Экспериментальная программа HEXAFLY-INT: на пути к гиперзвуковому лайнеру

Осенью 2003 года в свой последний коммерческий рейс отправился самолет Concorde. На этом эра массовых сверхзвуковых пассажирских перевозок завершилась. Новые проекты гражданских самолетов с подобными характеристиками неоднократно предлагались авиационной промышленностью, но ни один из них пока не смог дойти хотя бы до испытаний. Тем не менее, прогресс и технические достижения последних десятилетий вновь позволяют вернуться к теме перевозки пассажиров с высокими скоростями. Новой попыткой создания высокоскоростного гражданского воздушного транспорта является международный проект HEXAFLY-INT.

Следует напомнить, что проект пассажирского самолета «Конкорд», в связи с его высокой сложностью, в свое время разрабатывался совместными усилиями британской и французской промышленности. Желание получить высочайшие характеристики в рамках нового проекта привело к тому, что перспективная программа HEXAFLY-INT тоже реализуется силами большого числа предприятий из ряда стран. К проекту было привлечено полтора десятка научных и проектных организаций из восьми стран. Значительная часть работ выполняется организациями Европы. Кроме того, в программе участвуют российские и австралийские ученые.


Экспериментальная программа HEXAFLY-INT: на пути к гиперзвуковому лайнеру


Российская наука представлена в программе HEXAFLY-INT Центральным аэрогидродинамическим институтом, Центральным институтом авиационного моторостроения, Летно-испытательным институтом и Московским физико-техническим институтом. Все эти организации имеют большой опыт в деле создания авиационной техники, а кроме того, располагают большим числом научно-исследовательских и испытательных объектов.

Цели нового проекта отражены в его названии. HEXAFLY-INT расшифровывается как High-Speed Experimental Fly Vehicles – International («Высокоростной экспериментальный летательный аппарат, международный»). Как следует из такого названия, пока целью ученых и конструкторов является создание опытной машины, способной показать высочайшие характеристики и собственным примером подтвердить реальные перспективы основных идей проекта. В дальнейшем на основе новых идей и решений могут быть созданы полноценные сверх- и гиперзвуковые лайнеры, пригодные для эксплуатации на воздушных линиях.

Работы стартовали в 2014 году. На проведение исследований, конструкторских работ и ряда требуемых испытаний отводилось 5 лет. Таким образом, реальные результаты программы будут получены в 2019 году. Насколько известно, к настоящему времени часть требуемых работ уже была выполнена и позволяет продолжать проектирование будущих летных прототипов.

В основе проекта HEXAFLY-INT лежит желание авиационных организаций создать перспективный гражданский лайнер, способный решать задачи перевозки пассажиров с максимальной эффективностью и высокими характеристиками. Так, конечной целью программы является получение крейсерской скорости не менее 5000-6000 км/ч или выше. Имея такие характеристики, лайнер сможет за кратчайшее время проделывать самый длинный путь. К примеру, из Брюсселя в Сидней (более 18,7 тыс. км) такой самолет доберется примерно за три часа. Полет из Брюсселя в Токио займет чуть более двух часов.


Макет летательного аппарата HEXAFLY-INT. Фото ЦАГИ / tsagi.ru


Очевидно, что получение таких летных характеристик является крайне сложной задачей. Тем не менее, к настоящему времени мировая авиационная промышленность располагает достаточной научно-технической базой, как минимум, для приближения к желаемым параметрам. В рамках программы HEXAFLY-INT предлагалось провести большой объем научно-исследовательских работ, по результатам которых следовало определить облик опытного летательного аппарата. Последний в дальнейшем сможет стать «прародителем» полноценных лайнеров, предназначенных для перевозки людей или грузов. По понятным причинам, на проведение всех исследований, проектирование и испытания изначально отдавалось несколько лет.

Фактически главной целью проекта HEXAFLY-INT является создание испытательной платформы-демонстратора технологий, на которой будет проверяться различное оборудование, перспективные подходы и т.д. На этапе теоретической и экспериментальной проработки предполагается провести изучение шести основных вопросов, затрагивающих разные аспекты перспективного летательного аппарата.

В первую очередь, необходимо оценить общую эффективность и производительность летательного аппарата. В этом контексте следует изучить общие аэродинамические параметры, топливную эффективность, прочность конструкции при воздействии механических и температурных нагрузок, а также проработать прочие общие вопросы. Вторым направлением исследований является разработка оптимального аэродинамического облика с высокими характеристиками. Необходимо получение максимально возможного аэродинамического качества при высокой маневренности и устойчивости.

В связи с имеющимися требованиями по скорости полета необходимо проработать проблематику силовой установки и всех связанных с ней компонентов. Летательный аппарат должен иметь особую конфигурацию воздухозаборников и каналов-воздуховодов, оснащаться воздушно-реактивными двигателями нужного класса, способными работать на всех скоростях полета, а также комплектоваться соответствующим сопловым аппаратом. Силовая установка также должна оказывать минимальное воздействие на окружающую среду. Аэродинамические и температурные нагрузки также приводят к особым требованиям в области прочности планера. Последний должен отличаться достаточной прочностью и высоким ресурсом.


