Беляев В.
«Зарубежная гражданская авиация в начале XXI века»

Магистральные самолеты.

Сверхзвуковые

    Если в США исследования по СПС второго поколения прекращены, то в Европе, в частности, во Франции они продолжаются, хотя не такими высокими темпами. В сентябре 1999 г. во Франции был сформирован технический комитет COS по определению основных ориентиров разработки СПС второго поколения должен был в 2000 г. представить правительству Франции отчет, в котором будут определены основные направления НИОКР, связанные с изучением возможности создания нового СПС. Он должен также сделать предложения в части организации исследовательских лабораторий, главным образом в университетах. Следующим этапом будет оценка возможности расширения работ в общеевропейском масштабе. Возглавляет комитет COS профессор Себастьян Кандель, заведующий лабораторией Центральной парижской школы.
    Комитет привлек к своей деятельности большое число специалистов, включая около 40 ведущих экспертов по различным специальностям: аэродинамика, силовые установки, материалы, теории горения и т.д. Среди них были специалисты из фирм Аэроспасьяль Матра ( в настоящее время компания EADS), Дассо Авиасьон, SNECMA и других, а также из ведущих научных центров, университетов и лабораторий (ONERA, CNES, ESA, Метео Франс и т.д.). Всего было привлечено свыше 70 научных организаций. В комитете были созданы пять рабочих групп, которые формировались по числу главных технических проблем, а не по количеству научных тем. С другой стороны, это позволяло комбинировать исследования по различным научным дисциплинам. В группах обсуждались следующие проблемы:

•      воздействие высоких температур при полетах на сверхзвуковом крейсерском режиме;
•      шум на этапах взлета, захода на посадку и посадки, а также проблема звукового удара;
•      сгорание топлива и эмиссия;
•      оптимизация различных этапов полета;
•      интеграция системы "планер - силовая установка" с социально-экономическими аспектами эксплуатации СПС.

