Pathfinder, който разбива концепцията, че самолетите са „тръба и крило“

Основният дизайн на самолетите за търговски цели не се е променил много през последните 60 години. Съвременните пътнически самолети като Boeing 787 и Airbus A350 имат същата форма като Boeing 707 и Douglas DC-8, построени в края на 50-те, и затвърждават форм-фактора „тръба и крило", който се използва и днес.

Това се дължи на факта, че гражданската авиация приоритизира безопасността и предпочита изпитани решения, но и защото формата има отношение към други постижения – например що се отнася до материалите и двигателите.

Предстои обаче сеизмично разтърсване. Самолет с изцяло нова форма е одобрен за полети в небето над Калифорния, пише CNN. Наскоро базираната в Лонг Бийч компания JetZero обяви, че Pathfinder – нейният демонстрационен самолет в мащаб 1 към 8 със „смесено крило“, е получил сертификат за летателна годност от Федералната авиационна администрация (ФАА) на САЩ и му предстоят тестови полети.

Индустрията отчаяно търси начини за редуциране на въглеродните емисии, но е изправена пред по-голямо предизвикателство от други сектори, тъй като основни за нея технологии се оказват изключително трудни за изоставяне. Сега е най-подходящият момент за иновации.

Летателните апарати със „смесено крило“ приличат на военните самолети с „летящо крило“ – като емблематичния бомбардировач B-2, но имат по-голяма вместимост в предната част. Boeing и Airbus също работят над тази концепция, но Pathfinder доближава JetZero до амбициозната ѝ цел да пусне в експлоатация самолет със „смесено крило“ още през 2030 година.

„Уверени сме, че рано или късно големите самолети ще постигнат нулеви въглеродни емисии. Летателните апарати със „смесено крило“ имат 50% по-ниски горивен разхоф и емисии“, коментира през август 2023 г. Том О‘Лиъри, съосновател и главен изпълнителен директор на JetZero. „Това е зашеметяващ скок напред спрямо онова, с което индустрията е свикнала.“

Япония инвестира 33 млрд. долара в разработката на водороден пътнически самолет

Под натиск

Концепцията за смесено крило далеч не е нова, а първите опити за построяване на самолети с този дизайн датират от края на 20-те години на XX век в Германия. Американският авиоконструктор и индустриалец Джак Нортроп създава проект на „летящо крило“ с реактивен двигател през 1947 г., който през 90-те години вдъхновява B-2.

Като своеобразен хибрид между „летящо крило“ и традиционото „тръба и крило“, „смесеното крило“ позволява на целия самолет да генерира подемна сила, свеждайки съпротивлението до минимум. От НАСА твърдят, че тази форма „спомага за увеличаване икономията на гориво и създава по-големи площи за полезен товар или пътници в централната част на тялото на самолета“. Агенцията я е тествала чрез един от своите експериментални самолети – X-48.

В рамките на около 120 тестови полета между 2007 и 2012 г. два безпилотни дистанционно управлявани X-48 демонстрираха жизнеспособността на концепцията. „Самолет от този тип би имал размах на крилата малко по-голям от този на Боинг 747 и би могъл да се експлоатира от съществуващите летищни терминали“, казва агенцията, като добавя, че самолетът би „тежал по-малко, генерирал по-малко шум и емисии и би струвал по-малко за експлоатация от също толкова усъвършенстван конвенционален транспортен самолет“.

През 2020 г. Airbus построи демонстрационен летателен апарат със смесено крило и дължина около 1,8 метра, като по този начин заяви интерес към създаването на пълноразмерен вариант. Но ако формата е толкова ефективна, защо все още не сме преминали към изграждането на самолети, базирани на нея?

Според О'Лиъри има едно основно техническо предизвикателство, което възпрепятства производителите. „Това е осигуряването на налягане в нецилиндричен фюзелаж“, казва той, посочвайки факта, че самолетът с тръбна форма е в състояние да се справи по-добре с постоянните цикли на разширяване и свиване по време на полет.

„Тръба и крило“ разпределя натоварванията от налягането върху тръбата и огъването на крилата. „Смесеното крило“ обаче по същество ги обединява. Едва сега можем да направим това с композитни материали, които са едновременно леки и здрави“, отбелязва О'Лиъри.

Подобна радикално нова форма ще направи интериора на летателния апарат коренно различен като визия и усещане спрямо днешните широкофюзелажни самолети. „Това е просто много, много по-широк фюзелаж“, обяснява О'Лиъри. „Типичният самолет има по 6 места на ред, а този е като по-къса и по-широка тръба. Кабината може да побере същия брой хора, но на 15 или 20 реда – в зависимост как ще го конфигурира всяка авиокомпания“, казва той и допълва:

Най-големият самолет ще бъде създаден, за да доставя само един специален товар

„Това просто им дава изцяло нова палитра, с която да я оформят. Мисля, че ще бъде невероятно да видим каква ще бъде тяхната интерпретация на това много по-широко пространство.“

Революционен потенциал

По думите на О'Лиъри най-близкият по размер еквивалент е Boeing 767 – широкофюзелажен двумоторен самолет, въведен през 80-те години, който обикновено превозва около 210 пътници. Той все още се произвежда като товарен самолет, но е заменен от Boeing 787 като пътнически. Има и съвременна военна версия – KC-46, която Военновъздушните сили (ВВС) на САЩ използват за зареждане с гориво във въздуха.

По същия начин JetZero иска да разработи три варианта – пътнически самолет с над 200 места, товарен самолет и самолет-цистерна. Формата на смесеното крило е толкова подходяща за последния вариант, че миналата година ВВС на САЩ отпускат на компанията 235 млн. долара, за да разработят пълномащабен демонстратор и да потвърдят ефективността на концепцията за смесено крило. Предвижда се военният вариант на летателния апарат да бъде водещ и може би да подпомогне разработването на търговските модели.

Новоодобреният от ФАА Pathfinder със 7-метров размах на крилата е 1/8 версия на пълномащабния демонстратор, който трябва да полети до 2027 г. Летателният апарат е проектиран да бъде 100% съвместим с устойчивото авиационно гориво (SAF) и да има вътрешен обем за водород с нулеви въглеродни емисии.

Създаването на изцяло нов самолет от нулата обаче е огромна задача, а целите на JetZero звучат амбициозно предвид факта, че пълният процес по сертифициране дори на вариант на вече съществуващ самолет може да отнеме години. Едно от предимствата на JetZero в тази област е, че първоначално летателният апарат ще използва двигатели от днешните самолети с тясно тяло (като Boeing 737), въпреки че крайната цел е преминаване към водород. Той обаче изисква нови двигатели, каквито все още не са разработени.

JetZero не приема поръчки за своя самолет, но миналата година О'Лиъри заяви пред CNN, че интерес вече има: „Разговаряме с всички големи авиокомпании в световен мащаб, защото те се вълнуват от ползите за ефективността“.

НАСА прави революция при свръхзвуковите самолети

Остава да видим дали 50-процентното намаление на горивния разход е наистина възможно. Както НАСА, така и Airbus посочват по-скромните 20 % за своите проекти, докато американските ВСС твърдят, че летателен апарат със смесено крило може да „подобри аеродинамичната ефективност с поне 30 % в сравнение с настоящите самолети-цистерни и военни самолети на ВВС“.

„Важно е да се отбележи, че макар смесеното крило да може да намали съпротивлението и да увеличи горивната ефективност, действителните ползи зависят от конкретния дизайн, конфигурация и експлоатационни условия“, казва Бейли Майлс, авиационен анализатор в консултантската фирма AviationValues.

„Обширните аеродинамични тестове и оптимизацията са от съществено значение за пълното реализиране на потенциала за намаляване на съпротивлението на този иновативен дизайн. Без необходимите тестове би било трудно да се определи конкретен процент икономия на горивото“, добавя той.

Според Майлс „смесеното крило“ е „революционна“ идея с потенциал, но е свързана с редица пречки – по-специално с повишена аеродинамична сложност, която може да затрудни проектирането и тестването, с редица регулаторни и сертификационни предизвикателства и с форма, която може да се окаже неподходяща за съществуващата летищна инфраструктура.

„Самолетният корпус със смесено крило е изключително обещаващ като фактор, който променя правилата на играта в авиационната индустрия, предлагайки потенциал за подобрена горивна ефективност, увеличен капацитет на полезния товар и иновативни системи за управление. Въпреки това, справянето с аеродинамичната сложност, осигуряването на структурна цялост, преодоляването на регулаторните пречки и адаптирането на летищната инфраструктура са огромни предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, за да може той да стане реалност“, казва Майлс и добавя, че тези пречки, наред с други, правят целта на JetZero за влизане в експлоатация през 2030 г. „немислима“.

Японски пътнически самолет влиза в битка с Boeing и Airbus

Според Ричард Абулафия, авиационен анализатор в консултантската фирма Aerodynamic Advisory, въпреки че не всички твърдения на JetZero могат да бъдат проверени, „идеята за смесено крило отдавна е доста привлекателна и изглежда, че компанията е направила много интересни изследвания“. „Аз и моите колеги смятаме концепцията за доста обещаваща“, добавя той.

Абулафия е обезпокоен, че в момента JetZero е по-скоро „проектантска работилница“, но вярва, че проектът ѝ може да стартира с помощта на изпълнители. „Със сигурност има място за някой, който наистина иска да добави стойност в тази индустрия“, казва анализаторът.