26.01.2012

Назад в будущее, или «Нортроп Грумман» представила проект гражданского авиалайнера типа «летающее крыло»

Компания «Нортроп Грумман» обратилась к прошлому, чтобы сполна зачерпнуть вдохновения для создания «авиалайнера будущего» — «летающего крыла», удивительно напоминающего стратегический бомбардировщик B-2, пишет Wired.

Проект разработан для программы НАСА «Авиация, ответственная за окружающую среду» (АООСР), в рамках которой к 2025 году США должны иметь самолёт, вполовину более экономичный и не в пример нынешним лайнерам тихий. Более чем известная компания выпускает летательные аппараты с 1940-х годов. Любой человек, хотя бы приблизительно представляющий себе историю развития авиации, заметит, что концепт весьма напоминает В-2, более раннее творение «Нортроп Грумман».

Исследования, предпринимаемые по АООСР, традиционно привлекают самые необычные конструкторские идеи, от интегрального планера до бескрылок с несущим фюзеляжем. Как раз этим — неординарностью решений — и сильна «Нортроп Грумман». Машины Джона Нортропа в 1940-х стали первыми в США самолётами, построенными по принципу «летающее крыло». Его компания разработала несколько вариантов таких самолётов (как винтовых, так и реактивных), самый известный из которых — YB-49. В той же компоновке создавались и гражданские лайнеры, что обещало преимущества, уже продемонстрированные боевыми машинами. В первую очередь речь идёт об отсутствии фюзеляжа и больших плоскостей управления. В «летающем крыле» фюзеляж объединён с крылом в одно целое. Это позволило значительно повысить весовую отдачу В-2 в сравнении со стратегическими бомбардировщиками той же дальности, выполненными по другой схеме.

Очевидно, что использование этой схемы «на гражданке» при той же мощности двигателей давало возможность повысить коммерческую нагрузку самолётов и тем самым снизить удельный расход топлива. Кроме того, двигатели в «летающем крыле» утоплены в корпус, а сопла до предела заужены, чтобы не выступать за уплощенный фюзеляж-крыло. Шумность проектируемого авиалайнера «Нортроп Грумман» планируется на уровне 74,7 дБ, что ниже, чем у современных пассажирских самолётов.

Впрочем, как и у любых машин типа «летающее крыло», центр тяжести аппарата находился бы очень близко к управляющим плоскостям. Пилотировать такой самолёт чрезвычайно тяжело: он рыскает на курсе, часто склонен к сваливанию на крыло, штопорению и пр. Только после появления автопилота, сложных электронных систем стабилизации в воздухе и существенного прогресса в механизации крыла стало возможным начать разработку крупноразмерного прототипа, пригодного для практического использования в гражданской авиации.

Прототип авиалайнера, построенного по схеме «летающее крыло», имеет размах крыльев в 230 футов (70 м), что на 17,4 м больше, чем у бомбардировщика В-2. Грузовая версия этой машины, которую предполагается использовать как военно-транспортный самолёт, получит размах в 260 футов (почти 80 м), хотя при этом объём салона будет меньше, чем в пассажирской модели.

Двигатели, размещённые непосредственно в самолёте, а не на крыле (черта, характерная для «летающих крыльев»), должны сделать лайнер куда менее шумным, чем обычные самолёты.

Обтекаемые формы теоретически должны снизить расход топлива на единицу коммерческой нагрузки. На практике же системы контроля устойчивости, которые приходится применять при такой компоновке, создают дополнительное сопротивление, чего нет на самолётах классических схем.

