Своевременное решение

По мнению авиакосмических фирм и ассоциаций, решение Федерального авиационного управления США (FAA) о начале разработки требований к уровню шума сверхзвуковых пассажирских самолетов при полетах над сушей является весьма своевременным. Оно совершенно необходимо для продолжения работ по созданию таких самолетов.

Весной FAA попросило разработчиков ознакомить специалистов управления с последними результатами научно-исследовательских и конструкторских работ в области снижения уровня шума при прохождении звукового барьера. Фирмы Boeing, Lockheed Martin, Gulfstream Aerospace, Pratt & Whitney, а также Ассоциация предприятий аэрокосмической промышленности (AIA) и Ассоциация предприятий авиации общего назначения (GAMA) приветствовали эту просьбу и высказали общее мнение о том, что промышленность, скорее, нуждается в нормативных требованиях, нежели в новых технических разработках.

«Проектирование сверхзвукового пассажирского самолета не может продолжаться, если не установлены критерии и процедуры сертификации таких летательных аппаратов при полетах над сушей», — считает вице-президент и генеральный директор отделения перспективных исследований Skunk Works фирмы Lockheed Martin Aeronautics Франк Каппучьо. Если скорость такого самолета будет ограничена дозвуковой при полетах над сушей, как это имело место у Concorde, то на него вряд ли найдутся покупатели или их будет совсем немного, что затруднит привлечение инвестиций для создания сверхзвукового лайнера.

Кроме того, инженеры не имеют требований к проектированию такого самолета, поскольку эти требования пока не установлены FAA официально. Но FAA, судя по всему, готовится их сформулировать. В ноябре состоялось техническое совещание по проблемам сверхзвуковых пассажирских самолетов, на котором специалисты обменялись информацией, относящейся к нормированию уровней шума при прохождении звукового барьера.

В своих технических справках, направленных FAA в ответ на просьбу предоставить соответствующую информацию, аэрокосмические фирмы рассмотрели проблематику звукового удара с позиций самолета небольшой вместимости, поскольку уровень шума, как отмечают специалисты фирмы Lockheed Martin, зависит, в основном, от веса самолета и длины фюзеляжа. Чем легче и длиннее самолет, тем ниже этот уровень. Поэтому фирмы Lockheed Martin и Gulfstream работают над проектами сверхзвукового самолета для деловой авиации (Supersonic Business Jet, SBJ) и сверхзвукового самолета с малым уровнем шума (Quiet Supersonic Jet, QSJ).

Специалисты фирмы Pratt & Whitney считают потенциально перспективными сверхзвуковые самолеты вместимостью около 50 пассажиров. А Мейер Бензакейн из General Electric заявил, что, по прогнозу фирмы, спрос на небольшие сверхзвуковые самолеты для деловой авиации появится раньше, чем на самолеты большей размерности.

Интерес к разработке сверхзвуковых самолетов относительно небольшой вместимости получил развитие после 1999 г., когда была прекращена совместная работа фирмы Boeing и Национального аэрокосмического управления США (NASA) по программе полноразмерного высокоскоростного пассажирского самолета (HSCT).

В процессе создания HSCT проблему звукового удара решить не удалось. В справке, подготовленной для FAA фирмой Lockheed Martin, приведены следующие данные. HSCT, длина которого составляет 99,4 м, а максимальный взлетный вес — 340,2 т, при прохождении звукового барьера создает у поверхности земли избыточное звуковое давление 0,015 кг/см2, а Concorde с длиной 61,6 м и взлетным весом около 180 т — 0,01 кг/см2. По оценкам Lockheed Martin, SBJ с длиной фюзеляжа 39,6 м и весом 68 т будет создавать давление не более 0,0025 кг/см2. Для получения такого результата, помимо уменьшения длины, необходимо очень тщательно подойти к выбору площади крыла и аэродинамических характеристик самолета.

В течение последних четырех лет, несмотря на закрытие программы HSCT, разработки в области создания сверхзвуковых пассажирских самолетов не прекращались. Этим летом благодаря совместным усилиям Управления перспективных исследований оборонной промышленности (DARPA), NASA и фирмы Northrop Grumman состоялись полеты самолета-демонстратора, созданного на базе истребителя F-5E, для исследования возможности ослабления звукового удара. В процессе полетов показано, что изменения в форме самолета позволяют снизить замеряемые у поверхности земли уровни давления на 50%. Работа над F-5E является составной частью исследовательской программы DARPA, задача которой — снизить уровень давления от звукового удара у поверхности земли до 0,0015 кг/см2.

По мнению специалистов фирмы Pratt & Whitney, FAA должно установить стандарт на уровень шума при полетах над сушей и позволить промышленности сделать все остальное. Такой подход заставит эксплуатировать пассажирские самолеты таким образом, чтобы поверхности земли достигали умеренные избыточные давления от звукового удара, а для этого придется ввести соответствующие ограничения и разработать необходимые для экипажа процедуры выполнения полетов на самолетах, способных летать со сверхзвуковой скоростью. Такие требования позволили бы промышленности создать самолет, способный более чем на 20% сократить время трансконтинентального полета, с 6,5 до 5,1 ч.

Специалисты фирмы Boeing отмечают, что создание самолета с низкими уровнем звукового удара требует не просто более длинного фюзеляжа, а очень сложной комплексной взаимной увязки всех агрегатов: крыла, фюзеляжа, мотогондол и оперения. С целью уменьшения составляющей звукового давления, зависящей от веса, необходимо будет использовать легкие композиционные материалы, конструкции из перспективных металлических материалов, высокоэффективные системы силовой установки, а также добиться высокой степени аэродинамического совершенства, позволяющей максимально увеличить аэродинамические качества в крейсерском полете.

Базовый вариант самолета QSJ фирмы Gulfstream будет весить 68 т, как и SBJ фирмы Lockheed Martin. Но фюзеляж последнего будет на 9,1 м длиннее. Изменяемая в полете стреловидность крыла (см. рисунок) хотя и приведет к увеличению веса и сложности конструкции, но обеспечит оптимальные характеристики как на низких, так и на высоких скоростях полета. В пассажирском салоне разместятся 24 пассажира при тех же шаге и ширине кресел, что и у Concorde. Фирма Gulfstream рассчитывает в течение десяти лет продать 180-400 таких самолетов. В упоминавшейся справке фирмы Lockheed Martin прогнозируется потребность в течение 10-летнего периода в 250-700 самолетах. Спрос будет зависеть от дальности полета и цены будущих самолетов, а также их способности выполнять сверхзвуковые полеты над сушей.

Специалисты Boeing предупреждают, что разработка критериев, устанавливающих приемлемые уровни шума, создаваемого при прохождении звукового барьера, потребует значительного объема дополнительной работы и закончится небыстро.

По мнению специалистов AIA, GAMA и фирмы Boeing, критерии уровня шума от звукового удара при полетах над сушей должны устанавливаться Международной организацией гражданской авиации (ICAO). Говард Элисуорт, директор AIA по вопросам авиационных систем и воздействия самолетов на окружающую среду, указал FAA на то, что единый международный стандарт был бы более предпочтительным с точки зрения торговли и конкуренции. «Если Комитет ICAO по защите окружающей среды от воздействий авиационного транспорта будет работать в соответствии со сложившейся практикой, то новые требования по шуму сверхзвуковых самолетов могут быть приняты в 2007-2010 гг. Начало работ в этом направлении своевременно и совершенно необходимо», — отметил он.