Научный руководитель ЦАГИ Сергей Чернышев — о сверхзвуковом демонстраторе технологий и прорывных разработках в отечественной авиации
В России создают демонстратор технологий сверхзвукового самолета. Он поможет отработать режимы полетов для пассажирского лайнера, который за два-три часа преодолеет путь от Москвы до Владивостока. Кроме того, ученые запатентовали конструкцию вертолета, который в воздухе превращается в самолет. Об этом в эксклюзивном интервью «Известиям» рассказал научный руководитель Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), вице-президент РАН, академик Сергей Чернышев. Также он сообщил о «летающем крыле», электродвигателях, плазменной аэродинамике и других прорывных разработках в отечественной авиации.
«Создается сверхзвуковой самолет — демонстратор технологий»
— Сергей Леонидович, когда наша страна догонит мировых лидеров по интенсивности полетов?
— Нужно сказать, что за последние годы количество авиарейсов в России увеличилось. По данным Минтранса РФ, в 2023-м российские авиакомпании перевезли 105 млн пассажиров. Появляются новые авиамаршруты, ежегодно вводятся в строй новые воздушные гавани, развивается внутренний туризм. Также растут грузовые перевозки, что связано с популярностью маркетплейсов.
Развитие воздушного транспорта в нашей стране решается на уровне нацпроектов. При этом важно обеспечить авиационную мобильность людей в самых отдаленных уголках страны. Предприятиями отрасли ведется активная работа в этом направлении.
— Один из проектов ЦАГИ — разработка пассажирского сверхзвукового самолета нового поколения. На каком этапе находится проект?
— Сейчас это комплексный научно-технический проект, который реализуется при поддержке Минпромторга в составе кооперации научных и образовательных организаций, где НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» выполняет интегрирующую и руководящую роль по отношению ко всем участникам проекта, включая ЦАГИ.
Фото: ТАСС/Михаил Терещенко
Источник изображения: iz.ru
Предполагается, что гражданское сверхзвуковое воздушное судно будет летать с крейсерской скоростью, соответствующей числу 1,8 Маха, что на высоте 14–16 км составит порядка 2200 км/ч. Большинство технологий в рамках проекта проработано на уровне цифрового моделирования и наземных экспериментов. В том числе посредством продувки уменьшенных моделей самолета в аэродинамических трубах.
— На каком этапе находится проект?
— Сейчас для натурных экспериментов создается сверхзвуковой самолет — демонстратор технологий. Он позволит проверить режимы полета (взлет, посадку, преодоление звукового барьера) и отработать наиболее важные технологии, такие как уменьшение звукового удара и шума, проверить упругие свойства конструкции планера и его прочность, оценить другие характеристики будущего самолета.
Демонстратор технологий — это важный источник информации. Он поможет перейти к созданию полноразмерного прототипа сверхзвукового пассажирского самолета.
— Для каких целей создают сверхзвуковой самолет?
— Чтобы существенно сократить время воздушных путешествий. К примеру, такой лайнер сможет за два-три часа преодолеть расстояние от Москвы до Владивостока. Это позволит совершать поездки из столицы на Дальний Восток (или в обратном направлении) в течение одного дня. Такой формат экономит время и силы людей. В конечном итоге сверхзвуковые лайнеры увеличат связность нашей страны. Кроме того, открываются новые возможности для межконтинентальных перелетов.
Предполагается, что сначала сверхзвуковые перелеты будут востребованы в деловой авиации. Поэтому первые самолеты этого класса будут перевозить небольшое количество пассажиров. По мере развития спроса появятся машины большей вместимостью. Ставится цель обеспечить стоимость билетов, сопоставимую с ценой перелетов в бизнес-классе на дозвуковых самолетах.
«Российская научная школа в области процессов управления и ИИ — одна из самых сильных в мире»
— Расскажите, какие проекты могут обеспечить технологическое лидерство?
— Задачи сегодняшнего дня не отменяют работу на перспективу. При этом отечественная авиационная научно-инженерная школа учитывает мировые тренды в своей работе. Речь идет прежде всего о безопасности полетов и исключении человеческого фактора в качестве причины авиационных происшествий за счет глубокой автоматизации процессов на борту самолета и применения высокоинтеллектуальных систем управления. Отмечу, что российская научная школа в области процессов управления и искусственного интеллекта — одна из самых сильных в мире.
Фото: ТАСС/Михаил Терещенко
Источник изображения: iz.ru
Другое направление — это уменьшение эмиссии двигателей за счет оптимального расхода топлива, снижение шума реактивной струи и шума планера, увеличения аэродинамической эффективности самолета, уменьшения удельного веса конструкции, оптимальной интеграции двигателя и планера самолета и ряда других направлений.
Улучшение аэродинамики самолета, в свою очередь, может быть обеспечено за счет применения нетрадиционных аэродинамических компоновок (типа «летающего крыла»), оптимальной интеграции двигателей и планера, управления обтеканием самолета, использования распределенных силовых установок и др.
Для «облагораживания» потока вокруг самолета, которое ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления, отрабатываются различные методы: воздействие на отрывные зоны с целью их уменьшения, использование естественной или искусственной ламинаризации.
— Можете привести примеры прорывных разработок?
— По всем названным направлениям запущены инновационные исследовательские проекты. Они должны дать целый набор технологических решений, некоторые из которых не имеют аналогов в мире.
Приведу пример из области нетрадиционных методов ламинаризации потока за счет использования «холодной» плазмы. Физику этого процесса можно пояснить следующим образом: струи ионизированного газа, которые образуются за счет воздействия высокочастотных электрических разрядов малой мощности, направляются в зону пристенного тонкого пограничного слоя для придания потоку ламинарного характера. Это, в свою очередь, приводит к снижению трения воздушного потока на обтекаемой поверхности.
Фото: ТАСС/Станислав Красильников
Источник изображения: iz.ru
То есть искусственно созданные струи ионизированного газа как бы подправляют движение потока в пограничном слое и на четверть снижают сопротивление. Этот эффект подтвержден экспериментально в исследованиях ЦАГИ и Института электрофизики и электроэнергетики РАН. Это пока фундаментальный результат, но применение «холодной» плазмы может дать начало новому технологическому направлению — плазменной аэродинамике.
«Конструкция типа «летающее крыло» может на 25% улучшить аэродинамические характеристики»
— Какие перспективные конструкции воздушных судов рассматривают ученые?
— Если говорить о дальнемагистральных самолетах, то здесь конструкторы подошли к пределу эффективности классических форм. Поэтому идет поиск нетрадиционных решений. Одной из перспективных да видится конфигурация типа «летающее крыло» большого удлинения. Показано, что конструкция типа «летающее крыло» может на 25 % улучшить аэродинамические характеристики самолета.
Также обсуждают компоновки с распределенной силовой установкой. Она представляет собой реактивный двигатель, в котором «холодная» компрессорная часть разделена на несколько входных устройств. Они многократно сжимают воздух и подают его в единый газогенератор.
Такая схема силовой установки при интеграции с планером дает дополнительную гибкость конструктору и обладает меньшим аэродинамическим сопротивлением. Большое количество двигателей позволяет решить проблему отказа одного или нескольких из них во время полета.
— Перспективны ли гибридные системы двигателей?
Для самолетов небольшого размера и в России, и в мире исследуют системы, где совмещают тепловые (например, турбореактивные) и электрические двигатели. Первые во время работы также подзаряжают батареи. Затем накопленную энергию направляют на электродвигатели, которые включаются и на режиме взлета — набора высоты, и в крейсерском полете. Большое количество электродвигателей (до десятка) позволяет решить проблему безопасного отказа одного или нескольких из них во время полета.
Фото: РИА Новости/Сергей Мамонтов
Источник изображения: iz.ru
Преимущество многодвигательной схемы в том, что при проектировании самолета конструктор может оптимально вписать двигатели в конструкцию планера с целью минимизации сопротивления. Реализацию этих проектов на данном этапе сдерживает отсутствие компактных и легких аккумуляторов. Но работы в этом направлении ведутся, и в недалеком будущем применение в авиации принципов электродвижения станет привычным делом.
— Есть ли в разработке ЦАГИ аппараты, условно говоря, на новых физических принципах?
— Да, проверка реализуемости новаторских конструкций — один из профильных видов деятельности института. Например, в ЦАГИ разрабатывают вертолет, который в полете превращается в самолет.
Этот аппарат оснащен несущим винтом, который в определенных режимах полета фиксируется и становится просто крылом. При этом толкающие двигатели продолжают работать, и воздушное судно летит как самолет. То есть машина совмещает преимущества вертикального взлета (как у вертолетов) и высокую скорость перемещения по горизонтали, которую обеспечивает самолетная компоновка.
Эта технологическая новинка нами запатентована. Однако не все идеи воплощаются в реальности. После подтверждения работоспособности той или иной концепции начинается долгий путь создания рабочих технологий, обеспечивающих безопасность полета и высокую аэродинамическую эффективность и надежность летательного аппарата.
«В ЦАГИ работает группа, которая глубоко изучает дирижабли и механику их полета»
— Как вы относитесь к перспективе дирижаблей, построенных с учетом современных технологий и материалов?
— В ЦАГИ работает группа, которая глубоко изучает дирижабли и механику полета этих аппаратов. Основная проблема таких аппаратов — парусность. Например, при сильном боковом ветре могут возникнуть нагрузки, на которые двигатели не смогут быстро среагировать, что чревато аварией.
Фото: РИА Новости/Рамиль Ситдиков
Источник изображения: iz.ru
Это главный сдерживающий фактор развития дирижаблей. Однако такие аппараты можно применять для различных специальных назначений — дистанционного зондирования Земли или обеспечения связи и навигации в труднодоступной местности, несения навигационных приборов. Также они могут быть использованы для доставки грузов и почтовых отправлений в отдаленных районах при необходимости.
— Как беспилотная авиация сейчас влияет на пилотируемую?
— Конкурировать с пилотируемой авиацией в сфере магистральных пассажирских перевозок беспилотники пока не могут. Тем не менее в ближайшие 10–15 лет в авиастроении будут вестись разработки беспилотного транспорта для индивидуального использования. Например, воздушных такси.
Это наиболее логичный вариант, но он требует тщательной проработки для обеспечения безопасности полетов. В частности, нужно прописать нормативную базу, создать инфраструктуру для низколетящих аппаратов. Это особенно важно в городских агломерациях.
В некоторых странах рассматривают варианты воздушных такси, которые летают в беспилотном режиме по заданным маршрутам, ориентируясь на стационарные навигационные станции. То есть они будут летать по воздуху, как ходят трамваи по рельсам. Такие аппараты смогут курсировать на высоте в несколько десятков или сотен метров от поверхности земли. При этом нужно исключить пересечение траекторией полетов беспилотных и пилотируемого судов.
Андрей Коршунов
