Большие самолеты позволяют перевозить крупные и/или тяжелые полезные грузы на большие расстояния. Увеличение конструкции самолета также может улучшить общую топливную эффективность и количество человеко-часов для перевозки данного груза, в то время как больше места доступно для перевозки легких грузов или предоставления пассажирам места для передвижения. Однако по мере увеличения размеров самолетов они создают серьезные проблемы с конструкцией, которых нет у меньших типов. К ним относятся структурная эффективность, реакция управления полетом и достаточная мощность в надежной и экономичной установке.
Большие самолеты также требуют специализированных наземных объектов, а в некоторых странах для них действуют специальные нормативные условия.
Гигантские дирижабли 1930-х годов остаются по состоянию на 2016 год самыми большими самолетами, когда-либо построенными, в то время как Hughes H-4 «Spruce Goose» 1947 года имел самый большой размах крыльев среди всех типов самолетов. Гибридный дирижабль Hybrid Air Vehicles Airlander 10 — самый крупный летательный аппарат, летающий сегодня.
Грузоподъемность самолета зависит от размера крыла и его «нагрузки», веса на единицу площади, который может выдержать крыло. Нагрузка более или менее постоянна для данного уровня техники. Таким образом, по мере увеличения размера самолета грузоподъемность увеличивается с увеличением площади поверхности. Для данной аэродинамической формы площадь, в свою очередь, увеличивается с увеличением площади размаха крыла. Если удается сохранить конструктивную эффективность, вес конструкции планера также увеличивается с увеличением площади его поверхности и площади пролета. Но внутренний объем увеличивается с кубом пролета.
Например, если все размеры увеличить в два раза, то площадь и грузоподъемность увеличиваются в 2×2=4 раза, а объём – в 2×2×2 = 8 раз.
Для пассажирского самолета такое удвоение размера позволяет вдвое увеличить пространство в салоне на одного пассажира. Альтернативно, при транспортировке он позволяет в два раза больше места для размещения крупногабаритного, но легкого груза. Таким образом, большие самолеты более удобны и оперативны в использовании, чем меньшие типы.
Хотя большее крыло несет в себе большую силу, оно также толще. Главный лонжерон крыла представляет собой двутавровую балку , глубина которой равна толщине крыла. Для данной общей нагрузки, которую необходимо нести, силы в балке уменьшаются пропорционально квадрату ее глубины. Если крыло увеличивается в размахе вдвое, его толщина также увеличивается вдвое. Это уменьшает силы в лонжероне в 2 x 2 = 4 раза, позволяя увеличить общую нагрузку в четыре раза. Это точно соответствует увеличенной подъемной силе, доступной за счет большей площади крыла.
Это означает, что металлические части большого самолета не должны быть толще и тяжелее, чем у меньшего самолета. Однако, поскольку эти части должны покрывать в четыре раза большую площадь, они делают самолет в четыре раза тяжелее. Это снова точно соответствует увеличению веса в снаряженном состоянии, поэтому нет никаких конструктивных ограничений на то, насколько большим (или маленьким) может быть сделан самолет.
Большие самолеты по-прежнему представляют собой проблему проектирования. Элементы конструкции, возможно, не стали толще, но теперь они вдвое длиннее, поэтому жесткость становится проблемой, и подход к проектированию должен быть адаптирован для обеспечения адекватной общей жесткости. Обычно это достигается за счет создания ячеек структурных элементов. Например, лонжерон крыла в небольшом самолете на самом деле может представлять собой простую двутавровую балку сплошного сечения, но в более крупной конструкции вертикальная часть балки или «паутины» будет выполнена в виде открытой решетки ферм. в триангулированной структуре.
Эффективность такого органа управления полетом, как элерон, зависит главным образом от его площади и расстояния от центра самолета — его рычага . Если размах крыла увеличить вдвое, площадь увеличится в четыре раза, а плечо рычага увеличится вдвое, что сделает элерон в 8 раз более эффективным.
Поскольку самолет также в четыре раза тяжелее, а вес в среднем вдвое больше, для достижения того же ускорения законцовки крыла требуется в 8 раз больше усилий.
Они уравновешиваются, поэтому на большом самолете эквивалентный элерон будет ускорять законцовку крыла вверх или вниз с той же скоростью, что и на самолете меньшего размера. Но на крыле с двойным размахом законцовка должна пройти вдвое большее расстояние, чтобы добиться такого же изменения ориентации самолета. Это занимает больше времени, поэтому большой самолет маневрирует медленнее, чем аналогичный самолет меньшего размера.
