Почему так сложно построить сверхзвуковой авиалайнер

17 просмотров
Об авторе

Concorde

«Это волшебный самолет… удовольствие летать на таком сродни плотскому». Так Жоэль Корне-Темпле, старшая стюардесса Ari France, описала Concorde: один из первых в мире сверхзуковых самолетов, который летал с 1976 по 2003 год и имя которого стало нарицательным. Сможет ли самолет, который долетает до пункта назначения меньше чем за три часа, снова войти в эксплуатацию к 2030 году?

Знаменитый «Конкорд» мог долететь из Лондона до Сидней за 17 часов, три минуты и 45 секунд; Boeing 747 делает это за 22 часа.

Concorde был самым известным членом эксклюзивного клуба на двоих; другим гражданским авиалайнером, способным превышать скорость звука был советский «Туполев» — Ту-144 — он летал до 1999 года. Вариант этого «Туполева» использовался в экспериментах NASA, американской и российской аэрокосмической промышленности, в совместной исследовательской программе по окончании холодной войны.

Конец самолетов «Конкорд» и «Туполев» оставил сверхзвуковой рынок пустым. Но сейчас, спустя 12 лет после того, как «Конкорд» осуществил свой последний полет, на бумаге рассматриваются проекты еще более быстрых самолетов.

concorde

Вместе с прощальным реверансом «Конкорда» в 2003 году, ушла в отпуск и эпоха сверхзвуковых авиаперелетов

Один из таких проектов — Lapcat II, спроектированный европейцами самолет, способный набирать скорость в восемь раз быстрее звуковой (8500 км/ч). Он сможет доставить пассажиров из Брюсселя в Сидней за 2 часа 55 минут.

На конференции AIAA, посвященной сверхзвуковым космическим самолетам, в Глазго в Шотландии в июле, в документе, представленном разработчикам Lapcat-II, было заявлено, что первые испытания проекта показали, что самолет будет «чище» экологически, чем современные самолеты, таким же безопасным, а стоить будет не дороже современных дальнорейсовых летательных аппаратов.

Фактор топлива

Йохан Стилант, главный инженер Европейского космического агентства и координатор Lapcat-II, и его коллеги испытывал два прототипа. Один — самолет в 5 махов, Lapcat-A2, оснащенный ПВРД на охлажденном воздухе; второй — многообещающий проект ESA, в 8 махов, тоже оснащенный ПВРД (прямоточным воздушно-реактивным двигателем).

ПВРД — это двигатель, пропускающий воздух, без крупных движущихся частей. Во время прямого движения, двигатель сжимает входящий воздух, проходящий с высокой скоростью, и отправляет в камеру сгорания. Похожим образом работают новейшие современные ракеты. ПВРД может обеспечить очень высокую скорость движения самолета. Но чем его кормить? Выбор топлива крайне важен, особенно в свете того, что будущий сверхзвуковой флот будет изо всех сил снижать процент выбросов вредных отходов в атмосферу. С этой целью был выбран водород, а не топливо на основе углеводородов.

Более того, жидкое водородное топливо не особо горюче в середине полета. Хотя водород может воспламениться, риски взрыва или пожара ниже, если сравнивать с современным керосиновым авиатопливом. NASA использовало такое же топливо для питания космических шаттлов.

«Если будет утечка, водород такой легкий, что устремится вверх; соответственно, не образуется лужи с водородом на земле, как в случае с керосином. Водороду, как и керосину, нужен воспламенитель или источник тепла для инициации горения, так что спонтанно он не загорится», — говорит Стилант.

Команда Lapcat-II не одинока в этой области. Они делятся идеями и концептами с исследователями по всему Тихому океану. В Азии Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) также работает над сверхзвуковым лайнером под названием Hytex, предназначенным для пересечения Тихого океана в течение двух часов на скорости 5 махов.

Как Lapcat-II, так и JAXA являются частью проекта передачи знаний о сверхзвуковой сфере между Европой и Японией — проект называется Hikari.

Concorde

Агентства вроде NASA также исследуют возможности сверхзвукового движения

Турбореактивный двигатель Hytex был успешно испытан в экспериментальном полете, в котором была смоделирована скорость до 1,8 махов. Hytex использует жидкий водород как в качестве топлива, так и охлаждающей жидкости для воздушных путешествий на сверхзвуковых скоростях.

«Мы закончили испытания эскизного проекта Hytex в аэродинамической трубе. Расход топлива составляет одну пятую от расхода ракетных двигателей», — говорит Хидеюки Тагучи, глава по исследованиям сверхзвуковых самолетов в JAXA.

Водородный голод

Эффективная доставка водорода — один из главных факторов, влияющих на высокие эксплуатационные расходы. Если водород можно будет получить из природного газа, а не из электролиза воды, стоимость авиабилетов на гиперзвуковой поездку может упасть примерно до половины цены билета бизнес-класса.

Исходя из текущих прогнозов, цена билета будет примерно в три раза дороже, чем в среднем для текущих дозвуковых билетов бизнес-класса. Оценки показывают стоимость в 5000 евро за место в полете из Брюсселя в Сидней в один конец.

Большим вопросом остается создание водорода.

«Ветряные турбины могут накапливать энергию, производя водород, — говорит Стилант. — Это уже было установлено сетью бельгийских супермаркетов, погрузчики которых работали на водороде, произведенном местным ветропарком».

Даже если авиалайнеры на водородном топливе не выделяли бы накапливающиеся парниковые газы вроде диоксида углерода, оксидов серы или сажи, как современные дозвуковые самолеты, есть и другая проблема. Водяной пар, произведенный сгоранием водорода, остается в стратосфере в течение долгого времени и может стать существенным вкладом в глобальное потепление.

tu144

Советский «Ту-144» был единственным самолетом, перевозившим пассажиров быстрее скорости звука»

И этот эффект может стать хуже, чем тот, что оказывает современный флот самолетов дальнего следования — водный пар будет оставаться в воздухе все дольше. «Мы до сих пор не выяснили, как водяной пар распадается со временем, — говорит Стилант. — Предыдущие исследования показали, что время жизни водяного пара уменьшается в геометрической прогрессии, от 30 лет на высоте 25 километров до менее года на высоте 32-34 километров».

Lapcat-II также планирует пускать свой вариант авиалайнера на 8 махов на высоте 33 километров, минимизируя тем самым влияние на окружающую среду. Альтернативным топливом может стать сжиженный природный газ, какой-нибудь переохлажденный жидкий метан; хранить газ в жидком состоянии куда проще, чем в газообразном.

«Если бы существовал рынок реактивных двигателей малого бизнеса, все было бы проще», — говорит Стилант.

Гонка за небеса

Другие компании уже работают над тем, чтобы сделать бизнес сверзвуковой авиации реальностью. Airbus запатентовала дельта-крылый сверзхвуковой проект на 4,5 маха, который можно будет использовать для создания самолетов бизнес-класса. Также компания работает с американским стартапом Aerion над созданием доступного флота сверхзвуковых самолетов для богатых клиентов.

Spike Aerospace, другая американская компания, планирует запустить аналогичный бизнес сверхзвуковых пассажирских самолетов с внутренними видеоэкранами, соединенными с внешними камерами, которые будут вместо окон. У Lockheed Martin есть коммерческий самолет, N+2, который будет летать на 1,7 маха.

Есть одна проблема с быстрыми полетами — тот самый «бум», когда вы разрываете звуковой барьер. Европейские сверхзвуковые самолеты будут летать над Северным полюсом и пересекать Берингов пролив, избегая населенных земель. Звуковой взрыв порождает 160 децибел шума, который доходит до земли и может повредить слух человека. Старенький «Конкорд» производил 135 децибел шума на Земле — намного больше, чем среднестатистический авиалайнер.

Еще одна проблема в том, что когда сверхзвуковой самолет изменяет свою скорость, совершает маневр или поворачивает, рождается «супербум». На земле этот «супербум» в два-три раза громче, чем на высоте самолета. Поскольку европейский сверхзвуковой самолет будет летать выше, его ударные волны на земле будут рассеиваться и производить меньшую ударную волну.

NASA работает с Lockheed Martin и Boeing с целью разработки самолетов, которые будут разрывать звуковой барьер тише. С 2020 по 2025 год может вполне стать возможным появлением самолета, который сможет преодолевать звуковой барьер над населенной землей, не вызывая особого диссонанса.

В Европе, группа Стиланта испытывает свой проект на 300 мест, хотя пока и в масштабе 1:120 на скорости в 8 махов в аэродинамической трубе. Они доказали, что этот проект может вырабатывать положительную тягу. Хотя проект потребляет в два раза больше топлива в секунду, чем самолет на 4 маха, он и путь его проходит за половину времени — поэтому потребление топлива на временном отрезке будет практически таким же.

Вопрос тепла

Справиться с теплом будет довольно трудно. Все, что движется на 5 махах и выше, должно столкнуться с температурой поверхности до 1000 градусов по Цельсию. Алюминий и титан будут плавиться как масло на такой скорости. Поэтому должны использоваться керамические панели.

В ходе испытаний, тепла, которое накапливается на 8 маха, будет на 30% меньше, чем на 5 махах. Этот «тепловой парадокс» стал приятным сюрпризом для команды Стиланта, которая представила свои результаты на конференции в Глазго в июле. «Тепловая защита для 8 махов будет меньше, чем для 5 махов. И если у нас будет самолет полегче, у нас будет низкий расход топлива и меньшие по размеру баки, что сделает самолет еще меньше», — говорит Стилант.

lapcat

JAXA изучило потенциальный рынок сверхзвуковых самолетов, путешествующих на 5 махах, и выяснило, что самолет на 100 пассажиров, совершающий два рейса в день, вполне возможен условиях нынешнего рынка. Эти пассажиры будут представлены в основном любителями билетов первого класса.

К 2030 году сверхзвуковая авиационная промышленность будет задействовать свыше 500 000 человек и будет обходиться в 3,5 миллиарда евро в год, согласно исследованию Airbus и Японской корпорации по развитию самолетов.

«По оценкам, стоимость билета из Токио в Лос-Анджелес будет такой же, как сейчас стоимость билетов первого класса», — говорит представитель компании. 10% пассажиров текущего рынка будут готовы платить за экономию времени.

Испытания самолета Airbus и Aerion начнутся в 2019 году. Европейский самолет A2 на 5 махов должен быть построен за 20 лет. Аппарат на 8 махов от Европейского космического агентства может стать коммерчески устойчивым предприятием к середине 21 века.

«Конкорды» и «Туполевы», проложившие путь для сверхзвуковых воздушных путешествий в 70-х годах ныне пылятся в музеях. Но их дело не будет забыто, и очень скоро высоко над нашими головами снова залетают и загремят сверхзвуковые самолеты.

Почему так сложно построить сверхзвуковой авиалайнер

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

35 комментариев

  1. mr Vanya

    Я бы на месте ТНК развивал комфортабельность перелётов, а не скорость.
    С учётом современных технологий самолёты можно сделать гораздо просторнее для пассажиров. Кафе-бар, фитнес площадка, окулус рифт в каждое кресло и 10-12 часов полёта пролетят для вас незаметно

    • casio

      Угу и цена билета будет такой, что дешевле будет купить самолет самому, а не билет на него. Вот хотите вы на море слетать в Турцию. Заплатили 40000 за путевку и ещё 70000 за перелет, вот норм будет)

      • mr Vanya

        Всё дело в количестве. Цена самолёта лишь крохи в стоимости билета. Основное бремя это плата аэропортам, секьюрити, топливо, налоги и сверхприбыли для ТНК владельцев бизнеса в целом.
        То что самолёт подорожает на 10% с учётом двадцатилетних лизов вообще никто не заметит.

        • casio

          кофе-бар, фитнес - все это занимает место и имеет вес. Значит и пассажиров влезет меньше, и цена вырастет. Переплачивать даже 10% захотят только те кто летает бизнес классом, тогда как большинство летают экономом. Да и особой проблемы запихать в самолет больше комфорта нет. Сколько хочешь столько и пихай. Разрабатывать там ничего не надо. А если не пихают значит есть экономические причины.

          • mr Vanya

            Сам самолёт с учётом композитных материалов и всяких там "графенов" можно облегчить в разы. Хайтек велотренажёр, беговая дорожка, стол стул в баре ничего не весят на фоне трёх сотен пассажиров.

            Хотя дешевле конечно просто ничего не делать и докатывать старые самолёты пока летают.

            • casio

              Зайдем с другой стороны. А кто сказал что таких самолетов (с барами и тд) нет? Та же эмирейтс предоставляет самолеты где в 1 классе есть бар, душ, спальни и даже кинотеатр(понятно не большой). В обычные самолеты это пихать никто не будет. Даже при удорожании на 10% цена возрастет в разы. Нужно же рубить сверхприбыль с премиум сегмента.

              • mr Vanya

                Поэтому и нужна конкуренция. Вот начнут условно скажем "китайцы" клепать просторные лёгкие пластиковые самолёты с удобствами, тогда и боинг с аербасом зашевелятся и нам комфортнее станет.

                • casio

                  Так это удел авиокомпаний, а не производителей. Какой салон заказчик закажет такой и сделают. И не станет нам комфортнее. Если вы летаете 1 классом то вам и сейчас комфортно, а если экономом то там ничего и не изменится. Как вы это не можете понять?

