На чем мы будем летать в будущем

Возможно, скоро мы совсем по-другому будем рассаживаться в салонах авиалайнеров. Потому что авиалайнеры будут выглядеть по-другому. Они будут похожи на мультяшных толстеньких птичек, неторопливо плывущих в бескрайнем небе.

Возможно, скоро мы увидим революцию в дизайне самолетов коммерческой гражданской авиации. Процесс, который подспудно шел последние два десятилетия, начал ускоряться. 17 ноября появились сообщения о том, что европейский авиастроительный гигант Airbus Industry подал патентную заявку на новый пассажирский салон тороидального типа. Это вроде баранки или пончика.

Согласно заявке, пассажиры теперь будут находиться в дискообразном пассажирском салоне, рассаживаясь по кругу, как в цирке вокруг арены. Ареной же будет рампа для входа и выхода, а над ней может находиться кабина пилотов. И хотя подача такой заявки не значит, что европейский авиаконцерн тут же приступит к строительству нового типа воздушного судна, это крайне интересный сигнал, означающий, что и Airbus счел важным включиться в процесс создания самолетов нового типа. Хотя назвать новой такую идею можно с очень большой натяжкой.

А сегодня чем плохо?

Глядя на гигантский А-380 или изящный В-787, трудно поверить, что авиационные инженеры отнюдь не в восторге от всего этого великолепия. И хотя электроника и новейшие материалы смогли улучшить и экономичность, и безопасность полета современных лайнеров, настоящего прорыва нет. А без него будущее коммерческой авиации достаточно туманно.

Со времен первенцев реактивной пассажирской авиации: британского Comet, французского Caravelle, американского Boeing 707 и советского Ту-104 – внешний вид лайнеров изменился крайне незначительно. И дело не в капризах дизайнеров – схожая внешность определяется самим принципом конструкции и необходимостью создавать в пассажирском салоне повышенное (относительно внешней среды) давление.

Труба, в которой сидят пассажиры и лежат грузы, летит, опираясь на крылья. Чтобы не клюнуть носом и не сорваться в пике, ей необходим стабилизатор – своего рода противовес, который не дает носу самолета слишком наклониться вниз. Здесь работает принцип рычага: чем дальше от крыльев расположено хвостовое оперение, тем меньшей площади оно может быть.

Крылья самолета стремятся вверх, а фюзеляж с грузом тянет их вниз. Инженерам приходится проявлять чудеса изобретательности, чтобы они не отрывались на каждой воздушной яме. И чем больше, чем массивнее самолет, тем больше нагрузки. А именно гиганты нужны мировой авиации – чем больше объем самолета, тем больше пассажиров он вмещает, но тем выше топливная эффективность полета. К сожалению, самолеты летают и будут летать на керосине еще очень и очень долго. И цены на него в перспективе никак радикально не снизятся. Чем больше самолеты, тем их меньше одновременно в воздухе, тем легче управлять воздушным движением. Много резонов делать большие самолеты.

Но вот беда, физические свойства материалов, даже самых современных, имеют свой предел прочности. Тяжелая труба фюзеляжа, опирающаяся на относительно тонкие крылья, – эта конструкция имеет свой предел прочности. И вот поэтому уже очень давно появилась идея вообще отказаться от фюзеляжа.

От плоскости к крылу

Примерно 104 года назад, еще до начала Первой мировой войны, авиация пребывала в общественном сознании между цирковым аттракционом и спортом. Самолеты того времени неслучайно называли «этажерками» – это был набор плоскостей, одна над другой, на которые устанавливали мотор и кресло пилота.

Тот самый стабилизатор выносился на рейках либо позади, либо впереди места пилота. Таким образом, аэропланы того времени были просто воздушными змеями с мотором. И, кстати, как показывает опыт создания реплик старых машин, были вполне надежными для воздушных прогулок в хорошую погоду.

В первых аэропланах не было фюзеляжа и можно было наслаждаться открывающимися видами во всей полноте

Мировая война запустила гонку вооружений. Самолеты должны были летать быстрее, а сами они стали больше. Реечный каркас стали обтягивать тканью, чтобы уменьшить сопротивление воздуха. Так появился фюзеляж – продолговатая конструкция, в которой и стали размещаться пилоты, пассажиры и грузы. Грандиозный прорыв совершил Игорь Сикорский, создав первые в мире многомоторные самолеты «Русский витязь» и «Илья Муромец» еще в 1913 году. Компоновка «Ильи Муромца» до сих пор является базовой для всей мировой авиации.

Однако уже в то время математики, физики и инженеры задались вопросом теории аэро- и гидродинамики, изучая различные профили крыльев. Таким пионером в России был Николай Жуковский, который уже в конце XIX века заинтересовался теорией полета, наблюдая за экспериментами немецкого инженера Отто Лилиенталя. Он является соавтором первых теорем, объясняющих теорию полета; и, хотя современная наука далеко продвинулась вперед, его вклад остается фундаментальным. В числе прочего он обнаружил преимущества и недостатки у толстых крыльев. И одним из них была возможность вообще отказаться от фюзеляжа.

