Samoloty i dłuższe skrzydła: Jak zmieni się znany kształt samolotów pasażerskich | Przemysł lotniczy

Prawie każdy człowiek na świecie wie, jak wygląda samolot pasażerski. Jego wygląd nie zmienił się od dziesięcioleci.

Weźmy najlepiej sprzedający się samolot na świecie, Boeing 737: pierwszy model z 1967 roku wygląda prawie tak samo jak ostatnia wersja, 737 MAX. Jednak ten niezwykły przebieg może niedługo ulec zmianie, ponieważ producenci spoglądają na nową falę innowacji, które mogą dosłownie zmienić oblicze lotnictwa.

Producenci rozważają dłuższe, cieńsze skrzydła, silniki odrzutowe z odsłoniętymi śmigłami oraz rozwiązanie integrujące skrzydło z kadłubem, co mogłoby stanowić potencjalne odejście od stosowanego od kilkudziesięciu lat podejścia opartego na rurach i skrzydłach.

Przemysł lotniczy znajduje się pod presją ograniczenia emisji gazów cieplarnianych ze statków powietrznych, które odpowiadają za 2,5% globalnych emisji (ale… 4% skutków ocieplenia). Jednak promowane możliwe rozwiązania zostały pod wieloma względami ograniczone: „zrównoważone” paliwo do silników odrzutowych nie jest produkowane na skalę przemysłową, akumulatory nie są jeszcze wystarczająco gęste, aby umożliwić większość lotów, nie osiągnięto też przełomu w technologii wodorowej.

Producenci samolotów uważają jednak, iż w ramach przygotowań do wprowadzenia nowych samolotów do połowy następnej dekady przez cały czas można osiągnąć znaczne korzyści poprzez zmniejszenie zużycia paliwa. Dzięki temu podróże lotnicze mogą być tańsze. Bardziej wydajne samoloty mogłyby również zapewnić branży osłonę polityczną, mimo iż ogólna emisja dwutlenku węgla przez cały czas rośnie.

„Wyjdziemy z wybiegu, jeżeli chodzi o tradycyjny design” – powiedział Richard Aboulafia, dyrektor zarządzający firmy konsultingowej AeroDynamic Advisory. „Aby kontrolować spalanie paliwa, naprawdę najlepszym rozwiązaniem są idee ekstremistyczne”.

Mniejszy opór

Boeing znajduje się pod szczególną presją, aby opracować przełomowy projekt.

Przez dziesięciolecia aktualizował ten sam ogólny układ dla serii 737, ale podejście to zakończono, gdy kompromisy projektowe przyczyniły się do dwóch wypadków i 346 zgonów w latach 2018 i 2019. Boeing stanął w obliczu kryzysu egzystencjalnego, pozostając daleko w tyle za Airbusem.

W lipcu Boeing mianował Roberta „Kelly” Ortberga na nowego dyrektora generalnego. Niedługo będzie musiał skierować swoją uwagę na następny samolot oblężonej kompanii. Pomocne mogłoby być skrzydło transsoniczne na kratownicy, opracowywane we współpracy z NASA. Łączy w sobie znacznie dłuższe i cieńsze skrzydło (wsparte na rozpórce) zdolne do lotu transsonicznego (tuż poniżej prędkości dźwięku). Boeing podał, iż wstępne testy wykazały zmniejszenie zużycia paliwa o 9%. Ma nadzieję uzyskać 30% redukcję wraz z innymi technologiami i planuje wypuszczenie samolotu testowego w 2028 r., którego celem jest wprowadzenie do służby w latach 2030–2035.

W fabryce w Bristolu, która pierwotnie produkowała bombowce Blenheim podczas II wojny światowej, Airbus pracuje również nad postępem w technologii skrzydeł.

Sue Partridge, która kieruje działalnością Airbusa w zakresie samolotów komercyjnych w Wielkiej Brytanii, powiedziała w zeszłym roku, iż „fizyka mówi nam, iż skrzydło powinno być dłuższe i smuklejsze”, aby zapewnić większą siłę nośną i zmniejszyć opór.

„Skrzydło powinno dać nam równie duży wpływ na spalanie paliwa, jak następna generacja silników” – stwierdziła.

Dyrektor generalny Airbusa, Guillaume Faury, wskazał, iż samoloty nowej generacji będą prawdopodobnie wyglądać nieco podobnie do tych znajdujących się w służbie obecnie. Jednak europejski producent samolotów rozważa również koncepcję integrującą korpus główny ze skrzydłem. Byłoby to bardziej radykalne odejście, dające tę zaletę, iż sam kadłub zapewnia siłę nośną.

