Первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолет (СПС) Ту-144 поднялся в небо 31 декабря 1968 года. Через два месяца взлетел англо-французский «Конкорд», продержавшийся в небе почти 35 лет. Прошло уже более полвека с начала эксплуатации Ту-144 и «Конкорда», а СПС нового поколения так и не появились ни в России, ни за рубежом, хотя разработки в этой области ведут все развитые страны и время от времени возникают вполне, казалось бы, готовые для реализации проекты. Почему при бурном развитии военной сверхзвуковой авиации до новых СПС дело пока так и не дошло?
Препятствия на пути создания СПС нового поколения.
Первое — это экология, прежде всего воздействие шума и звукового удара на окружающую среду, хотя и влияние вредных выбросов на озоновый слой земли также находится в поле зрения специалистов.
Во-вторых, низкая эксплуатационная эффективность сверхзвуковых самолетов. По топливной эффективности они в 1,5-2 раза уступают дозвуковым коммерческим самолетам.
Следующая проблема — цена воплощения тех технологий, которые позволяют удовлетворить первым двум требованиям, то есть экономика и бизнес для фирм, которые будут разрабатывать и эксплуатировать СПС.
Серьезной является проблема разгерметизации салона на больших высотах полета. Поскольку происходит она очень быстро, нужно учитывать возможность экстренного снижения, поэтому ограничения по высоте могут возникнуть и с точки зрения обеспечения безопасности в случае разгерметизации.
Повышение высоты полета нежелательно также из-за воздействия эмиссии оксидов азота NOₓ на озоновый слой, максимальная концентрация которого наблюдается на высотах 20–25 км.
И последняя, но очень важная проблема — сертификация. Для сертификации СПС отсутствуют требования, особенно по звуковому удару и шуму на местности, на которые следует ориентироваться потенциальным разработчикам самолетов. Как решать эти проблемы, отвечают ученые и специалисты авиационной отрасли России.
СПС второго поколения. Реалии и перспективы.
Ректор МАИ Михаил Погосян считает, что во всем мире разрабатываются минимум 5 проектов сверхзвуковых пассажирских самолетах (СПС) второго поколения с выходом в 2030 г. А в 2040-50 г. возможна конкуренция СПС с гиперзвуковыми самолетами. Если конечно, будет обеспечена высокая весовая, топливная и аэродинамическая эффективность, установлена силовая установка изменяемого цикла и малошумное сопло, применены перспективные композитные и тепло-звуковые поглощающие материалы и использован искусственный интеллект.
Снятие запретов на полеты СПС над сушей позволит увеличить потенциальный рынок в три раза до 75 млн. премиальных кресел, кресел первого класса.
Спрос на СПС в 2025-40 гг. может составить от 2850 до 4110 самолетов. Разработка отечественного СПС составит примерно 44 млрд. рублей в течение 7 лет.
С хорошим двигателем и забор полетит!
Генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин утверждает, что в свое время ЦИАМ определял параметры и характеристики двигателей, оптимальных для разных конфигураций СПС, в частности, степень двухконтурности, суммарную степень повышения давления и др. К примеру, было установлено, какое конкретно сопло нужно для такого двигателя. Кроме того, даже проводились эксперименты, связанные с шумоглушащим соплом, модели которого исследовались и в Европе, и в ЦАГИ.
В основу российской конфигурации СПС была взята идея снижения уровня звукового удара. Дело в том, что эта идея является основной критической технологией для СПС любой конфигурации. Без этого ни один самолет не будет допущен к полету, как бы хороши ни были его остальные параметры.
Если вспоминать Ту-144, то у него этот показатель был очень высоким: порядка 120 Па. Говорят, что иногда от его звукового удара лопались стекла в домах, хотя о проблемах со здоровьем людей информации не было.
Разработанные российскими учеными новые технологии снижения звукового удара были направлены как раз на то, чтобы сильный звуковой удар на земле превратить в несколько небольших скачков меньшей интенсивности.
И снова «Чайка».
Это достигается выбором конфигурации летательного аппарата, в частности крылом типа «чайка». Кроме того, крыло сдвинуто назад относительно носа самолета, а нос и часть фюзеляжа перед крылом имеют удлиненную форму. Американцы даже предлагают использовать на носу штангу, которая позволяет отодвинуть еще дальше вперед точку формирования головной ударной волны.
Кстати, с точки зрения силовой установки здесь немаловажную роль играет размещение двигательной установки над или под фюзеляжем. В большинстве проектов они в основном, надкрыльевые. Это связано и со снижением шума, и уменьшением звукового удара, поскольку звуковые волны будут в первую очередь отражаться от планера СПС.
Каково современное состояние работ по СПС в России?
В России сейчас изучаются три концепции самолета: легкий, средний и магистральный СПС. В ЦИАМ ведутся работы, посвященные исследованию силовых установок как небольшого СДС типа SSBJ на 8 пассажиров, так и более крупного — на 100 пассажиров. И одна из задач, которую решают в последние два года, — это унификация двигателей для этих двух вариантов, чтобы можно было поставить на самолете бизнес-класса два двигателя, а на большом самолете — четыре. Эксперименты показали, что в принципе такой двигатель может быть создан.
Есть ли в России наработки по двигателям для СПС нового поколения?
Такие двигатели для СПС уже есть. Речь идет в основном, о военных разработках, в частности, двигателе Р-579-300 разработки АМНТК «Союз». В чем его ноу-хау? Эта силовая установка позволит управлять самолетом без механизации за счет использования струйных рулей. Такая технология также позволяет отказаться от сопла с отклоняемы вектором тяги, тем самым существенно снизить вес самого двигателя и самолета. Установка Р-579СПС-300 обеспечит дальность полета более 9000 км с крейсерской скоростью 2М.
Также изучается, в частности, и вариант использования газогенератора нового отечественного авиадвигателя ПД-14 для сверхзвукового применения. Однако создание двигателя для СПС в целом, конечно, займет приличное количество лет.
Если делать его на базе существующего газогенератора, то это потребует от 3 до 5 лет. Но если создавать оптимальный двигатель для СПС, то придется начинать с нуля и на это уйдет не менее 7–10 лет. Для СПС необходим ТРДД с меньшей суммарной степенью повышения давления, чем у двигателей дозвуковых самолетов, так как на сверхзвуке поток воздуха и так сильно сжимается за счет повышенного скоростного напора.
Бионические и интеллектуальные конструкции в гражданской авиации.
О совершенно фантастических вещах рассказал В.П. Матвиенко, представитель Пермского федерального исследовательского центра УоРАН:
- Это бионические и интеллектуальные конструкции, которые будут применяться при создании планера СПС. Например, крыло самолета будет делаться цельным, но работать оно будет, как крыло птицы, и выпускать элероны, закрылки и предкрылки, как перья, например, и также их убирать, придавая снова целостность крылу. Такая плоскость дает ряд важных преимуществ: в частности, это снижение уровня шума, повышение маневренности, сокращение дистанции разбега и посадочного пробега. Это так называемые smart - материалы и конструкции, которые изменяют свои свойства в зависимости от изменения окружающей среды, которые они фиксируют самостоятельно. Они будут получаться на основе искусственных наноструктурированных композитов, и из них, например, будут делать те же крылья самолетов и их фюзеляжи. Материал их обшивки - это почти «живая» субстанция, способная к самовосстановлению, а, главное, она в состоянии самостоятельно реагировать на внешнее воздействие, т.е. обнаруживать дефекты и самостоятельно их устранять. Так же в будущем будут широко использовать smart – сплавы с памятью формы, пьезоэлектрические материалы и многое другое.
В крылья будущих самолетов будут вживляться пьезоэлектрические и волоконно-оптические датчики, которые будут следить за их состоянием
Скажете, фантастика? Но уже российские инженеры разработали такие материалы и даже сделали опытные элементы крыла и фюзеляжа.
«Стриж» и многое другое.
