Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) уже второй год ведет работы для пополнения научно-технического задела по тематике сверхзвуковых пассажирских и деловых самолетов (СПС и СДС) нового поколения.
По результатам работы мы дадим рекомендации по возможным формам таких летательных аппаратов, по уровню звукового удара, экономике и расходам топлива
В ЦАГИ указывают, что это первая подобная работа в России за последние два десятилетия при таком широком участии разработчиков авиатехники и институтов, а также при финансировании правительства. В ЦАГИ намерены создать облик перспективных СДС и СПС.
В истории авиации есть примеры создания пассажирских сверхзвуковых самолетов, которые даже выполняли регулярные рейсы. Причем СССР в свое время достиг огромных успехов в этой области.
Всего было создано две такие машины – советский самолет Ту-144, разработанный ОКБ Туполева, и англо-французский Concorde. Причем первым полет совершил советский лайнер 31 декабря 1968 года. Правда, через два месяца в небо поднялся и Concorde.
У Ту-144 было несколько преимуществ перед конкурентом. К примеру, благодаря убирающемуся на время полета переднему горизонтальному оперению Ту-144 мог увеличить маневренность и больше уменьшать скорость при посадке. Это позволяло Ту-144 садиться и взлетать в 18 аэропортах СССР. У Concorde же взлетно-посадочная скорость была выше на 15%, поэтому аэропорту требовался отдельный сертификат для его посадки.
Ту-144 летал на регулярных рейсах «Аэрофлота» только четыре года, с 1975 по 1978 год, тогда как Concorde эксплуатировался British Airlines и Air France в течение 27 лет вплоть до 2003 года.
Главная проблема сверхскоростных самолетов Ту-144 и Concorde – в высоком уровне шума и чрезмерном расходе топлива. По летно-техническим же характеристикам эти самолеты были неповторимыми по тем временам.
«Аэрофлот» эксплуатировал два самолета Ту-144. Однако в июне 1973 года на авиасалоне в Ле-Бурже один Ту-144 разбился во время показательного полета. Закрытию регулярных рейсов способствовали и коммерческие причины.
Топлива такой самолет расходует куда больше, чем обычный лайнер. Билет на российский сверхзвуковой пассажирский самолет, который летал из Москвы в Алма-Ату, стоил 83 рубля, тогда как на обычный лайнер – 62 рубля. Заполняемость рейсов оказалась низкой, и не только из-за дороговизны билетов, но и из из-за менее комфортного, хоть и быстрого, полета, в том числе из-за проблем с шумом. Однако Ту-144 еще несколько лет использовался для грузовых перевозок между Москвой и Хабаровском. В общей сложности он совершил 102 рейса под флагом «Аэрофлота», из них 55 пассажирских (перевезя около 3,2 тыс. пассажиров). Из-за нерентабельности сверхзвуковых самолетов прекратил полеты и Concorde.
#{image=541657}В конце 90-х годов ОКБ им. Сухого начало исследования концепции сверхзвуковых пассажирских самолетов – маленького С-21 и большого С-51. Потребность рынка в таких машинах оценивалась тогда в 100–150 штук. Однако потом проект заморозили.
Между тем попытки создать сверхзвуковой пассажирский самолет не оставляют во всем мире. Особенно активно занимаются этой темой в Японии, США и Европе. Так, европейский авиастроитель Airbus летом прошлого года на авиасалоне в Ле Бурже представил проект сверхзвукового пассажирского самолета под названием Zehst. По задумке разработчиков, при взлете и наборе высоты он будет использовать биотопливо, а в стратосфере переходить на ракетное горючее. Самолет сможет перевозить от 50 до 100 пассажиров из Парижа в Токио всего за 2,5 часа. Прототип этого самолета разрабатывается европейцами совместно с японцами и должен появиться к 2020 году, а коммерческая эксплуатация планируется только к 2050 году.
