Необходимость нового поколения дальнемагистральных самолётов практически не вызывает сомнений у специалистов авиационной отрасли, главный вопрос заключается в том, какой будет аэродинамическая компоновка планера — то, как устроена сама «оболочка» лайнера, какой будет их аэродинамическая схема и много других вопросов

Одним из наиболее необычных вариантов считается интегральная схема, в которой подъёмная сила создаётся не только крылом, но практически всей несущей поверхностью воздушного судна, а классическое разделение на крыло и фюзеляж отсутствует. Это обеспечивает потенциальный рост аэродинамического качества по сравнению с традиционной схемой, основанной на цилиндрическом фюзеляже и подвесных двигателях под крылом.

Что это за схема?

В классической схеме у самолёта чётко разделены фюзеляж (труба) и отдельно подвешенное крыло. А в интегральной (её ещё называют blended wing body — «смешанное крыло») эти элементы плавно переходят друг в друга, образуя единую несущую поверхность. Подъёмную силу создаёт не только крыло, но и сам корпус. Иногда такую схему ассоциируют с концепцией «летающее крыло», хотя на практике это часто гибрид. 

Какие у неё плюсы?

• Улучшенная аэродинамика. За счёт меньшего лобового сопротивления и более эффективного распределения подъёмной силы такая схема потенциально позволяет снизить расход топлива. В некоторых исследованиях оценивают выигрыш в аэродинамическом качестве на 25–30% на крейсерском режиме. 
• Больший внутренний объём. Это даёт простор для размещения пассажиров, груза или дополнительного оборудования. 
• Возможность интегрировать системы. В единую конструкцию проще «встроить» двигатели, шасси, элементы оперения. 

А какие сложности?

Именно из-за них интегральная схема пока не стала массовой в гражданской авиации. Инженеры сталкиваются с рядом вызовов:

• Сложность конструкции. Плавные переходы между элементами усложняют силовой набор. Чтобы выдержать внутреннее давление в герметичной кабине нестандартной формы, требуется более массивная и тяжёлая конструкция. 
• Проблемы с эргономикой и безопасностью. Салон приобретает необычную форму (иногда сравнивают с «кинозалом»), что затрудняет размещение аварийных выходов и может осложнить эвакуацию пассажиров — а это критически важно при сертификации. svline.
• Сложности с центровкой. Размещение баков и грузов в определённых зонах накладывает жёсткие ограничения на то, как можно загружать самолёт. 
• Трудности с обслуживанием. Если двигатели расположены на верхней поверхности фюзеляжа, доступ к ним для ремонта и проверок становится менее удобным, чем при традиционной подвеске под крылом. 
• Сложность масштабирования. Если в классической схеме можно легко создать семейство самолётов разной вместимости (просто меняя длину фюзеляжа), то в интегральной для этого часто приходится серьёзно перепроектировать всю конструкцию. 
• Вопросы устойчивости и управляемости. Из-за сложной формы планера нужно тщательно просчитывать, как разные части взаимодействуют друг с другом (интерференция), чтобы самолёт стабильно летел. 

Многие эксперты считают: чтобы интегральная схема реально вытеснила классическую, понадобятся новые материалы — более прочные и лёгкие, чем современные авиационные сплавы и композиты. Только это позволит снизить массу сложной конструкции и решить ряд других инженерных задач

Что сейчас происходит?

Исследования таких схем ведутся уже несколько десятилетий — и в СССР/России, и за рубежом. Есть конкретные проекты: например, российский проект ИС-1 или американский Z4 от компании JetZero (первый полёт демонстратора запланирован на 2027 год). 

Проект пассажирского самолёта интегральной схемы (2000-е годы)

В 2000-х годах (в частности, на авиасалоне МАКС-2007) «Российский Авиационный консорциум» представил проект пассажирского самолёта интегральной компоновки с элементами схемы «летающее крыло», который тоже назвали ИС-1

Здесь «интегральная схема» означает другое: фюзеляж и крылья образуют единую аэродинамическую поверхность, что потенциально улучшает обтекаемость и аэродинамическое качество. От классического «летающего крыла» этот проект отличался наличием хвостового оперения — это решало проблему сложного управления на малых скоростях. Фюзеляж планировали сделать сплюснутым по вертикали с овальным сечением. Предполагалось установить два турбореактивных двигателя в хвосте. По расчётам, такой лайнер мог бы перевозить около 180 пассажиров на расстояние примерно 4000 км, а при меньшей загрузке дальность увеличивалась бы. Модель продували в аэродинамической трубе ЦАГИ, и она показала хорошие результаты. 