Генеральный директор ФГУП «ЦАГИ», член-корреспондент РАН АН Кирилл Сыпало назвал создание нового поколения сверхзвуковых гражданских самолетов одним из основных вызовов для мирового авиастроения.
- У России есть все шансы занять лидирующие позиции в разработке СПС. Именно в нашей стране был создан один из первых в мире сверхзвуковых авиалайнеров — Ту-144. Уверен, что мы сохранили опыт и компетенции для того, чтобы сегодня успешно развивать ключевые технологии в этом перспективном направлении, используя научный задел, который имеется в распоряжении ученых и современные подходы в формировании отечественной базы фундаментальных знаний.
Он так же заявил о том, что масштабная модель демонстратора комплекса технологий сверхзвукового гражданского самолета (СГС) «Стриж» стала основным экспонатом института на МАКС-2021.
Макет СГС отражает ряд принципиально новых наработок отечественных ученых. Его компоновка обладает низким уровнем звукового удара при обеспечении высоких аэродинамических характеристик, устойчивости и управляемости во всем диапазоне режимов полета. Инновационная металло-композитная конструктивно-силовая схема создана с применением бионических принципов. Использование альтернативных материалов в конструкции СГС сулит неоспоримые преимущества по снижению веса воздушного судна и экономии топлива. Два макета конструктивно-силовой схемы — фрагментов носовой и закабинной частей перспективного воздушного судна — проиллюстрировали работу ученых ЦАГИ в этом направлении.
А причем тут Илон Маск?
У сверхзвука может быть серьезный конкурент — Илон Маск, который собирается на ракете пассажиров доставлять из одной точки Земли в другую за полчаса, например, от Нью-Йорка до Лондона. Эта новая ракета получила название BFR, Big Falcon Rocket или Big Fucking Rocket, как пошутил сам основатель SpaceX. BFR станет третьей ракетой SpaceX — в дополнение к уже успешно работающей Falcon 9 и новой Falcon Heavy.
Первая ступень BFR — это разгонный модуль, вторая представляет собой полноценный космический корабль с пространством для грузов или пассажиров. Туда можно будет поместить 40 кают, в которых поместятся до 100 человек.
Билет на это чудо-ракету будет стоить столько же, сколько сейчас обходится полет на обычном самолете в эконом-классе. Выгода для деловых людей прямая, только вот ли выдержат ли все пассажиры перегрузки при старте и приземлении ракеты, Маск не сообщил.
Партия сказала, авиапром ответил «есть»!
Сверхзвук будет дорогим, за скорость придется платить. Но в России все проблемы будут решены с космической скоростью. Почему? Да потому, что президент России Владимир Путин еще в 2019 г. предложил создать гражданскую версию сверхзвукового самолета на базе сверхзвукового стратегического ракетоносца Ту-160. А предложение президента в нашей реальности равно приказу.
Поэтому не удивительно, что очень скоро отрапортовало ПАО "Туполев", которое заявило о том, что первый полет опытного образца нового российского сверхзвукового пассажирского самолета планируется уже в 2027 году!
Создание сверхзвукового делового самолета планируется в два этапа. Первый этап – разработка самолета-демонстратора, первый вылет которого запланирован на 2024 год, второй этап – разработка опытного образца, первый вылет запланирован на 2027 год.
Научно-исследовательские экспериментальные работы вместе с постройкой демонстратора обойдутся в более чем 42 млрд. рублей, опытно-конструкторские работы – в 57 млрд. рублей, а постройка серийного самолета – в 6 млрд. рублей. Но вот прошло два года, а в ответ тишина! И Путин не помог!
Правда, если серьезно говорить, разработка крупными авиаконцернами и научными центрами гражданского сверхзвукового самолета, в том числе в России, была и будет востребована. Ведь чтобы быть впереди, необходимо развивать, наращивать и совершенствовать технологии. А для этого нужен опережающий научно-технический задел. А вот как его создать, это вопрос!
Мнения, высказываемые в данной рубрике, могут не совпадать с позицией редакции