Facebook |  ВКонтакте | Город Алматы 
Выберите город
А
  • Актау
  • Актобе
  • Алматы
  • Аральск
  • Аркалык
  • Астана
  • Атбасар
  • Атырау
Б
  • Байконыр
Ж
  • Жезказган
  • Житикара
З
  • Зыряновск
К
  • Капчагай
  • Караганда
  • Кокшетау
  • Костанай
  • Кызылорда
Л
  • Лисаковск
П
  • Павлодар
  • Петропавловск
Р
  • Риддер
С
  • Семей
Т
  • Талдыкорган
  • Тараз
  • Темиртау
  • Туркестан
У
  • Урал
  • Уральск
  • Усть-Каменогорск
Ф
  • Форт Шевченко
Ч
  • Чимбулак
Ш
  • Шымкент
Щ
  • Щучинск
Э
  • Экибастуз

Авиация будущего: пассажирские дроны и биодизайн

Дата: 23 ноября 2017 в 21:37

Возможно ли, чтобы само представление о полете полностью изменилось? Не исключено, что в будущем именно так оно и будет. Благодаря новым материалам и технологиям могут появиться пассажирские дроны, а в небо вернутся сверхзвуковые авиалайнеры. Русская служба Би-би-си проанализировала информацию о новейших проектах Airbus, Uber, Toyota и других компаний, чтобы определить, в каком направлении будет развиваться авиация в будущем.

Сейчас над городами относительно свободным остается довольно большой слой атмосферы высотой до километра. Это пространство используют специальная авиация, вертолеты, а также отдельные частные или корпоративные самолеты.

Но в этом слое уже начинает развиваться новый вид воздушного транспорта. У него много названий — городская или персональная авиация, авиатранспортная система будущего, небесное такси и так далее. Но суть его была сформулирована еще в начале XIX века художниками-футурологами: каждый получит возможность пользоваться небольшим летательным аппаратом для полетов на небольшие расстояния.

Инженеры никогда не расставались с этой мечтой. Но до сих пор мешало отсутствие прочных и легких материалов и несовершенная электроника, без которой нельзя запустить множество небольших аппаратов. С появлением высокопрочного и легкого углепластика и развитием портативных компьютеров все изменилось.

Нынешний этап создания городского аэромобильного транспорта чем-то напоминает 1910-е годы, самое начало истории самолетостроения. Тогда конструкторы не сразу нашли оптимальную форму самолета и смело экспериментировали, создавая причудливые конструкции.

Сейчас общая задача — сделать летательный аппарат для городской среды — также позволяет строить самые разнообразные аппараты.

Корпорация Airbus, к примеру, разрабатывает сразу три крупных проекта — пилотируемый одноместный Vahana, который, по планам корпорации, сможет полететь уже в следующем году, а к 2021 году будет готов к коммерческим полетам. Два других проекта: CityAirbus, беспилотное такси-квадрокоптер на несколько человек, и Pop.Up, который корпорация разрабатывает совместно с Italdesign. Это одноместный беспилотный модуль, который можно будет использовать на колесном шасси для поездок по городу, а также подвешивать к квадрокоптеру для полетов.

Airbus Pop.Up и CityAirbus используют принцип квадрокоптера, а Vahana — конвертоплан (то есть аппарат, который взлетает по-вертолетному, а затем разворачивает двигатели и дальше движется как самолет).

Схемы квадрокоптера и конвертоплана — сейчас основные для пассажирских дронов. Квадрокоптеры гораздо более стабильны во время полета. А конвертопланы позволяют развивать большую скорость. Но обе схемы позволяют вертикально взлетать и садиться. Это ключевое требование для городской авиации, поскольку обычному самолету нужна взлетно-посадочная полоса. А это значит, что понадобится строительство дополнительной инфраструктуры для города.

Среди других заметных проектов — Volocopter германской компании eVolo, который представляет собой мультикоптер с 18 пропеллерами. Это пока что самый успешный проект воздушного такси, осенью 2017 года в Дубае уже приступили к его тестированию. В июне управляющая транспортная компания Дубая подписала соглашение об этом с eVolo.

Еще один проект из Германии — Lilium — интересен необычной компоновкой. Это электрический конвертоплан на 36 небольших турбин, установленных двумя блоками вдоль крыла, и с еще двумя блоками в передней части аппарата. Компания уже начала тестовые полеты в беспилотном режиме.

Японский автопроизводитель Toyota инвестирует в проект Cartivator.

А онлайн-сервис такси Uber также разрабатывает свою беспилотную систему, в этом проекте он тесно сотрудничает с НАСА по разработке технологий и программного обеспечения сервиса в городах с высокой плотностью населения.

Среди авиационных экспертов немало как сторонников беспилотных городских пассажирских перевозок, так и скептиков.

Среди последних — главный редактор Avia.ru Роман Гусаров. Главная проблема, по его мнению — невысокая мощность электродвигателей и аккумуляторов. И эффективные пассажирские дроны вряд ли появятся в обозримом будущем, несмотря на то, что в их разработку вкладывается много средств.

«Технологии еще достаточно сыры и создаваемые с их использованием системы подвержены техническим сбоям», — отметил в интервью Би-би-си главный редактор портала uav.ru Денис Федутинов.

По его словам, подобные проекты могут быть просто красивым рекламным ходом и возможностью показать, что компания занимается передовыми исследованиями. Он также не исключает, что на фоне восторженных публикаций в прессе может возникнуть много стартапов, которые, найдя деньги инвесторов, так и не смогут создать летающий пассажирский дрон.

Исполнительный директор Infomost Consulting (компания занимается консалтингом в области транспорта) Борис Рыбак считает, что пока самой большой проблемой в этой сфере является страх. Люди будут еще долго бояться доверять свою жизнь летательному аппарату без пилота.

«Когда появились первые самодвижущиеся бензиновые повозки, с чадом, дымом и грохотом ехали они рядом с лошадками, и народ разбегался. Но это нормально, тогда было страшно, и сейчас страшно», — сказал Рыбак.

Между домами и птицами

В настоящее время НАСА и Федеральное управление гражданской авиации США работают над программой «Управление движением беспилотных авиационных систем» (Unmanned Aircraft System (UAS) Traffic Management (UTM)). Именно в рамках этой программы с НАСА и ФАА сотрудничает компания Uber.

Развитие технологий в этой области сильно опережает разработку правил их регулирования. Американскую программу начали разрабатывать в 2015 году, но в «дорожной карте» ее разработки пока даже не отмечен срок создания правил для полетов в густонаселенных городских районах.

При этом имеются в виду полеты дронов по доставке почты и новостной видеосъемке. А о перевозке пассажиров в программе пока вообще ничего не говорится.

Судя по данным презентаций, изученных Русской службой Би-би-си, в будущем полеты пассажирских дронов в городах будут регулироваться через выстраивание маршрутов в воздушных коридорах. Такой же принцип действует в современной гражданской авиации. При этом дроны будут активно взаимодействовать между собой и мониторить воздушное пространство вокруг, чтобы избежать столкновений с другими дронами и прочими объектами в воздухе (например, с птицами).

Однако, как полагает Борис Рыбак, гораздо более эффективной была бы система, построенная по принципу свободного полета, где маршруты выстраивались бы компьютерами с учетом местонахождения всех аппаратов в воздухе.

В России власти также пытаются делать осторожные шаги по регулированию полетов беспилотников в городской среде. Так, уже давно интересуется беспилотниками компания «Ростелеком». Она является подрядчиком компании «Российские космические системы», которая в ноябре 2015 года выиграла конкурс Роскосмоса на 723 млн рублей (12,3 млн долларов) на создание инфраструктуры Федерального сетевого оператора.

Эта инфраструктура должна будет обеспечить наблюдение за транспортом и беспилотными аппаратами (включая летательные), наземным и водным пилотируемым и беспилотным транспортом, железнодорожным транспортом, объяснял представитель «Ростелекома». Оператор создает опытный образец инфраструктуры, которая будет контролировать движение транспорта, прежде всего дронов, и готов потратить на субподрядчиков около 100 млн рублей (1,7 млн долларов).

Замглавы департамента науки, промышленной политики и предпринимательства города Москвы Андрей Тихонов рассказал Би-би-си, что в российской столице пока нет условий для появления пассажирских дронов.

«Во-первых, не до конца проработана нормативная база для беспилотных летательных и наземных аппаратов. Во-вторых, московская инфраструктура пока не приспособлена для массовой транспортировки грузов и пассажиров на беспилотных аппаратах. В-третьих, большинство аппаратов, предназначенных для перевозки людей и больших грузов, пока находятся на стадии тестирования и должны получить соответствующую документацию для работы в городских условиях. Опять же возникают вопросы обязательного страхования пассажиров и многие другие», — объяснил он.

Правда, по его словам, эти проблемы не столько останавливают власти города, сколько заставляют искать пути их решения.

Другое направление, над которым работают во многих авиастроительных корпорациях — сверхзвуковые пассажирские перевозки.

Эта идея совсем не нова. 22 ноября исполняется 40 лет началу регулярных коммерческих рейсов между Нью-Йорком, Парижем и Лондоном на самолетах «Конкорд». В 1970-х идею сверхзвуковых перевозок воплотили British Airways вместе с Air France, а также «Аэрофлот» на Ту-144. Но на практике выяснилось, что технологии того времени не годились для гражданской авиации.

В итоге советский проект свернули после семи месяцев эксплуатации, а британо-французский — после 27 лет.

Главной причиной, по которой были свернуты проекты Concorde и Ту-144, обычно называют финансы. Эти самолеты были дорогим удовольствием.

Двигатели таких аппаратов потребляют гораздо больше горючего. Для таких самолетов необходимо было создавать свою инфраструктуру. Ту-144, например, использовал свой вид авиационного топлива, гораздо более сложный по составу, он нуждался в особом техническом обслуживании, более тщательном и дорогостоящем. Для этого самолета приходилось держать даже отдельные трапы.

Ещё одной серьезной проблемой, помимо сложности и стоимости обслуживания, стал шум. Во время полета на сверхзвуковой скорости на всех передних кромках элементов самолета возникает сильное воздушное уплотнение, которое порождает ударную волну. Она тянется за самолетом в виде огромного конуса, и когда достигает земли, то человек, через которого она проходит, слышит оглушающий звук, похожий на взрыв. Именно из-за этого полеты «Конкордов» над территорией США на сверхзвуковой скорости были запрещены.

И именно с шумом сейчас, прежде всего, пытаются бороться конструкторы.

После прекращения полетов «Конкорда» попытки построить новый, более эффективный сверхзвуковой пассажирский самолет не прекращались. И с появлением новых технологий в области материалов, двигателестроения и аэродинамики о них стали говорить все чаще.

В мире разрабатывается сразу несколько крупных проектов в области сверхзвуковой гражданской авиации. В основном, это бизнес-джеты. То есть проектировщики изначально стараются нацелиться на тот сегмент рынка, где стоимость билетов и обслуживания играет меньшую роль, чем на маршрутных перевозках.

НАСА совместно с корпорацией Lockheed Martin разрабатывает сверхзвуковой самолет, пытаясь, в первую очередь, решить проблему звукового барьера. Технология QueSST включает в себя поиск особой аэродинамической формы летательного аппарата, которая как бы «размазывала» жесткий звуковой барьер, делая его нерезким и менее шумным. В настоящее время в НАСА уже разработали облик самолета, а его летные испытания могут начаться в 2021 году.

Еще один заметный проект — AS2, который разрабатывает компания Aerion в партнерстве с Airbus.

Airbus также работает над проектом Concord 2.0. Этот самолет планируется оснастить тремя типами двигателей — ракетным в хвостовой части и двумя обычными реактивными, при помощи которых самолет сможет взлетать почти вертикально, а также одним прямоточным, который уже будет разгонять аппарат до скорости в 4,5 Маха.

Правда, подобными проектами в Airbus занимаются довольно осторожно.

«Airbus продолжает исследования в области сверхзвуковых/гиперзвуковых технологий, мы также изучаем рынок, чтобы понять, будут ли такого рода проекты жизнеспособны и осуществимы, — говорится в официальном комментарии Airbus для Русской службы Би-би-си. — Мы не видим рынка для таких самолетов в настоящий момент и в обозримом будущем из-за высоких издержек таких систем. Это может измениться с появлением новых технологий, либо с изменением экономической или социальной обстановки. В общем, пока что это скорее область изучения, а не приоритетное направление».

Предсказать, будет ли спрос на такие самолеты, действительно сложно. Борис Рыбак отмечает, что параллельно с авиационными развивались и информационные технологии, и теперь бизнесмен, которому необходимо быстро решить вопрос на другой стороне Атлантики, часто может сделать это не лично, а по интернету.

«Лететь бизнес-классом или в бизнес-джете шесть часов из Лондона до Нью-Йорка. А так ты технически потратишь четыре, ну три сорок. Стоит ли эта [овчинка] выделки?» — сказал Рыбак по поводу сверхзвуковых перелетов.

Однако другие российские авиационные специалисты считают иначе. Сверхзвуковые самолеты смогут занять свое место на рынке, считает ректор Московского авиационного института Михаил Погосян, бывший руководитель Объединенной авиастроительной корпорации.

«Сверхзвуковой самолет дает возможность выйти на качественно другой уровень, он позволяет экономить глобально время — сутки. Прогнозы рынка говорят о том, что внедрение такого рода технологий и такого рода проектов будет связано со стоимостью такого полета. Если такая стоимость будет приемлемой и не будет в разы отличаться от стоимости полета на дозвуковом самолете, то я вас уверяю, что рынок есть», — сказал он Русской службе Би-би-си.

Погосян выступил на форуме Aerospace Science Week в МАИ, где он, в частности, рассказал о перспективах создания сверхзвукового самолета с участием российских специалистов. Российские предприятия (ЦАГИ, МАИ, ОАК) участвуют в большой европейской научно-исследовательской программе Horizon 2020, одно из направлений которой — разработка сверхзвукового пассажирского самолета.

Погосян перечислил главные свойства такого самолета — низкий уровень звукового удара (иначе самолет не сможет летать над населенными территориями), двигатель изменяемого цикла (ему необходимо хорошо работать на дозвуковой скорости и на сверхзвуковой), новые термостойкие материалы (на сверхзвуковой скорости самолет сильно нагревается), искусственный интеллект, а также то, что управлять таким самолетом может один пилот.

При этом ректор МАИ убежден, что проект сверхзвукового самолета можно создать только на международном уровне.

Руководитель Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) Сергей Чернышев рассказал на форуме, что российские специалисты участвуют в трех международных проектах в области сверхзвуковой пассажирской авиации — Hisac, Hexafly и Rumble. Все три проекта не ставят целью создать конечный коммерческий продукт. Их главная задача — исследовать свойства сверхзвукового и гиперзвукового аппарата. По его словам, сейчас авиастроители создают еще только концепцию такого самолета.

В интервью Би-би-си Сергей Чернышев сказал, что сильной стороной российских авиастроителей является опыт создания сверхзвуковых самолетов и их эксплуатации. По его словам, это сильная аэродинамическая школа, большой опыт проведения испытаний, в том числе и в экстремальных условиях. В России также «традиционно сильная школа материаловедов», — добавил он.

«Мой субъективный прогноз: на горизонте 2030-35 года появится [бизнес-джет]. Академик Погосян считает, что между 2020-м и 2030 годом. Десять лет он им дал. Это так, но все-таки ближе к 2030 году», — сказал Сергей Чернышев.

Главная задача авиаконструкторов сегодня — добиваться увеличения топливной эффективности самолета, снижая при этом вредные выхлопы и шум. Вторая задача — разрабатывать новые системы управления, где компьютер будет выполнять все больше задач.

Сейчас уже никого не удивить электродистанционной системой управления самолетом, когда сигналы от ручки управления или штурвала, педалей и прочих органов передаются к рулям и прочим элементам механизации в виде электросигналов. Подобная система позволяет бортовому компьютеру контролировать действия летчика, внося коррективы и исправляя ошибки. Однако эта система — уже вчерашний день.

Как рассказал Би-би-си вице-президент корпорации «Иркут» по маркетингу и продажам Кирилл Будаев, российская компания работает над системой, когда самолетом будет управлять всего один пилот, а функции второго при взлете и посадке будет выполнять специально подготовленный старший бортпроводник. Во время полета самолета на эшелоне одного пилота вполне достаточно, считают в «Иркуте».

Еще одно серьезное нововведение, появившееся в последнее десятилетие — композитные материалы. Разработку легкого и прочного пластика можно сравнить с применением алюминия в послевоенной авиации. Этот материал вместе с появлением эффективных турбореактивных двигателей изменил облик самолетов. Теперь точно такая же революция происходит с композитом, который постепенно вытесняет металл из конструкций самолетов.

При проектировке самолетов все чаще используется трехмерная печать, которая позволяет создавать более сложные формы с высокой точностью. И добиваться снижения потребления топлива.

К примеру, Airbus и Boeing используют новейшие двигатели семейства LEAP производства CFM International. Форсунки в этих двигателях напечатаны на трехмерном принтере. И это позволило повысить топливную эффективность на 15%.

Кроме того, сейчас авиационная промышленность начала активнее осваивать бионический дизайн.

Бионика — прикладная наука, которая изучает возможности практического применения в различных технических устройствах принципов и структур, которые появились в природе благодаря эволюции.

Вот простой пример — на снимке выше изображен кронштейн, аналогичный тому, что используется в самолете Airbus. Обратите внимание на его форму — обычно такой элемент представляет собой сплошной кусок металла треугольной формы. Однако, рассчитав на компьютере силы, которые будут приложены к различным его частям, инженеры выяснили, какие части можно удалить, а какие — видоизменить таким образом, чтобы не только облегчить, но и усилить такой компонент.

Гораздо более сложная работа была проведена группой ученых во главе с профессором Технического университета Дании Нильсом Ааге. В октябре 2017 года они опубликовали в журнале Nature доклад, в котором рассказали о том, как они рассчитали на французском суперкомпьютере Curie силовой набор крыла авиалайнера Boeing 777 — сложную структуру довольно тонких перемычек и распорок.

Полученный результат сами авторы сравнивают со структурой клюва птицы, который внутри представляет собой сложную пористую систему, с одной стороны очень легкую, с другой — прочную.

В результате, как считают исследователи, вес двух крыльев самолета можно было бы снизить на 2-5%, не потеряв при этом прочности. С учетом того, что оба крыла в сумме весят 20 тонн, это дало бы экономию до 1 тонны, что соответствует предполагаемому сокращению расхода топлива 40-200 тонн в год. А ведь это уже существенно, не правда ли?

При этом бионический дизайн в будущем, как считают в авиастроительных корпорациях, будет применяться все больше и больше. Самолет на первой иллюстрации к этому тексту — лишь эскиз инженеров Airbus, но на нем уже видно, по какому принципу будет создаваться силовой набор самолетов будущего.

Двигатель — самая главная и самая дорогая часть самолета. И именно он определяет конфигурацию любого самолета. В настоящее время большинство авиационных двигателей — либо газогенераторные, либо внутреннего сгорания, бензиновые или дизельные. Лишь самая малая часть из них работает на электричестве.

По словам Бориса Рыбака, все десятилетия существования реактивной авиации разработка принципиально новых авиационных моторов не велась. Он видит в этом проявление лобби нефтяных корпораций. Так это или нет, но за все послевоенное время эффективного двигателя, который бы не сжигал углеводородное топливо, так и не появилось. Хотя испытывались даже атомные.

Сейчас в мировой авиационной индустрии отношение к электричеству сильно меняется. В мировой авиации появилась концепция «Более электрический самолет». Она подразумевает большую по сравнению с современными электрификацию узлов и механизмов аппарата.

В России технологиями в рамках этой концепции занимается холдинг «Технодинамика», входящий в «Ростех». Компания разрабатывает электроприводы реверса для будущего российского двигателя ПД-14, приводы топливной системы, уборки-выпуска шасси.

«В долгосрочной перспективе мы, конечно, рассматриваем проекты больших коммерческих самолетов. И в этих больших самолетах мы, скорее всего, будем использовать гибридную двигательную установку, прежде чем перейти полностью на электротягу, — говорится в комментарии Airbus. — Дело в том, что отношение мощности к весу в современных аккумуляторах пока еще очень далеко от того, что нам нужно. Но мы готовимся к будущему, в котором это возможно».

По сообщению сайта BBC Russian