ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВ ОРГАНИЗАЦИИ МЕСТНЫХ АВИАПЕРЕВОЗОК С ПОМОЩЬЮ СКОРОСТНЫХ ВИНТОКРЫЛЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В РЕГИОНАХ СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Карпов А.Е.

м.н.с. НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»

Егошин С. Ф.

инженер, ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского

Клочков В.В.

д.э.н., к.т.н., заместитель генерального директора по стратегическому развитию, НИЦ

«Институт им. Н.Е. Жуковского», в.н.с. ИПУ РАН

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВ ОРГАНИЗАЦИИ МЕСТНЫХ АВИАПЕРЕВОЗОК С ПОМОЩЬЮ СКОРОСТНЫХ ВИНТОКРЫЛЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В РЕГИОНАХ СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

Ключевые слова: авиастроение, скоростной винтокрылый летательный аппарат, авиатранспортная система, пассажироперевозки, местные воздушные линии, себестоимость перевозки, транспортная работа.

Введение

Местные воздушные перевозки как сегмент воздушного транспорта в РФ существуют в настоящее время преимущественно в отдаленных, труднодоступных и малонаселенных регионах (ОТДМР), и представляют собой перевозки пассажиров, как правило, в пределах одного региона. Характерные значения дальности полета для таких регионов составляют от нескольких сотен до одной-полутора тысяч километров. Воздушный транспорт является безальтернативным средством передвижения во многих районах и населенных пунктах, удаленных от региональных центров в ряде субъектов РФ. Качество транспортного обслуживания, характеризуемое еженедельными или даже более редкими рейсами, не может быть социально приемлемым в XXI веке и слабо совместимо с самим понятием транспортной связанности территории. Такое положение дел не только затрудняет социально-экономическое развитие, но и создает прямую угрозу территориальной целостности и национальной безопасности РФ. В этих регионах в будущем могут быть установлены (государством) определенные временные стандарты качества транспортного обслуживания.

Поиск рационального решения проблемы предполагает оптимизацию аэродромной сети ОТДМР совместно с параметрами будущего парка воздушных судов (ВС) местных воздушных линий (МВЛ). Как правило, ВС с лучшими взлетно-посадочными характеристиками (ВПХ), менее требовательные к наземной инфраструктуре (в предельном случае - вертикального взлета и посадки), проигрывают по скорости и экономичности крейсерского полета ВС с обычными ВПХ, и наоборот. Однако строительство и обслуживание аэродромов сопровождается высокой финансовой нагрузкой на экономику субъекта, что особенно значимо именно в малонаселенных регионах. Разработаны различные методы выбора оптимальных параметров как самих ВС, так и используемых ими аэродромов/посадочных площадок в ОТДМР, по обобщающим критериям эффективности авиатранспортной системы региона при соблюдении ограничений на качество транспортного обслуживания, подробнее см. [1, 2].

Для преодоления расстояний порядка 1000 км в российских ОТДМР используются самолеты малой вместимости (9-19 мест), а также вертолеты (включая вертолеты тяжелого класса - Ми-8/17 и др., несмотря на то, что их пасса-жировместимость избыточна при малых пассажиропотоках, и не может быть эффективно использована при соблюдении приемлемой частоты рейсов). При прочих равных себестоимость перевозок на вертолетах в несколько раз выше, чем на самолетах аналогичной грузоподъемности, но во многих случаях это - вынужденное решение. Сейчас, после деградации аэропортовой сети в России (особенно в ОТДМР), инфраструктурные ограничения присутствуют даже на тех направлениях, где по системным критериям было бы оптимальным использование самолетов и содержание аэродромов, хотя и невысокого класса.

Перспективы развития перевозок на МВЛ в Российской Федерации и, как следствие, требования к ВС критическим образом зависят от государственной политики в отношении ОТДМР. В сложившейся экономической ситуации, а также в связи с продолжающейся тенденцией пространственного развития регионов (а точнее, их «сжатия») в сторону переселения жителей в крупные городские агломерации, транспортная сеть МВЛ, даже с учетом текущей и планируемой государственной поддержки, будет иметь ограниченное количество аэродромов. В таком случае требуется либо создать наземную транспортную инфраструктуру (дорогостоящую, особенно в таких регионах), либо использовать классические вертолеты для развоза пассажиров в населенные пункты, которые «охватывают» оставшиеся аэропорты МВЛ.

В таких условиях преимущества винтокрылых летательных аппаратов (ВКЛА), а именно, возможность осуществлять вертикальный взлет и посадку и, как следствие, сокращение требуемых инфраструктурных расходов (для них достаточно вертолетной площадки), при определенных обстоятельствах могут компенсировать потери, возникающие

вследствие высокой стоимости выполнения транспортной работы по сравнению с самолетом МВЛ. Появление скоростных ВКЛА, способных выполнять полеты на дальние расстояния - около 1000 км - менее чем за 3 часа, может существенно упростить структуру транспортной системы ОТДМР. Появится возможность прямой перевозки пассажиров из центра региона практически в любой населенный пункт в пределах ограничений по дальности транспортного средства. В то же время это значительный технологический вызов для авиастроения - в настоящее время в мире нет серийных скоростных ВКЛА гражданского назначения, которые совмещали бы возможности вертикального взлета и посадки и крейсерского полета со скоростями, значительно превосходящими скорости вертолетов, т.е. 450-600 км/ч вместо 250-300 км/ч. ВКЛА по естественным физическим причинам проигрывают самолетам аналогичного класса как в экономичности, так и в топливной, энергетической эффективности, из-за чего и дальности их полета чаще всего менее 1000 км. Таким образом, представляется актуальным оценить целесообразность применения скоростных ВКЛА для местных воздушных перевозок и обосновать требования к уровню их экономичности, скорости, дальности полета.

Нами предлагается упрощенная экономико-математическая модель организации МВЛ в малонаселенных регионах - причем, в «дальней зоне», т.е. в районах, удаленных от регионального центра на 500, а иногда 1000 и более км (это актуально для протяженных субъектов Федерации - прежде всего, Якутии, Красноярского края, Камчатского края, Магаданской обл. и т.п.). Считается, что применение скоростных ВКЛА оправдано, если их эксплуатация на рассматриваемых маршрутах выгоднее, чем смешанная схема перевозок, состоящая из транспортировки пассажиров самолетом на периферийный аэродром (удаленный от регионального центра) и дальнейшего их развоза с помощью классического вертолета до малых населенных пунктов, которые охватывает аэропорт.

Метод формирования требований к скоростным винтокрылым летательным аппаратам

при организации местных авиаперевозок в отдаленные районы малонаселенных регионов

В модели, приведенной ниже, в упрощенном виде проводится сравнение двух схем организации перевозок в отдаленные и труднодоступные районы (см. рис. 1):

1. полет из регионального центра с помощью скоростного ВКЛА, который может в пределах своего радиуса действия добраться в любую точку, оборудованную вертолетной площадкой;

2. полет самолетом до периферийного мини-аэродрома (где имеется короткая взлетно-посадочная полоса, ВПП) и развоз пассажиров по окрестностям с помощью классического вертолета.

Пусть N - характерный годовой пассажиропоток, обслуживаемый на каждом из маршрутов;

Ь - характерная дальность маршрута от регионального центра до населенного пункта (случай 1) или периферийного аэродрома (случай 2);

г - среднее расстояние до населенного пункта, которое преодолевает подвозящий/развозящий вертолет.

1) Скоростной ВИЛА

2) Самолет МВЛ + классический вертолет

Региональный центр

Периферийный аэродром

Региональный центр

Рисунок 1.

Схемы организации перевозок в отдаленных районах ОТДМР

Критерием эффективности в данной модели выбраны полные затраты на рассматриваемых маршрутах (включая инфраструктурные постоянные расходы и непосредственно выполнение транспортных операций) за период Т, по истечении которого в среднем требуется обновление/модернизация авиационной инфраструктуры.

