и выбросы CO ₂ и NO _x . Energy Policy 26(8):625–41

18. 

Greene DL. 1992 . Потенциал повышения энергоэффективности коммерческих самолетов. год. Преподобный Energy Environment. 17:537–73

19. 

Грин Д.Л. 1995 . Энергопотребление и выбросы коммерческого воздушного транспорта: достаточно ли технологий? Представлено на конференции 1995 г. Поддерживать. трансп. Energy Strateg., Pacific Grove, CA

20. 

Балашов Б., Смит А. 1992 . ИКАО анализирует тенденции потребления топлива авиакомпаниями мира. ICAO J. Aug:18–21

21.

Baughcum SL, Henderson SC, Sutkus DJ. 1998 . Запланированные кадастры выбросов гражданских воздушных судов, прогнозируемые на 2015 год: разработка и анализ базы данных . NASA-CR-1998–207638 . Хэмптон, Вирджиния: NASA Langley Res. цент.

21А.

Baughcum SL, Tritz TG, Henderson SC, Pickett DC. 1996 . Запланированные кадастры выбросов гражданских самолетов на 1992 год: разработка и анализ базы данных . НАСА-CR-4700. Хэмптон, Вирджиния: NASA Langley Res. цент.

22. 

Нац. Рез. Совет Аэронавт. Космический инж. Доска. 1992 . Авиационные технологии XXI века . Вашингтон, округ Колумбия: Natl. акад.

23. 

Агентство по охране окружающей среды США. 1999 . Оценка выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от дозвуковых коммерческих реактивных самолетов , EPA 420-R-99–013 . Вашингтон, округ Колумбия: Окружающая среда. прот. Агентство

24.

США GAO. 2000 . Авиация и окружающая среда: влияние авиации на глобальную атмосферу потенциально значительно и ожидается, что оно возрастет . GAO / RCED-00–57 . Вашингтон, округ Колумбия: Генерал Акк. Выключенный.

25. 

Элвуд Дж.Х. 1996 . Текущие сертификационные требования . Представлено на Симп. Глобальный Атмос. Effects Aviat., Virginia Beach, VA

26. 

US Code Fed. Регул. Раздел 42 — Общественное здравоохранение и социальное обеспечение .Глава 85: Предотвращение и контроль загрязнения воздуха . Подраздел 2: Нормы выбросов для движущихся источников . Часть B: Стандарты эмиссии воздушных судов . Вашингтон, округ Колумбия: Gov. Print. Выключенный.

27. 

Агентство по охране окружающей среды США. 1973 . Стандарты выбросов и процедуры испытаний для самолетов. 38 ФР 136 Фед. Регистрация 19087-103 . Вашингтон, округ Колумбия: Gov. Print. Выключенный.

28. 

Код ФРС США. Регул. Раздел 40 — Защита окружающей среды .Глава 1: Агентство по охране окружающей среды . Подраздел C: Воздушные программы , Раздел 87: Контроль загрязнения воздуха для самолетов и авиационных двигателей . Вашингтон, округ Колумбия: Gov. Print. Выключенный.

29. 

Федеральное управление гражданской авиации США. 1973 . Первоначальное соответствие стандартам выбросов воздушных судов, выпущенным Агентством по охране окружающей среды . 38 ФР 211 Фед. Регистрация 35437-441 . Вашингтон, округ Колумбия: Gov. Print. Выключенный.

30. 

Агентство по охране окружающей среды США. 1976 . Сверхзвуковой самолет . 41 ФР 159 Фед. Регистрация 34721-735 . Вашингтон, округ Колумбия: Gov. Print. Выключенный.

31. 

Агентство по охране окружающей среды США. 1997 . Борьба с загрязнением воздуха самолетами и авиационными двигателями ; Стандарты выбросов и процедуры испытаний ; Окончательное и предлагаемое правило. 62 ФР 89 25355–367 . Вашингтон, округ Колумбия: Gov. Print. Выключенный.

31А.

США DOT, FAA. 1999 . Нормы выбросов для самолетов с турбинными двигателями . Последнее правило. 64 ФР 22 Фед. Регистрация 5556–60 . Вашингтон, округ Колумбия: Gov. Print. Выключенный.

32. 

ЦАПО Работа. Группа 1. 1991 . Техническое задание для Рабочей группы 1 . Монреаль, Кан: Int. Гражданская авиация. Орг.

33. 

Шуман У. 2000 . Влияние КПД движителя на формирование инверсионного следа. Аэросп. науч. Технол. 4:391–401

34. 

Schumann U, Busen R, Plohr M. 2000 . Экспериментальная проверка влияния КПД движителя на формирование инверсионного следа. Дж. Эйркр. 37:1083–87 Другие статьи AR со ссылкой на эту ссылку

• Roberto Paoli ^1, и Karim Shariff ²

Ежегодный обзор гидромеханики Том.48: 393 — 427

35. 

Томас А., Ричардс Дж., ред. 1995 . Справочник цен на коммерческие, региональные и пригородные самолеты . Оклахома-Сити, Оклахома: Руководство по ценам на авиалайнеры. Осеннее изд.

36. 

US DOT, Bur. трансп. Стат., оф. Эйрл. Инф. 1999 . Форма 41 Приложение P-5.2 и Приложение T-2 за 1968–98 годы .Вашингтон, округ Колумбия: отд. трансп.

37. 

Gunston B, изд. 1998 . Авиадвигатели Джейн . Александрия, Вирджиния: Джейн Инф. Группа

38. 

Mattingly JD. 1996 . Элементы ГТД . Нью-Йорк: McGraw-Hill

39. 

ИКАО. 1995 . Банк данных ИКАО по выбросам выхлопных газов двигателей . Монреаль, Кан: Int. Гражданская авиация. Орг. 1-е изд.

40.

Ли Джей Джей. 2000 . Исторические и будущие тенденции в характеристиках самолетов , стоимости , и эмиссии . Магистерская диссертация, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс. 160 стр.

41. 

Bushnell DM. 1998 . Границы применения «Дизайнерской гидромеханики» — видение и реальность . АИАА 98–0001 . Хэмптон, Вирджиния: NASA Langley Res. цент.

42. 

Джейн Инф. Группа. 1999 . Всемирный самолет Джейн . Нью-Йорк: Samson Low, Martin

43. 

US Code Fed. Регул. Раздел 14 — Аэронавтика и космос . Глава 1: Федеральное авиационное управление . Часть 91: Общие правила эксплуатации и полетов . Разд. 91.151: Требования к топливу для полета в условиях ПВП . Вашингтон, округ Колумбия: Gov. Print. Выключенный.

44. 

Лукачко С.П., Вайц И.А. 1997 . Влияние старения двигателя на самолет NO _x Выбросы , ASME 97-GT-386 . Представлено в Int. Газотурбинный авиадвигатель Congr. Выставка, Орландо, Флорида

45. 

ATA. 1998 . Справочник авиакомпаний . Вашингтон, округ Колумбия: Air Transp. доц.

46. 

Моррисон С.А. 1984 . Экономический анализ конструкции самолета. Дж. Трансп. Экон. Политика 18(2):123–43

47.

Арготе Л., Эппл Д. 1990 . Кривые обучения в производстве. Science 247: 920-24 Подробнее AR Статьи со ссылкой на эту ссылку

• Эрин Бейкер, ¹ Meredith Fowerie, ² Derek Lemoine, ³ и Стэнли С. Рейнольдс ³

Annual Review of Resource Economics Том.5: 387 — 426

Кристиан Азар

Hadi Dowlatabadi

Ежегодный обзор энергетики и окружающей среды Том.24: 513 — 544

Арнульф Грюблер и Небойша Накиченович

Дэвид Г. Виктор

Ежегодный обзор энергетики и окружающей среды Том.24: 545 — 569

48. 

Маркс В., Маврис Д.Н., Шраге Д.П. 1998 . Анализ затрат/времени для теоретического производства самолетов. Дж. Эйркр. 35(4):637–46

48А.

49. 

Баррет М. 1991 . Загрязнение с воздуха: воздействие на окружающую среду и будущие решения .WWF Рез. Пап. Лондон: World Wildl. Fund

50. 

Canto RJr . 2000 . A3XX . Слайд-презентация. Представлено в Mass. Inst. Технол. Тулуза, Франция: Airbus Ind.

Отдел транспортных исследований, Школа географии и окружающей среды, Оксфордский университет, Оксфорд, OX1 3QY, Великобритания; электронная почта: [email protected]

1 CERFACS, 31057 Toulouse Cedex 01, Франция; электронная почта: [email protected]

2 Исследовательский центр Эймса НАСА, Моффет Филд, Калифорния 94035; электронная почта: [email protected]

1 Департамент механических и промышленная инженерия, Массачусетский университет, Амхерст, Массачусетс 01003; электронная почта: [email protected]

2 Департамент экономики сельского хозяйства и ресурсов Калифорнийского университета, Беркли, Калифорния 94720; электронная почта: [email protected]

3 Экономический факультет Аризонского университета, Тусон, Аризона, 85721; электронная почта: [email protected], [email protected]

Институт теории физических ресурсов, Технологический университет Чалмерса/Гетеборгский университет, Гётеборг, Швеция; электронная почта: [email protected]

Департамент инженерии и государственной политики, Центр комплексного изучения человеческих аспектов глобальных изменений, Университет Карнеги-Меллона, Питтсбург, Пенсильвания, и Resources for the Future, Вашингтон, округ Колумбия; электронная почта: [email protected]

Международный институт прикладного системного анализа, Лаксенбург, A-2361 Австрия; электронная почта: [email protected] , [email protected]

Совет по международным отношениям, Нью-Йорк, Нью-Йорк 10021,

Международный институт прикладного системного анализа, Лаксенбург, A-2361 Австрия ; электронная почта: [email protected]

Выбросы авиационных двигателей

Определение проблемы

Авиационные двигатели производят выбросы, аналогичные другим выбросам в результате сжигания ископаемого топлива. Однако выбросы самолетов необычны тем, что значительная их часть выбрасывается на высоте.Эти выбросы вызывают серьезные экологические проблемы, связанные с их глобальным воздействием и их влиянием на местное качество воздуха на уровне земли.

 

Всесторонняя оценка вклада авиации в глобальные атмосферные проблемы содержится в Специальном докладе об авиации и глобальной атмосфере , который был подготовлен по запросу ИКАО Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) в сотрудничестве с Группой по научной оценке Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, был опубликован в 1999 г.Это сообщило нам среди прочего:

 

1. что самолеты выбрасывают газы и частицы, которые изменяют концентрацию парниковых газов в атмосфере, вызывают образование следов конденсации и могут увеличивать перистую облачность, что способствует изменению климата; и

 

2. , что, по оценкам, доля воздушных судов в общем радиационном воздействии (показатель изменения климата) в результате всей деятельности человека составляет около 3,5 %, и что этот процент, который исключает последствия возможных изменений в перистых облаках, по прогнозам, будет расти.

В отчете признается, что воздействие одних видов авиационной эмиссии хорошо изучено, показано, что воздействие других нет, и определяется ряд ключевых областей научной неопределенности, которые ограничивают возможность прогнозирования воздействия авиации на климат и озоновый слой.

 

На этом фоне Ассамблея ИКАО в 2001 году настоятельно призвала государства содействовать проведению научных исследований, направленных на устранение неопределенностей, указанных в настоящем отчете, и поручила Совету продолжать тесное сотрудничество с МГЭИК и другими организациями, участвующими в определении вклада авиации в решение экологических проблем. в атмосфере и необходимость предпринять инициативы для научного понимания проблем (Резолюция Ассамблеи A35-5 (PDF), Приложение H).Это было подтверждено Ассамблеей в 2007 г. (Резолюция Ассамблеи A36-22 (PDF), Приложение I). ИКАО обратилась к МГЭИК с просьбой включить обновленную информацию об основных выводах отчета 1999 г. в свой Четвертый оценочный отчет (ДО4 МГЭИК), опубликованный в 2007 г.

 

Новые выводы, касающиеся авиационной эмиссии в ДО4 МГЭИК, среди прочего:

 

• В связи с развитием научных знаний и более свежими данными оценки воздействия инверсионных следов на климат были снижены, и теперь, по оценкам, вклад самолетов в 2005 г. составил около 3.0 % суммы антропогенного радиационного воздействия всей деятельностью человека;

 

• Всего CO ₂ авиационные выбросы составляют примерно 2 % глобальных выбросов парниковых газов;

 

• Ожидается, что объем выбросов CO ₂ от авиации будет расти примерно на 3-4 процента в год; и

 

• Среднесрочное снижение выбросов CO ₂ в авиационном секторе потенциально может быть достигнуто за счет повышения эффективности использования топлива.

 

• Однако ожидается, что такие улучшения лишь частично компенсируют рост авиационных выбросов CO ₂ .

 

МГЭИК инициировала подготовку Пятого оценочного доклада (ДО5), которую планируется завершить в 2014 году. ИКАО приняла участие в процессе МГЭИК, чтобы обеспечить отражение в ДО5 вопросов, связанных с научным пониманием воздействия авиации на глобальный климат.

Расширенная сфера разработки политики

 

В прошлом при разработке политики ИКАО в отношении воздействия эмиссии авиационных двигателей на окружающую среду основное внимание уделялось воздействию на уровне земли.В последние годы сфера охвата была расширена за счет включения глобального воздействия выбросов авиационных двигателей.

