Будущее авиации ярко … зеленое.

К такому экологически многообещающему заключению пришли в ходе Green Aviation Technical Interchange встречи, недавно состоявшейся в Исследовательском центре Лэнгли НАСА в Хэмптоне, штат Вирджиния.
Более 100 участников из правительства, промышленности и научных кругов слушали обсуждения спикерами инноваций в авиационных исследованиях, целью которых является уменьшение шума от самолетов, снижение выбросов и расхода топлива, увеличение эффективности перелетов из порта в порт, а также повышение уровня безопасности.

«Намеченные НАСА цели амбициозны. И это хорошо», сказал д-р Навид Хуссейн, вице-президент компании Боинг по аэромеханическим технологиям. «Мы в Боинг аплодируем этому. То, что делает НАСА, очень захватывающе, особенно если смотреть на это в долгосрочной перспективе. В этом деле трудно меняться каждые 1,5-2 года»
На встрече также рассматривались результаты, полученные во время серии технологических демонстраций, проведенных проектом НАСА Environmentally Responsible Aviation, который был создан в 2009 и завершил свои исследования в 2015.
Восемь демонстраций ERA были сосредоточены на снижении сопротивления самолета при помощи инновационных идей об управлении потоком воздуха, уменьшения веса при использовании композитных материалов, снижения уровня шума и выбросов с передовыми двигателями, сокращения выбросов за счет улучшенных камер сгорания и уменьшения расхода топлива и шума при помощи инновационной конструкции интегративной системы между планером и двигателем.

Испытанные на ecoDemonstrator’е технологии и процессы могут быть включены в уже существующие эксплуатируемые модели воздушных судов производства компании Боинг, а также применены к новым программам авиационного развития.
Во время летных испытаний последней программы ecoDemonstrator НАСА провела три эксперимента. Стокер (старший менеджер компании Боинг по экологическому направлению) упомянул, что два из них: один включал в себя создание сглаженных, ламинарных потоков воздуха через хвост самолета, а другой включал серию испытаний покрытий, препятствующих накоплению остатков насекомых на поверхности крыльев – подают большие надежды в на пути снижения лобового сопротивления и уменьшения сжигаемого топлива и объема выбросов.

Менеджер Левент Илери и инженер Артур Ортон программы FAA CLEEN (Federal Aviation Administration’s Continuous Lower Energy Emissions and Noise Program), отметили, что намеченные технологии, создаваемые совместными усилиями авиационного сообщества, будут, вероятнее всего, введены в эксплуатацию к 2026 году.
Под этим подразумеваются структуры из перспективных композитных материалов для целого фюзеляжа, более эффективная конструкция крыла, передовые защитные покрытия для лопастей турбин для снижения выбросов и расхода топлива, камеры сгорания с низким уровнем выбросов, а также современные системы управления полетом, интегрированные непосредственно в системы управления двигателем.

Докладчики также акцентировали свое внимание на необходимости переосмыслить дизайн самолета от носа до хвоста. Навид Хуссейн из Боинг предположил, что наиболее перспективным будет воздушное судно с неподвижными крыльями (hybrid wing body). Он охарактеризовал его как «прорыв в области энергоэффективности и эксплуатационных преимуществ, которые ее сопровождают».
В апреле 2013 года команда НАСА-Боинг завершила последний из 122 испытательных полетов миниатюрной (8,5 процентов от натуральной величины) модели беспилотника в форме ската манта, известного как X-48. Исследование охватывает 6 лет и проводит оценку трех вариантов: A, B и C.
Хотя производители до сих пор не объявили о каких-либо коммерческих самолетах HWB, Рик Хукер, менеджер программы Skunk Works® проекта HWB компании Lockheed Martin, и Эндрю Вик, главный авиационный инженер Lockheed Martin, говорят, что такая конструкция может быть адаптирована для следующего поколения военно-транспортных самолетов и заправщиков. Lockheed сотрудничает с научно-исследовательской лабораторией ВВС США для разработки стратегического транспортного самолета нового поколения.
Хукер и Вик приводят данные Lockheed HWB, которые говорят о том, что при полноразмерном масштабе, данный самолет будет весить на 18 процентов меньше и использовать на 70 процентов меньше топлива, чем C-17, действующий военный транспортный самолет ВВС США.

Если присмотреться повнимательнее, то самолет может включать в себя ряд элементов, спроектированных по подобию живой природы. Д-р Шридхар Кота, основатель FlexSys Inc. говорит, что «гибкие, вдохновленные устройством природы машины, – это будущее [авиационной] инженерии». Ряд исследований, проведенных в Исследовательском центре полетов НАСА, был сфокусирован на запатентованном FlexSys дизайне изменяющих форму закрылков, изготовленных из композитных материалов, которые образуют сплошные гибкие поверхности.
Работа, начатая в рамках проекта ERA, известна под названием Adaptive Compliant Trailing Edge (ACTE). ACTE проводится совместными усилиями НАСА и AFRL, чтобы определить могут ли усовершенствованные гибкие закрылки улучшить аэродинамическую эффективность самолета и снизить уровень генерируемого во время взлета и посадки шума на территории аэропорта.
Эксперимент проводится на модифицированном самолете бизнес-класса Gulfstream III (G-III), который был переделан в испытательный стенд для аэродинамических исследований с замененными стандартными 19-футовыми алюминиевыми закрылками на гибкие FlexSys.

