Ученые объединились для создания высокоскоростного пассажирского самолета
HEXAFLY-INT - проект Седьмой Рамочной программы научных исследований и технологического развития Европейского Союза, посвященный исследованиям концепции высокоскоростного пассажирского самолета на водородном топливе. Работа стартовала три года назад и, как планируется, завершится в 2019-м.
Ожидается, что этот самолет будет летать со скоростью более 7-8 тыс. км/ч, соответствующей числам Маха 7 или 8. Ученым предстоит решить широкий спектр задач, связанных с материалами, водородной силовой установкой, ее интеграцией с планером и получением высокой аэродинамической эффективности самого летательного аппарата. И что уже совершенно точно: конструктивные особенности проектируемой крылатой машины будут явно нестандартными.
По существу проект направлен на создание в перспективе гиперзвукового гражданского самолета на водородном топливе, способного, скажем, преодолеть расстояние от Москвы до Сиднея за три часа. А, к примеру, рейс от Брюсселя до Сиднея на расстоянии 18 734 км для гиперзвукового самолета массой 400 тонн будет длиться не больше, включая участки дозвукового полета протяженность 240 км. При этом будет израсходовано 181 тонна водорода, а удельный расход топлива составит 3,23 кг на 100 км/пасс. Это вполне сопоставимо с характеристиками современных авиалайнеров. Удельный расход керосина Boeing 787 Dreamliner, к примеру, составляет около 2,5 литра на 100 км/пасс. Проверка данной концепции в условиях летного эксперимента является главной целью проекта HEXAFLY-INT.
Безусловно, результаты этих исследований могут послужить платформой для развития авиации будущего. В том числе - отечественной.
Свои усилия в HEXAFLY-INT объединили специалисты крупнейших зарубежных центров: ESA (Нидерланды), CIRA, TSD, MAT (Италия), ONERA (Франция), DLR (Германия), GDL (Великобритания), VKI (Бельгия), UNSW, USyD, USQ (Австралия). Российскую сторону наряду с ЦАГИ представляют ЦИАМ им. П.И. Баранова, ЛИИ им. М.М. Громова, Московский физико-технический институт.
"Международные программы, - подчеркивают российские специалисты, - это исключительно значимое для нас направление. Оно дает возможность сверить часы с зарубежными коллегами, совершенствоваться в технологическом плане".
- ЦАГИ - стратегический партнер в проекте HEXAFLY-INT и выполняет широкий спектр расчетно-экспериментальных исследований. В частности, проводятся испытания в сверх- и гиперзвуковой аэродинамической трубе на модели HEXAFLY, созданной специалистами института. На сегодняшний день собраны данные по аэродинамике летательного аппарата, в том числе - ламинарно-турбулентному переходу. Приоритет на ближайшее время - разработка опытного образца для летного эксперимента.
В HEXAFLY-INT задействована уникальная экспериментальная база научно-исследовательского центра ЦИАМ и эксклюзивный опыт института в области концептуальных поисковых исследований двигателей и комбинированных силовых установок для воздушно-космических и высокоскоростных самолетов.
Как подчеркивают аналитики, у российских НИИ есть большой научно-технический задел по использованию криогенного топлива в авиации. В частности, на экспериментальной модификации самолета Ту-154 - машине Ту-155, оснащенном двигателем НК-88, работающем на водороде, в 1988 году было выполнено более ста полетов.
Первоначально в качестве топлива использовался сжиженный водород (температура до -253 C). В 1989 году самолет переоборудовали на сжиженный природный газ (температура -162 C).
В 90-е годы ЦИАМ и воронежское КБ Химавтоматики разработали и испытали двухрежимный гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) Э-57 осесимметричной конфигурации, работающий на жидком водороде. К 1999 году на ней было проведено семь полетов. Максимальная скорость составила 1855 м/с, что соответствует числу Маха М=6,49.
Надо сказать, что еще в 2015 году ЦИАМ изготовил и испытал демонстратор технологического модуля гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на водородном топливе. В ходе испытаний на стенде Научно-испытательного центра ЦИАМ при имитации условий, соответствующих числу Маха М=7,4, был зарегистрирован положительный аэродвигательный баланс - тяга, создаваемая двигателем, превышала общее аэродинамическое сопротивление экспериментального объекта.