На очень больших типах, таких как Airbus A380 , одних обычных элеронов недостаточно, и используются дополнительные подъемные спойлеры, чтобы уменьшить подъемную силу опрокидывающегося вниз крыла и увеличить скорость крена до практичного и безопасного уровня.
Аналогичные проблемы возникают с рулем высоты и управлением по тангажу. Без дополнительных проектных мер, обеспечивающих адекватную реакцию органов управления, любая попытка внести корректировку в траекторию полета в последнюю минуту, скорее всего, окажется слишком незначительной и слишком запоздалой, что сделает прерывание посадки в последнюю минуту и облет трудным и опасным.
Количество двигателей на самолете влияет на его надежность и безопасность. Чем больше двигателей, тем безопаснее, если один двигатель выйдет из строя. Но с другой стороны, чем больше двигателей, тем больше вероятность выхода из строя одного или нескольких и тем больше нагрузка на бортинженера. В настоящее время на практике предпочтение отдается двум двигателям, причем даже довольно большие широкофюзеляжные самолеты имеют только два двигателя. Четыре общепринято считаются пределом как по соображениям безопасности, так и по соображениям стоимости.
За исключением нескольких военных типов, ни один практический крупный самолет никогда не имел более четырех двигателей. Поскольку самолеты становятся больше, возникает необходимость в разработке более мощных двигателей.
Скорость полета лопастей вентилятора должна поддерживаться ниже скорости звука, чтобы избежать разрушительных и шумных ударных волн. Эта максимальная скорость наконечника ограничивает скорость вращения. При заданной скорости вращения кончик большего вентилятора будет двигаться быстрее. Поэтому, чтобы снизить максимальную скорость большого двигателя, вентилятор должен вращаться медленнее. Вентилятор приводится в движение турбиной с того же вала, поэтому лопатки турбины вращаются медленнее.
На практике экономия на эксплуатации, связанная с использованием меньшего количества самолетов, делает более крупные типы более экономичными на маршрутах, которые могут выдержать их размер.
Однако наземные объекты, такие как взлетно-посадочные полосы, погрузочно-разгрузочные сооружения и ангары, должны быть расширены, чтобы справиться с этой задачей, и затраты на это должны быть компенсированы более низкими эксплуатационными расходами. Ограниченная ширина, доступная в некоторых аэропортах, ограничивает размах крыла, достижимый на практичном самолете.
При регулировании воздушной деятельности власти устанавливают дополнительные правила и ограничения для типов самолетов, превышающих определенный размер.
Федеральное управление гражданской авиации США определяет большой самолет как любой самолет с максимальной сертифицированной взлетной массой более 12 500 фунтов (5,7 тонны) . [1]
Европейское агентство авиационной безопасности (EASA) определяет большой самолет как «самолет с максимальной взлетной массой более 5700 кг (12600 фунтов), многомоторный вертолет или газовый дирижабль объемом более 15 л.с. 000 м3». [2]
Первыми практическими самолетами были воздушные шары, использовавшиеся для спорта и военных наблюдений. В 1901 году гигантский воздушный шар Пройзен (Пруссия) объемом 8 400 кубических метров (300 000 куб. футов) поднялся на высоту 9 155 метров (30 036 футов). Первые дирижабли представляли собой не более чем удлиненные воздушные шары с подвешенным под ними двигателем. Эти суда были ограничены в размерах, поскольку их корпуса были нежесткими и их нельзя было сделать слишком длинными. Немецкий граф Фердинанд фон Цеппелин понял, что жесткая рама может выдержать гораздо больший объем, и в 1900 году Luftschiff Zeppelin 1 объемом 11 300 кубических метров (400 000 куб футов) и длиной 128 метров (420 футов) ненадолго поднялся в воздух. [3]
Первые самолеты были в основном одномоторными. Когда россиянин Игорь Сикорский спроектировал и управлял своим «Ильей Муромцем» в 1913 году, он стал не только первым четырехмоторным самолетом, но и, с размахом крыла 29,8 метра (98 футов) и снаряженной массой 4600 кг (10 100 фунтов), безусловно, самый большой и тяжелый на сегодняшний день. Для сравнения, дирижабль LZ 18 , совершивший полет в том же году, имел длину 158 метров (518 футов) (объем оболочки составлял 270 000 м 3 (9 500 000 куб. футов)) и вес пустого 20 тонн.
Beardmore Inflexible 1928 года имел размах крыльев 157 футов 6 дюймов (48,01 м) и взлетную массу 37 000 фунтов. Однако для такого тяжелого самолета его мощности было недостаточно. Он был конструктивно передовым для своего времени и имел цельнометаллическую конструкцию с напряженной обшивкой. [4] Dornier Do X была самой большой, самой тяжелой и мощной летающей лодкой в мире на момент ее полета в 1929 году, имея аналогичный размах 48 м (157 футов 6 дюймов) и максимальную взлетную массу 56 000 кг (123 459 фунт).
