ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ СВЕРХЗВУКОВЫХ ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЕТОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение». Прототип российского сверхзвукового пассажирского самолета планируется запустить в 2024 году. Главы научных лабораторий НЦМУ «Сверхзвук» представили отчет о проделанной работе и обозначили направления дальнейшей деятельности. Пролет сверхзвукового пассажирского самолета. 588588 открытий. 11 репост.
Когда мы будем летать на сверхзвуковых самолётах? Это в 2 раза быстрее обычного
AS2 будет оснащен тремя двигателями, тяга каждого из которых, по оценке разработчиков, должна быть не менее 69 килоньютонов. Самолет будет рассчитан на перевозку до 12 пассажиров. AS2 будет выполнять полеты над водой на крейсерской скорости в 1,4 - 1,6 Маха, замедляясь до 1,2 над сушей. Несколько меньшая скорость полета над сушей вкупе с особой аэродинамической конструкцией планера позволит, как рассчитывают разработчики, почти полностью избегать формирования ударных волн. Дальность полета самолета на скорости в 1,4 числа Маха составит 7,8 тысячи километров и 10 тысяч километров на скорости в 0,95 числа Маха. В настоящее время международные правила запрещают полеты сверхзвуковых самолетов над населенными участками суши.
Мы решили, что нас могут спасти коммерческие контракты. Ведь ЦАГИ не только главный центр авиационной науки страны, но и хорошо известный центр компетенции мирового масштаба. Это крупнейший в мире испытательный центр в своей области. Они хотели получить научный комплекс в целости и сохранности и использовать для своих целей. Что касается 90-х годов прошлого века, то коммерческие контракты нам очень помогли выжить и остаться на плаву. Эти контракты помогли нам самим понять свою собственную цену. Мы зарабатывали миллионы, когда сто долларов для многих было целым состоянием. А к нулевым и в стране всё начало понемногу налаживаться. Появились государственные программы развития авиастроения, и дело понемногу пошло. Но 90 е были страшными годами. Такие провалы в поддержке промышленного сектора очень трудно восстанавливать. Вспоминая лихие годы, отчётливо понимаешь, в каком экстремальном режиме приходится сегодня трудиться правительству, чтобы восстановить многие системообразующие отрасли экономики вроде станкостроения, которое практически разрушено. В перечень можно добавить общее и транспортное машиностроение, тяжёлое машиностроение, электронную промышленность… Всё это требует огромных человеческих усилий и капиталовложений. Грех жаловаться. Но провал 90-х ощущается до сих пор. В технологической сфере нас всё ещё выручает научно-технический задел советского времени. Мы должны наращивать его, занимаясь не только насущными задачами сегодняшнего дня, но и работать на перспективу. Также радуют и значительные капитальные вложения в обновление экспериментальной базы. Мы наконец-то начали создавать новые установки, а не только обслуживать старые! Например, идут широкое внедрение полимерных композиционных материалов в конструкцию воздушных судов, тотальная цифровизация и использование искусственного интеллекта в системах управления и других самолётных системах. Всё это требует более тщательных моделирования и отработки систем в лабораторных условиях. Опередившие время — Мы много писали о двигателях НК-93. Это были уникальные двигатели с огромной тягой, с уровнем шума, который сейчас никому не доступен. Двигатель был доведён до лётных испытаний на летающей лаборатории Ил-76. И на последней стадии испытаний всё остановилось. Было сказано, что эти движки никому не нужны. Вы у себя в Жуковском «продували» этот двигатель? Есть ли у него перспективы? Сейчас в Ульяновске собираются возобновить производство гигантского самолёта Ан-124, которому этот двигатель очень бы пригодился. У него было множество действительно великих задумок, многие из которых были реализованы. Его двигатели НК-32 или НК-12 совершенно уникальны. Это эффективные и надёжные двигатели. Это просто нереально, винт не может работать на таких скоростях! А у Кузнецова — работает! НК-93 был двигателем технологического прорыва. Он опередил своё время на многие десятилетия! Двигатель с ультравысокой степенью двухконтурности — есть такой термин в зарубежном авиастроении. Мы называем это винтовентиляторной концепцией. Там вначале стоят винты в качестве первого контура, а потом — традиционный турбореактивный двигатель. Такая конфигурация позволила Николаю Дмитриевичу и коллективу его конструкторского бюро создать невероятно эффективный с точки зрения экономии топлива двигатель. Да, диапазон тяги по нынешним временам не очень впечатляет. Порядка 18 тонн. При этом у НК-93 очень большой диаметр, почти три метра. Это характерно для современных двигателей. Наша нищета в 90-е, многотемье, неспособность выделить приоритеты привели к тому, что шанс запустить этот двигатель в производство был утерян. Как и утерян шанс быть первыми в создании суперэкономичного двигателя с ультравысокой степенью двухконтурности. Как бы он нам сейчас пригодился! Он бы как родной встал и на Ан-124, и на пассажирский Ил-96, и на Ту-204. Но с начала этих работ прошло больше 30 лет, огромное время. Технологии проектирования сейчас совсем другие, цифровые. Другие материалы, другие критические параметры, такие как температура на турбине, это уже пройденный этап. Восстанавливать старую технологию — слишком дорого и по времени, и по усилиям, и по деньгам, это сравнимо с созданием нового двигателя. Притом что у нас полным ходом уже идут другие программы. У него первоначальная тяга была чуть меньше, чем у НК-93, около 16 тонн. Но более поздние его модификации рассчитаны уже на большую тягу. Кроме того, появился современный двигатель ПД-14 с тягой в 14 тонн, но с возможностью модернизации до 16 тонн. Это всё одноклассники НК-93. А двигатель живёт очень долго. Приведу пример. Двигатель CFM56, американо-французский, который стоит на всех «Боингах-737» и многих «Эрбасах», — ему уже более 40 лет. Но у него только название старое, а сам двигатель постоянно меняется, в нём постоянно что-то подкручивают, совершенствуют, добавляют. Экономика лучше, шумы меньше — он всё время становится совершеннее. Так и наш ПД-14, первенец в постсоветское время, который соответствует всем современным требованиям. А дальше конструкторы под руководством академика А. Иноземцева доведут его до превосходного состояния. Ну и наконец, полным ходом идёт разработка двигателя ПД-35 на новой технологической основе. Это наша надежда. Пока некоторые характеристики чуть не дотягивают до заданных, но в процессе доводки, я уверен, они превысят все пожелания. Это двигатель с тягой 35 и с вариацией свыше 40 тонн! Поэтому возвращаться к НК-93, когда новые двигатели уже на подходе, не очень рационально. Жаль, что было упущено время для его запуска. Что называется, родился не вовремя. Вы наверняка подобные машины «продували». Скажите, почему такие самолёты не пошли в производство? Нам нужно было пощупать это своими руками. Кто-то скажет, что это слишком дорогое удовольствие, чтобы удовлетворить наше любопытство. Но самолётостроение — это вообще очень дорогая отрасль, которую далеко не каждая страна может себе позволить. Теоретические выигрыши от такой конструкции очевидны. Если у вас крыло обратной стреловидности, то за счёт схода с конца крыла ослабленного вихревого жгута значительно уменьшается индуктивное сопротивление. Но было понятно, что главная проблема будет на стыке аэродинамики и прочности. При увеличении нагрузки это крыло имеет свойство дивергентности. То есть оно как бы закручивается и может потерять устойчивость и попросту развалиться. Это и исследовалось в полёте. Смотрели, насколько это реально и фатально. В истории с «Беркутом» я принимал участие ещё молодым специалистом. Главным конструктором «Беркута» был нынешний академик Михаил Асланович Погосян. Это его родная, что называется, машина. Он работал с большой группой «цаговских» учёных. Некоторых уже нет с нами. Но многие до сих пор работают. Идея Погосяна заключалась в том, чтобы сделать крыло из композита, слои которого выложить таким образом, чтобы противодействовать дивергенции. И это получилось. Дивергенция на этом крыле наступала с запозданием. В этом плане наш самолёт сильно отличался от американского аналога.
Кстати, вес для сверхзвукового самолета так же важен, как и для космического корабля. На 1 кг веса приходится 5-6 кг тяги! В России разрабатываемый сверхзвуковой гражданский джет получил название "Стриж". По последним данным, его пассажировместимость составит до 20-25 человек. С максимальным количеством пассажиров он сможет пролететь до 11 тыс. Речь тогда шла о сверзвуковом бизнес-джете совсем небольшой вместимости. Специалисты тогда рассказывали: минимум на сверхзвуке он должен лететь от пяти часов, для чего нужен принципиально новый двигатель. Двигатель, так же как и аэродинамическая форма самолета, должен соответствовать компромиссу: с одной стороны, иметь хорошую экономику, то есть низкий расход топлива, с другой - пониженный уровень шума. Самолет будет иметь необычный вытянутый корпус. О чем это говорит? О том, что в принципе на таких скоростях в традиционных решениях очень сложно решить проблему прочности. Кроме того, на сверхзвуке конструкция начинает нагреваться. Происходит ее удлинение. Для алюминиевых конструкций при скорости свыше двух Махов оно может достигать 30 см. Это тоже необходимо учитывать. Проблема комплексная. Она связана с применением оптимальных материалов, оптимальных конструкций, включая бионические, и таких же оптимальных технологий. Остекления в кабине пилота не будет. Все внешние источники информации - телевизионные, инфракрасные, радиоэлектронные и т. Поэтому говорят о "темной кабине", где картинка перед пилотами будет создаваться при помощи систем искусственного зрения. Или дополненной реальности. Очень много вопросов, связанных именно с интеллектуализацией кабины пилотов. Сверхзвуковой самолет должен быть оснащен техническим оборудованием, которое может видеть лучше, чем человек.
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. Как идут работы по созданию СПС в России? В России сейчас изучаются три концепции самолета: легкий, средний и магистральный СПС. 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. 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 отклоняемым вектором тяги, тем самым существенно снизить вес самого двигателя и самолета. 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. 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 на круглом столе В. 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.
Россия готовится возродить сверхзвуковой самолёт Ту-144
Сертификацию самолета Aerion Supersonic намерена завершить до конца 2025 года. Ранее сообщалось, что американская компания GE Aviation намерена до конца 2020 года приступить к испытаниям отдельных элементов турбореактивного двигателя Affinity, который планируется устанавливать на перспективные сверхзвуковые пассажирские самолеты AS2 компании Aerion Supersonic. В частности, до конца года начнутся испытания камеры сгорания и системы выброса отработанных газов.... Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
В компании Lockheed Martin создали макет нового «сверхзвуковика» и испытали его в продувочной камере. Результаты показали, что благодаря новой конструкции корпуса шум от самолета не будет превышать комфортных для человеческих ушей 75 децибел. Это открывает новые перспективы для гражданской авиации.
Разработчик получит 213 млн в 2020 году и почти 505 млн в 2021 году. Ожидается, что эти деньги позволят нивелировать дефицит знаний и технологий в сфере гражданского сверхзвука. Значительный технический риск, а также отсутствие норм по допустимому уровню звукового удара и шума в районе аэропорта требуют развития, численной и экспериментальной отработки новых технических решений и технологий», — говорится в тендерной документации. Бесфорсажный режим Как заявили опрошенные RT эксперты, создание сверхзвукового гражданского самолёта представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Новый самолёт должен значительно превзойти машины первого поколения по уровню комфорта и экономичности. Речь идёт об англо-французском Concorde и советском Ту-144, которые были выведены из эксплуатации в 2003 и 1999 годах.
Причинами отказа авиаперевозчиков от этих самолётов послужили аварии и высокая стоимость билетов. Для этого необходимо провести масштабные научно-исследовательские работы, чем, собственно, сейчас занимается российская авиастроительная отрасль», — отметил в разговоре с RT исполнительный директор агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев. Как пояснил эксперт, необходимо, чтобы СГС второго поколения был лёгким, относительно недорогим в производстве и эксплуатации самолётом. Помимо этого, он должен соответствовать требованиям шумности Международной организации гражданской авиации ICAO и высоким экологическим характеристикам. Силовые установки, которыми оснащены военные сверхзвуковые самолёты, и те, которые стояли на Concorde и Ту-144, объективно не соответствуют современным требованиям коммерческой авиации с точки зрения расхода топлива, стоимости эксплуатации и экологии», — констатировал Пантелеев. В комментарии RT заслуженный лётчик РФ, заместитель главного редактора журнала «Авиапанорама» Владимир Попов подчеркнул, что двигатели СГС должны работать несколько часов на бесфорсажном режиме. По его мнению, Россия способна изготовить такой силовой агрегат.
В марте сообщалось, что авиакомпания "Аэрофлот" готова стать первым заказчиком сверхзвукового самолета.
Напомним, в январе президент Владимир Путин предложил создать гражданскую версию сверхзвукового стратегического ракетоносца ТУ-160 "Петр Дейнекин". Глава Объединенной авиастроительной корпорации Юрий Слюсарь рассказал главе государства, что у корпорации имеется проект подобного сверхзвукового гражданского лайнера.
Новое поколение авиации: когда снова полетим на "сверхзвуке"?
Директор Института теоретической и прикладной механики, заместитель председателя СО РАН Василий Фомин в интервью телеканалу «Россия 24» рассказал, смогут ли новосибирские ученые создать сверхзвуковой пассажирский самолёт. «Мы разрабатываем сверхзвуковые самолеты, которые смогут преодолевать очень большие расстояния, оставляя нулевой углеродный след. Производство сверхзвукового пассажирского самолета AS2 запланировали на 2023 год. Если проект будет реализован, отечественный сверхзвуковой пассажирский самолет станет первым в мире.
Россия готовится возродить сверхзвуковой самолёт Ту-144
В мире существовало не так много сверхзвуковых пассажирских самолетов, работавших на регулярных рейсах. К тому же в условиях соревнования Холодной войны создание сверхзвукового пассажирского самолёта было делом престижа. Инфо24 поговорил с авиаэкспертами и выяснил, нужен ли все-таки России новый сверхзвуковой пассажирский самолет.
НЦМУ «Сверхзвук»
Потратив миллиарды на опытно-конструкторские разработки, в 1971 году Boeing вообще тихо отказался от своего проекта. Европейцы построили в общей сложности 20 сверхзвуковых самолетов, авиазавод в Воронеже выпустил 16. Но с самого начала и там и тут речь шла исключительно о престиже — с экономической точки зрения проект был провальным. В 2003 году их сняли с эксплуатации. Советский Ту-144 регулярно перевозил пассажиров еще меньшее время - с ноября 1977 года до лета 1978-го. С аэродинамикой не поспоришь Основные причины бесславного завершения первой эры сверхзвуковой пассажирской авиации связаны с аэродинамикой: на скорости близкой к скорости звука возникает ударная волна, которая превращается в звуковую, которая сопровождает самолет на протяжении всего его полета на сверхзвуковой скорости. По этой причине пассажирским самолетам запрещено летать над сушей на такой скорости. Кроме того, при взлете такой лайнер производят обусловленный его конструкцией огромный шум и потребляет в несколько раз больше горючего, чем обычный самолет. Это уже и тогда считалось серьезным недостатком, а теперь — и подавно. Поэтому сообщение о том, что United Airlines, четвертая по величине авиакомпания в мире, решила купить 15 сверхзвуковых самолетов Overture и оставила за собой возможность дозаказать еще 35, произвело настоящую сенсацию и было воспринято как прорыв к возвращению к эре сверхзвуковой пассажирской авиации.
При этом, правда, United Airlines выдвинула существенное условие — будущие самолеты Overture должны отвечать высоким требованиям авиакомпании в том, что касается безопасности, экономичности и экологичности полетов. В подтверждение серьезности своих намерений UA уже перечислила фирме Boom аванс, не уточнив его сумму.
Например, для снижения звукового удара необходимо разместить воздухозаборники силовой установки на верхней поверхности планера.
Задача обеспечения высоких характеристик потока на входе в двигатель при таком расположении является достаточно сложной, это потребовало большого объёма расчётных и экспериментальных исследований. Для снижения звукового удара также необходимо существенно удлинить носовую часть планера, увеличить стреловидность и угол поперечной V-образности крыла и выполнить множество локальных деформаций нижней поверхности планера. Жуковского» выиграл госконтракт на создание демонстраторов СГС.
Что предстоит сделать? В научных организациях ведутся поисковые и прикладные исследования в обеспечение создания СГС нового поколения. Жуковского», который управляет отечественной прикладной наукой в области авиастроения.
Сегодня перед российской воздушной отраслью стоит задача создания новых авиационных решений и разработок для достижения технологического суверенитета страны. Выполнен ряд расчётно-экспериментальных исследований перспективных метало-композитных конструкций, обеспечивающих высокую весовую эффективность и требуемую жёсткость конструкции планера. Полученный научно-технический задел позволяет перейти к созданию крупноразмерного лётного демонстратора комплекса технологий СГС для достижения более высоких уровней готовности технологий.
А также на равных участвовать в разработке международных норм на допустимый уровень звукового удара и шума в районе аэропорта в рамках ИКАО. На данный момент разработано техническое предложение на демонстратор комплекса технологий СГС «Стриж». Для сокращения сроков и стоимости создания и лётных испытаний демонстратора проработана возможность максимального использования существующих серийных двигателей, самолётных систем, узлов и агрегатов с минимальной доработкой.
Ожидается, что проект нормативных требований к таким самолётам может быть сформирован не ранее 2027 года, по мере наработки статистических данных при полётах демонстраторов технологий СГС. Первый полёт этого самолёта ожидается в 2023 году, тестовая программа исследований в 2025—2026 годах предполагает большое количество полётов над населёнными территориями для оценки восприятия звукового удара добровольцами. Материалы исследований будут переданы в ИКАО для формирования норм по уровню звукового удара для перспективных сверхзвуковых гражданских самолётов.
Соответственно, переход к опытно-конструкторским работам ОКР по серийному СГС нового поколения возможен ближе к 2030 году, после утверждения нормативных требований и подтверждения эффективности и реализуемости всего комплекса разрабатываемых технологий и технических решений. Самолёт «Конкорд» генерировал шум, равный 105—110 PLdB.
По словам Сыпало, в новой силовой установке необходимый уровень тяги будет обеспечиваться при относительно низком удельном расходе топлива. К 2024 году российские инженеры планируют разработать газогенератор для СГС — основной элемент нового авиационного двигателя, способного выполнять крейсерский полёт на сверхзвуке.
О таких планах в сентябре прошлого года рассказал генеральный конструктор Объединённой двигателестроительной корпорации ОДК Юрий Шмотин. По данному классу двигателей мы формируем решения, которые сможем предложить заказчику. Мы понимаем, что на рубеже 2023—2024 годов мы должны будем предложить новый базовый газогенератор, который по своим характеристикам может быть сертифицирован по современным нормам. Сегодня мы находимся на этапе поисковых научно-исследовательских работ», — сказал Шмотин.
В натуральную величину длина «Стрижа» составит 38 м. Самолёт должен развивать скорость в 1,8 Маха примерно 1,9—2,2 тыс. Машина сможет вместить двух лётчиков и шестерых пассажиров. Прежде всего, такой самолёт подойдёт для рейсов через Атлантику или на другой континент.
Он сможет летать в два раза быстрее современных дозвуковых машин. Два двигателя и воздухозаборники помещены в хвостовой верхней части самолёта. Такая конструкция призвана уменьшить шумность на взлётно-посадочных режимах и нивелировать эффект звукового удара, который человеческим ухом воспринимается как хлопок. Правда, подобная компоновка ухудшает путевую устойчивость.
Но современные системы управления становятся более чувствительными, и этот недостаток серьёзной роли играть не будет», — пояснил Фомин.
Эксперты говорят об экономической целесообразности самолетов Boom лишь в том случае, если конструкторы умудрятся вместить в самолет человек 250—300. Какие еще проблемы придется решать? На сверхскоростях появляется звуковой удар. От низко летевших Ту-144 у людей в домах, бывало, лопались стекла. Звуковой удар накрывает землю ковром на десятки километров в длину. Международная ассоциация гражданской авиации ICAO давно приняла резолюцию в защиту людей от сверхзвуковых самолетов, так что летать им пока остается исключительно над океанами. Следующая заковыка: сверхзвуковые самолеты очень шумные. Взлетать и садиться им точно придется на более комфортной для человеческого уха скорости.
Конструкторы могут снизить громкость двигателей, увеличив их в диаметре, но тогда самолет станет тратить еще больше топлива — не вариант. Некоторые проектировщики пытаются скрыть двигатели в корпусе, чтобы тот стал защитным экраном от адского звука. На дозвуке для подходящей аэродинамики нужно длинное крыло, а с длинным крылом до сверхзвуковой скорости самолет не разгонишь. Большие скорости доступны моделям с короткими крыльями, похожими на наконечник стрелы, а если самолет с такими крыльями летит медленнее сверхзвука, то он жжет непозволительно много керосина. То же касается конструкции носа. Кто первым оседлает неумолимую физику? Его создатели утверждают, что шуметь он будет не больше, чем автострада. X-59 QueSST не является прототипом самолета, который хотят выпускать серийно, — это, по сути, испытатель технологий как таковых. Минувшей осенью в большую игру вступила ЮАР.
Сверхзвуковые пассажирские лайнеры: новая эра или несбыточные мечты?
До настоящего времени единственными пассажирскими сверхзвуковыми самолетами являлись французский Concorde и советский ТУ-144, которые были сняты с производства, вследствие дороговизны билетов и крайне громкого шума, сопровождающего их полет. Компания Virgin Galactic, принадлежащая эксцентричному американскому миллиардеру Ричарду Брэнсону, объявила о начале работы над проектом сверхзвукового пассажирского самолета. в минпромторге рассказали о разработке сверхзвукового пассажирского самолета 09.01.2019. Сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144 совершил первый полет 55 лет назад. Это совпадает с прогнозом ректора МАИ Михаила Погосяна, который утверждает, что российский сверхзвуковой самолёт будет готов к 2035–2040 годам.