NASA собрало урожай фантастических лайнеров будущего

NASA собрало урожай фантастических лайнеров будущего
20 мая 2010, membrana (*****@***ru)

membrana (http://www. *****/articles/technic/2010/05/20/191600.html)

На вид – классический самолёт. Но впечатление обманчиво. Впрочем, данный аппарат – самый ординарный из всех представленных в рамках необычной исследовательской программы. Пойдём же по нарастающей (иллюстрация NASA/Northrop Grumman Systems Corporation).

Эти конструкции могут оказаться реальностью в годах. Именно на такой срок заглянули вперёд несколько ведущих специалистов аэрокосмической отрасли. Смотрятся машины как результат работы фантазии, отпущенной на волю. Но на деле эти образы опираются на многолетние исследования в области аэродинамики, конструкционных материалов и двигателей.

В октябре 2008 года NASA выделило $12,4 миллиона нескольким объединённым командам институтов и промышленных гигантов на проработку передовых концепций самолётов — Fundamental Aeronautics Program.

Специалистам было предложено проработать эскизные проекты экономичных, чистых и тихих пассажирских лайнеров различной вместимости, как дозвуковых, так и сверхзвуковых. Аппараты должны были опираться как на существующие, так и находящиеся на стадии лабораторных опытов технологии.

И вот пришла пора подвести итоги: своё видение крылатых машин будущего представили Массачусетский технологический институт (MIT), компании Lockheed Martin, GE, Northrop Grumman и Boeing, а также ряд их партнёров (в их числе известная нам Aurora Flight Sciences), подготовившие для NASA обстоятельные доклады на сотни страниц.

численное моделирование свойств конструкций и постепенный их отсев (иллюстрации Northrop Grumman, Boeing, MIT)." width="478 " height="1074"/>

Все участники программы действовали сходным образом. Вначале инженеры набросали множество эскизов самолётов с самыми разнообразными конфигурациями фюзеляжа и крыльев, типом и расположением двигателей. Диапазон был от почти традиционных схем до форм, напоминающих аппараты инопланетян. Далее проводился анализ преимуществ и недостатков тех или иных вариантов, численное моделирование свойств конструкций и постепенный их отсев (иллюстрации Northrop Grumman, Boeing, MIT).

NASA попросило своих партнёров обрисовать самолёты поколения N+3, то есть уходящие на три поколения дальше существующих ныне коммерческих лайнеров. Основные цели: сокращение уровня шума на 71 децибел против существующих авиационных норм, 75% сокращения выбросов окислов азота и более чем 70-процентное снижение расхода топлива!

Авторы представили множество аппаратов различного облика, однако по большей части такие формы и конфигурации можно было увидеть в исследованиях и моделях на протяжении последней пары десятков лет.

А дело в том, что большая часть изменений будет скрыта внутри. "Стоя рядом с самолётом, вы не сможете почувствовать разницу, но улучшения будут революционными", — говорит Ричард Валс (Richard Wahls) из исследовательского центра Лэнгли (Langley Research Center).

Сплавы с памятью формы, керамические и композиционные материалы, углеродные нанотрубки и волоконно-оптические системы, самовосстанавливающаяся "кожа", гибридные силовые установки, складывающиеся крылья, сдвоенные фюзеляжи и даже иллюминаторы с виртуальной реальностью — размах прогнозов впечатляет. И ведь тут нет ничего несбыточного.

систем управления воздушным движением, исследования по системам контроля за аэродинамическими потоками и силами, шумом и вибрациями, проекты перспективных двигателей, эволюцию авионики и шасси.<br></br>Едва ли не всё самое интересное, что было придумано в отрасли за последнее время, было отобрано для самолётов 2035 года (иллюстрации Northrop Grumman, Boeing, MIT)." width="478 " height="713"/>

Специалисты рассмотрели прогнозы по распределению пассажиропотоков в больших и малых городах, параметры аэропортов, развитие систем управления воздушным движением, исследования по системам контроля за аэродинамическими потоками и силами, шумом и вибрациями, проекты перспективных двигателей, эволюцию авионики и шасси. Едва ли не всё самое интересное, что было придумано в отрасли за последнее время, было отобрано для самолётов 2035 года (иллюстрации Northrop Grumman, Boeing, MIT).