Предполагаемая конструкция опытного летательного аппарата. Рисунок Researchgate.net


Высокая скорость полета не позволяет эффективно управлять самолетом только силами экипажа, из-за чего ему необходимы автоматические средства контроля. Их следует использовать для слежения за состоянием бортовых систем, навигации и т.д.

На первом этапе программы HEXAFLY-INT предполагалось изучить шесть основных вопросов, найти оптимальные решения этих проблем и объединить их в предварительный проект летательного аппарата. При этом организации-участники из нескольких стран должны были использовать уже имеющиеся знания и опыт, а также проводить новые исследовательские программы. После всех подобных работ следовало разработать и построить модели для проведения исследований в аэродинамических трубах. Затем проект мог перейти в стадию сборки и проверки летного образца.

Интересно, что на определенном этапе авторам перспективного проекта удалось смягчить некоторые требования к моделям и прототипам. В связи с ограничениями, накладываемыми размерами европейских исследовательских комплексов, модель для аэродинамических испытаний изначально могла иметь длину не более 1,5 м. Благодаря участию в работах российского ЦАГИ этот параметр удалось увеличить вдвое. Как следствие, появились дополнительные объемы, пригодные для размещения тех или иных приборов. В дальнейшем, при создании полноценного летного прототипа, возможно дополнительное увеличение длины аппарата, вплоть до 4,5-5 м.

К настоящему времени ученые нескольких стран смогли найти оптимальный облик планера, обеспечивающий желаемые летные характеристики и пригодный для использования в проекте пассажирского самолета. В соответствии с этими идеями еще несколько лет назад было изготовлено несколько макетов. Часть таких изделий предназначалась для предварительных испытаний, тогда как другие собирались исключительно для показа на выставках. Кроме макета специалистам и широкой общественности демонстрируются многочисленные рекламные материалы по проекту.


Моделирование обтекания опытного образца. Рисунок European Space Agency / esa.int


На данный момент программа HEXAFLY-INT подразумевает строительство летательного аппарата необычного облика. Он должен иметь фюзеляж большого удлинения, отличающийся малыми поперечными размерами. Для правильного взаимодействия с воздухом на больших скоростях предлагается использование плоской и незначительно скругленной носовой части, позади которой имеется длинный носовой отсек-обтекатель. Характерной чертой фюзеляжа макета является отсутствие сплошной верхней части носового обтекателя. Там находится треугольный вырез, выполняющий функции воздухозаборника. Фактически нос аппарата выполнен в виде лотка, обеспечивающего подвод атмосферного воздуха к каналу двигателя.

Основная часть фюзеляжа должна иметь сечение, близкое к прямоугольному, но имеющее скругленные углы. В хвостовой части фюзеляжа предлагается устанавливать кили большой стреловидности, размещенные с большим развалом наружу. Для управления по курсу должны использоваться рули направления, выполненные в виде крупных задних секций килей.

Проект предусматривает использование треугольного крыла малого удлинения, корневая часть которого занимает почти всю бортовую часть фюзеляжа. У задней кромки крыла должны располагаться управляющие поверхности. Ввиду невозможности применения стабилизаторов традиционной конструкции опытная техника получит элевоны, способные выполнять функции рулей крена и высоты.

По имеющимся данным, на первых этапах исследований опытный образец получит упрощенную конструкцию. В частности, носовой воздухозаборник будет прикрыт обтекателем. Внутренние объемы фюзеляжа будут отданы под установку разнообразной радиоэлектронной аппаратуры различного назначения. Такое бортовое оборудование во время полета будет отслеживать различные параметры, а также записывать или отправлять данные на землю. Важной особенностью опытного образца станет отсутствие собственной силовой установки. На первых этапах проверки предполагается обойтись только разгонной системой.


Термические нагрузки на планер. Рисунок Centro Italiano Ricerche Aerospaziali / cira.it


К хвостовой части фюзеляжа будет крепиться система Experimental Service Module («Экспериментальный сервисный модуль»). Это устройство представляет собой агрегат с коническим корпусом и набором стоек для соединения с летательным аппаратом. Внутри корпуса будет помещаться разнообразное оборудование, в том числе газовые рули. Модуль ESM предназначается для управления летательным аппаратом на определенных этапах полета.

Для разгона летного образца планируется использовать специальную ракету. Она должна будет стартовать с наземного полигона, выйти на требуемую траекторию и разогнаться до нужной скорости. Затем произойдет сброс опытного HEXAFLY-INT. Полет по заданной траектории будет выполняться в соответствии с заранее загруженной программой. Часть полета будет производиться при помощи системы ESM, после чего произойдет ее сброс. Затем, потеряв кинетическую энергию, опытный образец должен будет приводниться в заранее определенном районе мирового океана, на сравнительно большом расстоянии от точки старта. На протяжении всего полета его планируется отслеживать при помощи наземных, корабельных или авиационных радиолокационных станций.

Согласно ранее опубликованным данным, авторы проекта HEXAFLY-INT рассматривали несколько возможных площадок для будущих испытаний. Так, на начальном этапе программы наиболее удобным выглядел полигон Андоя в Норвегии. Эта площадка имеет ряд объектов и набор оборудования, пригодные для работы с ракетами и иной специальной техникой. Кроме того, благодаря своему расположению, она позволяет запускать высокоскоростные летательные аппараты в удаленные районы Мирового океана, что снизит риски и негативное влияние на наземные объекты, народное хозяйство и т.д.

Перспективная научно-исследовательская программа пока не вышла из стадии теоретических изысканий, но ее участники уже определяют примерные черты облика будущего сверхзвукового самолета, пригодного для эксплуатации авиакомпаниями. Примечательно, что в связи со сложностью проекта выполнение всех имеющихся планов будет идти в два этапа. Как следствие, высочайшими летными характеристиками и гиперзвуковой скоростью будет отличаться только второй самолет нового семейства.


Схема испытательного полета. Рисунок Researchgate.net


Известно, что перспективный самолет «первой очереди», созданный на основе наработок по программе HEXAFLY-INT, сможет летать со скоростью около 2000 км/ч. Дальность полета достигнет 8600 км. Предполагается использование пассажирских кабин разной конфигурации, отличающихся количеством мест для людей и груза. Для получения требуемой топливной эффективности в сочетании с желаемыми параметрами тяги и экологической безопасности самолет могут оснастить перспективными реактивными двигателями, использующими сжиженный водород.

Второй вариант перспективного самолета, по разным оценкам, должен будет иметь определенные отличия от предшественника, связанные с иными техническими требованиями. Именно в этом проекте предполагается решить основную задачу по достижению гиперзвуковых скоростей полета, позволяющих за считанные часы попадать на другие континенты. По понятным причинам, точный облик такого самолета пока остается неизвестным. Его удастся определить только по результатам текущей программы.

На выполнение работ в рамках проекта HEXAFLY-INT, стартовавшего в 2014 году, отведено пять лет. За это время предполагается провести весь объем теоретических исследований, испытать макеты летательных аппаратов в аэродинамических трубах, а затем провести полномасштабную проверку летного образца. При получении положительных результатов подобных работ будет дан старт следующим проектам, которые должны будут привести к появлению новых самолетов.

Различные работы в рамках крупного проекта распределены между разными организациями из всех стран-участниц. Специалисты постоянно обмениваются информацией, а кроме того, проводят рабочие встречи, в ходе которых обсуждают последние достижения и пути дальнейшего развития проекта. Последнее на данный момент подобное мероприятие состоялось в конце мая на базе российского Центрального аэрогидродинамического института. Во встрече участвовали представители всех организаций, занятых в программе. Следующая рабочая встреча проекта HEXAFLY-INT состоится осенью этого года. На этот раз коллег будут принимать французские ученые.


Маршруты для полета из Брюсселя в Сидней (слева) и из Брюсселя в Токио (справа). Рисунок European Space Agency / esa.int


Перспективные образцы авиационной техники, способные показывать высочайшие летные и эксплуатационные характеристики, представляют большой интерес для множества стран, но далеко не все из них способны самостоятельно создавать подобные проекты. В связи с высокой сложностью необходимых работ было решено действовать сообща. В программе HEXAFLY-INT участвует сразу восемь стран, представленных 15 научно-исследовательскими и проектными организациями.

С момента запуска программы прошло чуть более трех лет. За это время ученые из нескольких стран сформировали общие требования к проекту, а также выполнили значительный объем исследований. Сейчас полным ходом идет подготовка к строительству и испытаниям полноценного летного образца. В соответствии с имеющимся графиком, это изделие пройдет проверку до 2019 года. Испытания прототипа позволят определить реальные перспективы оригинальной программы и, при получении желаемых результатов, приступить к разработке новых пассажирских самолетов.

По понятным причинам, сроки появления пассажирских лайнеров, построенных с использованием наработок по программе HEXAFLY-INT, пока остаются неизвестными и вряд ли будут определены в ближайшее время. Более того, при определенном стечении обстоятельств международная группа предприятий может отказаться от таких планов ввиду их чрезвычайной сложности и отсутствия реальных перспектив.

Однако для определения реальных перспектив многообещающего направления необходимо завершить текущую программу. Силами большого числа ученых из нескольких стран проект HEXAFLY-INT продвигается вперед и уже дает некоторые результаты, хотя и только теоретического характера. Работы продолжаются и приближаются к наиболее интересному этапу. Первый полет экспериментального образца должен состояться в ближайшие годы. Эти испытания станут главным результатом текущей программы, а кроме того, возможно, приблизят момент начала использования гиперзвуковой техники в сфере авиаперевозок.


По материалам сайтов:
http://esa.int/
http://tsagi.ru/
http://ciam.ru/
https://researchgate.net/
http://cira.it/
Автор:
Рябов Кирилл
Ctrl Enter

Заметив ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter

63 комментария
Информация

Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти