Недавно мы опубликовали в Telegram-канале фото самолёта из космоса и спросили: что это за тип воздушного судна? Выглядит он необычно из-за особой формы крыла, нехарактерного для серийно выпускавшихся воздушных судов, хотя отдалённо напоминает Boeing 707.
Но нет, это Airbus A340-300, который превратили в летающую лабораторию для изучения «ламинарного» крыла. Сейчас расскажем, что это такое:
Само крыло, конечно, не может быть ламинарным. Ламинарным может быть только обтекание крыла воздушным потоком. У обычных самолётов это обтекание турбулентное: воздушный поток в нескольких сантиметрах от передней кромки крыла начинает завихряться, молекулы газов перемешиваются, и на эти перемешивания тратится немало энергии, они вносят основной вклад в аэродинамическое сопротивление планера.
При ламинарном потоке молекулы газов движутся линейно. Это снижает аэродинамическое сопротивление (в теории аж до 80%), а также позволяет увеличить скорость самолёта.
Чтобы сделать поток ламинарным, нужна особая форма крыла. Причём важно сохранить баланс между аэродинамическим сопротивлением и подъёмной силой. Но главное – поверхность должна быть идеально гладкой, особенно верхняя его часть. Заклёпки, стыки, и даже следы от насекомых сильно портят картину. Кроме того, крыло должно быть максимально жёстким (потому что вибрации и изгибы тоже «портят» ламинарность), однако не настолько жёстким, чтобы развалиться от перегрузок в первой же зоне турбулентности во время полёта – не просто так крыло может изгибаться в очень широких пределах! При этом у современных самолётов есть ещё и выпускающиеся предкрылки… Также материал крыла должен выдерживать дождь, обледенение и т.п.
В общем, инженерная задача очень сложная. При этом нет цели сделать поток полностью ламинарным, смысл в том, чтобы сохранить его ламинарным как можно дольше – например, хотя бы вдоль 30% хорды крыла.
Долгое время эксперименты велись в аэродинамических трубах и на небольших моделях-демонстраторах. Однако в сентябре 2017 года Airbus в рамках проекта BLADE (не «ЛЕЗВИЕ», а Breakthrough Laminar Aircraft Demonstrator in Europe) впервые поднял в небо большой дальнемагистральный A340-300 с модифицированным крылом. С каждой из двух сторон штатные части крыла были заменены 9-метровыми секциями из углепластика с двумя элеронами. При этом угол стреловидности у них составляет всего 20 градусов, а не 30, как у крыла A340, поэтому сверху самолёт и выглядит необычно – с неровной передней кромкой. Кстати, интересно, что слева и справа кромка разная: с одной стороны углепластиковая, с другой – металлическая.
Внутри новые секции были напичканы датчиками для изучения свойств воздушного потока, деформаций и множества других параметров. Лётные испытания продолжались до апреля 2018 года, самолёт-лаборатория налетал более 66 часов. Выяснилось, что ламинарность потока сохраняется вдоль 50% хорды крыла, что очень хорошо: за счёт этого аэродинамическое сопротивление всего самолёта снижается на 8%, что превращается в экономию 5% топлива на рейсе протяжённостью 1500 км. 5% топлива для коммерческой авиации – очень серьёзный показатель. Правда, такая экономия достигается при скорости 0,75-0,78 М (на эшелоне это 800-820 км/ч путевой скорости), в то время как у серийного A340 крейсерская – 0,82-0,84 М (870-890 км/ч), то есть, экономичность достигается за счёт снижения скорости полёта.
Однако у узкофюзеляжных самолётов, например, A320, крейсерская скорость меньше и составляет как раз 0,78-0,82М. А протестированные технологии ламинарного обтекания предназначены как раз для перспективного узкофюзеляжного самолёта, который заменит семейство A320.
Дальнейшие работы должны были идти не просто над ламинарным, а над адаптивным управляемым крылом с гибкой обшивкой, что позволяло бы динамически изменять его профиль в разных режимах полёта, но потом из-за пандемии их свернули и с тех пор не возвращались, а самолёт так и стоит на базе хранения в Тарб-Лурде.
Илья Шатилин