ОТ АТОМОВ ДО САМОЛЕТОВ Передовые технологии открывают новую главу в учении о полетах

Ученые и инженеры в значительной степени пересмотрели подход к постройке самолетов и их эксплуатации, причем это касается внешнего вида, принципов энергоснабжения и даже элементов, входящих в состав конструкции планера.

Представьте, что на дворе 2045 год, и вы готовитесь к посадке на авиалайнер, следующий безостановочным регулярным рейсом из Нью-Йорка в Париж. Внешне он ничем не отличается от коммерческих самолетов 2015 года, однако современные технологии – от входящих в состав самолета систем и до материалов его изготовления – сделают такой перелет совершенно непохожим по ощущениям на то, с чем приходится иметь дело пассажирам сегодня.

Для начала, вместо реактивного топлива самолет работает на электричестве, а его фюзеляж выполняет роль гигантской батареи, собирающей и хранящей солнечную энергию. Как следствие, никаких выбросов вредных газов. Во время перелета пассажиры рядом с иллюминаторами наверняка отметят, что крылья, выполненные из легчайшего композитного материала, автоматически меняют форму, в зависимости от условий полета. В то же время на земле специалисты с помощью цифрового «двойника» лайнера прогнозируют процесс старения конструкции через 15-20 лет службы, что позволяет техникам выявить и устранить технические проблемы в ходе обслуживания и тем самым сократить или полностью ликвидировать ситуации с отменой рейсов из-за механических неполадок.

Подобные и многие другие передовые концепции рассматриваются по программе NASA Convergent Aeronautics Solutions (Конвергентные решения для аэронавтики) с целью поиска новых возможностей для коммерческой авиации. Как и в программе NASA, компании авиакосмического сектора по всему миру тесно сотрудничают с правительствами своих стран при разработке и оттачивании передовых технологий, инструментов и процессов для решения наиболее актуальных задач авиации – ускоренное создание новых самолетов, которые будут экологичнее, дешевле и эффективные в эксплуатации и обслуживании.

«Посредством технологий авиакосми-ческие компании определяют будущее, и в ближайшие годы нас ждут инновации во всех сферах гражданской авиации, о которых люди прежде и помыслить не могли», - говорит Вольфган Демиш, один из самых уважаемых аналитиков в авиакосмической отрасли.

ВЗЛЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На долю авиации приходится всего 2% от общемировых выбросов двуокиси углерода, об этом говорится в отчете ИАТА (Международная ассоциация воздушного транспорта), которая отслеживает 83% воздушных перевозок. При этом если вредные выбросы от автомобилей, грузовиков и поездов уменьшаются, то доля авиации в глобальном загрязнении растет из-за увеличения количества воздушных перелетов. По прогнозам ИАТА, в ближайшие 20 лет объемы воздушных перевозок будут расти на 3,9% в год. Для удовлетворения спроса европейская компания Airbus и американская Boeing в 2018 году произведут почти 1900 лайнеров, в сравнении с 1400 в 2015 году, что в два раза больше, чем было поставлено в 2008 году. Если прибавить сюда канадскую Bombardier и Бразильскую Embraer, а также свыше 2100 служебных самолетов, намеченных к поставке в 2018 году, то получится исторический максимум по объемам производства.

Пусть на стадии разработки уже имеется ряд новейших систем повышения экономичности двигателей, благодаря которым самолеты будут производить меньше вредных выбросов, давление не ослабевает: члены ИАТА ориентируются на повышение топливной эффективности на 2% ежегодно, то есть к 2050 году улучшение должно составить до 50% от совокупного показателя по отрасли в 2005 году.

50%

Члены ИАТА надеются ежегодно повышать топливную эффективность на 2%, чтобы к 2050 году достичь совокупного улучшения в 50% относительно общего объема выбросов в отрасли в 2005 году.

Пока слишком рано прогнозировать, когда именно передовые технологии типа электрических двигателей, беспилотных транспортных самолетов и высокоточных навигационных систем появятся в серийных моделях, понятно одно – через 20-30 лет коммерческие лайнеры, которые перевозят миллионы туристов и деловых людей, и сам подход к производству таких лайнеров, будут совершенно иными.

Что касается служебной авиации, конструкторы всеми силами пытаются разработать технологию, которая позволит создать к 2025 году хотя бы одну модель реактивного самолета, способного летать между континентами со скоростью значительно выше скорости звука. Конечный результат будет зависеть от итоговой конструкции, однако скорость может достигать 1800 км/ч на стандартной для самолетов высоте. К примеру, Honeywell Aerospace из Финикса и Rockwell Collins из СидарРапидс, Айова, разрабатывают дисплеи для пилотов и интерфейс, которые позволят экипажу сверхзвукового самолета просматривать профиль звукового удара на земле и изменять режим полета, чтобы исключить вредное воздействие.

РЕВОЛЮЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

При этом фюзеляжем, двигателями и подсистемами инновации не ограничатся. Композиты с превосходными характеристиками и сверхтермостойкие материалы станут активно использоваться при постройке будущего поколения самолетов и двигателей, вплоть до значимых изменений на молекулярном уровне. Boeing и Airbus уже добились серьезного снижения веса и соответствующего снижения расхода топлива за счет обширного применения композитов в моделях 787 и A350, соответственно. В то же время частные и государственные научно-исследовательские организации во всем мире занимаются моделированием новых типов сплавов и различных волокон с усиленными несущими характеристиками, благодаря которым самолеты станут еще прочнее, легче, дешевле в производстве и смогут без проблем пережить попадание в жесточайшие условиях эксплуатации.

Не меньше усилий затрачено и на развитие передовых методик производства. Речь, в частности, об аддитивном производстве или 3D-печати, в ходе которого сложные детали изготавливаются путем сплавления и наложения множества слоев материала – подход абсолютно противоположен традиционной машинной обработке, которая предполагает вытачивание деталей из сплошной заготовки. К примеру, GE Aviation из Эвендейла, Огайо, с помощью 3D-печати выпускает топливные форсунки для некоторых реактивных двигателей, а Pratt & Whitney (P&W) из Восточного Хартфорда, Коннектикут, при помощи этой технологии изготавливает компоненты современных турбин для реактивных двигателей.

Конечно, пока технология находится на раннем этапе развития, материаловеды и технологи этого не отрицают. «Но подобные решения готовят революцию», - говорит Лин Гамбил, главный инженер по производству и глобальному обслуживанию в Pratt & Whitney. «Аддитивное производство выигрывает за счет быстрого, эффективного с точки зрения энергозатрат изготовления деталей, которые сложно получить иным образом без настолько ощутимой экономии отходов материала».

Несомненно, авиация в ближайшие десятилетия сильно изменится, вопрос вызывает лишь скорость протекания эволюции. Для вывода новых технологий на рынок потребуются значительные инвестиции и желание брать на себя новые бизнес-риски – два аспекта, редко встречающиеся рука об руку в аэрокосмической отрасли, говорит Аарон Холандер, президент, председатель совета директоров и генеральный директор компании First Aviation Services в Уэстпорте, Коннектикут, которая специализируется на проектировании, обслуживании и ремонте компонентов. «В то же время, - отмечает он, - у аэрокосмической отрасли давняя репутация и богатый опыт расширения границ и освоения передовых решений, и я более чем уверен, что эта традиция сохранится».

автор статьи тони Велоччи Вернуться к началу страницы
автор статьи тони Велоччи

Отсканируйте, чтобы посмотреть на сверхзвуковой служебный самолет Aerion AS2
https://youtu.be/5opnLqanUvE