Содержание
Есть ли будущее у гиперзвуковой авиации – Наука – Коммерсантъ
Гиперзвуковые самолеты — многообещающий и перспективный сегмент авиации. Но сложность процессов гиперзвукового обтекания ведет к проблемам расчетов и конструктивным трудностям. Поэтому сегодня летающих гиперзвуковых самолетов нет. Смогут ли они стать повседневной реальностью?
Концепт гиперзвукового пассажирского самолета, представленный компанией Boeing в 2018 году на аэрокосмической конференции в Атланте, США
Фото: Boeing
Концепт гиперзвукового пассажирского самолета, представленный компанией Boeing в 2018 году на аэрокосмической конференции в Атланте, США
Фото: Boeing
По летней бетонке разбегался самолет стремительного стреловидного облика. С гулом оторвавшись от полосы и заняв разрешенное направление, он перешел в интенсивный набор высоты. На пару секунд пассажиров в салоне охватила легкость: набрав 10 км, самолет выровнялся и на том же режиме двигателей пошел горизонтально.
Из-за этого скорость его быстро росла, и вскоре в салоне на экранах засветилось слово «сверхзвуковой режим» и большая буква «М» с числом.
Число росло вместе со скоростью. Когда оно достигло 1,7, пассажиров коснулась мягкая перегрузка, скорее забавная, чем неприятная. Самолет задрал игловидный нос высоко над горизонтом и снова стал быстро набирать высоту. Число возле буквы «М» почти не менялось, плавно дойдя до 1,8. Небо в иллюминаторах полностью чернело, засветились звезды. Атмосфера внизу стала тонкой и яркой, словно блестящей. А местность была все больше похожа на топографическую карту.
На 30 км высоты самолет опустил нос и выровнял полет. Число на экранах быстро росло. Шум двигателей изменился. Вместо привычного турбореактивного рокота и вибраций он стал ровнее и звучал как-то иначе. Число достигло 5, и сразу повсюду на экранах загорелось слово «гиперзвук». Пассажиры уже не замечали, как высота поднялась до 35 км. Число показывало 6,5 и больше не росло. Отстегнуты ремни безопасности, стюардессы начали разносить кофе.
Но не сытный обед, ведь посадка уже через час.
Гиперзвуковой: что это значит
Мы уже рассказывали о гиперзвуковом движении (в материале «Гиперзвуковая крылатая ракета и ее скачки»), вспомним основные понятия. Скорость движения (полета или газового потока), отмеренная в скоростях звука, называется числом Маха, М. Его значение показывает, во сколько раз быстрее или медленнее звука движется объект или поток. Скорость звука берется местная, при данных условиях, потому что она может меняться — в основном из-за температуры. При движении ровно со скоростью звука М=1, при скоростях быстрее звука, то есть сверхзвуковых,— М>1. Если движение быстрее звука в пять и больше раз — М>5, движение называется гиперзвуковым. Это новое название для сверхзвукового движения ввели из-за особенностей картины обтекания при таких скоростях. С гиперзвуковым летательным аппаратом чуть сложнее. Разные объекты летят в атмосфере со скоростями в пять и более раз быстрее звука. Ракеты-носители, спускаемые аппараты, орбитальные ракетопланы типа «Спейс шаттла», боеголовки баллистических ракет, некоторые зенитные ракеты.
Но гиперзвуковой участок их полета кратковременный, переходный к основному участку (или после него), где гиперзвукового движения нет. Основная часть их траекторий лежит в пустоте, без газовой среды, где говорить о числе Маха бессмысленно, потому что там нет ни звука, ни его скорости.
Гиперзвуковой аппарат, напротив, летит основную часть своего полета с гиперзвуковой скоростью в газовой среде атмосферы, на крейсерском режиме. Форма аппарата оптимизирована для гиперзвукового обтекания и создания им подъемной силы, которой он держится в воздухе. Этой задаче служат аэродинамические особенности элементов конструкции. Заостренные передние кромки крыльев и киля; их возможный клиновидный профиль, вытянутая игловидная или клиновидная носовая часть и др. Такой аппарат может как планировать, используя полученную как-либо высоту и скорость, так и лететь на тяге своего двигателя. Если двигатель воздушный, работающий на основном участке полета в крейсерском режиме, это будет гиперзвуковой аппарат в полном значении этого понятия.
Самолет, который полетит на гиперзвуке основную часть маршрута, будет гиперзвуковым. Это даст ему большие плюсы.
Плюсы гиперзвукового полета
Главный козырь, конечно, скорость. От Лондона до Нью-Йорка за час с небольшим — как между районами большого города. Столь быстрый перелет интересен и гражданским, и военным: тот же час с небольшим из Лондона будет и до Кабула. И даст возможность действительно быстрого реагирования.
Второй козырь, важный военным,— практическая неуязвимость гиперзвуковой цели. Считается, что гиперзвуковые ракеты сегодня нечем перехватить. Их скорость не по зубам зенитным системам с их скоростью принятия решений и всего лишь сверхзвуковыми ракетами. Эта же «броня скорости» будет и у гиперзвукового самолета. И она может быть также важна и главам государств, политикам, важным пассажирам. Многих громких катастроф лайнеров, сбитых ракетами, не случилось бы, будь они гиперзвуковыми.
Еще один плюс гиперзвукового самолета — отсутствие звукового удара на земле.
Об этой проблеме сверхзвуковых самолетов и ее решениях мы рассказывали в материале «Пассажирский сверхзвук: каким путем пойдут новые поколения». Гиперзвуковой полет займет диапазон высот 30–35 км, намного выше, чем у сверхзвуковых самолетов. Сильно разреженный воздух там слабо передает ударную волну, а расстояние до земли, то есть путь рассеивания и ослабления, намного больше. На земле не слышно гиперзвуковой полет. Что позволит летать на гиперзвуке над густонаселенными районами.
Эта же большая высота позволит шире наблюдать территории при аэрофотосъемке местности. Будет полезна и для связи, и в других случаях: высотность полета найдет свое использование.
Разумеется, гиперзвуковой самолет на своем крейсерском режиме не будет зависеть от погодных условий и явлений, оставшихся глубоко внизу. Не будет тряски и турбулентности при характерном покое стратосферы на этих высотах.
