Новые тенденции в самолётостроении
О самом крупном в мире авиалайнере «Аэробус А380», рассчитанном на 555 пассажиров и способном совершать беспосадочные перелёты на расстояние почти в 15 тысяч километров, за последнее время написано, рассказано и показано уже столько, что у непосвящённого может сложиться впечатление, будто главной, доминирующей тенденцией в современном самолётостроении является гигантомания. Между тем, это вовсе не так. Самой заметной – да, пожалуй, но явно не самой главной. Например, весьма активно ведутся работы по созданию среднемагистральных самолётов нового поколения, потребность в которых очень велика. Значительным спросом на рынке будет пользоваться также небольшая реактивная машина для менеджеров высшего звена и крупных бизнесменов, способная перевозить от 8-ми до 16-ти пассажиров и развивающая скорость, вдвое превышающую скорость звука. Что же касается гигантского аэробуса «А380», то триумфальный успех первых испытательных полётов был несколько омрачён данными, которые опубликовала французская общественная организация «ADVOCNAR» (Association de Défense Contre les Nuisances Aériennes) – Ассоциация по борьбе с авиационным шумом. Эксперты этого независимого объединения произвели наземные измерения в районе местечка Корнбарьё, расположенного в окрестностях Тулузы строго по курсу взлёта суперлайнера, и зарегистрировали уровень шума в 88 децибел. Для сравнения: уровень шума, производимого стартующим «Аэробусом А320» – широко распространённым сегодня самолётом средней дальности, – составляет 82 децибела, а ведь и это отнюдь не мало. Правда, представители концерна-производителя сразу заявили, что их измерения дали совсем иные результаты. Но так или иначе, проблема снижения уровня шума в авиации остаётся весьма актуальной, и конструкторы многих стран мира работают над её решением. В частности, британские и американские инженеры, три года назад основавшие «Инициативу по созданию тихого самолёта» (SAI – Silent Aircraft Initiative). В неё вошли специалисты знаменитого Кембриджского университета и не менее знаменитого Массачусетского технологического института. Свою задачу они сформулировали так: уровень шума, производимого «тихим» самолётом, не должен превышать уровня акустического фона вдоль периметра типичного городского гражданского аэродрома средних размеров. На днях разработчики представили в Лондоне результаты своих совместных усилий. Довести проект до стадии действующего прототипа им пока не удалось, однако общественности была продемонстрирована модель с размахом крыльев в 1,5 метра. Собственно, о крыльях во множественном числе тут можно говорить лишь условно, поскольку вся конструкция представляет собой, по сути дела, одно слегка изогнутое крыло, что придаёт ей сходство с американским бомбардировщиком-невидимкой «В2». Если посмотреть на эту модель спереди, то невольно возникает ассоциация с рыбой камбалой. Гладкая «зализанная» поверхность, не видно ни привычных рулей управления, ни трубопроводов, ни антенн. Профессор Массачусетского технологического института Золти Спаковски (Zolti Spakovsky) говорит:
Почему полёт сопровождается шумом? Очень важную роль тут играет плохая аэродинамика. Каждый болт, каждый выступающий элемент конструкции вызывают завихрения воздушного потока вокруг летательного аппарата, и именно эти завихрения воспринимаются нами как шум. Если же вы уберёте все такие элементы под обтекаемую обшивку, то единственным источником шума останутся завихрения, возникающие у заднего острого края крыльев. Поэтому у нашей модели там расположены специальные щёточки, выполняющие функцию своего рода амортизаторов воздушных струй.
С самого начала работы конструкторам было ясно, что разные стадии полёта потребует разных подходов к решению поставленной задачи: если во время полёта в крейсерском режиме шум порождается, прежде всего, несовершенством аэродинамических характеристик летательного аппарата, то во время взлёта и набора высоты главным источником шума являются, конечно же, двигатели. Совместно с инженерами компании «Rolls-Royce», одного из мировых лидеров в производстве авиационных двигателей, авторы проекта разработали совершенно новую концепцию. Чтобы снизить уровень шума, следовало уменьшить скорость истечения реактивной струи, но в то же время двигатель должен был развивать реактивную тягу, достаточную для взлёта. Исследования показали, что для этого суммарную площадь сечения сопел необходимо увеличить примерно вдвое по сравнению с применяемыми сегодня стандартными двигателями. Кроме того, если сейчас авиационные двигатели крепятся к крыльям, то в представленной модели они перекочевали в хвост самолёта. И расположены не снизу, а сверху, засасывая воздух как бы с крыши фюзеляжа. Благодаря такой компоновке значительная часть шума уходит вверх, в небо, а не вниз, к земле. Однако и это ещё не всё: сопла двигателей имеют специальные звукопоглощающие каналы, в которые направляются реактивные струи. Доктор Сейзар Холл (Cesare Hall), научный сотрудник Кембриджского университета, поясняет:
В этих каналах находятся шумопоглотители. Они представляют собой диски с отверстиями и способны значительно снизить уровень шума на выходе из сопла. В нашей модели звуковые каналы могут менять размеры в зависимости от режима работы двигателей. То есть если двигатели, скажем, на форсаже начинают производить больше шума, то каналы раздвигаются ещё на метр, и степень шумопоглощения увеличивается.
