JetZero: Този нов дизайн на самолет ли е бъдещето на авиацията?

Основният дизайн на търговските самолети не се е променил много през последните 60 години. Съвременните пътнически самолети като Boeing 787 и Airbus A350 имат същата обща форма като Boeing 707 и Douglas DC-8, които са построени в края на 50-те години на миналия век и втвърдяват форм фактора „тръба и крило“, който все още се използва днес.

Това е така, защото търговската авиация дава приоритет на безопасността, предпочитайки изпитани и тествани решения, и защото други разработки - например в материалите и двигателите - означават, че традиционният дизайн е все още актуален.

Въпреки това, тъй като индустрията отчаяно търси начини за намаляване на въглеродните емисии, тя е изправена пред малко по-трудно предизвикателство от другите сектори, точно защото нейните основни технологии се оказаха толкова трудни за отдалечаване. Може да е назрял моментът да опитате нещо ново.

Едно предложение е „смесеното тяло на крилото“. Тази изцяло нова форма на самолета изглежда подобна на дизайна на „летящо крило“, използван от военни самолети, като емблематичния бомбардировач B-2, но смесеното крило има повече обем в средната част. Както Boeing, така и Airbus се занимават с идеята, както и трети играч, базираната в Калифорния JetZero, която си е поставила амбициозна цел да пусне в експлоатация самолет със смесено крило най-скоро през 2030 г.

„Ние сме силно убедени в пътя към нулеви емисии при големите джетове, а корпусът със смесено крило може да осигури 50% по-ниско изгаряне на гориво и емисии“, казва Том О’Лиъри, съосновател и главен изпълнителен директор на JetZero. „Това е зашеметяващ скок напред в сравнение с това, с което индустрията е свикнала.“

Под напрежение

Концепцията за смесено крило далеч не е нова и най-ранните опити за изграждане на самолети с този дизайн датират от края на 20-те години в Германия. Американският авиоконструктор и индустриалец Джак Нортроп създава дизайн на летящо крило с реактивен двигател през 1947 г., което вдъхновява B-2 през 90-те години.

Като нещо като хибрид между летящо крило и традиционна „тръба и крило“, смесеното крило позволява на целия самолет да генерира повдигане, минимизирайки съпротивлението. НАСА казва, че тази форма „спомага за увеличаване на икономията на гориво и създава по-големи зони за полезен товар (товарни или пътнически) в централната част на тялото на самолета“. Агенцията го е тествала чрез един от своите експериментални самолети, X-48.

Над около 120 тестови полета между 2007 и 2012 г. два безпилотни, дистанционно управлявани X-48 демонстрираха жизнеспособността на концепцията. „Самолет от този тип би имал размах на крилете малко по-голям от Boeing 747 и би могъл да оперира от съществуващи летищни терминали“, казва агенцията, добавяйки, че самолетът също така „ще тежи по-малко, ще генерира по-малко шум и емисии и ще струва по-малко за експлоатация отколкото еднакво усъвършенстван конвенционален транспортен самолет.

През 2020 г. Airbus построи малък демонстратор със смесени крила с дължина около шест фута, което сигнализира за интерес към преследване на самолет в пълен размер в бъдеще. Но ако формата е толкова ефективна, защо все още не сме преминали към изграждане на самолети въз основа на нея?

Според О’Лиъри има едно основно техническо предизвикателство, което спира производителите. „Това е херметизирането на нецилиндричен фюзелаж“, казва той, посочвайки факта, че самолет с форма на тръба е по-способен да се справи с постоянните цикли на разширяване и свиване, които идват с всеки полет.

„Ако мислите за „тръба и крило“, това разделя натоварванията – имате натоварването от налягане върху тръбата и натоварването на огъване върху крилата. Но едно смесено крило по същество ги смесва. Едва сега можем да направим това с композитни материали, които са едновременно леки и здрави.”

Такава радикално нова форма би направила интериора на самолета да изглежда и да се усеща по различен начин от днешния широкофюзелажен самолет. „Това е просто много, много по-широк фюзелаж“, казва О’Лиъри. „Вашият типичен самолет с една пътека има три на три седалки, но това е нещо като по-къса и по-широка тръба. Получавате същото количество хора, но може да имате 15 или 20 реда в кабината, в зависимост от това как всяка конкретна авиокомпания ще го конфигурира.

„Това просто им дава изцяло нова палитра, с която да го оформят. Мисля, че ще бъде невероятно да видим каква ще бъде тяхната интерпретация на това много по-широко пространство.“

Революционен потенциал

О’Лиъри казва, че най-близкият еквивалент по отношение на размерите би бил Boeing 767 – широкофюзелажен, двумоторен самолет, въведен през 80-те години, който обикновено превозва около 210 пътници. Все още се произвежда като товарен самолет, но е заменен от Boeing 787 като пътнически самолет. Има и модерен военен вариант KC-46, който ВВС на САЩ използват за презареждане във въздуха.

По подобен начин JetZero иска едновременно да разработи три варианта: пътнически самолет, товарен самолет и танкер за гориво. Смесената форма на крилото се поддава толкова добре на последното, че военновъздушните сили на САЩ току-що възложиха на JetZero 235 милиона долара за разработване на пълномащабен демонстратор и валидиране на ефективността на концепцията за смесено крило. Първият полет се очаква до 2027 г., което означава, че военната версия на самолета е планирана да поведе пътя и може би да подпомогне развитието на търговските модели.

Изграждането на изцяло нов самолет от нулата обаче е огромна задача и целите на JetZero звучат амбициозно, като се има предвид, че пълният процес на сертифициране дори за вариант на съществуващ самолет може да отнеме години. Едно предимство на JetZero в тази област е, че самолетът първоначално ще заимства двигатели от днешните теснокорпусни самолети, като Boeing 737 - въпреки че планът е в крайна сметка да се премине към напълно беземисионно задвижване, задвижвано от водород, което ще изисква нови двигатели, които нямат все още не е разработен.

JetZero все още няма поръчки за своя самолет, но О’Лиъри казва, че авиокомпаниите проявяват интерес. „Вече разговаряме с всички големи авиокомпании в световен мащаб, защото те са развълнувани да чуят за повишаването на ефективността.“

Остава да видим дали 50% намаление на потреблението на гориво е действително възможно. Както НАСА, така и Еърбъс цитираха по-скромните 20% за своите проекти, докато ВВС на САЩ казват, че самолет със смесено крило може да „подобри аеродинамичната ефективност с най-малко 30% в сравнение със сегашните танкери и самолети за мобилност на ВВС“.

„Важно е да се отбележи, че докато смесеното тяло на крилото може да намали съпротивлението и да увеличи горивната ефективност, действителните ползи зависят от конкретния дизайн, конфигурация и работни условия“, казва Бейли Майлс, авиационен анализатор в консултантската фирма AviationValues.

„Обширните аеродинамични тестове и оптимизация са от съществено значение за пълното реализиране на потенциала за намаляване на съпротивлението на този иновативен дизайн на самолета. Би било трудно да се определи конкретен процент намаление на горивото без необходимите тестове“, добавя той.

Според Майлс, смесеният дизайн на крилото е „революционна“ идея, която има потенциал, но идва с редица препятствия, по-специално повишена аеродинамична сложност, която може да направи дизайна и тестването трудни, серия регулаторни и сертификационни предизвикателства и форма, която може да не е подходяща за съществуващата летищна инфраструктура.

Източник: cnn.com