Очередным плюсом будет и крейсерский полет в свободном от других самолетов пространстве. Вся дозвуковая толчея — пассажирская, транспортная и прочая — останется глубоко внизу.
Как и вся сверхзвуковая авиация, обжившая нижнюю стратосферу. Лишь такие же гиперзвуковики смогут летать на этих высотах, да висеть редкие капли стратостатов.
Но для полета на гиперзвуке нужно решить больший комплекс задач и проблем, образующих два главных направления: летящая конструкция и двигатель. Оба направления возникают из свойств гиперзвукового обтекания, которое несколько отличается от сверхзвукового.
Особенности гиперзвукового обтекания
Обтекание тела (самолета и его части: кабины, крыла, киля, любого элемента в потоке) сверхзвуковым потоком приводит к сжатию потока перед обтекаемой частью конструкции. Сжатие происходит на тонкой границе внутри потока, рядом с поверхностью обтекаемого тела, сразу и мгновенно. Плотность, давление и температура потока увеличиваются резким скачком, поэтому эту поверхность сжатия внутри потока назвали скачком уплотнения. За скачком спрессованный воздух течет медленнее, со сверхзвуковой или дозвуковой скоростью; он стал плотнее и горячее.
Именно он обтекает поверхности сверхзвукового самолета. При этом и на дозвуке, и на сверхзвуке молекулы газов летят простыми точками, без строения и особенностей формы. Их движение просто и прямолинейно до и после столкновений друг с другом или обтекаемым препятствием. Энергия этих ударов не вызывает отклика в самих молекулах, всего лишь точках.
При скоростях М=5 и выше обтекание начинает лезть в молекулу газа. И открывает этим ящик гиперзвуковой Пандоры. Энергия соударений молекул начинает дополнять их простое движение новыми формами. Молекулы главных газов воздуха, азота и кислорода, состоят из двух атомов, соединенных связью. Выше М=5 молекула газа начинает резонировать ударам: два ее атома колеблются, сближаясь и отдаляясь. Так молекула принимает и запасает энергию своего колебательного движения. Это увеличивает теплоемкость газа, состоящего из таких колеблющихся молекул. И добавляет газу энергию в этой форме. У трехатомных молекул СО2 колеблется также угол между атомами кислорода.
Энергия колебаний молекул оценивается колебательной температурой. Помимо нее молекулы получают накачку энергией вращения. Поток молекул превращается в массы крохотных спиннеров, волчков, маховичков. Энергия вращения описывается вращательной температурой газа.
Накачка молекул новыми движениями ослабляет в них связи между атомами. Молекулы начинают рваться на части. Происходит диссоциация газов. Освободившиеся одиночные атомы разных газов соединяются, образуя новые вещества. Это химические реакции. В зоне гиперзвукового обтекания идут множественные химические реакции, с разным поглощением и выделением энергии, балансами реагирующих веществ. Образование соединений одновременно сопровождается их распадом. Баланс возникновений и распадов меняется от многих параметров: температуры, давления, концентраций и др. Добавляет жару химическим процессам и материал корпуса, выступая катализатором реакций. Катализ меняет поглощение и выделение энергии, температуру, состав и свойства потока, параметры обтекания.
С дальнейшим ростом скорости от атомов отрываются электроны. Происходит ионизация газов, возникает и растет концентрация плазмы. Ионы с оторванным электроном и свободные электроны вступают в химические реакции, еще больше усложняя картину.
Сверхзвуковой конус Маха вокруг летящего объекта становится очень узким, похожим на рукав. При скорости М=10 угол конуса Маха всего 11,5 градуса. При М=20 угол конуса 5,7 градуса. Это означает, что ударная волна конуса ложится на поверхность гиперзвукового аппарата, облегая его корпус, как перчатка руку. Она сливается с вязким пограничным слоем газа, увеличивая его энергию. На поверхности аппарата образуется ударный пограничный слой-волна, питаемый огромной энергией набегающего потока. Здесь возникают и растут высокочастотные акустические волны неустойчивости, снова усложняя картину. Огромное количество химических реакций и физических процессов, протекающих в вязком ударном слое раскаленного газа, требуют для описания сотен различных переменных, характерных чисел и весьма сложных моделей происходящего.
Газ становится неидеальным и неравновесным. Базовые уравнения перестают работать. Возникает плотный яркий кисель из огромного множества явлений — мгновенных, высокотемпературных и энергичных. Красочное богатство гиперзвуковой картины разительно отличается от простого разогрева сверхзвуковым сжатием.
У гиперзвукового потока сжатие в скачке уплотнения может составлять несколько десятков раз. Температура сжатого воздуха, обтекающего гиперзвуковой самолет, достигнет нескольких тысяч градусов. Он станет очень сильно нагревать обтекаемые поверхности, которые потребуют охлаждения, иначе их материал потеряет прочность. Поэтому гиперзвуковому самолету понадобятся новые конструкционные материалы, одновременно и жаропрочные (сохраняющие прочность в раскаленном виде), и жаростойкие (не обгорающие в раскаленном газе). При этом они должны быть легкими, технологичными и недорогими. Найти материалы, удовлетворяющие сразу всем этим условиям, не получается; задача уходит в область трудных компромиссов.
Предыдущая фотография
Год назад ВВС США объявили, что инвестировали $60 млн в стартап из Джорджии Hermeus с задачей разработки гиперзвукового пассажирского авиалайнера
Фото:
Hermeus
Концепт гиперзвукового самолета SR-72 компании Lockheed Martin.
Пока он разрабатывается в беспилотном варианте
Фото:
Lockheed Martin
Экспериментальный беспилотный гиперзвуковой аппарат X-43, построенный по программе NASA «Hyper-X» компанией Boeing. Он первым совершил гиперзвуковой полет с помощью собственного гиперзвукового воздушного прямоточного двигателя, с его помощью разогнавшись до скорости М=9,6 в ноябре 2004 года
Фото:
NASA
Следующая фотография
1
/
3
Год назад ВВС США объявили, что инвестировали $60 млн в стартап из Джорджии Hermeus с задачей разработки гиперзвукового пассажирского авиалайнера
Фото:
Hermeus
Концепт гиперзвукового самолета SR-72 компании Lockheed Martin.
Пока он разрабатывается в беспилотном варианте
Фото:
Lockheed Martin
Экспериментальный беспилотный гиперзвуковой аппарат X-43, построенный по программе NASA «Hyper-X» компанией Boeing. Он первым совершил гиперзвуковой полет с помощью собственного гиперзвукового воздушного прямоточного двигателя, с его помощью разогнавшись до скорости М=9,6 в ноябре 2004 года
Фото:
NASA
Гиперзвуковой двигатель как главный орешек
Наибольшие трудности ожидают создателей гиперзвукового двигателя. Сегодня он видится только прямоточным со сверхзвуковым потоком в любой части двигателя.
Это ГПВРД, гиперзвуковой воздушно-реактивный двигатель. Его почти абсолютная принципиальная простота — просто труба, узкая в середине и расширенная с концов,— сопровождается крайне трудным расчетом процессов внутри этой трубы. А без расчета нет и управления рабочим процессом, работой двигателя.
В гиперзвуковом прямоточном двигателе нет вращающихся частей. Поток в нем течет сам собой, за счет встречного скоростного напора. В передней части двигателя воздух сжимается в нескольких последовательных скачках уплотнения (так меньше потери) до необходимой плотности и температуры. При этом поток остается сверхзвуковым в любой части трубы, тоже для избежания больших газодинамических потерь.
Сжечь топливо в сверхзвуковом потоке непросто, это возможно только в форме детонации с ее сверхзвуковым фронтом горения. Топливо нужно распылить за десятитысячные доли секунды, и попадет оно в ту самую хаотичную смесь ионов и множества химических реакций, которая и так трудно поддается обсчету. Добавка топлива еще более усложнит картину.
И сгореть оно должно крайне быстро, пока смесь движется с огромной сверхзвуковой скоростью по небольшой камере сгорания — сужению посередине трубы. Успев при этом выделить достаточно тепла, которое разгонит сверхзвуковой поток на выходе из трубы, в расширяющемся сверхзвуковом реактивном сопле.
Но и это еще не все. Гиперзвуковой скоростью самолета нужно управлять, а значит, и тягой через управление режимом работы гиперзвукового двигателя. Для изменения сжигания топлива в нем потребуется изменять параметры потока в камере сгорания, а значит, везде в трубе. И на входе, в воздухозаборнике, чтобы управлять скоростью и сжатием потока к середине трубы (то есть создавать нужную температуру, плотность и давление в камере сгорания). И на выходе, чтобы реактивное сопло отрабатывало изменение сжигания топлива всегда максимальным создании тяги (для текущего расхода топлива). При этом двигатель должен обеспечить много важных моментов: газодинамическую устойчивость при быстроте управления горением (противоречивое сочетание!), экономичность, диапазон режимов работы и пр.
Отдельной проблемой является полет на сверхзвуковых и дозвуковых режимах, недостаточных по скорости для работы прямоточного гиперзвукового двигателя. Ведь взлетать и приземляться самолет будет в обычном дозвуковом режиме. А поднимаясь в стратосферу, разгоняться до сверхзвукового режима перед гиперзвуком. Потребуется еще один двигатель, работающий на медленных режимах полета. Или придется создавать сверхуниверсальный двигатель «три в одном», что трудно сделать оптимально под столь разные режимы полета. Можно втискивать «два в одно», подобно тому, как турбореактивный двигатель знаменитого скоростного разведчика Lockheed SR-71 становился на 85% сверхзвуковым прямоточным. Но «три в одном» оказывается еще более трудным набором задач.
На выставке Aerodays 2019 был представлен проект гиперзвукового самолета Stratofly для пассажирских и грузовых перевозок, получивший финансирование от исследовательской инновационной программы Horizon 2020 Европейского союза в рамках грантового соглашения №769246.
Скорость самолета проектируется порядка М=8
Фото: EC_STRATOFLY
На выставке Aerodays 2019 был представлен проект гиперзвукового самолета Stratofly для пассажирских и грузовых перевозок, получивший финансирование от исследовательской инновационной программы Horizon 2020 Европейского союза в рамках грантового соглашения №769246. Скорость самолета проектируется порядка М=8
Фото: EC_STRATOFLY
Реально летавшие гиперзвуковые пилотируемые системы
Всего их было создано две: обе — в США, обе — широко известные. И обе — специальные, не будучи в полной мере гиперзвуковым самолетом, с более баллистической, чем аэродинамической, природой полета. Одна — с экипажем из одного пилота, другая — из семи-восьми человек.
Экспериментальный гиперзвуковой самолет Х-15 решал исследовательские задачи. За девять лет, с 1959 по 1968 год, было выполнено 199 полетов, один закончился катастрофой. Примерно половина полетов выполнена с гиперзвуковой скоростью М>5, с максимально достигнутым значением М=6,7, на высоте 31 км.
Самолет имел гиперзвуковой клиновидный профиль килей, тонкий острый профиль крыльев и стабилизаторов. И использовал гиперзвуковую подъемную силу для многих своих полетов.
Однако Х-15 поднимался на высоту старта не самостоятельно, а под брюхом стратегического бомбардировщика Б-52, отцепляясь от него на высоте 15 км и только тогда запуская свой двигатель. Который был ракетным: Х-15 являлся жидкостной ракетой с крыльями, очень близкой по параметрам (длине, диаметру корпуса, массе, тяге двигателя) к немецкой баллистической ракете «Фау-2». Разве что горючим у Х-15 был не спирт с водой, а жидкий аммиак. Двигатель работал меньше полутора минут, после чего шел полет по инерции: баллистический и/или гиперзвуковое планирование; весь полет занимал не более 15 минут. Х-15 был, по сути, аэробаллистической ракетой, только пилотируемой. При этом используя режим гиперзвукового планирования как основной в ряде полетов.
Второй стала космическая транспортная система Space Shuttle, 135 полетов, из них две катастрофы.
Орбитальный корабль имел самолетную форму и при возвращении с орбиты выполнял самолетную посадку, заходя на полосу в режиме дозвукового планирования. Поэтому его аэродинамический облик в целом дозвуковой: затупленный нос, затупленные, округлые передние кромки крыльев и хвоста.
Но до дозвука шаттл снижался с космической высоты с начальной космической скоростью и решал две другие главные задачи: торможение и управление перегрузкой. Торможение шло аэродинамически, начинаясь при высоких гиперзвуковых значениях скорости. Угол атаки составлял 40 градусов — шаттл скорее парашютировал на гиперзвуке, чем планировал. Создаваемая низом корпуса и крыльев аэродинамическая подъемная сила растягивала снижение шаттла по атмосфере и его торможение, тем самым уменьшая текущую посадочную перегрузку до всего лишь 1,5 g.
Тупые дозвуковые передние кромки крыльев и округлый нос шаттла оказывали на гиперзвуковом режиме сильное тормозящее действие. На этих местах в потоке возникал прямой скачок уплотнения, самый сильный и характерный наибольшими газодинамическими потерями.
Эти потери забирались из энергии движения шаттла, тормозя его. Поэтому говорить, что шаттл приспособлен к длительному гиперзвуковому полету, не приходится. Его гиперзвук был этапом торможения, а не перелетом в точку назначения. Это отражено в его не гиперзвуковых обводах. И не сверхзвуковых — на сверхзвуке задача шаттла заключалась в том же сверхзвуковом торможении, а не сверхзвуковом перелете к цели.
Мифическая американская гиперзвуковая «Аврора» так и не показала неопровержимого факта своего существования. Анонсируемые время от времени проекты пилотируемых гиперзвуковых самолетов и первых ступеней-носителей космических систем не доходят до сборки в металле. Длинный перечень их названий поэтому нет смысла приводить. Горизонты первых полетов новых гиперзвуковых самолетов отодвигаются в будущее не менее чем на 15–20 лет.
Принципиальный конкурент
И на этом рубеже времени гиперзвуковые самолеты с большой вероятностью встретят неожиданного прежде конкурента, который может оказаться гораздо перспективнее и практичнее.
Речь идет о пассажирской суборбитальной баллистике. Появившись, она будет обладать рядом своих плюсов, которые обойдут проблематику гиперзвукового самолета. Пассажирский баллистический борт — это ракетный автобус на сотню человек, или роту бойцов. Его ракетные двигатели отработаны долгими рядами конструктивных поколений и на сегодня высокоэффективны. Они выводят борт на суборбитальную траекторию с межконтинентальной дальностью точки прибытия. Скорость его движения составит около 6–7 км/с. То есть в три раза быстрее гиперзвукового самолета.
В разы сократится и время полета. Путь из Лондона в Нью-Йорк или Кабул займет 25 минут. И то лишь из-за растягивания входа в атмосферу для снижения перегрузки; боеголовки проходят такую дальность за 21–22 минуты. Кроме того, баллистическая траектория эффективнее из-за коротких участков атмосферы и возможности очень быстро набрать крейсерскую скорость — три минуты, и поехали по суборбите. В то время как гиперзвуковому самолету гораздо дольше забираться на рабочую высоту, на дозвуке добираясь до первых 10 км.
Там разгоняться до сверхзвука и подниматься еще на 25 км до рабочего потолка. Где уже разгоняться до крейсерской гиперзвуковой скорости.
Баллистический борт не погружен весь полет в сжимающие нагрузки обтекания и раскаленный поток, для него это лишь минутное состояние при входе в атмосферу. Поэтому вопрос теплозащиты можно решить привычными плитками. Балборт не требует взлетно-посадочной полосы, обходясь бетонированной площадкой. И не нуждается в разрешениях стран для прохода над ними, двигаясь выше национальных воздушных пространств.
Реализация такой пассажирской баллистики в металле уже готовится к первому баллистическому, в данном случае — орбитальному, полету. Starship компании SpaceX должен выходить на орбиту и садиться при возвращении, а также способен взять на борт сотню человек. Слегка не дотянув до орбитальной скорости, он пойдет по суборбитальной траектории межконтинентальной дальности. Если за несколько лет SpaceX отработает этот корабль так же, как отработала свою ныне рабочую лошадь Falcon9, то эра пассажирской баллистики может открыться неожиданно быстро.
И многое в мире изменится.
Вместо заключения
С появлением пассажирского баллистического флота актуальность гиперзвуковых полетов резко понизится. В эпоху автомобилей не ездят для скорости на лошадях, пусть и самых быстрых. Резон двигаться на большие дальности по атмосфере останется для экономичных дозвуковых транспортных полетов и для сверхзвуковых специальных самолетов типа боевых. Гиперзвуковой пассажирский транспорт будет проигрывать дозвуку по экономичности, а баллистике — по скорости. В этих условиях гиперзвуковая авиация может оказаться тупиковой ветвью развития, появившись лишь парой типов самолетов в экспериментальных количествах. Занять крайне узкое, нишевое место при высоких затратах разработки неинтересно для возврата инвестиций.
Перспективы гиперзвуковых самолетов оказываются не столь хороши, как кажутся при чтении плюсов. Развитие техники течет несколькими руслами, как горная река в широкой долине. Одни русла могут оказаться быстрее, вбирая в себя больше течения, другие из-за этого мелеют и закрываются.
И развитие гиперзвуковой авиации зависит не только от нее самой. Вероятно, уже ближайшие пять лет покажут, появятся ли фавориты и куда продвинутся сегодняшние гиперзвуковые проекты.
Николай Цыгикало
как сделать голубое небо «зеленым»
Март 2020 г.
Автор: Джеймс Нертон, журналист-фрилансер
Airbus, одна из крупнейших авиастроительных компаний в мире, развивает целый ряд инициатив, направленных на борьбу с изменением климата. Они принесут пользу не только авиации, но и другим отраслям.
В феврале 2020 г. Компания Airbus показала MAVERIC («Модель самолета для проверки и экспериментирования надежных инновационных средств управления», Model Aircraft for Validation and Experimentation of Robust Innovative Controls), уменьшенную демонстрационную модель самолета со смешанным крылом. Революционный дизайн этой модели может обеспечить снижение потребления топлива на 20% по сравнению с узкофюзеляжными самолетами. (Фото предоставлено Airbus)
Борьба с изменением климата стала одним из приоритетов для авиационной промышленности по всему миру.
Согласно оценкам, на сегодняшний день авиация является источником 3% выбросов углекислого газа (CO2). Однако с учетом того, что, по прогнозам, объем авиаперевозок в ближайшие 15–20 лет увеличится вдвое, уже сейчас необходимо принимать меры, чтобы сделать воздушный транспорт более экологичным.
Для авиационной отрасли характерна значительная сложность, так как в ней действует множество частных и государственных субъектов, включая коммерческие авиакомпании, компании — операторы частных самолетов и государственные агентства, а также производителей и поставщиков самолетов, двигателей, запасных частей и сопутствующей инфраструктуры.
Система интеллектуальной собственности способствует развитию инноваций и разработке новых технологий: во-первых, путем обеспечения охраны инвестиций в экологичные инновации, например через патенты, благодаря которым изобретатели получают исключительные права, а во-вторых — путем содействия распространению технологических активов через лицензирование, публикацию патентов, совместные НИОКР и другие формы сотрудничества.
Карстен Шпренгер, ведущий советник по правовым вопросам Airbus
Это значит, что лицензирование и передача технологий играют важную роль в обеспечении того, чтобы все участники отрасли получали преимущества инноваций, ориентированных на борьбу с изменением климата. Многие подобные инновации находят применение за пределами авиации. Благодаря правам интеллектуальной собственности (ИС) их можно лицензировать компаниям из совершенно других областей.
Конструкция разработанного Airbus демонстрационного летательного аппарата AlbatrossOne вдохновлена альбатросом, легендарной морской птицей, которая может парить много километров без взмахов крыльями. Это первый аппарат с крылом с подвижными законцовками, который был опробован в полете. Такая конструкция позволяет снизить сопротивление воздуха, влияние турбулентности и порывов ветра, а также уменьшить вес летательного аппарата. (Фото предоставлено Airbus)
Airbus, как крупнейший в мире производитель гражданских и военных самолетов, является лидером своей отрасли в том, что касается разработки и коммерциализации новых технологий, способствующих достижению экологических целей.
На своем сайте компания заявляет: «Будущее за электрическими, автономными и безотходными самолетами. Компания Airbus уверена, что инновации могут помочь сделать мир более экологичным. Использование нестандартного подхода к вызовам сегодняшнего дня поможет нам построить экологически устойчивую авиацию будущего».
В последних моделях самолетов компании уже удалось добиться успехов в снижении уровня шума и выбросов. Например, у самолета A350 XWB расход топлива и объем выбросов CO2 на 25% меньше, чем у предыдущих поколений. Модель A330neo также обеспечивает 25-процентное преимущество в плане расхода топлива по сравнению с предыдущими самолетами того же класса.
Airbus использует новые технологии и создает будущее авиации. Проводя испытания революционных конфигураций самолетов, Airbus оценивает их потенциал с точки зрения жизнеспособности в будущем.
Жан-Брис Дюмон, исполнительный вице-президент по инжинирингу Airbus
Если говорить о будущем, то Airbus инвестирует в исследования и разработки (НИОКР) в различных областях, в том числе в создание более экологичных технологий (включая электроэнергетические), материалов и решений.
Результаты могут полностью изменить авиационную отрасль. На Сингапурском авиасалоне, состоявшемся в феврале 2020 г., компания показала уменьшенную демонстрационную модель (2 м длиной и 3,2 м шириной) самолета MAVERIC («Модель самолета для проверки и экспериментирования надежных инновационных средств управления», Model Aircraft for Validation and Experimentation of Robust Innovative Controls). Этот самолет со смешанным крылом позволяет снизить выбросы углерода на 20% по сравнению с узкофюзеляжными самолетами. Представляя MAVERIC, Жан-Брис Дюмон, исполнительный вице-президент по инжинирингу, отметил: «Airbus использует новые технологии и создает будущее авиации. Проводя испытания революционных конфигураций самолетов, Airbus оценивает их потенциал с точки зрения жизнеспособности в будущем». Он добавил: «Нам нужны эти революционные технологии, чтобы справиться с экологическими проблемами. Это следующее поколение самолетов; мы изучаем его возможности». По мнению Дюмона, MAVERIC может «способствовать внесению изменений в архитектуру самолетов, что поможет сделать будущее авиационной отрасли экологичным».
За последние 50 лет, авиационная отрасль:
- сократила расход топлива и объем выбросов CO2 из расчета на пассажиро-километр более чем на 80%;
- снизила объем выбросов NOx на 90%;
- снизила уровень шума на 75%.
По прогнозам, до 2036 г. объем воздушных перевозок будет расти на 4,4% в год. Для удовлетворения этого спроса потребуется построить 35 тыс. новых самолетов (по данным Airbus Global Market Forecast).
Airbus занимается разработкой электрических и гибридно-электрических систем с 2010 г., а в ноябре 2017 г. компания совместно с Rolls-Royce представила гибридно-электрический демонстрационный аппарат E-Fan X. (Фото предоставлено Airbus)
Как сделать авиацию экологически устойчивой
В соответствии с обязательствами, сформулированными на Конференции ООН по изменению климата в 2015 г. (Парижское соглашение), Инициативная группа по воздушному транспорту (ATAG) — независимый отраслевой орган, занимающийся вопросами экологически устойчивого роста, — поставила три цели в области охраны окружающей среды.
Первая цель: повышать топливную эффективность глобального парка воздушных судов на 1,5% в год в период 2009–2020 гг. Эта цель уже достигнута, так как за этот срок удалось обеспечить снижение объема выбросов CO2 более чем на 2%. Вторая цель: начиная с 2020 г., ограничить объем чистых выбросов CO2 с помощью мер компенсации выбросов углерода. И третья цель: к 2050 г. обеспечить снижение объема выбросов CO2 вдвое по сравнению с 2005 г.
В основе этих целей лежат пять ключевых направлений действий в области климата: технологические инновации; оперативные улучшения; повышение эффективности инфраструктуры; обеспечение устойчивости авиационного топлива и применение рыночных мер для компенсации роста CO2.
С точки зрения достижения этих целей права ИС играют важную роль, особенно в плане содействия разработке новых технологий, которые могут сделать авиацию более эффективной, и изучения возможностей использования альтернативных видов топлива.
Как отмечает ведущий советник по правовым вопросам Airbus Карстен Шпренгер: «Система интеллектуальной собственности способствует развитию инноваций и разработке новых технологий: во-первых, путем обеспечения охраны инвестиций в экологичные инновации, например через патенты, благодаря которым изобретатели получают исключительные права, а во-вторых — путем содействия распространению технологических активов через лицензирование, публикацию патентов, совместные НИОКР и другие формы сотрудничества».
«По мнению Airbus, действующая система ИС хорошо подготовлена для стимулирования «зеленых» инноваций. Она позволяет адаптировать стратегии в области ИС к задачам достижения экологических/»зеленых» целей», — отмечает Шпренгер. Также, по его словам, права ИС важны с точки зрения предоставления доступа к инновациям в разных отраслях: «Это особенно актуально для экологически устойчивых технологий, так как права ИС обеспечивают доступ к ним в самых разных секторах и отраслях по всему миру».
Направления инновационной деятельности
Airbus — это высоко инновационная компания.
Ежегодно она тратит на НИОКР около 2 млрд евро. В 2019 г. объем ее самофинансируемых инвестиций в НИОКР составил 3,4 млрд евро, а число ученых и исследователей по всему миру превысило 1000 человек. В общей сложности компании принадлежит около 37 тыс. патентов на широкий спектр технологий. «Многие технические разработки Airbus в области «зеленых» технологий охраняются патентами», — отмечает Шпренгер.
В настоящее время сфера интересов компании включает следующие направления:
Экологичное авиационное топливо (SAF). Airbus изучает возможности для применения вместо керосина синтетического топлива, произведенного с использованием возобновляемой энергии. Такое топливо можно производить из переработанных материалов, таких как использованное масло для жарки, а также из сельскохозяйственных или муниципальных отходов. При этом его применение может снизить объем выбросов CO2 на 80%. С 2016 г. компания осуществляет перегоночные полеты на SAF в Тулузу (Франция), Мобил (США) и Гамбург (Германия).
В сентябре 2018 г. компания Airbus стала первым в отрасли членом Совета по водородным технологиям. В декабре 2019 г. компания начала внедрять SAF для обеспечения своих потребностей в промышленной транспортировке.
Электрические и гибридно-электрические системы. Airbus занимается разработкой этих систем с 2010 г., а в 2017 г. компания совместно с Rolls-Royce представила гибридно-электрический демонстрационный аппарат E-Fan X. Его первый полет должен состояться в 2021 г. Также Airbus разрабатывает прототип под названием Vahana, который работает по принципу вертикального взлета и посадки. Это полностью электрический одноместный аппарат с поворотным крылом. На настоящий момент он совершил уже 80 испытательных полетов. Еще один прототип называется CityAirbus. Это полностью электрический четырехместный мультикоптер, первый взлет которого состоялся в мае 2019 г. Возможно, это автономное летающее такси будущего? В 2018 г. разработанный Airbus высотный псевдоспутник Zephyr, работающий на солнечной энергии, установил рекорд по времени непрерывного полета.
Эта модель может произвести революционные изменения в том, как решаются оборонные, гуманитарные и экологические задачи по всему миру.
Новые экологичные материалы. Airbus изучает возможности широкого спектра материалов, включая легкие и функциональные композиты, такие как пластик, армированный углеродным волокном, (CFRP). Этот материал обладает большей усталостной и коррозийной стойкостью, а, следовательно, и большей эксплуатационной долговечностью, чем традиционные металлические материалы, а также имеет выдающиеся характеристики в плане экономии веса и расхода топлива. Кроме того, компания изучает возможности биологических материалов, таких как паутинный шелк, который отличается удивительной легкостью, большей прочностью, чем сталь, и большей выносливостью, чем кевлар. Использование этого материала может кардинально изменить проектирование самолетов. Также компания экспериментирует с новыми видами покрытий и сверхжаропрочными материалами и видами керамики. Такие новые покрытия и материалы, например покрытие на основе никеля и карбида вольфрама или новые металлические сплавы, могут использоваться на ключевых частях самолета (например, на компонентах крыла и лопатках турбины), обеспечивая более высокую эффективность и заменяя неэкологичные материалы.
Сотрудничество с партнерами
Airbus не только ведет обширную внутреннюю исследовательскую работу, но и сотрудничает с различными организациями посредством создания научно-технологических партнерств, которые, по мнению компании, способствуют ускорению и распространению инноваций. К числу таких партнерств относятся:
Программа «Чистое небо» (Clean Sky Programme). Это европейская инициатива по стимулированию авиационных исследований и инноваций, направленных на повышение экологичности воздушного транспорта и укрепление конкурентоспособности европейской авиационной отрасли. Цель этой программы заключается в содействии развитию технологий, обеспечивающих сокращение уровня шума, объем выбросов CO2 и парниковых газов. Компания Airbus, как один из крупнейших участников этой программы, является лидером в области разработки ряда новейших технологий, призванных помочь в достижении поставленных экологических целей.
UltraFan — это двигатель, разрабатываемый совместно с Rolls-Royce. Он обеспечивает 25-процентное повышение эффективности расхода топлива по сравнению с первым поколением двигателей Rolls-Royce Trent. Airbus и Rolls-Royce работают над интеграцией прототипа UltraFan в целях проведения летных испытаний (этот проект частично финансируется через программу Clean Sky), с тем чтобы в будущем устанавливать этот двигатель на воздушных судах.
BLADE («Перспективный ламинарный авиационный демонстратор в Европе», Breakthrough Laminar Aircraft Demonstrator in Europe). В рамках этого проекта Airbus руководит группой из 20 партнеров. Программа BLADE предполагает изменение формы, материалов и поверхности крыла в целях трансформации авиационной отрасли и снижения сопротивления воздуха на 50%. Этот проект является частью программы Clean Sky.
Крыло будущего (Wing of Tomorrow). Это крупнейшая исследовательская программа Airbus в мире. Она является результатом общеотраслевого партнерства, направленного на создание революционной структурной и системной архитектуры крыла из углеродного материала. Цель проекта заключается в том, чтобы сымитировать технику полета альбатроса, легендарной морской птицы, которая, как никакая другая птица, может парить сотни километров без взмахов крыльями. Затем на этой основе предполагается разработать более легкое и эффективное с точки зрения расхода топлива воздушное судно.
MOZAIC. Вместе с шестью другими авиакомпаниями (Lufthansa, China Airlines, Air France, Iberia, Cathay Pacific и Air Namibia) Airbus принимает участие в программе измерения озонового слоя. Для этого используются семь широкофюзеляжных самолетов, оснащенных измерительными приборами, которые позволяют собирать данные о концентрации в воздухе озона, водяных паров и монооксида углерода.
Airbus изучает возможности множества новых материалов, включая пластик, армированный углеродным волокном, (CFRP), который легче алюминия, прочнее железа и более устойчив к коррозии, чем оба эти материала. На фотографии показана деталь самолета, которая проходит через высокотехнологичный механизм, сплетающий определенным образом углеродное волокно.(Фото предоставлено Airbus)
Airbus использует свои патенты и другие права ИС в рамках сотрудничества с партнерами. Карстен Шпренгер отмечает: «В области работы над электрическим двигателем Airbus использует права ИС в контексте взаимодействия с партнерами по НИОКР, чтобы создавать взаимодополняющие сферы применения. Например, права пользования могут предоставляться Airbus для применения в сфере воздушного транспорта и одному из партнеров для применения в сфере наземного транспорта. Это поддерживает те существенные инвестиции, которые требуют некоторые из подобных технологий, и обеспечивает более широкое распространение результатов».
Более того, по словам Шпренгера, права ИС могут лицензироваться в других отраслях, что позволяет добиться всесторонней реализации потенциала инноваций: «Мы используем лицензионные соглашения, чтобы сделать доступными те технологии, которые были изначально разработаны Airbus для авиации, в «зеленых» отраслях, таких как ветровая энергетика».
Развитие стратегии в области ИС
Как отмечает Шпренгер, права ИС могут использоваться самыми разными способами, а значит, нет простого ответа на вопрос о предоставляемых ими преимуществах: «Есть буквально сотни контекстуальных случаев практического использования, [которые показывают,] как компания может использовать права ИС. Получаемые выгоды всегда зависят от того, какие цели преследует владелец прав ИС». Он добавляет: «Что касается инноваций, направленных на строительство «зеленого» будущего, то мы ожидаем, что глобальное потепление и экологические проблемы, возможно, станут отправной точкой для разработки стратегий ИС, адаптированных с учетом технологических, экологических и политических целей тех субъектов, которые ведут работу в области «зеленых» технологий».
Boeing: F-15EX
Благодаря технологиям следующего поколения, обеспечивающим повышенную живучесть в широком спектре сред, дополнительные возможности F-15EX позволяют создать более сбалансированную структуру сил, которая будет противостоять текущим и возникающим угрозам на протяжении десятилетий.
Инвестиции в технологии с низким уровнем риска позволили повысить маневренность, ускорение, долговечность, вычислительную мощность и вооружение F-15EX, чтобы улучшить совместимость и усилить сдерживание благодаря присущей силе диверсифицированного портфеля.
- Повышенная живучесть
- Непревзойденный оружейный лафет
- Высшее управление миссией
- Быстрая вставка возможностей
- Доступная стоимость жизненного цикла
ПОВЫШЕННАЯ ЖИВУЩОСТЬ
Благодаря усовершенствованному радару и датчикам F-15EX оснащен полностью интегрированным комплексом средств радиоэлектронной борьбы, обеспечивающим полный спектр защиты и позволяющим доминировать в борьбе с новыми и появляющимися угрозами.
НЕПРЕВЗОЙДЕННАЯ ПЕРЕВОЗКА ОРУЖИЯ
Непревзойденная сертификация оружия и грузоподъемность позволяют перевозить современное оружие, которое нельзя перевозить во внутренних отсеках, например, гиперзвуковое оружие.
ПРЕВОСХОДНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЗАДАНИЯМИ
Кабина 21-го века обеспечивает доступ в режиме реального времени к информации о поле боя и улучшает понимание пилотом окружающей среды, чтобы уменьшить рабочую нагрузку, ускорить принятие решений и улучшить управление заданием.
БЫСТРОЕ ВНЕДРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ
F-15EX предлагает архитектуру Open Mission Systems, позволяющую быстро внедрять цифровые технологии для будущего роста, и обеспечивает открытую, безопасную архитектуру для максимальной гибкости и функциональной совместимости.
ДОСТУПНАЯ СТОИМОСТЬ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
Экономичный с точки зрения эксплуатации и приобретения, F-15EX требует минимальной переподготовки пилотов и обслуживающего персонала, использует существующую инфраструктуру и общие ресурсы 90% того же вспомогательного оборудования и ~80% тех же запасных частей с текущими F-15.
Подразделения, переоборудованные на F-15EX, могут перейти в течение недель или месяцев, а не лет, после получения новых самолетов. Эти преимущества в сочетании с самой низкой стоимостью летного часа в своем классе делают F-15EX решением для полного жизненного цикла, отвечающим требованиям ВВС США по грузоподъемности.
Построенный на цифровом потоке, F-15EX служит первооткрывателем инициативы Министерства обороны DevSecOps, направленной на разработку безопасного, гибкого и гибкого программного обеспечения. F-15EX обеспечивает быстрое внедрение технологий, что обеспечивает актуальность платформы на десятилетия вперед.
Будущий штурмовой самолет большой дальности
Войны будущего не будут вестись так, как войны сегодня.
DEFIANT X — это усовершенствованный многоцелевой вертолет и система десантно-штурмового вооружения, которая может летать низко и быстро, быстро приземляться, доставлять солдат в заданную зону (известную как «X») и уходить — и все это, уклоняясь от врага в сложный рельеф.
Это манёвренный вертолёт, который летает в два раза дальше и в два раза быстрее, чем вертолёт Black Hawk, который он заменит, и занимает такое же рабочее место.
DEFIANT X основан на управляемости и трансформационных возможностях, подтвержденных SB>1 DEFIANT , демонстратором технологии Sikorsky-Boeing, помогающим информировать армию США о будущих требованиях к вертикальной подъемной силе. В сочетании с непревзойденным опытом нашей команды в системах миссий, обучении и поддержке, DEFIANT X значительно улучшит возможности воздушно-десантных войск с небольшими изменениями в тактике, методах, процедурах, обучении и инфраструктуре.
DEFIANT X специально разработан для участия в соревнованиях армии США по десантно-штурмовым операциям дальнего действия будущего, что является главным приоритетом модернизации, и совершит революцию в способах борьбы с угрозами в армии в 2035 году и далее.
Это будет самый быстрый, самый маневренный и самый живучий военный вертолет в истории.
Композитный фюзеляж
Снижает воздействие вибрации и ограничивает коррозию в неблагоприятных условиях
Стойка-толкатель с муфтой
Обеспечивает возможность трансформации, что приводит к высокой степени маневренности за счет быстрого ускорения и замедления в зоне приземления и вокруг нее
Убирающееся шасси
Снижает паразитное сопротивление и обеспечивает высокоскоростную транспортировку
Усовершенствованная система коаксиальных роторов
Полностью композитные и жесткие лопасти обеспечивают беспрецедентную маневренность и маневренность, обеспечивая тактическое преимущество
Электронное управление полетом
Современная устойчивость и управляемость винтокрылого аппарата снижают нагрузку на летный экипаж, одновременно обеспечивая рост для будущих автономных операций
Полная защита сил начинается с непревзойденной тактической маневренности «в X».
Благодаря жесткой соосной системе несущих винтов и толкающему винту DEFIANT X использует проверенную технологию Sikorsky X2 Technology™ для работы на высоких скоростях, сохраняя при этом управляемость на низких скоростях.
Это позволяет DEFIANT X развивать скорость там, где это необходимо — через густые заросли деревьев, русла рек, горные хребты или в труднопроходимой городской среде — обеспечивая солдатам непревзойденную маневренность и живучесть в особо опасных условиях противовоздушной обороны.
Эта критическая способность позволяет экипажам проникать сквозь оборону противника, уменьшая при этом подверженность вражескому огню, поэтому они могут быстро вводить и выводить солдат со всем своим боевым снаряжением на позиции — когда секунды имеют значение.
DEFIANT X также оптимизирован для:
- Оперативной эффективности в многодоменных операциях (MDO) и совместных вседоменных операциях (JADO) с возможностью подключения всех боевых активов
- Устойчивость , в том числе увеличенные периоды эксплуатации без технического обслуживания, простота обслуживания в суровых условиях, снижение нагрузки на транспортную логистику и доступность в долгосрочной перспективе
- Совместимость с существующими воздушными судами, технологиями и инфраструктурой
October 11, 2022 in Defense
Инновационные решения Boeing помогают США поддерживать глобальное господство, сдерживая и устраняя сегодняшние угрозы — во имя завтрашнего дня.
Узнать больше
25 августа 2022 г. в Defense
Независимо от того, строит ли он свой подвал или армейский вертолет нового поколения, инженер наслаждается возможностью использовать свой опыт.
Узнать больше
4 августа 2022 г. в Министерстве обороны
Пилот Sikorsky Билл Фелл и пилот Boeing Эд Хендершайд имеют в общей сложности более 60 лет опыта работы на вертолетах и являются частью программы по созданию штурмового самолета дальнего действия будущего (FLRAA). Армия Соединенных Штатов. В этих вопросах и ответах они делятся тем, что им нравится в демонстраторе технологии DEFIANT Lockheed Martin Sikorsky-Boeing SB>1 и DEFIANT X, которые компании предлагают для программы FLRAA.
Подробнее
4 апреля 2022 г. в Defense
DEFIANT X, передовая система десантно-штурмового вооружения и многоцелевой вертолет, — это самолет будущего. Низкий полет, перемещение на высокой скорости, быстрая посадка и доставка солдат к месту назначения — и все это при перехитривании противника — делает этот самолет критически важным в нескольких областях.
Узнать больше
31 марта 2022 г. в Defense
Вертолет Lockheed Martin Sikorsky-Boeing SB>1 DEFIANT®, доказавший в течение трех лет свои трансформационные летные возможности, на этой неделе прибыл в Нэшвилл, чтобы дать авиаторам армии США возможность своими глазами увидеть этот впечатляющий самолет. Ежегодный саммит Ассоциации армейской авиации Америки.
Подробнее
31 марта 2022 г. в Министерстве обороны
Компании Sikorsky и Boeing построили 90 процентов существующих военных вертолетов армии США и представляют авиационную промышленную базу армии США
Узнать больше
17 февраля 2022 г. в Defense
В ходе трех демонстраций во время одного и того же полета вертолет Lockheed Martin Sikorsky-Boeing SB>1 DEFIANT® продемонстрировал, что он не только маневренен, живуч и быстр, но также обеспечивает критически важную внешнюю грузоподъемность традиционных вертолетов. .
Подробнее
10 февраля 2022 г. в Defense
Sikorsky, компания Lockheed Martin (NYSE: LMT) и Boeing (NYSE: BA) объявили сегодня о Honeywell (NYSE: HON) в качестве поставщика двигателей для DEFIANT X, усовершенствованного вертолета для армии США. Соревнования будущих самолетов-штурмовиков дальнего действия (FLRAA).
Узнать больше
18 января 2022 г. в Министерстве обороны
Самолет Lockheed Martin Sikorsky-Boeing SB>1 DEFIANT® успешно выполнил испытательные полеты по профилю миссии FLRAA, включая посадки в ограниченном пространстве и полеты на малых высотах.
Подробнее
25 января 2021 г. в Defense
DEFIANT X для участия в конкурсе Future Long Range Assault Aircraft, который является главным приоритетом модернизации для армии
Узнать больше
3 декабря 2019 г. в Defense
Пол Нивальд вспоминает, как ждал по почте отцовский экземпляр журнала Popular Science.