Если самолет по крайней мере отчасти может имитировать птичий полет, возможно, однажды настанет день, когда он сможет летать так же тихо. Докладчики TIM подметили прогресс в улучшении шумоподавления, который включает в себя внедрение новых подходов к проектированию механизации крыла, закрылков, лайнеров гондол двигателей и модификации в устройстве планера, которые поспособствуют затиханию звука, за счет его отклонения и/или экранирования.

Рука об руку с исследованиями шумоподавления идут эксперименты, направленные на значительное снижение использования топлива. Даже отставив в сторону важные экологические вопросы, спикеры на TIM подметили, что самой большой статьей расхода, как для военных так и для гражданских пользователей воздушного транспорта, остается цена на топливо. Сокращение этих расходов поможет не только сократить выбросы, но также будет способствовать увеличению итогового баланса.
Значительные улучшения в эффективности сжигания авиационного топлива не за горами. По словам спикера Джека Ширра, менеджера по материалам и технологическим процессам у производителя двигателей Pratt & Whitney, «Мы вступаем в новую эру устройства двигателя. Это новая эра в движении».
Более сложной задачей является само топливо. Федеральное управление гражданской авиации США работает над тем, чтобы США использовали 1 миллиард галлонов устойчивого альтернативного топлива в год к 2018 году. Хотя оно и получено из возобновляемых источников, топливные смеси имитируют состав нефтяного топлива, а значит, могут быть использованы в современных воздушных судах и двигателях безо всяких модификаций, обеспечивая при этом тот же уровень прозводительности и безопасности, которым обладет топливо из нефтепродуктов у современных реактивных двигателей.
В исследовании Alternative Fuel Effects on Contrails and Cruise Emissions (ACCESS), исследователи НАСА обнаружили, что смесь керосинового топлива для реактивных двигателей (JP-8) и возобновляемого топлива, полученного из растительного масла рыжика посевного (Camelina sativa), в пропорции 50 на 50 работает так же хорошо, как и чистое JP-8, но при этом на 50 % снижается выброс, как на земле так и в воздухе.
Биотопливо, горючее, полученное из одного или нескольких масел таких растений, как канола, ятрофа, солерос, пальма, водоросли, обладает потенциалом уменьшить выбросы углекислого газа на целых 90 % в течение года. И это может оказаться доступно. Согласно Роберту Стокеру из Боинг, «зеленое топливо» близко к паритетной цене и, что важно, существующая топливная инфрастуктура в стране сможет справиться с возросшим запросом на это топливо.

Перспектива полной замены ископаемого топлива манит, несмотря на сложность исполнения. Гибридные электрические двигатели станут промежуточным шагом, наряду с запасной батареей на борту, на пути к сокращению использования жидкого топлива. В долгосрочной перспективе концепты электрического распределения и технология электрического привода, могут оказаться целесообразными.
Зеленые инновации не могли прийти в более благоприятное время, чем это, учитывая прогнозируемый рост воздушных перевозок в следующие 20 лет. К 2034, согласно статистическим данным, число пассажирских перевозок удвоится с 3,3 миллиардов до 7. Помимо этого, число рабочих мест, связанных с авиационной отраслью вырастет примерно на 85 %, с 58 миллионов до 105.
Чтобы удовлетворить спрос, мировому воздушному транспорту придется увеличить количество единиц транспорта до 36 тысяч. Большая часть роста произойдет за счет Азии, а затем и Северной Америки и Европы.

Тем не менее преимущества «зеленой» авиации не будут автоматически приняты. Даже если конкретная технология доказывает свои возможности, успешно проходит через все этапы и оказывается надежной и устойчивой, инновации должны продемонстрировать свою рентабельность в течение большого срока, прежде чем они будут внедрены повсеместно.
«Мы не хотим застрять с продуктом, на который никто не будет готов выписать чек», говорит Хуссейн.

На фотографиях:
Тестовый полет ecoDemonstrator 757 корпорации Боинг, проводившийся с целью опробования технологии Active Flow Control из сферы «зеленой» авиации, которая может привести к уменьшению размеров вертикальных стабилизаторов в оперении самолета, снижению лобового сопротивления и расхода топлива.
Credits: Boeing / John D. Parker

X-48C Blended Wing Body с дистанционным управлением является весьма перспективной формой самолета, которая значительно сокращает расход топлива, выбросы и шум.
Credits: NASA / Carla Thomas
www.nasa.gov/ae…

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *