Чистое небо

Тишина… Звук будущих полетов?

Может ли в будущем появиться бесшумный самолет, не загрязняющий атмосферу парниковыми газами?

В ближайшие десять лет количество самолетов в нашем небе увеличится вдвое. Одна только Индия в течение последующих 20 лет планирует построить 200 новых аэропортов. Из-за таких темпов развития и требований к снижению вредных выбросов перед отраслью встает новая задача: создать более экологичный самолет. В настоящее время работа ведется в нескольких направлениях, включая более безопасное топливо, более легкие самолеты (состоящие из углеволоконных композитов), более эффективные двигатели и более совершенные системы управления воздушным транспортом. Сочетание всего вышеперечисленного позволит предотвратить превышение количества допустимых выбросов, установленное отраслевыми стандартами и регуляторами.

В представленных ниже материалах (видео, статья и инфографика) исследуется будущее аэрокосмической отрасли. Сможем ли мы очистить небо благодаря самолетам с нулевым уровнем выбросов? Как вывести экологически безопасные авиапроекты на коммерческий уровень? Как платформа 3DEXPERIENCE помогает компаниям разрабатывать новые модели самолетов, сокращая время, затрачиваемое на их проектирование, производство и сертификацию?

Увидим ли мы пассажирские бестопливные самолеты?

Трудно сказать, как будут выглядеть самолеты будущего, но очевидно, что они будут более экологичными.

Андре Боршберг просыпается после 12-минутного сна. Его организм требует отдыха, но

20-градусный мороз быстро приводит его в чувство. Он находится на двухкилометровой высоте над Тихим океаном, который простирается в обе стороны до самого горизонта. Боршберг провел уже шесть дней в кабине, размер которой немногим больше телефонной будки. Здесь он спит, ест, ходит в туалет, занимается йогой... И все это время пилотирует бестопливный самолет.

Бывший военный пилот теперь совершает кругосветные полеты на самолете, работающем только от солнечных батарей, чередуясь со швейцарским путешественником Бертраном Пиккаром.

Solar Impulse 2 (Si2) весит столько же, сколько обычный автомобиль, но размах его крыльев больше, чем у Боинга 747. Фактически, это летающая солнечная панель. На поверхности крыльев, фюзеляжа и хвостового оперения находится 17 000 гибких встроенных солнечных батарей, вырабатывающих энергию для зарядки аккумуляторов самолета.

Возвращение самолета в Объединенные Арабские Эмираты было запланировано на июль 2015 года. Пилоты стали новыми мировыми рекордсменами — это был самый долгий полет на солнечном летательном аппарате за всю историю авиации. Solar Impulse, без сомнения, стал триумфом инженерного мастерства и продемонстрировал высокий уровень человеческих достижений, но станут ли люди, с нетерпением ожидавшие приземления этого самолета, свидетелями новой эры экологически безопасной авиации? Такой же переломный момент наступил 88 лет назад, когда Чарльз Линдберг приземлился после сложного, бессонного и беспосадочного перелета из Нью-Йорка в Париж

Полет Линдберга послужил отправной точкой развития коммерческой авиации, но даже пилоты Si2 признают, что самолеты на солнечных батареях вряд ли когда-нибудь станут массовым явлением.

Во время поездки в город Чунцин на юго-западе Китая Боршберг сказал: "Мы не считаем это [производство авиалайнеров на солнечных батареях] приоритетным [с точки зрения экологии], поскольку воздушный транспорт выделяет лишь 3% углекислого газа, а остальные 97% приходятся на [наземный и морской транспорт]".

Димитрий Маврис (Dimitri Mavris), профессор авиакосмических технологий в Технологическом институте Джорджии, даже не упоминает о приоритетах. Он убежден, что полностью заменить сегодняшние пассажирские реактивные самолеты на альтернативные солнцелеты просто невозможно. "Даже суперсовременные аккумуляторы или стопроцентно эффективные солнечные батареи не смогут обеспечить и малую часть той энергии, которая необходима для эксплуатации традиционного коммерческого самолета", — говорит он.

Маврис считает, что если мы все же хотим строить самолеты на солнечных батареях, нам придется пересмотреть саму концепцию полета. "Это будут большие самолеты со сравнительно небольшой грузоподъемностью, которые будут летать гораздо медленнее", — говорит он. "На данный момент уже существуют подобные экспериментальные самолеты, работающие от электричества". Кроме того, такие самолеты вряд ли будут соответствовать ожиданиям пассажиров в отношении стоимости и времени полета.

Так какими же будут новые коммерчески целесообразные самолеты, потребляющие меньше топлива (или обходящиеся совсем без него)?

Один маленький шаг

В более долгосрочной перспективе многие авиаконструкторы будут создавать электрические и гибридные самолеты. Последние позволят сократить количество выбросов на 70%.

Например, Airbus работает над проектом электрического самолета под названием E-Fan. Компания надеется, что E-Fan 2.0, позиционируемый как "первый сертифицированный полностью электрический самолет", будет запущен в производство в 2017 году. Но это всего лишь двухместный самолет с максимальным временем полета 1 час 15 минут. По истечении этого времени его литиево-полимерные аккумуляторы нуждаются в подзарядке. Это самолет не планируется использовать даже в легкой коммерческой авиации. Это своего рода макет, уменьшенная копия, на основе которой однажды будет создан настоящий большой самолет.

Каждая версия E-Fan — еще один шаг по направлению к E-Thrust, гибридному региональному авиалайнеру, который будет работать только на электрических двигателях. Гибридным этот самолет называется потому, что ему все же потребуется авиатопливо для блока питания, позволяющего заряжать аккумуляторы на крейсерской высоте.

Но пройдет еще не один десяток лет, прежде чем в вашем местном аэропорту приземлится E-Thrust или другая подобная модель самолета. "Для многих экспериментальных моделей самолетов большим препятствием является сертификация", — говорит Джефф Смит (Jeff Smith), начальник лаборатории идей при отделе авиакосмической и оборонной промышленности компании Dassault Systèmes — ведущего поставщика программного обеспечения.

"Все меняется, когда вы хотите вывести экспериментальную модель, такую как Si2, на коммерческий уровень, где речь идет о десятках и сотнях пассажиров".

Мишель Телье, вице-президент и руководитель направления "Авиакосмическая и оборонная отрасли" в Dassault Systèmes, полагает, что проблему можно решить с помощью моделирования. "Чем точнее и полнее мы сможем смоделировать новые технологии и концепции, тем быстрее мы сможем воплотить их в реальность".

Поставляя программное обеспечение нашим партнерам из аэрокосмической отрасли, мы разработали платформу 3DEXPERIENCE, позволяющую моделировать все: от новых наноконструкций и комплексных систем до целых самолетов. Такая возможность существенно сокращает время, затрачиваемое на концептуальный дизайн, проектирование, производство и сертификацию новых самолетов

Мишель Телье (Michel Tellier) Вице-президент направления "Авиакосмическая и оборонная отрасли" в Dassault Systèmes

Полегче

Предлагаемое нашей компанией программное обеспечение помогает авиаконструкторам быстро разрабатывать и сертифицировать новое поколение облегченных материалов.

На протяжении многих лет авиаконструкторы заменяли алюминиевые детали на композитные (изготовленные из пластика, усиленного углеволокном). Эти материалы уменьшают вес самолетов и соответственно сокращают количество потребляемого топлива. Современные авиалайнеры почти на 50% состоят из композитных деталей, однако, по мнению Смита, "нет предела для совершенства".

Компания Dassault Systèmes моделировала различные материалы для самолета Si2, который должен быть соответствовать строгим критериям веса. В итоге была создана модель, состоящая по большей части из углеволоконных композитов, и именно эта модель была утверждена для использования. Самолет должен быть весить как можно меньше и одновременно обеспечивать подъемную силу, необходимую для достижения крейсерской скорости 90 км/ч.

Научные сотрудники Стэнфордского университета выяснили, что если бы самолеты летали группами, как перелетные птицы, они смогли бы сэкономить 12% топлива, даже если бы расстояние между самолетами в этой группе составляло от трех до восьми километров.

Учиться у птиц

Если абстрагироваться от мира высоких технологий, простейший способ экономии топлива — улучшение управления воздушным транспортом. По мнению Боршберга, усовершенствованные системы управления воздушным транспортом позволят самолетам быстрее приземляться, сократят время руления и помогут прокладывать более точный курс.

Научные сотрудники Стэнфордского университета выяснили, что если бы самолеты летали группами, как перелетные птицы, они смогли бы сэкономить 12% топлива, даже если бы расстояние между самолетами в этой группе составляло от трех до восьми километров. Это связано с тем, что во время полета крылья самолетов создают области завихрений, которые тянутся за крылом. Эти области завихрений могут использоваться вышелетящими самолетами. Они поднимают самолет и помогают сократить расход топлива.

Боршберг полагает, что однажды самолеты будут летать группами, и наземным системам управления воздушным транспортом больше не придется координировать их полет. "Самолеты будут связываться друг с другом и самостоятельно координировать свои маршруты", — говорит он. "Я думаю, что это произойдет в ближайшие шестьдесят лет". Но даже этот эксперт не смог определиться с тем, как будут выглядеть самолеты будущего. "Если взглянуть на летательные аппараты братьев Райт или Чарльза Линдберга, трудно представить, что их сменил Боинг 747".

Телье представляет будущие самолеты как летающие компьютеры: "Если рассматривать возможные формы корпуса, то самолет будущего будет иметь упрощенную архитектуру, но гораздо более сложную технологическую и системную "начинку". Эти самолеты будут более интеллектуальными и экономичными по сравнению с самолетами нынешнего поколения. Чтобы наглядно проиллюстрировать их потенциал, можно сравнить сотовые телефоны 20-летней давности и современные смартфоны. Скорее всего, авиация пойдет по такому же пути развития".

Очевидно одно: каким бы ни был характер изменений (использование облегченных материалов, еще более сложных систем, аккумуляторов или нового полетного строя), через 60 лет мы будем летать на более экологичных самолетах, потребляющих меньше топлива (а возможно, и вовсе обходящихся без него).

Что еще нас ожидает в будущем?

Иная геометрия

Существует ряд исследований, в ходе которых изучались потенциальные преимущества полного изменения формы. Однако самолеты с нетрадиционной геометрией корпуса, не отвечающей требованиям существующей инфраструктуры аэропортов, вряд ли смогут где-либо приземлиться, поскольку для внесения изменений в существующую инфраструктуру потребуются значительные инвестиции.

Водород

Самолету, работающему на таком тяжелом топливе, потребуются новые двигатели и новый корпус, поэтому такие самолеты вряд ли появятся в ближайшие несколько десятилетий. Однако к этому времени, вероятно, будет создано нечто вроде самолета ZEHST (Zero Emission HyperSonic Transport, высокоскоростной транспорт с нулевым уровнем выбросов), разработанного компанией Airbus Group (ранее — EADS), являющейся дочерней компанией Airbus. Этот самолет, работающий на водородном топливе, может летать почти со сверхзвуковой скоростью.

Сделано из растений

Какой бы ни была конструкция будущего самолета и как бы он ни летал, многие авиационные эксперты считают, что в течение многих последующих лет предпочтение по-прежнему будет отдаваться жидкому топливу. Учитывая этот факт, некоторые авиакомпании активно поддерживают биотопливо. Совсем недавно компания Boeing и ее партнер South African Airways (SAA) пообещали, что будут использовать биотопливо на основе табака. Из семян растения получают масло, на основе которого в 2015 году впервые создано авиатопливо, испытанное в тестовом полете авиакомпанией SAA.

От гибридных самолетов до самолетов на водородном топливе….100 лет более экологичных полетов

В апреле 1979 года взлетел первый пилотируемый летательный аппарат, работавший исключительно на солнечных батареях. В течение трехминутного полета он поднялся на высоту 12 м и преодолел расстояние 0,8 км. Создатель и пилот этого летательного аппарата Ларри Мауро (Larry Mauro) впоследствии рассказал журналистам о том, что он хочет усовершенствовать свою модель таким образом, чтобы полеты стали частью повседневной жизни. "Однажды повсюду будут летать самолеты, работающие на одной только солнечной электроэнергии, вырабатываемой во время полета, и это станет обычным делом".

Спустя 35 лет, ранним утром понедельника 9 марта 2015 года в небо поднялся Solar Impulse 2 (Si2). Это была первая попытка обогнуть Земной шар на летательном аппарате, работающем исключительно от солнечной энергии.

Но сбудется ли предсказание Мауро? Станут ли самолеты на солнечных батареях будущим авиации? Авиационные эксперты считают, что вряд ли мы доживем до того времени, когда появятся пассажирские солнцелеты. Но если солнечные батареи останутся мечтой, как тогда будет выглядеть будущее авиации? Читать дальше…