Российское правительство теперь также обратило внимание на этот сегмент рынка, выделив финансирование для создания научно-технического задела. О том, какие работы ведутся сейчас в России в области создания сверхзвуковых пассажирских самолетов, когда может появиться самолет, летающий со скоростью вдвое больше звуковой, в интервью газете ВЗГЛЯД рассказал заместитель генерального директора ФГУП «ЦАГИ» и начальник комплекса аэродинамики и динамики полета ЛА Сергей Ляпунов.
ВЗГЛЯД: На какой стадии находится разработка сверхзвукового пассажирского и делового самолета нового поколения? Есть ли название? Когда предварительно планируется построить новый самолет?
Сергей Ляпунов: Существует два этапа создания самолета. На первом создается научно-технический задел, на втором – идет создание самолета опытно-конструкторским бюро, которое опирается на этот задел. Сейчас мы находимся на стадии создания научно-технического задела, и о разработке конкретного самолета в нашей работе речи не идет. Но без этой важнейшей фазы никакие самолеты создать невозможно.
Поэтому названия у самолета нет и по поводу сроков сказать сложно. Возможно, что такие самолеты будут созданы в середине 2020-х годов.
ВЗГЛЯД: Речь идет не о проекте СПС-2, который был представлен на Парижском авиасалоне в июне 1993 года? Тогда указывалось, что срок его введения в эксплуатацию – 2025 год.
С.Л.: Нет. СПС-2 – это развитие линии Ту-144, это большие магистральные самолеты.
Развитие сверхскоростных пассажирских самолетов пошло по двум направлениям – создание больших магистральных самолетов и небольших деловых. Наша работа посвящена деловым самолетам, которые имеют ограниченное количество пассажиров и не летают на регулярных рейсах.
ВЗГЛЯД: Что же стало с проектом СПС-2?
С.Л.: На тот момент это был хорошо разработанный проект, но дальнейшего развития он не получил. Проекты создания больших сверхзвуковых самолетов были у многих: и у Boeing, и у японцев. Но сейчас, по нашим ощущениям, они также находятся в замороженном состоянии, серьезные работы в этом направлении не ведутся.
А вот в области деловых сверхзвуковых самолетов заметно оживление, работы ведутся в США компанией Boeing и даже небольшими фирмами, в Европе, где к сверхзвуковым самолетам большой интерес проявляет Dassault. Есть проект создания такого самолета у японского агентства по использованию космического пространства JAXA вместе с NASA. Они дошли до создания летающего семиметрового демонстратора, начиненного электроникой, который летает, и на нем отрабатываются системы управления, звукового удара и другие аспекты.
ВЗГЛЯД: Почему проекты больших сверхзвуковых магистральных самолетов заморожены?
С.Л.: У больших сверхзвуковых магистральных самолетов есть одна серьезная проблема. Когда сверхзвуковые самолеты летят над землей, они создают так называемый звуковой удар. В этот момент на земле слышен довольно громкий двойной хлопок. Если самолет большой, то происходит довольно сильный звуковой удар и при неблагоприятных условиях у домов могут даже зазвенеть или вылететь стекла.
Из-за этого полеты самолетов со сверхзвуковой скоростью над населенной сушей запрещены во всем мире, за исключением специальных коридоров, где летают военные самолеты. Аппараты могут летать со сверхзвуковой скоростью только над океаном, но не над населенной сушей. Конечно, это ограничивает их область применения.
Однако, чем меньше самолет, тем меньше его звуковой удар. Поэтому создание деловых самолетов с небольшим весом и количеством пассажиров – более перспективное сейчас направление.
Мы хотим создать демонстраторы технологий, которые докажут, что можно летать над сушей со сверхзвуковой скоростью и никого не пугать, не наносить разрушений и не создавать неприятностей. Когда это будет доказано на примере небольших лайнеров, можно будет переходить и к большим самолетам.
#{image=560998}ВЗГЛЯД: Значит, главная задача, которая ставится сейчас на этапе создания научно-технического задела, – доказать, что со сверхзвуковой скоростью можно летать и над сушей. А какие еще ставятся проблемы, которые надо решить?
