Публікація чому так складно побудувати надзвуковий авіалайнер

Публікація чому так складно побудувати надзвуковий авіалайнер


Знаменитий «Конкорд» міг долетіти з Лондона до Сіднея за 17 годин, три хвилини і 45 секунд; Boeing 747 робить це за 22 години.

Кінець літаків «Конкорд» і «Туполєв» залишив надзвуковий ринок порожнім. Але зараз, через 12 років після того, як «Конкорд» здійснив свій останній політ, на папері розглядаються проекти ще більш швидких літаків.

Публікація чому так складно побудувати надзвуковий авіалайнер

Один з таких проектів - Lapcat II, спроектований європейцями літак, здатний набирати швидкість у вісім разів швидше звуковий (8500 км / ч). Він зможе доставити пасажирів з Брюсселя в Сідней за 2 години 55 хвилин.

Йохан Стілант, головний інженер Європейського космічного агентства і координатор Lapcat-II, і його колеги відчував два прототипи. Один - літак в 5 махів, Lapcat-A2, оснащений ПВРД на охолодженому повітрі; другий - багатообіцяючий проект ESA, в 8 махів, теж оснащений ПВРД (прямоточним повітряно-реактивним двигуном).

ПВРД - це двигун, що пропускає повітря, без великих рухомих частин. Під час прямого руху, двигун стискає вхідне повітря, що проходить з високою швидкістю, і відправляє в камеру згоряння. Схожим чином працюють новітні сучасні ракети. ПВРД може забезпечити дуже високу швидкість руху літака. Але чим його годувати? Вибір палива вкрай важливий, особливо в світлі того, що майбутній надзвуковий флот буде щосили знижувати відсоток викидів шкідливих відходів в атмосферу. З цією метою був обраний водень, а не паливо на основі вуглеводнів.

Більш того, рідке водневе паливо не особливо паливно в середині польоту. Хоча водень може спалахнути, ризики вибуху або пожежі нижче, якщо порівнювати з сучасним гасових авіапаливом. NASA використовувало таке ж паливо для харчування космічних шатлів.

«Якщо буде витік, водень такий легкий, що кинеться вгору; відповідно, не утворюється калюжі з воднем на землі, як у випадку з гасом. Водню, як і гасу, потрібен запальник або джерело тепла для ініціації горіння, так що спонтанно він не загориться », - каже Стілант.

Команда Lapcat-II не самотня в цій області. Вони діляться ідеями та концептами з дослідниками по всьому Тихому океану. В Азії Японське агентство аерокосмічних досліджень (JAXA) також працює над надзвуковим лайнером під назвою Hytex, призначеним для перетину Тихого океану протягом двох годин на швидкості 5 махів.

Як Lapcat-II, так і JAXA є частиною проекту передачі знань про надзвуковий сфері між Європою і Японією - проект називається Hikari.

Публікація чому так складно побудувати надзвуковий авіалайнер

Агентства начебто NASA також досліджують можливості надзвукового руху

Турбореактивний двигун Hytex був успішно випробуваний в експериментальному польоті, в якому була змодельована швидкість до 1,8 махів. Hytex використовує рідкий водень як в якості палива, так і охолоджуючої рідини для повітряних подорожей на надзвукових швидкостях.

«Ми закінчили випробування ескізного проекту Hytex в аеродинамічній трубі. Витрата палива складає одну п'яту від витрати ракетних двигунів », - каже Хідеюкі Тагучі, глава з досліджень надзвукових літаків в JAXA.

Ефективна доставка водню - один з головних чинників, що впливають на високі експлуатаційні витрати. Якщо водень можна буде отримати з природного газу, а не з електролізу води, вартість авіаквитків на гіперзвукової поїздку може впасти приблизно до половини ціни квитка бізнес-класу.

Виходячи з поточних прогнозів, ціна квитка буде приблизно в три рази дорожче, ніж в середньому для поточних дозвукових квитків бізнес-класу. Оцінки показують вартість в 5000 євро за місце в польоті з Брюсселя в Сідней в один кінець.

Великим питанням залишається створення водню.

«Вітряні турбіни можуть накопичувати енергію, виробляючи водень, - каже Стілант. - Це вже було встановлено мережею бельгійських супермаркетів, навантажувачі яких працювали на водні, зробленому місцевим вітропарку ».

Навіть якщо авіалайнери на водневому паливі не виділяли б накопичуються парникові гази на кшталт діоксиду вуглецю, оксидів сірки або сажі, як сучасні дозвукові літаки, є й інша проблема. Водяна пара, вироблений згорянням водню, залишається в стратосфері протягом довгого часу і може стати істотним внеском в глобальне потепління.

Публікація чому так складно побудувати надзвуковий авіалайнер

Радянський «Ту-144» був єдиним літаком, який перевозив пасажирів швидше за швидкість звуку »

І цей ефект може стати гірше, ніж той, що надає сучасний флот літаків дальнього сполучення - водний пар буде залишатися в повітрі все довше. «Ми досі не з'ясували, як водяна пара розпадається згодом, - каже Стілант. - Попередні дослідження показали, що час життя водяної пари зменшується в геометричній прогресії, від 30 років на висоті 25 кілометрів до менш року на висоті 32-34 кілометрів ».

Lapcat-II також планує пускати свій варіант авіалайнера на 8 махів на висоті 33 кілометрів, мінімізуючи тим самим вплив на навколишнє середовище. Альтернативним паливом може стати скраплений природний газ, який-небудь переохолоджену рідкий метан; зберігати газ в рідкому стані куди простіше, ніж в газоподібному.

«Якби існував ринок реактивних двигунів малого бізнесу, все було б простіше», - каже Стілант.

Гонка за небеса

Інші компанії вже працюють над тим, щоб зробити бізнес сверзвуковой авіації реальністю. Airbus запатентувала дельта-крило сверзхвуковой проект на 4,5 маху, який можна буде використовувати для створення літаків бізнес-класу. Також компанія працює з американським стартапом Aerion над створенням доступного флоту надзвукових літаків для багатих клієнтів.

Є одна проблема з швидкими польотами - той самий «бум», коли ви розривається звуковий бар'єр. Європейські надзвукові літаки літатимуть над Північним полюсом і перетинати Берингову протоку, уникаючи населених земель. Звуковий вибух породжує 160 децибел шуму, який доходить до землі і може пошкодити слух людини. Старенький «Конкорд» виробляв 135 децибел шуму на Землі - набагато більше, ніж середньостатистичний авіалайнер.

Ще одна проблема в тому, що коли надзвуковий літак змінює свою швидкість, здійснює маневр або повертає, народжується «супербум». На землі цей «супербум» в два-три рази голосніше, ніж на висоті літака. Оскільки європейський надзвуковий літак буде літати вище, його ударні хвилі на землі будуть розсіюватися і виробляти меншу ударну хвилю.

В Європі, група Стіланта відчуває свій проект на 300 місць, хоча поки і в масштабі 1: 120 на швидкості в 8 махів в аеродинамічній трубі. Вони довели, що цей проект може виробляти позитивну тягу. Хоча проект споживає в два рази більше палива в секунду, ніж літак на 4 маха, він і шлях його проходить за половину часу - тому споживання палива на часовому відрізку буде практично таким же.

Справитися з теплом буде досить важко. Все, що рухається на 5 махах і вище, має зіткнутися з температурою поверхні до 1000 градусів за Цельсієм. Алюміній і титан будуть плавитися як масло на такій швидкості. Тому повинні використовуватися керамічні панелі.

Публікація чому так складно побудувати надзвуковий авіалайнер

JAXA вивчило потенційний ринок надзвукових літаків, які подорожують на 5 махах, і з'ясувало, що літак на 100 пасажирів, що здійснює два рейси на день, цілком можливий умовах нинішнього ринку. Ці пасажири будуть представлені в основному любителями квитків першого класу.

До 2030 року надзвукова авіаційна промисловість буде задіяти понад 500 000 чоловік і буде обходитися в 3,5 мільярда євро в рік, згідно з дослідженням Airbus і Японської корпорації з розвитку літаків.

«За оцінками, вартість квитка з Токіо в Лос-Анджелес буде такою ж, як зараз вартість квитків першого класу», - говорить представник компанії. 10% пасажирів поточного ринку будуть готові платити за економію часу.

«Конкорди» і «Туполєва», що проклали шлях для надзвукових повітряних подорожей в 70-х роках нині припадають пилом в музеях. Але їх справа не буде забуто, і дуже скоро високо над нашими головами знову залітають і загримлять надзвукові літаки.