Как Piaggio P.180 Avanti стал “небесным Ferarri”?

Поиск и аренда частных самолетов

Самолет Piaggio P.180 Avanti заметно выделяется среди своих собратьев по деловой авиации  нетрадиционной аэродинамической системой, которая получила название «утка». Но он также отличается и используемыми технология, включая конструкции из композитов. Piaggio P.180 Avanti – необычный самолет, основной задачей которого являются услуги для деловых людей. По своим характеристикам о находится между классическим деловым самолетом, оснащенным турбовинтовыми двигателями и турбореактивным самолетом.

Piaggo 2014 - Как Piaggio P.180 Avanti стал "небесным Ferarri"?
Нетрадиционная аэродинамическая схема

Время от времени воздушные строители возвращаются к схеме «утка». Она отличается переносом горизонтального хвостового оперения с задней части фюзеляжа в переднюю. В результате чего на передней поверхности образуется положительная подъемная сила. В обычной схеме на заднем горизонтальном оперении чаще появляется отрицательная подъемная сила. Поэтому теоретически схема «утка» оказывается эффективнее, так как дополнительная несущая поверхность создает подъемную силу, а не только служит для горизонтальной стабилизации. Кроме того, в самолетах малого размера хвостовая часть фюзеляжа не несет полезной нагрузки, а служит только для выноса хвостового оперения на соответствующее расстояние от несущих поверхностей.

В 80-х годах ХХ века произошел настоящий бум авиационных конструкций, построенных по этой схеме. Казалось, что наступила эра «уток». Однако этого не произошло, и одним из наиболее успешных самолетов этого периода стал и остается Piaggio P.180 Avanti, который все еще производится и который можно купить (если у кого-то есть 8 миллионов долларов).

Как правило, схема «утка» наиболее эффективна во время взлета и посадки, поскольку обладает дополнительной подъемной силой. Другим важным преимуществом утиной системы является повышенная безопасность на низких скоростях. При полете на углах атаки, близких к критическим, срыв воздушных потоков, сначала происходит на горизонтальной плоскости. Потеря подъемной силы на стабилизаторе не является опасной, поскольку она влечет за собой опускание носа. Таким образом, снова появляется несущая сила и самолет по такой аэродинамической оказывается менее склонен к такому опасному явлению, как сваливание. Другим преимуществом является то, что горизонтальная рулевая поверхность не затеняется крылом, и его эффективность выше. Поэтому повышается маневренность воздушного судна.

Возникает вопрос: почему схема «утка» не так распространена? Да, существуют военные конструкции выполненные по подобной схеме, обладающие высокой маневренностью (Gripen, Rafale, Eurofighter). Но они оснащены электродистанционным управлением. Такое решение соглашение дорого, но оно позволяет реагировать на неправильные тенденции, прежде чем пилот их заметит. Таким образом, высокая цена систем управления делает схему «утка» не популярной. Другим, но главным недостатком утиной схемы является проблема стабильности, особенно по тангажу, которая изначально казалась незначительной и могла быть эффективно устранена. Однако следует помнить, что в утиной системе характеристики сваливания отличаются. В классической схеме расположения крыльев самолета срыв потока происходит сначала на крыльях, а рули остаются эффективными. В схеме «утка» срыв потока сначала наступает на рулевой поверхности, служащей первым крылом, то есть самолет теряет управляемость. И это – главная причина низкой популярности этой системы. Следует также сказать, что основная несущая поверхность (главное крыло) не достигает своего максимального коэффициента подъемной силы. Оно все время находится в нарушенном потоке от переднего хвоста. Если говорить о военных конструкциях, то можно добавить, что схема «утка» имеет плохие свойства скрытности из-за передней полусферы, поэтому военные самолеты имеют тенденцию к схеме бесхвосток или летающих крыльев.

Современная тенденции к возвращению схемы «утка» (кстати первый самолет братьев Райт быт построен именно по ней) была положена в США в знаменитой компании Beech Aircraft, которая в свое время конкурировала с Cessna и Piper. Самой известной конструкцией этого производителя был самолет King Air, выпускаемый большими сериями уже более 20 лет. В октябре 1983 года на конференции Американской ассоциации деловой авиации в Далласе компания Beech Aircraft представила модель летательного аппарата «Starship I», построенную по схеме «утка» и изготовленную из композитов. Работа началась в 1979 году. В создании самолета участвовал Берт Рутан, известный конструктор и летчик, а также компания Scales Composites Inc. из Калифорнии. Программа разработки, по самым скромным подсчетам, обошлась в 250 миллионов долларов еще до массового производства.

Starship I.1983r.zdj .01 - Как Piaggio P.180 Avanti стал "небесным Ferarri"?

Starship I. 1983

Starship должен был принимать на борт 10-12 человек. Основная структура выполнена из композита с небольшой долей титановых деталей. В качестве композитов использовались как углеродные и стеклянные волокна, так и сотовая структура Nomex, в качестве наполнителя. Несущее крыло с ломанным углом атаки располагалось внизу фюзеляжа, а на его концах были установлены винглеты высотой 2,40 м. Конструкция не имела типичного вертикального оперения. Крылья получили элероны и закрылки системы Фаулера. Передние крыло стреловидное и разделено на стабилизатор и рули. Его планировалось сделать с изменяемой геометрией. Фюзеляж в среднем сечении имел форму среднюю между квадратом и кругом. Изготовлен из двойной келавровой оболочки, между которой находилась сотовая структура Nomex.

Смотрите также:  Почему S7 заинтересованы в самолетах SSJ 75

Салон, естественно, должен был быть герметизированным. Трехопорное шасси с одним колесом на стойку, полностью убиралось в фюзеляж и крылья. Самолет комплектовался двумя турбовинтовыми двигателями PT6A-60 мощностью 2 x 736 кВт, оснащенными четырехлопастными толкателями Hartzell. Кокпит экипажа должен был быть по тем временам весьма современным. Вместо аналоговых устройств использовались катодные экраны. Эта система, названная EFIS (Electronic Flight Instrumental System), была разработана компанией Collins. Пилотные и навигационные экраны дублированы. Центральный экран показывает движущуюся карту области и связан с бортовым радиолокатором.

Основные данные Starship I: размах крыльев – 16,36 м, длина – 13, 84 м, размах переднего крыла – 8,07 м, высота – 3,89 м, взлетная масса 5 670 кг, крейсерская скорость 644 км/ч, скороподъемность 16,8 – 17 м/с, практический потолок 12 500 м, дальность с запасом – 3334 км, максимальная дальность – до 3700 км, каталожная цена – 2 740 000 долл США (по состоянию на 1983 год).

Модель в масштабе 1: 1,18 совершила первый полет 29.08.1983. Первый производственный образец Beechcraft Starship был облетан 15 февраля 1986 года. Производство продолжалось с 1983 года по 1995 год. Всего было построено 53 экземпляра, а стоимость одного самолета к концу программы составила 3 900 000 долларов.

Компания AVTEK Corporation из Камарилло (США) разработала проект небольшого двухмоторного самолета Avtek 400. В программе участвовала компания Du Pont. Самолет был построен из композитных материалов. В основном использовали кевлар и композит Du Pont, из так называемого арамидного углерода. Сотовая структура Nomex использовался в качестве заполнителя. Проект был представлен в 1983 году на Парижском авиасалоне. Он вызвал большой интерес, поскольку при вместимости 7-9 человек его масса была наполовину меньше, чем у самолетов по классической схеме. Кроме того на 20-30 процентов выше, чем у них была его производительность.

Самолет имел аэродинамическую схему «утка». Переднее горизонтальное оперение устанавливалось над кокпитом. Основная несущая поверхность – в нижней задней части корпуса. Фюзеляж имел округлое поперечное сечение форму веретена, слегка расширяющегося вокруг кокпита, – продольном. Он получил цельное панорамное лобовое стекло. Экипаж состоял двух пилотов. В пассажирском салоне могло разместиться 4-7 пассажиров. Силовая установка устанавливалась на пилонах (как у реактивного HondaJet) над верхней поверхностью несущего крыла. В этой конструкции двигатели PT6A-28 сочетались с трехлопастным винтом. Первый полет был совершен 17 сентября 1984 года. Имелся только один опытный образец, испытания которого продолжались более 5 лет. В 1990 году компания представила улучшенный дизайн, который получил название AVTEK 400A. Однако дальше прототипа дело не пошло.
AVTEK 400A.1990r.zdj .02 - Как Piaggio P.180 Avanti стал "небесным Ferarri"?Основные данные Avtek 400: размах крыльев – 10,36 м, длина – 10,36 м, высота – 3,07 м, взлетный вес – 2,495 кг, максимальная скорость – 684 км / ч, скороподъемность – 27,4 м / с, практический потолок – 11 280 м, дальность полета – 4 185 км.

Происхождение Piaggio P.180 Avanti – GP-180

История Piaggio P.180 Avanti началась в 1979 году, когда итальянская компания Industrie Aeronautiche e Meccaniche Rinaldo Piaggio в Яновии занялась этим проектом. В начале 1983 года Ринальдо Пиаджжо начал сотрудничать с компанией Yankee Gates, позже известным как Learjet. Была создана совместная программа под кодовым названием GP-180. Программа GP-180 также была представлена на конгрессе NBAA в Далласе (США) в октябре 1983 года. В то время компания продемонстрировала только модель самолета, но ее высокая производительность была подтверждена испытанием в аэродинамической трубе группы Boeing в Сиэтле.

Смотрите также:  Charter a SA26 Merlin - Аренда

Уже в то время самолет имел нетрадиционную конструкцию, запатентованную в 1982 году, в которой схема «утка» сочеталась с классической Самолет имеет три горизонтальные несущие поверхности: основное крыло, задние и передние горизонтальное оперение. Для управления высотой используется задний горизонтальный руль, который не создает подъемной силы. Передняя горизонтальная поверхность создает подъемную силу и предназначена для уравновешивания угла наклона, вызванного отклонением больших закрылков Фаулера на главном крыле. Силуэт GP-180 получился очень оригинальным. Это «веретено» с прямым, тонким крылом. Оно располагалось далеко позади центра фюзеляжа. Силовая установка, состояла из двух двигателей, которые приводят в движение толкающие пропеллеры. Использовались турбовинтовые двигатели PT6A-61 мощностью 2 x 515 кВт. Несмотря на малую мощность силового агрегата, скорость самолета оценивалась (в 1983 году) в 740 км/ч. Это – сенсационный результат. Трехопорное шасси и мело по одному колесу на каждую стойку. Фюзеляж с круглым поперечным сечением и в форме веретена в – продольном, создает минимальное аэродинамическое сопротивление. Салон вмещает 9-11 человек. Кокпит рассчитан на экипаж из двух пилотов, но пилотирование допускается и одним. В задней части фюзеляжа имеется багажник объемом 1,2 куб. м.

В 1983 году фюзеляж  изготавливался по классической технологии – полу монокок из дюралюминия. Из композитов делались передняя и задняя часть фюзеляжа, все закрылки и рулевые поверхности. На композиционные материалы в общей массе самолета приходилось  25 процентов. Поскольку на несущей плоскости много управляющих поверхностей, в системе управления используется компьютер (процессор). Таким образом, они получили активное управление и контроль. Хотя у пилотов классические органы управления, именно компьютер решает на какой угол и когда отклонить управляющие поверхности. Первый полет был запланирован на 1985 год, а получение сертификата FAR-23 ожидалось в конце 1985 года. Первые серийные машины должны были быть доставлены получателям в 1986 году. Каталожная цена тогда составляла 2 695 000 долларов.

Во всех этих конструкциях использовались турбовинтовые двигатели P & W из Канады. Турбовинтовые двигатели PT6A-60/61 идеально подходят для толкающих винтов по нескольким причинам. Во-первых, вал двигателя уравновешивается в обоих направлениях. Во-вторых, воздухозаборник получается по центру поэтому легко направлять воздух в любую сторону. Выхлопные трубы также можно было разместить в любом месте. В-третьих, двигатель чрезвычайно популярен и имеет очень хорошую репутацию на рынке.

По разным причинам 13.01.1986 Learjet вышла из программы, и вся работа была переведена в Италию. Программа стала исключительной собственность Piaggo и немного эволюционировала. Уже во время работ над ней североамериканском континенте рассматривалась возможность создания конструкции из композитного материала. И, прежде всего, фюзеляжа.

Важным изменением стало перемещение положения крыла из высокоплана в центроплан. Это дало значительное преимущество: уменьшилась масса структуры. Хотя лонжероны крыльев проходят через фюзеляж, они находятся за салоном и не ограничивают пространство. Однако изменения в самом фюзеляже были гораздо более серьезными. Конструкторы добивались получения самого оптимального ламинарного потока. Этот поток можно получить на корпусе шпиндельной формы. Проблема в том, что эта форма имеет тройную кривизну поверхности. С корпусом, выполненным по классической технологии (из дюралюминия), пришлось бы использовать отдельные секции, и это значительно увеличило бы издержки производства и увеличило бы аэродинамическое сопротивление. Однако с корпусом из композитов достаточно только одной половинчатой формы.

И вот еще одна необычная особенность P.180 Avanti. Классические самолеты сроятся «изнутри наружу». То есть сначала изготавливаются шпангоуты, они соединяются стрингерами, а поверх этого набора устанавливается обшивка. Такое покрытие, на первый взгляд, является гладким, но в реальности слегка волнистое. В основном из-за разного теплового расширения отдельных материалов (шпангоуты, стрингеры, обшивка, торчащих заклепок и винтов). Что же касается P.180 Avanti, то фюзеляж создается «снаружи внутрь». По такой технологии, например, делаются лодки и яхты из композитов, где первый слой является внешним. Он создается в пуансоне, а уже затем на него с внутренней стороны устанавливаются силовые элементы и крепеж оборудования там, где это необходимо.

Смотрите также:  Cirrus-ы для обучения пилотов Lufthansa

Улучшенный P.180 был испытан в аэродинамических трубах Piaggo Aero в Финале и компании Aermacchi. Во время этих испытаний выяснилось, что в некоторых ситуациях заднее горизонтальное оперение входит в аэродинамическую тень от переднего, и машина теряет управляемость. Решение было найдено в применении двух аэродинамических поверхностей под задней частью фюзеляжа. Первые 12 корпусов (композитные) были изготовлены в США в Уичито (H & H Parts и Plessey Midwest) и были доставлены в Италию для окончательной сборки.

Выкат самолета P.180 из ангара состоялся 19.04.1986 года на заводе Piaggo в Генуе. Первый полет был совершен 23.08.1986. Тогда им управлял пилот Серхио Трайни. 2 октября 1990 года самолет получил американский и итальянский сертификаты.

P.180 Avanti развивает максимальную скорость 732 км / ч, что является аналогичным результатом для небольших самолетов с турбореактивным приводом. В салоне давление уровня моря может поддерживаться на высоте 7 300 м. Самолет стартует с дистанции 869 м (2,851 фута) и приземляется на – 872 м (2,861 фута). Двигатели P&W PT6A-66 мощностью 2 x 634 кВт стали окончательным выбором для стандартной комплектации.
Продвижение самолета на рынок стартовало в начале 90-х годов. Однако успех пришел не сразу и продажи были весьма скромными. Ситуация изменилась, когда в программу включилось три итальянские семьи, в том числе знаменитый клан Феррари. Не зря самолет потом получил прозвище «воздушный Ferrari». Интерьер самолета был спроектирован в стиле и с акцентами на логотип Ferrari. Такие мероприятия вызвали значительный рост продаж необычного воздушного судна, особенно на североамериканском рынке. Цена в зависимости от комплектации составляла от 4 до 5 миллионов долларов США. Даже на вторичном рынке она была не значительно ниже.

В настоящее время предлагается модернизированная версия Avanti II, у которой улучшено оснащение, кроме того, под заказ она может изготавливаться из традиционного дюралюминия. Кокпит получил систему glass-cokpit с цветными дисплеями LCD, устройство избежания столкновений (TCAS) и систему предупреждения о близости земли (TAWS). Применены двигатели P&W PT6A с уменьшенным потреблением топлива. Улучшенный Avanti II получил американский и европейский сертификаты в ноябре 2005 г. В 2010 году цена Avanti II составляла 7 400 000 долларов США.

Беспилотная версия. 18 ноября 2013 года впервые в воздух беспилотная версия P.180, известная под названием P.1 Hammerhead. Во время своего девственного полета машина достигла потолка 600 метров, а весь полет продолжался 15 минут. Проект осуществляется за счет собственных средств производителя. Цель его конструкторов – создать первый беспилотный летательный аппарат MALE (Medium Altitude Long Endurance). Воздушное судно предназначено для наблюдений и разведки. Производитель не исключает создания версии с вооружением.

Медицинская версия. Еще одним применением делового самолета P.180 Avanti стала воздушная «скорая помощь». Благодаря просторному салону, в нем может разместиться медицинский персонал, оборудование интенсивной терапии, один лежачий больной или два сидячих. По заказу устанавливается инкубатор для новорожденных. Часто такая версия часто используется для перевозки больных из Западной Европы в Восточную и Центральную, где лечение обходится значительно дешевле. При этом окупается и аренда самолета.

Андрей Бочкарев