В России появится научный центр для разработки сверхзвукового самолета
Над этим ломают головы авиационные конструкторы и инженеры всего мира. Эксперты убеждены: создание нового коммерчески эффективного сверхзвукового гражданского самолета - самый большой вызов для современной мировой гражданской авиации.
"Есть ли у сверхзвуковых пассажирских машин перспектива?" - спросила я однажды у выдающегося российского авиаконструктора Генриха Новожилова.
"Конечно, есть. По крайней мере сверхзвуковой бизнес-самолет обязательно появится, - ответил Генрих Васильевич. - Мне не раз доводилось беседовать с американскими бизнесменами. Они четко заявляли: "Если бы такой самолет появился, господин Новожилов, то, как бы дорого он ни стоил, его бы у вас мгновенно купили". Скорость, высота и дальность - три фактора, которые актуальны всегда".
Да, мечта любого бизнесмена: утром перелететь через океан, заключить крупную сделку, а вечером вернуться домой. Современные самолеты летают не быстрее 900 км/ч. А сверхзвуковой бизнес-джет будет иметь крейсерскую скорость около 1900 км в час. Какие перспективы для делового мира!
Вот почему ни Россия, ни Америка, ни Европа никогда не оставляли попыток создать новую сверхзвуковую пассажирскую машину. Но история тех, что уже летали - советского Ту-144 и англо-французского "Конкорда", - научила многому.
Как рассказал "Российской газете" генеральный директор Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского"), член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало, создание сверхзвуковой техники следующего поколения требует проработки целого ряда фундаментальных проблем.
Важнейшими научными задачами являются фундаментальные исследования: в области снижения выбросов "эмиссии" вредных веществ, в том числе CO2, транс-, сверхзвуковых самолетов; в области снижения влияния звукового удара на окружающую среду; в области снижения влияния шума транс-, сверхзвуковых самолетов на окружающую среду; в области композитных силовых конструкций.
Нужно решить массу междисциплинарных и межотраслевых задач. Именно поэтому ЦАГИ выступил с инициативой создания Научного центра мирового уровня "Сверхзвук", реализуемой в рамках нацпроекта "Наука".
- Необходимо создать научно-исследовательскую инфраструктуру мирового уровня для получения совершенно новых, уникальных научных результатов, определяющих экологические и экономические аспекты технологий сверхзвуковых режимов полетов гражданской авиации, - говорит Кирилл Сыпало.
НЦМУ "Сверхзвук" будет заниматься проектами гражданской авиации. Упор - на перспективные концепции аэродинамических компоновок, новые конструктивно-силовые схемы, современные материалы и т.д. Безусловно, будет использован отечественный опыт. Тот накопленный научный задел, который есть в области сверхзвуковых летательных аппаратов гражданской и военной авиации, вся развиваемая тематика научных работ, финансируемых сегодня в России, позволили подойти к созданию демонстратора сверхзвукового самолета нового поколения. И, как надеются ученые ЦАГИ, его летные испытания начнутся в 2023 году.
В консорциум участников "Сверхзвука" вошли ЦИАМ им. П.И. Баранова, Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН, МГУ, ЛИИ им. М.М. Громова, ГосНИИАС, МАИ и другие.
- Россия - страна, в которой был совершен первый в мире полет сверхзвукового самолета. Все достижения, связанные с Ту-144, а также ряд современных работ по этой тематике позволили ЦАГИ подойти к созданию демонстратора сверхзвукового делового лайнера. Я уверен, что наше сотрудничество поможет сконцентрировать силы и знания по данной тематике, и вместе мы достигнем высоких результатов, - считает ректор МГУ им. М.В. Ломоносова, академик Виктор Садовничий.
Основной задачей коллег из Московского государственного университета станет математическое моделирование сверхзвуковых режимов полетов, которые впоследствии будут верифицированы на аэродинамических трубах ЦАГИ, а также разработка методов прочностного анализа перспективных композитных конструкций.
Ожидается, что к НЦМУ "Сверхзвук" присоединятся и зарубежные партнеры - такие научные центры, как DLR, ONERA и другие.
Сейчас над проектами гражданских воздушных судов, скорость которых превышает скорость звука, трудятся Spike Aerospace и Boom Supersonic, Lockheed Martin. Но нашим специалистам уже удалось рассчитать аэродинамику самолета так, чтобы он создавал как можно меньше шума при полете.
До какого минимума может быть снижен звуковой удар?
На разных этапах сверхзвукового полета уровни громкости звукового удара различные, поясняют специалисты. Например, при взлете есть такое явление, как фокусировка звукового удара. Здесь уровень может достигать 90-100 децибелов. В крейсерском сверхзвуковом полете он не должен превышать 72 децибела. Но и это достаточно громко, особенно ночью.
- Стоит задача снизить шум до 68-62 децибел, и самое главное - уменьшить полосу, в которой звуковой удар ощущается. Это для нас основная задача, - комментирует Кирилл Сыпало.
Уровень звукового удара (резкий перепад давления в ударной волне) от Ту-144 равнялся 100-130 паскалям. 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.
Сегодня, на новом витке развития технологий, ученым необходимо найти баланс между противоречивыми факторами: хорошей аэродинамикой нового сверхзвукового самолета, небольшим расходом топлива, а также жесткими ограничениями на шум и звуковой удар.
Перспективы сверхзвуковых пассажирских самолетов
СПС - новое поколение сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров. Специалисты рассчитывают, что трансатлантические перелеты такой самолет сможет осуществлять с крейсерской скоростью не менее 1900 км/ч на расстояния до 8600 км, а его салон вполне возможно сделают трансформируемым - из 80-местного в 20-местный VIP-класса. При этом "сверхзвуковик" удовлетворит всем перспективным требованиям по уровню шума и выбросам в атмосферу.
Эксперты рассматривают несколько вариантов сверхзвукового делового самолета: на 12-16 пассажиров, на 60-80 и совсем маленького на 4-6 человек. 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. Дальнейшее развитие и увеличение скорости связано с проектированием конструкций полностью из температурных композитов. И хорошие наработки есть.
Кстати, гости МАКС-2019 имели возможность увидеть яркого представителя бизнес-авиации будущего - модель легкого сверхзвукового делового самолета. Предполагается, что такая машина будет летать со скоростью 1700-1800 км/ч на расстояния до 7 тысяч километров. В концепции самолета заложены инновационные решения, обеспечивающие снижение уровня звукового удара и шума в районе аэропорта.
Какие основные трудности создания СПС? Прежде всего отсутствие международных норм допустимого уровня звукового удара при полете над населенными районами, а также готовых к применению реактивных двигателей, обеспечивающих дальность полета и нормы ИКАО по шуму. Еще одна серьезная проблема - трудно достигаемый компромисс между высокими летно-техническими характеристиками и низким экологическим воздействием.
Из истории Ту-144 и "Конкорда"
Исполнилось полвека, как Ту-144 совершил первый полет. А спустя год лайнер показал, на что конкретно способен: он набрал скорость в 2,5 тыс км/ч на высоте 11 км. В мире до сих пор нет аналогов пассажирских бортов, которые способны повторить подобный маневр.
Рассказывают, на одном из совещаний в ЦК КПСС конструктор Андрей Туполев докладывал Хрущеву: Ту-144 получается довольно прожорливым. Но тот лишь махнул рукой: ваше дело - утереть нос капиталистам, а керосина у нас хоть залейся. Впрочем, и европейский конкурент, взлетевший позже, тоже не отличился экономичностью. Так, в 1978 году девять "Конкордов" принесли своим компаниям около 60 млн долларов убытка. Тем не менее "англо-француз" летал вплоть до ноября 2003 года.
А вот Ту-144 списали намного раньше. Почему? Сверхзвукового первенца сразу же окрестили "удавом на шее "Аэрофлота". Огромный расход топлива нокаутировал и проектную дальность полетов: Ту-144 не дотягивал ни до Хабаровска, ни до Петропавловска-Камчатского. Более того, 200-тонный "утюг", курсировавший над густонаселенными районами на сверхзвуке, буквально взорвал все пространство вдоль трассы. Посыпались жалобы: надои у буренок упали, куры перестали нестись... Кстати, "Конкорд" летал только над океаном.
Но самое важное - катастрофы. Одна - в июне 1973-го на авиасалоне в Ле Бурже. Другая - через пять лет, в испытательном полете с двигателями новой серии. Они как раз должны были вытащить самолет на необходимую дальность.
Не избежал трагедии и "Конкорд": самолет разбился в июле 2000 года при вылете из аэропорта Шарль де Голль. По иронии судьбы он рухнул почти там, где когда-то Ту-144. Потом была еще череда инцидентов, и на этом "сверхзвуковике" тоже поставили жирную точку.
- Привлечение ведущих ученых, в том числе зарубежных, и молодых перспективных исследователей
- Получение качественно новых научных результатов мирового уровня с использованием уникальной исследовательской инфраструктуры "Сверхзвука"
- Разработка комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла в области транс-, сверхзвуковых режимов полета
- Разработка облика СПС с созданием модели летательных аппаратов и проведением расчетных исследований, испытаний в аэродинамических трубах
- Обеспечение научного сопровождения на всем жизненном цикле создания образцов транс-, сверхзвукового самолета гражданского назначения.