Несбывшееся будущее: как NASA видело гражданскую авиацию в 2025 году29.11.2021 18:03

Чтобы понять прогноз, часто стоит понять время, в которое прогноз был сделан. Середина 90-х годов для западных стран, особенно для США, была временем ожидания вечного мира. История закончилась, демократия и рынок победили. Оттого идея о том, что теперь военные технологии должны послужить мирной жизни, была популярна далеко не только у нас. С появлением продвинутой электроники казалось стали возможны самые необычные компоновочные решения, ранее неспособные летать. Компьютер и формы самолёта посчитает и пилоту в полёте на неустойчивой машине поможет. Постепенно поднимало голову экологическое движение, но пока в полную силу оно не вступило, но за экономичность перелётов боролись уже 20 лет с 1973 года. 

Главной целью почти всех идей, изложенных NASA, было повышение эффективности, а значит и экономичности пассажирских и грузовых самолётов. Первый набор предложений предполагал, что их можно реализовать в том числе на старых машинах, просто значительно их доработав, сохранив, например, только фюзеляж. Помочь в этом деле должны были передовые военные технологии. В конце 80-х годов для стелс-самолётов изучались двигатели с воздухозаборниками, утопленными в фюзеляже, отсасывающие воздух с пограничного слоя фюзеляжа. Решение позволяет контролировать пограничный слой на фюзеляже и уменьшать паразитное сопротивление воздуха на нём. Такие двигатели помогут сэкономить вес на гондолах и понизить сопротивления воздуха в полёте.

Размещение двигателей в хвосте дополнительно позволяет уменьшить размер стоек шасси и лучше распределить вес по самолёту. Всё это так же позволяет экономить вес. NASA

Другое важно заимствование у военных — управление вектором тяги двигателей. Армии оно было нужно для создания сверхманёвренных самолётов, а в гражданской авиации, используя его, можно отказаться от оперения и значительно уменьшить вес самолёта. Вместо сложной механизации крыла — система управления циркуляцией воздуха на крыле, также разработанная для военных стелсов. Вместо механизации самолёт управляется за счёт изменения подъёмной силы на разных частях крыла. А чтобы всей этой системе было откуда брать энергию, на законцовке у крыла — по маленькой турбине. Они же выполняют и роль винглетов, уменьшая индуктивное сопротивление, создаваемое срывающимся с конца крыла вихрем.

Лучший контроль самолёта в воздухе позволяет использовать необычные решения — например, сделать сверхширокий фюзеляж. В нём и нестандартные грузы перевозить проще и места в аэропорту он занимает меньше. NASA

Как вариант, систему управления циркуляцией воздуха на крыле можно обеспечивать воздухом от двигателей, что позволяет значительно упростить конструкцию. Вот только двигатели-то в хвосте самолёта, и идущие к крылу воздуховоды будут создавать шум в пассажирском салоне. И тут снова поможет отработанное военными решение — крыло обратной стреловидности. Так корень крыла будет значительно ближе к хвосту, да ещё и само крыло получит меньшее сопротивление воздуху и лучшую подъёмную силу на малых скоростях.

Всего этого можно достичь,  если использовать фюзеляж от стандартного авиалайнера, но ведь можно пойти и дальше. Компоновка со смешанным крылом, когда фюзеляж плавно перетекает в крыло, сама по себе значительно уменьшает сопротивления воздуха и даёт больше подъёмной силы. К этому добавляется крыло обратной стреловидности, и отказ от любой механизации, за счёт использования двигателей с управляемым вектором тяги и системы управления циркуляцией воздуха на крыле. По расчётам, такой самолёт будет в три раза экономичнее и требовать взлётной полосы короче в полтора раза. 

Следующий проект не менее радикален. Основной двигатель в хвосте самолёта с воздухозаборником, с отсосом пограничного слоя с фюзеляжа. По крылу распределено множество маленьких двигателей, распределяющих тягу равномерно по крылу, а также выполняющих роль системы управления циркуляцией воздуха на крыле. За счёт всех этих ухищрений разбег при полной нагрузке составит всего 100 метров. За счёт использования новейших композитных материалов целые секции самолёта сделаны прозрачными, что позволило отказаться от создающих лишний вес иллюминаторов. В носу самолёта не кабина пилотов, а места пассажиров первого класса с обзорной палубой. Пилоты же сидят в хвосте самолёта перед двигателями и управляют самолётом только с помощью дополненной реальности.

Хорошо видны целые прозрачные секции фюзеляжа и обзорную палубу в носу самолёта. NASA

Ещё один проект — летающее крыло, а точнее,  летающее V-образное крыло. Его форма идеальна для трансзвуковых скоростей. Подъёмная сила крыла значительно увеличивается за счёт генерации ламинарного пограничного слоя при помощи множества небольших сопел. Управление вектором тяги осуществляется не с помощью отклоняемых сопел, а за счёт эффекта Коанда. На законцовках крыла уже знакомые небольшие турбины, одновременно создающие дополнительную энергию и выполняющие роль винглетов. Ещё один значительный плюс такого проекта — упрощение и удешевление конструкции. Всё крыло по сути состоит из одинаковых секций, а значит производить их проще и дешевле.

А где двигатели? Для снижения сопротивления воздуха они спрятаны в наплыв между «плоскостями» крыла. Их воздухозаборники хорошо видны на картинке. NASA

Свой необычный самолёт есть и для региональных авиалиний. На первый взгляд, обычный конвертоплан. Но это совсем не так. Самолёт полностью на электричестве от водородных элементов, при этом двигатели, сжигающие топливо, отсутствуют. В горизонтальном полёте тяга создаётся не винтами, а целым набором маленьких двигателей в хвосте самолёта с единым кольцевым воздухозаборником с отсосом пограничного слоя. Никакой механизации нет, управление в полёте осуществляется при помощи ещё более маленьких электрических двигателей в винтах. Они же выполняют роль автомата перекоса в вертикальном полёте, позволяя отказаться от тяжёлой и сложной механики. 

В горизонтальном полёте двигатели в винтах не только используются для управления, но ещё и создают дополнительную тягу. NASA

Наконец последний концепт революционен не только в используемых технологиях, но и в попытке изменить весь подход к авиаперевозкам. Вместо обычного самолёта — сборный воздушный поезд. Составные беспилотные элементы с грузом или пассажирами взлетают с разных аэродромов целого региона, собираются в одной точке и стыкуются с материнским пилотируемым самолёт, несущим только огромный запас топлива. Дальше это огромное составное летающее крыло отправляется в длительный межконтинентальный полёт. По дороге составные части могут отделяться для посадки в своих точках назначения, а на их место будут присоединяться новые беспилотники.

Даже в мирное время требования к надёжности у военных самолётов сильно ниже гражданских. А самое главное — всё это очень дорого, и никакая повышенная экономичность не окупит их внедрение. Кроме того, добиться повышения эффективности можно более простыми и надёжными методами без революционных решений. Вот поэтому современные авиалайнеры внешне похожи на своих предшественников из 90-х годов, а не на поражающие воображение фантазии NASA.

Материал подготовлен RU VDS