Важное уточнение: работа команд вовсе не сводилась к прорисовке картинок на компьютере. Учёные и инженеры прорабатывали самые разные аспекты конструкции машин, особенности их производства и эксплуатации, словом — обосновывали свои мечты, делая упор не столько на внешний эффект, сколько на содержание.

Потому-то некоторые из проектов по первому впечатлению совсем не тянут на поколение N+3. Таков, к примеру, "Тихий эффективный коммерческий транспорт с низким уровнем выбросов" (Silent Efficient Low Emissions Commercial Transport — SELECT), представленный Northrop Grumman. Этот 120-местный аппарат изображён на рисунке под заголовком.

Самое интересное тут расположено "под кожей": передовая керамика и нанотехнологические материалы, реактивные движки с ультравысокой степенью двухконтурности... Этому самолёту нужна взлётная полоса всего в 1,5 километра, что расширяет список доступных ему аэропортов и разгружает, по замыслу Northrop Grumman, крупные воздушные узлы. Дальность полёта SELECT — 3 тысячи километров, скорость — 0,75 Маха.

Концепт GE: 20 мест, турбовинтовые движки нового поколения, овальный фюзеляж с очень хорошей общей и местной аэродинамикой, топливные элементы для питания бортового оборудования, скорость 0,55 М и дальность 1500 км. Будущий ультратихий и экономичный король ближних трасс? (иллюстрация NASA/GE Aviation)

Кстати, многие специалисты согласились, что совсем небольшое (на 5-10%) снижение "максималки" при повышении средней высоты полётов дозвуковых среднемагистральных лайнеров, вкупе с движками нового поколения (о них ещё скажем) — и есть ключ к радикальному снижению расхода горючего. Но, конечно, одними этими мерами обойтись нельзя.

Так некоторые проекты опирались на гибридную (смешанную) несущую систему: промежуточный вариант между классическим сочетанием "удлинённый фюзеляж плюс тонкие крылья" и самолётом-крылом.

Двигатели при этом инженеры располагали в задней верхней части корпуса — это снижает уровень шума. Не зря именно такую схему компания Boeing тестировала в небе ещё несколько лет назад.

По такому же принципу задуман аппарат Hybrid Wing Body H-Series от MIT и его партнёров — Aurora Flight Sciences и Pratt & Whitney. Вместимость этого самолёта — 354 пассажира, дальность полёта 14 тысяч км, скорость — 0,83 Маха.

Его интегрированные двигатели с верхними воздухозаборниками располагают системами управления пограничным слоем, высокой степенью двухконтурности, передовыми камерами сгорания из новых материалов и соплами с изменяемым сечением, и более того — с управляемым вектором тяги.

H-Series. По оценкам MIT этот аппарат сможет частично удовлетворить жёстким требованиям программы: он будет "всего" на 46 децибел тише современных лайнеров аналогичного класса, и "только лишь" на 54% экономичнее, зато выброс окислов азота будет ниже на 81% (иллюстрация NASA/MIT/Aurora Flight Sciences).

Ещё любопытнее другой проект MIT — Double Bubble D8. Его фюзеляж представляет собой пару сращенных продольно классических фюзеляжей — сочетание прочности, лёгкости и невиданного простора.

Три турбовентиляторных двигателя (со сверхвысокой степенью двухконтурности, куда без этого) отнесены в хвост. Довольно узкие и вытянутые "чистые" крылья обеспечивают D8 практически ламинарное обтекание. Композитные материалы везде, где только возможно, дают низкий вес всей конструкции.

Бортовая система мониторинга состояния всех систем и корпуса, управление пограничным слоем в ключевых точках — задумок тут немало. И хотя внешне этот аппарат ближе к классическим самолётам, нежели H-Series, и у D8 фюзеляж тоже даёт некоторую часть подъёмной силы.

Результаты же (в теории) впечатляют: шум — минус 60 дБ против теперешних норм, окислы азота — минус 87%, расход топлива — минус 71% в сравнении с традиционными лайнерами той же вместимости.

В Double Bubble 180 пассажиров смогут переместиться на 5555 километров со скоростью 0,74 М (иллюстрация NASA/MIT/Aurora Flight Sciences).

Но наиболеее радикальный проект в плане сокращения расхода горючего представила Boeing. Она провела собственную мини-программу Subsonic Ultra Green Aircraft Research — SUGAR (то есть исследование "ультразелёных" лайнеров), в ходе которой набросала пять разных концепций.

Самая примечательная получила имя собственное Volt. Такое же название носит известный гибридный автомобиль и это не случайно — у воздушного "Вольта" тоже гибридная силовая установка.

Лезвия двигателя SUGAR Volt (а его предусмотрено два варианта — с закрытым внешним контуром и с открытым винтом-вентилятором) будут раскручивать сразу два источника: газовая турбина, как на обычных турбореактивных движках, и встроенный в неё же 5500-сильный электромотор, который должен получать энергию от бортовых топливных элементов и/или ультраёмких батарей.

Volt сможет на разных этапах полёта использовать только керосиновую, только электрическую или обе тяги сразу, а в среднем это должно привести к снижению расхода топлива на 88%.

Чрезвычайно узкое и вытянутое крыло с подпорками в духе старинных моделей должно обеспечить SUGAR Volt очень высокое аэродинамическое качество и низкий вес конструкции. Скорость – 0,79 М, дальность – 6500 км, число пассажиров – 154. Ещё одна любопытная особенность: крылья этого лайнера смогут складываться на стоянке для экономии места у здания аэропорта (иллюстрация NASA/Boeing).

Кроме экномичных тихоходов компания Boeing разработала и концепцию сверхзвукового пассажирского лайнера 2035 года — Icon-II. По заданию NASA такой аппарат должен вмещать сто с лишним пассажиров и летать с крейсерской скоростью 1,6 М на расстояние 5-9 тысяч километров.

Основной же целью данной части программы являлась проработка облика скоростного лайнера, который был бы значительно экономичнее и намного тише сверхзвуковиков-предшественников. Этих целей Boeing и достигла, во всяком случае, на бумаге, по результатам моделирования и оценки своего проекта.

Пассажирский сверхзвуковой лайнер Icon-II. Его ударная волна на сверхзвуке должна быть настолько слабой, что можно будет разрешить полёты таких лайнеров с крейсерской скоростью не только над океанами, но и над сушей (иллюстрация NASA/Boeing).

Аналогичной задачей занималась и команда, ведомая Lockheed Martin. Её "зелёный сверхзвуковик" отличает необычное расположение двигателей, фюзеляж веретенообразной формы, плавно перетекающий в хвост с оперением типа "перевёрнутое V" (появившееся, к слову, ещё в проекте QSST).

Никаких данных о возможной реализации такого проекта пока нет. Но задел, наработанный в рамках программы NASA, не пропадёт. Главное, что специалисты показали — в общих чертах ясно, как сделать новые лайнеры намного эффективнее предыдущих. А заодно и эффектнее, посмотрите хотя бы на шедевр от Lockheed Martin.

коллег (иллюстрация NASA/Lockheed Martin Corporation)." width="478 " height="369"/>

Зелёный сверхзвуковой лайнер поколения N+3 Lockheed Martin рисовала при содействии ряда институтов и компаний, в частности всё того же двигателестроительного гуру GE, помимо собственной работы над чистым самолётом поучаствовавшего едва не во всех исследованиях коллег (иллюстрация NASA/Lockheed Martin Corporation).

Специалисты NASA отметили, что ещё предстоит определить и уточнить ряд технологий, которые сделают реальными все эти фантазии. Кроме того, хотя инженеры и учёные очень старались, расчёты показали, что ни в одном проекте никому ни удалось взять обозначенные NASA планки по шуму, экономичности и выхлопу одновременно. Представленные машины были особенно сильны только в какой-то одной дисциплине.

Потому исследования по авиации будущего, проводимые на средства NASA, будут продолжены. Вероятно, один или два дополнительных контракта, развивающие начатую нынешним проектом тему, будут заключены на 2011 год, — сообщает агентство.

NASA намерено вкладывать деньги в самые перспективные идеи, так что, как говорит его представитель Джейвон Шин (Jaiwon Shin), подобные работы клиентов позволят определиться со сценарием будущего и быть в русле тенденций.