С.Л.: Да, это сейчас одна из центральных задач, потому что есть запрет на полеты над сушей с такой скоростью. И у нас появились технические возможности ослабления звукового удара. Мы начали лучше понимать, какую геометрию самолета надо сделать: крыло, фюзеляж, где лучше расположить двигатели. Мы полагаем, что можно создать сверхзвуковые самолеты, которые будут создавать уровень шума от звукового удара не больше, чем хлопнувшая дверь.
Важной проблемой, которая требует решения, является экономическая составляющая. Надо снизить и стоимость самого самолета, и расход топлива. На сверхзвуковом самолете тратится в 2–2,5 раза больше топлива, чем при полете на дозвуковом самолете при одинаковой дальности полета и количестве пассажиров. Сверхзвуковой самолет тяжелее, а каждый килограмм самолета стоит денег. Большое внимание обращается также на снижение шума в аэропорту при взлете сверхзвукового самолета. В целом это основные проблемы, которые нам надо решить в рамках проекта.
ВЗГЛЯД: Как давно начались работы по созданию научно-технического задела?
С.Л.: Работы в этом направлении не прекращались никогда и идут со времен создания Ту-144 и Concorde. В этом направлении наиболее сильно продвинулась фирма «Туполев», которая создала уникальный Ту-144. Тот же проект СПС-2 базировался на разработках «Туполева». Большой вклад внесла и компания «Сухого». «Туполевские» самолеты были двухрежимными, то есть они могли летать над океаном на сверхзвуковой скорости, а над сушей обязаны были летать на дозвуковой скорости. А вот созданием однорежимного самолета, который мог бы летать со сверхзвуковой скоростью и над морем, и над сушей, активно занималась компания «Сухой».
Сейчас у нас появился отдельный контракт с Минпромторгом, посвященный созданию научно-технической базы для сверхзвукового делового самолета. Это контракт на 2011–2012 годы.
ВЗГЛЯД: А что дальше, по истечении контракта?
С.Л.: По результатам работы мы дадим рекомендации по возможным формам таких летательных аппаратов, а также по тем техническим характеристикам, которых реально можно достигнуть, по тому же уровню звукового удара, по экономике и расходам топлива. Это станет фундаментом для создания конкретного самолета при соответствующем решении правительства страны либо частных фирм в авиаотрасли. Без таких наработок просто невозможно начинать проектирование и создание конкретного аппарата.
ВЗГЛЯД: Пока речи об иностранных партнерах не идет? Работа осуществляется силами ЦАГИ и других российских компаний?
С.Л.: Для проведения двухгодичной работы собраны все наши российские силы. Ею занимается не только ЦАГИ, но также ЦИАМ им. Баранова (Центральный институт авиационного моторостроения), разработчики двигателей – «Авиадвигатель» (Пермь) и «Сатурн» (Рыбинск), «Новые гражданские технологии Сухого», Летно-исследовательский институт им. Громова (ЛИИ), у которого есть большой опыт измерения уровня звукового удара при реальных полетах сверхзвуковых самолетов, и многие другие.
#{intervieweco}ВЗГЛЯД: А финансирование достаточное?
С.Л.: Ученые вам всегда скажут, что недостаточное. Но, на самом деле, это заметное финансирование, которое позволяет нам не только провести расчетные работы, но и изготовить аэродинамические модели самолета, воздухозаборников двигателей, и провести их испытания в аэродинамических трубах. Это очень дорогостоящие составляющие проекта. Финансирование проекта позволит нам получить не просто бумажные, а подтвержденные наземными испытаниями характеристики летательного аппарата. Когда же денег мало, то все обычно заканчивается бумажной работой.
ВЗГЛЯД: Могли бы сказать, сколько обычно стоят подобные испытания?
С.Л.: Цикл изготовления и подробного испытания моделей стоит несколько миллионов, а иногда и несколько десятков миллионов рублей.
Под моделью имеется в виду масштабная копия летательных аппаратов. Сначала разрабатывается геометрия летательного аппарата, его детали – крыло, фюзеляж, оперение, двигатели. Потом изготавливаются масштабные (уменьшенные) копии летательного аппарата. Они испытываются в аэродинамических трубах при скоростях примерно в два раза больше скорости звука, на которых должны летать реальные самолеты.
ВЗГЛЯД: Каковы предполагаемые параметры новых сверхзвуковых самолетов, в частности, дальность полетов, крейсерская скорость, пассажировместимость?
С.Л.: По скорости существуют ограничения снизу и сверху. Этот самолет летает быстрее скорости звука, но полет со скоростью, близкой к скорости звука, – очень неприятный режим с точки зрения аэродинамики и других параметров. Поэтому самолет должен летать на скорости существенно большей скорости звука. Но сверху имеется другое ограничение – тепловой нагрев. При очень больших скоростях конструкция самолета нагревается. Избежать нагрева могут помочь специальные материалы, но они сильно удорожат самолет. Поэтому диапазон скоростей, который рассматривается для типовых сверхзвуковых самолетов, – это 1600–2000 км в час.
Пассажировместимость может быть очень разной. Можно создать самолет на 50 мест, который будет трансформирован в вип-самолет на 16 мест. Мы рассматриваем самолеты с вместимостью от 20 до 100 пассажиров.
Что касается дальности полетов, то одна из миссий небольших деловых самолетов – совершать трансатлантические полеты между Европой и Америкой. Поэтому типовая дальность по маршруту Париж – Лондон – Нью-Йорк – это 8–8,5 тыс. км.
Интересно, если дозвуковые самолеты летают на высоте 10–11 тыс. м, то сверхзвуковые самолеты выше – на высоте 14–16 тыс. м. Это важно, так как если бы сверхзвуковые самолеты летали на той же высоте, то управлять воздушным движением было бы сложно.
ВЗГЛЯД: Каково место России на мировой арене в области разработки сверхзвуковых самолетов? За 20 лет не растеряла ли Россия специалистов, наработки и заводы, способные проектировать и производить сверхзвуковые пассажирские самолеты?
С.Л.: Наш уровень в научном отношении достаточно высок. Показателен такой момент. В 2005–2010 годах выполнялся проект HISAC 6-й рамочной Европейской программы, который финансировался ЕК. Проект был посвящен исследованию возможностей создания делового сверхзвукового самолета. Со стороны России в проекте участвовали ГСС, ЦАГИ, ЦИАМ и Институт теоретической и прикладной механики СО РАН (Новосибирск). Именно они разработали рабочую конфигурацию сверхзвукового летательного аппарата, испытания которой были проведены в аэродинамических трубах России, Франции и Швейцарии.
Если говорить о строительстве самолетов, то в 90-х годах авиапромышленность чувствовала себя совсем плохо. Ситуация налаживается, но еще далека от идеальной. Самолеты такого рода пока не делаются. Но есть основания надеяться на то, что при переходе к конкретным разработкам эти навыки будут восстановлены, потому что у нас есть и задел, и специалисты.
ВЗГЛЯД: К практическому созданию сверхзвуковых самолетов в мире пока никто не пришел?
С.Л.: Все посматривают друг на друга. Есть проблемы шума, экономики и расхода топлива. Непонятно, если такой самолет будет сделан, разрешат ли ему летать. Это вопрос не только технический, но и политический, и экологический.
Но мир стремится к налаживанию быстрых коммуникаций. Очень важны контакты между Европой и США. Христофор Колумб три недели плыл до Америки, океанские лайнеры доставляют туда за неделю, на дозвуковых самолетах можно долететь за 10 часов, а на сверхзвуковом самолете появляется возможность осуществить тот же перелет за четыре часа. В мире бизнеса есть такое понятие, как однодневная поездка. Пока Европа и США не находятся на расстоянии однодневной поездки, но если сверхзвуковые самолеты войдут в строй, то это станет возможным. Желание делать такие самолеты есть. Надеемся, что появится и возможность.