                  • mr Vanya

                    У заказчика нет возможности влиять на конструктивные особенности самолёта. Да и салон он может выбрать в рамках предложенного производителем. Тип размещения А, Б, Ц ну и цвет отделки кресел и стен.
                    Я за то чтобы в самолёте можно было непринуждённо отрывать задницу от кресла, как например в поезде. Пора давно люкс двигать в сторону суперлюкса, а уровень комфорта обычных пассажиров поднимать на уровень люкса.
                    Сравните условия, как мы летали 30 лет назад и сейчас. Небо и земля, я считаю. Надо не останавливаться на достигнутом, а двигаться дальше в этом направлении.

                • Zacateca

                  Когда упадет две этих пластиковых игрушки, то на них никто летать не захочет (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • CSKA

              Один стол-стул в баре, конечно ничего не решит по сравнению с остальным. Но если делать бар, то навряд ли там будет один стол и один стул, все равно в сумме этого всего масса набежит и навряд ли маленькая

              • amd212

                конструктора пусть разбираются.
                Дримлайнер например весит 150 тонн. Если сэкономить тонн двадцать всё с лихвой влезет. Бар, джим наверное даже в пять тонн влезет.

                • CSKA

                  Ну я имею ввиду не только бар, но и все те составляющие про которые мистер Ваня писал выше)

                  • amd212

                    Да я понял. В 20 тонн если всё делать из пластика много чего можно добавить. Другое дело, что производителям самолётов лень этим заниматься и так конкуренция не ахти. Фактически две компании осталось и обе с американским уставным капиталом типа интел и АМД.

                    • CSKA

                      Ну, вполне возможно конечно, если пластик, пластик, пластик, все эти фитнесы и всякое прочее

    • Marc Filsborne

      Эмм. С каких пор время ценится так низко? :)

      • mr Vanya

        - 99.99% населения абсолютно нет никакой разницы 3 часа или 12 часов, лишь бы было комфортно.
        - 00.01% ну типа да, но в одиночку всё же дорого.
        Поэтому и распределяют затраты.

        Н уровне слухов. В СССР ТУ-144 для вояк строили. На гражданке они типа гражданских возят, а как война - войска, спецчасти, технарей, штабы перебрасывать сгодятся.

        • serg-rost

          MR VANYA уверен что это не слухи...хоть чуть чуть знакомые с понятием мобилизационная готовность помнят времена когда каждый автомобиль закрепленный за народным хозяйством мог быть приписан в случае чего к военной части...уверен что уж на эту птичку тоже были свои планы!

          • mr Vanya

            Я подобное от "бывшего вояки" слышал. Вообще по моим наблюдениям типичные "бывшие вояки" в возрасте, почему-то уверены, что всё в СССР-е проектировалось и производилось в первую очередь с учётом военки :-)

        • Marc Filsborne

          > - 99.99% населения абсолютно нет никакой разницы 3 часа или 12 часов, лишь бы было комфортно.

          Да, как раз в этом и сомнение. Если человек тратит 3 часа на перелет, то комфорт его будет меньше заботить, чем при 12-ти (исходя из контекста). Самолет это транспорт в первую очередь, и думаю, что далеко не 0.01% сочли бы рациональным потратить на полет 3 часа обычным классом, чем 12 люксом. Ну т.е. ситуация выглядит очень спорно.

          • mr Vanya

            т.е. вы предпочтёте 3 часа не вылезая трястись на заднем сиденье запорожца 12 часовой поездке в двухместном купе с посещением вагона ресторана?
            я нет
            :-)

            • Timothy D.

              А как вам такой вариант: 3 часа на заднем сведении Maybach, быстро и с комфортом? Не надо из крайности в крайность. Лично я предпочту 3 часа эконом класса, чем 12 часов бизнес класса, т.к. время для меня ценнее (отправлено из приложения Hi-News.ru)

              • mr Vanya

                Много катаюсь на поездах.
                - высыпаешься
                - общаешься с новыми людьми

    • MDDB

      Добрый день уважаемые господа!
      Вы присутствуете на первом, экспериментальном полете нашего авиалайнера!
      На первом ярусе нашего авиалайнера находятся корты и поле для гольфа, на втором - бассейны и спа салоны, на третьем - бары и рестораны, на четвертом - кинотеатры, на пятом, уважаемые пассажиры, сидим мы.
      А теперь господа пристегнитесь! Сейчас со всей этой херней мы попробуем взлететь!

