Взгляд ученого на перспективы российского авиастроения.
Хорошо помнится, как во время посещения авиашоу МАКС–2011, тогда еще в качестве главы кабмина, Владимир Путин указал на необходимость создания на базе национального центра авиастроения в Жуковском исследовательского и производственного кластера отечественного авиапрома мирового уровня. «Здесь, в Жуковском, идет создание нашего национального центра авиастроения, в который войдут ведущие научные КБ и институты, опытные заводы…» – отметил он. Стал ли кластер производственным? – вопрос полемичный. Но исследовательская его составляющая сомнению не подлежит. Поэтому мнение специалистов центра, в котором в соответствии с федеральным законом формируется опережающий научно–технический задел, безусловно, вызывает неподдельный интерес. Своими представлениями о современном и будущем отечественного авиастроения поделился доктор технических наук, сотрудник проектного комплекса «Гражданская авиационная техника» НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» Борис Нестеренко.
Чем обусловлен облик самолета?
За последние 20 лет российское самолетостроение может похвастаться двумя новыми гражданскими самолетами. Это хорошо известный и уже эксплуатируемый SSJ–100 и MC–21, который находится на этапе сертификации. Жаркие споры про плюсы и минусы, качество и конкурентоспособность этих самолетов точно не утихнут в ближайшие годы.
Тем не менее нужно отметить тот факт, что самолеты получились вполне достойные, хотя у каждого есть некоторые проблемы – их не может не быть у нового типа воздушного судна. Вопрос лишь в том, насколько быстро и эффективно разработчик самолета устраняет недостатки своей продукции. Конечно, если не было совершено фатальной ошибки при проектировании самолета и в самой бизнес–модели авиационной программы.
Успех гражданского самолета на мировом авиационном рынке определяется множеством факторов, но неоспоримым является то, что конкурентоспособный и качественный высокотехнологичный продукт, такой как самолет, можно сделать только в условиях стабильной экономики, на основе развитых технологий, опыта нескольких поколений специалистов.
То, что после развала старой системы разработки и эксплуатации гражданской авиатехники, да и вообще развала страны, был создан хотя бы один приличный самолет – уже очень большое достижение. Поэтому спасибо всем тем, кто «удержал» отрасль от тотального исчезновения. Можно ли было сделать продукт лучше при тех объемах финансирования, которые потрачены на самолетостроение за последние 10–15 лет, – вопрос риторический. Наверное, да. Но сегодня не об этом. Важнее понять, что нам нужно от авиации и чего ожидать в ближайшее десятилетие.
Самолет – это не только планер и двигатели. Это множество связанных в единое целое систем – электронных, механических, гидравлических… Это материалы, провода, смазки, краски, резинки и болтики, и все это должно быть сертифицированным, апробированным, качественно производимым и желательно еще дешевым. Поэтому и облик будущего самолета будет определяться, как это ни странно, не гениальными идеями ученых, а экономическим потенциалом государства, его транспортными потребностями и доступными технологиями, причем доступными как сегодня, так и в ближайшее десятилетие. Уровень этих технологий во многом определяет качество и будущее самолета. Все это тонко связано между собою, поэтому лишь считанные страны во всем мире могут создавать всю линейку авиационной техники. Россия пока еще в числе этих стран.
Инновационный ресурс невелик
Не хотелось бы использовать термин «инновация», потому что он давно воспринимается с ухмылкой профессиональным сообществом и давно является атрибутом любой рекламы – от шампуня до автомобиля. Про инновации мы слышим изо всех углов, при этом большинство «знатоков» не понимают и не могут объяснить, что такое инновации или инновационные технологии. Вообще, и для авиации в частности, под инновацией мы можем понимать все то, что обеспечивает неоспоримые конкурентные преимущества продукту/услуге. Ну а инновационная технология – не обязательно что–то сверхвысокотехнологичное. Иногда это может быть нестандартное применение или комбинация уже имеющихся технологий. Речь, конечно, не идет о «кукурузнике» из «наноуглеродных композитных» материалов, хотя и тут возможны разные мнения.
