Czterosilnikowy samolot odrzutowy - Four-engined jet aircraft
Cztery silnikiem odrzutowy , czasami nazywany quadjet , to samolot odrzutowy napędzany czterema silnikami . Obecność czterech silników zapewnia zwiększoną moc, dzięki czemu takie samoloty mogą być wykorzystywane jako samoloty pasażerskie , frachtowce i samoloty wojskowe . Wiele z pierwszych specjalnie zbudowanych samolotów odrzutowych miało cztery silniki, wśród których wyróżnia się De Havilland Comet , pierwszy komercyjny odrzutowiec na świecie. W ciągu dziesięcioleci po ich wprowadzeniu, ich wykorzystanie stopniowo spadało z powodu różnych czynników, w tym dopuszczenia odrzutowców dwusilnikowych do lotów dalej od lotnisk objazdowych i zwiększonego nacisku na oszczędność paliwa .
Projekt
Silniki w strąkach
Silniki czterosilnikowego samolotu najczęściej znajdują się w kapsułach zwisających z pylonów pod skrzydłami. Można to zaobserwować w Airbusie A340 , Airbusie A380 i Boeingu 747 . Wiele wojskowych samolotów transportowych również jest wyposażonych w ten projekt, w tym Antonov An-124 , Boeing C-17 Globemaster i Lockheed C-5 Galaxy . W tej lokalizacji silniki mogą pełnić funkcję odciążającą i zmniejszać wagę konstrukcyjną skrzydła o 15%. Znajdują się również w bardziej dostępnym miejscu do konserwacji lub wymiany. Wadą jest jednak większe ryzyko połknięcia ciał obcych przez silniki, ponieważ mają one mniejszy prześwit i większy moment odchylenia podczas awarii silnika . Naddźwiękowy samolot pasażerski Concorde miał swoje silniki montowane w prostokątnym strąki konformalnej na spodzie skrzydła, bez pylonów. Pominięcie pylonów zmniejsza opór i eliminuje ryzyko ich przeciążenia.
Cztery silniki strączkowy może być również przymocowany do tylnego kadłuba , co wymaga T ogon . Zmniejsza to hałas w kabinie i zwalnia więcej miejsca na skrzydłach na urządzenia wysokiego podnoszenia i przechowywanie paliwa. Przepływ powietrza nad skrzydłami jest również niezakłócony ze względu na brak pylonów. Jednak silniki montowane z tyłu przesuwają środek ciężkości do tyłu i znajdują się dalej od źródła paliwa. Ił-62 i Vickers VC-10 obie mają swoje cztery silniki montowane w tej konfiguracji.
Zakopane silniki
Samoloty odrzutowe mogą być również projektowane z silnikami zakopanymi w konstrukcji samolotu. De Havilland Comet włączone cztery silniki turboodrzutowe pochowany wewnątrz jej skrzydłami korzeni , najczęściej lokalizację dla silników pochowanych. Taka konstrukcja zmniejsza zarówno opór, jak i ryzyko połknięcia ciał obcych, ale zwiększa trudność konserwacji i komplikuje konstrukcję skrzydła. Przez Northrop B-2 Spirit strategiczny bombowiec Stealth posiada wszystkie cztery turbofans zakopane w jego skrzydła (jako latające skrzydło , skrzydło jest głównym składnikiem strukturalnym). Zmniejsza to sygnaturę cieplną silników, ukrywając wentylatory i minimalizując sygnaturę spalin.
Zalety i wady
Zalety
Główną zaletą posiadania czterech silników jest oferowana nadmiarowość, prowadząca do zwiększenia bezpieczeństwa. Awaria pojedynczego silnika jest znacznie mniej znacząca, ponieważ trzy pozostałe silniki mogą zwykle zapewnić wystarczającą moc, aby wygodnie dotrzeć do lotniska objazdowego lub kontynuować podróż, w zależności od takich czynników, jak powaga awarii, wysokość, obciążenie paliwem i warunki pogodowe. Dzięki zwiększonej niezawodności silników odrzutowych wskaźnik awarii silnika może wynosić zaledwie 0,01 przestojów w locie na 1000 godzin pracy silnika, co zmniejsza znaczenie tej przewagi.
