Са каквим проблемима се суочавају наука и индустрија приликом конструисања суперсоничног путничког авиона (СПА), када и на основу којих машина се демонстратор такве летелице може појавити у Русији, и које још технологије су неопходне за почетак истраживачко конструкторских радова, говори генерални директор Централног аеродинамичног института „Жуковски“ Кирил Сипало.
Предности суперсоничног путничког авиона
Зашто се након престанка пројектовања Ту-144 и „Конкорда“ поново појавило интересовање за суперсоничне путничке авионе?
— Конструисање нове генерације суперсоничних путничких авиона је један од главних изазова модерне ваздухопловне науке широм света и једно од најперспективнијих високо-технолошких подручја у којима Русија има реалне шансе да постане светски лидер. Лет суперсоничном брзином нуди огромне предности у односу на традиционалне авионе. Пре свега, проширује подручје дневних путовања са 3500 км на 7000 км, помаже у побољшању ефикасности решавања државних и пословних проблема, а такође побољшава удобност путника јер чак и деца могу лако подносити 4,5 сати лета.
Поред тога, сада када се све припрема за побољшање стратегије за развој индустрије, пословања и туризма у посткоронавирусно доба, брзи ваздушни превоз може постати тражен, омогућавајући без проблема обављање пословних мисија, укључујући и оне на транснацоналном растојању. Томе ће такође допринети, судећи по свему, утврђена ниска цена горива у наредних неколико година. Узгред, управо мала економичност суперсоничних авиона прве генерације довела је до затварања програма Ту-144 и „Конкорд“.
Које карактеристике би требало да има суперсонични авион следеће генерације и која проблематична питања би требало да реше његови конструктори?
— За разлику од Ту-144 и „Конкорда“, тренутни одлучујући фактор за постојање нове генерације суперсоничних путничких авиона је смањење нивоа звучног удара до прихватљивог за становништво када авион лети суперсоничним брзинама крстарења изнад насељене земље, и смањење буке у околини аеродрома за време полетања и слетања. Важан фактор је и одржавање техничких и економских показатеља перспективних авиона на конкурентном нивоу. Суперсонични путнички авиона са два режима, који могу да лете суперсоничним брзинама само преко океана и ненасељеног копна, сигурно неће бити конкурентни.
Проблеми нивоа звучног налета
Обезбедити прихватљив ниво звучног налета за становништво је изузетно тежак задатак и чињеница да се тренутно не може решити, кочи развој путничког суперсоничног ваздухопловства. Поред тога, данас не постоји регулаторни оквир за прихватљив ниво звучног налета за путничке авионе који лете суперосничном брзином. Истовремено, у великом броју земаља (САД, Канада, Велика Британија) уведена је директна забрана прекорачења одговарајуће брзине звука изнад насељене земље.
Шта отежава конструисање суперсоничних путничких авиона?
— Конструисање суперсоничних путничких авиона је често отежано због контрадикторних техничких захтева за овај тип авиона. На пример, да бисте испунили захтеве за ниво звучног удара, мораћете да жртвујете неке аеродинамичке и тежинске карактеристике авиона, које су неопходне да би се обезбедило велико растојање по приступачној цени. Због тога, да би се осигурао низак ниво утицаја на животну средину истовремено са конкурентним техничким и економским карактеристика летења, биће потребно увести широк спектар нових међусобно повезаних техничких решења и технологија за аеродинамички распоред, енергетски комплекс и мотор, структурну шему напајања, систем управљања, ваздушни систем, опрему и тако даље. А потрага за оптималним решењем при пројектовању суперсоничних путничких авиона захтева сложено међудисциплинско истраживање.
Треба истаћи још једну важну околност. Постојећи мотори не могу испунити све захтеве СПА, што захтева развој и конструисање нове класе бесфорсажних мотора са умереним степеном млазног тока, пружајући истовремено висок ниво вуче и ниску потрошњу горива при суперсоничним режимима лета. Задатак конструисања таквих мотора је прилично компликован и захтева значајне материјалне и временске трошкове, што у комбинацији са релативно малом серијом СПА може постати озбиљан проблем.
Шта је наука о ваздухопловству сада спремна да понуди када је реч о решавању ових проблема?
— Анализа показује да традиционална решења и технологије неће бити у стању да обезбеде тражени ниво карактеристика перспективног СПА. Упркос великом интензитету рада на пројектовању таквих авиона широм света, значајном напретку у одређеним тематским областима и значајном износу новца уложеном у развој фондова, у блиској будућности почетак истраживачко конструкторских радова на перспективном авиону намењеном за одређене сврхе и са квалитетним новим својствима (суперсонична брзина крстарења) и захтевима (у погледу нивоа звука) осуђени су на неуспех и сигурно ће довести до трошења значајних ресурса без постизања практичних резултата. Да би се смањили технички ризици и трошкови развоја конкурентне нове генерације СПА, научне организације треба да претходно развију кључна техничка решења и критичне технологије до високог нивоа технолошке спремности, уз следећи пренос тих технологија у индустрију.
Да би се решио овај проблем, потребни су конструкција и тестирање лета експерименталног авиона — демонстратора комплекса перспективних технологија СПА нове генерације.
Да ли је пре Ту-144 такође конструисан демонстратор?
— Наравно, технолошки демонстратори су коришћени за тестирање нових техничких решења током стварања прве генерације СПА и за тестирање нових знања о могућностима модификације дијаграма тренутка смицања и савијања позитивног притиска. На пример, у СССР је за конструкцију крила у облику „шиљастог лука“ авиона Ту-144 пројектован демонстратор МиГ-21И (А-144), а у САД почетком 2000-их да би се доказало да може доћи до модификације дијаграма тренутка смицања и савијања позитивног притиска путем промене облика трупа, извршен је велики број нумеричких, експерименталних и летачких истраживања авиона Ф5 SSBD.
Уводи се и систем „техничког вида“
Тренутно у САД компанија Локид Мартин по наруџбини НАСА у оквиру програма Квест, конструише авион демонстратор Х-59 у коме се истражује интеграција низа технологија СПА – оптимизованих за смањење звучног удара уз обезбеђивање високог нивоа суперсоничног аеродинамичног квалитета, аеродинамично састављање, усисни отвор за ваздух енергетског комплекса који се налази на врху, систем „техничког вида“ и тако даље.
А шта се догађа у Русији?
— У Русији, у оквиру научно истраживачких радова осим тематских истраживања за развој кључних технологија СПА нове генерације, такође се посвећује велика пажња конструкцији интегрисаног авиона за демонстрацију лета. Дакле, 2019. године је у Централном аеродинамичном институту „Жуковски“ формиран технолошки предлог за демонстратор комплекса технологија СПА „Стриж“, чији је модел представљен на МАКС-2019. Успешна примена програма овог демонстратора лета омогућиће да се, у кратком времену и испред светских ривала, конструише СПА лаке класе, и да се формира јединствена научна и техничка основа за висок ниво технолошке спремности у интересу стварања СПА средње и тешке класе.
Када се тај демонстратор може појавити и на основу ког авиона је планирана његова конструкција?
— Према нашим прорачунима и уз могућност финансирања, такав демонстратор би требало да се појави до 2023. године. Очигледно је да је овај експериментални авион јефтинији и лакши за израду на бази авиона донатора, јер је главни циљ експеримента проверити исправност одабраних критичних технологија: аеродинамичког облика, локације, изгледа и величине усисног отвора за ваздуха, млазница и тако даље. Највероватније ће тај донатор бити МиГ-29 заједно са стандардним моторима и ваздухопловним системима којима је опремљен. Наравно, овде се не може говорити о пуноправном суперсоничном пословном авиону, већ о прототипу демонстратору.
Говорећи о новим технологијама које ће бити потребне за стварање нове генерације СПА, вероватно сте мислили и на прелазак на дигитално пројектовање. Какву улогу играју дигиталне технологије у активностима индустријских истраживачких института и конструкторских бироа током конструкције савремене ваздухопловне технике?
— Употреба дигиталних технологија у фази пројектовања и развоја ваздухопловне технологије, укључујући процес спровођења тестирања и сертификације, представља главни адут у конкуренцији инжењерског посла, што омогућава брзо развијање производа који је близу технолошке изврсности, бржи излазак на тржиште и максималан профит. Међутим, треба напоменути да употреба дигиталних инжењерских метода у конструкторским бироима без процене њихове тачности и применљивости, без валидације засноване на експерименталним и подацима о лету, доводи до значајних ризика за грешке приликом пројектовања, које су у великој мери сличне онима са почетка 20. века, када је преовладавала интуиција конструктора.
Прочитајте још:
