Четырехмоторный реактивный самолет , иногда называемый квадроджетом , представляет собой реактивный самолет, оснащенный четырьмя двигателями . Наличие четырех двигателей обеспечивает повышенную мощность и избыточность, что позволяет использовать такие самолеты в качестве авиалайнеров , грузовых самолетов и военных самолетов . Многие из первых специально построенных реактивных самолетов имели четыре двигателя, среди которых стоит отметить De Havilland Comet , первый в мире коммерческий реактивный самолет. [1] В течение десятилетий после их появления их использование постепенно снижалось из-за различных факторов, включая одобрение двухмоторных самолетов для полетов дальше от аэропортов перехвата по мере повышения надежности и повышенного внимания к топливной эффективности . [2]
Двигатели четырехмоторных самолетов чаще всего находятся в гондолах , подвешенных к пилонам под крыльями. [3] Это можно наблюдать в Airbus A340 , Airbus A380 и Boeing 747. Многие военные транспортные самолеты также имеют такую конструкцию, включая Антонов Ан-124 , Boeing C-17 Globemaster и Lockheed C-5 Galaxy . В этом месте двигатели могут действовать как разгрузочная нагрузка и уменьшать структурный вес крыла на 15%. Они также находятся в более доступном месте для обслуживания или замены. Однако к недостаткам можно отнести более высокий риск попадания посторонних предметов в двигатели, поскольку они имеют меньший дорожный просвет, и больший момент рыскания при отказе двигателя . [4] Двигатели сверхзвукового авиалайнера Concorde были установлены в прямоугольных гондолах, соответствующих нижней части крыла, без каких-либо пилонов. Отсутствие пилонов снижает сопротивление и устраняет риск их перенапряжения. [5]
Четыре гондольных двигателя также могут быть прикреплены к задней части фюзеляжа , что требует Т-образного хвоста . [3] Это снижает шум в кабине и освобождает больше места на крыльях для устройств с высокой подъемной силой и хранения топлива. Воздушный поток над крыльями также не нарушается из-за отсутствия пилонов. Однако задние двигатели смещают центр тяжести назад и расположены дальше от подачи топлива. [4] У Ил-62 и Vickers VC10 четыре двигателя установлены в этой конфигурации. [6] [7]
Реактивные самолеты также могут быть спроектированы с двигателями, зарытыми в конструкцию самолета. [3] De Havilland Comet включал четыре турбореактивных двигателя , зарытых в корневую часть крыла , наиболее распространенное место для зарытых двигателей. Такая конструкция снижает как сопротивление, так и риск попадания посторонних предметов, но увеличивает сложность обслуживания и усложняет конструкцию крыла. [4] Стратегический бомбардировщик-невидимка Northrop Grumman B-2 Spirit имеет все четыре турбовентиляторных двигателя, зарытых в крыло (как летающее крыло , крыло является основным структурным компонентом). Это снижает тепловую сигнатуру двигателей, скрывая вентиляторы и минимизируя сигнатуру выхлопа. [8]
Hawker Siddeley Trident 3B не только имеет два двигателя в задних внешних гондолах фюзеляжа , но также имеет еще два двигателя, установленных вертикально в хвосте. Самолет изначально был спроектирован как трехдвигательный , но Trident 3B добавил четвертый двигатель, поскольку дополнительная мощность требовалась из-за удлиненного фюзеляжа, увеличенной хорды крыла и увеличенного общего веса.
Главным преимуществом наличия четырех двигателей является избыточность, что приводит к повышению безопасности. [2] Отказ одного двигателя гораздо менее существенен, поскольку три оставшихся двигателя обычно могут обеспечить достаточную мощность для комфортного достижения аэропорта пересадки или продолжения полета, в зависимости от таких факторов, как серьезность неисправности, высота, запас топлива и погодные условия. [9] С повышением надежности реактивных двигателей частота отказов двигателей может составлять всего лишь 1 отключение в полете на 100 000 часов работы двигателя, [10] что снижает значимость этого преимущества.
При отказе одного двигателя количество потерянной мощности при отказе четырех двигателей пропорционально ниже, чем при отказе трех или двух двигателей. Это связано с тем, что три из четырех двигателей будут по-прежнему функционировать, что составляет 25%-ное снижение тяги по сравнению с 33% для трехдвигательных самолетов и 50% для двухдвигательных самолетов . Это можно наблюдать в следующем примере с участием четырехдвигательного самолета Boeing 747-400 , трехдвигательного самолета McDonnell Douglas MD-11 и двухдвигательного самолета Boeing 767-300ER . При работе всех двигателей при максимальном взлетном весе все три самолета имеют отношение мощности к весу приблизительно от 1 до 3,4. После отказа одного двигателя отношение мощности к весу падает до 1 до 4,7 ( 747-400 ), от 1 до 5,5 ( MD-11 ) и от 1 до 6,6 ( 767-300ER ). [11] Boeing 747-400 испытывает наименьшее ухудшение характеристик, что делает его более безопасным при отказе двигателя.
Оснащение самолета четырьмя двигателями также увеличивает мощность, позволяя перевозить больше пассажиров, тяжелее полезную нагрузку и повышать производительность. [12] Это было особенно важно для ранних реактивных авиалайнеров, поскольку турбовентиляторные двигатели с малым двухконтурием и турбореактивные двигатели того времени были намного слабее по сравнению с современными турбовентиляторными двигателями с большим двухконтурием . Pratt & Whitney JT3D 1958 года имел выходную тягу 76 килоньютонов (17 000 фунтов силы ) [13] в то время как современные двигатели, такие как General Electric GE90, могут производить более 440 килоньютонов (100 000 фунтов силы) тяги [14] , что делает это преимущество менее значимым в наши дни, поскольку более крупным авиалайнерам больше не обязательно нужны четыре двигателя.
Самые большие четырехмоторные реактивные авиалайнеры отличаются наибольшей пассажировместимостью — Airbus A380 может перевозить до 853 пассажиров в одноклассной компоновке. [15] Это позволяет им удовлетворять спрос на чрезвычайно загруженных маршрутах, а при заполнении пассажирами для распределения затрат они могут быть очень прибыльными. [12]
Четыре меньших двигателя потребляют больше топлива, чем два больших, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов. В частности, четырехдвигательный самолет Boeing 747 потребляет [ требуется разъяснение ] на 2,5 литра (0,66 галлона США) больше топлива на килограмм (2,2 фунта) полезной нагрузки по сравнению с двухдвигательным самолетом Boeing 787. [16] Поскольку реактивное топливо составляет большую часть общих расходов, это делает четырехдвигательные самолеты менее привлекательными для авиакомпаний, и многие переключают свое внимание на более эффективные типы самолетов. [17]
Четыре двигателя также требуют более высоких расходов на техническое обслуживание, поскольку каждый из них должен проходить регулярные проверки и обслуживание. Примерно половина расходов на техническое обслуживание авиалайнера приходится на плановое техническое обслуживание двигателей, поэтому дополнительные расходы на техническое обслуживание четырех двигателей значительны. [18]
Способность очень большого самолета перевозить большое количество пассажиров может быть недостатком, когда места не заполнены. Это новая тенденция, особенно потому, что авиационная отрасль переходит от модели «спица-хаб» к модели «точка-точка» . [12] В модели «спица-хаб» пассажиры перемещаются из более мелких отдаленных пунктов и концентрируются в крупных хабах. Это вызывает необходимость в самолетах с высокой вместимостью. [19] И наоборот, модель «точка-точка» перевозит пассажиров напрямую из пункта отправления в пункт назначения, распределяя их по разным маршрутам и требуя меньше мест на обслуживающем самолете. [19] Особенно с недавним [ когда? ] появлением бюджетных перевозчиков , которые выполняют много рейсов «точка-точка», становится сложнее заполнить места в самых крупных авиалайнерах. [12] По этой причине в широкофюзеляжных флотах этих авиакомпаний преобладают маломощные двухмоторные самолеты большой дальности, такие как A330 и 787. [20 ]
До эпохи реактивных самолетов авиалайнеры оснащались поршневыми двигателями . Отказы двигателей были относительно обычным явлением, поэтому обеспечение резервирования четырьмя двигателями было важно для дальних перелетов. [21] Эта потребность сохранялась и в начале эпохи реактивных самолетов, и в сочетании с ограниченной тягой, доступной для ранних реактивных двигателей , было наиболее практично проектировать большие реактивные авиалайнеры с четырьмя двигателями. [4] [22] Первым коммерческим реактивным самолетом был четырехмоторный De Havilland Comet , который впервые поднялся в воздух в 1949 году. [1] Однако из-за серии фатальных аварий из-за усталости металла между 1953 и 1954 годами Comet был снят с эксплуатации. [23] Это сильно подпортило его репутацию, и именно более поздние авиалайнеры по-настоящему выиграли от последующих усовершенствований. В 1958 году Boeing представила модель 707 , а год спустя Douglas выпустила свой DC-8 , оба типа также с четырьмя двигателями. [24] [25] Оба были очень успешными, и 707-й в особенности приписывают продвижение реактивной эры. [26] Большие авиалайнеры процветали в этот период, часто эксплуатируясь как на внутренних, так и на международных маршрутах. [27]
К 1960-м годам стало очевидно, что наличие четырех двигателей снижает топливную эффективность. Это не было проблемой для дальнемагистральных маршрутов, которые перевозили 300 или более пассажиров в течение 8-12 часов, что позволяло обеспечить высокое соотношение стоимости к пассажиро-миле. С другой стороны, большие четырехмоторные типы были менее пригодны для частых коротких рейсов, которые требовали множественных взлетов и посадок ежедневно, что стоило больше топлива, а также обычно перевозило меньше пассажиров за рейс. Это побудило к разработке больших трех- и двухдвигательных самолетов . Из-за ограничений в технологии двигателей двухдвигательные самолеты этой эпохи были небольшими и имели относительно небольшую дальность полета. Правило 60 минут FAA также не позволяло им летать дальше, чем в 60 минутах от аэропортов запасных рейсов из-за их меньшей избыточности двигателей. [28] Трехдвигательные самолеты представляли собой компромисс между топливной эффективностью и избыточностью. В 1969 году Boeing выпустила 747 . Прозванный «Джамбо-Джет», он был первым широкофюзеляжным авиалайнером , способным перевозить значительно больше пассажиров, чем любой другой самолет. [29] Его вместимость и производительность были непревзойденными, даже после запуска конкуренции среди широкофюзеляжных трехрежимных самолетов в виде McDonnell Douglas DC-10 и Lockheed L-1011 TriStar .
В своей собственной категории в коммерческой авиации сверхзвуковой авиалайнер Concorde начал обслуживание в 1976 году . [30] Его четыре турбореактивных двигателя Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 позволяли ему летать со скоростью, вдвое превышающей скорость звука. [5] На момент создания он считался будущим воздушного транспорта. Однако, во многом из-за высоких эксплуатационных расходов и проблем с шумом, Concorde так и не достиг прогнозируемого уровня успеха. [31]
Когда в 1983 году был представлен BAe 146 , он был необычным, поскольку представлял собой четырехмоторный региональный авиалайнер малой дальности . [32] Его конструкция в конечном итоге обеспечила более тихую работу и возможность короткого взлета и посадки . [33]
В 1980-х годах возросшая надежность и доступная мощность реактивных двигателей позволили двухдвигательным самолетам безопасно летать на одном двигателе. Это побудило ввести рейтинги ETOPS для двухдвигательных самолетов, что позволило им обойти правило 60 минут и летать по трансокеанским маршрутам, которые ранее обслуживались четырехдвигательными типами. [28] [34] Преимущество избыточности, обеспечиваемое четырьмя двигателями, больше не было необходимым, и они больше не могли конкурировать с более низким расходом топлива и расходами на техническое обслуживание двухдвигательных самолетов с более мощными двигателями. Все, кроме самых крупных четырехдвигательных типов, таких как Boeing 747, стали неэкономичными, и это привело к выводу из эксплуатации устаревших флотов 707 и DC-8 для обслуживания пассажиров. Тем не менее, в 1989 году Boeing выпустила 747-400 , который обладал высокой вместимостью (более 300 пассажиров) и большой дальностью полета, сочетанием, которое все еще не имело себе равных среди двухдвигательных самолетов в то время, что сделало его наиболее коммерчески успешным вариантом 747. [35] Airbus, после завершения переговоров о сотрудничестве с McDonnell Douglas , которая продолжила производство трехдвигательного дальнемагистрального самолета MD-11 , вместо этого в 1993 году запустил четырехдвигательный самолет A340 как дальнемагистральную модификацию двухдвигательного самолета A330 , поскольку их первоначальные варианты имели одинаковый фюзеляж и крыло. [36]
В период с 1970 по 1990 годы двухмоторные, трехмоторные и четырехмоторные самолеты использовали двигатели схожей мощности, например, когда DC-10, MD-11, Boeing 767, Airbus A300, A310, A330 и Boeing 747 имели варианты, работающие на широко распространенном General Electric CF6 , поэтому в то время для большей мощности и большей дальности полета требовались дополнительные двигатели. Основные преимущества трех- и четырехмоторных самолетов стали гораздо менее значимыми, когда в 1995 году был представлен двухмоторный Boeing 777 , оснащенный специально разработанным двигателем General Electric GE90, разработанным на основе дальнейших достижений в технологии турбовентиляторных двигателей с высокой степенью двухконтурности. [37] Оригинальный 777-200 мог вместить более 300 пассажиров, что было значительным увеличением по сравнению с существующими двухмоторными самолетами, такими как 767 , которые обычно могли вместить только 200-300 пассажиров. [38] Последующее развитие 777-300ER увеличило пассажировместимость до чуть менее 400, приблизившись к 747 и заменив A340 , будучи более эффективным и требуя меньших затрат на обслуживание двигателя. Airbus, не добившись большого успеха с обновленными вариантами A340-500/600, оснащенными Rolls -Royce Trent 500 , выбрал совершенно новый A350XWB , чтобы конкурировать с 777 и будущим 787 Dreamliner .
К началу 2000-х годов единственным оставшимся преимуществом самых крупных типов была их способность перевозить больше пассажиров, чем самые большие двухмоторные самолеты. В годы после атак 11 сентября рост цен на топливо и спад в авиационной отрасли усилили необходимость минимизировать эксплуатационные расходы и издержки. Производство пассажирского варианта 747-400 прекратилось к 2005 году, а поставки A340 упали до 11 в год, поскольку они столкнулись с конкуренцией со стороны более эффективных и сравнительно производительных двухмоторных самолетов. [39] [40]
.jpg/1280px-Asiana_Airlines,_A380-800,_HL7634_(17765412761).jpg)
Использование четырех двигателей было активизировано в 2005 году, когда Airbus представила A380 , в настоящее время крупнейший в мире авиалайнер. [41] Он был разработан для маршрутов с очень высоким спросом, обычно вмещая 575 пассажиров на двух полноразмерных палубах. Однако по состоянию на 2018 год Airbus выполнила только четверть своего первоначального прогнозируемого показателя в 1200 продаж за два десятилетия. [42] Это можно объяснить современной тенденцией к перелетам из пункта в пункт с использованием меньших, но высокоэффективных двухдвигательных самолетов, таких как Airbus A350 и Boeing 787 , в отличие от модели со спицами-хабами , которая отдает предпочтение массивным самолетам, таким как A380. [12] Крупнейший оператор A380, Emirates , получает прибыль от своего парка, поскольку его основной хаб находится в международном аэропорту Дубая , где проходят многие дальнемагистральные маршруты. Это облегчает Emirates заполнение мест в своих A380. [12] После того, как Emirates сократила свой последний заказ в феврале 2019 года, Airbus объявила, что производство A380 прекратится в 2021 году.
.jpg/1280px-Lufthansa_Airbus_A380_and_Boeing_747_(16431502906).jpg)
По мере того как мощность двигателей продолжала расти, а требования к грузоподъемности снижались, двухдвигательные самолеты, такие как Boeing 787 Dreamliner и Airbus A350 XWB, заняли рынки, которые традиционно требовали четырехдвигательных самолетов.
В ответ на A380 в 2011 году компания Boeing представила модель 747-8 в качестве преемника 747-400. [43] Пассажирский вариант 747-8I получил только 50 заказов по состоянию на 2018 год [обновлять], в то время как грузовой вариант 747-8F оказался более успешным — более 100 заказов. [44] По состоянию на 2018 год [обновлять]747-8F не имеет себе равных по дальности полета и полезной нагрузке, [45] что делает его вариантом для грузовых перевозчиков.
После того, как Airbus A380 прекратил производство, Boeing 747-8 также прекратил производство, а последняя поставка состоялась 31 января 2023 года, [46] что означает, что двухпалубные пассажирские самолеты больше не производились. Boeing объяснил вывод из эксплуатации своих самолетов 747 последствиями пандемии COVID-19. [47]