Sa kakvim problemima se suočavaju nauka i industrija prilikom konstruisanja supersoničnog putničkog aviona (SPA), kada i na osnovu kojih mašina se demonstrator takve letelice može pojaviti u Rusiji, i koje još tehnologije su neophodne za početak istraživačko konstruktorskih radova, govori generalni direktor Centralnog aerodinamičnog instituta „Žukovski“ Kiril Sipalo.
Prednosti supersoničnog putničkog aviona
Zašto se nakon prestanka projektovanja Tu-144 i „Konkorda“ ponovo pojavilo interesovanje za supersonične putničke avione?
— Konstruisanje nove generacije supersoničnih putničkih aviona je jedan od glavnih izazova moderne vazduhoplovne nauke širom sveta i jedno od najperspektivnijih visoko-tehnoloških područja u kojima Rusija ima realne šanse da postane svetski lider. Let supersoničnom brzinom nudi ogromne prednosti u odnosu na tradicionalne avione. Pre svega, proširuje područje dnevnih putovanja sa 3500 km na 7000 km, pomaže u poboljšanju efikasnosti rešavanja državnih i poslovnih problema, a takođe poboljšava udobnost putnika jer čak i deca mogu lako podnositi 4,5 sati leta.
Pored toga, sada kada se sve priprema za poboljšanje strategije za razvoj industrije, poslovanja i turizma u postkoronavirusno doba, brzi vazdušni prevoz može postati tražen, omogućavajući bez problema obavljanje poslovnih misija, uključujući i one na transnaconalnom rastojanju. Tome će takođe doprineti, sudeći po svemu, utvrđena niska cena goriva u narednih nekoliko godina. Uzgred, upravo mala ekonomičnost supersoničnih aviona prve generacije dovela je do zatvaranja programa Tu-144 i „Konkord“.
Koje karakteristike bi trebalo da ima supersonični avion sledeće generacije i koja problematična pitanja bi trebalo da reše njegovi konstruktori?
— Za razliku od Tu-144 i „Konkorda“, trenutni odlučujući faktor za postojanje nove generacije supersoničnih putničkih aviona je smanjenje nivoa zvučnog udara do prihvatljivog za stanovništvo kada avion leti supersoničnim brzinama krstarenja iznad naseljene zemlje, i smanjenje buke u okolini aerodroma za vreme poletanja i sletanja. Važan faktor je i održavanje tehničkih i ekonomskih pokazatelja perspektivnih aviona na konkurentnom nivou. Supersonični putnički aviona sa dva režima, koji mogu da lete supersoničnim brzinama samo preko okeana i nenaseljenog kopna, sigurno neće biti konkurentni.
Problemi nivoa zvučnog naleta
Obezbediti prihvatljiv nivo zvučnog naleta za stanovništvo je izuzetno težak zadatak i činjenica da se trenutno ne može rešiti, koči razvoj putničkog supersoničnog vazduhoplovstva. Pored toga, danas ne postoji regulatorni okvir za prihvatljiv nivo zvučnog naleta za putničke avione koji lete superosničnom brzinom. Istovremeno, u velikom broju zemalja (SAD, Kanada, Velika Britanija) uvedena je direktna zabrana prekoračenja odgovarajuće brzine zvuka iznad naseljene zemlje.
Šta otežava konstruisanje supersoničnih putničkih aviona?
— Konstruisanje supersoničnih putničkih aviona je često otežano zbog kontradiktornih tehničkih zahteva za ovaj tip aviona. Na primer, da biste ispunili zahteve za nivo zvučnog udara, moraćete da žrtvujete neke aerodinamičke i težinske karakteristike aviona, koje su neophodne da bi se obezbedilo veliko rastojanje po pristupačnoj ceni. Zbog toga, da bi se osigurao nizak nivo uticaja na životnu sredinu istovremeno sa konkurentnim tehničkim i ekonomskim karakteristika letenja, biće potrebno uvesti širok spektar novih međusobno povezanih tehničkih rešenja i tehnologija za aerodinamički raspored, energetski kompleks i motor, strukturnu šemu napajanja, sistem upravljanja, vazdušni sistem, opremu i tako dalje. A potraga za optimalnim rešenjem pri projektovanju supersoničnih putničkih aviona zahteva složeno međudisciplinsko istraživanje.
Treba istaći još jednu važnu okolnost. Postojeći motori ne mogu ispuniti sve zahteve SPA, što zahteva razvoj i konstruisanje nove klase besforsažnih motora sa umerenim stepenom mlaznog toka, pružajući istovremeno visok nivo vuče i nisku potrošnju goriva pri supersoničnim režimima leta. Zadatak konstruisanja takvih motora je prilično komplikovan i zahteva značajne materijalne i vremenske troškove, što u kombinaciji sa relativno malom serijom SPA može postati ozbiljan problem.
Šta je nauka o vazduhoplovstvu sada spremna da ponudi kada je reč o rešavanju ovih problema?
— Analiza pokazuje da tradicionalna rešenja i tehnologije neće biti u stanju da obezbede traženi nivo karakteristika perspektivnog SPA. Uprkos velikom intenzitetu rada na projektovanju takvih aviona širom sveta, značajnom napretku u određenim tematskim oblastima i značajnom iznosu novca uloženom u razvoj fondova, u bliskoj budućnosti početak istraživačko konstruktorskih radova na perspektivnom avionu namenjenom za određene svrhe i sa kvalitetnim novim svojstvima (supersonična brzina krstarenja) i zahtevima (u pogledu nivoa zvuka) osuđeni su na neuspeh i sigurno će dovesti do trošenja značajnih resursa bez postizanja praktičnih rezultata. Da bi se smanjili tehnički rizici i troškovi razvoja konkurentne nove generacije SPA, naučne organizacije treba da prethodno razviju ključna tehnička rešenja i kritične tehnologije do visokog nivoa tehnološke spremnosti, uz sledeći prenos tih tehnologija u industriju.
Da bi se rešio ovaj problem, potrebni su konstrukcija i testiranje leta eksperimentalnog aviona — demonstratora kompleksa perspektivnih tehnologija SPA nove generacije.
Da li je pre Tu-144 takođe konstruisan demonstrator?
— Naravno, tehnološki demonstratori su korišćeni za testiranje novih tehničkih rešenja tokom stvaranja prve generacije SPA i za testiranje novih znanja o mogućnostima modifikacije dijagrama trenutka smicanja i savijanja pozitivnog pritiska. Na primer, u SSSR je za konstrukciju krila u obliku „šiljastog luka“ aviona Tu-144 projektovan demonstrator MiG-21I (A-144), a u SAD početkom 2000-ih da bi se dokazalo da može doći do modifikacije dijagrama trenutka smicanja i savijanja pozitivnog pritiska putem promene oblika trupa, izvršen je veliki broj numeričkih, eksperimentalnih i letačkih istraživanja aviona F5 SSBD.
Uvodi se i sistem „tehničkog vida“
Trenutno u SAD kompanija Lokid Martin po narudžbini NASA u okviru programa Kvest, konstruiše avion demonstrator H-59 u kome se istražuje integracija niza tehnologija SPA – optimizovanih za smanjenje zvučnog udara uz obezbeđivanje visokog nivoa supersoničnog aerodinamičnog kvaliteta, aerodinamično sastavljanje, usisni otvor za vazduh energetskog kompleksa koji se nalazi na vrhu, sistem „tehničkog vida“ i tako dalje.
A šta se događa u Rusiji?
— U Rusiji, u okviru naučno istraživačkih radova osim tematskih istraživanja za razvoj ključnih tehnologija SPA nove generacije, takođe se posvećuje velika pažnja konstrukciji integrisanog aviona za demonstraciju leta. Dakle, 2019. godine je u Centralnom aerodinamičnom institutu „Žukovski“ formiran tehnološki predlog za demonstrator kompleksa tehnologija SPA „Striž“, čiji je model predstavljen na MAKS-2019. Uspešna primena programa ovog demonstratora leta omogućiće da se, u kratkom vremenu i ispred svetskih rivala, konstruiše SPA lake klase, i da se formira jedinstvena naučna i tehnička osnova za visok nivo tehnološke spremnosti u interesu stvaranja SPA srednje i teške klase.
Kada se taj demonstrator može pojaviti i na osnovu kog aviona je planirana njegova konstrukcija?
— Prema našim proračunima i uz mogućnost finansiranja, takav demonstrator bi trebalo da se pojavi do 2023. godine. Očigledno je da je ovaj eksperimentalni avion jeftiniji i lakši za izradu na bazi aviona donatora, jer je glavni cilj eksperimenta proveriti ispravnost odabranih kritičnih tehnologija: aerodinamičkog oblika, lokacije, izgleda i veličine usisnog otvora za vazduha, mlaznica i tako dalje. Najverovatnije će taj donator biti MiG-29 zajedno sa standardnim motorima i vazduhoplovnim sistemima kojima je opremljen. Naravno, ovde se ne može govoriti o punopravnom supersoničnom poslovnom avionu, već o prototipu demonstratoru.
Govoreći o novim tehnologijama koje će biti potrebne za stvaranje nove generacije SPA, verovatno ste mislili i na prelazak na digitalno projektovanje. Kakvu ulogu igraju digitalne tehnologije u aktivnostima industrijskih istraživačkih instituta i konstruktorskih biroa tokom konstrukcije savremene vazduhoplovne tehnike?
— Upotreba digitalnih tehnologija u fazi projektovanja i razvoja vazduhoplovne tehnologije, uključujući proces sprovođenja testiranja i sertifikacije, predstavlja glavni adut u konkurenciji inženjerskog posla, što omogućava brzo razvijanje proizvoda koji je blizu tehnološke izvrsnosti, brži izlazak na tržište i maksimalan profit. Međutim, treba napomenuti da upotreba digitalnih inženjerskih metoda u konstruktorskim biroima bez procene njihove tačnosti i primenljivosti, bez validacije zasnovane na eksperimentalnim i podacima o letu, dovodi do značajnih rizika za greške prilikom projektovanja, koje su u velikoj meri slične onima sa početka 20. veka, kada je preovladavala intuicija konstruktora.
Pročitajte još: