«К середине 2020-х аэрокосмическая промышленность сможет производить самолеты с новыми, полностью электрическими двигателями, способными перевозить небольшое количество пассажиров на расстояние до 1000 километров», отмечается в совместном отчете A Free Ride и Common Wealth. В нем также утверждается, что Airbus и Siemens смогут заменить электросамолетами воздушные судна, летающие на ископаемом топливе, в восьми из десяти рейсов в пределах Европы, которые сейчас выполняют частные самолеты. Конкуренты - в частности сервис такси Uber и компания Volocopter в Германии - уже планируют на протяжении следующих нескольких лет представить собственные электрические вертолеты в Дубае, Шанхае и Сингапуре.
Хотя потенциальные преимущества электрических самолетов кажутся неоспоримыми, пройдет несколько лет, прежде чем они заменят использование традиционных пассажирских самолетов, особенно для кросс-континентальных или международных рейсов. Технология дальних электрических полетов все еще находится в зачаточном состоянии.
И все же эксперты считают, что мы сможем летать на электрических самолетах уже в ближайшие 20 лет. Различные прототипы, над которыми работают компании, имеют дальность полета от 155 до 650 миль. Но технологии развиваются все более быстрыми темпами. Однажды мы сможем путешествовать по всему миру на самолетах без выбросов, полностью работающих на возобновляемых источниках энергии. Есть надежда для всех, кто заботится об окружающей среде!
Новые аэродинамические формы – более экономный полет
Авиапром обязалась сократить свои чистые выбросы углекислого газа на 50 процентов к 2050 году по сравнению с уровнем 2005 года, а британский сектор пошел еще дальше с клятвой для достижения чистых выбросов ноль на ту же дату.
Работая в этом направлении, Airbus представил модель нового футуристического самолета, который сочетает крылья с фюзеляжем и имеет два двигателя, установленных сзади. Изящный дизайн модели демонстратора призван снизить аэродинамическое сопротивление, и производитель заявляет, что он способен снизить расход топлива до 20 процентов по сравнению с существующими самолетами. Названная Maveric, модель длиной 2,2 метра (7,2 фута) впервые провела испытательный полет в июне прошлого года.
Недавно авиакомпания KLM совместно с Делфтским техническим университетом представила прототип нового, V-образного самолета Flying-V. Уникальность модели в том, что пассажирский салон, грузовой отсек и топливные баки машины располагаются в крыльях. Ввести в эксплуатацию V-образный самолет планируют не раньше 2040 года.
Благодаря своей форме и, как следствие, уменьшенному весу, Flying V будет использовать на 20% меньше топлива, чем Airbus A350-900, в то же время перевозя 314 пассажиров.
Повышению экономичности Flying-V способствует также выбор силовых установок. В хвостовой части самолёта будут установлены два турбовентиляторных двигателя. В отличие от обычных газотурбинных силовых установок, в турбовентиляторном двигателе энергия реактивной струи не теряется на выходе из сопла, а преобразуется во вращение вентилятора, создавая дополнительную тягу. Таким образом, большую часть реактивной тяги (около 70-80%) создаёт продуваемый воздух, а не реактивные газы. Это не только повышает топливную эффективность двигателя, но и делает его более экологичным.
В то время как текущий двигатель все еще использует керосин, в будущем он может быть переоборудован под использование электрических турбовентиляторов.
Биомимикрия - резерв для более экологичных проектов
Несмотря на растущее изобилие аппаратов, работающих на основе альтернативных видов топлива или источников энергии, их потенциала всё ещё недостаточно для замены традиционных самолётов. Сегодня ни одна авиакомпания не сможет полностью перейти на электрические или гибридные самолёты, так как их мощности не хватит для осуществления дальних перелётов. На разработку полноразмерных электрических самолётов уйдёт ещё не один десяток лет.
Птицы летают, не затрачивая много энергии. И теперь все больше и больше авиационных инженеров влюбляется в идею изучения естественного мира, чтобы найти решения, которые можно адаптировать и применить для проектирования более экономичных авиалайнеров.
Наука биомимикрия включает в себя изучение того, как природа решает проблемы и формулирует решения, которые «свободны от атрибутов гражданского авиационного проектирования. Эту науку серьезно воспринимают производители самолетов, и существует вероятность того, что некоторые ошеломляющие уловки природы будут подражать и использоваться в авиации, чтобы уменьшить сопротивление и лучше позволить самолетам адаптироваться к изменяющимся условиям во время полета.
Проектирование и разработка совместимых поверхностей - это одна из областей проектирования самолетов, которая может иметь значительные экологические последствия и должна вдохновляться природой. В современных коммерческих авиалайнерах около 40% лобового сопротивления можно отнести к турбулентному пограничному слою - тонкому слою воздуха чуть выше обшивки самолета, который создает трение. Непрерывно приспосабливающаяся эластичная поверхность, которая разрушает турбулентность в этом слое, может фактически устранить это сопротивление трения обшивки.
Существует возможность снизить потери от турбулентного пограничного слоя от 40% до нуля, что станет огромным шагом на пути к снижению воздействия самолетов на окружающую среду.
Авиационным инженерам уже сейчас удалось найти решение, которое уменьшает лобовое сопротивление на несколько процентов и которое черпает вдохновение из структуры кожи акулы. Риблеты - серия небольших канавок на поверхности самолета, которые выровнены по направлению воздушного потока, но поскольку ребра очень легко повредить, это создает значительную инженерную проблему.
Тем не менее, Институт Фраунгофера в Германии разработал краску, смоделированную на коже акулы, которая включает в себя канавки, похожие на риблеты, и может наноситься с использованием трафарета в качестве внешнего покрытия на самолете. Краска содержит наночастицы, которые гарантируют, что она может противостоять ультрафиолетовому излучению и изменяющимся температурам. Исследователи заявляют, что, если бы эта краска была применена к каждому самолету в мире, она могла бы сэкономить 4,48 миллиона тонн топлива в год. Но пока все эти проекты находятся в стадии проведения технических экспериментов.
Биомимикрия возрождается по мере того, как давление в авиационной промышленности возрастает с целью сокращения выбросов углекислого газа. Полет, каким мы его знаем сегодня, не будет таким, каким его узнают наши дети.
Концептуальный дизайн авиалайнера-птицы
Компания Airbus представила концептуальный дизайн авиалайнера, похожего на птицу, с целью мотивации следующего поколения авиационных инженеров, подчеркивая, как они могут изменить ситуацию, применяя технологии, исследованные в компании, в области гибридно-электрической тяги, систем активного управления и современных композитных конструкций.
Теоретический проект, представленный на британском международном авиасалоне Air Tattoo, представляет собой гибридный электрический турбовинтовой самолет для региональных авиаперевозок. Вдохновленный эффективной механикой птицы, он имеет структуры крыла и хвоста, имитирующие структуру хищной птицы, а также перья с индивидуальным управлением, обеспечивающие активный контроль полета.
Пока самолёт находится в стадии концепта и ещё не готов для летных испытаний.
Снижение веса и применение композитных материалов
Уже не одно десятилетие ученые думают над тем, как сделать полеты более экологичными и уменьшить их влияние на окружающую среду. Один из способов — модернизация авиапарка самолетами нового поколения.
В декабре 2009 года в воздух впервые поднялся Boeing Dreamliner 787. А спустя два года он начал выполнять коммерческие рейсы. Dreamliner стал первым в истории лайнером, на 50 % построенным из композитного материала на основе углерода. У его предшественника — Boeing 777 — эта цифра составляла лишь 9 %. Boeing 787 удалось сделать прочнее и легче самолетов с алюминиевым фюзеляжем. Но главное, инженеры смогли на 20 % сократить расход топлива лайнера, а вместе с ним и количество вредных выбросов.
Еще больше новейших материалов (52 % от веса самолета) инженеры использовали при проектировании Airbus A350. Он стал первым лайнером концерна, фюзеляж и крылья которого изготовили из углепластика.
Турбовинтовой самолет – назад в будущее
Франко-итальянский производитель ATR тем временем стремился подчеркнуть, что его турбовинтовой самолет - популярный для коротких перелетов, особенно в странах Азии с плохой инфраструктурой - сжигает на 40 процентов меньше топлива по сравнению с реактивным такого же размера. Данная разработка является компромиссом между расходом топлива и скоростью.
Медленные, но уверенные шаги по созданию электрических самолетов
Самолеты, работающие на возобновляемых источниках энергии, не производят CO2 или другие вредные для климата выбросы, такие как оксид азота и токсичные частицы. Они меньше, легче и эффективнее самолетов, работающих на керосине.
Электрические самолеты представляет потенциальный луч надежды. Они выходят далеко за рамки возни с топливной экономичностью или вариантов использования биотопливо в качестве решения углеродного следа традиционного для сегодняшнего воздушного полета. Поэтому все чаще в мире предпринимаются шаги для производства электрических самолетов. Первый в мире полностью электрический самолет, разработанный инженерной фирмой MagniX, совершил свой первый испытательный полет в декабре в Канаде.
Инновации в инженерном дизайне, материалах и системе жидкого охлаждения помогли компании перевести на электричество двигатель, предназначенный для установки на самолеты грузоподъемностью до двадцати пассажиров. Мотор в 751 л. с. может заменить собой турбовинтовые авиадвигатели Pratt and Whitney PT6, какими обычно комплектуют девятиместные самолеты Cessna 208 Caravan, а также Beechcraft King Air, поднимающие в небо до одиннадцати пассажиров. Вес двигателя MagniX почти на 30% меньше, чем вес аналогичного по размерам ДВС.
Как подсчитали разработчики, Cessna исключительно на электротяге сможет преодолеть до 280 км. А электросамолет, сконструированный с нуля, покроет уже 925 км на одном заряде.
Двигатель компании MagniX полностью электрический, работающий от аккумулятора, а значит, обеспечивает полностью экологически чистый процесс эксплуатации. Особенно отмечается экономичность нового мотора. Чтобы пролететь расстояние в 185 км на Cessna 208, на топливо придется потратить $300-400. Такой же рейс с электроприводом в качестве основного движителя израсходует электроэнергии на $12-14, утверждают в Magnix.
MagniX работает в альтернативном направлении, открывая дорогу для массового производства легких электрических самолетов, перевозящих сравнительно небольшое количество пассажиров регулярными внутренними рейсами, которые станут чаще и доступнее по цене. Эксплуатация таких самолетов возможна и при перевозке небольших партий грузов на сравнительно малые расстояния.
Гибридный электрический самолет
Швейцарская компания Smartflyer разрабатывает гибридный электрический самолет для четырех человек и планирует первый полет в 2022 году. Помимо сокращения выбросов, самолет менее шумный и более дешевый в эксплуатации, отчасти из-за более низких затрат на топливо.
Но такие проекты не будут быстрыми.
