zzaharr
Один мой знакомый футуролог и «конструктор будущего» говорил - для того, чтобы взглянуть на метр вперед, нужно внимательно посмотреть на километр назад.
Для того, чтобы представить, что ждет авиацию на обозримом горизонте, нужно посмотреть в самое начало ее развития.
Так что начну издалека.
Собственно к тридцатым годам прошлого века гражданская авиация уже приобрела тот облик, в котором она существует и по сей день. Развивались воздушные трассы, строились современные аэропорты, и стюардессы предлагали в полете прохладительные напитки. Да и сами самолеты уже окончательно устоялись в своем облике. Но это вовсе не означает, что у конструкторской мысли не было соблазна соскочить с проторенной дорожки.
Если посмотреть на самолет с сугубо утилитарной точки зрения как на транспортное средство, то его можно разделить на две части: «полезную»: фюзеляж, где находятся пассажиры, багаж и грузы (собственно они же приносят деньги) и «бесполезную»: планер, моторы, горючее и пр. (они много весят, дорого стоят, их задача обеспечит перемещение «полезной» части из пункта А в пункт Б). было бы логично, если б «бесполезная» часть тоже приносила пользу.
Если взять только планер, то очевидно, что в полете крылья тянут самолет вверх, а фюзеляж старается упасть вниз. И чем тяжелее фюзеляж, тем прочнее (читай тяжелее и дороже) должны быть крылья и места их сочленения.
Если часть барахла и агрегатов перенести из фюзеляжа в крылья, эта разница уменьшится, и вся конструкция, в целом, выиграет. Поместили там двигатели – уже хорошо, установили шасси – удачный ход, засунули баки с горючим – верное решение. Конечно "нашпигованные" крылья тоже должны стать прочнее/тяжелее/дороже, но зато «полезная» часть используется максимально эффективно.
Только зачем останавливаться на полпути? Если в крыло удастся запихнуть часть «полезного» объема, то фюзеляж можно будет сделать меньше! А чем меньше фюзеляж, тем меньше сил нужно потратить для протискивания его сквозь воздух. И чем больше мы будем перетаскивать «полезного» в крыло, тем все меньше будет фюзеляж. В конце концов он просто схлопнется по середине, и у нас останутся только крылья. Только вот незадача, пассажир, в отличие от керосина категорически не готов принимать предложенный ему объем, даже наоборот, он требует еще много свободного пространства вокруг себя, места для своей необъятной ручной клади и иллюминатор с красивым закатом. Где ж такое в крыле взять? В обычном негде, а вот в очень большом запросто.
«…При создании новых больших машин новые пути ведут в сторону новых схем самолетов, в сторону использования крыла для размещения грузов. Это значит, что пути идут к летающему крылу, которое и есть идеальный самолет. Чтобы совершить переход к летающему крылу, возникла необходимость построить машину по принципу "все в крыле" – написал в конце 30-х выдающийся советский авиаконструктор Константин Алексеевич Калинин. Написал и создал чудо, самолет К-7. Самолет представлял собой гигантское эллиптическое крыло толстого профиля размахом 53 м и площадью 452 м2, от которого шли две хвостовые балки, несущие хвостовое оперение. Крыло имело спрямленный центроплан шириной 6 м, длиной 10,6 м и высотой 2,33 м, где располагались помещения для людей и грузов.
Но трагический поворот истории не дал этой идее развиться. В 1935 году, не смотря на все плюсы этого самолета, проект закрыли, а сам конструктор был объявлен «врагом народа».
На Западе идея летающего крыла тоже реализовывалась и небезуспешно. По сути, первым самолетом, призванным показать все преимущества самолета без фюзеляжа и хвостового оперения, стал N-1M (Northrop 1 Model, США).
К теме борьбы «полезного» с «бесполезным» можно подойти и с другой стороны. Вместо того, чтобы наделять крыло функциями фюзеляжа, можно поступить наоборот – придать фюзеляжу свойства крыла.
В 1921 году авиатор и разработчик самолётов Винсент Юстас Бёрнелли запатентовал простую идею аэродинамического профиля, включающего корпус летательного аппарата и увеличивающего подъёмную силу самолёта. У самого Бёрнелли дальше эксперементальных моделей дело не пошло, а вот NASA создало ряд аппаратов, которые по настоящему летали… ну как летали, так, красиво падали).
NASA M2-F1 У первых экспериментальных планеров двигатель даже не предусматривался.
Казалось бы, еще чуть-чуть, и революции в авиации не избежать. Но… избежали. Небо продолжали бороздить лайнеры нормальной аэродинамической схемы. Хотя, нет.
Семидесятые годы прошли под знаменем – даешь сверхвук! Самолеты виделись не иначе, как шилообразные корпуса с маленькими крылышками треугольной или оживальной формы. Летали они быстро, но вот с коммерческой точки зрения были никакие: прожорливые и тесные. Не то что коммерсов, даже военных это не устраивало.
И тут опять сработал метод совмещения «хорошего» с «плохим», когда фюзеляж стал брать на себя функцию крыла. Граница между ними стиралась, и со стороны даже невозможно было различить, где заканчивается фюзеляж, а где начинается крыло. Такой компромисс получил название «интегральной схемы» и широко используется в наши дни в военной авиации (Ту-160 например).
А про гражданскую как-то не очень вспоминали. Но с 1991 года в ОКБ им.А.Н.Туполева велись научно-исследовательские работы по созданию аэробуса сверхбольшой пассажировместимости. Новый проект, получивший обозначение Ту-404, рассчитывался на перевозку 1200 пассажиров на дальность 12000-13000 км. В ОКБ прорабатывалось несколько вариантов возможных компановок такого самолета, и одним из основных был вариант, выполненный по схеме летающего крыла.
За океаном тоже решили не отставать. Неизвестно, видели ли разработчики картинки с Туполев 404, но свое интегральное летающее крыло Blended Wing Body (BWB) они делать начали. Проект X48A получил своё официальное наименование в 2001 году. В 2003 году были проведены наземные испытания прототипа, а в 2004 - лётные, дав ему новый индекс Boeing X-48B. Потом опять много думали, убрали один двигатель и винглеты, пересчитали планер и назвали его Boeing X-48С.
Конструкция самолетов серии Х-48 основана на комбинированной схеме крыла-фюзеляжа, за счет чего у самолета увеличивается площадь поверхности крыла, которая обеспечивает подъемную силу. Кроме этого, пространство грузового отсека увеличено в два раза, если сравнивать с обычными аэродинамическими схемами самолетов. За счет такой самолетной конструкции есть возможность увеличить показатель эффективности расхода топлива на тридцать процентов, а также возрастают показатели дальности полета и общая надежность конструкции.
Летные модели Boeing X-48C hybrid-wing-body выполнены в масштабе 1:10 и имеют размах крыльев 6 метров. По словам специалистов Боинга, данный прототип имеет все шансы стать в скором будущем полноценным военно-транспортным или пассажирским самолетом. Проект будет реализован в течении ближайших 20 лет.
Современные технологии в принципе уже позволяют построить фюзеляж, любого размера и формы. Вот чем реально озабочены инженеры, так это его весом. Современные металлические сплавы, конечно же хороши, но радикально проблему не решают, а потому ставка сделана на композит, а вернее Carbon-fiber-reinforced polymer, он же CFRP. Легкий, прочный, технологичный, имея такие качества, композит стремиться полностью вытеснить металл из самолета, и пока конкуренцию держат только титановые сплавы. В новейшем А350 доля композитов уже перевалила за половину и составила 53%.
