Когда сверхзвуковая пассажирская авиация станет реальностью? Почему при наличии современных технологий и материалов ни в одной стране мира сверхзвуковых самолетов еще нет? А какими вообще они должны быть? Ответы на эти популярные вопросы дал доцент кафедры 106 «Аэродинамика, динамика и управление летательных аппаратов» Московского авиационного института Михаил Тяглик.
Эксперт МАИ принимал участие более чем в 50 проектах в интересах авиационно-космической промышленности, в настоящий момент является руководителем летной практики в МАИ, старшим научным сотрудником лаборатории «Пилотажные стенды и система «самолет-летчик». Пять лет Михаил Тяглик посвятил работе над проектом отечественного сверхзвукового пассажирского самолета в составе лаборатории «Искусственный интеллект и безопасность полета» НЦМУ «Сверхзвук».
— Михаил, чем современный сверхзвуковой самолет будет отличаться от тех, которые мы знаем в истории пассажирской авиации?
— В нашей истории было два таких самолета — Ту-144 и Concorde. Это были большие лайнеры, рассчитанные на массового пассажира. Сверхзвуковую скорость они развивали только в тех местах, где не мешали бы звуковым ударом жилым массивам. Ту-144 на сверхзвуковой скорости летал в казахских степях, Concorde — над океаном.
В последнее время в самолетостроении особое внимание уделяется не тому, чтобы летать быстрее, выше, сильнее (такой лозунг был раньше), а рассматривается еще и влияние на экологию. Имеются в виду не только выбросы, но и шумовое загрязнение. Современные лайнеры, которые создаются сегодня для выполнения полетов на сверхзвуковых скоростях, будут относительно небольшими бизнес-джетами, ориентированными на бизнес-сообщество. То есть на тех пассажиров, для которых время имеет большое значение и которым из точки А в точку Б необходимо переместиться в кратчайшие сроки.
— Новые материалы, ИИ, а какие еще технологии должны быть внедрены, чтобы самолеты были безопасными, комфортными и не очень громкими?
— Сверхзвуковые самолеты в силу своей конструкции всегда имели некоторые особенности в динамике полета. Этапы взлета и посадки были довольно сложными для летчика: приходилось совершать много действий, сами лайнеры были неустойчивыми по скорости, поэтому на них применялся автомат тяги. Например, на Ту-144 было выполнено несколько посадок без автомата тяги, и летчики признавались, что это напоминало цирковой номер.
Сегодня к самолетам предъявляются особые требования с точки зрения устойчивости, управляемости, динамики. Потому создаются современные системы управления, которые берут на себя ряд функций. Например, когда самолет выполняет вираж, у него развивается скольжение, он начинает терять высоту. А современная система управления функционирует так, что летчику думать об этом не нужно. Он отклонил ручку вправо, самолет накренится до такого угла, который будет ограничен определенным значением — не больше, чем предписано. Система обеспечит выполнение разворота без потери высоты и будет поддерживать заданную скорость полета. И современные самолеты, в том числе и сверхзвуковые, несмотря на то, что у них очень широкий диапазон скоростей, на которых они ведут себя по-разному, будут оснащены такими системами, обеспечивающими хорошие динамические свойства во всем диапазоне скоростей. С другой стороны, системы имеют свойство отказывать, потому предусматриваются алгоритмы, которые бы адаптировались к отказам и даже в условиях отказа обеспечивали бы приемлемую динамику управления. Над этим сейчас много работают.
Комфорт пассажиров — это не только обитые кожей сиденья или красивый интерьер, но еще и продуманность самолета с точки зрения перегрузок и вибрационных нагрузок. Этому тоже уделяется особое внимание. Система управления обеспечивает такое нарастание перегрузок и парирование ветровых возмущений, чтобы это ощущалось комфортно для человека. Совместно с медиками прорабатываются эти моменты: шум, вибрации, ощущения на взлете-посадке.
— В каких самолетах данные системы управления внедряются?
— SSJ-100, перспективный МС-21 оборудованы современными системами управления. Просто в сверхзвуковых самолетах будет сделан еще один шаг, поскольку они летают в более широком диапазоне скоростей. Кроме того, у них есть особенности на взлетно-посадочных режимах: система управления дополнительно компенсирует недостатки, которые присущи сверхзвуковым самолетам.
— Какова роль ИИ в современных самолетах, в том числе сверхзвуковых?
— Часто слышу вопросы относительно нейросетей, которые можно использовать в системе управления, чтобы заместить летчика. Но у нейросетей есть один большой недостаток: они дают примерное решение задачи, то есть каждый раз мы получаем решение, близкое к оптимальному. И дать гарантию, что в тот или иной момент нейросеть выберет верное решение, невозможно. Поэтому такие системы сертификации пока не подлежат. ИИ будет использоваться во вспомогательных системах: например, для диагностики неисправности самолета, поддержки экипажа, в информационных указателях. Но работать в контуре управления нейросети не готовы с точки зрения гарантированного обеспечения заданного уровня безопасности.
— А как будет решаться вопрос с шумом?
— Тут целый комплекс мероприятий.
Во-первых, бизнес-джеты будут гораздо компактнее, чем тот же Ту-144, потому и шума будут создавать меньше.
Во-вторых, они будут летать на высотах больших, чем летают современные дозвуковые самолеты. Это высота порядка 15-18 км. И, к слову, в сверхзвуковой пассажирской авиации есть еще одна большая задача — вписать такие самолеты в современную систему управления воздушным движением.