Отсутствие хвоста и других выступающих частей у «летающего крыла» действительно значительно снижает сопротивление по сравнению с традиционными схемами. Без горизонтального хвостового оперения падает и индуктивное сопротивление, вызванное действием подъёмной силы на самолёт. При классической схеме индуктивное сопротивление от горизонтального оперения прижимает самолёт к земле. Он как бы «борется сам с собой». В обычной машине такая «борьба» неизбежна: горизонтальное хвостовое оперение создаёт прижимную силу, уравновешивает тем самым подъёмную силу от крыла и обеспечивает продольную устойчивость аппарата. Однако, как и балласт, применявшийся веками на морских кораблях, ГХО делает это «не бесплатно». Такая борьба с самим собой означает, что самолёт тратит для подъёма на определенную высоту больше топлива, а достигнув её, вынужден отдавать часть подъёмной силы борьбе с прижимной силой собственного хвоста. Все это тоже ведёт к росту расхода топлива.

У «летающего крыла» нет вертикального хвостового оперения, как и законцовок крыла. Отсюда и свойственная ему курсовая неустойчивость: самолёт рыскает «по сторонам», отклоняясь вправо-влево. Именно поэтому известный советский конструктор самолётов типа «летающее крыло» Борис Черановский и сохранил у своих разработок вертикальное хвостовое оперение. Чтобы противостоять этому эффекту, «Нортроп Грумман» традиционно использует мощные средства механизации крыла, активно действующие на всём протяжении полета. Производимые ими постоянные небольшие корректировки смягчают курсовую неустойчивость, присущую чистому «летающему крылу».

Все эти сложности принудили Дж. Нортропа отказаться от проектов «летающего крыла» в 1940-х. Однако новые технологии, в том числе автопилот и электронные системы курсовой устойчивости, похоже, обещают полностью ликвидировать этот недостаток. На В-2, самолёте, весящем до 170 тонн, всё управление может осуществлять один из двух членов экипажа, что в случае стратегического бомбардировщика не может не изумлять. Его американские и советские конкуренты имеют 4–5 человек экипажа (не важно, идёт ли речь о Ту-160 или о В-52).

Конечно, остаются и такие проблемы, как расположение пассажирских иллюминаторов, эвакуационных сдвижных дверей и трапов. От иллюминаторов большинству пассажиров придётся отказаться — либо их заменят экраны, транслирующие заоблачные виды с внешних камер, как это и происходит сегодня в случае пассажиров центральных рядов. Может, найдётся и решение по расположению трапов, благо речь идёт о непринципиальной проблеме.

Стоит, однако, напомнить, что, несмотря на серьёзные преимущества «летающего крыла», его применение в качестве гражданского лайнера все ещё вызывает вопросы. Системы курсовой стабилизации, с их развитой механизацией крыла, сложны и дорогостоящи. Тот же В-2 по праву может считаться самым дорогим самолётом в истории человечества. При закупочной цене в $1,157 млрд. общая стоимость программы В-2 составила $45 млрд., а её результатом стал всего 21 самолёт. По сути, каждая из этих машин обошлась в $2,2 млрд., что соответствует десятку огромных Boeing-747.

В то же время гражданские авиалайнеры «летающее крыло» должны иметь значительно большую площадь крыльев, чем обычные самолёты — а значит, меньшую нагрузку на крыло и бoльшее аэродинамическое качество. Это должно и без того повысить их экономичность по сравнению с классическими авиалайнерами. В условиях непредсказуемых цен на нефть и повсеместного стремления к снижению выбросов углекислого газа подобные самолёты могут повторить судьбу Chevrolet Volt и стать не столько авиалайнером, сколько средством поддержки «отечественного производителя» и реализации экологической политики властями США. По данным «Нортроп Грумман», выбросы нового самолёта на одного перевозимого пассажира должны снизиться до 88%. Налоговые льготы, которые могут получить авиакомпании, приобретающие такие машины, способны серьезно подстегнуть американских мейджоров рынка авиаперевозок к покупке столь необычных летательных аппаратов.

Да и для пассажиров внедрение таких самолётов может означать не только повышение цен на билеты. Внутреннее пространство «летающего крыла» должно быть значительно больше, чем у современных авиалайнеров. Достаточно сказать, что ширина салона составит 24 метра, чего нельзя добиться при обычной компоновке.

Александр Березин

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА