Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского
ENG
Версия для печати

Без промежуточных посадок / Журнал «Гражданская авиация» № 11-12

1 Ноября 2010

Сегодня дальними полетами никого не удивишь. Для магистральных самолетов типа Boeing 777 или А 340 и 10 тысяч километров не предел. А гигант А 380 может без промежуточной посадки доставить 550 человек на дальность 15 000 км.

Пассажиру, конечно, удобно, но какой ценой достается этот комфорт? Подсчитано, что на каждый килограмм топлива, необходимый для полета на большую дальность, нужно брать еще 1 кг, чтобы его довезти. Другими словами, если в баки заправлено 100 тонн топлива, то 50 тонн — это плата за беспосадочный полет.

А если устроить в полете промежуточный заправочный пункт? Тогда можно будет обойтись половиной потребного топлива и сэкономить порядка 40 тысяч долларов. Но где взять этот сказочный пункт?

Первый патент на дозаправку самолетов в воздухе получил в США русский авиатор (летчик и конструктор) Александр Николаевич Прокофьев-Северский еще в 1921 году. Двумя годами позже американцы провели успешные летные испытания системы дозаправки.

Пытаясь совершить полет без промежуточных посадок из Англии в Индию, сэр Алан Кобхэм предпринял попытку осуществить дозаправку в воздухе с помощью модифицированного самолета-заправщика Хендли Пейдж W10. Кобхэм вылетел из Портсмута 24 сентября 1934 года, но неполадки в его самолете помешали продолжить полет, который закончился на Мальте.

Самый продолжительный непрерывный полет на легком самолете длился 64 дня и 22 часа. Этот рекорд установили Роберт Тимм и Джон Кук на самолете Сессна 172 «Гасиенда». Взлетев 4 декабря 1958 года в 3 часа 53 минуты с аэродрома Маккарен в Лас-Вегасе, они приземлились на тот же аэродром 7 февраля 1959 года в 2 часа 12 минут, покрыв за время полета расстояние, равное шести кругосветным путешествиям. На протяжении всего полета промежуточные посадки не выполнялись, еда и топливо с помощью троса поднимались на борт с... грузовика, двигавшегося по взлетно-посадочной полосе аэродрома под летящим самолетом.

В середине тридцатых годов прошлого века возможность дозаправки самолета в полете на дальних пассажирских перевозках рассматривалась русским авиаконструктором Д.П. Григоровичем. В настоящее время этой проблемой занимается ЦАГИ. Ученые этого института д.т.н. профессор Г.А. Павловец и к.т.н. А.В. Климин написали для нашего журнала статью «Дозаправка в полете — ответ на экологический вызов времени», которую мы публикуем с небольшими сокращениями.

Исследования ЦАГИ показали, что дозаправка в воздухе при дальних перевозках может дать годовую экономию топлива мировым авиапаркам в десятки миллионов тонн, а стоимость мирового парка магистральных самолетов даже с учетом дополнительных затрат на производство самолетов-танкеров уменьшится на сотни миллиардов долларов.

Возможность дозаправки в полете при больших дальностях полета позволит использовать более легкие и дешевые самолеты и к тому же уменьшить загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива, попутно снизить шум в районе аэропортов за счет уменьшения веса самолетов и «спрямления» маршрутов. Кроме того, использование более легких и дешевых самолетов позволяет снизить расходы на топливо, аэропортовые сборы, техническое обслуживание и ремонт. Согласно оценкам, использование самолетов средней дальности вместо дальних может уменьшить стоимость мирового авиапарка к 2028 году до 350–400 миллиардов долларов. А годовое сокращение расходов топлива составит не менее 40 миллионов тонн.

Однако для внедрения заправки топливом в полете гражданских самолетов необходим широкий комплекс исследований по обеспечению гарантированной надежности и безопасности процесса дозаправки. Эта задача может быть решена только путем создания автоматической системы управления процессом заправки. К тому же разработка и внедрение технологии гражданских авиаперевозок с дозаправкой в полете требует немалых финансовых затрат. Но эти затраты несопоставимы с масштабом благоприятных экологических последствий, снижающих опасность растущих угроз планетарного масштаба от увеличения мирового объема авиаперевозок.

Исследования, выполненные в ЦАГИ, показали, что уменьшение расчетной дальности с 14 до 8 тысяч километров для самолета типа А380 приводит к снижению его максимального веса и стоимости примерно в полтора раза. В расчетных точках с дальностью полета 14 000 км и 8000 км расход топлива на пассажирокилометр уменьшается более чем на 20 %.

На роль заправщика для само¬лета такой размерности подошел бы отечественный самолет-заправщик Ил-78. Уже в 2000 году были проведены совместные исследования ЦАГИ и «НПП «Звезда», в которых наряду с выводами о значительном экономическом выигрыше при реализации технологии гражданских авиаперевозкок с дозаправкой в полете был весьма обнадеживающий вывод специалистов «НПП «Звезда» о том, что «опыт эксплуатации системы дозаправки в полете, применяемой в настоящее время в военной авиации, свидетельствует о достаточности научно-технического задела для создания надежной и безопасной системы дозаправки в воздухе транспортных и пассажирских самолетов».

В мире используются две схемы заправки в полете. Заправка через жесткую телескопическую штангу, соединяющую заправляемый самолет и танкер. И заправка по схеме шланг — конус. В российской военной авиации применяется вторая схема как более безопасная. В странах НАТО используются обе схемы дозаправки. Хотя стаж использования в авиации заправки в полете перевалил за 80 лет, эта процедура остается весьма сложным маневром, требующим от пилотов большого мастерства и постоянной тренировки. Анализ большого количества видеозаписей маневров заправляющегося самолета с заправочным конусом убеждает, что автоматизация процесса заправки в полете является необходимым условием для внедрения этой технологии в практику гражданских грузовых и тем более пассажирских авиаперевозок.

Современный технологический уровень и средства определения пространственного положения самолетов позволяют реализовать автоматическое управление самолетами как на этапе сближения и контакта приемной штанги с конусом, так и на этапе полета в строю заправки при перекачке топлива. Результаты проведенного в ЦАГИ математического моделирования сближения при автоматизации управления самолетами Ил-78 и Ан-124 с использованием штатных систем заправочных устройств и систем управления самолетами показали, что с увеличением степени атмосферной турбулентности уменьшается вероятность попадания штанги в приемное кольцо заправочного конуса. Картина в корне меняется при использовании управляемого конуса. В этом случае при максимальной степени турбулентности вероятность успешного контакта с первой попытки близка к единице.

В 2006 году фирма Boeing уже испытала систему автоматической дозаправки в воздухе. Система, разработанная компанией Sierra Nevada Corporation, позволяет автоматически выполнять весь комплекс операции, необходимых для осуществления безопасной дозаправки самолета в воздухе, в частности, при попадании приемной штанги в заправочный конус и в процессе самой дозаправки. В сообщении сайта CNews. ru об этих испытаниях говорилось, что частота успешных контактов составляет примерно треть от общего числа попыток. При промахе автоматически выполняется повторная попытка. Темпы технического прогресса не оставляют никаких сомнений в том, что создание надежной системы автоматической заправки самолетов в полете при современном уровне развития техники — задача решаемая.

Очевидно, что для применения этой технологии в пассажирских авиаперевозках обеспечение автоматической дозаправки с должным уровнем надежности — условие необходимое, но недостаточное. Внедрение заправки гражданских самолетов в воздухе требует решения целого ряда технических и организационных проблем.

Остановимся теперь несколько подробнее на том, какова нужда в использовании дозаправки в воздухе в гражданских авиаперевозках. Рассмотрим вначале экономические и экологические преимущества использования заправки в полете при авиаперевозках большой дальности. Вернемся к сравнению техникоэкономических характеристик 600-местных самолетов с расчетной дальностью 8000 и 14 000 км. Анализ мирового авиарасписания показывает, что для осуществления полетов с дозаправкой самолета с расчетной дальностью 8000 км на авиалиниях протяженностью 15–17 тыс. км достаточно 20–25 заправочных авиабаз в аэропортах, расположенных вне зон интенсивного авиадвижения.

При сравнительной оценке стоимости парков самолетов при двух технологиях дальних полетов (обычной и с дозаправкой) стоимость самолетов и заправщиков в миллионах долларов можно считать равной половине взлетного веса самолета в тоннах. При таких допущениях получим, что парк в 500 самолетов с расчетной дальностью 8000 км будет дешевле парка самолетов с расчетной дальностью полета 14 000 км на 45 миллиардов долларов. Для заправщика Ил-78 время выполнения операции дозаправки рассматриваемого 600-местного самолета составит около полутора часов. Если к каждой миссии по заправке добавить час на аэродромное обслуживание, то получится, что за 8-часовой рабочий день один танкер может полностью заправить не менее трех самолетов. Следует учесть, что в практике эксплуатации самолетов большой дальности только часть полетов выполняется на большую дальность. Для парка из 500 самолетов более чем достаточно 80 танкеров типа Ил-78. Оценки показывают, что стоимость парка дальних самолетов примерно на 40% выше стоимости парка пассажирских самолетов и заправщиков при использовании технологии заправки в полете. А годовая экономии топлива при использовании заправки в полете для рассмотренной численности парка этого типа самолетов составит более трех миллионов тонн.

Масштабы уменьшения стоимости самолетов и экономии расходов топлива уже являются весомыми аргументами в пользу практической проработки технологии дальних авиаперевозок с дозаправкой в полете. Проведенные оценки эксплуатационных расходов двух технологий дальних авиаперевозок также показывают, что дополнительные расходы, связанные непосредственно с процессом эксплуатации заправочного комплекса, с избытком компенсируются только экономией на топливе. А эксплуатационные расходы более легких и дешевых самолетов будут меньше еще и по статьям аэропортовых расходов, и по затратам на техническое обслуживание и ремонт.

Внедрение в практику пассажирских авиаперевозок с дозаправкой топливом в полете уменьшает потребность в самолетах большой пассажировместимости. Возможность полета любого класса самолета на неограниченную дальность в значительной мере устраняет необходимость «хабовой» технологии авиаперевозок, когда пассажиры вынуждены совершать перелеты с пересадкой в крупных аэропортах. Беспересадочные авиаперевозки приведут к уменьшению непроизводительных затрат на транспортировку авиапассажиров в аэропорты — хабы. При использовании самолетов меньшего весового класса уменьшается влияние вихревых следов самолетов на пропускную способность аэропортов. Загрузка крупных узловых аэропортов может быть уменьшена благодаря использованию региональных аэропортов для обслуживания дальних рейсов.

Напомним, что в 2008 году парламент ЕС постановил, начиная с 2012 года, распространить действие системы квотирования выбросов в окружающую среду на деятельность авиакомпаний. Система основана на Киотском протоколе 1997 года, целью которого является снижение уровня выбросов СО2 на 20 % к 2020 году по сравнению с показателями 1990 года. В соответствии с условиями данной системы перевозчики должны будут приобретать сертификаты на каждую тонну выбросов двуокиси углерода. Некоторые зарубежные эксперты считают, что в 2012 году перевозчики, имеющие большую маршрутную сеть, будут выплачивать девятизначные суммы в евро только за выбросы в окружающую среду. Эта «перспектива» может явиться хорошим ускорителем внедрения технологии дозаправки в практику авиаперевозок.

Надо отметить, что географическое расположение России очень удобно для отработки технологии дальних авиаперевозок с дозаправкой. Над нашей территорией про¬ходит большинство авиатрасс, связывающих Европу и Юго-Восточную Азию. Заправочные центры в районе Новосибирска и Норильска делят эти авиатрассы примерно пополам. Оснащенные системой дозаправки, средние магистральные самолеты Ту-204 и перспективный самолет МС-21 были бы на этих авиалиниях вне конкуренции.

То же можно сказать и о авиаперевозках на линиях США — Юго-Восточная Азия. Эти авиалинии проходят над нашим дальневосточным регионом.

Разработанные под технологию полетов с дозаправкой в воздухе, самолеты средней дальности в полном смысле станут «прорывным продуктом» на мировом авиарынке. Ускоренная разработка новой технологии дальних авиаперевозок дает России реальный шанс вернуть свое лидирующее место в мировой авиаиндустрии.

Авторы: Г.А. Павловец, А.В. Климин


Вернуться к списку

Яндекс.Метрика