Но пожалуй самым видимым отличием самолетов будущего, по замыслам инженеров AIRBUS будет отсутствие киля и заднего горизонтального оперения. Вместо него планируется устанавливать два аэродинамических элемента, которые и плоскостями то назвать язык не поворачивается. Это даже не V-образное, а U-образное оперение.
Вторым положительным свойством композитов является возможность создания очень гладких поверхностей. Абсолютно гладкое крыло лучше работает, а значит его можно сделать меньше и соответственно – легче.
Airbus делает упор на технологическую составляющую. E-FAN традиционен внешне, но крайне инновационен внутри. Так что самолет будущего от AIRBAS, будет более привычен нашему взгляду.
Голландский авиаперевозчик KLM решил не дожидаться времён, когда от ведущих производителей посыплются предложения с новыми концептуальными авиалайнерами и решил сам взяться за дело. Совместно со специалистами Дельфтского технологического университета на суд общественности был представлен концепт AHEAD (Advanced Hybrid Engine Aircraft Development)
Выполненный по аэродинамической схеме "утка" самолет будет вмещать в себя до 300 пассажиров и двигаться в пространстве с помощью двух гибридных двигателей на дальность 14 000 км.
Планер самолета представляет из себя интегральный полиплан с ПГО, где фюзеляж плавно переходит в крылья, создавая единую прочную несущую аэродинамическую поверхность, вертикальные стабилизаторы отсутствуют. Как будет обеспечиваться путевая устойчивость конструкторы не объясняют, зато делают акцент на том, что интегральный фюзеляж является одним из очень перспективных конструкций для оптимизации центра тяжести и, тем самым, делает самолет гораздо экономичным.
Особое внимание было уделено силовым установкам. Перспективные двигатели будут иметь по два вентилятора и по две камеры сгорания. Решив не гнаться за увеличением степени двухконтурности разработчики придумали поставить два вентилятора, вращающиеся в противоположных направлениях. Предполагается, что самолет будущего будет потреблять два вида топлива: водород\СПГ и традиционный керосин\биотопливо. Для каждого из них предусмотрен свой газогенератор, а в работу они будут вступать в зависимости от режима полета, обеспечивая, тем самым, максимальную топливную экономичность и экологичность.
Разработчики честно признаются, что до реализации данного проекта еще очень далеко. Многие аспекты еще не изучены и требуют долгосрочных исследований. В качестве прогноза осторожно называют 2050 год.
Тут стоит сказать и о сложностях воплощения таких идей. В гермокабины при полете на больших высотах поддерживается избыточное давление до 40 - 60 кПа. Рациональной формой гермовидсику, что обеспечивает его минимальную массу, является сферическая или немного проигрывая ей - цилиндр со сферическими днищами. Шпангоут на стыке цилиндра со сферическим сегментом за счет перелома обшивки воспринимает достаточно большие сжимающие нагрузки и должен быть усилен. Обшивка в таких отсеках при нагрузке избыточным давлением полностью избавлена от изгибных деформаций и работает только на растяжение.
Оглядываясь назад и видя сколько интересных идей, планов и проектов так и остались на бумаге, трудно делать прогноз даже на пять лет. Но хочется надеяться, что в обозримом будущем «полезное» в самолете таки победит «бесполезное». Одно плохо, пассажирская кабина скорее будет напоминать кинозал, чем привычный туннель с креслами, а значит места у окошек будут в большом дефиците.
Спасибо за внимание.
Взглянуть на Будущее воздушной войны
Сейчас имена выдающихся авиаконструкторов прошлого на слуху только в той мере, в какой они увековечены в названиях созданных ими фирм – тех, которые продолжают существовать в наши дни, поглотив своих менее счастливых конкурентов. А создание современного самолёта – канонический пример коллективного труда сотен и тысяч людей; никому и в голову не придёт интересоваться их фамилиями. Но одно исключение всё же есть. Его зовут Элберт Леандер (или просто Бёрт) Рутан:
Самолеты Рутана. Часть №1
Космолеты Рутана. Часть №2
Journal information