«Конверсия» гиперзвука в пассажирские самолеты

Человек – существо упрямое: всего через пару лет после принятия решения об отказе от эксплуатации сверхзвукового «Конкорда» в 2005 году несколько европейских стран заявили о начале исследований по созданию двигателя, способного разгонять летательный аппарат до скорости 4-8 «махов». В 2008-м сообщили о разработке силового агрегата, рассчитанного на 8М, а в 2015-м уже несколько КБ в мире проектируют летательный аппарат. Речь идет о европейском проекте Lapcat-2, подразумевающим постройку пары лайнеров, один из которых со скоростью 8500 км/ч будет перевозить 300 пассажиров из Брюсселя в Сидней за 2 ч 55 мин. (по другим данным 4,5 ч) Concorde преодолевал этот маршрут за 17 ч, Boeing – 22 ч.

Кто разрабатывает проект

Это английская компания Reaction Engines Limited. Помимо пассажирского лайнера, в настоящее время ведутся работы по созданию суборбитального беспилотника Skylon длиной 82 м, способного выходить в космос. Озвучена стоимость этой машины: 1,1 млрд. долларов. О пассажирской версии А2 известно немного: но иллюминаторов, утяжеляющих конструкцию, в ней точно не будет. Вместо них – панорамный обзор через видеокамеры.


Предполагаемые технические характеристики воздушного транспорта будущего А2:

✅ размах крыльев – 41 м
✅ длина – 139 м
✅ наибольшая взлетная масса – 400 т, из них 198 т – топливо
✅ силовой агрегат – четыре двигателя Scimitar
✅ средняя скорость 6125 км/ч
✅ дальность – 18700 км
✅ потолок – 28 км
✅ уровень шума – 101 дБ (расстояние – 450 м)
✅ число пассажиров – 300 (с багажом)

Двигатель

Он должен быть универсальным и подходить для взлета, выхода на сверхзвук и полета после его преодоления. Для беспилотника, предназначенного для выхода в космос будет использоваться силовой агрегат Sabre, а пассажирский самолет оборудуют прямоточным воздушно-реактивным двигателем Scimitar – упрощенным вариантом «Сейбр» (выход в космос и полет в режиме ракеты не потребуется).

Главная проблема для двигателей, работающих на сверхзвуковых скоростях – высокая температура. Поэтому в качестве топлива решили применить водород. Этот газ испаряется благодаря поступающему в силовой агрегат горячему воздуху. Он и будет отдавать тепло водороду, обеспечивая двигатель дополнительной энергией. Дополнительно в агрегате предусмотрена система со множеством трубок, заполненных гелием, охлаждающим воздух до -150°.


Другая проблема – где взять столько топлива? На сегодня единственный реальный способ – электролиз воды. Задача решилась бы более успешно при возможности извлекать топливный газ из воздуха. Но даже при использовании современных технологий добычи водорода, как утверждают разработчики, билет на самолет проекта Lapcat II будет стоит лишь в пару раз дороже, чем перелет на обычном лайнере в бизнес-классе. Приблизительная стоимость путешествия из Брюсселя в Сидней – 5 тыс. евро, что сегодняшних толстосумов не такая уж и большая цифра.


Однако с водородными двигателями тоже не все так гладко. В процессе их работы в стратосфере формируются водяные пары, которые очень долго не рассеиваются. В конечном итоге они могут внести свою «лепту» в глобальное потепление на планете. На высоте в 25 тыс. м пары рассеиваются за 30 лет! Правда, если подняться выше 32-х км, срок сокращается до года.



В Европе построили модель пассажирского лайнера из проекта Lapcat II в соотношении 1 к 120 и проверили ее в аэродинамической трубе на скорости в восемь «махов». Результаты испытаний можно назвать удовлетворительными. Двигатели создают положительную тягу, правда, расход горючего оказался в два раза больше предполагаемой нормы. Но даже и в таком случае топлива понадобится примерно столько же, сколько и обычному авиалайнеру, но экономия времени составит 50 %. Однако были и проблемы, которые пытались решать.

Акустический удар

С ним тоже нужно что-то делать. Громкость при переходе самолета на сверхзвуковую скорость может достигать на земле 160 дБ, чего достаточно, чтобы потерять слух. Причем в воздухе рядом с лайнером уровень шума ниже в 2-3 раза. Сила звука увеличивается, если летательный аппарата «вздумает» в этот момент маневрировать.


На сегодня Boeing, Lockheed и НАСА ведут работы по изысканию способов снижения силы звукового удара до минимума, который позволит пролетать сверхзвуковым самолетам над городами. Ну а пока, видимо, путешествовать придется через Северный полюс и малонаселенные регионы.

Нагрев воздушного судна

При достижении скорости в пять «махов» обшивка самолета разогревается до 1000°. В таких условиях титан и алюминий разжижаются, подобно сливочному маслу. Поэтому решено было применить керамику. Под ней расположится слой из углеволокна. Вообще, обшивка фюзеляжа будет многослойной. А для понижения ее температуры предполагается использовать …топливо. Точнее, холод от жидкого водорода.



При испытаниях модели в аэродинамической трубе внезапно выяснилось: при увеличении скорости до 8М нагрев обшивки уменьшается на 30 %. Приятная неожиданность! Это значит, что вес защитного покрытия будет меньше, чем для самолетов, летающих на скоростях до 5 «махов», что приведет к сокращению расхода топлива.

Будет ли востребован сверх- и гиперзвуковой самолет?

Над реализацией идеи сверхбыстрых авиалайнеров работают не только американцы. Японская компания JAXA тоже разрабатывает свой самолет Hytex. По уверениям проектировщиков, летательный аппарат пересечет Тихий океан за пару часов на скорости в 2М. Модель самолета с двигателем на жидком водороде уже испытали в аэродинамической трубе, достигнув М=1,8.


Однако японцы не только продували прообраз лайнера, но и изучали возможные потребности в нем. В итоге пришли к выводу: наибольшим спросом должен пользоваться 100-местный самолет, выполняющий пару оборотных рейсов в сутки. А кто будет пассажирами? Это бизнесмены и люди, интересующиеся инновационными методами передвижения (оказывается, таких на планете тоже хватает!). Согласно другим исследованиям, в 2030-м году сегмент гиперзвукового самолетостроения может занять до 35 млрд. евро при полумиллионе рабочих мест.

Что известно сегодня

Каких-либо новостей о продолжающихся испытаниях, успехах в этом направлении, увы, нет. Известно лишь, что препятствием для реализации проекта постройки суборбитального беспилотника стала необходимость «таскать» с собой огромное количество топлива, чтобы первоначально разогнаться до нужной скорости. Это крайне отрицательно сказывается на дальности из-за большого взлетного веса.


О пассажирской версии А2 тоже новостей нет. Изначально, в 2012 году сообщалось, что самолет будет построен к 2040 году. Хотя позже цифру корректировали до 2030-го. Координатор проекта Lapcat A2 от ЕКА Йохан Стилант и вовсе выразился туманно-неопределенно, сказав, что разрабатываемый лайнер «поможет не совершать технологических ошибок в будущем» и будет совершать «путешествия из Брюсселя в Сидней». Складывается впечатление, что руководители проекта что-то не договаривают, особенно в плане того, на что потрачены деньги и где результат.