В-третьих, использование конструкции планера. Когда самолет летит на сверхзвуковой скорости, он сжимает воздух перед собой. Этот сжатый воздух расходится волнами в разные стороны. Так производится ударная волна. Специальная форма фюзеляжа обеспечивает уход ударной волны вверх. Кроме того, двигатели сверхзвуковых самолетов создают гораздо больше шума, чем дозвуковых, это связано с низкой степенью двухконтурности двигателя. Если большая степень двухконтурности на дозвуковых скоростях позволяет хорошо экономить топливо, бороться с шумом, то в сверхзвуковых самолетах это неэффективно. Поэтому двигатели размещают над фюзеляжем, чтобы на местности они создавали меньше шума. Такая компоновка приводит к ряду особенностей с точки зрения устойчивости и управляемости и требует создания новых алгоритмов системы управления, чтобы обеспечить хорошую динамику на всех этапах и режимах полета.
— Какие технологии внедрены в современных сверхзвуковых проектах?
— Сейчас в США летает демонстратор сверхзвукового самолета XB-1 компании Boom. Это первый самолет, созданный частной компанией, который преодолевает скорость звука. Раньше это делали большие государственные корпорации. В нем XB-1 применены все те технологии, которые мы обсуждали ранее: отражение звукового удара наверх, двигатель установлен сверху, есть камеры и оптические датчики, которые транслируют изображение на экран, чтобы летчик мог видеть взлетно-посадочную полосу при посадке на больших углах атаки. В Concorde и Ту-144 на этапах взлета и посадки носовая часть для этого опускалась. Современные технологии, которые делают возможным трансляцию изображения с видеокамер, позволяют отказаться от таких механизмов, что облегчает конструкцию.
— Какие системы безопасности должны быть внедрены в сверхзвуковых самолетах?
— К этим самолетам предъявляются все те требования, что и к дозвуковым. Вероятность возникновения отказа — десять в минус девятой. Это очень низкая вероятность. Надо помнить, что отказ одной системы не приводит к катастрофе. Даже отказ двигателя самолета не приводит к тому, что он сразу упадет. Все катастрофы происходят в силу стечения ряда обстоятельств: отказал двигатель, начал отказывать второй, плохие метеоусловия, неопытный пилот…
Все самолеты сейчас не однодвигательные, а многодвигательные именно для того, чтобы обеспечить безопасность. Есть различные системы на борту, которые докладывают летчику об отказе той или иной системы, постоянно поддерживает связь диспетчер — все это для безопасности, и сверхзвуковые самолеты будут абсолютно такими же.
— Какие основные сложности в создании сверхзвуковых летательных аппаратов?
— Первое: обеспечить необходимый спрос на эти летательные аппараты.
Второе: разработать технологии производства. И, к слову, фундаментальный задел в рамках НЦМУ «Сверхзвук» в России сделан огромный, он касается практически всех вопросов создания сверхзвукового самолета.
Далее — вопросы налаживания производства, кооперации предприятий, обеспечение серийного выпуска, жизненного цикла этого летательного аппарата, проведение испытаний и внедрение.
На все это требуется время и все эти этапы необходимо пройти.
Есть такой документ, как форсайт развития авиационной отрасли. Он формулировался до 2030 года, и там был прописан сверхзвуковой пассажирский самолет. В рамках этой программы велись работы и Министерством промышленности и торговли, и Министерством высшего образования и науки. Уверен, этот задел будет использован.
— Когда сверхзвуковой самолет станет реальностью и выполнит первый коммерческий рейс?
— Китай и США заявляют 2030 год, но надо понимать, что если такой самолет и будет сделан, даже если это будет готовый серийный экземпляр, необходимо провести испытания, сертификацию и так далее. И только после этого его разрешат покупать и эксплуатировать. Это точно еще плюс пять лет.
Кроме того, нужно решить вопрос с топливом, ведь топливо для сверхзвукового самолета будет отличаться от обычного. И здесь добавляются налаживание выпуска этого топлива, организация доставки.
— И все же, почему в мире до сих пор нет такого самолета?
— Рынок не видел спроса. Но даже если после 2030 года спрос на эти воздушные суда не появится, задел с точки зрения технологий сделан огромный. Кроме того, эти технологии могут быть применены в разных сферах. Все прекрасно знают, что авиация всегда была передовой отраслью. Например, современный автомобиль имеет проекцию на лобовом стекле, систему АВS — изначально это авиационные технологии.
Поэтому уверен, что те технологии, которые разрабатываются сегодня для сверхзвуковой авиации, точно будут востребованы и при создании перспективных дозвуковых самолетов. В любом случае все не зря.
— Как вы относитесь к идее пассажирских суборбитальных самолетов?
— Мне кажется, в будущем это возможно. Космический туризм стал реальностью. Может быть, станут ею и пассажирские перелеты на скорости 10 тыс. км/ч.
— А как насчет перегрузок?
— Как таковую скорость человек не чувствует, он чувствует ускорение. Скорость 300 км/ч или 3 тыс. км/ч — в ощущениях разницы нет. Разве что будет становиться тише, поскольку звук от двигателей останется позади.
— Существующая инфраструктура подходит для сверхзвука?
— Новых аэродромов строить не будут точно, несмотря на то, что скорость выше при взлете и посадке. Но поскольку самолеты небольшие, то длин взлетно-посадочных полос современных аэропортов будет достаточно.
Фото: МАИ Авторские права на данный материал принадлежат «МАИ». Цель включения данного материала в дайджест — сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Источник: aviaport.ru