W przypadku awarii jednego silnika ilość straconej mocy przy czterech silnikach jest proporcjonalnie mniejsza niż przy trzech lub dwóch silnikach. Dzieje się tak, ponieważ trzy z czterech silników nadal będą działać, co oznacza 25% redukcję ciągu w porównaniu z 33% w przypadku silników trzyodrzutowych i 50% w przypadku dwuodrzutowych . Można to zaobserwować w następującym przykładzie z udziałem czteroodrzutowego Boeinga 747-400, trójodrzutowego McDonnell Douglas MD-11 oraz dwuodrzutowego Boeinga 767-300ER . Przy wszystkich silnikach pracujących przy maksymalnej masie startowej , wszystkie trzy samoloty mają stosunek mocy do masy wynoszący około 1 do 3,4. Po awarii jednego silnika stosunek mocy do masy spada z 1 do 4,7 ( 747-400 ), 1 do 5,5 ( MD-11 ) i 1 do 6,6 ( 767-300ER ). Boeing 747-400 odczuwa najmniejszej degradacji wydajności, co czyni go bezpieczniejszym podczas awarii silnika.
Zamontowanie samolotu z czterema silnikami również zwiększa moc, umożliwiając większą liczbę pasażerów, cięższe ładunki i lepsze osiągi. Było to szczególnie ważne w przypadku wczesnych samolotów odrzutowych, ponieważ w tym czasie silniki odrzutowe wytwarzały mniejszy ciąg. Pratt & Whitney Jt3d od 1958 roku miał wyjścia oporową 76 kN (17000 lbf ), podczas gdy nowoczesne silniki takie jak General Electric GE90 może produkować ponad 440 kN (100000 lbf) o nacisku, dzięki czemu ta przewaga mniej istotna w dzisiejszych czasach tak dużych samolotów nie jest już koniecznie potrzebujesz czterech silników.
Największe czterosilnikowe samoloty odrzutowe wyróżniają się największą liczbą pasażerów – Airbus A380 może przewozić do 853 pasażerów w układzie jednej klasy. Dzięki temu mogą zaspokoić popyt na bardzo ruchliwych trasach, a po zapełnieniu pasażerami w celu rozłożenia kosztów mogą być bardzo opłacalne.
Wady
Cztery mniejsze silniki zużywają więcej paliwa niż dwa większe, podnosząc koszty operacyjne. Konkretnie, samolot typu quadjet Boeing 747 zużywa o 2,5 litra (0,66 galona amerykańskiego) więcej paliwa na kilogram (2,2 funta) ładunku w porównaniu do typu twinjet Boeing 787 . Ponieważ paliwo do silników odrzutowych stanowi dużą część całkowitych kosztów, sprawia to, że quadjety są mniej atrakcyjne dla linii lotniczych, a wiele z nich kieruje swoją uwagę na bardziej wydajne typy samolotów.
Cztery silniki wiążą się również z wyższymi kosztami konserwacji, ponieważ każdy z nich wymaga regularnych przeglądów i serwisowania. Około połowa kosztów konserwacji samolotu pochodzi z rutynowej konserwacji silnika, więc dodatkowy koszt utrzymania czterech silników jest znaczny.
Zdolność bardzo dużego samolotu do przewożenia równie dużej liczby pasażerów może być wadą, gdy siedzenia nie są zajęte. Jest to nowy trend, szczególnie dlatego, że branża lotnicza przechodzi od modelu szprych-piasta do modelu punkt-punkt . W modelu z piastą szprychową pasażerowie są przenoszeni z mniejszych odległych punktów i skoncentrowani w dużych hubach. Wprowadza to zapotrzebowanie na samoloty o dużej pojemności. Odwrotnie, model punkt-punkt transportuje pasażerów bezpośrednio z miejsca startu do miejsca przeznaczenia, rozkładając ich na różnych trasach i wymagając mniejszej liczby miejsc w obsługującym samolocie. Zwłaszcza w związku z pojawieniem się w ostatnim czasie tanich przewoźników, którzy obsługują wiele lotów z punktu do punktu, trudniej jest obsadzić miejsca w największych samolotach. Z tego powodu floty szerokokadłubowe tych linii lotniczych są zdominowane przez dwusilnikowe odrzutowce dalekiego zasięgu o mniejszej pojemności, takie jak A330 i 787 .
Historia
Wczesna historia
Przed erą odrzutowców samoloty były napędzane silnikami tłokowymi . Awarie silników były stosunkowo częste, więc zapewnienie nadmiarowości z czterema silnikami było ważne w przypadku lotów dalekiego zasięgu. Potrzeba ta rozszerzyła się na początek ery odrzutowców i w połączeniu z ograniczonym ciągiem dostępnym we wczesnych silnikach odrzutowych , najbardziej praktyczne było zaprojektowanie dużych samolotów odrzutowych z czterema silnikami. Pierwszym komercyjnym samolotem odrzutowym był czterosilnikowy De Havilland Comet , który po raz pierwszy poleciał w 1949 roku. Jednak z powodu serii śmiertelnych wypadków spowodowanych zmęczeniem metalu w latach 1953-1954 Comet został uziemiony. To znacznie nadszarpnęło jego reputację i to późniejsze samoloty naprawdę skorzystały na późniejszych ulepszeniach. W 1958 roku Boeing wprowadził 707, a rok później Douglas wypuścił DC-8 , oba typy również z czterema silnikami. Oba były bardzo udane, a w szczególności 707 przypisuje się postęp w epoce odrzutowców. W tym okresie rozkwitły duże samoloty, które często operowały zarówno na trasach krajowych, jak i międzynarodowych.
Późniejsze dekady i stopniowy upadek
W latach 60. stało się jasne, że posiadanie czterech silników zmniejsza zużycie paliwa. Nie stanowiło to problemu na trasach długodystansowych, które przewoziły 300 lub więcej pasażerów przez 8 do 12 godzin, co pozwala na wysoki stosunek kosztów do liczby pasażerów. Z drugiej strony, duże czterosilnikowe typy były mniej przystosowane do częstych usług krótkodystansowych, które wymagały wielu startów i lądowań dziennie, co kosztowało więcej paliwa, a jednocześnie zwykle przewoziło mniej pasażerów na lot. To skłoniło do rozwoju dużych tryjetów i twinjetów . Ze względu na ograniczenia w technologii silników, bliźniacze odrzutowce z tej epoki były małe i miały stosunkowo krótki zasięg. Zasada 60 minut FAA uniemożliwiała im również loty dalej niż 60 minut od lotnisk objazdowych ze względu na mniejszą redundancję silników. Trijety stanowiły kompromis między oszczędnością paliwa a redundancją. W 1969 Boeing wypuścił 747 . Nazywany „Jumbo Jet”, był pierwszym szerokokadłubowym samolotem pasażerskim , który mógł przewozić znacznie więcej pasażerów niż jakikolwiek inny samolot. Jego pojemność i osiągi nie miały sobie równych, nawet po wprowadzeniu na rynek szerokokadłubowej konkurencji trijet w postaci McDonnell Douglas DC-10 i Lockheed L-1011 TriStar .
W ramach własnej kategorii w lotnictwie handlowej, naddźwiękowy samolot pasażerski Concorde rozpoczął służbę w 1976 roku jego czterech Rolls Royce / Snecma Olympus 593 turboodrzutowe wolno go do rejsu na dwukrotnej prędkości dźwięku. W momencie powstania był uważany za przyszłość transportu lotniczego. Jednak, w dużej mierze z powodu wysokich kosztów operacyjnych i problemów z hałasem, Concorde nigdy nie osiągnął przewidywanego poziomu sukcesu.
W latach 80. zwiększona niezawodność i dostępna moc silników odrzutowych umożliwiły bliźniaczym samolotom bezpieczne latanie na jednym silniku. To skłoniło do wprowadzenia uprawnień ETOPS dla samolotów dwusilnikowych, pozwalających na obejście reguły 60 minut i latanie na trasach transoceanicznych obsługiwanych wcześniej przez czterosilnikowe typy. Przewaga redundancji, jaką przyniosły cztery silniki, nie była już potrzebna i nie mogły już konkurować z niższym zużyciem paliwa i kosztami utrzymania silników typu twinjet z silnikami o większej mocy. Wszystkie oprócz największych czterosilnikowych typów, takich jak Boeing 747, stały się nieekonomiczne, co doprowadziło do wycofania starzejących się flot 707 i DC-8 .
Nowa fala czterosilnikowych konstrukcji o jeszcze większej pojemności pojawiła się, gdy Boeing wprowadził na rynek 747-400 w 1989 roku, a Airbus wypuścił A340 w 1993 roku. czas i odniosły sukces komercyjny.
Kiedy w 1983 r. wprowadzono BAe 146, było to niezwykłe, ponieważ był to czterosilnikowy samolot regionalny krótkiego zasięgu . Jego konstrukcja ostatecznie umożliwiła cichszą pracę i krótkie możliwości startu i lądowania .
Ostatnia główna zaleta czterech silników, ich potencjał do bardzo dużych pojemności, stał się znacznie mniej istotny, gdy w 1995 r. wprowadzono na rynek dwusilnikowy Boeing 777. Oryginalny 777-200 mógł pomieścić do 300 pasażerów, co stanowi znaczny wzrost w porównaniu z istniejącymi dwusilnikowymi odrzutowcami, takimi jak jak 767 , który zwykle może pomieścić tylko 200-300 pasażerów. Późniejszy rozwój 777-300ER zwiększył pojemność pasażerów do prawie 400, zbliżając się do 747 i zastępując A340 , będąc jednocześnie bardziej wydajnym i generującym niższe koszty utrzymania silnika. Airbus A330 Twin przeszedł podobną ewolucję, zakończone z 330-osobowej A330-300 .
Na początku XXI wieku jedyną pozostałą zaletą największych typów była ich zdolność do przewożenia większej liczby pasażerów niż największe dwusilniki. W latach następujących po zamachach z 11 września wzrost cen paliw i spadek w przemyśle lotniczym zwiększył potrzebę minimalizacji kosztów i wydatków operacyjnych. Produkcja wariantu pasażerskiego 747-400 została wstrzymana do 2005 roku, a dostawy A340 spadły do 11 rocznie, ponieważ musiały zmierzyć się z konkurencją ze strony bardziej wydajnych i porównywalnie wydajnych samolotów dwusilnikowych.
Aktualny stan
.jpg)
Zastosowanie czterech silników zostało ożywione w 2005 roku, kiedy Airbus wprowadził A380 , obecnie największy samolot pasażerski na świecie. Został zaprojektowany z myślą o trasach o bardzo wysokim zapotrzebowaniu, zazwyczaj mieszczących 575 pasażerów na dwóch pełnowymiarowych pokładach. Jednak od 2018 r. Airbus zrealizował tylko jedną czwartą swojej początkowej przewidywanej liczby 1200 sprzedaży w ciągu dwóch dekad. Można to przypisać współczesnemu trendowi podróżowania z punktu do punktu przy użyciu mniejszych, ale bardzo wydajnych samolotów odrzutowych, takich jak Airbus A350 i Boeing 787 , w przeciwieństwie do modelu ze szprychami, który faworyzuje masywne samoloty, takie jak A380. Największy operator A380, Emirates , czerpie zyski ze swojej floty, ponieważ jego główny hub znajduje się na Międzynarodowym Lotnisku w Dubaju , gdzie wiele tras długodystansowych ma międzylądowania. Ułatwia to Emirates zapełnienie miejsc w A380. Jako największy operator A380, linie Emirates wielokrotnie zamawiały od Airbusa dodatkowe A380, aby powiększyć swoją flotę. Według stanu na grudzień 2018 ostatnie zamówienie zostało potwierdzone w styczniu 2018 roku.
.jpg)
Wraz ze wzrostem mocy silników i spadkiem wymagań dotyczących pojemności, samoloty dwuodrzutowe, takie jak Boeing 787 Dreamliner i Airbus A350 XWB, weszły na rynki, które tradycyjnie wymagały czterech silników.
W odpowiedzi na A380 Boeing wprowadził 747-8 w 2011 roku jako następcę 747-400. Wariant pasażerski 747-8I otrzymał tylko 50 zamówień do 2018 r., podczas gdy wariant frachtowy 747-8F odniósł większy sukces z ponad 100 zamówieniami. Od 2018 r. 747-8F nie ma sobie równych pod względem zasięgu i ładowności, co czyni go opcją dla przewoźników cargo.
Typy aktualnie w produkcji
Samoloty
- Boeing 747-8
- Iljuszyn Ił-96 (ograniczony)