Вообще, инновации в авиации можно разделить на основные направления:
– новые решения в самой транспортной системе;
– решения в бизнес–модели;
– применение новых технологий для традиционной концепции авиатехники (плюс новые или усовершенствованные подходы в эксплуатации);
– инновационные решения в самом облике авиационной техники (как правило, результат развития технологий и их доступности для авиации).
При этом успех конечного авиационного продукта (авиа-
ционной техники) неизменно определяется простыми требованиями, такими как востребованность на рынке авиационных транспортных услуг; приемлемая цена и доступные финансовые инструменты; эффективность эксплуатации, в том числе доступность послепродажного обслуживания и сервисных услуг.
Желательно хотя бы потенциальное наличие вторичного рынка. Очень важной также является возможность этого продукта удовлетворять ожидаемым в будущем требованиям (по безопасности, экологичности).
Поэтому сегодня задача научных и инженерных организаций и сообществ – выявить наиболее перспективные направления развития технологий (следовательно – развития научного базиса для создания этих технологий) и варианты их применения в разработке востребованного высокотехнологичного продукта.
На текущий момент усовершенствованные технологии в авиации не позволяют перейти на качественно новый уровень. Кроме того, совершенствование существующих технологий связано с огромными затратами при ограниченном влиянии на общую эффективность продукта. При этом среди разработчиков и владельцев этих технологий уровень конкуренции очень высокий. На рисунке для иллюстрации приведены пределы, на какой процент можно повысить эффективность наиболее современного в техническом плане самолета.
На мировом авиационном рынке наиболее ценными будут технологии, которые делают более эффективными магистральные и региональные перевозки. Это связано и с глобализацией, плотностью и доступностью авиаперевозок в мире.
Соразмерять новые технологии и риски
Для России хотелось бы обратить внимание на другой сегмент. Это местное воздушное сообщение. Ввиду протяженности страны и отсутствия требуемого наземного транспортного сообщения местные воздушные линии являются иногда единственной возможностью связать удаленные и труднодоступные области, давая возможность им развиваться.
Для решения подобной задачи нужна воздушная техника, которая бы смогла удовлетворить требования по простым критериям:
– вместимости, дальности и скорости перевозок;
– стоимости перевозок и обслуживания;
– уровню безопасности полетов;
– расширенным условиям базирования;
– всепогодности;
– упрощенной подготовки пилотов.
В свое время в СССР, по моему мнению, был разработан прекрасный на тот момент самолет Ан–28. Он как раз и должен был связать наши отдаленные области, предоставив возможность жителям не отрываться от цивилизации. Но он был спроектирован и создан на основе технологий, доступных более 60 лет назад. Тем не менее основные конструкторские решения актуальны и сегодня. Вопрос в том, насколько эффективнее мог бы стать этот облик с применением современных технологий, или с учетом всех преимуществ современных достижений, этот облик станет другим?
Дополнительно к указанным ранее критериям успеха давайте рассмотрим технические требования к этому самолету для местных авиалиний. Проанализировав потребные маршруты и частоту перевозок, среднее количество пассажиров и т. д., можно упрощенно сформулировать основные качества такого нужного стране воздушного судна:
– возможность базирования на коротких малоподготовленных площадках с минимальными ограничениями по погодным условиям;
– всепогодность, устойчивый и управляемый полет до углов атаки более 30°;
– существенное увеличение скорости (до 600 – 700км/час);
– высокая надежность и безопасность.
На основе многолетнего опыта, и имея представление о существующих вариантах облика таких самолетов, условный разработчик должен вместе с авиационными специалистами по разным направлениям (планер, двигатель, системы, аэродинамика, прочность, технология производства и т. д.) проработать множество решений, исходя из достижимости предполагаемых характеристик, предложить техническую концепцию. И эта концепция должна максимально эффективно использовать преимущества доступных (или доступных в ближайшее время) технологий, учитывая и риски реализации этих технологий, и их возможное отрицательное взаимное влияние.
В чем может быть отрицательное влияние? Простой пример. Казалось бы, если сделать равнопрочную конструкцию из металла и композита, то преимущества композитного варианта очевидны. Но это не совсем так. Даже совсем не так. Во–первых, очевиден выигрыш при определенной размерности. Как только дело доходит до особенностей эксплуатации, ожидаемый выигрыш, например, из условий прочности, может резко снизиться. А что, если происходит повреждение конструкции? Вопросы ремонтопригодности быстро минимизируют казавшиеся очевидными плюсы композитной конструкции. А потом включается цена на производство…. И может случиться так, что изначально ожидаемый выигрыш в весе и, как следствие, экономия денег из–за снижения расходов топлива перекрылись денежными затратами за весь цикл эксплуатации самолета.
Будущее за электротягой
Давайте теперь посмотрим, какой может быть техническая концепция самолета местных воздушных линий. Вот перечень решений, которые определят будущий облик:
– стреловидное крыло малого удлинения (λ≈3…5) с передним и задним наплывом;
– интеграция крыла с наплывами и фюзеляжем;
– применение струйных закрылков при использовании малоразмерных электровентиляторных двигателей, расположенных на верхней поверхности закрылков;
– отклонение вектора тяги линейки электровентиляторных двигателей;
– гибридная силовая установка из блоков электровентиляторных двигателей с питанием от энергетической установки;
– энергетическая установка, состоящая из электрогенератора с приводом от турбовального двигателя и блока аккумуляторных батарей;
– топологическая оптимизация силовой конструкции планера;
– возможность применения колесно–лыжного шасси.
Если обратили внимание, электрические технологии не раз упомянуты среди технических решений. В настоящее время переход к электрической тяге для летательных аппаратов рассматривается как наиболее перспективное решение для экологически чистого малошумного транспорта, который должен быть еще и эффективным в части эксплуатации. В ближайшей перспективе вряд ли получится создать такой самолет, но усилия мирового научного сообщества направлены на то, чтобы к 2030–2035 году разработать и начать эксплуатацию самолета с электрической или гибридной силовой установкой вместимостью до 50 пассажиров.
С учетом развития таких технологий вот как может выглядеть перспективный самолет для местных воздушных линий. Это всего лишь один из вариантов, предложенный коллективом ученых НИО–10 ЦАГИ на основе своего многолетнего опыта работы.
Для иллюстрации облик этого самолета схематично представлен на рисунке ниже в сравнении с известным Ан–28:
– Длина разбега и пробега – 250 м;
– Эксплуатация без ограничений по погоде;
– Скорость – 600 км/час;
– Дальность – 2000 км;
– Взлетная масса – менее
8,6 т;
– Полезная нагрузка – более 1,5 т.
Даже в такой непривычной на первый взгляд компоновке рассмотрено применение инновационных технологий, направленных на следующие усовершенствования:
– повышение топливной эффективности за счет компоновки самолета и применения гибридной силовой установки;
– повышение весовой эффективности и ресурса за счет внедрения гибридных материалов (металло–композитных) и топологически оптимизированной (бионической) конструкции;
– улучшенная управляемость за счет применения современного авиационного бортового оборудования, адаптивных систем планера и активного управления обтеканием (плюс отклонение вектора тяги);
– повышенный комфорт для пассажиров в полете за счет снижения уровня шума внутри салона (плюс активное погашение шума), управления нагрузками;
– повышенная безопасность за счет применения систем мониторинга состояния конструкции, усовершенствованных материалов, систем технического зрения.
Это всего лишь взгляд на то, каким может быть завтрашний самолет. Иногда концепция остается на бумаге, и по ряду причин у менее технологичного и не сильно качественного варианта может оказаться более перспективное будущее.
Записал
Шамиль БАЙБЕКОВ
