Конструкционная маркетология

Компания Boeing опубликовала видеоролик о том, как будут работать раздвижные стойки шасси у самолета 737MAX — 10, первый полет которого запланирован в конце 2019 г.

Это инженерное достижение придумано для того, чтобы удлинить фюзеляж 737MAX — 9 на дополнительные 168 см (66 дюйма) и обеспечить вместимость 230 пасс. в одноклассной компоновке. Основной конкурент, Airbus A321neo, в одноклассной компоновке также вмещает 230 пасс., причем есть возможность довести количество кресел до 240 без существенного вмешательства в конструкцию самолета.

Однако у инженеров Boeing не было иного выхода — им приходится адаптировать к современным рыночным условиям самолет, разработанный, по большому счету, более 50 лет назад. И делают они это виртуозно, хотя некоторые особенности, например, узковатый фюзеляж, вмещающий в ряд шесть кресел шириной не более 31 дюйма (у конкурента — на дюйм шире), изменить невозможно.

Основное искусство адаптации связано с размещением под крылом более современных двигателей с высокой степенью двухконтурности. Они более экономичны, но имеют и существено больший диаметр. А исходный Boeing 737-100/200 был спроектирован с короткими стойками шасси, которые имели меньший вес и, главное, обеспечивали удобный доступ к двигателям JT8D для их обслуживания. Двигатели CFM56 для самолетов классического семейства ( — 300, — 400 и — 500) и нового поколения NG ( — 600, — 700, — 800 и — 900) удалось установить за счет хитрой конструкции пилона (двигатель висит впереди крыла, а не под ним), смещения вбок коробки агрегатов и изменения формы воздухозаборника, в результате чего мотогондола получила сечение скругленного треугольника. Новейшее семейство 737MAX оснащается двигателями CFM LEAP — 1B, которые имеют диаметр вентилятора 176 см (у исходного JT8D — 7 он составлял всего 108 см), поэтому конструкторам пришлось удлинить носовую стойку шасси на 20 см. Это привело к изменению установочного угла атаки крыла, но, вероятно, не сказалось заметным образом на взлетных характеристиках самолета, потребной длине ВПП и угле вращения.

Угол вращения — это важная характеристика, которая нам нужна, чтобы понять, зачем потребовалась раздвижная стойка шасси. Во время взлета самолет сначала разбегается на всех трех опорах шасси, потом носовая стойка отрывается от ВПП, самолет поднимает нос до определенного угла (он называется углом взлета или углом вращения, поскольку самолет поворачивается на основных стойках) и взлетает.

Вот тут крылась еще одна засада для инженеров Boeing. Одна из устойчивых тенденций развития мировой авиации заключается в том, что вместимость самолетов постепенно растет (очевидно, это повышает удельную эффективность ВС). Достигается это путем увеличения длины фюзеляжа. Но когда при взлете нос самолета поднимается вверх, хвост опускается вниз и может зацепиться за ВПП. Таким образом, чересчур длинный фюзеляж ограничивает угол взлета, из-за чего самолету требуется увеличить скорость отрыва, а для этого нужна более длинная ВПП.

Вот почему для обеспечения большей вместимости самолета требуются более высокие стойки шасси. Инженеры Airbus, проектируя самолеты семейства A320 примерно на 20 лет позже Boeing 737, решили все вышеописанные проблемы в некотором смысле непредумышленно. Дело в том, что в рамках семейства изначально была предусмотрена удлиненная версия A321, поэтому стойки шасси были сделаны длинными, так что даже новые двигатели поместились без вопросов (к слову, у CFM LEAP — 1A, которые устанавливаются на Airbus,  диаметр вентилятора еще больше — 198 см, благодаря чему удалось достичь коэффициента двухконтурности 11:1 против 9:1 у LEAP — 1B, которыми оснащаются новые американские самолеты).

Основные стойки шасси Boeing 737, как и у большинства современных пассажирских самолетов, убираются вбок навстречу друг другу, поэтому удлинить их нет никакой возможности (перенос их пошире потребовал бы разработку нового крыла). Поэтому инженерам Boeing пришлось применить свой талант. Они сделали раздвижную гидропневматическую стойку шасси, которая может удлиняться на 24 см. На земле стойки находятся в сжатом состоянии, так что фюзеляж 737MAX — 10 находится на той же высоте, что и у остальных членов семейства 737. При взлете во время разбега развивается подъемная сила крыла, нагрузка на стойки снижается и они раздвигаются. А после взлета во время уборки шасси специальные рычаги снова приводят стойки в сжатое состояние, так что они помещаются в стандарные ниши Boeing 737. Как подчеркивают разработчики, система действует полностью автоматически, и для пилотов нет никакой разницы, управляют ли они 737MAX — 10 или любым другим ВС этого семейства.

Нельзя сказать, что предложенная конструкция полностью оригинальна. В Boeing отмечают, что похожие механизмы используются на широкофюзеляжном 777-300ER, где с их помощью обеспечивается вращение самолета относительно задней тележки шасси. Добавим, что в чем-то схожая конструкция была применена в 1951 г. на советском стратегическом бомбардировщике М — 4, созданном в ОКБ Мясищева. Шасси там было выполнено по велосипедной схеме — основные четырехколесные стойки шасси располагались спереди и сзади под фюзеляжем, а вспомогательные — под консолями крыла. При разбеге передняя стойка автоматически «вздыбливалась» (амортизатор по мере снижения нагрузки поворачивал переднюю тележку, поднимая переднюю пару колес и нос самолета), благодаря чему получался автоматический взлет, пилоту не требовались специальные действия для вращения самолета.

Система, примененная на 737MAX — 10, показывает, что самолеты существующего поколения доведены до практического совершенства, и дальнейшее улучшение их характеристик достигается путем сложных конструкторских ухищрений. Другой аналогичный пример — складные законцовки крыла самолета 777X — глубокой модернизации модели 777. Для улучшения характеристик потребовалось крыло большего удлинения (обычных законцовок крыла — винглетов — уже недостаточно), но с таким крылом самолет не вписался бы в существующую инфраструктуру аэропортов. Инженеры Boeing применили решение, до сих использовавшееся для военных самолетов палубной авиации. На земле законцовки крыла 777X поднимаются, так что этот самолет могут принять все аэропорты, куда летает обычный 777. А перед взлетом законцовки опускаются в горизонтальное положение, улучшая аэродинамические характеристики крыла.