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

Основният дизайн на самолетите за търговски цели 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 утвърждават форм-фактора "тръба и крило", който се използва и днес.

Това е така, защото търговската авиация дава приоритет на безопасността, предпочитайки изпитани решения, и защото други постижения - например в областта на 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 други сектори, именно защото нейните основни технологии се оказаха толкова трудни за изоставяне. Може би е настъпил моментът да опитате нещо ново.

Едно от предложенията е "смесено крило" Тази изцяло нова форма на самолета прилича на дизайна на "летящото крило", използван от военни самолети като емблематичния бомбардировач B-2, но смесеното крило има по-голям обем в средната част. И Boeing, и Airbus се занимават с тази идея, както и трети играч - калифорнийската компания JetZero, която си е поставила амбициозната цел да пусне в експлоатация самолет със смесено крило още през 2030 г.

"Ние сме убедени, че пътят към нулеви емисии при големите реактивни самолети е много важен, а смесеният планер може да осигури 50% по-нисък разход на гориво и емисии", казва Том О'Лиъри, съосновател и главен изпълнителен директор на JetZero. "Това е огромен скок напред в сравнение с това, с което индустрията е свикнала. "

Под натиск

Концепцията за смесено крило далеч не е нова и първите опити за построяване на самолети с този дизайн датират от края на 20-те години на миналия век в Германия. През 1947 г. американският самолетостроител и индустриалец Джак Нортроп създава проект за летящо крило с реактивен двигател, който вдъхновява B-2 през 90-те години на ХХ век.

Като своеобразен хибрид между летящо крило и традиционните "тръба и крило", смесеното крило позволява на целия самолет да генерира подемна сила, намалявайки съпротивлението. От НАСА твърдят, че тази форма "спомага за увеличаване на икономията на гориво и създава по-големи площи за полезен товар (товари или пътници) в централната част на тялото на самолета" Агенцията го е изпробвала в един от експерименталните си самолети - X-48.

По време на около 120 тестови полета между 2007 и 2012 г. два безпилотни, дистанционно управлявани самолета X-48 демонстрираха жизнеспособността на концепцията. "Самолетът от този тип ще има размах на крилата малко по-голям от този на Boeing 747 и ще може да се експлоатира от съществуващите летищни терминали", казва агенцията, като добавя, че самолетът също така "ще тежи по-малко, ще генерира по-малко шум и емисии и ще струва по-малко за експлоатация от също толкова усъвършенстван конвенционален транспортен самолет".

 През 2020 г. Airbus построи малък демонстрационен самолет със смесено крило с дължина около 6 фута, с което сигнализира за интерес към бъдещо създаване на пълноразмерен самолет. Но ако формата е толкова ефективна, защо все още не сме преминали към изграждането на самолети, базирани на нея?

Според О'Лиъри има едно основно техническо предизвикателство, което възпрепятства производителите. "Това е осигуряването на налягане в нецилиндричен фюзелаж", казва той, посочвайки факта, че самолетът с тръбна форма е в състояние да се справи по-добре с постоянните цикли на разширяване и свиване, които се случват при всеки полет.

"Ако мислите за "тръба и крило", това разделя натоварванията - имате натоварване от налягането върху тръбата и натоварване от огъване върху крилата. Но смесеното крило по същество ги обединява. Едва сега можем да направим това с композитни материали, които са едновременно леки и здрави."

Такава радикално нова форма ще направи интериора на самолета да изглежда и да се усеща по коренно различен начин в сравнение с днешните широкофюзелажни самолети. "Това е просто много, много по-широк фюзелаж", казва О'Лиъри. "Вашият типичен едноместен самолет има три на три места, но това е нещо като по-къса и по-широка тръба. Имате същия брой хора, но може да имате 15 или 20 реда в кабината, в зависимост от това как ще го конфигурира всяка конкретна авиокомпания.

"Това просто им дава изцяло нова палитра, с която да я 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 размер е Boeing 767 - широкофюзелажен двумоторен самолет, въведен през 80-те години на миналия век, който обикновено превозва около 210 пътници. Той все още се произвежда като товарен самолет, но е заменен от Boeing 787 като пътнически самолет. Той има и съвременен военен вариант - KC-46, който ВВС на САЩ използват за зареждане с гориво във въздуха.

По същия начин JetZero иска да разработи едновременно три варианта: пътнически самолет, товарен самолет и самолет-цистерна за гориво. Формата на смесеното крило е толкова подходяща за последния вариант, че Военновъздушните сили на САЩ току-що отпуснаха на JetZero 235 млн. долара за разработване на пълномащабен демонстрационен самолет и потвърждаване на ефективността на концепцията за смесено крило. Първият полет се очаква до 2027 г., което означава, че военната версия на самолета ще бъде водеща и може би ще подпомогне разработването на търговските модели.

Създаването на изцяло нов самолет от нулата обаче е огромна задача, а целите на JetZero звучат амбициозно, като се има предвид, че пълният процес на сертифициране дори на вариант на съществуващ самолет може да отнеме години. Едно от предимствата на JetZero в тази област е, че първоначално самолетът ще използва двигатели от днешните самолети с тясно тяло, като Boeing 737, въпреки че планът е в крайна сметка да се премине към задвижване изцяло без емисии, задвижвано от водород, което ще изисква нови двигатели, които все още не са разработени.

JetZero все още няма поръчки за своя самолет, но О'Лиъри твърди, 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 се види дали 50% намаление на разхода на гориво е действително възможно. Както НАСА, така и Airbus посочват по-скромните 20 % за своите проекти, докато ВВС на САЩ твърдят, че самолет със смесено крило може да "подобри аеродинамичната ефективност с поне 30 % в сравнение с настоящите самолети-цистерни и самолети за мобилност на ВВС".

"Важно е да се отбележи, че макар тялото със смесено крило да може да намали съпротивлението и да увеличи горивната ефективност, действителните ползи зависят от конкретния дизайн, конфигурация и експлоатационни 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. Трудно би било да се определи конкретен процент на намаление на горивото без необходимите тестове", добавя той.

Според Майлс дизайнът на смесеното крило е "революционна" идея, която има потенциал, но е свързана с редица пречки, по-специално с повишена аеродинамична сложност, която може да направи проектирането и тестването трудни, с редица регулаторни и сертификационни предизвикателства и с форма, която може да не е подходяща за съществуващата летищна инфраструктура.

"Самолетът със смесено тяло на крилото е изключително обещаващ като промяна в авиационната индустрия, предлагайки потенциал за подобрена горивна ефективност, увеличен капацитет на полезния товар и иновативни системи за управление. Въпреки това, справянето с аеродинамичната сложност, осигуряването на структурна цялост, преодоляването на регулаторните пречки и адаптирането на летищната инфраструктура са огромни предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, за да може той да стане реалност", казва той и добавя, че тези предизвикателства, наред с други, правят целта на JetZero за влизане в експлоатация през 2030 г. "немислима".

 Според Ричард Абулафия, авиационен анализатор в консултантската фирма Aerodynamic Advisory, макар че не всички твърдения на JetZero могат да бъдат проверени, "идеята за смесено крило е доста привлекателна от години и изглежда, че са направили някои много интересни изследвания. Аз и моите колеги го смятаме за доста обещаващ. "

Той е загрижен, че в момента фирмата е предимно "проектантска", но вярва, че проектът може да се реализира с помощта на изпълнителите. "Със сигурност има място за някой, който действително иска да добави стойност в тази индустрия", казва той.

 Източник: CNN