  2. casio

    По сути о сверхзвуке говорить рано, а о гиперзвуке так подавно. Прямотоки только в разработке и пока не шибко успешно. Да и основной фактор это цена. Пока цена билета не будет сопоставима с дозвуковой авиацией смысла делать суперзвук нет. На них никто не будет летать, как в свое время не летали на конкордах и тушках.

    • Zacateca

      Суперзвук вполне себе успешно летал, но это геморр. Требования как к космическим полетам. Почитайте сколько проблем приходится решить чтобы летать на схеохзвуковой скорости (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. GASCII

    вобще-то на самом деле могли бы повысить комфорт (так как от нынешних самолётов никто не собирается избаляться, а продолжит получать доходы пока техника не износится полностью)... просто сидеть больше 5 часов - это уже тяжело, а сидеть на ОЧЕНЬ неудобных креслах - так вобще каторга.
    может я чего-то не понимаю - но почему хотя бы не сделать в самолёте сидения как в автомобиле (даже в старых бмв и мерсах - гораздо более комфортно сидеть) - мне не кажется что автомобильное сидение стоит дороже авиационого .... поправте если я не прав

    • amd212

      Спецы по самолётным сиденьям наверняка считают что их изделия комфортнее автомобильных.
      Я лично никогда не задумывался. Мне там и там одинаково, хотя если честно, в мерсах и бэхах не катался. Всё больше в хиндаях, тайотах, шевролях.
      Важно что бы была возможность встать, пройтись.

    • casio

      Господи да кто вам запрещает летать в 1 классе у элитных перевозчиков. Там вам и фитнес и кинотеатр. Все хотят мерс по цене жигулей. Ну не будет такого. Не может этого быть экономически. Это тоже самое что купить приору и жаловаться что у всех машин нет комфорта. Есть комфорт в самолетах. И боинг ни как не сможет вам помочь. Если у него заказали такие сиденья он такие и поставил. Заказали бы от бмв - поставили бы от бмв.

  4. Tutta

    Какой путь прошли самолеты в первые полвека своего существования и какой в последующие 70 лет ...?

  5. tarkit

    Вот только ни кто почему то не вспомнил почему конкорд и тушка оказалась нерентабильной, дело не в экологичности и не в топливе.
    Экономика и наша человеческая система мер которую мы придумали весьма жестки инструмент, а такие самолеты вызвают временные парадоксы, самый длинный-короткий рейс насколько я помню это 8 часов, а ставят эти рейсы таким образом, что бы по прилету и выходу из аэропорта человек оказывался в том же дне недели. А что бы окупить этих сверхзвуквых, понадобится их запускать к примеру и москвы в нью ерк каждые 3 часа, а разница между москвой и нью ерком 8 часов - как раз время полета обычного для нас боинга + 2 часа руления и 1 час выдачи багажа, таким образом время течет правильно. в противном случае вы будите вылетать в субботу из москвы, а прилетать в пятницу и ваш банк карточкой которого вы расплачиваетесь и сотовый оператор будут получать очень плохую для них информацию, и очень хорошую для мошенников.

    2 и тоже не мало важное, Шасси - стирается за 2- 3 полета и приходит в непригодность, это оказалось не менее затратно, по этому проект прикрыли, дело в строении самолета и его весе, при данных параметрах были необходимы определенные шасси, (понятное дело что самолет не приземляеться на сверхзвуке) способные выдерживать нагрузки такого вот фюзеляжа который кстати был мягче обычного и тоньше у носа где стояло шасси с очень тонкой но воздушной резиной, иначе говоря дьявол в мелочах, и не известно подойдут ли современные композиты для тех же шин.

  6. storm X

    вот откуда пошло устойчивое выражение в народе - "одним махом!"

  7. samui.chestnuiy

    Интересно что происходит в салоне сверхзвукового пассажирского самолета в момент преодоления сверхзвукового барьера, и во время самого полета. По идее должна быть полная тишина... (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • amd212

      И, наконец, необходимо разоблачить распространенное заблуждение относительно того, что при преодолении звукового барьера раздается мощный хлопок, похожий на взрыв. Пилот в этот момент абсолютно ничего не слышит и не ощущает. Разве что в кабине чуть приглушается звук двигателей. А то, что мы считаем «взрывом воздуха при преодолении числа Маха», таковым не является. Это ударная волна от, условно говоря, сгущения воздуха, которая несется позади самолета все время, когда он летит со сверхзвуковой скоростью. И если самолет, сделав круг, опять пролетит над той же точкой земли, то опять прозвучит «взрыв». Если полет проходит на большой высоте этот эффект не наблюдается.

      Взято здесь
      http://svpressa.ru/post/article/100872/

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.