Сокращение дистанций взлета и посадки региональных турбовинтовых самолетов

Повышенная эффективность турбовинтовых двигателей в крейсерском полете, а также небольшие эксплуатационные расходы определили экономическую целесообразность применения региональных винтовых самолетов для перевозки 40–80 пассажиров на коротких маршрутах в пределах одной страны или близлежащих регионов (например, в России). Аэродинамические требования к характеристикам региональных самолетов, определяемые из типичных миссий полета для российского и европейского рынков, заметно отличаются по дальности и условиям базирования. Типичная дальность полета в Европе составляет около 800 км, в то время как в России возрастает до 1500 км вследствие ограниченного количества эксплуатируемых аэропортов и аэродромов. Ограничением по условиям базирования является длина взлетно-посадочной полосы (ВПП) 1 300 м (класс аэродромов Г) для самолетов с максимальной взлетной массой и 1 000 м (класс Д) с полезной нагрузкой до 70 % от максимального значения. Также существенным требованием в России является возможность взлета и посадки с грунтовых ВПП. Последнее приводит к усложнению конструкции и увеличению веса планера, а также необходимости повышения несущих свойств крыла. Большинство эксплуатируемых европейских региональных самолетов ранее не имели жестких ограничений по условиям базирования, и их взлетно-посадочные характеристики не были активными ограничениями при формировании компоновок крыла. Однако наблюдаемый в последнее время растущий спрос на воздушные перевозки приводит к существенному увеличению нагрузки на узловые аэропорты и, как следствие, к задержке многих рейсов. Одним из возможных способов решения этой проблемы является разгрузка крупных аэропортов за счет переноса обслуживания региональных самолетов на близлежащие пригородные аэродромы. Это потребует как модернизации существующих аэропортов, так и разработки нового поколения самолетов с короткими дистанциями взлета и посадки (КВП). Разработка самолетов КВП, способных связывать пригородные аэропорты и небольшие населенные пункты, ведется уже в течение многих лет. Характеристики КВП могут быть обеспечены как за счет разработки эффективной системы механизации с повышенным уровнем несущих свойств, так и снижения нагрузки на крыло. Снижение нагрузки на крыло, часто используемое в переходной категории легких самолетов, приводит к ухудшению крейсерских характеристик и повышению чувствительности к атмосферной турбулентности, особенно на малых высотах полета. Последнее затрудняет отслеживание траектории конечного этапа захода на посадку при управлении углом тангажа посредством отклонения руля высоты. Поэтому более предпочтительным и чаще рассматриваемым вариантом сокращения взлетно-посадочных дистанций коммерческих самолетов является повышение несущих свойств крыла в сочетании с набором дополнительных технических решений. Значительные успехи в применении численных методов для разработки механизации стреловидного крыла магистральных самолетов с высоким уровнем несущих свойств (Cy_max ≈ 3), включающей выдвижной закрылок Фаулера и трехпозиционный предкрылок, позволяют использовать аналогичный подход к проектированию механизации крыла новых региональных самолетов. С учетом специфики эксплуатации самолетов на пригородных аэродромах рассмотрен комплекс технических решений, предназначенных как для увеличения несущих свойств крыла при малых скоростях полета, так и дополнительных мер для сокращения посадочной дистанции. Приведены результаты расчетных и экспериментальных исследований предложенных технических решений с оценкой эффективности их применения на региональном самолете типа ATR 42-600.

1. Schoenberg A. Turboprop market report. Exploring future technology [Электронный ресурс] // TrueNoord, June 2023. URL: https://www.truenoord.com/turboprop-market-report-2023/ (дата обращения: 07.12.2023).

2. Vecchia P.D. Development of methodologies for the aerodynamic design and optimization of new regional turboprop aircraft: Doctoral Thesis. Naples: University of Naples FEDERICO II, 2013. 229 p.

3. Hahn A.S. A conceptual design of a short takeoff and landing regional jet airliner [Электронный ресурс] // NASA, 9 p. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20100003051/downloads/20100003051.pdf (дата обращения: 07.12.2023).

4. Heinemann P. Conceptual studies of a transport aircraft operating out of inner-city airports / P. Heinemann, M. Schmidt, F. Will, M. Shamiyeh, C. Jeftberger, M. Hornung [Электронный ресурс] // Conference: Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK). Germany, Braunschweig, 2016. URL: https://www.researchgate.net/publication/308208136_Conceptual_Studies_of_a_Transport_Aircraft_Operating_out_of_Inner-City_Airports (дата обращения: 07.12.2023).

5. Karpov A.E. Development of top-level requirements for regional aircraft based on the needs of the Russian market / A.E. Karpov, B.G. Nesterenko, M.A. Ovdienko, A.N. Varyukhin, A.V. Vlasov [Электронный ресурс] // 10th EASN International Conference on Innovation in Aviation & Space to the Satisfaction of the European Citizens (10th EASN 2020), 2–5 September 2020. Vol. 1024. ID: 012070. DOI: 10.1088/1757-899X/1024/1/012070 (дата обращения: 07.12.2023).

6. Петров А.В. Аэродинамика транспортных самолетов короткого взлета и посадки с энергетическими системами увеличения подъемной силы. М.: Инновационное машиностроение, 2018. 736 с.

7. May F., Widdison C.A. STOL High-Lift design study. Vol. I. State-of-the-art review of STOL aerodynamic technology. Publisher: PN, 1971. 205 p.

8. Rudolph P.K.C. High-Lift systems on commercial subsonic airliners // NASA Contractor Report 4746, 1996. 166 p.

9. Raymer D.P. Aircraft design: a conceptual approach. Published by: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1992. 760 p.

10. Михайлов Ю.С., Потапчик А.В. Грачева Т.Н. Аэродинамический профиль крыла регионального самолета. Патент № RU 2792363 C1, МПК В64С3/14: опубл. 21.03.2023, 11 с.

11. Sobieczky H. Parametric Airfoil and Wings. Parametric airfoil and wings. In book: Recent development of aerodynamic design methodologies. Notes on numerical fluid mechanics (NNFM), 1999. Vol. 65. Pp. 71–88. DOI: 10.1007/978-3-322-89952-1_4

12. Волков А.В., Ляпунов С.В. Метод расчета трансзвукового обтекания профиля с учетом изменения энтропии на скачках уплотнения // Ученые записки ЦАГИ. 1993. Т. 24, № 1. C. 3–11.

13. Петров А.В., Степанов Ю.Г., Юдин Г.А. Аэродинамика взлетно-посадочной механизации крыла // ЦАГИ: основные этапы научной деятельности 1968–1993: сборник научных статей. М.: Наука, 1996. С. 49–59.

14. Nelson T. 787 Systems and performance [Электронный ресурс] // Boeing. 2005. 36 p. URL: https://www.myhres.com/Boeing-787-Systems-and-Performance.pdf (дата обращения: 07.12.2023).

15. Reckzeh D. Multifunctional wing moveables: design of the A350XWB and the way to future concepts [Электронный ресурс] // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS, 2014. 10 p. URL: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2014/data/papers/2014_0133_paper.pdf (дата обращения: 07.12.2023).

16. Михайлов Ю.С. Повышение эффективности механизации стреловидного крыла // Научный Вестник МГТУ ГА. 2020. Т. 23, № 6. C. 101–120. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-6-7101-120