Во время посадки шум, вызываемый аэродинамическими несовершенствами конструкции, почти не уступает по уровню шуму, производимому двигателями. Однако этот аэродинамический шум очень быстро стихает по мере снижения скорости самолёта, поэтому разработчики позаботились о том, чтобы их детище могло заходить на посадку на малых скоростях.
Над этим проектом, получившим название «SAX40», 40 специалистов трудились на протяжении 3-х лет. Но это не был чисто академический проект – напротив, самое активное участие в нём приняли и видные представители авиационной отрасли – концерн «Boeing», фирма «Lufthansa Cargo», уже упомянутая нами компания «Rolls-Royce», а также Британское управление гражданской авиации. Хотя сама по себе концепция самолёта типа «летающее крыло» не нова – она была впервые предложена вскоре после 2-й мировой войны и реализована в ряде летательных аппаратов военного назначения, – однако в гражданской авиации применения пока не нашла. Теперь, возможно, ситуация изменится. По словам самих разработчиков, их самолёт, рассчитанный на 215 пассажиров, может стать реальностью примерно к 2030-му году – если получит действенную поддержку со стороны авиапромышленности. Во всяком случае, Фейетт Колльер (Fayette Collier), руководитель отдела НАСА по разработке дозвуковых летательных аппаратов с неизменяемой геометрией крыла, высказывается со сдержанным оптимизмом:
Конечно, предстоит преодолеть ещё немало препятствий, прежде чем можно будет говорить о практической реализации проекта. Вся эта конструкция, по сути дела, представляет собой один распластанный фюзеляж, и придать ему необходимую жёсткость и устойчивость не так-то просто. Имеются пока кое-какие вопросы и к двигателям. Однако совершенно очевидно, что проблемы снижения уровня шума, равно как и экономии горючего и уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу будут становиться всё острее и потребуют кардинального решения уже в ближайшие годы. Поэтому я считаю, что этот проект вполне может указывать путь к самолёту будущего.
Тем более, что эта конструкция позволяет снизить и удельный расход топлива в расчёте на одного пассажира. Профессор Золти Спаковски считает, что «SAX40» примерно на 25 процентов экономичнее нынешних пассажирских самолётов. Но в бочке мёда, как водится, всё же оказалась и ложка дёгтя: по признанию самих разработчиков, что из-за особенностей конструкции и компоновки уровень шума внутри салона такого «тихого» самолёта может оказаться несколько выше, чем в сегодняшних авиалайнерах.
Совсем иную задачу поставили перед собой итальянские авиаконструкторы, да и продвинулись в её решении они значительно дальше. Дело в том, что в Италии из-за острого дефицита госбюджета заморожено строительство скоростных автотрасс, и планы развития высокоскоростного железнодорожного транспорта тоже пока никто реализовывать не собирается. Между тем, потребность в такой инфраструктуре здесь чрезвычайно высока, поскольку в Италии – в отличие, скажем, от Германии или Франции, – практически отсутствует возможность быстро добраться из одного крупного города в другой. Выходом из положения, по мнению ряда экспертов, может стать развитие пассажирских авиаперевозок, осуществляемых с помощью специального летательного аппарата, в котором сочетались бы преимущества вертолёта и самолёта. Более того, такой аппарат уже создан. Он разработан итальянской вертолётостроительной компанией «Agusta Westland» в сотрудничестве с ведущей американской компанией того же профиля «Bell Helicopter» и именуется «ВА609». На сегодняшний день прототип машины существует в четырёх экземплярах. Самый первый из них проходит испытания в исследовательском центре компании «Bell Helicopter» в Арлингтоне, штат Техас, и налетал уже сто часов. Второй прототип успешно совершил свой первый испытательный полёт продолжительностью 52 минуты лишь две недели назад на военно-воздушной базе близ городка Камери на северо-западе Италии. Здесь же готовится к испытаниям и прототип номер три. А четвёртый, собственно, ещё не готов, но его сборка близится к завершению. Разработчики не скупятся на дифирамбы своему детищу, заявляя, что это один из самых полезных и универсальных летательных аппаратов за всю историю авиации. Джузеппе Орси (Giuseppe Orsi), ведущий инженер компании «Agusta Westland», говорит:
С «BA609» вы можете раз и навсегда забыть о типичных недостатках, присущих вертолётам и самолётам. Вертолёты, как известно, обладают довольно ограниченной крейсерской скоростью, а самолётам необходима длинная взлётно-посадочная полоса, они не могут сесть, скажем, на крыше дома или на площади в центре города.
А для «ВА609» это не проблема. Даже делая поправку на то, что инженерам свойственно расхваливать свои разработки, в данном случае, похоже, все эти восторги вполне уместны. На первый взгляд этот новый летательный аппарат, сочетающий отличные лётные характеристики с высоким уровнем комфорта, выглядит как небольшой частный самолёт. Длина фюзеляжа – чуть больше 13-ти метров, что позволяет ему брать на борт до 9-ти пассажиров и трёх членов экипажа. Наряду с внушительной крейсерской скоростью – 550 километров в час – машина способна развивать и очень высокую вертикальную скорость – 185 километров в час. Номинальный потолок машины – более 11-ти километров, и эта высота в ходе испытаний первого прототипа была достигнута, однако сами разработчики полагают, что регулярная эксплуатация машины в пассажирском варианте будет осуществляться на высотах до 8-ми километров. Вертолёты же не летают выше 4-х километров – разве что и пассажиры, и экипаж наденут кислородные маски. Объёма топливных баков «ВА609» хватает на то, чтобы без дозаправки преодолеть расстояние в 1300 километров. Впрочем, по мнению экспертов, наиболее эффективно такая машина будет эксплуатироваться на дистанциях от ста до тысячи километров. Двигатели этого итало-американского вертолётно-самолётного гибрида расположены на концах крыльев, каждое из которых длиной около 7-ми метров. Самое интересное – собственно, главное, – конструкторское решение состоит в том, что двигатели крепятся не жёстко, а способны поворачиваться. В режиме взлёта они расположены вертикально, – поясняет Джузеппе Орси:
При взлёте «ВА609» выглядит как небольшой самолёт, поднимающийся в воздух как вертолёт. Как только машина достигает заданной высоты, двигатели на концах крыльев поворачиваются на 90 градусов, меняя вертикальное положение валов на горизонтальное. Несущие винты начинают выполнять функцию тянущих пропеллеров, вертолёт превращается в самолёт и далее выполняет свой рейс как самая обычная турбовинтовая машина, пока не приходит время садиться. Тогда всё повторяется в обратном порядке.
Лопасти несущих винтов у «ВА609» гораздо короче, чем у обычного вертолёта: их длина составляет всего лишь 3 метра. И привод этих винтов конструктивно выполнен как у самого обычного самолёта, а не как у вертолёта, то есть без редукторов и передаточных валов. Разработчики предпочли здесь стандартную технологию, широко применяемую в самолётостроении. Действительно новым в конструкции является механизм поворота двигателей. По достижении нужной высоты пилот в кабине нажимает кнопку, и двигатели, продолжая при этом работать, поворачиваются на 90 градусов. Весь процесс занимает менее 2-х секунд и проходит в аэродинамическом отношении на удивление гладко. Во всяком случае, пассажиры не испытают никаких неприятных ощущений – ни толчков, ни воздушных ям. Именно этому техническому приёму машина и обязана своими уникальными достоинствами. Джузеппе Орси говорит:
Этот самолёт способен, например, сократить время, необходимое вам, чтобы из Рима добраться в Милан, до одного часа. При этом вы вылетаете из самого центра Рима и приземляетесь в центре Милана. Если же погодные условия не позволяют совершить безопасную посадку, то «ВА609» может, как обычный вертолёт, остановиться и зависнуть в воздухе.
Интерес к летательному аппарату с поворотными несущими винтами проявляют не только гражданские авиаперевозчики. Несколько штук намерены приобрести и итальянские ВВС – для борьбы с бандами, промышляющими переправкой в страну через Средиземное море нелегальных иммигрантов из Африки. В 2010-м году разработчики аппарата намерены пройти процедуру его сертификации для европейского и американского рынков и сразу же начать серийное производство. В компанию уже поступили заказы на более чем 60 штук этой не имеющей в мире аналогов машины.
Конечно, этими двумя проектами тенденции современного авиастроения не исчерпываются. В частности, немало усилий направлено на то, чтобы сконструировать летательные аппараты, действующие по принципу насекомого или птицы. По маневренности такие аппараты не знали бы себе равных, но применение они нашли бы скорее в военной разведке или в службе спасения, а не в гражданской авиации.