Какие принципиально новые аэродинамические схемы для пассажирских самолетов будущего предлагают ученые и авиаконструкторы?
Аналитики считают: самолетостроители стоят на пороге новаторских технических решений. Так, во всем мире пока еще рассматриваются классические компоновки самолетов: фюзеляж в виде трубы, крыло и двигатели, расположенные под крылом либо в хвостовой части. Однако эпоха таких летательных аппаратов подходит к концу. По оценке экспертов, будет еще максимум одно поколение.
По словам генерального директора ЦАГИ Бориса Алешина, к 2025-2030 годам появятся летательные аппараты со схемой "летающее крыло". По экономической эффективности они на 50-60 процентов будут превосходить существующие самолеты. Вообще-то эта концепция имеет большую историю. Правда, раньше считалось, что такой самолет может быть только сверхбольшой пассажировместимости, что вызывало много вопросов. Почему?
Ответ простой: рынок подобных лайнеров, как показывает анализ, не превышает 7-10 процентов от общего. Поэтому в ЦАГИ подчеркивают: их модель - это не просто модель дальнемагистрального самолета в виде "летающего крыла". Это модель самолета на 180-200 мест, что становится вполне конкурентоспособным с точки зрения глобального спроса.
С ним не смогут конкурировать существующие самолеты, - говорят ученые. Летать он будет с такой же скоростью (число М=0,8), но при этом будет на 20-25 процентов экономичнее. Часть кресел будет расположена в крыле. Рассматриваются разные варианты расположения двигателей.
Сейчас специалисты Центрального аэрогидродинамического института им. Н.Е. Жуковского активно работают над перспективным гражданским авиалайнером. По их мнению, от внедрения индустриальных методов производства композитных конструкций для таких лайнеров может быть достигнут фантастический результат. Но самый большой эффект может быть получен не только от новых технологий, а от воздействия на модернизацию всей промышленной индустрии.
Любопытно, что двигатель нового воздушного судна может больше не существовать в форме "одной бочки": его "расщепят" и встроят в крылья. Словом, это будет летательный аппарат совершенно иного уровня, чем сейчас. И создавать его будет новое поколение инженеров.
Что предлагается еще? Перспективная модель административного дозвукового самолета вместимостью 3-6 пассажиров. Небольшой реактивный административный самолет с повышенным уровнем комфорта имеет оригинальную запатентованную компоновку - фюзеляж каплевидной формы и прямое крыло. Специалисты его уже в шутку так и прозвали - "Головастик".
Ученые представили компоновку, имеющую определенные преимущества, и прежде всего - большой размер салона. Это наше слово в новых концепциях бизнес-самолета, которые мы предлагаем рассмотреть конструкторам при дальнейшей разработке, - замечают специалисты ЦАГИ.
Между тем будущее авиации ученые связывают с разработкой перспективного легкого сверхзвукового аэротакси. Концепция уже разработана. Однако теперь надо решить несколько фундаментальных проблем. Одна из них - звуковой удар: необходимо уменьшить вредное воздействие от ударной волны, которая сравнима с взрывом.
Исследования показали: уровень звукового удара можно довести до 15 Паскалей. Для сравнения: 100 Паскалей - это Ту-144. Но самое главное: громкость звукового удара можно довести до 65 децибел. Получается маленький "хлопочек" и шелест, который никого не раздражает.
Понятно, что создание такого аэротакси будет значительно дешевле по сравнению со сверхзвуковыми аэробусами. Как же будет выглядеть "воздушный извозчик" с небывалыми скоростями?
Инженеры ЦАГИ рассмотрели различные технические решения и проработали возможные варианты. Допустим, анализ эксплуатации деловых самолетов показал: в основном они используются в режиме однодневной деловой поездки. При этом 93 процента маршрутов не превышают дальности 4000 км: допустим, из Москвы до Парижа или Лондона - примерно 2500 км, до Барселоны - чуть больше 3 тысяч, а до Иркутска или Дели - около 4300... Учитывая непродолжительное время полета для сверхзвукового самолета на подобные расстояния - менее 3 часов, - специалисты считают, что диаметр салона может составить 1,3-1,4 м.
Аэротакси смогут базироваться на аэродромах с длиной взлетно-посадочной полосы 1200 м. Такие есть практически во всех областных центрах и крупных городах. Кстати, чтобы максимально удешевить конструкцию и использовать традиционные материалы и технологии, специалисты ЦАГИ предлагают ограничить скорость полета аэротакси числом М=1,6-1,8. Подобная крейсерская скорость в два раза больше скорости полета существующих проектных аналогов сверхзвуковых административных самолетов.
Еще один проект, с которым связывается будущее российской авиации - самолет "Фрегат Экоджет". Разработчики предлагают сделать широкофюзеляжный самолет средней дальности с фюзеляжем эллиптического сечения.
Аналогов в мире нет. Благодаря конструкции, в самолете можно будет разместить кресла так, чтобы обеспечить три прохода между ними. Базовые характеристики впечатляют: количество перевозимых пассажиров - 380, дальность полета - 3500 км.
Эллиптический фюзеляж сделает самолет гораздо меньше и легче по сравнению с существующими на сегодняшний момент конкурентами. По топливной эффективности он на 25 процентов превосходит самолеты А-310 при полете до 3500 км, на 30 - до 2500 км с 302 пассажирами, на 15-25 - на дальностях до 1500 км.
Облик самолета "Фрегат Экоджет" сформирован: подтверждены основные технические параметры и реализуемость проекта. Испытания в аэродинамической трубе макетов элементов самолета дали самые положительные результаты. При этом, как подчеркивают, создатели новой машины, заявленное снижение в весе, по сравнению с аналогами, может быть еще больше, за счет применения композитов.
О подробностях "РГ" рассказал руководитель проекта "Фрегат Экоджет" Александр Климов.
Александр Валентинович, в каком состоянии сейчас проект?
Александр Климов: Мы закончили этап концептуального проектирования. То есть определили все критические и некритические технологии, создали сборник технических решений, провели совместно с ЦАГИ целый ряд расчетов и испытаний модели в аэродинамических трубах. Полученные заключения подтвердили достижимость технических характеристик, которые изложены в наших предложениях. Создана бизнес-модель, она просчитана. Для нее сделано технико-экономическое обоснование запуска проекта в производство.
Предполагается, что на сборочном производстве будет реализована крупно-узловая сборка частей самолета из комплектующих, поставленных нашими партнерами из более чем десяти стран мира.
Это действительно будет революция в самолетостроении?
Александр Климов: Я бы воздержался от столь громких заявлений. Да, проект подразумевает использование новейших цифровых технологий производства и контроля качества, что полностью исключает возможность дефектов на стадии окончательной сборки самолета. Да, это принципиально новый уровень в сфере авиастроения. Но соотношение новизны и традиционности мы для себя сознательно ограничиваем пятью процентами.
Сколько должны построить "Фрегат Экоджетов"?
Александр Климов: Не меньше 250, но не больше 500. Почему? Такова рыночная ниша для этого самолета. Но наше большое достижение - мы сделали широкофюзеляжный самолет, который способен перевозить до 400 человек, а по весу и габаритам он такой же, как Ту-204.
Предусматривается ли линейка таких самолетов?
Александр Климов: Мы закладываем еще на этапе проектирования очень интенсивную модификацию салона. Буквально на обычной, периодической форме обслуживания сможем менять вместимость самолета от 250 человек до 380. Соответственно, изменяется и дальность полета. Если вы везете 380 человек, то летите на 2,5 тысячи км, если 250 - то на семь тысяч. За счет этого обеспечивается гибкая вариабильность.
Из интервью "РГ" Генриха Новожилова, легендарного авиаконструктора, академика РАН, дважды Героя Социалистического Труда:
Генрих Васильевич, современные цифровые технологии, наверное, дают огромный простор полету конструкторской мысли?
Генрих Новожилов: Предела конструкторской мысли не было и нет. В принципе все новое рождается из фантазии человека. Конечно, сегодня в проектировании самолетов изменилось многое. В компьютерные программы уже заложен опыт создания конструкций. Есть возможность проводить аэродинамические исследования и расчеты прочности в таком объеме, какой раньше и не снился. Это упрощает работу. Позволяет получить более высокие результаты и проектирования, и производства.
Личная интуиция авиаконструктора важна по-прежнему?
Генрих Новожилов: Безусловно. Но ей помогает то, что можно проанализировать огромное количество вариантов технических решений. Однако не стоит забывать: компьютер - это только средство, которое расширяет возможности конструктора, прочниста, аэродинамика. Окончательное же решение, как всегда, остается за руководителем проектирования и генеральным конструктором.
Сейчас много говорят о проекте "Фрегат Экоджет". Утверждают, что эллиптическая форма фюзеляжа сулит революцию в самолетостроении?
Генрих Новожилов: История этого вопроса давняя. Еще в конце 70-х ЦАГИ прорабатывал самолет "Летающее крыло", напоминающий в какой-то степени вариант эллиптической формы. Видный ученый-аэродинамик Леонид Михайлович Шкадов все агитировал меня делать такой самолет. Более того, не поверите, но о "летающем крыле" упоминали даже в 1948 году! Студенты прослышали и спрашивают Ильюшина: мол, какое его мнение. А Ильюшин и говорит: "Я думаю, что вам и даже вашим внукам хватит самолета обычной схемы".
Но, конечно, этим надо заниматься. Например, при конструировании любого самолета всегда важна проблема веса. Сегодня я, например, не вижу уже, за счет чего можно сэкономить.
А какую роль в авиастроении могут сыграть композитные материалы, нанотехнологии? Как они могут изменить облик самолета и его характеристики?
Генрих Новожилов: Когда мы проектировали самолет Ил-114, который должен был прийти на замену Ан-24, то, естественно, также стремились сделать его легче. А потому построили отсек фюзеляжа целиком из композитных материалов. Но дальше работа не была востребована. В Хотьково до сих пор стоит тот самый композитный отсек. Причем американцы, прежде чем делать самолет "Боинг-787" "Дримлайнер", вокруг этого отсека проложили тропинку: все изучали опыт.
А нам тогда наши заказчики говорили: только не применяйте композитные материалы! Мол, если стукнули обычный самолет - принесли кусок дюраля, поставили, приклепали, подправили. А как композиты ремонтировать?..
У композитов действительно есть минусы, и прежде всего повышенная хрупкость...
Генрих Новожилов: Именно поэтому американцы, прежде чем применять такие материалы, сначала научились их ремонтировать. В "Дримлайнере" их доля превышает 50 процентов. Создаваемый сейчас российский самолет МС-21 тоже будет почти на сорок процентов состоять из композитов. Но надо иметь в виду, что композиты сегодня - это далеко не те, что были вчера. Наука и технологии не стоят на месте.