Специалисты Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е.Жуковского») разрабатывают концепцию тяжелого транспортного самолета интегральной схемы. При такой компоновке происходит совмещение функций крыла и фюзеляжа с целью оптимального использования внутренних объемов летательного аппарата, а также повышения аэродинамической эффективности.
Самолет предназначен для межконтинентальной транспортировки большого объема грузов — до 500 т, в том числе в стандартных контейнерах. Их размещение предполагается в отсеках внутри крыла с загрузкой через откидные люки передних секций (носков) центральной части воздушного судна. Самолет будет эксплуатироваться на существующих взлетно-посадочных полосах. Большая часть полета подобного аппарата проходит на высоте 3-12 м от воды, льда или земли — эти поверхности создают экранный эффект, за счет которого происходит существенный рост аэродинамического качества. Это приводит к снижению расхода топлива и значительному увеличению дальности.
В рамках исследования концепции была создана модель, которую специалисты института испытали в дозвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ. Работы проводились на крейсерских и взлетно-посадочных режимах. Моделирование поверхности воды, льда или земли выполнено с помощью экрана, представляющего собой пластину с закругленными краями. Эксперимент показал, что исследуемая компоновка обладает высоким аэродинамическим совершенством как вблизи этого экрана, так и в его отсутствии, и позволит самолету совершать устойчивый и управляемый полет.
Планируется, что самолет будет летать на сжиженном природном газе. Это криогенное топливо обладает более высокой энергоэффективностью и пониженным содержанием вредных выбросов в сравнении с авиационным керосином. Использование природного газа обеспечит экологичность перевозок и даст весомое конкурентное преимущество в сравнении с существующими транспортными системами.
А что же заокеанские конструкторы? Совсем не занимаются этим направлением. Как бы ни так.В конце восьмидесятых годов прошлого века американская компания McDonnell Douglas вознамерилась решить проблемы унификации и экономии, а также опробовать новую идею, касавшуюся конструкции и аэродинамического облика перспективного самолета.
BWB. НачалоНовая идея компоновки самолета имела в своей основе освоенную и изученную схему летающее крыло. В то же время, конструкторы «Макдоннелл-Дуглас» значительно ее переработали. В отличие от предыдущих летающих крыльев, их схема BWB (Blended Wing Body – Смешанные крыло и фюзеляж) подразумевала почти полное «сращивание» основных агрегатов конструкции самолета. Фактически, у самолета, выполненного по схеме BWB, отсутствует какой-либо отдельный фюзеляж: он полностью размещается в крыле, из передней кромки которого выступает только нос с кабиной экипажа. Основным плодом программы BWB должен был стать сверхтяжелый пассажирский самолет. При размахе крыла в 88 метров и общей длине в 42 м он должен был иметь максимальный взлетный вес порядка 400 тонн. Силовая установка перспективного самолета в то время выглядела как три турбовентиляторных двигателя тягой по 30 тонн или больше. Полезная нагрузка – восемьсот пассажиров и их багаж. Для начала девяностых, равно как и для нынешнего времени, это было рекордом. На базе пассажирского BWB планировалось сделать военно-транспортный самолет, воздушный танкер и ряд другой летающей техники, которой была необходима огромная грузоподъемность и хорошие показатели дальности.
На аэродинамические исследования, создание проекта и другие стадии программы ушло несколько лет. Только в середине 1996 года McDonnell Douglas стали собирать опытный образец нового летательного аппарата. Для первых полетов было предложено ограничиться радиоуправляемой моделью. Тем не менее, эта модель по своим размерам была сопоставима с некоторыми легкими самолетами. Размах крыла беспилотного прототипа BWB равнялся 5,2 метра. С целью упрощения конструкции модель-прототип оснастили бензиновыми двигателями и воздушными винтами. Модель BWB неплохо взлетала и садилась. Поведение в полете также было в целом неплохим. На основании результатов полетов первого прототипа было решено продолжать программу. Однако в судьбе фирмы «Макдоннелл-Дуглас» произошло одно важное событие, которое сказалось на судьбе всех ее проектов.
Новый разработчик и новое имяВ августе 1997 года, вскоре после окончания летных испытаний прототипа BWB, компания McDonnell Douglas вошла в состав концерна Boeing и прекратила свое самостоятельное существование. Первым действием нового руководства в отношении проекта BWB стало привлечение ученых из NASA. Стоит заметить, Аэрокосмическое агентство участвовало в программе и ранее, но тогда их роль ограничивалась консультациями и тому подобными вещами. Теперь же NASA стало полноправным участником разработки нового летательного аппарата. Главная роль, однако, сохранилась за фирмой «Макдоннел-Дуглас», ставшей подразделением «Боинга». При таком составе участников программа BWB была продолжена. Результатом работы «Боинга» и NASA стал следующий прототип, получивший фирменное наименование BWB-LSV (BWB-Low Speed Vehicle – Низкоскоростной аппарат программы BWB). Целью его создания была отработка поведения на низких скоростях. Ввиду некоторых особенностей аэродинамики летающего крыла именно малая скорость вызывала наибольшие вопросы и опасения. Из-за отсутствия развитого вертикального оперения классическое летающее крыло склонно к нестабильному поведению по рысканью. На взлете или посадке это может быть фатальным. В частности, именно по этой причине уже первые варианты BWB оснащались законцовками-винглетами. Помимо улучшения обтекания концевых частей крыла они благотворно сказывались на путевой устойчивости всего самолета. Кроме того, «во времена» Boeing в проекте закрепилась идея установки двигателей над задней кромкой крыла, на пилонах аэродинамической формы. Такие сложные агрегаты тоже улучшали поведение самолета по рысканью. Размах крыла нового опытного образца был немного больше, чем у предыдущего – 10,7 метра.
В 2001 году, когда сборка нового прототипа подходила к концу, проектом заинтересовался Пентагон. С момента начала программы BWB прошло уже десять лет, но за это время военные так и не обратили своего внимания на, несомненно, интересную разработку. Словно компенсируя свое безразличие ранее, Пентагон сразу же включил BWB в список приоритетных программ и присвоил проекту индекс X-48. Изготовление нового прототипа закончилось уже с новым названием – X-48A. Композитный корпус, объединявший в себе и крыло, и фюзеляж, нес три миниатюрных турбореактивных двигателя Williams J24-8. В 2002 году он был готов выйти на испытания. Однако сначала проявились проблемы с системой управления, которую пришлось отправить на доработку до начала испытаний. После этого американские военные стали сомневаться в целесообразности продолжения работ. Высокое начальство решило: закрыть X-48A. Государственное финансирование проекта прекратилось. Тем не менее, Boeing продолжили разработку BWB в инициативном порядке и за свой счет. В 2003 году система управления была доведена до ума и установлена на беспилотный прототип X-48A. Оставшиеся месяцы года ушли на наземные испытания. Первый полет состоялся только в 2004-м. Полеты X-48A позволили выяснить ряд особенностей выбранной компоновки и нюансы поведения аппарата на малых скоростях. В 2005 году проект X-48A за ненадобностью был закрыт. Он уже дал все знания, для получения которых создавался, и более был не нужен.
Время для плана «Б»Вскоре после отмены государственной поддержки программы X-48A, компания «Боинг» заключила контракт с английской Cranfield Aerospace. Предметом договора было строительство нового прототипа, на сей раз имевшего немного меньший размер. Размах крыла этого беспилотного аппарата должен был составить 6,2 метра, т.е. около 8% от полного размера изначально планировавшегося тяжелого самолета. Достаточно много времени ушло на ожидание результатов испытаний X-48A. Тем не менее, их дождались и создали новый проект. В июне 2005 года очередной прототип получил название X-48B. При этом было собрано сразу два дистанционно управляемых самолета. Для удобства их обозначили индексами Ship 1 и Ship 2.
Испытания X-48B состояли из трех основных частей. Сперва Ship 1 отправили в аэродинамическую трубу. Благодаря своим размерам и электронно-механической «начинке» этот беспилотник являлся одновременно и опытным образцом, и масштабным продувочным макетом полноценного самолета. По завершении продувок, которые стали причиной ряда изменений конструкции обоих прототипов, Ship 1 перевезли из университета Old Dominion в исследовательский центр NASA, расположенный на авиабазе Эдвардс. Второй этап испытаний проводился на базе и включал в себя наземные проверки всех систем. Наконец, после всех доводок и исправлений X-48B Ship 2 поднялся в воздух. Первый полет состоялся 20 июля 2007 года. Прототипом управлял оператор, в распоряжении которого был комплекс средств для видео- и аппаратного контроля над параметрами полета. Первый полет прошел успешно, хотя и не без нареканий со стороны оператора-пилота. В основном они были связаны с не совсем привычным характером поведения самолета в воздухе.
В ходе пары полетов оператор привык ко всем особенностям пилотирования. Первая часть летных испытаний включала в себя 11 полетов на малых скоростях. В их ходе выяснилось, что оба X-48B совершенно спокойно взлетают и садятся на скоростях около 110-115 километров в час. В последующих полетах аппараты продемонстрировали хорошую управляемость и на больших скоростях. Оптимальной же для отрыва и касания полосы была признана скорость в пределах 120-140 км/ч. Малые взлетная и посадочная скорости, среди прочего, обещают проекту хорошие показатели взлетной дистанции – за счет отсутствия необходимости в наборе и сбросе больших скоростей.
В марте 2010 года из компании Boeing поступило сообщение, касавшееся перспектив X-48B. Пресс-служба концерна рассказала, что испытания двух прототипов завершены с положительным результатом. В ходе нескольких десятков полетов была получена вся необходимая информация. По этой причине инженеры «Боинга» могут приступить к созданию очередного летательного аппарата программы. Что касается X-48B, то этот проект со спокойной совестью был закрыт, а оба прототипа отправлены на «почетный отдых». Как оказалось, не надолго.
