Содержание к диссертации
Введение 4
Глава I. Создание широкофюзеляжных пассажирских самолетов (ШПС). Появление первых дальнемагистральиых пассажирских самолетов (ДШПС) (1972-1985 г.).
1.1 Состояние исследований в области истории и технического анализа ДШПС. Основные проблемы и подходы к данной теме 13
1.2 ДШПС в контексте развития самолетов гражданской авиации 20
1.3 Создание первого ДШПС в США: В-747-100,-200 26
1.4 Технологические и конструктивные новшества, воплощенные в ШПС и ДШПС DC-10,-3 0 40
1.5 Разработка конкурентоспособной конструкции и применение новых технологий в первом ШПС фирмы «Локхид» -L-1011 48
1.6 Первый европейский «аэробус» А- 300 как новое конструкторское решение в проектировании ШПС 59
1.7 Обеспечение надежности и экономичности в качестве главных приоритетов при создании первого ШПС в СССР - ИЛ-86 65
1.8 Разработка B-747SP, В-747-300 как способ приспособления к экономической конъюнктуре 72
1.9 ДШПС L-1011-500 - результат глубокой модернизации базовой модели 77
Глава II. Применение новых технологических процессов, материалов и конструкторских решений в ШПС и ДШПС первого поколения.
2.1 Технологические инновации и разработка двигателей первого поколения ШПС и ДШПС 87
2.2 Новые бортовые системы ШПС и ДШПС первого поколения 103
2.3 Количественный анализ влияния новых технологий на первое поколение ДШПС 106
Глава III. Создание второго поколения ДШПС (1985-1993 гг.).
3.1 Основные причины и предпосылки появления второго поколения ДШПС 121
3.2 Решение проблемы экономичности при создании первого ДШПС в Европе: А-310-200, А-310-300 124
3.3 История создания и технологические особенности ДШПС второго поколения В-767-200, В-767-300 и В-767-400 139
3.4 В-747-400 - самолёт нового поколения на базе старого 151
3.5 Экономически гибкий ДШПС MD-11 158
3.6 ИЛ-96 - опыт создания конкурентоспособного ДШПС в России 163
Глава IV. Внедрение новых решений в области аэродинамики, композиционных материалов и других технологий в ШПС и ДШПС второго поколения.
4.1 Новые технологии в двигателестроении для ДШПС второго поколения: история разработки и достоинства 176
4.2 Технологические нововведения в аэродинамике и бортовых системах ДШПС второго поколения 186
4.3 Новые материалы и оборудование, использованные при производстве ДШПС второго поколения 189
4.4 Оценка влияния новых технологий на развитие ДШПС второго поколения 193 Глава V. Появление и развитие третьего поколения ДШПС (1993-2005 гг.).
5.1 Причины возникновения третьего поколения ДШПС 208
5.2 Повышение экономичности семейства самолетов А-330/340 благодаря совершенствованию конструкции и применению композиционных материалов 209
5.3 В-117 - полностью новый ДШПС для универсального использования 214
Глава VI. Новые технологии в развитии ШПС и ДШПС третьего поколения.
6.1 Особенности компоновки и принципы работы оборудования кабины экипажа самолётов А-330, А-340 222
6.2 Разработка двигателей CF56 и V2500 для самолета А-340 в рамках международного двигателестроительного консорциума 224
6.3 Системы автоматизации проектирования ДШПС и турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД) 227
6.4 Основные новые материалы и технологии, применявшиеся в ДШПС третьего поколения 231
6.5 Системы глобальной навигации GPS и GLONASS: краткая история и достоинства 232
6.6 Анализ воздействия использования новых материалов и технологий на развитие ДШПС третьего поколения 234
Заключение и выводы 248
Список использованной литературы 254
Список сокращений 267
Приложения 271
Введение к работе
Целью исследования является изучение механизма, направлений и закономерностей воздействия новых технологий на появление и развитие класса дальнемагистральных широкофюзеляжных пассажирских самолетов (ДШПС) в нашей стране и за рубежом на основе методов историко-технического анализа.
Актуальность работы. Появление первых широкофюзеляжных пассажирских самолётов (ШПС), а затем и ДШПС на рынке авиационной техники в конце 1960-ых-начале 1970-ых годов явилось логичным следствием развития пассажирского воздушного транспорта. В дальнейшем, несмотря на многочисленные спады на рынке авиаперевозок и экономические кризисы, класс ДШПС сумел не только закрепиться в качестве самого экономичного средства транспорта на наиболее дальние расстояния, но и расширить свою долю в парке пассажирских самолетов. Эта доля сейчас составляет 26%, и, по прогнозу фирмы «Боинг» (2000 г.), она увеличится до 28% к 2020 г.
Авиационный транспорт в России сейчас переживает непростой этап своего развития. В СССР существовало некоторое отставание в области гражданского самолетостроения от передовых стран Запада, связанное, в основном, с низкими темпами внедрения новых технологий в этой отрасли производства. Ситуация обострилась, когда экономические перемены 1990-ых годов, связанные с переходом от всеобщей государственной собственности к частной и акционерной совпали по времени с периодом, когда стало необходимо радикальное обновление всего парка пассажирских самолетов, в т.ч. ДШПС на основе внедрения в производство целого комплекса новых технологий. Подавляющее большинство из находящихся в эксплуатации на данный момент типов пассажирских самолетов были разработаны ещё в 1960-ые и 1970-ые годы и уже не соответствуют существующим нормативам по шуму и эмиссии двигателей. Однако ни одно из существующих конструкторских бюро или авиастроительных предприятий не имеют финансовой возможности самостоятельно, без государственной поддержки, разрабатывать и внедрять новые модели пассажирских самолетов, В подобных условиях особенно ценным представляется мировой опыт строительства новых типов самолетов, в частности ДШПС, который поможет избежать ошибок и обеспечить экономию материальных затрат. •
Поэтому актуальность диссертационной работы вытекает из современного состояния авиационной промышленности, которая испытывает схожие трудности во всем мире. Причиной этих проблем является, с одной стороны, современное неустойчивое положение на рынке авиаперевозок, а, с другой -объективные технические возможности производителей авиационной техники, прежде всего самолетов, которые по скорости полета уже подошли вплотную к скорости звука. Переходить этот порог, как показал опыт строительства Ту-144 и «Конкорда», экономически невыгодно. Выходом из этой ситуации является внедрение экономически эффективных новых технологий ( НТ ), которые способны обеспечивать дальнейший рост конкурентоспособности воздушного транспорта, а также стабильное экономическое положение авиационной промышленности, что является важной общественной задачей.
Поэтому взгляд на развитие ДШПС с точки зрения использования новых технологий является актуальным методом историко-технических исследований для получения новых результатов, касающихся авиационной техники.
Степень научной разработанности темы.
Рассматриваемый период в истории гражданской авиации составляет небольшой по историческим меркам временной интервал ( около 50 лет ) и относится к сфере новейшей истории техники. Конечно, в историческом масштабе это очень небольшой период, но технический прогресс в авиастроении идет очень быстрыми темпами и поэтому изучение этого периода представляет значительный интерес.
Спецификой исторических научных исследований в области гражданской авиации, относящихся ко второй половине ХХ-го века является подчеркнутый узкоспециализированный характер подобных исследований. Такая ситуация является следствием того, что в такой высокотехнологичной отрасли производства, как авиационная промышленность характер и направления научных (как сугубо технических, так и особенно, исторических) исследований во многом определяются задачами экономической конкурентной борьбы, которую ведут между собой фирмы-производители самолетов. Следствием этого является, с одной стороны, значительная односторонность и необъективность оценок, а, с другой стороны - закрытость объективных эксплуатационных показателей авиационной техники и научных результатов её исследований.
Следствием такого подхода является то, что исследования по истории пассажирских самолетов и ДШПС имеют, на сегодняшний день, с технической стороны - фрагментарность, разрозненность и не всегда объективность, а со стороны исторической науки - недооценку предмета исследования и, нередко, идеологический и рекламный уклон.
Более того, во многих областях отсутствует общепринятая терминология, имеющаяся классификация гражданских самолетов во многом устарела, так же как и периодизация этой отрасли техники.
В отечественной литературе исследованиями в области ШПС и новых технологий, используемых при их создании, занимался ряд авторов, самыми известными из которых являются Новожилов Г.В, Шейнин В.М., Макаров В.М., Белянин П.Н., Струков Ю.П., Беляев В.В., Соболев Д.А. Большинство исследований проведено ещё в 1970-ые - начале 1980-ых годов, когда бурно развивавшаяся в СССР гражданская авиация особенно нуждалась в передовом зарубежном опыте создания ШПС. Отдельные труды, среди которых особенно выделяются работы Братухина А.Г. и Струкова Ю.Г. по использованию НТ в производстве ШПС, написанные на основе исследования зару бежного опыта, послужили хорошей основой для исследований в первой главе диссертации, хотя и не носили цельного, взаимосвязанного характера.
Затем публикаций по данной тематике стало значительно меньше, особенно в 1990-ые годы, вследствие экономического кризиса и, как следствие, сокращения объема работ в специализированных научных авиационных центрах (ЦАГИ, ГосНИИГА, НИ AT, МАИ). Следствием такого положения дел стало то, что важнейшие новые технологии, уже внедренные в производство ДШПС в странах Запада в течение последних 10-20 лет, не только не находят применения в отечественной технике, но даже не вполне изучены в России. В итоге на сегодняшний день отсутствуют какие-либо исторические работы, в которых с научной точки зрения рассматривалось влияние новых технологий на класс ДШПС, а сама его история является недописанной до конца.
Научная новизна исследования.
1) В диссертации впервые дана целостная картина возникновения и развития класса ДШПС как результата внедрения в производство новых технологий. Исследованы причины и воссоздана история разработки поколений ДШПС, выявлены последовательность, значение и темпы внедрения новых технологий, рассмотрен характер достигаемых эффектов.
Автором проведен критический анализ имеющихся отечественных и зарубежных исследований в области классификации гражданских воздушных судов, оценены достоинства и недостатки имеющихся схем и предложены существенные дополнения к системе классификации гражданских магистральных самолетов, разработаны новые критерии этой классификации. Её теоретическая схема основывается на максимально широком учете всех важнейших характеристик магистральных самолетов, таких, как весовые, габаритные, летно-технические, функциональные, технологические.
На основе историко - технического анализа развития ДШПС в разных странах мира выявлены основные закономерности их технического совер шенствования, важнейшие «критические технологии», определяющие это совершенствование. Разработанная автором периодизация ДШПС опирается именно на определяющую роль использованных в каждом из поколений самолетов технологий.
4) Установлено, что важнейшие «критические технологии» для класса ДШПС сосредоточены в области производства их двигателей - ТРДД с большой степенью двухконтурности (БСД) - изготовление лопаток и дисков турбин, лопастей вентиляторов, что подтверждает вывод о приоритете авиационного двигателестроения для развития авиации. Выявлена возрастающая роль компьютерных технологий на всех этапах жизненного цикла ДШПС: от проектирования до эксплуатации и технического обслуживания (САПР с использованием трехмерного проектирования, электронно-дистанционные системы управления самолетом, электронные системы управления двигателем, компьютерные системы диагностики, навигации и безопасности полета, устанавливаемые на ДШПС). Определены основные направления влияния «критических технологий» и дана количественная оценка этого влияния.
5) Исследована специфика и особенности возникновения и развития класса ДШПС в России. Проведено сравнение с зарубежным опытом, что позволило оценить современное состояние технического уровня отечественных ДШПС и гражданского самолетостроения в целом. Кроме того, в работе на основе нового, предложенного автором, определения понятия "производительность самолета", проведен технический анализ, который в сочетании с использованием традиционных методик, основывающихся на оценке топливно-экономических показателей самолетов, дает основу для уточненного прогноза на будущее.
Положения, выносимые на защиту.
1).Выявлено, что главной технической предпосылкой создания ШПС, а затем и ДШПС, стало использование нового типа двигателей - ТРДД с БСД на во енных и, в последствии, на гражданских самолетах, что подтверждает приоритетную роль двигателестроения в развитии авиации. Создание ТРДД с БСД, в свою очередь, стало возможным в результате внедрения в производство целого комплекса НТ, из них «критические технологии» были сосредоточены в технологических процессах изготовления жаропрочных элементов конструкции турбин-лопаток, дисков и камеры сгорания. Второй важной предпосылкой явилось изобретение «широкого фюзеляжа» (Wide body) как оптимальной формы фюзеляжа для самолетов большой вместимости. Таким образом, совокупность новых технологий, внедренных в авиапромышленности в конце 1960-ых годов под влиянием потребностей рынка, привела к созданию ДШПС.
2).Из нескольких первоначально существовавших компоновочных схем ДШПС свое преимущество доказала схема с двумя или четырьмя двигателями на пилонах под крылом самолета. При этом действует тенденция постепенного уменьшения числа двигателей, устанавливаемых на ДШПС. Таким образом, установлено, что облик современного ДШПС - самолет с широким фюзеляжем круглого поперечного сечения и с двигателями, установленным на пилонах под крылом - сформировался в процессе длительного взаимодействия и взаимного влияния друг на друга новых технологий, применённых при производстве планера ДШПС и его двигателя, причем последние имеют приоритетное значение.
3).В целом, влияние НТ на создание и развитие класса ДШПС было направлено на максимальную экономическую эффективность каждой новой модели на основе удовлетворения требований рынка пассажирских авиаперевозок, имеющего тенденцию к периодическим спадам. Следствием такого взаимодействия технического прогресса и экономических факторов явилось последовательное появление трёх поколений ДШПС, для которых характерным являлся медленный рост основных качественных характеристик: прежде все го, производительности, (рост которой имеет тенденцию к колебаниям в соответствии с фазами множества S-образных кривых), дальности полета и надежности при одновременном снижении уровня шума и улучшении топлив-но-экономических показателей.
Методы исследования.
Данная работа развивает историко-технический подход к изучению как гражданских магистральных самолетов в целом, так и ДШПС в частности на основе применения нового ракурса исследования - взгляда на историю их развития с точки зрения использования новых технологий как основы технического прогресса в самолетостроении. Новая постановка задачи историко-технического исследования в диссертации определила выбор подходов и методологии, использованных автором. Автором использовано все то ценное, что уже имеется разработанных методах историко - технических работ, как в отечественных, так и в зарубежных. Использование в диссертационной работе новых методов исследования наряду с традиционными явилось необходимым решением методологических проблем, относящихся к новейшей истории техники, которое позволило максимально широко учесть сложность взаимосвязей в современной техносфере.
Центральное место в предложенном автором методе исследования занимают новые технологии как движущая сила технического прогресса. Поэтому определению понятия "технологии", "новые технологии" и их месту в истории развития технических средств уделено большое внимание в I главе диссертации. Установлено, что определенный комплекс технологий характерен для технических средств каждого конкретного исторического периода и этот комплекс в существенной степени определяет разделение техники на поколения или "периоды существования". Само же понятие "новые технологии" используется как относительный, функциональный термин, который определяет степень новизны и практической значимости данных технологий для конкретного вида техники на определенном историческом этапе.
Таким образом, традиционные методы периодизации и классификации были дополнены применением нового подхода, опирающегося на полный учет используемых технологий для производства ДШПС. Более того, использован новый смысл понятия «производительность самолета», что позволило дать количественную оценку влияния новых технологий на создание и развитие класса ДШПС. В результате традиционные методы технического анализа совершенства самолетов (на основе оценки их показателей авиационного шума, топливной, экономической эффективности) были существенно расширены.
Достоверность.
В диссертации использовано большое количество первоисточников (свыше 260) как научного, так и сугубо технического характера, изданных в разных странах и подвергнутых сравнению и анализу на достоверность. Научные выводы находят свое подтверждение по результатам проектирования, производства и эксплуатации класса ДШПС. Практическая значимость.
Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы широким кругом специалистов - от историков техники до специалистов в различных отраслях авиационной промышленности и руководящих работников предприятий высшего уровня. Историко-технический анализ, проведенный для всех семейств ДШПС, является полезным источником в будущем для проектирования и строительства новых типов ДШПС. Кроме этого, данная работа может послужить составной частью для преподавания истории техники в учебных заведениях. Апробация.
Материалы данной работы докладывались на научных конференциях Института истории естествознания и техники РАН, на заседаниях сектора истории и технологий, на международных симпозиумах, всего - 7 докладов.
Основные положения диссертационного исследования опубликованы в следующих работах автора:
Пименов В. И.Факторы возникновения и развития широкофюзеляжных пассажирских самолетов // Институт истории естествознания и техники им. СИ. Вавилова. Годичная научная .конференция. М., 2000.С.394-396.
Пименов В И. The commercial aviation transport industry and military technologies II The XXVIIth Symposium of the International Committee for the History of Technology. Praha, August 22-26, 2000. p. 138.
З.Пименов В И. Новые технологии в производстве широкофюзеляжных пассажирских самолетов: проблемы внедрения // Институт истории естествознания и техники им. СИ. Вавилова. Годичная научная конференция . М., 2001.С.445-447.
Пименов В. И. Вначале был двигатель... // Вестник воздушного флота. Март-апрель 2002. С. 14-16.
Пименов В. И. Transport Network and Globalization IIXXX Symposium of the International Committee for the History of Technology, ICOHTEC 2003, August 21-26, 2003 St. Petersburg-Moscow, Russia, p. 17-18.
Пименов В. И. Анализ влияния новых технологий в области производства широкофюзеляжных пассажирских самолетов // Право, мировоззрение, философия. Выпуск Предпринимательство, этика, техника, №1, январь - июнь 2003, с. 87-98.
Пименов В. И. Технологические проблемы создания конкурентоспособных отечественных "аэробусов" (1970 - 1990-е гг.) // Институт истории естествознания и техники им. СИ. Вавилова РАН. Годичная научная конференция. М., 2004.С.626 - 628.
