Это интересно

«Позеленеет» ли авиация, или Новые идеи в самолётостроении


Исследовательские группы из Boeing из Хантигтон-Бич, Lockheed Martin из Пальмдейла и Northrop Grumman из Эль-Сегундо (все — Калифорния, США) издержали весь прошедший год на исследование вопроса о том, какие технологии могут удовлетворить требованиям НАСА по созданию до 2025 года летательного аппарата, тратящего на 50% меньше горючего, дающего на 75% меньше вредных выбросов и зашумляющего на 83% наименьшую зону вокруг аэропортов. Все эти числа отталкиваются от уровня 1998 года, который берётся за отправную точку.

НАСА бросило вызов авиаотрасли, объявив заслугу в 11 млн баксов трём исследовательским группам за осознание того, какие конкретно конструкторские и технологические решения посодействуют достигнуть настолько принципиальных целей. Нареченные компании только-только отчитались перед ведомством о проделанной работе. Читатель, возможно, уже додумался, что нареченные стахановские результаты невозможны при использовании традиционной сборки самолёта.
И впрямь — все три предложенные машины смотрятся, на 1-ый взор, очень особенно.

Новые идеи в самолётостроении

Самолёты могут быть и такими... (Иллюстрация NASA.)

Как заявила управляющий НАСА-проекта Environmentally Responsible Aviation (ERA) Фэй Колиэ, агентство сведёт результаты исследовательских работ и на базе этой инфы воспримет решение о последующем шаге. Несложно осознать: сравнимо маленькое вознаграждение привело к тому, что любая из команд выдала на-гора уже имеющиеся многообещающие разработки собственной компании, частью реализованные в имеющихся макетах.

Boeing

Концепт продвинутого летательного аппарата Boeing, на самом деле, представляет собой версию на тему 1-го из вариантов «летающего крыла», так именуемого смешанного крыла, того же, как на X-48, который сделал собственный 1-ый полёт в 2007 году.
Это стандартное «летающее крыло», у которого, но, сохранено вертикальное хвостовое оперение по центру фюзеляжа-крыла, а на концах крыльев есть законцовки.

Недочеты такового решения, опробованного в СССР в 1930-х (хотя и без законцовок), обширно известны и являются продолжением его преимуществ. Выступающее хвостовое оперение увеличивает аэродинамическое сопротивление в сопоставлении с незапятнанным «летающим крылом». То же относится и к законцовкам. Всё это, очевидно, наращивает расход горючего.
В то же время вертикальное оперение понижает рыскание самолёта на курсе и позволяет чуток упростить механизацию крыла: при таковой схеме ей нет нужды помогать в рулении в горизонтальной плоскости и удержании машины на курсе.

Но есть и существенное отличие от X-48: турбовентиляторные движки находятся сверху «летающего крыла» и с обеих сторон ограждены вертикальным хвостовым оперением, представленным 2-мя развитыми рулями направления.
Посреди других новшеств упомянем внедрение очень лёгкого и устойчивого к повреждениям композитного планера;
свежайшие технологии по понижению шума, исходящего от фюзеляжа-крыла; продвинутый автопилот и системы контроля курсовой стойкости;
ламинарный профиль «летающего крыла», что подразумевает его низкое аэродинамическое сопротивление;
большой размах крыльев, ведущий к понижению удельной нагрузки на крыло и росту аэродинамического свойства. Последнее в особенности принципиально для уменьшения расхода горючего.

Lockheed Martin

В Lockheed Martin избрали самую, пожалуй, необыкновенную сборку — замкнутого крыла. 1-ый самолёт такового типа был построен в 1906 году: это Блери III. Вобщем, 1-ая по-настоящему летающая машина появился только в 1954-м.
У обыденного самолёта воздух из под крыла, где давление выше, повсевременно стремится перетечь наверх, где оно ниже. Образуются вихри, из-за которых при насыщенном маневрировании за концами крыльев остаётся видимый белоснежный след. Индуктивное сопротивление при всем этом ведёт к существенному повышению расхода горючего.

При замкнутом крыле воздух не может завихряться на концах крыльев, потому что их при этой схеме просто нет. Более того, такое крыло позволяет достигнуть существенно бoльших углов атаки без срыва потока — а означает, избежать срыва самолёта в штопор. Другими словами, самолёт Lockheed Martin должен взмывать под куда более крутыми углами, чем обыденный лайнер.

К примеру, экспериментальный русский СОК может подниматься под углом до 50?, в то время как для обычных самолётов и 22? — рекорд. Разумеется, это понизит и шумовое загрязнение: более крутая линии движения взлёта значит, что его низко- и средневысотная части будут проходить над существенно наименьшими площадями.
Работы над концептом ведутся уже три 10-ка лет, но только сейчас, с созданием новых композитных конструкционных материалов, новых шасси, гибридного ламинарного обтекания и пр., компания уповает перевоплотить этот смелый проект в жизнестойкую конструкцию.

Lockheed Martin также подразумевает использовать в этом самолёте Rolls Royce Liberty Works Ultra Fan Engine. Этот новый турбовентиляторный движок, по заявлениям разработчика, имеет в 5 раз более высшую степень двухконтурности, чем у имеющихся изделий. И если это так, то речь идёт о революции в авиационном двигателестроении.
Новые идеи в самолётостроении

Сверху вниз: творения Boeing, Lockheed Martin и Northrop Grumman (иллюстрации НАСА и обозначенных компаний).

Но схема Lockheed Martin вызывает и вопросы. Как видно на иллюстрации, крыло у машины замкнуто, но его высшая часть размещена не над нижней, а со смещением вспять — у хвоста. А это означает, что зона пониженного давления у хвоста будет под крылом, а завышенного — над ним.
Таким макаром, прижимающая сила в районе хвоста снова, как и у обычного самолёта, должна биться с подъёмной силой крыльев. Только сейчас меж собой будут биться передняя и задняя части замкнутого крыла.

Изменение профиля высшей части на теоретическом уровне способно решить делему, но оно обессмыслило бы саму идею замкнутого крыла: воздух с нижней кромки высшей части крыла будет стремиться к верхней кромке нижней части. Думается, такая схема способна работать, только если замкнутое крыло выполнить в виде ленты Мёбиуса, но на рисунке этого не видно -:).
Как при всём этом можно достигнуть понижения расхода горючего на 50%? Наверняка, только с применением новых движков Rolls Royce.

Northrop Grumman

Речь идёт о традиционном «летающем крыле», с 4-мя утопленными в него (для понижения шумности) движками с узенькими соплами — другими словами, о штатском клоне стратегического бомбовоза B-2. Как и на последнем, здесь есть управление обтеканием крыла и общее применение дорогостоящих композитных материалов. Планируются к применению и новые движки Rolls Royce.

Достоинства «летающего крыла», такие как высочайшая весовая отдача, большее внутреннее место в фюзеляже-крыле, наименьшее сопротивление из-за отсутствия хвоста, с лихвой окупаются очень высочайшей ценой и сложностью продвинутой системы механизации крыла и курсовой стойкости, нужной из-за отсутствия хвоста и, соответственно, хвостового руля направления.

Можно представить, что это будет нечто вроде Бмв семисотой серии по цены, с расходом горючего, соответствующим для Daeweoo Matiz. В коммерческом смысле проект спорен, в экологическом — практически беспроигрышен. Практически нет колебаний в отработанности технологических решений и надёжности концепта: B-2 за всю его историю знал только одну катастрофу.
К спецам Northrop Grumman можно направить только один вопрос: до каких пор вы будете использовать обычное шасси, с его страшенной ценой и весом? Не тайна, что «летающее крыло» имеет гигантскую площадь в плане — и это позволяет с фуррором использовать воздушную подушку, обещающую значимые достоинства на самолётах схожей схемы.

В конце концов, в СССР такое шасси было реализовано ещё в 1940-х, на пикировщике обыкновенной схемы. Можно только представить, что, как и при разработке B-2, перед конструкторами не ставили вопрос об уменьшении цены машины.

Требование о понижении выбросов двуокиси азота при взлёте и посадке удалось (по последней мере на бумаге) выполнить всем командам разработчиков, но они все настолько же дружно слегла недотянули до половинного уменьшения расхода горючего.
С шумностью, но, дело обстоит не так отлично. Фактически говоря, другого и не стоило ждать: требование понизить этот показатель в 6 раз тяжело выполнить даже в теории.

По словам участников проекта ERA, все его цели могут быть достигнуты, если получится достигнуть малеханьких подвижек по шумности и потреблению горючего. Выставленные результаты проливают свет на технологические и конструкторские препятствия, которые предстоит преодолеть авиастроителям, чтоб сделать более обтекаемые и «зелёные» машины.

Источник: compulenta.ru