«Самый младший брат»Одновременно с завершением проекта X-48B был анонсирован новый, получивший обозначение X-48C. Целью очередной фазы программы BWB/X-48 является изучение шумовых параметров полета. С самого начала проекта инженеры сначала McDonnell Douglas, а затем и Boeing помимо летных и грузоподъемных качеств хотели обеспечить приемлемые показатели шума. Собственно говоря, после доводки летающей лаборатории в виде X-48B остается только совершенствовать силовую установку, системы управления и т.д.
В сентябре 2010 года стало известно, что из-за отсутствия необходимости в изменении размеров прототипов, X-48C будет переделан из X-48B. За основу для очередного прототипа взяли Ship 2. До середины 2012 года X-48C проходил испытания в аэродинамической трубе. В ходе этих тестов было выяснено, что трехдвигательная схема силовой установки не является оптимальной: средний двигатель по ряду причин не только прибавляет свой шум к шуму других моторов, но и усиливает их. Поэтому от него отказались. Для компенсации потерянной мощности пришлось оснастить X-48C более мощными двигателями с тягой по 36 кгс. Ранее двигатели выдавали 23,5 кгс каждый.
Изменения претерпел и корпус-крыло экспериментального самолета. Прежде всего, пришлось немного изменить форму задней части крыла и сдвинуть мотогондолы с пилонами. По бокам от двигателей установили два киля с рулями направления. Помимо улучшения путевой устойчивости это сказалось на шумности аппарата. Также в задней части фюзеляжа-крыла смонтировали длинную штангу. На ее конце располагается аппаратура для измерения температуры реактивных газов и шума работы двигателей. По имеющимся данным, внутренняя компоновка прототипа X-48C осталась прежней – всю записывающую и передающую аппаратуру вписали в имеющиеся объемы.
В настоящее время испытания X-48C в аэродинамических трубах подходят к концу. Недавно сотрудники «Боинга» проговорились о скором начале летных испытаний. Очевидно, новый прототип отправится в свой первый полет до конца этого года, либо в начале следующего. Тогда же мы получим первые сведения о ходе испытаний и целесообразности проведенных улучшений и изменений.
Цели проектаПока сотрудники NASA работают с аэродинамическими трубами, а конструкторы Boeing добавляют последние линии на чертежах X-48C, стоит поговорить о перспективах и плюсах компоновки BWB. Главный плюс, который и заинтересовал военных, касается внутренних объемов фюзеляжа-крыла. За счет интегральной конструкции самолет системы BWB можно оснастить грузовым отсеком, почти в два раза большим, чем у самолета классической схемы с таким же размахом крыла. На первых стадиях программы BWB озвучивалась возможность размещения внутри самолета 19 грузовых паллет, чей размер сопоставим с 20-футовыми контейнерами. Возможно, это было преувеличением, но транспортный самолет на основе этой концепции вполне способен заменить «старичков» Lockheed C-5 Galaxy. Второй плюс – экономичность. Согласно текущим расчетам, самолет BWB тратит на 20% меньше топлива, чем его «стандартный» аналог. Экономия достигается, в первую очередь, благодаря оптимизации обтекания интегральной конструкции.
Концепция BWB также может быть полезна для воздушного сообщения с отдаленными районами, в которых нет взлетно-посадочных полос большой длины. Благодаря возможности лететь на скоростях менее 200 км/ч самолет системы BWB способен садиться и взлетать со сравнительно небольших полос, в том числе и с полной загрузкой. Последний плюс идеи заключается в модульности конструкции. Фактически, в грузоотсеке самолета может быть размещен любой груз или любое оборудование. Это может быть тельферное оборудование для размещения грузов или дополнительный топливный бак для выполнения функций самолета-заправщика.
В то же время, проект BWB/X-48 даже после двадцати лет активных работ все еще не вышел из стадии исследований и экспериментов. Поэтому строительство полноразмерного опытного образца вряд ли начнется ранее конца текущего десятилетия. Конечно, неприятно и даже обидно, что такая интересная машина оказывается слишком сложной для немедленного строительства. С другой стороны, любой новый проект требует вложения сил и времени. X-48, являясь к тому же и воплощением новой концепции Blended Wing Body, требует особого внимания.
На фоне всех преимуществ и сложности программы особо интересно смотрится реакция Пентагона. Генералы Соединенных Штатов десять лет назад отказали X-48 в государственном финансировании и с тех пор Boeing «тянут» проект самостоятельно. При этом военные США время от времени поднимают вопрос о возобновлении поддержки программы. До сих пор они не пришли к единому мнению, что может служить основанием для одного предположения. Если военные не заинтересованы в поддержке программы и как следствие, в приоритетной разработке техники под их нужды, то X-48 вполне может стать сугубо коммерческим проектом, направленным на удовлетворение нужд частных компаний-авиаперевозчиков.
источникиhttp://www.tsagi.ru/pressroom/news/2899/
http://kocmi.ru/idealnyj-samolet-samolet-.html
http://www.findpatent.ru/patent/244/2440916.html
https://topwar.ru/16812-programma-bwbx-48.html