 

В этом отношении особое значение имеет Киотский протокол (PDF) (1997 г.) к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН). Протокол, вступивший в силу 16 февраля 2005 года, требует, чтобы страны, перечисленные в Приложении I к Конвенции (промышленно развитые страны), сократили свои коллективные выбросы шести парниковых газов, наиболее важным из которых для авиации является двуокись углерода (CO ₂ ). .Выбросы международной авиации в настоящее время исключены из целей. Вместо этого в пункте 2 статьи 2 Киотского протокола говорится, что ответственность за ограничение или сокращение выбросов парниковых газов в результате использования авиационного бункерного топлива возлагается на Стороны, включенные в приложение I, которые действуют через ИКАО.

 

В 2007 году Ассамблея ИКАО поручила Совету (резолюция А36-22 Ассамблеи (PDF), добавление K) продолжить изучение вариантов политики по ограничению или уменьшению воздействия эмиссии авиационных двигателей на окружающую среду, а также разработать конкретные предложения и предоставить рекомендации в кратчайшие сроки. насколько это возможно на Конференции Сторон РКИК ООН.Он призвал уделять особое внимание использованию технических решений, продолжая рассматривать рыночные меры и принимая во внимание потенциальные последствия для развивающихся, а также развитых стран. Подробнее см. в разделе «Изменение климата».

 

Самолет — Энциклопедия Нового Света

F-16 Fighting Falcon, военный самолет с неподвижным крылом. Винтовые самолеты авиации общего назначения Cessna 177.

Самолет с неподвижным крылом, , обычно называемый самолетом или самолетом , (от греческого: aéros- «воздух» и -planos «блуждающий») и часто сокращается до самолет, летательный аппарат тяжелее воздуха, в котором движение крыльев не используется для создания подъемной силы.Этот термин используется для отличия самолетов от вертолетов, у которых движение поверхностей крыла создает подъемную силу.

Самолеты с неподвижным крылом включают широкий спектр самолетов от небольших учебных и прогулочных самолетов до больших авиалайнеров и военно-транспортных самолетов. Этот термин также охватывает самолеты со складными крыльями, которые должны складываться на земле. Обычно это делается для облегчения хранения или транспортировки. Это также относится к самолетам с «переменной геометрией», таким как General Dynamics F-111, Grumman F-14 Tomcat и Panavia Tornado, все из которых могут изменять угол стреловидности крыльев во время полета.Есть также редкие примеры самолетов, которые могут изменять угол наклона крыльев в полете, например F-8 Crusader, которые также считаются «неподвижными». Некоторые самолеты используют неподвижные крылья для обеспечения подъемной силы только часть времени и могут называться или не называться неподвижными крыльями.

Для всех самолетов с неподвижным крылом необходимы два условия: воздушный поток над крыльями для подъема самолета и открытая площадка для посадки. Однако большинству самолетов также требуется аэропорт с инфраструктурой для технического обслуживания, пополнения запасов, дозаправки, погрузки и высадки экипажа, груза и / или пассажиров.В то время как подавляющее большинство самолетов приземляются и взлетают на землю, некоторые способны взлетать и садиться на авианосцы, лед, снег и спокойную воду.

Самолет — второй по скорости вид транспорта после ракеты. Коммерческие реактивные самолеты могут развивать скорость до 559 миль в час. Одномоторные самолеты способны развивать скорость 109 миль в час и более на крейсерской скорости. Сверхзвуковые самолеты могут развивать скорость выше скорости звука. Рекорд скорости для самолета с воздушно-реактивным двигателем в настоящее время принадлежит экспериментальному NASA X-43, который почти в десять раз превысил скорость звука.

Самым большим самолетом в настоящее время является Антонов Ан-225 (украинский), а самым быстрым в настоящее время в производстве является Микоян МиГ-31 (российский). Самый большой сверхзвуковой реактивный самолет, когда-либо созданный и находящийся в настоящее время на вооружении, — Туполев-160 (советская разработка).

Типы самолетов

Планеры

Планеры или планеры — это летательные аппараты, предназначенные для полета без двигателя. Большинство планеров предназначены для использования в планерном спорте и обладают высокой аэродинамической эффективностью: аэродинамическое качество может превышать 70:1.Энергия для устойчивого планирующего полета должна быть получена за счет умелого использования естественных движений воздуха в атмосфере. Были достигнуты планерные полеты на тысячи миль со средней скоростью более 109 в час.

Военные планеры использовались на войне для доставки десантных частей, а специальные планеры применялись для исследования атмосферы и аэродинамики. Все большее распространение получают моторные планеры, оснащенные двигателями (часто убирающимися), некоторые из которых могут запускаться самостоятельно.

Пропеллер самолета

Меньшие и старые винтовые самолеты используют поршневые двигатели внутреннего сгорания, которые вращают винт для создания тяги. Они тише, чем реактивные самолеты, но летают на более низких скоростях и имеют меньшую грузоподъемность по сравнению с реактивными самолетами аналогичного размера. Однако они значительно дешевле и намного экономичнее, чем самолеты, и, как правило, являются лучшим вариантом для людей, которым необходимо перевезти несколько пассажиров и/или небольшое количество груза.Они также являются предпочтительным выбором для пилотов, которые хотят владеть самолетом. Турбовинтовой самолет находится на полпути между винтом и реактивным двигателем: они используют газотурбинный двигатель, похожий на реактивный, для вращения винтов. Эти самолеты пользуются популярностью у пригородных и региональных авиакомпаний, поскольку они, как правило, более экономичны при коротких поездках.

Реактивный самолет

Реактивные самолеты, впервые разработанные в Англии и Германии в 1931 году, используют турбины для создания тяги. Эти двигатели намного мощнее, чем поршневой двигатель.Как следствие, они имеют большую грузоподъемность и летают быстрее, чем винтовые самолеты. Однако один недостаток заключается в том, что они шумные; это делает реактивные самолеты источником шумового загрязнения. Однако турбовентиляторные реактивные двигатели тише, и отчасти по этой причине они получили широкое распространение.

Реактивные самолеты обладают высокой крейсерской скоростью (от 300 до 400 миль в час) и высокой скоростью взлета и посадки (от 93 до 155 миль в час). Из-за скорости, необходимой для взлета и посадки, реактивные самолеты используют закрылки и устройства передней кромки для управления подъемной силой и скоростью, а также имеют реверсы двигателя (или реверсоры тяги), чтобы направлять воздушный поток вперед, замедляя самолет при посадке. в сочетании с колесными тормозами.Широкофюзеляжные самолеты, такие как Airbus A340 (французский) и Boeing 777 (США), могут перевозить сотни пассажиров и несколько тонн груза и преодолевать расстояния до 10 563 миль.

Сверхзвуковые самолеты, такие как военные истребители и бомбардировщики, «Конкорд» (французский) и другие, используют специальные турбины (часто с форсажной камерой), которые генерируют огромное количество энергии, необходимой для полета со скоростью, превышающей скорость звука. .

Проблемы проектирования сверхзвуковых самолетов существенно отличаются от проблем, связанных с дозвуковыми самолетами.Полет на сверхзвуковой скорости создает больше шума, чем полет на дозвуковой скорости, из-за явления звуковых ударов. Это ограничивает сверхзвуковые полеты районами с низкой плотностью населения или открытым океаном. При приближении к району с большей плотностью населения сверхзвуковые самолеты вынуждены лететь с дозвуковой скоростью. Из-за высокой стоимости, ограниченных областей применения и низкого спроса сверхзвуковые самолеты больше не используются крупными авиакомпаниями.

Самолет с ракетным двигателем

Экспериментальные реактивные самолеты были разработаны немцами еще во время Второй мировой войны, хотя во время той войны они никогда не производились серийно ни одной державой.Первым самолетом с неподвижным крылом, преодолевшим звуковой барьер в горизонтальном полете, стал ракетный Bell X-1 (США). Более поздний North American X-15 (США) был еще одним важным ракетным самолетом, который побил множество рекордов скорости и высоты и заложил большую часть основы для более поздних конструкций самолетов и космических кораблей.

В настоящее время реактивные самолеты не используются широко, хотя для некоторых военных самолетов используется ракетный взлет. SpaceShipOne — самый известный современный ракетный самолет, являющийся испытательным средством для разработки коммерческих суборбитальных пассажирских перевозок; другой ракетоплан — XCOR EZ-Rocket; и, конечно же, космический шаттл НАСА.

ПВРД и ГПВРД

X-43A, ГПВРД вскоре после запуска бустера

История надводных сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей началась в 1944 году по запросу Управления артиллерийского вооружения ВМС США. В ПВРД производится путем пропускания горячего выхлопа от сгорания топлива через сопло. Сопло ускоряет поток и создает тягу. Чтобы поддерживать поток через сопло, необходимо сгорание под высоким давлением, которое достигается путем «нагнетания» внешнего воздуха в камеру сгорания с использованием скорости движения транспортного средства.

ГПВРД — это сокращенное название сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя. ГПВРД отличается от ПВРД тем, что сгорание происходит при сверхзвуковых скоростях в двигателе. Он механически прост, но намного сложнее аэродинамически, чем реактивный двигатель. В качестве топлива обычно используется водород.

Как прямоточные, так и ГПВРД в основном находятся на экспериментальной стадии.

История

Мечта о полете восходит к доисторическим временам.Многие истории из древности связаны с полетом, например, греческая легенда об Икаре и Дедале. Леонардо да Винчи нарисовал самолет в пятнадцатом веке. С первым полетом, совершенным человеком (Франсуа Пилатр де Розье и Франсуа д’Арланд) на воздушном шаре легче воздуха, самой большой проблемой стало создание другого летательного аппарата, способного к управляемому полету.

Первые попытки

Ле Брис и его летательный аппарат Альбатрос II, сфотографированный Надаром, 1868 г.

Сэр Джордж Кейли, изобретатель аэродинамики, строил и летал на моделях самолетов еще в 1803 году, а в 1853 году построил успешный пассажирский планер.В 1856 году француз Жан-Мари Ле Бри совершил первый полет с двигателем, когда его планер «L’Albatros artificiel» тянул лошадь на пляже. 28 августа 1883 года американец Джон Дж. Монтгомери совершил управляемый полет на планере. Другими авиаторами, совершившими в то время подобные полеты, были Отто Лилиенталь, Перси Пилчер и Октав Шанют.

Самоходные самолеты были спроектированы и построены Клеманом Адером. 9 октября 1890 года Адер попытался управлять Эолом, которому удалось взлететь и пролететь примерно 164 фута на глазах у свидетелей.В августе 1892 года «Авион II» Адера пролетел расстояние 656 футов, а 14 октября 1897 года «Авион III» пролетел расстояние более 984 футов. Ричард Пирс совершил плохо задокументированный неуправляемый полет 31 марта 1903 года в Вайтохи, Новая Зеландия, а 28 августа 1903 года в Ганновере совершил свой первый полет немец Карл Ято.

Райт Флаер III, пилотируемый Орвиллом над прерией Хаффмана, 4 октября 1905 года.

Братьям Райт обычно приписывают изобретение самолета, потому что их полет был первым устойчивым и хорошо задокументированным полетом.Они совершили свои первые успешные испытательные полеты 17 декабря 1903 года, а к 1905 году их Flyer III был способен к полностью управляемому и стабильному полету в течение значительных периодов времени. Строго говоря, крылья «Флайера» не были полностью зафиксированы, поскольку их устойчивость зависела от изгибающего механизма, называемого искривлением крыльев. Позже это было заменено разработкой элеронов, устройств, которые выполняли аналогичную функцию, но были прикреплены к жесткому крылу.

Альберто Сантос-Дюмон, бразилец, живущий во Франции, построил первые практические управляемые воздушные шары в конце девятнадцатого века.В 1906 году он поднял в воздух первый в Европе самолет 14-бис, собственной конструкции. Это был первый самолет, который взлетал, летал и приземлялся без использования катапульт, сильного ветра или другой внешней помощи. В более поздней его конструкции, Demoiselle, были представлены элероны и обеспечен полный контроль пилота во время полета.

Войны в Европе, в частности Первая мировая война, послужили первоначальными испытаниями использования самолета в качестве оружия. Первоначально воспринятый генералами и командирами как «игрушка», самолет оказался боевой машиной, способной нанести урон противнику.В Первую мировую войну появились истребители-асы, величайшим из которых был немец Манфред фон Рихтгофен, которого в народе называли Красным Бароном. Со стороны союзников асом с наибольшим количеством сбитых самолетов был Рене Фонк из Франции.

После Первой мировой войны авиатехника продолжала развиваться. Олкок и Браун впервые пересекли Атлантический океан без остановок в 1919 году, подвиг, впервые совершенный в одиночку Чарльзом Линдбергом в 1927 году. Первые коммерческие рейсы были совершены между Соединенными Штатами и Канадой в 1919 году.Турбина или реактивный двигатель разрабатывались в 1930-х годах; военные реактивные самолеты начали эксплуатироваться в 1940-х годах.

Британские Спитфайры во время Второй мировой войны Самолеты

сыграли главную роль во Второй мировой войне, приняв участие во всех основных сражениях войны, особенно в нападении на Перл-Харбор, сражениях на Тихом океане и в битве за Британию. Они также были неотъемлемой частью нескольких военных стратегий того периода, таких как немецкий блицкриг или американские и японские авианосцы.Реактивные самолеты были впервые разработаны как британцами, так и немцами в этот период.

В октябре 1947 года Чак Йегер на Bell X-1 стал первым зарегистрированным человеком, превысившим скорость звука. Однако некоторые пилоты британских «Спитфайров» утверждали, что превышали 1 Мах в пикировании. Boeing X-43 — это экспериментальный ГПВРД с мировым рекордом скорости для реактивных самолетов — 9,6 Маха, или почти 7000 миль в час.

Самолеты в гражданской военной роли продолжали кормить и снабжать Берлин в 1948 году, когда доступ к железным и автомобильным дорогам в город, полностью окруженный Восточной Германией, был перекрыт по приказу Советского Союза.

Первый коммерческий самолет, de Havilland Comet, был представлен в 1952 году. Несколько самолетов Boeing 707, первых широко успешных коммерческих самолетов, все еще находятся в эксплуатации спустя почти 50 лет. Boeing 727 был еще одним широко используемым пассажирским самолетом, а Boeing 747 был самым большим коммерческим самолетом в мире до 2005 года, когда его превзошел Airbus A380.

Проектирование и строительство самолета

Небольшие самолеты могут быть спроектированы и построены любителями в домашних условиях.Другие летчики с меньшими знаниями делают свои самолеты, используя предварительно изготовленные комплекты, собирая детали в цельный самолет.

Большинство самолетов строится компаниями с целью производить их в больших количествах для клиентов. Процесс проектирования и планирования, включая испытания на безопасность, может длиться до четырех лет для небольших турбовинтовых самолетов и до 12 лет для самолетов грузоподъемностью A380. В ходе этого процесса устанавливаются цели и технические характеристики самолета.Сначала строительная компания использует чертежи и уравнения, моделирование, испытания в аэродинамической трубе и опыт, чтобы предсказать поведение самолета. Компьютеры используются компаниями для рисования, планирования и первоначального моделирования самолета. Затем небольшие модели и макеты всех или некоторых частей самолета испытываются в аэродинамических трубах для проверки аэродинамики самолета.

Когда проект проходит через эти процессы, компания строит ограниченное количество этих самолетов для испытаний на земле.Представители авиационного агентства часто совершают первый полет. Летные испытания продолжаются до тех пор, пока самолет не выполнит все требования. Затем управляющее государственное агентство авиации страны разрешает компании начать производство самолета.

В США этим агентством является Федеральное авиационное управление (FAA), а в Европейском союзе — Объединенные авиационные органы (JAA). В Канаде государственным органом, отвечающим за массовое производство самолетов и санкционирующим его производство, является Министерство транспорта Канады.

В случае международной продажи самолетов необходима лицензия от государственного агентства авиации или транспорта страны, в которой также будет использоваться самолет. Например, самолеты Airbus должны быть сертифицированы FAA для полетов в Соединенных Штатах, и наоборот, самолеты Boeing должны быть одобрены JAA для полетов в Европейском союзе.

Более тихие самолеты становятся все более и более необходимыми в связи с увеличением воздушного движения, особенно над городскими районами, поскольку серьезной проблемой является шумовое загрязнение.Массачусетский технологический институт и Кембриджский университет разрабатывают самолеты с треугольным крылом, которые в 25 раз тише современных самолетов и могут использоваться в военных и коммерческих целях. Проект называется «Инициатива бесшумных самолетов», но серийные модели не будут доступны примерно до 2030 года.

Промышленное производство

Boeing 777-200LR Worldliner, представленный на Парижском авиасалоне 2005 г.

Есть несколько компаний, которые производят самолеты в больших масштабах.Однако производство самолета для одной компании — это процесс, в который на самом деле вовлечены десятки, а то и сотни других компаний и заводов, производящих детали, входящие в состав самолета. Например, одна компания может отвечать за производство шасси, а другая — за радар. Производство таких деталей не ограничивается одним городом или страной; в случае крупных авиастроительных компаний такие детали могут поступать со всего мира.

Детали отправляются на головной завод авиастроительной компании, где находится производственная линия. В случае больших самолетов могут существовать производственные линии, предназначенные для сборки определенных частей самолета, особенно крыльев и фюзеляжа.

По завершении самолет проходит ряд тщательных проверок для выявления недостатков и дефектов, и после одобрения инспекторами самолет тестируется пилотом в ходе летных испытаний, чтобы убедиться, что органы управления самолеты работают исправно.После этого финального испытания самолет готов к «окончательным доработкам» (внутренняя конфигурация, окраска и т. д.), а затем готов к отправке клиенту.

Безопасность

Статистика показывает, что риск авиакатастрофы очень мал. Хотя крупномасштабные авиакатастрофы приводят к сотням погибших, исследование 583 авиационных происшествий в период с 1983 по 2000 год показало, что более 96 процентов участников выжили. ^[1] Однако в большинстве этих аварий не было крупных пассажирских самолетов.

Воздействие на окружающую среду

Большие самолеты оказывают сильное воздействие на окружающую среду по сравнению с другими широко используемыми транспортными средствами. Их инверсионные следы способствуют глобальному затемнению, и их шум часто значителен. Однако наиболее значительным воздействием таких самолетов на окружающую среду является их вклад в выбросы парниковых газов. Экологические группы и авиационная отрасль делают противоречивые заявления относительно этих эффектов.

Примечания

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Блатнер, Дэвид. Летающая книга: все, что вы когда-либо задумывались о полетах на самолетах. Уокер и компания, 2005. ISBN 0-8027-7691-4
• Гетинг, Майкл. Руководство Джейн по распознаванию самолетов, , 5-е издание. Коллинз, 2007. ISBN 978-0061346194
.
• Джексон, Роберт. Путеводитель по корректировщикам самолетов: от старых боевых птиц до современных авиалайнеров. Thunder Bay Press, 2005. ISBN 978-15
  434
• Montgomery, MR Полевое руководство по самолетам. Хоутон Миффлин, 2006 г.ISBN 978-0618411276

Внешние ссылки

Все ссылки получены 30 апреля 2021 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

История авиации — краткий обзор Релли Виктории Петреску, Раффаэллы Аверса, Б. Акаша, Рональда Бусинелла, Хуана Корчадо, Антонио Апичеллы, Флориана Иона Петреску :: SSRN

Журнал авиационной и космической техники 2017, 1(1)

20 страниц Опубликовано: 10 июня 2019 г. Последняя редакция: 2 июля 2019 г.

Просмотреть все статьи Relly Victoria Petrescu

Политехнический университет Бухареста — ARoTMM-IFToMM

Лаборатория передовых материалов — Департамент архитектуры и промышленного дизайна

Американский университет Рас-Аль-Хайма

Union College

Университет Саламанки

2 Лаборатория — Факультет архитектуры и промышленного дизайна

Политехнический университет Бухареста — ARoTMM-IFToMM

Дата написания: 19 ноября 2017 г.

Аннотация

Мужчина всегда хотел уметь летать.Мечта или, хотя она достигнута, еще не достигнута полностью. Запал полета сегодня гораздо выше, чем в прошлом, но еще не полный. Хотя они предприняли шаги по повышению безопасности корабля в полете, предстоит сделать еще много шагов. Для наших пассажиров, а также для наших пилотов, этих смелых и красивых людей, пришло время сделать что-то еще, что-то большее. Все те, кому предстоит попасть на корабль, должны быть уверены, что полетят абсолютно без проблем, независимо от погоды, времени, климата, яркости, погодных условий, температуры, высоты… Чтобы добиться более высокого качества полета, прежде всего необходимо знать историю полета человека от его зарождения до наших дней. Настоящая статья хочет представить историю полета человека такой, какой она была в видении, максимально реалистичной. Статья адресована, в первую очередь, всем тем, кто способствовал или еще способствует осуществлению этой прекрасной мечты человека — полета. Согласно Авлу Геллию, Архит считался древнегреческим философом, математиком, астрономом, юристом и политическим стратегом, спроектировавшим и построившим около 400 г.с., первый искусственный аппарат полета — самодвижущийся, модель в виде птицы, приводившаяся в движение паровым ударом (двигатель с пароходом) и используемая в качестве реактора с паром, о котором говорят, что он летал эффективно около 200 м высота. Эта машина, названная ее изобретателем «Голубь», могла быть подвешена на проволоке, чтобы безопасно лететь по пути кормления. Изобретатель берберов девятого века Аббас ибн Фирнас, по мнению Джона Хардинга, был первой попыткой полета тяжелее воздуха в истории авиации.В 1010 году нашей эры британский (английский) монах Эйлмер из Малмсбери взял на себя управление примитивной скользящей лодкой с башни аббатства Малмсбери. Говорят, что Эйлмер пролетел более 200 м (180 м), прежде чем приземлиться и сломать себе ноги. Позже он заметил, что единственная причина, по которой он не летал дальше, заключалась в том, что он забыл сконструировать свой пилотажный прибор и очередь, для чего он переконструировал свой самолет более технически, но его предок взял Запрет на любые другие эксперименты на том основании, что они плохи ( сатанинское вдохновение) и привести к серьезным авариям.

Примечание: © 2017 Relly Victoria Virgil Petrescu, Raffaella Aversa, Bilal Akash, Ronald Bucinell, Juan Corchado, Filippo Berto, Antonio Apicella и Florian Ion Tiberiu Petrescu. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Рекомендуемое цитирование: Рекомендуемая ссылка

Петреску, Релли Виктория и Аверса, Рафаэлла и Акаш, Б. и Бусинелл, Рональд и Корчадо, Хуан и Апичелла, Антонио и Петреску, Флориан Ион, История авиации — краткий обзор (19 ноября 2017 г.). Journal of Aircraft and Spacecraft Technology 2017, 1(1), доступно на SSRN: https://ssrn.ком/резюме=3073974 .