Этот проект остался на стадии концепции и не пошёл в серию.

Проект ТТС-ИС

Один из самых заметных проектов — тяжёлый транспортный самолёт интегральной схемы (ТТС-ИС). Его разработка в ЦАГИ стартовала примерно в 2014 году. Идея в том, чтобы максимально эффективно использовать внутренний объём: функции крыла и фюзеляжа здесь плавно слиты. По задумке, это сверхтяжёлый экранолёт: большую часть времени он летит на небольшой высоте (3–12 м) над поверхностью (водой, льдом, землёй), используя экранный эффект — за счёт него резко растёт аэродинамическое качество, снижается расход топлива и увеличивается дальность. При этом аппарат способен и подниматься на большие высоты, как обычный самолёт.

В октябре 2018 года в ЦАГИ приступили к испытаниям модели. Сначала изучали «внеэкранные» режимы (полёт на большой высоте), оценивая эффективность органов управления, влияние мотогондол, вариантов носовой части и законцовок крыла. Позже провели испытания с имитацией экрана. Для детального анализа картины обтекания использовали метод «шёлковинок»: на поверхность модели навешивали специальные приспособления, которые показывали направления местных скоростей и помогали выявить зоны начала отрывных течений. В результате выяснилось, что центроплан сохраняет безотрывное обтекание даже на углах атаки, заметно превышающих эксплуатационный диапазон. Эти данные помогли инженерам понять, как дальше совершенствовать компоновку

По теме: 20.12.2018г. В ЦАГИ провели визуализационные испытания перспективного тяжелого транспортного самолета

В ЦАГИ провели сравнение конфигураций фюзеляжа и крыла для дальнемагистральных самолётов

Проекты в рамках НИР «Интеграл-МС»

Другая линия исследований — научно-исследовательская работа «Интеграл-МС». Её цель — сопоставить разные аэродинамические схемы для перспективного магистрального самолёта (рассчитанного на перевозку 220–250 пассажиров на дальность 8000–9000 км). В рамках этой работы в ЦАГИ спроектировали и изготовили уникальную комбинированную аэродинамическую модель. На ней можно было в одних и тех же условиях испытать сразу три конфигурации:

• МС-1 — классическая компоновка с фюзеляжем круглой формы;
• МС-2 — вариант с овальным фюзеляжем и низкорасположенным крылом;
• МС-3 — тоже с овальным фюзеляжем, но ключевая особенность — развитый интегральный наплыв между консолями крыла и фюзеляжем. 

Испытания в аэродинамической трубе малых скоростей (на скорости около 50 м/с, по углам атаки и скольжения) позволили получить аэродинамические характеристики всех трёх вариантов, оценить эффективность рулей и влияние отдельных элементов (хвостовое оперение, мотогондолы).

Сравнительный анализ показал: хотя на малых скоростях МС-3 не имеет принципиальных отличий от классической схемы, по несущим и моментным параметрам он оказался перспективнее. 

В итоге: Что даёт такой интегральный наплыв?

Он участвует в создании подъёмной силы, улучшает аэродинамическое качество и несущие свойства на малых скоростях (что позволяет сократить длину взлётно-посадочной полосы). Кроме того, зона наплыва даёт дополнительный внутренний объём — туда можно разместить шасси и часть бортового оборудования. Овальная форма фюзеляжа в вариантах МС-2 и МС-3 тоже работает на снижение лобового сопротивления и более рациональное использование внутреннего пространства (например, для организации двухпалубной компоновки: пассажиры сверху, груз снизу), что в итоге повышает полезную нагрузку. 

На следующем этапе учёные планировали испытать эту же комбинированную модель уже в трансзвуковой аэродинамической трубе — на режимах, близких к крейсерским. 

В заключение

В целом в ЦАГИ подход такой: интегральная схема рассматривается как путь к значительному улучшению ключевых показателей — аэродинамического качества, топливной эффективности, возможности рационально использовать внутренний объём для пассажиров, груза, топлива или оборудования. Поэтому институт продолжает исследовать разные вариации — от транспортных экранолётов до магистральных лайнеров. 

По теме:

Почему Airbus и Boeing должны разрабатывать новые широкофюзеляжные самолёты

Самолёт без фюзеляжа: почему интегральная схема пока не может заменить классические авиалайнеры