Новации в самолётостроении

Кто сказал, что самолёт обязательно должен быть таким, как мы привыкли — с вытянутым фюзеляжем, отдельными крыльями, маленькими окнами? Инженеры по всему миру исследуют новые формы, технологии и принципы — которые могут вскоре кардинально изменить наш авиатранспорт.

Обычно всё полезное, кроме разве что топлива и двигателей, у самолётов помещают в корпус — фюзеляж. А крылья должны держать его в воздухе. Но почему нельзя всё сделать одним большим крылом? Так будет эффективнее, считают ученые из Делфтского технологического университета в Нидерландах. Вместе с национальной авиакомпанией они сделали прототип под названием «Летящая Ви» — имя в честь гитары, на которой играл Джимми Хендрикс. Конструкция получилась легче обычного самолета — по расчётам, она будет потреблять на 20% меньше топлива. Уменьшенная модель уже проходит первые испытания.

Два двигателя здесь разместили сверху, за пассажирским отсеком. Как говорят разработчики, это заметно снизит уровень шума в салоне. Предполагается, что лайнер сначала будет летать на керосине, но в перспективе его переведут на электричество. Кстати, многие инженеры уверены — именно за этим будущее авиации! Без выхлопов и с меньшим шумом. В России уже есть свой легкомоторный электрический самолёт — Сигма.

В США вовсю испытывают уже и более крупный электросамолёт — 9-местный Элис. Его скорость — до 481 километра в час, запас хода на одном заряде — почти тысяча километров. Ещё недавно такое было невозможно из-за несовершенства батарей, и они по-прежнему вмещают всего 250 ватт-часов энергии на килограмм своей массы против 11000 на килограмм у старого доброго керосина! Чтобы электрифицировать более тяжёлые самолёты, разрабатываются другие решения.

Это десятитонный Як-40. В 60-е он стал первым реактивным лайнером на трёх керосиновых двигателях. Сегодня это — летающая лаборатория: один из моторов заменили электрическим на сверхпроводниках. Он расположен в носу и может работать либо от аккумуляторов (их разместили в салоне), либо от генератора, который пока питается от газотурбинного двигателя. Сверхпроводники должны помочь увеличить КПД, но им требуется охлаждение – чтобы проводили ток без потерь. Здесь для этого сейчас используют жидкий азот, и бак с ним – неотъемлемая часть двигателя.

По словам разработчиков, следующий шаг – использование водорода: он может быть и охладителем, и топливом. Которое весьма перспективно. Именно на водороде летают, например, экспериментальные отечественные дроны, разработанные в России. Самолёт на водороде создают сейчас в Европе — без вредных выбросов, с более экономичной формой в виде ската. Другое направление развития авиации — скорость. Конструкторы по всему миру пытаются сделать самолёты в 2, а то и в 6 раз быстрее обычных (вспоминая о времени, когда Ту-144 и Конкорды, как молния, пересекали океаны и континенты, а потом канули в Лету из-за дороговизны и небезопасности). Проектов много: сверхзвуковой пассажирский самолёт из США и его 3,5 тысячи км в час, российский бизнес-джет, разгоняющийся до 3 тысяч, и даже суборбитальный космоплан из Китая, который обещает пролететь за час 6 тысяч км (из Пекина в Дубай). Все это пока не очень близко к воплощению — если двигатели дают нужную скорость, то сжигают слишком много топлива и создают неприемлемый уровень шума.

По словам генерального директора Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Андрея Козлова, 70-80% времени полёта он будет работать на максимальном режиме. Для понимания: двигатели военных самолетов работают в таком режиме максимум 15% полётного времени. Всё это в комплексе – нестандартная научно-техническая задача. Она решаема.

В Центральном аэрогидродинамическом институте имени Жуковского в последние годы работают над новым Стрижом. Это проект сверхзвукового пассажирского самолета с максимальной скоростью почти в 2 тысячи километров в час и низким уровнем воздействия на экологию. Стреловидный фюзеляж, крылья как у чайки, воздухозаборники, установленные, в отличие от обычного самолета, сверху – все это должно устранить обычно возникающий на такой скорости звуковой эффект, похожий на взрыв.

С земли, заверяют создатели, пролёт такого самолёта на полной скорости будет восприниматься не громче, чем хлопок дверью автомобиля. Стриж делают из композиционных материалов, которые позволят уменьшить вес без потери прочности. Модель уже прошла успешные испытания в аэродинамических трубах. Впрочем, никто не знает, окажется главной в будущем скорость или всё-таки экономичность. Недавно испанский дизайнер представил концепт самолёта, больше похожего на крылатого кита. Он трехэтажный! Новейшие технологии позволят перевозить ещё больше пассажиров, чем сейчас. Другие интересные разработки касаются комфорта — в частности, предлагается делать в грузовых отсеках спальные места — чтобы и в экономе можно было вытянуться в долгой дороге. Правда, без иллюминатора. Хотя их сейчас учатся делать виртуальными. Ну а некоторые разработчики грезят, наоборот, о максимальной зрелищности и ощущении полёта. Захотели бы вы попутешествовать в салоне вот с таким стеклянным куполом для обзора? Большую часть времени, конечно, через него не будет видно ничего особенного, но на уровне идеи — красиво! Неизвестно, какими точно окажутся самолёты будущего, но можно не сомневаться — что-то новое тут точно появится! 

Благодарим за помощь в съёмке сюжета:

• Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н. Е. Жуковского — один из крупнейших в мире центров авиационной науки. Личная благодарность за помощь в съёмках генеральному директору ФАУ «ЦАГИ», члену-корреспонденту РАН Кириллу Сыпало. Благодарим за профессионализм Андрея Кажана, заместителя начальника центра комплексной интеграции технологий ФАУ «ЦАГИ», кандидата технических наук
• Центральный институт авиационного моторостроения им. П. И. Баранова — единственную в стране научную организацию, осуществляющую полный цикл исследований, необходимых при создании авиационных двигателей и газотурбинных установок на их основе. Личная благодарность за компетентность и профессиональную оценку генеральному директору ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова» Андрею Козлову и  заместителю генерального директора, директору Исследовательского центра «Гибридные и электрические силовые установки» ЦИАМ имени П. И. Баранова Антону Варюхину. Отдельно хотим поблагодарить за организацию съёмок и помощь в подготовке сюжета начальника пресс-службы Марину Ткачёву
• Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН за возможность рассказать о водородных топливных элементах и их модификации. Искренне благодарим за помощь инженера-исследователя «Центра компетенции новых и мобильных источников энергии» ФИЦ ПХФ и МХ Антона Чуба. Отдельная благодарность специалисту по связям с общественностью Снежане Шабановой
• Центр компетенций по технологиям новых и мобильных источников энергии на базе ФИЦ ПХФ и МХ РАН. Основные научные задачи Центра НТИ – разработка перспективных технологий в области сквозных технологий создания новых и портативных источников энергии
• Компании «Поликом», которая занимается реализацией современного оборудования и разработками в области топливных элементов, и лично генеральному директору «Поликом» Евгению Волкову
• Огромная благодарность за консультации в области авиационной электроэнергетики, а также по вопросам авиации будущего генеральному директору научно-производственного объединения «НаукаСофт» Сергею Петровичу Халютину.  НПО «НаукаСофт» предоставляет полный комплекс услуг по организации научно-исследовательских и конструкторских работ по сопутствующим научным направлениям, а также по разработке программного обеспечения и IT-консалтинга

Полный выпуск «Чуда техники с Сергеем Малозёмовым» от 6 ноября доступен по ссылке

Все полные выпуски программы «Чудо техники» находятся здесь