Юный техник, 2015 № 07

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ Авиация грядущего

Проект дизайнера Оскара Винэлса больше походит на фантастический трансформер, нежели на реальный авиалайнер. Тем не менее, большинство из технологий, благодаря которым проект AWWA-VA Sky Whale может воплотиться, в действительности уже существуют.

По словам проектировщика, в конструкции самолета используются многие передовые технологии нашего времени. Это специальные сплавы, керамические материалы, полимерные композиты, армированные углеродным волокном или нанотрубками. Использование таких материалов позволит вдвое облегчить вес авиалайнера.

Фюзеляж, крылья и другие элементы конструкции самолета Sky Whale будут покрыты своего рода «умной кожей», которая может сама восстанавливаться при повреждениях. На верхней части фюзеляжа самолета установят солнечные батареи, которые обеспечат часть энергии для работы внутренних систем этого летательного аппарата и его электродвигателей.

Летать авиалайнер будет с помощью 4 гибридных электротурбореактивных двигательных установок. Причем 2 из них, размещенные в хвостовой части, смогут работать как на электрической энергии, так и на обычном авиационном топливе. Эти двигатели имеют возможность поворачиваться на угол 45 градусов, что позволит самолету взлетать и садиться на более низкой скорости, использовать для взлета и посадки более короткие полосы.

Помогает взлету и посадке система так называемых активных крыльев. Внутри самолетного крыла ближе к его фюзеляжу расположены 2 скрытых пропеллера, которые приводятся в движение электричеством, создавая дополнительную вертикальную подъемную силу.

Безопасность полета обеспечит система авионики, которая собирает данные с множества всевозможных датчиков, соединенных с компьютерами системы при помощи сигнальных проводов или беспроводных линий.

Еще одна конструктивная особенность такова. В случае аварийной посадки, уже на земле во время пробега, самолет сбросит крылья, внутри которых находятся топливные баки и на которых установлены двигатели, подобно тому, как ящерица отбрасывает свой хвост. Таким образом будет сведена к минимуму опасность пожара.

Авиалайнер Sky Whale сможет перевозить 755 пассажиров, которые разместятся на 3 этажах. Верхняя палуба будет отдана в распоряжение пассажиров первого класса. На средней палубе и частично внизу разместятся пассажиры бизнес-класса. И наконец, в хвостовой части самолета места предназначены для пассажиров эконом-класса, которым придется терпеть во время полета шум двигателей.

Потребность в такой авиации возникла вот из-за чего. К 2050 году объем мирового воздушного движения возрастет в 7 раз. Количество выбросов авиационных выхлопных газов тоже возрастет как минимум вчетверо, если не принять специальных мер. Важнейшим шагом для превращения авиации в экологичный вид транспорта станет полная электрификация коммерческого воздушного флота.

Главной трудностью на этом пути пока остается ограниченность емкости аккумуляторов. Для справки: если в 1994 году рекордная емкость литий-ионных аккумуляторов составляла 113 Вт-ч/кг, в 2004-м — 202 Вт-ч/кг, сегодня есть батареи с емкостью 300 Вт-ч/кг. Причем они становятся все дешевле.

Наверное, именно поэтому на стенде Европейского аэрокосмического консорциума EADS была представлена небольшая модель самолета, привлекшая внимание специалистов не меньше, чем гигант А-380. Разработка электрического авиалайнера E-Fan является частью инновационной программы EADS и известного производителя авиационных двигателей — компании Rolls-Royce. Они ищут способы удовлетворения жестких стандартов Европейской комиссии, которые ограничивают выбросы и шум, производимые самолетами. Схожий проект (TeDP) разрабатывает и НАСА в США.

Самолет E-Fan будет отличаться от других тем, что помимо нескольких электрических вентиляторов он будет оснащен газотурбинным двигателем, который обеспечит высокую крейсерскую скорость полета. При необходимости дополнительной тяги, например во время взлета или набора высоты, будут включаться электрические вентиляторы, питающиеся от аккумуляторов.

Несмотря на то что самолету придется возить «лишний груз» электрических двигателей и аккумуляторов, E-Fan будет намного эффективнее обычных авиалайнеров. Прежде всего, реактивный двигатель будет легче и экономичнее маршевых двигателей обычных авиалайнеров. Кроме того, самолет E-Fan станет меньше шуметь, получит малое аэродинамическое сопротивление и фактически продублированную силовую установку, что важно в случае нештатной ситуации.

VoltAir — электрический самолет с движителем в хвостовой части

Самолет типа «летающее крыло» позволит, кроме всего прочего, вместить и куда большее число пассажиров, чем нынешний авиалайнер.

Электровентиляторы в хвостовой части самолета заметно снизят шум полета.

Самолет E-Fan оснастят 6 вентиляторами, закрепленными в корне крыла, а в хвосте, на месте, где обычно располагается вертикальное оперение, установят реактивный двигатель. Плюс такого размещения в том, что современные электрические вентиляторы создают меньшее аэродинамическое сопротивление, чем реактивные керосиновые двигатели. При этом газотурбинный двигатель в хвостовой части самолета захватит пограничный слой воздуха с верхней части фюзеляжа. Это еще больше снизит общее аэродинамическое сопротивление.

Во время полета газотурбинный двигатель также будет подзаряжать батареи самолета. Кроме того, они частично будут заряжаться и в процессе снижения — от набегающего потока воздуха.

Эшли Дав-Джей, сотрудник факультета аэрокосмического конструирования в Университете Бристоля (Британия), занимающийся популяризацией науки, прикладными исследованиями в области космоса и авиации, рассказал, что сегодня средний срок службы пассажирских и транспортных самолетов составляет 21 и 33 года соответственно. Поэтому, даже если завтра все самолеты станут выпускаться на электрической тяге, процесс перехода займет 2–3 десятилетия. В то же время использование биотоплива позволяет снизить выбросы парниковых газов на 36–85 %.

И хотя первое авиационное биотопливо было сертифицировано еще в 2009 году, его не торопятся применять на практике. Главным тормозом остается его стоимость, которая сравняется с ценой керосина лишь через 10–15 лет. Учитывая то, что разработка новых авиационных технологий — от исследований до чертежей и испытаний — занимает с десяток лет, отказ от двигателей внутреннего сгорания в авиации произойдет лишь к середине XXI века.

А примерно через 10 лет стоит ждать появления компьютеров, способных отслеживать малейшие изменения параметров полета. Это избавит самолеты от традиционных рулей высоты, направления и вообще хвостовых стабилизаторов, дающих дополнительную массу и трение.

Далее, сегодня крылья самолетов достигли своего совершенства в плане аэродинамического качества, однако они почти не используют свойства, скажем, крыльев птиц. «Отныне мы не обязаны делать жесткое крыло с отдельными элементами механизации, а можем обратиться к живой природе», — говорят конструкторы.

Такая конструкция крыла заметно улучшит его обтекание.

Инженеры компании Airbus тоже приоткрыли завесу тайны и поделились своими долгосрочными разработками. Вот каким они представляют себе салон авиалайнера в 2050 году…

Самолет будущего выполнят из углеродного волокна и некоторых новых, полностью перерабатываемых материалов. Он будет более экологичным, чем нынешние модели.

Привычное разделение салона на бизнес- и эконом-класс, как предполагают в компании Airbus, рано или поздно отойдет в прошлое. Вместо этого салон будет делиться на две зоны: для отдыха, где вас попросят соблюдать тишину, и для живого общения.

Представьте, вы летите в самолете, наблюдая над собой бездонное голубое небо. Прозрачный фюзеляж и перемещаемые кресла — это зона Vitalising (англ. Vitalize — оживлять, придать силы, бодрости), находящаяся впереди самолета.

Зона, находящаяся в хвостовой части самолета, предполагает более дешевые билеты. Здесь будут расположены 2 ряда по 3 кресла в каждом. Каждое кресло при этом будет приспосабливаться к телу севшего пассажира и станет использовать тепло его тела для освещения и работы вентиляции.

Ну, а какими видят горизонты грядущего российские конструкторы? Большие надежды наши авиаторы возлагают на самолеты серии МС, то есть магистральные самолеты ближнего, среднего и дальнего радиуса действия. Но, если быть честным, особо революционных решений в их конструкции не просматривается. Да и выйти на линии они должны в ближайшие 10–15 лет.

На авиасалоне МАКС-2007 среди прочих экспонатов внимание многих специалистов привлек проект ИС-1, представленный группой сотрудников «Российского авиационного консорциума». Этот самолет, рассчитанный примерно на 1000 пассажиров, по своей схеме близок к «летающему крылу».

Дело в том, что еще в начале 90-х годов XX века специалисты ЦАГИ разработали проект перспективного авиалайнера, у которого практически нет фюзеляжа. Точнее сам фюзеляж и крыло представляют собой единое целое. В такой самолет запросто может вместиться целый железнодорожный состав пассажиров и отправиться в путешествие, например, за 10 000 км.

Однако в небо такой самолет до сих пор еще не поднялся. Причин тому несколько. Тут и опасения, что такую громадину далеко не всякий аэропорт сможет принять, как это уже имеет место с авиагигантом А-380. Да еще две катастрофы недавнего времени с малазийскими «Боингами» заставляют весьма серьезно озаботиться проблемами безопасности. Террористы ведь, в принципе, могут оказаться и в 1000-местном самолете. И сбить такую громадину довольно легко. Поэтому ныне наши специалисты большее внимание уделяют ПАК-ТА— проекту тяжелого транспортного самолета следующего поколения, способного достичь любой точки земного шара за 7 часов.

Перспективный авиационный комплекс транспортной авиации (так расшифровывается сокращение ПАК-ТА) будет способен летать на скорости до 2 000 км/ч, иметь дальность полета до 7 000 км и поднимать в воздух груз весом до 200 т. Основной задачей транспортников ПАКТА станет перевозка различных грузов и военной техники, включая не только танки «Армата», но и зенитные ракетные комплексы, системы залпового огня и т. д.

Самолеты ПАК-ТА будут иметь многоуровневую палубу, снабженную системой автоматической погрузки и разгрузки, кроме этого, они будут способны сбрасывать технику на парашютах и высаживать десантников.

Ночное небо в салоне с прозрачным потолком выглядит необычно…

Работы в рамках проекта ПАК-ТА ведутся уже в течение нескольких лет. Будет разработан не только транспортный самолет, самым близким родственником которого является Ан-225 «Мрия», способный поднять в воздух 225 т груза. В рамках этой программы будет разработан еще целый ряд воздушных судов, грузоподъемностью от 80 до 200 т, которые постепенно вытеснят все имеющиеся транспортные самолеты.

Военные грузовые транспортные самолеты типа ПАКТА будут разрабатывать специалисты Авиационного комплекса имени С. В. Ильюшина.

С. НИКОЛАЕВ