Startup JetZero twierdzi, iż jego „pakiet hybrydowy” może zmniejszyć zużycie paliwa o połowę. Na Uniwersytecie w Delft w Holandii przetestowano 3-metrowy model Koncepcja Flying-Vktóra podziela podobne podejście.

Różne projekty mogą lepiej sprawdzić się w różnych zastosowaniach, powiedział Jerry Lundquist, konsultant i były oficer Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych, który wcześniej kierował doradztwem lotniczym w McKinsey. Skrzydła mieszane mogą lepiej sprawdzić się na dłuższych lotach, ale mogą też powodować problemy.

Na przykład pasażerowie będą siedzieć na znacznie większym obszarze, umieszczając ich dalej od okien i prawdopodobnie wymagając ekranów symulujących światło dzienne. A tym, którzy siedzą na zewnątrz, może odczuć ucisk w żołądku, gdy poczują większą „chwilę” lub siłę przemieniającą.

„Musisz się upewnić, iż nie są narażeni na działanie intensywnych sił” – powiedział Lundquist.

Silnik zmian

Wzrost wydajności silników będzie przez cały czas miał najważniejsze znaczenie dla branży.

Być może najbardziej zauważalną zmianą w wyglądzie silników jest powrót otwartego śmigła. W projekcie zrezygnowano z gondoli – pokrywy – aby umożliwić zastosowanie większej śruby napędowej, która zapewnia większy ciąg. Z zewnątrz będą wyglądać jak obecne silniki turbośmigłowe, ale będą w stanie latać z prędkością 0,8 Macha, czyli 80% prędkości dźwięku – tak samo jak obecne silniki odrzutowe.

CFM, spółka joint venture amerykańskiego General Electric i francuskiej firmy Safran, stwierdziła, że… Otwórz silnik wzniosu śmigła Zużycie paliwa i emisję dwutlenku węgla teoretycznie można zmniejszyć o 20%. Firma twierdzi, iż może zmniejszyć hałas, co doprowadziło do powstania wcześniejszego prototypu w 1986 r. Musi jeszcze przekonać organy regulacyjne i pasażerów, iż silniki będą bezpieczne, jeżeli jedna z ich łopatek złamie się w powietrzu.

Oprócz radykalnych zmian w płatowcach lub silnikach, producenci stale szukają sposobów na spalanie paliwa poprzez plastry salami, uzyskując niewielkie zyski.

Płaty, czyli zakrzywione końcówki skrzydeł, wprowadzono po raz pierwszy w latach 70. XX wieku w odpowiedzi na ówczesny kryzys naftowy, aby naśladować skrzydła ptaków i zmniejszać opór. the Dzielone lotki Według Aviation Partners z siedzibą w Seattle, Boeingi 737 od 2014 roku mogą zmniejszyć zużycie paliwa choćby o 2% podczas lotów długodystansowych. (Dla obserwatorów samolotów jest to najłatwiejszy sposób na odróżnienie 737 od A320.)

Opracowanie idealnych cech zapewniających efektywny lot zajęło ptakom tysiące lat, dlatego projektanci lotnictwa nieustannie czerpali z nich inspirację. Airbus eksperymentuje z czujnikami umieszczonymi w przedniej części samolotu, które rejestrują podczas turbulencji, przy czym automatyczne reakcje powierzchni sterowych skrzydeł przypominają ciągłe dostosowywanie się ptaka do ruchów w powietrzu.

Concorde, który latał na ograniczonej liczbie tras, był ostatnim w służbie samolotem pasażerskim o naprawdę charakterystycznym designie. Naddźwiękowy samolot ze skrzydłami typu delta odchylonymi do tyłu został wycofany z użytku w 2003 roku. Boom Supersonic, startup, testuje technologie dla proponowanego „syna Concorde” o podobnym wyglądzie.

Samolot ten będzie miał wyłącznie charakter specjalistyczny i będzie przewoził jednorazowo 80 pasażerów na trasach premium. Istnieje jednak możliwość, iż Boeing i Airbus przyjmą radykalnie odmienne podejście do siły roboczej, która co roku przewozi miliardy pasażerów.

Jeśli producenci pójdą w różnych kierunkach, pasażerowie mogą zacząć zwracać większą uwagę na konstrukcję samolotów, mówi Addison Schoenland, analityk śledzący branżę w AirInsight.

„Nie sądzę, iż kiedykolwiek mieliśmy sytuację, w której spojrzeliśmy na samolot i stwierdziliśmy: «To jest zupełnie coś innego»” – mówi. „Jak ludzie zareagują na widok tych nowych kształtów?”