Эволюционные авиационные технологии на самолёты будущего

Эволюционные авиационные технологии на самолёты будущего

Авиационная транспортная сеть активно наращивается в рамках всего мира. Соответственно, увеличивается парк воздушной техники, призванной обеспечить транспортировку пассажиров и грузов. При этом современные воздушные суда зачастую представлены конструкциями, для которых требуются эволюционные авиационные технологии, учитывая степень загрязнения атмосферы Земли. Кроме того, уровень безопасности транспортных воздушных перевозок слишком низкий, как показывает практика эксплуатации машин. Здесь также требуются улучшения. Что ждёт авиацию мира в ближайшем будущем? Прогноз ниже даёт некоторое представление.

Прогноз на эволюционные авиационные технологии

Непрерывный прогресс достигается практически во всех областях авиации, где намечен курс на эволюционные авиационные технологии. В частности, отмечаются направления аэродинамики, материалов и конструкций, двигателей и систем авиационного оборудования. Явными примерами, где виден заметный прогресс, выступают:

  • естественное и гибридное управление ламинарным потоком,
  • новые конструкции двигателей ТРДД,
  • инновации авиационных систем.

Для последнего пункта списка – это электрические приводы шасси и топливные элементы выработки электроэнергии непосредственно на борту лайнеров. Применяя комбинации эволюционных авиационных технологий, представляется возможным повысить эффективность использования топлива примерно на 25–30% по сравнению с топливными расходами современных самолётов.

Эволюционные авиационные технологии и самолёты будущего + электроприводное шасси самолёта
Так называемые электроприводные шасси авиационной техники обещают эволюционные авиационные технологии

Тем не менее, дальнейшие усовершенствования конфигурации труб и крыльев современных самолётов, приводимых в действие турбореактивным двухконтурным двигателем (ТРДД), становятся все более сложными для понимания. Соответственно, эволюция здесь намечается не ранее 2035 года.

На более долгосрочную перспективу (2050 год) потребуются радикально новые конфигурации самолётов, так как необходимо значительно сократить расход топлива и выбросы углерода в атмосферу Земли. Новыми конфигурациями планера, которые в настоящее время считаются наиболее перспективными, являются:

  • подкосное крыло,
  • смешанное крыло,
  • двухконтурный фюзеляж,
  • самолёт с коробчатым крылом.

Долгого времени считалось, что смешанные корпуса крыльев (переходом крыла к фюзеляжу) являются решением, оптимизированным для большеразмерных самолётов, рассчитанных под несколько сотен пассажирских мест. Но последние годы проектируются небольшие смешанные корпуса крыльев машин вместимостью 100-200 пассажирских мест.

С одной стороны, здесь нет тех же недостатков, что показывают крупные конструкции, с точки зрения совместимости с аэропортами и приёма пассажиров. С другой стороны, относительно небольшие самолёты позволяют сократить время посадки и повысить комфорт пассажиров.

Перспективные эволюционные авиационные технологии двигателей

Наиболее перспективными технологиями двигателей самолётов являются так называемые «открытые роторы», поглощение пограничного слоя и электрические летательные аппараты. По причине большого веса на единицу хранимой энергии аккумуляторной батареи, выступающей в качестве основного накопителя энергии для двигателей самолётов, накладываются ограничения на размер и дальность полёта машин, полностью работающих на АКБ.

Также существуют различные категории гибридно-электрических авиационных двигателей, где используется жидкое топливо в качестве основного источника энергии. Эти системы выигрывают от высокой энергетической эффективности электродвигателей и используют аккумуляторы в качестве дополнительного источника энергии при пиковых нагрузках. Сегодня несколько типов самолётов авиации общего назначения с электрическим приводом уже находятся в эксплуатации.

Эволюционные авиационные технологии и самолёты будущего + двигатели с открытым ротором
Эволюционные авиационные технологии предполагают использование двигателей «открытого ротора»

В мире уже запущены специализированные стартапы для работы над созданием самолётов вместимостью 15-20 посадочных мест для следующего десятилетия. Также ведётся работа по созданию региональных самолётов вместимостью 50-100 посадочных мест с намерениями ввести технику в эксплуатацию к началу 2035 года.

Примерно 65% производства электроэнергии приходится на ископаемые источники. К тому же отмечается производство значительных объёмов CO2 – виновника глобального потепления. Поэтому, скорее всего, доля возобновляемой электроэнергии заметно возрастет в следующие десятилетия.

Эволюционные технологии операционные и экономические аспекты

Большинство радикально новых конфигураций лайнеров дают дополнительные преимущества помимо топливной экономичности. К примеру, более низкие затраты на техническое обслуживание электродвигателей по сравнению с двигателями внутреннего сгорания или более эффективное использование самолёта в течение дня, благодаря более короткому времени обслуживания в аэропорту.

Однако возникают новые проблемы при внедрении и эксплуатации такого типа машин. Явными проблемами видятся:

  • адаптация инфраструктуры аэропорта для машин с переходом крыла к фюзеляжу,
  • потребность в мощном электроснабжении заряда электрических машин,
  • высокий уровень шума,
  • низкие скорости полёта для открытых винтов.

Дополнительные эксплуатационные преимущества и потенциальные проблемы придётся учитывать вместе с экономией топлива при разработке радикально нового воздушного судна. Если прямые эксплуатационные расходы для нового типа судов значительно ниже, чем для сопоставимых моделей, тогда более высокая цена покупки оправдана.

Эволюционные авиационные технологии и самолёты будущего инженерами NASA
Примерно такими видятся лайнеры будущего согласно прогнозам инженеров агентства NASA

Тем не менее, очень высокая цена самолёта, даже если связана с высокой экономией, несёт непомерно высокие риски для авиакомпаний и клиентов. Производителям лайнеров придётся учитывать эти аспекты при установлении цен и определении количества воздушных судов для продажи без убытков.

Разработка принципиально нового типа самолёта требует крупных инвестиций для производителей. Нередко инвестировать слишком рискованно, учитывая дополнительные разработки, основанные на существующих концепциях воздушных судов, предлагающие аналогичную степень улучшения. С другой стороны, принципиально новые воздушные машины — это хорошая возможность для новичков аэрокосмического рынка.

Расчётное сокращение выбросов углерода

Воздействие эволюционных авиационных технологий на выбросы CO2 глобальным авиапарком будущего моделируется для различных сценариев, описывающих различные степени роста воздушного движения и внедрения технологий. Три сценария роста авиаперевозок, разработанные 20-летним прогнозом ИАТА по пассажиропотоку, объединены с пятью сценариями внедрения технологий.

По сравнению с эталонным случаем, наиболее оптимистичный сценарий с введением электрических самолётов вместимостью более 150 мест до 2050 года обеспечит сокращение выбросов CO2 на 25%. После 2035 года скорость улучшения сильно зависит от выбранного сценария, а потому достигнет значений порядка 3% в год для самого оптимистичного сценария электрификации воздушной техники.

Наконец, появятся передовые типы воздушного транспорта, которые частично заменят коммерческие рейсы, выполняемые машинами дозвукового диапазона в ближайшем будущем. Ожидается, что новые сверхзвуковые лайнеры дальних магистральных рейсов, которые в настоящее время находятся в стадии разработки, возродятся после 2020-х годов, сначала для деловых применений, а затем для коммерческих. Однако экологические проблемы, связанные со сверхзвуковыми лайнерами, выражены больше, чем проблемы с машинами дозвукового диапазона.


При помощи информации: IATA