     Перед началом работы пяти рабочих групп комитет COS обратился к университетским лабораториям с предложениями по изучению таких важнейших взаимосвязанных тем как влияние СПС на окружающую среду, аэродинамика, материалы и бортовые системы. Кандель сообщил, что было получено более 70 ответов, что значительно больше, чем ожидалось (с учетом чрезвычайно небольшого финансирования). Такая ситуация, по его мнению, сложилась из-за того, что фирмы стремятся завершить работы по тем проблемам, которыми они занимаются уже более 10 лет. Речь не идет о том, чтобы подменить промышленность, а о том, чтобы дополнить ее деятельность работами университетских лабораторий. По мнению Канделя, преимуществом этих лабораторий будет возможность анализа проблем, не касающихся непосредственно создания самого СПС, что будет поручено промышленным фирмам. Сотрудники университетов сосредоточат свои усилия на теоретических исследованиях, в частности, проблемах уменьшения уровня шума и эмиссии окислов азота. Кандель уверен, что университетские лаборатории смогут справиться со многими проблемами. Их деятельность уже привела к успешному решению ряда вопросов, в частности, при разработке и испытаниях новой ракеты-носителя "Ариан" 5 удалось совместно с ONERA решить проблему акустической вибрации, а также справиться с вопросом нестабильности процессов сгорания в реактивных двигателях.
     Деятельность комитета COS должна помочь правительству Франции, авиационным фирмам и организациям дать ответ на вопрос: возможно ли в ближайшее время создание нового СПС, способного не только успешно конкурировать на рынке воздушных перевозок, но и возвратить вложенные инвестиции.
     Несколько лет тому назад фирмы Аэроспасьяль и Бритиш Аэроспейс вели совместные исследования проекта СПС "Альянс", который рассматривался как замена самолету "Конкорд". Позднее к этим работам присоединилась фирма DASA, после чего была сформирована европейская программа исследований СПС нового поколения ESRP (European Supersonic Research Program).
     В настоящее время рассматривается проект европейского СПС ESCT (European Supersonic Commercial Transport), рассчитанного на перевозку 250 пассажиров с крейсерским числом М=2. Согласно Национальной авиационно-космической академии Франции (ANAE), стоимость разработки СПС может составить 20 млрд. долл., а на создание силовой установки для него потребуется еще 6-7 млрд. долл. По словам члена научного совета академии Андре Дюбрессона, при расчетной цене самолета 350 млн. долл. (по текущему курсу) потребуется построить 400 самолетов ESCT, что сделает программу прибыльной. В эксплуатации самолет может появиться в конце второй половины 2010-х годов.
     Следует отметить, что Управление гражданской авиации Франции (DGAC) пока не проявило интереса к возобновившимся исследованиям по новому СПС. Его представители заявили, что сейчас Франция и ее европейские партнеры сконцентрировали усилия на разработке самолета Эрбас А3ХХ и исследованиях нового широкофюзеляжного самолета для замены самолетов А300 и A310.
     Руководитель перспективных проектов бывшей фирмы Аэроспасьяль Матра Доминик Жентили сказал, что самолет ESCT вряд ли сможет летать над населенными районами суши со сверхзвуковой скоростью, но даже при этом он сможет эффективно обслуживать маршруты, связывающие 200 пар крупных городов. По его мнению, новый СПС может быть конкурентоспособным по прямым эксплуатационным расходам (ПЭР) и привлекательным для авиакомпаний в том случае, если у него по сравнению с самолетом "Конкорд" будут на 40% меньше соотношение массы пустого снаряженного самолета к числу пассажирских мест, уменьшенное на 30% сопротивление, а также сниженные на более чем 10% удельный расход топлива при крейсерском числе М=2 и на 20% - на дозвуковом режиме (по сравнению с двигателями "Олимп" 593, используемыми на самолете "Конкорд").
     Жентили сказал, что "сейчас мы не можем обеспечить такие амбициозные цели. Однако, полученные недавно результаты показали, что мы можем снизить соотношение массы пустого самолета к числу мест примерно на 30%, сопротивление - на 20%, расход топлива на сверхзвуковом режиме - на 7%, а на дозвуковом - на 15%". На фирме Аэроспасьяль Матра полагают, что это может быть получено за счет широкого использования композиционных материалов и титановых сплавов, современных достижений в аэродинамике высоких скоростей и силовых установок. Последние исследования проводились в предположении создания СПС взлетной массой 340 т, рассчитанного на перевозку 250 пассажиров на расстояние 10200 км с крейсерским числом М=2,05. Силовая установка состоит из четырех ТРДД MTF с изменяемым рабочим циклом; на дозвуковом режиме двигатель имеет степень двухконтурности 2,3, а на сверхзвуковом - 0,9.
     Руководитель отдела перспективных исследований на фирме SNECMA Мариус Гутинэ заявил, что главной проблемой создания силовой установки для самолета ESCT является обеспечение при относительно малом диаметре двигателя современных норм по шуму. Он также добавил, что снижение удельного расхода топлива на 1 % эквивалентно уменьшению максимальной взлетной массы самолета на 5 т. Отработка отдельных элементов двигателя MTF проведена в ONERA. В частности, прошли испытания вспомогательные воздухозаборники (с помощью которых регулируется степень двухконтурности), а также усовершенствованные камеры сгорания с предварительным смешением топливо-воздушной смеси и испарением.
     Специалисты по аэродинамике в ONERA считают, что другой важной проблемой является снижение сопротивления. Сейчас в ONERA ведутся исследования аэроупругости, распределения давлений, вихревых потоков и полей скоростей, методов минимизации сопротивления, а также целесообразности применения оребренных поверхностей ("риблетов") и усовершенствованных интерцепторов и предкрылков. Испытания в аэродинамических трубах должны экспериментально подтвердить расчетное снижение сопротивления трения на 6%.
     Сравнительные характеристики самолетов "Конкорд" и ESCT приведены в таблице 8.

      Руководитель отдела гражданской авиации в ONERA Кристина Мишо заявила, что новый СПС должен быть рассчитан на 60000 летных часов или 20000 летных циклов. Самолеты "Конкорд", совершающие полеты через Северную Атлантику, имеют средний годовой налет 700 ч.
      Точных оценок размеров рынка самолетов ESCT пока нет. Рынок зависит от величины ПЭР, готовности пассажиров платить увеличенную цену за билеты и соответствия самолета более строгим нормам по шуму и дополнительным экологическим ограничениям. В середине 1990-х годов фирма Боинг полагала, что до 2020 г. может быть продано 800-1000 новых СПС, но при условии, что разработка самолета официально начнется в 2005 г. Выполненный недавно во Франции предварительный анализ рынка СПС показал, что имеется потребность в 500-1000 самолетов. Фирма Эрбас (не участвующая в исследованиях по СПС) полагает, что в 2025 г. в мире будет эксплуатироваться 575 самолетов ESCT. Специалисты консорциума по маркетингу сообщили, что при определении этого количества они рассмотрели 524 маршрута, на которых эксплуатация СПС может быть достаточно эффективной.