Из условия, при котором затраты при выборе маршрута 1 будут ниже, чем для маршрута 2, определяются требования к себестоимости пассажиро-километра перевозки для скоростного ВКЛА сЩМ4:

V

ВКЛА кр

■ Т ■ Ь ■ N + СВ™ + С

■ п

обсл --1ВП

Т

^ г^пост . обсл гр . — СВПП + СВПП ■ Т +

ВКЛА

+-

усам ■ п

кр сам

-■ Т ■ Ь ■ N + С2

. обсл гр + С2ВП ' Т +

V:

верт кр

-■ Т ■ г ■ N,

п

верт

Здесь

С пост ~ 1

- затраты на создание авиационной инфраструктуры;

С обсл г- л г-

- стоимость годового обслуживания инфраструктурных объектов;

с

VKp - крейсерская скорость ВС;

n - вместимость ВС.

Для оценочных расчетов надо задаться исходными данными, прежде всего, характеристиками самолетов МВЛ и классических вертолетов. В основном применяемый на МВЛ в России самолет L-410 (разработан в Чехословакии, производство локализовано на Уральском заводе гражданской авиации), рассчитанный на перевозку до 19 пассажиров, при нынешних своих характеристиках на расстояние 1000 км сможет перевезти лишь 13 пассажиров при крейсерской скорости до 350 км/ч [3]. При фиксированной средней стоимости летного часа это соответствует 17-20 руб./пкм (с 19 чел. - 12-14 руб./пкм). Зарубежный самолет Cessna 208B Grand Caravan, рассчитанный на 9 мест, преодолеет (по данным производителя) то же расстояние только с 6 пассажирами на борту. Таким образом, себестоимость пассажиро-километра перевозки увеличивается с 15-16 руб. (9 пасс.) до 22-25 руб. (6 пасс.). В табл. 1 приведены исходные данные для сравнения двух схем транспортировки и определения требований к скоростным ВКЛА. Для самолетов МВЛ в расчетах используются характеристики, соответствующие перспективным требованиям к стоимости пассажиро-километра для данного класса ВС (считается, что они должны быть на 20% экономичнее современных, указанных выше). Также предполагается, что для перспективных самолетов МВЛ будет достигнуто:

• увеличение дальности при максимальной загрузке ВС до 1000-1500 км (таким образом в модели можно не учитывать зависимость грузоподъемности ВС от дальности полета);

• увеличение крейсерской скорости до 400-450 км/ч, что необходимо для повышения качества услуг по перевозке пассажиров (сокращения длительности полета до 2-3 часов).

Тогда при условии сохранения текущей стоимости летного часа (здесь и далее все стоимостные параметры рассматриваются без учета инфляции) для 9-местного ВС (45 000 руб./л.ч.) спкм составит 12-13 руб./пкм, а для 19-

местного самолета (80 000 руб./л.ч.) - 9-10 руб./пкм. В таком случае 19-местный самолет будет заведомо предпочтительнее 9-местного, с точки зрения рассматриваемой математической модели. Однако при учете временного ограничения (которое требует малого межрейсового интервала) при малых пассажиропотоках эффективнее будет использование 9-местного ВС.

Для классических вертолетов в качестве опорных рассматриваются характеристики вертолета АНСАТ вместимостью 7 пассажиров (поскольку такая вместимость, а не большая, характерная для более тяжелых типов, соответствует приемлемой частоте рейсов при малых пассажиропотоках в ОТДМР). Из расчета 1700 долл./л.ч. при курсе 6065 рублей за доллар с учетом сокращения стоимости летного часа на 10% в среднесрочной перспективе получим стоимость выполнения транспортной работы классических вертолетов около 55-60 руб./пкм.

Итак, в модели приняты следующие допущения:

• рейс осуществляется при 100%-м заполнении ВС (при этом считается, что временное ограничение на выполнение перевозки выполнено);

• при принятых входных данных можно не учитывать зависимость грузоподъемности ВС от дальности, т.е. фиксируется вместимость летательных аппаратов (учет этой зависимости может быть показан на примере работы [4]);

• стоимость летного часа ВС сл ч (данные вносятся в модель экзогенно), определяется из фиксированного годового налета (500-600 л.ч. для классического вертолета, 800-1000 л.ч для самолета МВЛ).

При этом считается, что при малом налете на данном маршруте ВС оставшиеся часы налетает за счет эксплуатации на других маршрутах.

Исходные значения для инфраструктурных расходов приняты на основе данных Министерства транспорта РФ, см. табл. 1.

Таблица 1

Исходные данные для расчетов

s-тост СВПП 200 млн руб.

s-уобсл СВПП 5 млн руб.

тгсам кр 400 км/ч 450 км/ч

n сам 9 мест 19 мест

сам л.ч. 45 тыс. руб. 80 тыс. руб.

s-тост СВП 40 млн руб.

s-уобсл СВП 1 млн руб.

тгверт кр 250 км/ч

n верт 7

сверт л.ч. 100 тыс. руб.

T 20 лет

Ниже на рис. 2 приведена статистическая информация (на основе расписания движения воздушных судов, предоставленного Транспортной клиринговой палатой) по аэропортам местных воздушных линий в Российской Федерации за 2015 год. На графике показано распределение 130 действующих аэропортов МВЛ по расстояниям от центра региона. Основная часть расположена на расстоянии до 700 км от регионального центра (более 70%), лишь 38 аэропортов обслуживают рейсы самолетов дальностью 800 км и более.

25

Распределение действующих аэропортов МВЛ в 2015 г. по удаленности от регионального центра (км)

Рисунок 2.

Распределение действующих аэропортов МВЛ по дальности (данные за 2015 год)

На данном графике можно условно выделить пики в интервалах характерной дальности полета 300-700 км и 800 и более километров, поэтому в расчетах рассматривается два сценария при сравнении маршрутов: (а) Ь = 500 км; (б) Ь = 1000 км.

С учетом этих географических данных, дальность полета скоростного ВКЛА с полной загрузкой предполагается на уровне перспективных самолетов МВЛ, не менее 1000 км. Поэтому в первом случае требования будут сформулированы для ВС, которое совершает полет туда-обратно без дозаправки (причем, ВС имеет запас топлива на обратный рейс), зато во втором стоимость пассажиро-километра перевозки ВКЛА будет еще и включать в себя повышенную стоимость топлива за счет дозаправки в удаленном населенном пункте. Поэтому во втором случае другие статьи операционных расходов должны быть еще ниже, чтобы удовлетворить сформулированным требованиям.

На рис. 3 представлено распределение действующих аэропортов гражданской авиации по данным за 2015 год:

используемых для пассажироперевозок МВЛ;

неиспользуемых на линиях МВЛ, включая действующие посадочные площадки (в т.ч для применения авиации в народном хозяйстве, ПАНХ - т.е. разнообразных авиационных работ, а не транспортных перевозок).

Рисунок 3.

Распределение действующих аэропортов гражданской авиации по дальности

Всего для рейсов МВЛ не используется 337 аэродромов, из которых 248 расположены на расстоянии до 500 км от регионального центра. Вероятнее всего, для большинства таких маршрутов имеется более выгодная альтернатива в виде наземного транспорта (этот тезис требует отдельного изучения, с оценкой состояния дорожной инфраструктуры в регионах - возможно в радиусе 200 км от регионального центра она достаточно развита) либо классического вертолета. На расстоянии 800 км и более из 79 аэродромов для перевозок МВЛ не используется - 41, более 50%. Такое со-

отношение демонстрирует широкие инфраструктурные возможности потенциального использования скоростных ВКЛА.

Далее проведен краткий анализ объема пассажиропотоков сети МВЛ. Графики, представленные ниже, сформированы на основе статистики для 96 аэропортов, используемых для перевозок МВЛ (по данным Росавиации об объемах перевозок через аэропорты в 2015 г.), остальные 34 используются одновременно и для региональных перевозок, вследствие чего невозможно однозначно отделить пассажиров МВЛ от остальных.

Высокие значения пассажиропотока при дальности 900 км и 1400 км могут объясняться, например, перевозками людей для выполнения вахтовых работ. В качестве подобного примера может быть приведен аэропорт Игарка. Количество человек, проживавших в городе Игарка в 2015 году, по данным Всероссийской переписи населения, составляло 5117 чел. Удаленность от Красноярска (ортодромическая дальность) - 1300 км. При этом объемы пассажирских перевозок через аэропорт составили:

• в 2014 г. - 208 062 чел.;

• в 2015 г. - 192 090 чел.;

• в 2016 г. - 214 325 чел.;

• в 2017 г. - 278 039 чел.,

что превышало население самого города в 40-50 и более раз. Фактически, этот аэропорт служит «хабом» для дальнейшего развоза вахтовых рабочих. Подобные аэропорты с сильно завышенным пассажиропотоком были исключены из рассмотрения.

Рисунок 4.

Распределение пассажиропотока по дальности в расчете на 1 аэропорт

На основе данных на рис. 4 для двух выделенных ранее сценариев (полеты до 500 км и до 1000 км) можно определить граничные значения для пассажиропотока в расчете на 1 аэропорт на уровне 4000-7000 и 9000-12000 пасс. в год для сценариев а) и б) соответственно. При сравнении маршрутов предполагается исходить именно из этих значений. На рис. 5 представлено распределение общего пассажиропотока МВЛ по дальности полета в 2015 г.

Распределение общего пассажиропотока на МВЛ (тыс. чел) по дальности полета (км)

300

250

Рисунок 5.

Распределение общего пассажиропотока на местных воздушных линиях гражданской авиации по дальности

Данный график при его сравнении с данными, представленными на рис. 4., объясняется снижением плотности населения по мере удаления от регионального центра. В то же время сокращение пассажиропотока «отстает» от со-

.362

кращения плотности населения. Таким образом, с ростом дальности полета увеличивается авиационная подвижность населения. Эта статистика подтверждает безальтернативность воздушного транспорта в населенных пунктах, удаленных от региональных центров.

При максимальной дальности полета ВКЛА на уровне 500 км (при полной коммерческой нагрузке) может быть обеспечен охват около 25-30% общего пассажиропотока при возможности обслуживания 45-50% действующих (по данным 2015 г.) аэропортов. ВКЛА с максимальной дальностью 1000 км охватывает уже 85-90% аэропортов с пассажиропотоком до 85% от общего числа перевезенных пассажиров.

Конечно, в среднесрочной перспективе значения пассажиропотоков могут существенно измениться и правильнее будет рассмотреть несколько сценариев изменения показателей авиатранспортной системы. В Стратегии пространственного развития РФ предполагается плавное переселение жителей в более крупные агломерации (центры экономического роста) в сочетании с поддержкой населения в ОТДМР, в т.ч. транспортных систем. В данной работе пока предлагается рассмотреть сценарий, при котором потоки сохранятся на прежнем уровне.

Результаты модельных расчетов

Ниже приведены полученные в результате модельных расчетов зависимости приемлемой (требуемой) стоимости пассажиро-километра перевозки для скоростного ВКЛА от среднего годового пассажиропотока на маршруте для двух рассматриваемых сценариев дальности полета.

Рис. 6 соответствует сценарию а) Ь = 500 км, ВКЛА имеет возможность выполнения рейса без дозаправки и обратно.

На графике наблюдается сильная зависимость результатов как от расположения малых населенных пунктов относительно периферийного аэропорта (расстояния г), так и от пассажиропотока на маршруте. Выделенная на графике область соответствует средним значениям пассажиропотока на маршрутах МВЛ до 500 км и определяет требования для скоростных ВКЛА в среднесрочной перспективе.

Рисунок 6.

Требования к стоимости пкм скоростного ВКЛА при L = 500 км

При заданных допущениях в модели и выбранных исходных данных (см. табл. 1) приемлемая стоимость выполнения единицы транспортной работы при пассажироперевозках с помощью скоростных ВКЛА может быть в 34 раза выше, чем у перспективных самолетов МВЛ (9-10 руб./пкм), но должна быть в 1,5-2 раза дешевле, чем у классических вертолетов (55-60 руб./пкм).

На рис. 7 представлены расчеты для сценария б) L = 1000 км, в котором ВКЛА осуществляет дозаправку для выполнения обратного рейса в отдаленном пункте назначения.

Т.к. пассажиропоток в расчете на 1 периферийный аэродром здесь принят выше, чем в случае (а), требования к стоимости одного пассажиро-километра скоростного ВКЛА получились более жесткими. Опять же, наблюдается сильная зависимость от характерной дальности «развоза» пассажиров классическим вертолетом. При увеличении дальности от 100 км до 300 км требование смягчается более чем в полтора раза. Но для рассмотренных диапазонов пассажиропотока (для фиксированного r) наблюдается относительно малое изменение требований, в пределах 10%. В целом приемлемая стоимость эксплуатации ВКЛА может быть в 2-3 раза выше, чем у перспективных самолетов МВЛ (9-10 руб./пкм), но должна быть и в 2-3,5 раза ниже, чем у классических вертолетов (55-60 руб./пкм).

£ 28 X.

с

пГ ® 20

16 12

3000 6000 9000 12000 15000 18000

Годовой пассажиропоток, пасс. -О- L= 1000, г= 100 -О— L = 1000, г = 200 —О— L = 1000, г = 300

Рисунок 7.

Требования к стоимости пкм скоростного ВКЛА при L = 1000 км

Заключение

В работе на основе упрощенной модели затрат на организацию местных авиаперевозок предложен метод, позволяющий формировать требования к скоростным винтокрылым летательным аппаратам для организации перспективной транспортной системы в отдаленных, труднодоступных и малонаселенных регионах. Схема организации перевозок на таких воздушных судах из регионального центра в отдаленные районы региона должна обеспечивать выигрыш во времени и стоимости поездок по сравнению с двухступенчатой схемой «самолет до периферийного аэропорта -классический вертолет до места назначения». В целом, проведенные оценки для ВКЛА с дальностями полета не менее 1000 км показали, что создание транспортных систем для перевозки пассажиров местных воздушных линий на основе таких воздушных судов целесообразно, когда они обеспечивают себестоимость пасс.-км перевозки не более 20-25 руб. В рамках модельных предположений получено, что стоимость выполнения единицы транспортной работы таких ВС должна быть в 2-3 раза ниже, чем у классических вертолетов (55-60 руб./пасс.-км), но может быть в 2-2,5 раза выше, чем у перспективных самолетов МВЛ (9-10 руб./пасс.-км). Также выявлено сильное влияние на требования удаленности конечных пунктов назначения от периферийных аэродромов.

В рамках известных технологий такие технико-экономические характеристики скоростных ВКЛА не могут быть достигнуты, поскольку они должны стать экономичнее классических вертолетов, не обладающих высокой крейсерской скоростью. Однако достижение необходимого уровня характеристик возможно в будущем, при использовании гибридно-электрических силовых установок, особенно распределенных. Такие летательные аппараты будут, скорее всего, ближе к самолетам, но при высоких взлетно-посадочных характеристиках.

Для более корректного формирования требований к перспективным скоростным винтокрылым аппаратам в дальнейшем предполагается:

• рассматривать реальную географию конкретных регионов, систему расселения;

• учесть ограничения по времени в пути и по общей стоимости поддержания авиатранспортной системы регионов;

• учесть возможности выполнения карусельных маршрутов, как для классических ВКЛА (рассматриваются, например, в работе [5]), так и для скоростных ВКЛА, и оптимизировать маршруты развоза вокруг периферийных аэродромов;

• оптимизировать и расположение самих периферийных аэродромов, сочетая возможности самолетов и винтокрылых воздушных судов.

Список литературы

1. Клочков В.В., Рождественская С.М., Фридлянд А.А. Обоснование приоритетных направлений развития авиационной техники для местных воздушных линий // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2018. - № 20 (331). - С. 93-102.

2. Клочков В.В., Горшкова И.В., Молчанова Е.В. Авиатранспорт в малонаселенных регионах: оценка затрат и эффективности инновационных технологий // Региональная экономика: теория и практика. 2014. - № 3 (330). - С. 58-68.

3. Самолет L-410UVP-E20, основные характеристики: Информационный проспект компании Aircraft Industries, a.s., Na Zahonech 1177, 686 04 Куновице, Чешская республика, 2010.

4. Егошин С.Ф. Оценка структуры полных затрат на пассажирские авиаперевозки в местном сообщении // Научный вестник Гос-НИИГА. 2019. - № 28 (339). - С. 80-92.

5. Егошин С.Ф. Применение летательных аппаратов вертикального взлета и посадки для развития авиатранспортной системы местных перевозок России // Научный вестник ГосНИИГА. 2019. - № 29 (340). - С. 46-56.

Требования к скоростному ВКЛА