В годы между двумя мировыми войнами только советский сухопутный самолет Туполев АНТ-20 «Максим Горький» 1934 года выпуска был больше при размахе размаха 63,00 м (206 футов 9 дюймов), но при максимальной взлетной массе 53 метрических тонны он был не таким тяжелым, как Do. Икс 56 тонн.
Самым большим дирижаблем, когда-либо построенным, был Цеппелин LZ 129 «Гинденбург». Совершивший первый полет в 1936 году, «Гинденбург» имел объем 200 000 кубических метров (7 100 000 кубических футов) и длину 245 метров (804 фута). Его максимальная полезная нагрузка, включая пассажиров и грузы, составляла 19 000 кг (42 000 фунтов). После катастрофической гибели «Гинденбурга» дирижабли такого масштаба с тех пор не строились.
К тому времени более крупные самолеты, особенно летающие лодки дальнего действия , превзошли по размерам «Илью Муромца». Затем, во время Второй мировой войны, Америка предвидела потребность в большом транстихоокеанском грузовом авиаперевозчике, способном действовать с баз без подготовленной взлетно-посадочной полосы. Гигантская летающая лодка Hughes H-4 Hercules была построена из дерева, за что получила название «Еловый гусь». Когда, наконец, в 1947 году он наконец совершил непродолжительный полет, его размах крыльев 97,82 метра (320 футов 11 дюймов) сделал его самым большим самолетом, когда-либо летавшим, пока Stratolaunch на высоте 117 метров (385 футов) не поднялся в воздух впервые 13 апреля 2019 года. Для этого потребовалось 8 самолетов. Радиальные двигатели Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major, чтобы поднять его в воздух. К тому времени сухопутный самолет перешел на дальние полеты, и H-4, совершив не более одного полета длиной в милю на высоте менее 100 футов над водой, больше никогда не летал. Сегодня он сохранен как музейный экспонат.
В начале Второй мировой войны Барнс Уоллис предложил 50-тонный «Бомбардировщик Победы», способный нести 10-тонную бомбу, но министерство авиации не приняло его во внимание из-за его ограниченного применения. По мере развития войны британцы рассматривали проекты очень крупных бомбардировщиков (от 75 до 100 тонн с бомбовой нагрузкой 25 тонн и шестью или более двигателями), но учитывали время, необходимое для их ввода в эксплуатацию, сложность балансировки бомбовой нагрузки, оборонительного вооружения и дальности полета. а успех существующих разработок (таких как Avro Lancaster) перевешивает любые преимущества. Часть работ над большими самолетами легла в основу послевоенного «Бристоль Брабазон» — авиалайнера с размахом крыльев 70 метров и массой 130 тонн, который мог бы обеспечить своим 100 пассажирам уровень пространства и комфорта, сравнимый с корабельным. [5]
С наступлением эры реактивных самолетов размеры авиалайнеров продолжали увеличиваться. Были представлены широкофюзеляжные типы, и в 1970 году в эксплуатацию поступил Боинг 747 «Джамбо Джет». У него была короткая вторая верхняя палуба для увеличения количества пассажиров. Варианты Боинга 747 оставались крупнейшими авиалайнерами, летавшими более тридцати лет, некоторые из них имели «вытянутую» верхнюю палубу, пока в 2007 году не появилась серия Airbus A380 с верхней палубой во всю длину. Обе линии продолжают развиваться, и появляются все более крупные варианты. Самым большим на данный момент (2014 г.) является А380-800, способный вместить до 853 человек.
Для перевозки космического корабля «Буран» в 1988 году Советский Союз представил единственный Ан-225 «Мрия» ( «Мечта» ). Имея максимальную взлетную массу более 640 тонн (1 410 000 фунтов) и размах крыла 88,4 метра (290 футов), это был самый большой действующий самолет в мире. С момента завершения полетов «Бурана» «Мрия» оставалась в эксплуатации как тяжелый транспортный самолет до его уничтожения в битве за аэропорт Антонов во время российского вторжения в Украину в 2022 году .
Самый большой самолет из всех, летающих сегодня (2014 г.), — это гибридный дирижабль Hybrid Air Vehicles Airlander 10 с внутренним объемом 38 000 кубических метров и длиной 91 м. [6] [7]
В этих списках показан исторический прогресс в размерах каждого основного класса самолетов: аэростатов, дирижаблей, самолетов и винтокрылых аппаратов. Гибриды перечислены под самым большим компонентом, будь то длина конверта, размах крыльев или диаметр ротора. -->
