Перспективные разработки сверхзвуковых самолётов будущего.   Часть 3

Перспективные разработки сверхзвуковых самолётов будущего. Часть 3

Прогресс, как известно, не остановить. Очень хочется верить, что новые перспективные разработки будут все же осуществлены. Главное, чтобы сами люди себе все не испортили. Это я в том смысле говорю, что неплохо бы такие красавицы, как например Валькирия создавать не для тупой перевозки оружия, а для чего-то по-настоящему красивого, то есть мирного…

К сожалению, технический прогресс в авиации (и, похоже, не только там) получает толчок в своем развитии именно через разработки в военной сфере. И выходит, что у нас на Земле практически все самые красивые и «умные» самолеты (особенно это касается сверхзвуковых самолетов) создают только с одной целью… эту самую красоту уничтожить

Сегодня многие компании и авиаконструкторы думают о перспективах сверхзвуковой пассажирской авиации. Одни строят планы по её возрождению. Другие уже вовсю готовятся к этому…

Ведь если она могла существовать и эффективно функционировать ещё несколько десятилетий назад, то сегодня – с серьёзно шагнувшими вперёд технологиями, реально не только возродить, но и решить ряд проблем, которые заставили отказаться ведущие авиакомпании от сверхзвука гражданской авиации – вполне возможно…

Цель – решение множества проблем,кои связаны с пассажирской сверхзвуковой авиацией. Создание авиамашин, которые будут не только демонстрировать возможности, и могущество стран, построивших их. Но окажутся и реально эффективными. Настолько, чтобы занять достойную их нишу в авиации...

Причины торможения «планирования» и»возрождения» сверхзвуковой пассажирской авиации

Ещё оставались надежды на скорое «возвращение» сверхзвуковых пассажирских самолётов. Авиаконструкторы рассуждали о создании особых двигателей, кои позволят экономить топливо, не смотря на скорость полёта. Говорили о повышении качества и оптимизации основных систем авионики, на таких авиамашинах. Других типов сверхзвуковых пассажирских самолётов, вплоть до сего дня, реализовано не было. И «Конкорд» и Ту-144 летали благодаря турбореактивным двигателям, кои были специально переустроены для того, чтобы долгое время работать в режиме сверхзвуковой скорости…

«Время — деньги» пора возрождать

Но, в 2006 и 2008 годах вышли новые постановления Международной организации гражданской авиации. В них определялись последние (действительны они, кстати, и на данный момент) стандарты допустимого авиационного шума при полёте. А сверхзвуковые самолёты, как известно, не имели права летать над населёнными пунктами, именно поэтому. Ведь производили сильные шумовые хлопки (также по причинам физических особенностей полёта), когда двигались на максимальных скоростях…

Это стало причиной того, что «планирование» «возрождения» сверхзвуковой пассажирской авиации несколько затормозилось. Однако, на самом деле, после введения данного требования, авиаконструкторы стали думать, как решить такую проблему. Ведь она тоже имела место быть и раньше, просто «запрет» сконцентрировал внимание именно на ней – «проблеме шума».

А что же сегодня?

Но с момента последнего «запрета» прошло более десять лет. И планирование плавно перешло в проектирование. На сегодняшний день созданием пассажирских сверхзвуковых самолётов, занимаются несколько компаний и государственных организаций. Конечно, сегодня существует множество конкретных проектов сверхзвуковых пассажирских самолётов. Однако, далеко не все близки к реализации…

Какие именно? « … проектирование идёт по всему миру!»

  • Российские: Центральный аэрогидродинамический институт (тот самый, который назван в честь Жуковского), компании «Туполев» и «Сухой». У российских авиаконструкторов есть неоценимо важное преимущество. Опыт советских проектировщиков и создателей Ту-144.
  • Европейский концерн – Airbus, и французская компания Dassault.
  • Среди фирм Соединённых Штатов Америки, что работают в данном направлении, — Boeing и конечно Lockheed Martin.
  • В стране восходящего солнцаКитай основная организация, проектирующая такой самолёт – это агентство аэрокосмических исследований.

И данный список – отнюдь не полный. При этом важно уточнить, что подавляющая часть профессиональных авиаконструкторов, работающих в данной сфере, разделилась на две группы(независимо от страны происхождения):

Одни считают, что создать «тихий» сверхзвуковой пассажирский самолёт, на сегодняшнем уровне технологического развития человечества, невозможно никоим образом. А потому – единственный выход, — это проектирование «просто быстрого» авиалайнера. Он, в свою очередь, будет переходить на сверхзвуковую скорость в тех местах, где это разрешено. А пролетая, например, над населёнными пунктами, возвращаться к дозвуковой. Такие «скачки», по мнению этой группы учёных и конструкторов, позволят сократить время полёта до минимально возможного, и не нарушить требований относительно шумовых эффектов

Другие же наоборот – полны решимости. Они считают, что бороться с причиной шума можно уже сейчас. И приложили немало усилий, дабы доказать – сверхзвуковой авиалайнер, летающий тихо – вполне возможно построить в самые ближайшие годы. В частности, специалисты NASA пришли к осознанию необходимости конструкционных изменений, с целью реформации особенностей полёта в целом. А именноизменению специфики ударных волн, насколько это возможно при нынешнем технологическом уровне. Что достигается путём реструктуризации волны, за счёт конкретных изменений конструкции. В результате – стандартная волна рассматривается как N-тип, а та, которая возникает при полёте, с учётом предложенных специалистами нововведений, как S-тип. И при последней, значительно снижается «взрывной» эффект смены давления, и люди, находящиеся внизу, например, в городе, если самолёт пролетает над ним, даже тогда, когда слышат таковой эффект, то только как «отдалённый хлопок дверью автомашины»…

Форма – тоже важно

Например, японские авиационные конструкторы, не так давно, в середине 2015 г., создали беспилотный планер модели D-SEND 2. Его форма спроектирована особым образом, позволяя существенно уменьшить интенсивность и количество ударных волн, возникающих, когда аппарат летит на сверхзвуковой скорости. Эффективность предложенных таким образом, японскими учёными, инноваций, была доказана при испытаниях D-SEND 2. Таковые провели в Швеции, в июле 2015. Достаточно интересным был ход мероприятия:

  • Планер, который не был оснащён двигателями, подняли на высоту в 30,5 километров. С помощью воздушного шара. Затем его сбросили вниз. За время падения он «разогнался» до скорости в 1,39 Маха. Длина самого D-SEND 27,9 метра.
  • После проведённых испытаний, японские авиаконструкторы смогли с уверенностью заявить – интенсивность ударных волн, при полёте их детища на скорости, превышающей быстроту распространения звука, — в два раза меньше, чем у «Конкорда»...

Каковы же особенности D-SEND 2? Прежде всего – его носовая часть не осесимметричная. Киль смещён к ней, и при этом, горизонтальное хвостовое оперение установлено как цельноповоротное. Оно также расположено под отрицательным углом к продольной оси. И при этом законцовки оперения располагаются ниже, чем точка крепления.Крыло, плавно сопряжённое с фюзеляжем, выполнено с нормальной стреловидностью, но ступенчатое... Читать подробнее: Японцы научили планер переходить на сверхзвук потише

По примерно такой же схеме сейчас, по состоянию на ноябрь 2018 г., в США проектируют пассажирский сверхзвуковой AS2. Работают над ним профессионалы из Lockheed Martin. Заказчиком выступает NASA…

Проект российского СДС/СПС сейчас находится на стадии совершенствования формы. Планируется, что она будет создаваться с упором на уменьшение интенсивности ударных волн… Президент Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК) Юрий Слюсарь на Петербургском международном экономическом форуме дал интервью ТАСС, в котором заявил, что ОАК прорабатывает создание в течение 10 лет сверхзвукового пассажирского самолёта.

Сертификация и… ещё одна сертификация

Важно понимать, что некоторые проекты пассажирских сверхзвуковых самолётов будут реализовываться уже в начале 2020-х. При этом, правила, установленные Международной организацией гражданской авиации, в 2006 и 2008, ещё будут действоватьА значит, если до того времени не случится серьёзного технологического прорыва, в области «тихого сверхзвука», то вероятно создание именно самолётов, кои будут переходить на скорость, выше одного Маха, только в зонах, где разрешено…

Вопрос цены

Ещё одна проблема, упомянутая ранее- дороговизна. Конечно, на сегодняшний день, уже создано множество двигателей, намного более экономичных, нежели те, которые эксплуатировали ещё двадцать, или тридцать лет назад. В том числе, сейчас проектируются и те, кои могут обеспечить самолёту движение на сверхзвуковой скорости, но при этом не «съедают» столько горючего, сколько Ту-144, или «Конкорд». Каким образом?:

  • Прежде всего – это использование керамических композиционных материалов, что обеспечивают снижение температур, а особенно важно в горячих зонах силовых установок.
  • Кроме того – введение ещё одного, третьего, воздушного контура – помимо внешнего и внутреннего. Нивеляция жёсткой сцепки турбины с вентилятором, внутри самолётного двигателя и т.п.

Но тем не менее, даже благодаря всем этим нововведениям, нельзя сказать, что сверхзвуковой полёт, в сегодняшних реалиях – экономичен. Потому, для того, чтобы он стал доступен и привлекателен для широких масс населения, крайне важны работы по усовершенствованию двигателей.

Новый двигатель – вариант решения проблемы

Подробнее: Американская компания GE Aviation представила новый ТВРД AFFINITY. Двигатель предполагается установить на перспективный сверхзвуковой пассажирский самолет AS2. Новая силовая установка конструктивно
объединяет в себе особенности реактивных двигателей с малой степенью двухконтурности для боевых самолетов и силовых
установок с большой степенью двухконтурности для пассажирских самолетов.

Из последних новинок, в данной сфере, следует отметить инновационную реактивную, турбовентиляторную силовую установку, созданную в нынешнем, 2018 году, компанией GE Aviation. В октябре она был представлен под названием Affinity. Этот двигатель планируют установить на упомянутую модель пассажирского сверхзвукового самолёта AS2. Каких-либо существенных технологических «новинок» в данном типе силовых установок не предусмотрено. Но при этом, в нём соединены особенности реактивных двигателей с большой и малой степенью двухконтурности. Что делает модель весьма интересной, для установки на сверхзвуковом самолёте…

Сверхзвуковой самолёт Aerion AS2 начинает свои полёты. Компанией Aerion запущен в производство сверхзвуковой бизнес-джет для сверхбогатых. Известный как АS2, он имеет максимальную скорость 1.5 Маха, что на 67 процентов быстрее, чем верхняя планка круизной скорости для обычных дозвуковых самолетов. Вмещая до 12 пассажиров, AS2 развивает скорость до 4,750 морских миль (8,800 км/ч) со сверхзвуковой скоростью, что поможет сэкономить 2,5 часа в полете через Атлантику, сравнивая с полётом дозвуковых самолетов, и более пяти часов на транс-тихоокеанских маршрутах.Первый испытательный полет в 2021 году и в коммерческую эксплуатацию в 2023г.

Кроме всего прочего, создатели двигателя утверждают, что при испытаниях он докажет свою эргономичность. Расход топлива силовой установкой будет примерно равен тому, который можно фиксировать у стандартных двигателей авиалайнеров, находящихся ныне в эксплуатации. То есть, это заявка на то, что силовая установка сверхзвукового самолёта будет потреблять приблизительно столько же топлива, сколько и у обычного авиалайнера, не способного разогнаться до скорости выше одного Маха. Конкурент сверхзвуковому джету – Spike S-512 – был запущен несколько лет назад, в 2018 году Эти самолеты являются одними из первых в новом поколении быстрых авиалайнеров. Конструкция крыла АS2 позволяет меньше расходовать топливо и увеличивает дальность полёта за счет уменьшения аэродинамического сопротивления на 20%…

Самолет Spike S-512 будет вмещать до 22 пассажиров, с дальностью 6200 миль(11 486 км) и крейсерской скоростью Маха 1,6, экономя 50% на время полета. И из-за компоновки самолета с низкой стрелой, он сможет летать над землей,
не создавая «звуковых ударов». В США начались летные испытания первого демонстратора SX-1.2 сверхзвукового бизнес-джета S-512сообщает его разработчик, американская компания Spike Aerospace. Полеты, которые прошли успешно, подтвердили правильность аэродинамических расчетов…

Первый демонстратор, получивший обозначение SX-1.2, представляет собой уменьшенную беспилотную модель S-512. Ранее уточнялось, что этот прототип рассчитан на полеты на дозвуковых скоростях и предназначен для проверки на стабильность и управляемость…

Spike Aerospace ведет глобальное сотрудничество по разработке первого в мире сверхзвукового бизнес-джета Spike S-512 Quiet Supersonic Jet. Этот современный самолет следующего поколения может лететь из Нью-Йорка в Лос-Анджелес или из Лондона в Дубаи за 3 часа практически без звукового удара.
Ведущие авиакосмические фирмы, такие как Siemens, Quartus, Aernnova, Greenpoint, BRPH и другие, предоставляют свои знания в области проектирования, проектирования, производства и испытаний самолетов.
Ранним субботним утром 7 октября 2017 г. компания Spike Aerospace успешно был выполнен первый полет на дозвуковом демонстрационном самолете SX-1.2. Самолет является ранним беспилотным прототипом 18-ти пассажирского самолета S-512 Quiet Supersonic Jet. Испытательные полеты SX-1.2 доказали, что аэродинамический дизайн самолета является действительным и предоставил огромное количество данных относительно летных характеристик самолета.

Какими они могут быть – российские сверхзвуковые авиалайнеры?

Генеральным директором ФГУП «ЦАГИ» Кирилл Сыпало: «Ну, наверное, если быть более-менее реалистичными, то я думаю, что это 2025-2030-е годы. Демонстраторы появятся раньше – где-то 2021 год, а в 2023-м, наверное, можно будет говорить о прототипе«.

Особого внимания заслуживают российские авиастроители, унаследовавшие опыт советских мастеров. Как упоминалось ранее, сегодня, в стенах ЦАГИ имени Жуковского, по словам его сотрудников, уже почти закончено создание концепции сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения. В официальном описании модели, предоставленном пресс-службой института, упоминается, что это «лёгкая, административная» авиамашина, «с низким уровнем звукового удара». Проектированием занимаются специалисты, сотрудники данного учреждения… Источник:

В ноябре 2018 года гендиректор ЦАГИ Кирилл Сыпало сообщил, что лётный образец сверхзвукового пассажирского самолёта может быть готов через 2-3 года. «Вместе с «Туполевым» сейчас идёт активнейшая работа, отобраны три компоновки.Я надеюсь, что в ближайшее время мы сможем их представить, презентовать на соответствующих выставках».

Также, в сообщении пресс-службы ЦАГИ упомянуто, что благодаря особой компоновке корпуса самолёта и специальному соплу, на коем установлена система шумоглушения, данная модель будет демонстрировать последние достижения технологического развития российского авиастроения. Кстати, важно упомянуть, что среди наиболее перспективных проектов ЦАГИ, помимо описанного – новая конфигурация пассажирских авиалайнеров, именуемая «летающее крыло». Она реализует несколько особенно актуальных улучшений. А конкретно – даёт возможность, улучшить аэродинамику, снизить потребление топлива и т.д. Но не для сверхзвуковых авиамашин... Источник:

Кроме всего прочего, данный институт уже неоднократно представлял готовые проекты, которые привлекали внимание авиалюбителей со всего мира. Допустим, — один из последних, — модель сверхзвукового бизнес джета, способного преодолеть до 7 000 километров без дозаправки, и развивать скорость в 1,8 тысяч км/ч. Таковая была представлена на выставке «Гидроавиасалон-2018»

Далее, важно упомянуть о предложенном президентом России варианте создания сверхзвукового пассажирского самолёта, на основе стратегического бомбардировщика – Ту-160

Помимо названных российских, также наиболее перспективны следующие модели:

  • Американский AS2 (способный развить скорость до 1,5 Маха). AS2 сможет перевезти значительно меньше людей – только от восьми до двенадцати человек за рейс. При этом длина лайнера будет равна 51,8 метра. Над водой он, как планируется, получит возможность летать со скоростью в 1,4-1,6 Маха, а над сушей – 1,2. Кстати, в последнем случае, благодаря особой форме, самолёт в принципе не будет образовывать ударных волн. Впервые эта модель должна подняться в воздух уже летом 2023 году. В октябре того же года – самолёт выполнит свой первый перелёт через Атлантику. Это событие будет приурочено к памятной дате – двадцатилетию, с того дня, как «Конкорды» последний раз летели над Лондоном.
  • Испанский S-512 , впервые взмоет в небо не позднее, чем в конце 2021 года. А поставки этой модели заказчикам начнутся с 2023 года. Максимальная скорость этого самолёта – 1,6 Маха. На его борту возможно расположить 22 пассажира. Предельная дальность полёта равна 11,5 тысячам км.

Американский AS2 и Испанский S-512 были подробней рассмотрены выше

  • Находящийся на стадии проектирования в США, Boom, от компании Boom Technologies (он сможет летать с максимальной скоростью в 2,2 Маха). Интересны планы компании Boom Technologies: Сотрудники данной фирмы заявляют, что будут стараться добиться максимального удешевления стоимости полёта на создаваемых предприятием сверхзвуковых авиалайнерах. Например, цену за перелёт из Лондона в Нью-Йорк они могут приблизительно назвать. Это около 5000 долларов США. Для сравнения, столько стоит билет на рейс из английской столицы в «Новый» Йорк, на обычном, или «дозвуковом» самолёте, в бизнес-классе. То есть, цена полёта на авиалайнере, способном летать со скоростью более 1.2 Маха, будет приблизительно равна стоимости дорогого билета на самолёт, который не мог бы совершить такой же быстрый перелёт...
Boom ,США

Однако, в Boom Technologies сделали ставку на то, что создать «тихий» сверхзвуковой пассажирский лайнер в ближайшей перспективе не получиться. Потому их Boom будет летать на максимальной скорости только над водными пространствами. А находясь над сушей, — переходить на меньшую. При том, что длина Boom составит 52 метра, за раз он сможет перевезти до 45 пассажиров. Согласно планам компании, проектирующей самолёт, первый полёт этой новинки должен произойти в 2025 году.

Клиент – всему голова!

Как можно заметить, некоторые компании очень стараются завершить проектирование и приступить к созданию авиамашин – как можно быстрее. Ради кого они готовы так торопиться? Попробуем объяснить. Итак, в течении 2017 года, к примеру, объём воздушных пассажирских перевозок, составил четыре миллиарда человек. Причём 650 миллионов из них летали на дальние расстояния, проведя в пути от 3,7 до тринадцати часов. Далее – 72 миллиона из 650, при том, летели первым, или же бизнес-классом.Вот на эти 72 000 000 человек, в среднем, и рассчитывают те компании, которые занимаются созданием сверхзвуковых пассажирских авиамашин. Логика проста – возможно, что многие из них будут не против заплатить немного больше за билет, с условием того, что полёт пройдёт, примерно, в два раза быстрей.Но, даже не смотря на все перспективы, многие эксперты обоснованно полагают, что активный прогресс сверхзвуковой авиации, созданной для перевозки пассажиров, может начаться уже после 2025 года

В подтверждение такого мнения свидетельствует и факт того, что упомянутая «летучая» лаборатория X-59 впервые поднимется в воздух только в 2021 году. А зачем? читать далее:

Lockheed-Martin в сотрудничестве с NASA начали строительство самолета Х-59, который станет «потомком» Конкорда, но гораздо тише. Но он будет представлять собой летающую научную лабораторию, а не пассажирский самолёт. Да и запускать его в серийное производство пока никто не планировал. По последним данным, технические параметры самолёта следующие: скорость – до 1,5 тыс. км/ч (1,22 М), максимальный уровень шума на земле – 75 децибел (опасный уровень начинается с 80-ти), максимальная высота полёта – 16,8 км

«Летучая» лаборатория X-59 впервые поднимется в воздух только в 2021 году. Исследования и перспективы:

  • Основной целью её полётов, которые будут проходить в течении нескольких лет, выступит сбор информации. Дело в том, что эта авиамашина должна пролететь над различными населёнными пунктами на сверхзвуковой скорости. Жители данных поселений уже выразили своё согласие на проведение испытаний.
  • И после того, как самолёт-лаборатория будет завершать очередной «экспериментальный перелёт», люди, живущие в тех населённых пунктах, над коими она пролетела, должны рассказать о тех «впечатлениях», что они получили за время, когда авиалайнер находился над их головами. А особенно чётко выразить – как воспринимали шум. Повлиял ли он на их жизнедеятельность и т.д.
  • Собранные таким образом данные, будут переданы в Федеральное управление гражданской авиации, что в Соединённых Штатах. И после их детального анализа специалистами, возможно, запрет на совершение полётов сверхзвуковых авиалайнеров над населёнными участками суши, будет отменён. Но в любом случае, случится это никак не раньше 2025 года...

Основной инструмент в борьбе с шумом сейчасэто новый, супер-вытянутый, тонкий, как игла, силуэт самолета. По расчетам инженеров, такая форма корпуса изменит форму ударной волны, и, по идее, на земле буду слышны только небольшие хлопки, примерно как при закрытии дверцы автомобиля. Ударная волна от самолета «Конкорд» на земле воспринималась как взрыв.

В заключение

А пока мы можем наблюдать за созданием этих инновационных самолётов, кои уже в скором времени ознаменуют своими полётами рождение новой эры сверхзвуковой пассажирской авиации!После этого, когда необходимые технологии всё же появятся, при таком сценарии, придётся проводить множество новых испытаний. С целью того, чтобы самолёты могли получить разрешение на полёты над населёнными пунктами. Но это лишь рассуждения о будущем, сегодня что-либо точно сказать на этот счёт весьма трудно.