САМОЛЕТЫ БУДУЩЕГО
Член-корреспондент РАН Сергей ЧЕРНЫШЕВ,
Исполнительный директор ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. Жуковского» (г. Жуковский, Московская область)
Эволюционный путь, который прошло российское авиастроение с начала прошлого века и до сегодняшних дней, позволил сформировать
наиболее оптимальные к настоящему времени компоновки гражданских самолетов, представляющие собой фюзеляж-трубу с крылом и расположенными чаще всего под ним или же в хвостовой части двигателями большой степени двухконтурности. Однако в мировом авиационном сообществе есть понимание, что традиционные подходы практически себя исчерпали. Возникает закономерный вопрос: что в будущем придет на смену летательным аппаратам, которые мы все видим сегодня в небе? Как они будут выглядеть? Какие двигатели будут приводить их в движение и какое топливо они будут использовать? Из каких материалов их будут изготовлять? Попытаться заглянуть в будущее и ответить на эти и некоторые другие вопросы представляется нам весьма любопытной задачей. И наиболее подходящий кандидат на ее выполнение — это авиационная наука, ибо в системе авиапромышленности именно она работает на дальнюю перспективу, создавая научно-технический задел для будущих поколений авиатехники.
Сравнение классических и суперкритических профилей крыла.
«ЧТО ДЕНЬ ГРЯДУЩИЙ НАМ ГОТОВИТ?»
В 2012 г. ЦАГИ* совместно с другими ведущими институтами авиапрома по заказу Министерства промышленности и торговли РФ выполнил проект под названием «Форсайт авиационной науки и технологий» с целью дать прогноз технологического развития авиастроения вплоть до 2030 г., учитывая то, с чем столкнется мировая и отечественная гражданская авиация в этот период. К работе привлекли около ста экспертов из ЦАГИ, Центрального института авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов, Государственного научно-исследовательского института авиационных систем и других организаций. Ознакомимся кратко с некоторыми результатами данного исследования.
Если говорить о ближайших двадцати годах, то специалисты ожидают в мире примерно двукратное увеличение объема авиаперевозок: в 2011 г. он составил 5,1 трлн пассажиро-километров (пкм), а к 2030 г. эта цифра может достигнуть — и даже превысить — 12 трлн пкм. Соответственно, увеличится и мировой парк самолетов, правда, не пропорционально, т.е. не в два раза, а чуть меньше, поскольку вырастет доля более вместительных самолетов.
По расчетам американской корпорации Boeing, мировой парк коммерческих самолетов с турбореактивными двигателями возрастет с 19,410 воздуш-
*См.: С. Чернышев. Центр авиационной науки. — Наука в России, 2008, № 6 (прим. ред.).
ных судов в 2010 г. до 33,500 в 2030 г. Поскольку срок службы гражданской авиатехники большой — 20 лет и выше —будущий парк в основном будет состоять из уже сегодня считающихся современными и поставляемыми на рынок самолетами (это семейства A320, Boeing 737, отечественный «Сухой Суперджет» и др.), а также воздушных судов, которые выйдут на рынок в ближайшие годы (A320Neo, Boeing 737MAX, российский МС-21 и т.д.).
Однако 20 лет — срок довольно внушительный, за который может появиться как минимум одно, а то и два новых поколения авиалайнеров. Ведь не случайно принято условно считать, что со времени появления реактивных гражданских самолетов в мире их уже сменилось пять поколений. Какими же будут эти будущие летательные аппараты? Ответить на этот вопрос и призван выполненный нами Форсайт.
Как известно, гражданская авиационная техника всегда развивается под влиянием актуальных для каждого периода времени приоритетов, тенденций и ограничений. В первые годы ее появления главной задачей было улучшение характеристик самолетов — скорости, дальности и пассажировместимости. С ростом же объема воздушных перевозок безусловным приоритетом стали вопросы безопасности полетов — с тех пор они стоят во главе угла. Обеспечение безопасности полетов провозгласила своей главной целью созданная в 1944 г. Международная организация гражданской авиации (ИКАО).
*См.: В. Климов, Д. Ганеев. Самолет «интегральной схемы». — Наука в России, 2008, № 2 (прим. ред.).
В 1950-е годы мировое авиационное сообщество озаботилось негативным влиянием гражданской авиации на окружающую среду сначала в связи с увеличивающимся уровнем шума, позднее — с эмиссией вредных веществ в районе аэропортов. Когда в мире заговорили о глобальном потеплении, внимание стали уделять выбросам парниковых газов (прежде всего CO2), производимым самолетами. Эти тенденции, в конечном счете, находят свое оформление в виде норм ИКАО, которые должны соблюдать все 190 государств-членов этой организации. Например, нормы по авиаэкологии
ужесточали уже четыре раза. Последнюю поправку внесли в феврале этого года в связи с введением новых стандартов по шуму. ИКАО также готовит ограничения на выброс CO2. После терактов в США 11 сентября 2001 г. совершенно иное звучание приобрели задачи обеспечения авиационной безопасности, т.е. защиты гражданских самолетов от несанкционированного вмешательства третьих лиц.
Какие же приоритеты будут определять вектор развития гражданской авиации в ближайшие десятилетия? Можно утверждать, что главных — два.
ОСНОВНЫЕ ПРИОРИТЕТЫ
Во-первых, ведущей задачей по-прежнему остается безопасность полетов. Самолет по статистике — самый надежный вид транспорта, и сейчас на 1 млн регулярных вылетов в мире в среднем приходится около четырех авиационных происшествий. Поскольку по статистике лишь каждое двадцатое из них является авиакатастрофой (т.е. связано с гибелью людей), то выходит: на Земле одна авиакатастрофа происходит примерно на 5 млн вылетов. Но в связи с ожидаемым в будущем двукратным увеличением объема перевозок, число авиакатастроф в ближайшие 20 лет возрастет вдвое, если не принимать никаких мер по улучшению безопасности полетов. Конечно, допустить этого нельзя. Вот почему перед авиационным сообществом стоит задача как минимум не допустить ухудшения относительных показателей безопасности перевозок пассажиров, а на деле — значительно их улучшить. Скажем, Европа, один из самых благополучных с данной точки зрения регионов мира, хочет добиться, чтобы к 2050 г. на 10 млн регулярных вылетов случалось не более 1 авиационного происшествия.
На второе место по важности вышли экологические аспекты гражданской авиации, причем охватывающие не только эксплуатацию воздушного судна, но и весь его жизненный цикл — от создания до утилизации. Помимо вопросов, связанных с шумом и эмиссией, все больше внимания будет уделяться проблеме глобального потепления, которую государства решают на уровне Организации Объединенных Наций. ИКАО, будучи учреждением ООН, тоже участвует в данном процессе. Хотя подчеркнем: выбросы углекислого газа мировой гражданской авиацией составляют лишь 2% от общего объема антропогенных выбросов этого вещества. Однако, в случае авиации выбросы происходят на большой высоте, где как раз и формируется климат.
Западное авиационное сообщество поставило перед собой цель — к 2020 г. выйти на так называемый углерод-нейтральный рост (т.е. поддержание постоянных выбросов С02, несмотря на рост перевозок), а к 2050 г. сократить выбросы в два раза по сравнению с уровнем 2005 г. Для этого, помимо совершенствования самих воздушных судов и их двигателей, основную ставку Запад делает на применение биотоплив. В Европе планируют, что к 2050 г. прогресс авиационных технологий позволит на 75% сократить выбросы углекислого газа на пассажиро-километр и на 90% — окислов азота (N0^. А шум летательных аппаратов должен уменьшиться на 65%. Все эти улучшения относятся к уровню типичного нового самолета 2000 г. Аналогичные цели ставит
перед собой другой ведущий мировой авиапроизводитель — США.
Россия, которая в гражданской авиации пока играет роль догоняющего, должна учитывать указанные планы, чтобы обеспечить конкурентоспособность отечественных гражданских судов и их соответствие перспективным жестким нормам.
НЕТРАДИЦИОННЫЕ КОМПОНОВКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Сегодня традиционные компоновки самолетов уже достигли высокого уровня совершенства (их аэродинамическое качество составляет 18—20 единиц) и какое-то существенное продвижение реально только при рассмотрении новых конфигураций. Определенные дивиденды может дать расположение двигателей в верхней части фюзеляжа. Основной мотивацией при этом служат экологические проблемы — уменьшение уровня шума на местности. Рассматривается компоновка гражданского самолета с двигателями, расположенными над крылом. Правда, эта идея не нова: ведь существуют отечественные машины Ан-72 и Бе-200, выполненные по данной схеме, которая дает преимущества за счет эффекта суперциркуляции и некоторого экранирования шума. Предлагается также вариант экранирования шума элементами хвостового горизонтального оперения. Кроме того, изучаются схемы самолетов, в которых двигатель глубоко интегрирован с планером. Речь идет о так называемой концепции распределенной силовой установки, когда холодный контур двигателя отделен от горячего и разнесен физически, что позволяет существенно увеличить степень двухконтурности без увеличения размеров двигателя и тем самым добиться снижения расхода топлива.
При разработке дозвуковых машин следующих поколений может произойти отход от классических схем. Особое внимание специалисты уделяют исследованию нетрадиционных компоновок летательных аппаратов, главный принцип формирования которых связан с процессами интеграции: она может идти в направлении крыла (схема «летающее крыло») или фюзеляжа (схема «несущий фюзеляж»).
«Летающее крыло» обладает повышенным аэродинамическим качеством, которое может составлять 22—25 единиц. Кроме того, такая схема позволяет экранизировать шум двигателей, если их расположить на верхней поверхности «летающего крыла» вблизи задней кромки. При этом реализуется более широкая по сравнению с классической пассажирская кабина, что увеличивает число продольных проходов и повышает комфорт для пассажиров.
Двигатель типа «
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.