Добро пожаловать на крупнейший портал бизнес-авиации
Меню
Новаторские концепции гражданских самолетов следующего поколения
Новаторские концепции гражданских самолетов следующего поколения
Новаторские концепции гражданских самолетов следующего поколения
B стремлении создать более экологически чистые, малошумные и топливоэффективные самолеты европейские разработчики вышли на ряд весьма элегантных решений. Сложность заключается в том, чтобы достичь технологического уровня, достаточного для их внедрения. В Европе готовятся к демонстрационным испытаниям крыльев ламинарного профиля, способных снизить аэродинамическое сопротивление самолетов, а также экономичных открытых винтовентиляторных двигателей. Цель этих и других европейских аэрокосмических исследований — доведение соответствующих технологий до уровня, позволяющего начать полномасштабные опытно-конструкторские работы. Однако с учетом все возрастающего нежелания авиапроизводителей брать на себя проектные риски вопрос заключается в том, какие из этих технологий в конечном итоге будут использованы в авиации и когда это может произойти. По словам Райнера фон Вреде, главы подразделения Airbus по экологическим исследованиям и технологиям, крупнейший европейский авиапроизводитель убежден, что наибольшего прироста эффективности самолетов будущего можно добиться за счет особенностей расположения силовой установки, использования ламинарных профилей и повышения уровня электрификации летательного аппарата. Однако, по его словам, в том, что касается радикально новых подходов к конструкции самолетов, наиболее перспективным в отношении уменьшения веса и улучшения аэродинамики является удачный выбор конструкционных материалов. Но есть несколько факторов, тормозящих внедрение новых идей на практике. Один из них — растущее нежелание производителей экспериментировать с революционно новыми формами. Слишком свежи в их памяти болезненные задержки в ходе нескольких недавних программ разработки прорывных самолетов. Сегодня, по словам фон Вреде, самого по себе достижения так называемого шестого уровня зрелости технологии (Technology Readiness Level 6), на котором предполагается демонстрация ее функционирования в эксплуатационной среде, уже недостаточно для перехода к фазе полномасштабных опытно-конструкторских работ. Возможных выходов из этой ситуации два, отмечает фон Вреде: повышать планку проработанности технологий, которой необходимо достигнуть для начала ОКР, или, наоборот, менять шаблоны мышления отрасли в сторону принятия стандарта "приемлемого" уровня развития технологии, который являлся бы отражением реальной степени конструкторской проработки. Еще одно препятствие — растущие затраты времени и ресурсов на получение дальнейшего прироста эффективности. Airbus столкнулся с этой проблемой при работе над проектом A30X, который замышлялся как замена семейству узкофюзеляжных самолетов A320. Достижение серьезного увеличения топливной эффективности, без которого создание нового типа не имело бы смысла, затянулось настолько, что привело к неоднократным пересмотрам сроков программы. В конечном счете Airbus решил просто ремоторизировать A320 в качестве промежуточной меры, а создание нового самолета отложил на более поздний срок. "Становится все очевиднее, что новые технологии больше не могут развиваться такими же быстрыми темпами, как раньше", — говорит фон Вреде. По его предположениям, единственное, что способно как-то ускорить ход конструкторских работ в нынешних условиях, — это фундаментальные открытия в таких областях, как нанотехнологии. Такова картина, на фоне которой европейские научные коллективы наконец начали получать первые плоды многолетней работы над созданием самолетов следующего поколения. Достигнутые первоначальные результаты рамочных программ научно-технологического развития Евросоюза, а также совместной технологической инициативы "Чистое небо" (Clean Sky) стоимостью 2,3 млрд долл. могут содействовать созданию облика будущих пассажирских и административных самолетов. Основным элементом европейских исследований в области перспективных авиастроительных технологий, а также центральной частью инициативы Clean Sky является проект "умного" самолета Smart Fixed-Wing Aircraft (SFWA), в рамках которого исследуются различные варианты сокращения потребления топлива коммерческой и деловой авиацией. "Хотя проект подразумевает широкий спектр деятельности, особое внимание уделяется двум областям, в которых, как ожидается, есть наилучшие перспективы с точки зрения увеличения топливной эффективности: ламинарному обтеканию (а также системам управления ламинарным потоком) и применению открытых винтовентиляторных двигателей", — говорит исполнительный директор Clean Sky Эрик Дотриа. Проект SFWA стоит на плечах проекта New Aircraft Concepts Research (Nacre) по исследованию концепций новых летательных аппаратов, формально завершившегося в прошлом году. Научный коллектив под руководством Airbus изучал варианты самолетов, спроектированных по схеме "летающее крыло", малошумные технологии для применения на авиалайнерах, а также варианты летательных аппаратов, оптимизированных для уменьшения потребления топлива. Проект делал особенный упор на экономические выгоды применения ламинарного обтекания. В рамках Nacre планировалось создать уменьшенную модель-конструктор прототипа для летных испытаний, которую можно было бы быстро перекомпоновывать для эмуляции различных конфигураций: заменять крыло и хвостовое оперение и даже удлинять фюзеляж. Погодные условия помешали проведению серии испытаний до окончания проекта, но разработчики модели во главе со специалистами Штутгартского университета не оставляют надежды, что полеты все же удастся провести в рамках реализации проекта SFWA. Этот проект в свою очередь подразумевает натурные испытания на двух полномасштабных летающих лабораториях — крупнейшие испытания такого рода из запланированных в рамках Clean Sky. Один самолет Airbus A340-300 будет оснащен экспериментальными отъемными частями крыла для демонстрации естественной ламинаризации пограничного слоя в эксплуатационных условиях; второй A340 модифицируют для летных испытаний двигателя с открытым винтовенитлятором, разрабатываемого в рамках проекта Clean Sky Sustainable and Green Engines (SAGE). Несколько направлений SFWA тесно связаны с исследованиями в рамках SAGE. Работы по планеру самолета будущего сосредоточены на уменьшении уровня шума на местности, в частности на возможности экранирования шума конструктивными элементами планера. Результатом могут стать летные испытания инновационного хвостового оперения. Еще одна задача для исследователей — выяснить, каким образом выбор места установки двигателя может повлиять на массу конструкции планера. В этом году ожидается важный этап в ходе проекта — утверждение плана установки двигателя с открытым винтовентилятором на летающей лаборатории A340. В будущем году предстоит принять несколько не менее важных решений, в том числе определить, какой из двух прототипов двигателя задействовать в летных испытаниях по проекту SAGE и когда проводить демонстрационные полеты. Летные испытания открытого винтовентилятора на A340 планируется начать примерно в 2016 г. Что до летных испытаний ламинарного обтекания, то они намечены на 2014 г. Защита эскизного проекта состоялась в этом году. "Все идет неплохо, ряд соответствующих технологий развивается весьма приличными темпами", — говорит Дотриа. Цель проекта — продемонстрировать, что сверхвысокое качество обработки поверхностей, необходимое для естественного развития ламинарного пограничного слоя, достижимо в производстве и может поддерживаться в эксплуатации. Десятилетиями было известно, что при ламинарном обтекании крыла самолета сопротивление трения меньше, чем при турбулентном обтекании. По данным европейских исследований, аэродинамическое сопротивление крыла можно уменьшить за счет использования ламинарного обтекания на величину до 15%. Но на естественное распространение области ламинарного пограничного слоя негативно влияют неровности обтекаемой поверхности, такие как уступы на стыках панелей обшивки, останки погибших насекомых и результаты эрозии. Последствия сопротивления, вызванного преждевременным переходом ламинарного режима обтекания в турбулентный, весьма ощутимы с экономической точки зрения. Вот основные задачи, которые предстоит решить программе Clean Sky: достижение требуемого уровня гладкости поверхностей при высокоскоростном серийном производстве с учетом потенциальных неровностей в виде неровных стыков, зазоров между панелями и волнистости самих панелей; контроль степени деформирования поверхностей под воздействием полетных нагрузок; минимизация эксплуатационных загрязнений поверхностей из-за насекомых, отложений льда и эрозионных процессов. Испытания будут проводиться на крыльевых секциях двух разных конструкций. Одна, разработанная Airbus, является более традиционной и представляет собой металлическую переднюю кромку, соединенную с верхней поверхностью кессона, выполненной из композиционных материалов. Вторая конструкция, предлагаемая шведским концерном Saab, кажется более новаторской — это сборка передней кромки и верхней поверхности кессона, целиком выполненная из композитов. Saab построил тестовый образец размерами 2 х 2 м с набором и обшивкой из углепластика. Штатные отъемные части крыла на A340 заменят на две секции с ламинарным профилем и уменьшенным углом стреловидности (по сравнению с оригинальным крылом), обе около 8,5 м в длину. С "родным" крылом их будут соединять переходные секции с внешней стороны двигателей. Переоборудование планируется начать в январе 2013 г. В период между декабрем 2013 и июнем 2014 г. A340 должен совершить от 100 до 150 полетов. "Мы рассчитываем на существенное уменьшение полного аэродинамического сопротивления", — говорит Дотриа. Летающую лабораторию A340, известную под именем Blade (Breakthrough Laminar Aircraft Demonstrator in Europe), оснастят лазерным локатором для измерения местного сопротивления трения путем замеров скорости спутной струи. Инфракрасные камеры будут фиксировать переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный, а задачей закрепленных на внешней поверхности термоанемометров будет регистрация срыва потока. Для достижения ламинарного обтекания в эксплуатационных условиях требуется больше чем просто гладкая крыльевая поверхность. Проект SFWA ставит одной из своих целей конструкционные усовершенствования механизации крыла, чтобы исключить появление в профиле вызывающих турбулентные завихрения щелей. В ходе летных испытаний на A340 опробуют предкрылки Крюгера, выпускаемые из нижней части крыла для защиты передней кромки от столкновений с насекомыми при полете на малых высотах, а также для увеличения подъемной силы на взлете и посадке. Другой проект предусматривает создание "умной" передней кромки крыла, которая выпускалась бы, подобно предкрылку, для увеличения подъемной тяги. При этом в профиле крыла не возникало бы щелей благодаря использованию внутрикрыльевых электроприводов и деформируемой композитной обшивки. В паре с такой передней кромкой работала бы "умная" задняя кромка крыла, снабженная изгибаемым закрылком с профилем непостоянной кривизны. Проект SFWA также включает работы над созданием интегрированной передней кромки крыла, обеспечивающей защиту от эрозии и образования льда, которая необходима для поддержания ламинарности профиля в полете. "Мы имеем дело с набором разнообразных технологий из целого ряда дисциплин", — говорит Дотриа. Так, целью одного из направлений проекта является исследование того, могут ли микроскопические канавки, впечатанные в краску на крыле, хвостовом оперении и фюзеляже для поддержания ламинарности, выдерживать до 12 месяцев коммерческой эксплуатации самолета в разных регионах мира. Такие микроструктурные покрытия могут оказаться чувствительными к загрязнениям и эрозии, поэтому сейчас рассматриваются возможные методы соответствующего осмотра поверхностей в ходе периодического техобслуживания ВС. В рамках Clean Sky также проводятся исследования возможностей управления ламинарными потоками. Правда, пока эти работы находятся на сравнительно низком уровне технологической готовности. При такого рода управлении естественно образующийся ламинарный поток поддерживается за счет отсоса пограничного слоя; используются и другие сходные методы. По словам Дотриа, целый спектр технологических решений в этой области находится пока на стадии рассмотрения. Изучается и ряд возможностей уменьшения и перераспределения нагрузки на крыло, которые могут привести к уменьшению веса конструкции самолета. Помимо инициативы Clean Sky, Седьмая рамочная программа исследований ЕС финансирует целый ряд работ по валидации высокоэффективных технологий для самолетов следующего поколения. Одним из направлений, на которых сосредоточены особые усилия исследователей, является создание самолетов с улучшенными акустическими характеристиками. В этой области работы пока отстают от целей, которые необходимо достигнуть к 2020 г. в соответствии с рекомендациями Европейского консультативного совета по исследованиям в области аэронавтики (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe, Acare), оглашенными в 2000 г. В число таких исследовательских работ входит проект Openair. Он представляет собой продолжение программы Silencer, увенчавшейся демонстрацией уменьшения шума реактивных самолетов на местности примерно на 5 дБ за счет применения скошенных воздухозаборников, обтекателей шасси и определенных эксплуатационных процедур, приводящих к оптимизации траектории полета. Задача Openair — сократить уровень производимых шумов еще на 2,5 дБ, чтобы к 2020 г. максимально приблизиться к намеченной цели Acare по снижению аэродинамического шума, производимого элементами конструкции планера, на общую величину в 10 дБ. "Как и с Silencer, в данном случае исследуется целый ряд технологий", — говорит Юджин Корс, координатор Openair, представляющий французскую компанию Snecma. Среди технологий уменьшения шума планера, которые предстоит опробовать в рамках проекта, — малошумная конструкция шасси и так называемые фрактальные интерцепторы (их пористые внутренние поверхности способствуют понижению уровня низкочастотных шумов, возникающих из-за завихрений, вызванных работой интерцепторов). "Хотя уровень шумов высокой частоты в последнем случае повышается, общий уровень воспринимаемого шума оказывается меньше", — объясняет Корс. Похожим образом проект Ninha исследует уровни шумов, производимых двигателями с открытыми биротативными винтовентиляторами в наборе высоты, крейсерском полете и на снижении. А в рамках проекта SFWA рассматривается решение, которое, возможно, поможет понизить шум, производимый вихрями от вращающихся винтовентиляторов в зоне пилона двигателя. Airbus исследует возможные инновационные конструкционные решения (в особенности U- или V-образное хвостовое оперение), способные экранировать шум от двигателей. Однако фон Вреде признается, что подобные продукты потребуют развития существующих технологий, особенно в том, что касается надежности двигателей, — она должна значительно превысить даже нынешний высокий уровень, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию силовой установки в непосредственной близости от критически важных элементов конструкции планера. Одной из причин, по которым Airbus нравится идея убрать двигатели с крыла и установить их на заднюю часть фюзеляжа, является то, что такое решение дало бы "чистое" крыло с оптимальными характеристиками ламинарного обтекания. Правда, фон Вреде говорит, что естественное ламинарное обтекание, скорее всего, экономически реализуемо лишь на ближнемагистральных самолетах. Несмотря на то что скорость, которую могут развивать крылья с естественной ламинаризацией обтекания, увеличилась с 0,7М до 0,8М, для дальнемагистральных лайнеров она остается слишком маленькой. Проблему можно было бы решить за счет управления ламинарным потоком, что позволило бы добиться большего угла стреловидности крыла, а значит, и более высоких крейсерских скоростей. Однако конструкции подобного рода проигрывают в весе. Экономии топлива от подобной конфигурации будет недостаточно, для того чтобы компенсировать увеличение массы ВС при полетах на короткие расстояния, а вот на дальнемагистральных маршрутах выгода может оказаться более существенной. Впрочем, улучшение ЛТХ — лишь один из возможных путей совершенствования авиатехники грядущего. Памятуя об этом, ЕС параллельно финансирует несколько инициатив, направленных на предотвращение увеличения стоимости ВС. Среди них — проект Maaximus, ставящий целью создание узкофюзеляжного самолета с более совершенным жизненным циклом. Достичь этой цели планируется не только путем сокращения веса конструкции за счет использования композитного фюзеляжа, но и благодаря сокращению времени, потребного на разработку, производство и окончательную сборку самолета, а также уменьшению стоимости производства фюзеляжа. Не ограничиваясь композитами, европейские исследователи экспериментируют с легкими магниевыми сплавами, а также с перспективными решениями в области металлических деталей и конструкций. По словам фон Вреде, существует надежда на то, что будущее принесет открытия новых сочетаний материалов, которые произведут революцию в конструкторских работах. "С появлением новых материалов нас ждет взрыв доселе неслыханных возможностей. Они дадут нам такие способности, помыслить о которых сейчас не хватит фантазии", — говорит он.

Поделиться: http://www.ato.ru/content/novatorskie-kontseptsii-grazhdanskikh-samoletov-sleduyushchego-pokoleniya Роберт УОЛЛ, Мадрид и Тулуза; Грэм УОРВИК, Вашингтон
  • Евросоюз просит Россию допустить к полетам в нашей стране все европейские авиакомпании. Вопрос об отмене института назначенных перевозчиков будет обсуждаться на авиасаммите Россия – ЕС в Санкт-Петербурге
  • Черный и серый рынок частных чартеров не только существует, но и процветает — и в Европе, и в США, и на Ближнем Востоке. Разница — в понятиях

Более 140 моделей самолетов и вертолетов бизнес-класса;

Летно-технические характеристики, компоновки салонов, карты дальности полета из Москвы;

Эксклюзивные фото воздушных судов и VIP-интерьеров;

Ориентировочную стоимость авиатехники в 2016-2017 гг;