На одном крыле

Такая схема получила название «летающее крыло». Уже в 20-е годы ХХ века она стала привлекать инженеров. Достоинства схемы были впечатляющи. Прежде всего, толстое крыло делает ненужным фюзеляж. Точнее, крыло и становится фюзеляжем. Внутри его много места, полезную нагрузку можно разместить равномерно. Уменьшается собственный вес летательного аппарата при сохранении его прочности. Что важно – взлетная и посадочная скорости у такого аппарата уменьшаются.

Тем не менее, несмотря на удачные опыты и в СССР, и в Германии в 20-е годы, «летающее крыло» не приобрело распространения. Причина была проста – толстое крыло не очень удачно при высоких скоростях полета. Кроме этого, есть еще одна проблема – управляемость такого самолета. Отсутствие стабилизатора и вертикального киля приводит к тому, что самолет склонен к рысканью и качанию.

Великим энтузиастом «летающего крыла» был американец Джон Нортроп, который еще в 1941 году поднял в небо свой первый истребитель. После войны он продолжал свои разработки, создав прототип бомбардировщика YB-49 c экипажем семь человек и максимальным взлетным весом 88 тонн.

Самолеты YB-49 и В-2 представляют собой идеальное «летающее крыло»

Однако и эта программа была остановлена – слишком сложным было управление таким самолетом. Но появление компьютеров, которые взяли на себя управление многочисленными элеронами для обеспечения качественного управления полетом, позволило создать знаменитый бомбардировщик В-2, который все же пошел в серию. Ну а инженеры коммерческой авиации задумались над тем, как сделать эту схему максимально целесообразной для гражданской авиации.

Новое где-то рядом

Как всегда, кто-то где-то находит новый кусочек пазла, и постепенно создается картина «идеальной машины». При этом иногда есть смысл отыграть назад и взять то, что собирались решительно отбросить. Например, вертикальные кили. Для бомбардировщика «Стелс» они не нужны, так как резко уменьшают его «незаметность». Для гражданского самолета как раз заметность на экране радара – это достоинство.

Примером нестандартного подхода к проблеме может послужить советский, а затем российский проект ЭКИП. Этот забавный внешне аппарат напоминает по форме медузу с маленькими крылышками и прикрепленным сзади килем и стабилизатором. Крылья ему нужны только для управления: по сути дела, его крылом является он сам. Запатентованная система позволяет бороться с бедой всех толстых крыльев – образованием на задней кромке турбулентных потоков. Благодаря этому ЭКИПы могут взлетать и садиться с очень малой скоростью, буквально 100–150 км/час.

К сожалению, как часто в России бывает, продвинутая идея, воплощенная в металле, к тому же летающая, никого не заинтересовала. Саратовский авиазавод, где начинали разработку этого аппарата, пару лет как официально ликвидирован. А уцелевший ЭКИП успели передать в Военно-технический музей подмосковной Черноголовки. Однако идеи ЭКИПа, судя по всему, не пропадут – в начале 2000-х годов к нему проявляли интерес в разных странах, в том числе и в США. Главное, он продемонстрировал возможность существования подобного летательного средства.

А в ноябрьском выпуске журнала Popular Science в 2003 году появился материал, посвященный новому, революционному самолету компании Boeing – 797-й модели. Лайнер на тысячу пассажиров должен был стать ответом на вызов А-380. Правда, очень скоро стало ясно, что это было мистификацией, но основанной на реальной разработке NASA, которая взяла на вооружение концепцию гибридного «летающего крыла». Их проект рассчитывался на перевозку до восьмисот пассажиров на дистанцию 10 тысяч км. Аэродинамическая эффективность такого самолета, как показали исследования, в том числе и на летающей модели, была гораздо лучше, чем у лучших современных лайнеров.

В 2013 году был закончен очередной цикл летных испытаний летающего концепта Х-48 уже в версии «С». Этот концепт предполагает наличие вертикальных рулей, винглетов на законцовках крыльев, однако несущей основой будет дельтавидный корпус, выполняющий функцию крыла.

Х-48С стал гибридом обычного самолета и «летающего крыла», соединив достоинство обеих компоновок

Так что можно уверенно сказать, что европейцы, патентующие новый салон, крайне серьезно относятся к планам своих заокеанских конкурентов. Когда-то Айзек Зингер, создав свою швейную машинку, не стал патентовать весь механизм, а запатентовал только расположение ушка иглы близ острого конца. Патент на салон кольцеобразного типа, возможно, не так прост, как может показаться на первый взгляд. Ведь уже есть самолеты, где эту идею можно применить, и строятся они хоть и в России, но на гранты Евросоюза.

Российский безаэродромный самолет «Белла-1». Бублик с крылышками

  • Оцени статью:
  • Проголосовало: 3
  • Балл: 5