|
|
|
Вклад никеля в экологически безопасные авиаперевозки
Кэрролл Маккормик (Carroll McCormick)
Журнал «Никель», март 2008 г. -- Все авиакомпании
постоянно стремятся сжигать меньше топлива. Это позволяет снизить затраты (во всем мире в 2006 г. на долю
топливопотребления пришлось 26% операционных расходов авиалиний) и уменьшить вредное воздействие воздушных
перелетов на окружающую среду (эта отрасль остается главным источником выбросов закиси азота и углекислого
газа).
В ответ производители авиалайнеров строят самолеты с более экономичным расходом топлива. Сверхскоростные
конструкции, такие как модель «Sonic Cruiser», о начале разработки которой компания «Боинг» (Boeing
Company) объявила в 2001 г. и заморозила всего лишь годом позже, заменяются хотя и более медленными, но
более топливосберегающими летательными аппаратами. Думается, второго Конкорда уже никогда не будет.
За последние 40 лет топливная экономичность разных конструкций самолетов улучшилась на 70%, и 20% подобных
усовершенствований приходится на последнюю декаду. С шестидесятых годов двадцатого века уровень угарного газа
снизился на 50%, а несгоревших углеводородов и дыма – почти на 90%. Международная ассоциация воздушного
транспорта (International Air Transport Association (IATA)) сообщает, что к 2020 г. выбросы оксидов
азота могут сократиться на 80%, а экономичность расхода топлива вырасти на 25%. Все это – результат
инвестиций в новые авиалайнеры. В течение следующих 13 лет эти усовершенствования должны в совокупности
сократить выбросы углекислого газа до 345 млн. тонн.
Самолетостроители увеличили топливную эффективность при помощи улучшения аэродинамики, особенно в области
вертикальных шайб – тех вертикальных выступов на концах крыльев, которые помимо всего прочего снижают лобовое
сопротивление. Свою роль сыграла модернизация конструкции двигателя, примером чему служит использование
жаропрочных никелевых сплавов для повышения температурного режима работы.
Но самая большая экономия получается за счет снижения веса корпуса воздушного судна, что достигается путем
замены алюминия на все возрастающее число композитных материалов: слоев углеродных волокон и других видов
ткани, пропитанной эпоксидной смолой. Эту тенденцию можно проиллюстрировать на примере трех моделей
авиалайнеров.
Когда в 1994 г. впервые взлетел Боинг 777, композиты составляли 9% его веса (согласно другим источникам –
12%). На долю композитных материалов приходилось 23% веса корпуса Аэробуса А-380, первый полет которого
состоялся в 2005 г. Авиаконцерн «Боинг» довел эту цифру до 50% в своей новейшей коммерческой модели 787,
также известной под именем «Дримлайнер», первый рейс которой состоится в 2009 г.
«Дримлайнер» – первый коммерческий самолет, корпус которого будет полностью сделан из композитного
материала на основе углеродных волокон, а не из алюминия. Согласно данным компании «Боинг», такой высокий
процент композитов, плюс улучшенные конструкция двигателя и аэродинамика, сделают «Дримлайнер» на 20%
экономичнее Аэробуса А330 или B-767 в отношение топливосбережения.
Производство композита зависит от 36% никелевого сплава инвар, разработанного в конце ХIX века Шарлем
Эдуардом Гильомом (Charles-Édouard Guillaume – 1861-1938 гг.). Его важнейшее свойство – близкий к нулю
коэффициент теплового расширения – определяет выбор этого материала для использования в производстве
пресс-форм или матриц, на которые выкладываются детали, сделанные из композитного материала; а затем эти
детали вулканизируются в автоклавах при температурах 375-425° C. Исключительная стабильность сплава инвар
обеспечивает сохранение допустимых отклонений (на доли миллиметра) детали из композита во время
вулканизации.
«Боинг» использует композитные материалы для обшивки «Дримлайнера» (фюзеляжа, крыльев и хвоста, а также в
других деталях, таких как кессон крыла). Например, одна из секций фюзеляжа длиной 6,7 м и шириной 5,8 м
изготовлена путем укладки ленты из углеродного волокна, пропитанной эпоксидной смолой, на вращающуюся
матрицу, сделанную из переплетающихся матриц меньшего размера. Только одна часть секции фюзеляжа заменяет
1500 алюминиевых листов и 40000 -50000 крепежных деталей.
Размах крыла модели «Дримлайнер» 787-3 – 52 м. Обшивка крыльев сделана из композитного материала,
уложенного на двух разных матрицах из инвара, длина и вес одной из которых составляют соответственно 31 м и
36 т.
В общем, использование композитных материалов означает, что вес «Дримлайнера» на 4536 кг меньше, чем вес
аналогичной модели, будь она сделана «Боингом» с использованием алюминия.
Обе модели – как А-380, так и «Дримлайнер» – не только супер-экономичны с точки зрения потребления топлива
на пассажиро-км, но и вносят вклад в эффективное использование аэропортов, снижая местное загрязнение
окружающей среды. Типичная конструкция модели А-380 вместимостью 555 мест и с дальностью полета 15 тыс. км
подходит для звездообразной схемы воздушных маршрутных сетей, при которой крупные лайнеры летают между
центральными аэропортами, а самолеты меньшего размера осуществляют перевозку пассажиров между региональными
аэродромами. Один из способов снижения скопления пассажиров и задержки полетов, являющихся бичом крупных
аэропортов, состоит в использовании меньшего количества самолетов, которые способны перевозить большее число
пассажиров.
Дальность полета «Дримлайнера» модели 787-3 – 4650-5650 км, 787-8 – 14200-15200 км, а 787-9 – 14800-15750
км. На дальних рейсах он может перевозить до 290 пассажиров, а на ближних – до 330. Поскольку 787 – самолет
среднего размера, он может снизить скопление пассажиров, избегая узловых аэропортов (в отличие от А-380, для
которого необходимы более широкие взлетные полосы и рулежные дорожки, посадочные ворота очень больших
размеров и специальное наземное подъемно-транспортное оборудование).
К концу января 2008 г. «Боинг» получил заказы на 857 самолетов «Дримлайнер» от 56 авиалиний, что, согласно
данным компании, делает его самым продающимся коммерческим лайнером в мире.
Кэрролл Маккормик – наш внештатный автор из Монреаля.
ФОТОГРАФИИ: Компания «Боинг»
|
