ЗЕЛЁНЫЙ» САМОЛЁТ

«ЗЕЛЁНЫЙ» САМОЛЁТ

Кандидат биологических наук Владимир КУЗНЕЦОВ; доктор технических наук, профессор Анатолий МУНИН; доктор технических наук Валерий САМОХИН.

Темпы развития гражданской авиации до 2020 года (около 6% в год), по прогнозам, будут превышать рост мировой экономики (4,8% в год). В 2006 году в реестре Международной организации гражданской авиации (ИКАО) значилось 22 820 магистральных и региональных самолётов американского и европейского производства, а также около 4,5 тыс. самолётов, построенных в России и в Украине (из них около 1500 подконтрольны Межгосударственному авиационному комитету СНГ (МАК), а остальные летают под флагами других стран). Здесь не учтены летательные аппараты сельскохозяйственной авиации, организаций по ликвидации чрезвычайных ситуаций и многие другие. По расчётам фирмы «Боинг», к 2025 году регулярные международные и региональные авиарейсы будут выполнять более 60 тыс. самолётов.

Казалось бы, только радоваться авиастроителям. Но не всё обстоит так радужно. В авиации есть два фактора, к которым приковано пристальное внимание многочисленных организаций защитников окружающей среды, — акустический шум и выброс, или, на профессиональном языке, эмиссия отработавших газов.

Первой возникла проблема шума. В середине прошлого века появились быстрые и вместительные самолёты с турбореактивными двигателями, такие как Ту-104, Боинг-707, DС-8 и др. Экономическая выгода использования этих машин была налицо, но оглушительный рёв могучих моторов раздражал людей, живших в окрестностях аэропортов. Посыпались протесты, которые часто принимали форму судебных исков против авиакомпаний и аэропортов.

Вообще говоря, из всех неблагоприятных экологических факторов шум вызывает больше всего жалоб от населения, и их число уступает лишь количеству жалоб на вырубку зелёных насаждений во дворах. Это объясняется тем, что от шума практически невозможно спрятаться. Даже спящий человек не защищён от звуков. Наш слуховой орган выполняет роль «сторожа», сигнализируя об опасности, и поэтому уши в отличие от глаз всегда «работают». Долгое воздействие шума приводит к расстройствам нервной системы, ухудшению работоспособности и другим печальным последствиям.

В результате многочисленных жалоб населения на самолётный шум в 1969 году под эгидой ИКАО была созвана специальная конференция, на которой выработаны основные принципы его оценки, ограничения и акустической сертификации новых типов летательных аппаратов. Все эти принципы отражены в Приложении 16 к основному документу ИКАО — Чикагской конвенции о международной гражданской авиации 1944 года.

Здесь надо уточнить, что оценка уровня шума в авиации имеет свою специфику. В обычных условиях для этих целей применяется шумомер, дающий интегральную характеристику шума в децибелах во всём диапазоне звуковых частот. Но различные области звукового диапазона по-разному воспринимаются ухом: например, на фоне оркестра всегда выделяются фанфары — их звучание кажется более громким. Поэтому при измерении шума в авиации звуковой диапазон разбивается на полоски шириной в 1/3 октавы и для каждого участка устанавливается свой весовой коэффициент. Таким образом, для самолётного шума были введены так называемые эффективные уровни воспринимаемой шумности, выражаемые в специальных единицах EPNдБ.

Уже в 1972 году нормы ИКАО были введены в действие. Дважды — в 1976 и 2001 годах — нормы ужесточались.

Это дало заметные результаты. Самолёты стали тише. Но стало ли тише вокруг аэропортов, которые располагаются достаточно близко от крупных населённых пунктов? К сожалению, ответ отрицательный. Количество взлётов и посадок самолётов с каждым годом растёт, городские кварталы приближаются к аэропортам, аэропортов также становится больше, и они оборудуются дополнительными взлётно-посадочными полосами. Так что работы по снижению шумности продолжаются, и их интенсивность не снижается.

В России основная роль по разработке стандартов на шум и методов их выполнения принадлежит Центральному аэрогидродинамическому институту (ЦАГИ).

Основной шум производят двигатель и планер самолётов. При разбеге и взлёте доминирует шум двигателя; при крейсерском полёте и посадке шум, вызываемый обтеканием воздухом элементов планера, приближается по уровню к шуму двигателя.

В турбореактивных двигателях компрессор гонит воздух в камеру сгорания, сжимая его до давления 6—7 атм. Воспламенение топлива рождает струю раскалённых газов, которая, вырываясь с огромной скоростью из сопла, создаёт реактивную тягу. Вот из-за этой-то огромной скорости реактивная струя турбулизирует окружающий её воздух, отчего и возникает шум. Кроме того, шумят механические детали: компрессор и турбина, лопатки которых тоже создают сильную турбулентность.

Большие резервы по уменьшению шума дала замена обычного турбореактивного двигателя (ТРД) двухконтурным турбореактивным двигателем (ТРДД). Вентилятор в переднем отделе ТРДД подаёт часть воздуха в компрессор, а часть пускает вокруг него по второму внешнему контуру. Струя воздуха на выходе из сопла смешивается с более холодным воздухом второго контура, снижает свою скорость и температуру и соответственно турбулизацию.

Чем больше отношение диаметров корпусов первого и второго контуров, тем выше эффект. На выставке «Двигатели-2008», проходившей в рамках Конгресса по двигателестроению, был показан отечественный двигатель ПС-90А2. Этот гигант имеет воздухозаборник диаметром около 3 м, в котором размещён многолопастный вентилятор с лопатками очень сложной конфигурации. На основе исследований специалистов ЦАГИ и Центрального института авиационного моторостроения им. П. И. Баранова (ЦИАМ) удаётся снизить уровень шума подбором закрутки лопаток, их количества и расстояния между ними.

Снизить турбулентность и соответственно шум струи позволяют шевроны волно-образной формы на срезе сопла.

Если воздухозаборник сделать скошенным, чтобы его нижняя часть выступала вперёд, то звуковая волна от работающего вентилятора пойдёт вверх и не будет достигать земли.

Другим способом снижения шума двигателя стало широкое использование так называемых звукопоглощающих конструкций (ЗПК). Сегодня их разработка — самостоятельная область акустики.

По принципу работы звукопоглощающие конструкции, выполняющие функции звуковых фильтров, разделяют на два типа: резонансные и диссипативные (с рассеиванием энергии). В резонансных ЗПК энергия падающей звуковой волны гасится за счёт возбуждения вынужденных колебаний воздуха в замкнутых объёмах резонаторов. В диссипативных ЗПК потеря акустической энергии происходит за счёт трения частиц в пористых структурах из гомогенного материала.

Резонансные ЗПК, применяемые в системах шумопоглощения авиационных двигателей, представляют собой одно- или двухслойные сотовые конструкции. Двухслойные ЗПК могут быть настроены не на одну, а на две частоты, но у обоих типов полоса гасимых частот достаточно узкая.

Чтобы расширить область звукопоглощения, в настоящее время акустики и конструкторы активно работают над созданием многослойных ЗПК, ячейки которых заполнены мелкопористым материалом, а также адаптивных ЗПК, изменяющих свои свойства в зависимости от параметров звукового поля.

Прорывом на фронте борьбы с шумом можно считать создание градиентных звукопоглощающих конструкций с плавным изменением пористости и плотности по толщине слоя. Отличительная черта этих материалов, созданных во Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ), — высокая звукопоглощающая способность в очень широком диапазоне.

Благодаря установке ЗПК на новых отечественных авиадвигателях удалось снизить шум самолётов семейства Ту-204 и Ил-96 до норм ИКАО, действующих с 2001 года. К сожалению, применение звукопоглощающих конструкций не только удорожает строительство самолёта, но утяжеляет его конструкцию и соответственно ухудшает экономические показатели из-за повышения расхода топлива.

Уровень шума двигателей, достигающий земли, зависит и от компоновочной схемы самолёта. Практически все гражданские авиалайнеры выполнены по той же схеме, что и появившиеся в середине 1950-х годов Ту-104 и Боинг-707. В то же время у хорошо известного во многих странах пожарного самолёта-амфибии Бе-200 два двигателя установлены над крыльями. Это продиктовано необходимостью максимально удалить их от водной поверхности, на которой глиссирует, взлетает и приводняется самолёт. Но такая компоновка дала и хорошие акустические характеристики: самолёт даже с не самыми тихими двигателями легко выполняет нормы шума ИКАО. Дело в том, что наиболее неприятные тона работающего реактивного двигателя находятся в области 3 кГц, и ширина крыльев достаточна, чтобы они оказались хорошим звуковым экраном.

Как упоминалось выше, шумят не только двигатели, но и фюзеляж, крылья, оперение и другие детали планера. Причина — в той же турбулентности. Обтекаемое тело с гладкой поверхностью обладает малым сопротивлением именно потому, что поток воздуха огибает его беспрепятственно, нигде не нарушаясь и образуя минимальное количество вихрей. На практике самолёт с такими аэродинамическими свойствами создать невозможно — любой выступ и даже швы между панелями корпуса становятся источниками турбулентности. Успехом на этом направлении стало создание технологии бесшовного воздухозаборника, который не создаёт даже малых возмущений воздушных потоков.

Правда, в некоторых случаях без дополнительной турбуленции не обойтись. Так, при посадке, чтобы снизить скорость, выпускают подкрылки. На их кромках происходит срыв потока встречного воздуха, образуются завихрения, создающие дополнительное сопротивление и тормозящие самолёт. Но эти же завихрения приводят к увеличению шумности.

Такие же явления возникают при выпускании шасси. С вихрями пытаются бороться, устанавливая на шасси специальные обтекатели.

Читать еще: Электроподогреватель двигателя сибирь схема установки

Все существующие средства шумоподавления относятся к пассивным, то есть глушат уже существующий звук. Но развитие науки и техники приблизило нас к возможности активно воздействовать на источники шума. Например, внутри корпуса двигателя можно установить систему из микрофонов и излучающих устройств, которые принимали бы звуковой сигнал и подавали бы его обратно в противофазе. Пока экспериментальная система получается весьма сложной и громоздкой, однако хорошо уже, что процесс пошёл.

Многого мы ждём от фундаментальных исследований механизмов генерации шума турбулентными потоками, роли в этом процессе вихревых структур, изучения проблем образования вихрей и их распада. Так, удалось установить, что турбулентная струя состоит из совокупности элементарных вихревых колец различного размера, напоминающих по структуре кольца табачного дыма, которые выпускают виртуозы-курильщики. Каждый такой вихрь генерирует узкополосные звуковые колебания, и они в сумме дают широкополосный шум турбулентной струи. Возможно, в будущем мы научимся управлять излучением звука и создавать высокоэффективные методы снижения шума.

Проблема эмиссии отработавших газов возникла позже — в середине 1970-х годов. Причиной стало появление на международной арене организации Гринпис, занимающейся охраной окружающей среды. В 1977 году в ИКАО был организован комитет по эмиссии авиационных двигателей. Его специалисты разработали ограничения по выбросу с отработавшими газами вредных веществ, и в 1981 году эти нормы принял Совет ИКАО. В нормах указывались предельное содержание окиси углерода (СО), несгоревших углеводородов (НВ) и оксидов азота (NОx).

Выполнение норм позволяло улучшить обстановку в районах аэропортов, но оставались вопросы относительно полётов на высоте. Дело в том, что в последние годы человечество озабочено глобальным потеплением климата. На роль антропогенного фактора в этом процессе существуют противоположные взгляды, и сторонники обеих точек зрения не раз выражали своё мнение на страницах журнала «Наука и жизнь». Тем не менее, пока дискуссия не закончилась, конструкторы авиадвигателей вынуждены принимать меры по уменьшению выбросов в атмосферу парниковых газов. Правда, «вклад» авиации в эмиссию углекислого газа невелик и составляет всего 3%, но положение усугубляется тем, что авиационные выбросы имеют место на большой высоте, где формируется климат.

Перед инженерами встают дополнительные трудности, поскольку в полёте выявить влияние эмиссии на окружающую среду, увы, невозможно. Кроме того, прекратить выбрасывать в атмосферу углекислый газ можно будет только после изобретения альтернативного топлива, появление которого сейчас невозможно прогнозировать.

Пока же реально попытаться повысить эффективность использования в авиационных двигателях традиционного углеводородного топлива. Для этого, в частности, вместо трубчатых камер сгорания начинают использовать кольцевые, применяют устройства для более мелкого распыления топлива и создания максимально однородной горючей смеси (гомогенизации). Подобные работы ведутся в ЦИАМ в сотрудничестве со специалистами ЦАГИ.

Успешно бороться с шумом и вредными выбросами поможет переход к новому типу самолётов на основе концепции летающего крыла. У этого летательного аппарата сверхширокий фюзеляж плавно переходит в крыло. Подобная форма способствует уменьшению турбулентности, и соответственно улучшаются аэродинамические характеристики, снижается шумность. Воздухозаборники двигателей располагаются над верхней поверхностью корпуса, который превращается в эффективный звуковой экран. Это будет уже настоящий «зелёный» самолёт.

Шум самолета. Уровень шума самолета

Шум очень важная проблема в авиации. Борьба с шумом занимает второе место по значимости вслед за обеспечением безопасности полетов. До появления самолетов с реактивным двигателем крупнейшие аэропорты принимали около 10 самолетов в сутки. Сегодня это число увеличено до нескольких сотен. Посадка и взлет воздушных судов производится практически ежеминутно. Этот фактор вместе с увеличением плотности населения, числа аэропортов и их расположения вблизи городов еще больше усугубляет проблемы борьбы с шумом. Пассажиры самолетов также страдают от шума. Уровень шума современного реактивного самолета при взлете равен 130–140 децибел.

Такой шум способен вызвать у человека болевые ощущения, поскольку это величина порога выносливости человеческого уха. А в кабине современного самолета шум иногда достигает 100 Дб, что нарушает комфорт, мешает пассажирам отдыхать и разговаривать. Требование к уровню шума на сегодняшний день является одним из основных критериев при создании авиалайнеров. Международный аэропорт ни за что не примет современный самолет, в случае если он не соответствует стандартам по уровню шума. Перед создателями первых пассажирских самолетов ставилось главное задание снижения уровня шума в кабине. Появление первых реактивных двигателей способствовало уменьшению шума, но он возрос на земле при посадке и взлете ВС.

Как уменьшают уровень шума самолета

Компоновка самолетов двухконтурными двигателями и установка в силовых установках звукопоглощающих облицовок несколько уменьшили «неудобства» от самолетов на земле. Но этих мероприятий недостаточно. Чтобы защитить людей от шума, излагаемого работой авиационной техники, принимаются различные меры. Например, запрещается возведение вблизи жилых домов. Разрабатываются новые методы посадки и взлета, рационально используется воздушное пространство. Но главная задача авиаконструкторов – создание «тихого» самолета. Для решения этой проблемы требуется вложение немалых финансовых средств. Исходя из оценки зарубежных фирм, снижение интенсивности шума наполовину требует около 200 тыс. рублей на один самолет. А для снижения шума в 4 раза нужно 600 тыс. рублей! Поэтому снижение шума всего самолетного парка стоит немалых денег.

Поскольку шум в основном создает двигатель, наибольшее внимание в работе уделяется именно ему. Большая доля шума возникает от реактивной струи газов. Поэтому сопла реактивных двигателей делают гофрированными и создают на них насадки. Второй вариант уменьшения уровня шума силовых установок – установка специальных стержней и сеток. Вокруг вырывающей струи предлагается создание звукоизолирующей оболочки, а также использовать сторонний источник шума, погашающий основной.

Многие современные авиадвигатели комплектуются звукопоглощающей облицовкой внутренних каналов. Она представлена перфорированными пластинами, которые размещены на небольшом расстоянии от жесткой стенки. Пространство между стенкой и пластинами заполняют сотовым заполнителем. Чтобы снизить уровень шума в кабине самолета, применяют звукоизолирующие и звукопоглощающие материалы. Их укладывают между внутренними панелями салонов и обшивкой в несколько слоев.

Шумовое загрязнение от воздушных судов

Шумовое загрязнение воздушных судов относится к шуму, производимому воздушными судами в полете, который был связан с несколькими негативными последствиями для здоровья, вызванными стрессом, от нарушений сна до сердечно-сосудистых заболеваний [1] [2] [3] . Правительства ввели широкие меры контроля, которые применяются к авиаконструкторам, производителям и операторам, что привело к совершенствованию процедур и сокращению шумового воздействия.

Шумовое загрязнение делится на три категории:

Механический шум — вращение деталей двигателя, наиболее заметное при достижении лопастями вентилятора сверхзвуковых скоростей.
Аэродинамический шум — от воздушного потока вокруг поверхностей самолета, особенно при полете на низкой высоте на высоких скоростях.
Шум от систем самолета — систем наддува и кондиционирования кабины, а также вспомогательных силовых агрегатов.

Содержание

1 Механизмы производства звука
- 1.1 Двигатель и другие механические шумы
- 1.2 Аэродинамический шум
- 1.3 Шум от систем самолета
2 Последствия для здоровья
- 2.1 Немецкое экологическое исследование
- 2.2 Рекомендации FAA
- 2.3 Шум в салоне
- 2.4 Когнитивные эффекты
3 Примечания

Механизмы производства звука [ править | править код ]

Авиационный шум создаётся на всех этапах работы самолёта. На земле во время стоянки, например, вспомогательными силовыми установками; во время руления; при разгоне от пропеллера и выхлопных газов реактивных двигателей; во время взлета, полета или посадки. Движущийся летательный аппарат, включающий реактивный двигатель или пропеллер, вызывает сжатие и разрежение воздуха, вызывая движение молекул воздуха. Это движение распространяется по воздуху в виде волн давления. Если эти волны давления достаточно сильны и находятся в пределах слышимого частотного спектра, возникает ощущение слуха. Различные типы самолетов имеют разные уровни шума и частоты. Шум исходит от трех основных источников:

Двигатель и другие механические шумы;
Аэродинамический шум;
Шум от систем самолета.

Двигатель и другие механические шумы [ править | править код ]

Большая часть шума в винтовых самолетах в равной степени исходит от винтов и аэродинамики. Шум вертолета — это аэродинамически индуцированный шум от главного и хвостового винтов и механически индуцированный шум от главной коробки передач и различных цепей передачи. Механические источники создают узкополосные пики высокой интенсивности, связанные со скоростью вращения и движением движущихся частей. В терминах компьютерного моделирования шум от движущегося самолета можно рассматривать как линейный источник.

Авиационные газотурбинные двигатели (реактивные двигатели) ответственны за большую часть шума самолета во время взлета и набора высоты, такого как шум бензопилы, создаваемый, когда кончики лопастей вентилятора достигают сверхзвуковых скоростей. Однако с развитием технологий снижения шума — корпус летательного аппарата, как правило, более шумный во время посадки.

Большая часть шума двигателя обусловлена шумом реактивных двигателей, хотя турбовентиляторы с высоким коэффициентом перепуска имеют значительный шум вентилятора. Высокоскоростная струя, выходящая из задней части двигателя, обладает присущей ей нестабильностью сдвигового слоя (если он недостаточно толстый) и скатывается в кольцевые вихри. Позже это переходит в турбулентность. Уровень звукового давления, связанный с шумом двигателя, пропорционален скорости реактивной струи (высокой мощности). Поэтому даже незначительное снижение скорости выхлопа приведет к значительному снижению шума реактивной струи [4] .

Читать еще: Шевроле авео громко работает двигатель

Аэродинамический шум [ править | править код ]

Аэродинамический шум возникает из-за воздушного потока вокруг фюзеляжа самолета и поверхностей управления. Этот тип шума увеличивается со скоростью самолета, а также на малых высотах из-за плотности воздуха. Реактивные самолеты создают сильный шум от аэродинамики. Низколетящие, высокоскоростные военные самолеты производят особенно громкий аэродинамический шум.

Форма носа, лобового стекла или фонаря самолета влияет на производимый звук. Большая часть шума винтового самолета имеет аэродинамическое происхождение из-за потока воздуха вокруг лопастей. Основной и хвостовой винты вертолета также создают аэродинамический шум. Этот тип аэродинамического шума в основном низкочастотный, определяемый частотой вращения ротора.

Обычно шум возникает, когда поток проходит мимо объекта на самолете, например, крыльев или шасси. В целом существует два основных типа шума корпуса воздушного судна:

Шум блефового тела — переменный вихрь, исходящий с обеих сторон блефового тела, создает области низкого давления (в центре вихрей), которые проявляются в виде волн давления (или звука). Разделенный поток вокруг тела обрыва довольно нестабилен, и поток «сворачивается» в кольцевые вихри, которые позже распадаются, создавая турбулентность.
Краевой шум — когда турбулентный поток проходит через конец объекта или зазоры в конструкции (зазоры между устройствами высокого подъема), связанные с этим колебания давления слышны, когда звук распространяется от края объекта (радиально вниз) [5] .

Шум от систем самолета [ править | править код ]

Системы наддува и кондиционирования кабины и салона часто являются основным фактором в кабинах как гражданских, так и военных самолетов. Однако одним из наиболее значительных источников шума в салоне коммерческих реактивных самолетов, помимо двигателей, является Вспомогательная силовая установка (ВСУ), бортовой электрический генератор, используемый в самолетах для запуска основных двигателей, обычно со сжатым воздухом, и для обеспечения электроэнергии, пока самолет находится на земле. Другие внутренние авиационные системы также могут внести свой вклад, например, специализированное электронное оборудование в некоторых военных самолетах.

Последствия для здоровья [ править | править код ]

Авиационные двигатели являются основным источником шума и могут превышать 140 децибел (дБ) во время взлета. Во время полета основными источниками шума являются двигатели и высокоскоростная турбулентность над фюзеляжем [6] .

Повышенный уровень шума имеет последствия для здоровья. Повышенный уровень шума на рабочем месте или другой шум может вызвать нарушение слуха, гипертонию, коронарную недостаточность, раздражение, нарушение сна и снижение успеваемости [7] . Хотя некоторая потеря слуха происходит естественным образом с возрастом [8] , во многих развитых странах воздействие шума достаточно для ухудшения слуха в течение всей жизни [9] [10] . Повышенный уровень шума может создавать стресс, повышать уровень несчастных случаев на производстве и стимулировать агрессию и другие антисоциальные формы поведения [11] . Шум в аэропорту связан с высоким кровяным давлением [12] . Авиационный шум увеличивает риск сердечных приступов [13] .

Немецкое экологическое исследование [ править | править код ]

Крупномасштабный статистический анализ воздействия авиационного шума на здоровье был проведен в конце 2000-х годов Бернхардом Грейзером для Umweltbundesamt, центрального экологического управления Германии. Данные о состоянии здоровья более миллиона жителей Кельнского аэропорта были проанализированы на предмет влияния на здоровье, коррелирующего с авиационным шумом. Затем результаты были скорректированы с учетом других шумовых воздействий в жилых районах и социально-экономических факторов, чтобы уменьшить возможное искажение данных.

Немецкое исследование показало, что авиационный шум явно и значительно ухудшает здоровье. Например, среднесуточный уровень звукового давления в 60 децибел увеличивает ишемическую болезнь сердца на 61 % у мужчин и на 80 % у женщин. Как еще один показатель, средний уровень звукового давления в ночное время, равный 55 децибелам, увеличивал риск сердечных приступов на 66 % у мужчин и на 139 % у женщин. Однако статистически значимые последствия для здоровья начались уже при среднем уровне звукового давления 40 децибел [14] .

Шум в салоне [ править | править код ]

Авиационный шум также влияет на людей, находящихся в самолете: экипаж и пассажиров. Шум в кабине может быть изучен для решения проблемы профессионального воздействия, а также здоровья и безопасности пилотов и бортпроводников. В 1998 году 64 пилота коммерческих авиакомпаний были опрошены по поводу потери слуха и звона в ушах [16] . В 1999 году NIOSH провел несколько обследований шума и оценок опасности для здоровья и обнаружил, что уровни шума превышают рекомендуемый предел воздействия в 85 децибел, взвешенных по шкале A, в течение 8 часов [17] . В 2006 году уровни шума внутри Airbus A321 во время круиза были зарегистрированы примерно на уровне 78 дБ(A), и во время руления, когда двигатели самолета производят минимальную тягу, уровни шума в салоне были зарегистрированы на уровне 65 дБ(A) [18] . В 2008 году, исследование бортпроводников шведских авиалиний показало, что средний уровень звука составляет 78-84 дБ(А) при максимальной экспозиции, взвешенной по шкале А, 114 дБ, но не выявило серьезных сдвигов порога слуха [19] . В 2018 году исследование уровней звука, измеренных на 200 рейсах, представляющих шесть групп самолетов, показало, что уровень шума в средствах массовой информации составляет 83,5 дБ(А), при этом уровни достигают 110 дБ(А) на некоторых рейсах, но только на 4,5 % превышают рекомендуемый NIOSH 8-часовой TWA 85 дБ(А) [20] .

Когнитивные эффекты [ править | править код ]

Было показано, что имитированный авиационный шум на уровне 65 дБ(А) отрицательно влияет на память людей и запоминание слуховой информации [21] . В одном исследовании, сравнивающем влияние авиационного шума с воздействием алкоголя на когнитивные функции, было обнаружено, что имитированный авиационный шум на уровне 65 дБ(А) оказал такое же влияние на способность людей запоминать слуховую информацию, как и опьянение при уровне концентрации алкоголя в крови (BAC) 0,10 [22] . Коэффициент BAC, равный 0,10, вдвое превышает установленный законом предел, необходимый для эксплуатации автотранспортного средства во многих развитых странах.

Ту-144: опережая звук и весь мир

Фото: Christian Volpati / Wikimedia.org

5 июня 1969 года советский авиалайнер Ту-144 впервые преодолел звуковой барьер. Он опередил не только звук, но и весь мир – иностранный сверхзвуковой пассажирский самолет «Конкорд» взлетел на несколько месяцев позже. При этом Ту-144 по некоторым параметрам даже превосходил своего британско-французского «собрата». В разработке передовых решений для первого сверхзвукового авиалайнера принимали участие сотни советских предприятий, в том числе и те, которые входят сегодня в Ростех. Об истории создания Ту-144 и его непростой судьбе – в нашем материале.

Сверхзвуковая гонка

Первые проекты сверхзвуковых гражданских самолетов появились в послевоенные годы на волне успеха с преодолением скорости звука боевыми истребителями и позже − сверхзвуковыми бомбардировщиками. Однако дальнейшее изучение вопроса показало, что пассажирский сверхзвуковой самолет крайне сложно сделать на основе боевого, так как они существенно отличаются по требованиям и условиям использования.

В начале 1960-х годов Великобритания и Франция запустили совместный проект по созданию сверхзвукового авиалайнера, получивший название «Конкорд» («Согласие»). Чудо-машина должна была переносить около ста пассажиров через Атлантику всего за три часа против прежних шести-восьми на обычных реактивных самолетах.

«Конкорд», 2 марта 1969 г. Фото: André Cros / Wikimedia.org

В 1963 году в гонку включаются США и СССР. Советское правительственное задание подразумевало создание отечественного сверхзвукового авиалайнера с крейсерской скоростью полета более 2300-2700 км/ч и дальностью полета до 4,5 тыс. км при загрузке до 100 пассажиров на борту или до 6,5 тыс. км с 50 пассажирами и дополнительным горючим. К 1967 году планировалось построить пять экземпляров.

На ближайшие 10 лет создание сверхзвукового авиалайнера становится одним из основных проектов Министерства авиационной промышленности СССР. Работа над самолетом была поручена ОКБ Туполева. Проект возглавил сын выдающегося конструктора Алексей Андреевич Туполев.

Читать еще: Что такое шильдик двигателя

Красота скорости

В разработке Ту-144 советские конструкторы решали ряд сложных научно-технических вопросов, с которыми отечественный авиапром сталкивался впервые. В 1965 году были определены основные конструкторские решения, и модель самолета была продемонстрирована на авиасалоне в Ле Бурже. В 1966 году утвердили полноразмерный макет авиалайнера.

Требования к дальности полета на сверхзвуковых скоростях повлияли на особенности конструкции Ту-144. Планер самолета был выполнен по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом малого удлинения, со сложной передней кромкой и однокилевым оперением. Необычный стремительный облик самолета дополняла яркая черта, отличавшая его от других моделей – опускающаяся носовая часть фюзеляжа, похожая на клюв птицы. Это решение обеспечивало пилотам качественный обзор при взлете и посадке с большим углом атаки, характерным для самолетов подобной конструкции.

Сборка самолета Ту-144. Фото ПАО «Туполев»

Львиную долю успеха в преодолении звукового барьера новым самолетом должен был обеспечить двигатель. Его взялось построить ОКБ Н.Д. Кузнецова. Специально для Ту-144 был разработан двухконтурный турбовентиляторный двигатель НК-144 с форсажными камерами. В самолете использовались новейшие материалы на основе алюминия, и впервые широко применялся титан.

В Ту-144 была задействована самая совершенная по тем временам авионика. Автопилот и бортовая ЭВМ обеспечивали автоматический взлет и посадку в любое время суток. Пассажирский салон и четырехместная кабина были выполнены по последнему слову дизайна с повышенным уровнем комфорта. Как и многие другие машины Туполева, Ту-144 отличался изяществом и красотой, подтверждая тезис конструктора о том, что «некрасивые самолеты не летают».

Спецоперация «Крыло»

Создание первых образцов Ту-144 было связано с решением множества уникальных задач. Одной из них стала транспортировка готовых крыльев. Опытные модели собирались на заводе ОКБ Туполева в подмосковном Жуковском, а за производство крыльев отвечал Воронежский авиазавод. Изначально планировалось доставить готовые крылья по речному пути, но в начале 1967 года реки уже покрылись льдом. Тогда было решено использовать «летающий кран» Ми-10. Однако специалисты ЦАГИ рассчитали, что подъем таких больших крыльев на вертолете невозможен.

Создатели англо-французского «Конкорда», что называется, наступали ОКБ Туполева на пятки, остро стоял вопрос престижа страны, и любые промедления были чреваты проигрышем в этом негласном соревновании. Сроки сборки Ту-144 поджимали, и было решено рискнуть и проверить теоретические выкладки ЦАГИ на практике. Для этого в ОКБ Миля был собран специальный экипаж, который должен был выполнить «невыполнимое» задание.

Выкатка первого серийного Ту-144 из сборочного цеха Воронежского авиационного завода, 1972 г.

На Воронежском авиазаводе работали круглые сутки и изготовили макеты крыльев для тестового полета. В хвостовую балку вертолета для устойчивости загрузили более тонны мешков с песком, а все лишнее оборудование, наоборот, сняли. Первые попытки подъема крыльев подтвердили расчеты ЦАГИ: вертикальный взлет с таким грузом был невозможен. Тогда летчик-испытатель КБ Миля В.П. Колошенко отважился на взлет с разбегом, который оказался удачным.

В полете Ми-10 с крылом сопровождали самолеты Ли-2, Ан-2 и вертолет Ми-4. Из-за плохой погоды и опасности обледенения полет пришлось прервать и экстренно приземлиться в районе Тулы. Вертолет получил небольшие повреждения и через три дня успешно доставил крыло Ту-144 в Жуковский. Все участники этой спецоперации получили благодарности и премии.

Первый в небе

В декабре 1967 года англо-французский «Конкорд» был впервые показан публике, и руководство СССР потребовало от разработчиков Ту-144 во что бы то ни стало поднять советский самолет в воздух раньше конкурентов.

К концу 1968 года Ту-144 был готов к первому полету. Возглавлял экипаж заслуженный летчик-испытатель ОКБ Туполева Эдуард Елян. Ввиду необычности машины для большей безопасности экипажа в кабине были установлены катапультирующиеся кресла, впервые в опытном пассажирском самолете.

С середины декабря Ту-144 находился в предстартовой готовности, но плохая погода не давала ему взлететь. И только в последний день 1968 года самолет «проскочил» в метеоокно и смог подняться в воздух. Уже через 25 секунд после объявления старта Ту-144 оторвался от взлетной полосы. Первый полет продолжался 37 минут.

Советский Союз на этом этапе утвердил свой приоритет в освоении сверхзвуковой гражданской авиатехники. «Конкорд» впервые взлетит только 2 марта 1969 года.

Преодолевая предел Маха

Следующим шагом стало преодоление звукового порога. 5 июня 1969 года опытный Ту-144 на высоте 11 тыс. м впервые развил сверхзвуковую скорость. В мае следующего года самолет преодолел рубеж в 2 Маха на высоте 16,3 тыс. м со скоростью 2150 км/ч.

В ходе испытаний выяснилось, что опытные двигатели НК-144 не обеспечивали требуемую дальность полета без форсажа. Ту-144 на сверхзвуке смог преодолеть 2920 км, что было значительно меньше заявленных требований. Кроме того, в процессе испытаний были выявлены недостатки конструкции. Тем не менее опытный Ту-144 выполнил свою миссию, доказав возможность сверхзвуковых гражданских перелетов.

Ту-144 в Ганновере в апреле 1972 года. Фото: Ralf Manteufel / Wikimedia.org

Следующая модель Ту-144 №01-01 была закончена в 1971 году, и было принято решение на ее основе начинать серийное производство. Для запуска в серию был выбран Воронежский авиазавод. Конструкторы продолжали совершенствовать самолет, и каждая новая серия обновлялась примерно на 20%. Увеличивалась прочность конструкции, снижался ее вес. В марте 1972 года взлетел первый серийный Ту-144.

Ту-144 испытывался на перевозке грузов и готовился к использованию на пассажирских авиалиниях. Продолжалась доводка самолета, он летал в Прагу, Берлин, Варшаву, Софию, демонстрировался на салонах в Ле Бурже. Именно на известном французском авиасалоне произошла первая катастрофа сверхзвукового авиалайнера. 3 июня 1973 года первый серийный Ту-144 разрушился в воздухе и упал на жилой район. Погиб весь экипаж и восемь жителей поселка. В результате расследования технических неисправностей самолета обнаружено не было, точная причина падения Ту-144 так и не была установлена.

Неутешительные итоги

Несмотря на катастрофу, развитие самолета продолжалось. В 1977 году наконец-то был открыт первый пассажирский рейс Ту-144 Москва – Алма-Ата. Полет проходил на высоте 16-17 тыс. м на расстояние 3260 км со скоростью 2000 км/ч. Самолет летал один раз в неделю и перевозил 80 человек. По отзывам пассажиров, они чувствовали себя в полете, как космонавты.

В 1976 году началась постройка Ту-144 с новым двигателем РД-36-51А, который должен был обеспечить более длительный сверхзвуковой полет. Происшествие с первой опытной моделью именно этой серии стало решающим в судьбе Ту-144. В мае 1978 года во время испытаний в Подмосковье самолет был вынужден совершить экстренную посадку по причине возгорания одного из двигателей. При этом два члена экипажа погибли.

В том же году было принято решение о приостановке пассажирских перевозок. Программа развития самолета была свернута, производство Ту-144 прекратили в 1981 году. Позже самолеты использовались для грузоперевозок, тренировочных и испытательных полетов.

Как показала практика, сверхзвуковые пассажирские перевозки оказались очень затратным делом даже для плановой экономики, которая никогда не скупилась на вложения в промышленность. Ту-144 оказался дорогим и сложным в эксплуатации. В СССР для него не было подходящей инфраструктуры и достаточного количества маршрутов, а для продаж за границу существовали большие препятствия. Его европейский конкурент «Конкорд», пролетавший до 2003 года, испытывал примерно те же трудности и уступил небо более экономным дозвуковым авиалайнерам.

О результатах воплощения программы сверхзвукового пассажирского авиалайнера до сих пор не утихают споры. Одно можно сказать точно: отечественные авиастроители в очередной раз подтвердили свое мировое лидерство, победив в сверхзвуковой гонке. Работы над Ту-144 помогли поднять уровень советского авиапрома и смежных областей. Опыт разработки был в дальнейшем использован при создании тяжелых сверхзвуковых самолетов Ту-22М и Ту-160.

Новейшая история Ту-144

Летом 1991 года в «биографии» Ту-144 произошло еще одно очень важное событие: на встрече в Париже руководители американской компании «Рокуэлл» и ОКБ Туполева подписали протокол о намерении провести совместные исследования по программе СПС-2 (сверхзвуковой пассажирский самолет). Выбор в пользу самолета Ту-144 (а не «Конкорда») сделали благодаря большей максимальной скорости полета, наличию убираемого переднего горизонтального оперения и, возможно, меньшей стоимости аренды.

Первый полет летающей лаборатории Ту-144ЛЛ состоялся 29 ноября 1997 года. В ходе экспериментов, завершившихся в марте 1998 года, осуществили 19 полетов общей длительностью 38 часов 52 минуты, включая 8 часов 40 минут на сверхзвуке. Были достигнуты скорость, соответствующая числу М=2,02, и высота полета 16 900 м.

Ту-144 «Летающая лаборатория», 1997 г.

Американская компания «Боинг» и АНТК им. А.Н. Туполева в июне 1999 года успешно завершили программу совместных исследований на Ту-144ЛЛ для создания перспективного пассажирского сверхзвукового самолета СПС-2. Работы по созданию проекта сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения уже ведутся.

ЗЕЛЁНЫЙ» САМОЛЁТ