Гиперзвук и сверхзвук - это две темы, которые разрабатывают сегодня ученые ведущих стран. Но если говорить о пассажирской сверхзвуковой авиации, то главной проблемой здесь является преодоление звукового удара. Как рассказал "РГ" генеральный директор ЦАГИ академик РАН Сергей Чернышев, исследования сверхзвукового самолета никогда не прекращались. Главным технологическим вызовом здесь является обеспечение высокой аэродинамической и весовой эффективности самолета при соблюдении жестких ограничений на шум и звуковой удар. Результатом исследований явился концептуальный облик самолета, воплощающий в себе компромиссные решения по его интегральной аэродинамической компоновке.
Уровень звукового удара (резкий перепад давления в ударной волне) от Ту-144 равнялся 100-130 Паскалей. Но современные исследования показали: его можно довести до 15-20. Более того, снизить громкость звукового удара до 65 децибел, а это эквивалентно шуму большого города. До сих пор в мире нет официальных нормативов по допустимому уровню звукового удара. И, как говорят эксперты, он будет определен не раньше 2022 года. Почему так долго?
- На самом деле технически все готово, чтобы их принять, - замечает Сергей Чернышев. - Наши специалисты участвуют в рабочих группах ИКАО. Мы следим за ситуацией, осуществляем мониторинг программ, направленных на принятие норм звукового удара. Но нужно еще провести целый ряд исследований с учетом человеческого фактора, включая экспериментальные пролеты над населенными районами. Сейчас создаются специальные демонстраторы, которые должны всех убедить, что можно летать над сушей со сверхзвуковой скоростью, не вызывая протестов населения. Нужно наработать большую статистическую базу данных. Принятие норм узаконит пролеты на сверхзвуковой скорости над населенными районами земли. Это будет революционное изменение в организации воздушного движения сверхзвуковых самолетов.
Сейчас рассматривается несколько вариантов сверхзвукового делового самолета на 12-16 пассажиров, на 60-80 и совсем маленького делового самолета - на 6-8 пассажиров. Крейсерская скорость будет 1,8-2 Маха, то есть примерно в два раза быстрее скорости звука. Такая скорость является технологическим барьером для использования в конструкции планера обычных алюминиевых материалов. Поэтому мечта ученых - сделать самолет полностью из температурных композитов. И хорошие наработки есть.
Следующая встреча ученых, занимающихся созданием перспективного воздушного судна, запланирована на осень текущего года в Париже.
Сергей Чернышев, генеральный директор ЦАГИ, академик РАН:
- Я думаю, мирный "гиперзвук" появится не раньше 2050-2060 годов. В ЦАГИ вместе с нашими российскими партнерами проводятся работы по международному кооперационному проекту HEXAFLY-INT, в Европе его называют "флаговым" проектом - по созданию пассажирского самолета на водороде, способного летать в семь раз быстрее, чем скорость звука. То есть на скоростях, соответствующих числу Маха 7.
И у нас, и в Европе уже ведутся экспериментальные и теоретические исследования. Первый этап совместной работы завершится в 2019 году демонстрацией в полете необходимого уровня технологий для осуществления длительного полета в атмосфере на гиперзвуке. В случае успеха начнется второй более масштабный этап этого амбициозного проекта с выходом на прототип гиперзвукового летательного аппарата. В проекте участвуют Россия, Европа и Австралия.
Между тем
В России планируют создать летательные аппараты, которые способны развивать скорость в 12 Махов (14 688 км/ч), говорится в материалах Сибирского отделение РАН.
Такая перспективная задача поставлена перед учеными. Об этом говорилось в презентации, представленной СО РАН в Москве. Напомним, один Мах соответствует скорости звука - примерно 300 м/с, или 1224 км/ч. Российские ученые добились во многом лучших, чем специалисты в США, результатов в области исследований поведения объектов при гиперзвуковых скоростях, сообщил директор Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Сибирского отделения РАН академик Василий Фомин.
Работы в области гиперзвука нужны в том числе для создания современных крылатых ракет. Как сообщали СМИ со ссылкой на Минобороны России, гиперзвуковое оружие, интеллектуальные робототехнические комплексы и оружие на "новых физических принципах" будут поставлены в Российскую армию до 2025 года.