На днях, на страницах "Ридуса" мы обсуждали перспективы сверхзвуковой гражданской авиации, и пришли к выводу, что сверхзвуковые авиалайнеры выйдут на линии еще при нашей жизни. Это не вызывает никаких сомнений, ибо спрос на быстрые и сверхбыстрые перемещения на большие расстояния (как минимум, до изобретения телепортации) никуда не денется, тогда как существующий уровень развития технологий уже позволяет существенно снизить стоимость сверхзвуковых перелетов. Подтверждением тому является сразу несколько проектов скоростных (сверхзвуковых) лайнеров, которые "станут на крыло" в уже обозримой перспективе.
В то же время, повышение скорости передвижения за разумные деньги - не единственное требование к современной гражданской авиации. Зачастую, более важной задачей становится доставка по воздуху одним рейсом как можно большего количества пассажиров, причем с высоким уровнем комфорта, низким расходом топлива и минимальной нагрузкой для окружающей среды. Этот вопрос волнует сегодня авиаконструкторов ничуть не меньше чем сверхзвук, хотя пути достижения этих двух целей будут определенно разными.
Принцип ската
Нетрудно догадаться, что решение второй задачи заключается в увеличении полезного пространства пассажирских бортов, используемых в массовых перевозках. А это невозможно без революционных изменений в конструкции самих летательных аппаратов.
На протяжении последнего столетия базовая конструкция классического самолета, обозначаемая формулой "труба и крыло" практически не изменялась. "Труба" (она же фюзеляж) предназначается для размещения полезной нагрузки, а "крыло" обеспечивает подъем, удержание и перемещение всего этого в воздухе. И тот и другой элементы находятся в тесной зависимости друг от друга, предъявляя друг другу определенный набор неукоснительных требований.
Поскольку любой качественный переход требует слома стереотипов, такой слом просто не мог не состояться. В конце марта в Калифорнии путевку в небо получил демонстрационный образец летательного аппарата с совершенно новой для гражданского применения формулой "смешанное крыло".
Компания JetZero запустила Pathfinder - восьмикратно уменьшенную копию самолета, в котором фюзеляж и значительная часть крыла представляют собой единое целое. Это означает, что полезное пространство включает в себя и часть конструкции, традиционно идентифицируемую как крыло. Внешне аппарат напоминает ската, толстое и плоское тело которого выполняет роль плавника. Лишь его крайняя часть представляет собой плавник/крыло в классическом понимании и служит преимущественно для управления движением.
Хорошо забытое старое
Нельзя сказать, что "смешанное крыло" является чем-то принципиально новым. На самом деле, это развитие хорошо известной схемы "летающего крыла", самые ранние попытки создания которого предпринимались еще в конце 1920-х годов в Германии. В 1947 году американский авиаконструктор и промышленник Джек Нортроп разработал конструкцию "летающего крыла" с реактивным двигателем.
Сегодня по этой схеме построено множество различных БПЛА и ряд военных самолетов, включая знаменитый бомбардировщик невидимку В-2.
Отличие "смешанного" крыла от "летающего" заключается в том, что утолщение (являющееся частью фюзеляжа) приходится только на среднюю часть конструкции, а не на весь корпус, как у все того же В-2 или дронов.
О пользе гибридов
"Смешанное крыло" является своего рода гибридом "летающего крыла" и традиционной формулы "труба и крыло". Особенность его состоит в том, что оно позволяет расширенной части фюзеляжа (или утолщенной части крыла, как посмотреть) участвовать в создании подъемной силы, что всегда являлось прерогативой традиционного тонкого крыла. Такая форма способствует экономии топлива и создает бОльшие объемы для размещения полезной нагрузки в центральной части корпуса.
"Мы твердо верим в путь к нулевым выбросам в больших реактивных самолетах, а планер со смешанным крылом может обеспечить на 50% снижение расхода топлива и выбросов. Это ошеломляющий шаг вперед по сравнению с тем, к чему привыкла отрасль", - сказал в своем интервью CNN в августе прошлого года соучредитель и генеральный директор JetZero Том О’Лири.
Новая форма сделает интерьер салона отличным от того, что сегодня можно наблюдать в классических узко- и широкофюзеляжных самолетах. Большие пространства обеспечивают необычайную широту возможностей при проектировании салона. Число кресел в ряду может достигать 15 или 20, по аналогии с кинозалом.
Амбициозная цель
Самолет-демонстратор Pathfinder без труда получил сертификат летной годности FAA, что открывает ему путь к длинной чреде тестовых полетов.
О перспективности данной схемы свидетельствует то, что она активно изучается NASA и практически всеми мировыми аэрокосмическими гигантами уровня Boeing, и Airbus, создавшими в последние годы соответствующие демонстрационные прототипы. JetZero ставит перед собой самую амбициозную цель - ввести полноценный самолет со "смешанным крылом" в эксплуатацию уже к 2030 году.
Препятствия и их преодоление
Как уже отмечалось выше, разработкой аппаратов по схеме "смешанного крыла", из-за ее высокой эффективности, занимаются сегодня практически все ведущие аэрокосмические компании.
В связи с этим возникает вопрос: почему до сих пор не создано полноразмерных самолетов данного типа?
Дело в том, что во время взлета и посадки, а также в ходе полета, на самолет действуют серьезные разнонаправленные нагрузки. Аппарат, собранный по схеме "труба крыло" лучше справляется с постоянными циклами расширения и сжатия, которые сопровождают каждый полет. Сжатию/растяжению подвергается преимущественно "труба" (фюзеляж), тогда как нагрузка на изгиб приходится в основном на крылья. "Смешанное крыло", по сути, объединяет эти нагрузки.
В условиях использования классических материалов, все это затрудняло создание прочной и надежной конструкции по формуле "смешанное крыло". Ситуация изменилась лишь в последние годы с появлением легких, прочных и одновременно достаточно гибких композитных материалов.
Три версии
В планах JetZero сделать самолет эквивалентный по своим размерам Boeing 767. Как и в случае с этой машиной, предполагается разработать одновременно три варианта: пассажирский лайнер вместимостью более 200 пассажиров, грузовой самолет и военный топливозаправщик.
Возможность создания заправщика в форме "смешанного крыла" настолько воодушевила Пентагон, что в прошлом году ВВС США выделили JetZero 235 миллионов долларов на разработку полномасштабного демонстратора и проверку эффективности концепции. По этой причине не исключено, что военная версия "толстого самолета" появится раньше других, что поддержит разработку коммерческих моделей.