Текст книги "100 великих достижений в мире техники"

Современные суперсамолеты

Несмотря на то что пассажирские самолеты время от времени терпят аварии и катастрофы, этот вид транспорта остается на сегодня самым надежным. Ну а к завтрашнему дню конструкторы готовят настоящие чудеса техники. Вот тому несколько примеров.

МС-21 просится в небо. Сокращение МС-21 расшифровывается очень просто: «магистральный самолет 21-го века». Проект под таким названием предусматривает создание целого семейства самолетов, конкурентоспособных на мировом уровне. Прежде всего, они предназначены на замену уже уходящему Ту-154, а также самолетам Ту-204 и Ту-214.

Вместимость каждого из перспективных авиалайнеров колеблется от 150 пассажиров (МС-21–200) до 181 (МС-21–300) и 212 (МС-21–400). Причем для каждой модификации предусмотрены версии как с обычной (3500 км), так и увеличенной до 5000 км дальностью. «В дальнейшем могут появиться и дальнемагистральные версии самолетов, способные летать и на 7000 км без посадки», – предполагают конструкторы корпорации «Иркут», которая координирует эту разработку, в которой принимают участие лучшие силы нашей страны и зарубежные корпорации.

Самолет МС-21

Достижение требуемых экономических и экологических характеристик самолетов семейства МС-21 возможно только при использовании силовых установок нового поколения, близких по требованиям к двигателям, которые, по прогнозам, могут появиться к 2013–2014 годам, полагают специалисты. Создатели МС-21 планируют снизить расход топлива по сравнению с нынешними аналогами по крайней мере на 20 %.

По своей компоновке и внешнему виду МС-21 мало отличается от уже летающего самолета Sukhoi SuperJet 100. Это говорит о том, что создатели нового авиалайнера не собираются отказываться от того лучшего, что накоплено за предыдущие десятилетия.

Летающий образец МС-21 появится не раньше 2014 года, а серийный выпуск самолета начнется еще два года спустя. Однако уже ныне появились первые покупатели на будущие самолеты. Так, например, подписан контракт с малайзийской компанией Crecom Burj Resources о поставке 50 машин на сумму более 3,4 млрд долларов.

Самолет «Судного дня», или Тайны «борта № 1». Особенности устройства техники, предназначенной для первых лиц того или иного государства, как правило, стараются держать в секрете. Тем не менее на борту президентских самолетов бывают журналисты, своими достижениями иной раз не прочь блеснуть специалисты, так что постепенно тайное становится явным.

Так, скажем, о некоторых особенностях нового президентского самолета не так давно кое-что рассказал журналистам генеральный директор Государственной транспортной компании «Россия» Н. В. Шипиль. По его словам, в серийный самолет Ил-96–300 на Воронежском авиационном заводе постарались добавить все технические новинки, которые появились за последние годы.

В особенности это касается авионики – приборов и электронных устройств, обеспечивающих взлет и посадку самолета практически при любых погодных условиях. Частично она отечественного производства, частично – зарубежного, поскольку, к сожалению, по части электроники и вычислительной техники наша промышленность во многом утратила главенствующие позиции в мире.

А вот двигатели, несмотря на разные слухи, у самолета отечественные, марки ПС-90А, построенные на Пермском производственном объединении. Они доведены до такой кондиции, что никакие ограничения по шуму и выхлопу, принятые в зарубежных аэропортах, нашей технике уже не страшны.

Есть и некоторые заимствования из лучшего зарубежного опыта. Так, скажем, на новом лайнере – встроенный нижний трап, как и на «Боинге-747–200» американского президента. Так что теперь к самолету не нужно подкатывать в аэропорту трап.

Наибольшие отличия от серийного самолета можно заметить в салоне. На нижней палубе, как обычно, располагаются багажно-грузовые отсеки, а вот верхняя, пассажирская, подверглась кардинальной переделке. Вместо рядов пассажирских кресел тут есть специализированный салон для отдыха экипажа. Дело в том, что с президентом довольно часто летают два экипажа, сменяющие друг друга во время рейса. Ведь иной раз бывает, что президентский самолет летает чуть ли не сутками, а человек за штурвалом не должен быть чересчур уставшим – это отражается на безопасности полета. Интересная деталь: экипажи заслуженных пилотов России С. Е. Анциферова и Г. Н. Белодеда летают не только с президентом. В их составе могут быть и пилоты и стюардессы, которые накануне возили обычных пассажиров.

Далее, на «борту № 1» имеются рабочий кабинет президента, спальня с ванной и туалетом. Есть конференц-зал, где прямо во время полета могут проходить рабочие совещания. Имеются также и помещения для сопровождающих президента лиц, которым тоже созданы нормальные условия для работы и отдыха.

Кроме того, на борту есть место для обслуживающего персонала и охраны, отсеки для спецаппаратуры связи. Словом, с борта самолета президент продолжает руководить страной точно так же, как и из любой другой своей резиденции.

Есть, конечно, своя бортовая кухня, кладовые и холодильники с продуктами. А вот баров и тренажерных залов, вопреки слухам, на борту президентского самолета нет. Ни у нас, ни у американцев. Единственное, что по требованию президента Буша ему ставили «бегущую дорожку», позволяющую размять ноги во время длительных полетов.

В кино иногда показывают, что на борту спецсамолета имеется специальная аварийная капсула с парашютом, куда в случае возникновения нештатной ситуации помещают «пассажира № 1» и эвакуируют его из самолета. Говорят, что такие капсулы действительно имеются на борту американских спецсамолетов. Что же касается наших, то у нас подобная информация считается закрытой.

Зато известно, что вся электроника на борту имеет устройства спецзащиты, не позволяющие хакерам или шпионам вмешаться в работу тех или иных компьютеров, подслушать какие-то переговоры. Говорят также, что в оборудование спецсамолета обязательно входят средства, защищающего его от любого, в том числе и ракетного, нападения.

Самолетом же «Судного дня» журналисты окрестили новый самолет, сконструированный американскими инженерами для президента Барака Обамы. Считается, что он сможет защитить главу государства ото всех мыслимых и немыслимых катастроф, включая метеоритный дождь, ядерную войну и даже Апокалипсис.

Технические его характеристики таковы. Спецборт E-4B, построенный на базе «Боинга-747», способен оставаться в воздухе на протяжении нескольких суток без дозаправки. Он способен развивать скорость до 997 км/ч, что на 65 км/ч больше обычной модели. Кроме того, на самолете установлена постоянная связь с землей и даже с подводными лодками военного флота США.

Капитан «борта № 1» Скотт Райдер сказал на пресс-конференции: «Мы находимся в полной боевой готовности 24 часа в сутки, семь дней в неделю, 365 дней в году. Самолет способен подняться в воздух в считаные минуты. Он не нуждается в дозаправке в течение нескольких дней».

Самолет для президента обошелся правительству США 223 млн долларов. И все же журналисты нашли в нем два недостатка, сразу бросающиеся в глаза: у самолета нет иллюминаторов и отсутствуют душевые кабины.

К сказанному остается добавить, что президентский самолет любой страны, как правило, не летает в одиночестве. Вместе с ним в ту или иную точку земного шара вылетает запасной самолет, а также несколько транспортных авиагигантов, груженных лимузинами, вертолетом (а то и двумя), оружием, транспортом и спецсредствами для охраны и т. д.

В общем, любой президентский вояж – это довольно хлопотное мероприятие, в котором так или иначе задействованы сотни, а то и тысячи людей. Не случайно у американцев каждый полет президента приравнивается к военной операции.

Тем не менее время от времени случаются ЧП и с президентскими самолетами. Скажем, в 60-х годах прошлого века во время визита Н. С. Хрущева в США уже на американской земле обнаружились микротрещины на борту лайнера № 1. Пришлось ему воспользоваться запасным самолетом. Впрочем, и первый, считавшийся аварийным самолет тоже совершил благополучный перелет через океан.

В 1972 году при вылете из Внуково-2 в Киев президента США Ричарда Никсона не запустился один из двигателей. Президента пересадили на резервный самолет. В феврале 1999 года при заруливании на стоянку был поврежден столкновением с другим самолетом лайнер премьер-министра Италии. Из людей никто не пострадал, но руководителю правительственного авиаотряда пришлось уйти в отставку.

А у самолета бывшего президента Дмитрия Медведева в одном из первых же полетов обнаружились неполадки с шасси и двигателями.

Кроме президентов стран, персональными самолетами пользуются также премьер-министры, министры и некоторые другие госслужащие высокого ранга. Кроме того, частные самолеты есть у многих арабских шейхов, бизнесменов-миллиардеров, владельцев крупных фирм и т. д.

Прозрачный аэробус. И в заключение этой главки давайте поговорим о совсем уж фантастичной идее. Европейский авиаконцерн Airbus выступил с идеей создания пассажирского самолета с полностью прозрачным фюзеляжем. Пассажиры, находящиеся внутри такого самолета, смогут во время полета видеть обычное или звездное небо, под ногами наблюдать ландшафты и огни городов.

«Когда вы будете находиться на высоте 12 тысяч метров над Римом или Лондоном, Берлином или Парижем или над Нью-Йорком и Токио, Concept Plane станет прозрачным изнутри: электронные импульсы сделают невидимым фюзеляж, построенный из специальной гиперрезистентной керамики. Вы увидите каждую звезду, каждый огонек городов», – рассказал на пресс-конференции глава исследовательского подразделения Airbus Аксель Крейн.

При пропускании через фюзеляж электрического поля заданной поляризации корпус становится прозрачным, тогда как ток обратной поляризации вновь делает его привычным. Прозрачность обшивки может меняться в зависимости от обстоятельств – днем пропускать поменьше света, зато ночью пассажиры смогут любоваться ночным звездным небом через практически невидимые панели.

Впрочем, новый материал интересен не только подобной экзотикой. Сенсоры, расположенные по всей поверхности самолета, позволят Concept Plane чувствовать любую самую мелкую трещинку, «уставший» фрагмент фюзеляжа или структуры самолета, который сам себя вылечит при помощи разбрызгивания наноклея. Кроме того, уникальные датчики позволят Airbus будущего заранее чувствовать приближение зон турбулентности, или воздушных ям, чтобы избежать их или же сделать полет даже в этих условиях максимально комфортным для своих 300 пассажиров.

Нанотехнологии позволят также проводить автоматическую чистку сидений и кабины после каждого полета без необходимости привлечения персонала и использования типичных, загрязняющих окружающую среду спреев. А сами пассажирские кресла, сделанные из полностью экологичных материалов, будут способны не только самостоятельно очищаться от пыли и грязи, но и принимать форму тела пассажира.

Сами же пассажиры получат удобства, немыслимые сегодня. У них будут не только эксклюзивные кровати и ванные комнаты, но каждый также сможет трансформировать свою кабину в кабинет, спальню или даже виртуальную спорт-площадку, где можно сыграть, например, в гольф.

Concept Plane будет потреблять меньше горючего, чем его предшественники: крылья и фюзеляж будут единым целым, двигатели окажутся полускрыты в фюзеляже, они уже не подвешены к гондоле, потому что они революционные, очень тихие и экономичные, отпадет необходимость иметь к ним постоянный доступ для технического обслуживания. Наконец, самолет будущего будет улавливать человеческое тепло пассажиров, чтобы накапливать его и вновь использовать, экономя таким образом энергию.

Нынешнее разделение интерьера лайнера на салоны первого, бизнес-и эконом-класса будет заменено на разграничение по иному принципу – на зоны «vitalising», «interactive» и «smart tech».

В первой зоне пассажирам обеспечат максимальную релаксацию, воздух насытят витаминами и антиоксидантами, кресла время от времени будут делать массаж, а вентиляция включать систему ароматерапии.

Второй, интерактивный отсек позволит пассажирам погружаться в виртуальную реальность, рассматривать передвижение лайнера на огромной подвижной карте или даже становиться героями трехмерных компьютерных игр.

В «умном салоне» разместятся пассажиры, настроенные больше на деловой лад. Голографические экраны и системы связи позволят им провести время в пути с большей пользой. Таким образом, при желании на борту лайнера можно будет продолжать делать все то, чем каждый из пассажиров занимался бы на земле.

По словам Акселя Крейна, технически создать описанный в концепции самолет будет возможно к 2020 году, но в реальности в воздух такой самолет сможет подняться в воздух примерно к 2050 году. В компании также говорят, что прозрачный самолет – это лишь одна из идей, представленных в рамках концепции The Future by Airbus, когда инженерам предложили просто помечтать, каким бы они хотели видеть авиалайнер будущего.

Сверх звука, но без грохота…

Эффект разорвавшейся бомбы (хотя и беззвучной) произвела весть о новом изобретении. Американский аэродинамик Леонард Грин запатентовал конструкцию бесшумного сверхзвукового самолета. Когда можно ожидать появления самолетов-призраков?

Шум давит шум? Одна из причин, почему до сих пор не получили широкого распространения сверхзвуковые пассажирские авиалайнеры – производимый ими гром среди ясного неба. Сверхзвуковому «Конкорду» было разрешено проявлять свою прыть лишь над пустынными районами Атлантики. Иначе создаваемая им даже на 20-километровой высоте ударная волна могла оказаться настолько интенсивной, что у людей на земле полопались бы барабанные перепонки, а из окон по-вылетали стекла.

Новый же лайнер, не создавая подобного грохота, будет способен за 90 минут перекрыть всю территорию США со скоростью 3М, то есть втрое превышающей быстроту распространения звука в воздухе. «Такие самолеты, – говорит Грин, – быстро вытеснят обычные авиалайнеры с дальних трасс, поскольку намного сократят продолжительность полетов». Однако хитрый изобретатель и словом не обмолвился в своем сообщении, каким же образом ему удалось справиться со своей задачей.

Первое, что приходит на ум, – Грину удалось как-то удалось справиться с шумом двигателей. Звоню приятелю в ЦИАМ – Центральный институт авиационного моторостроения. Когда-то, теперь уже лет двадцать с лишним тому назад, мы вместе принимали участие в испытаниях воздухозаборников для нашего «сверхзвуковика» Ту-144.

«Ну ты оптимист, – смеется в трубку приятель, ставший за прошедшие годы доктором наук. – Ничего принципиально нового за прошедшие годы так и не придумали. Если не считать, конечно, системы активного шумоподавления. Но и она еще не вышла за пределы лаборатории. Ни у них, ни у нас»…

На смену Ту-144 придут новые сверхзвуковые авиалайнеры

Если все осталось по-прежнему, значит, шум авиационных реактивных двигателей уменьшают прежде всего за счет их многоконтурности. «Хотя рев самых больших из них не превышает 100 децибеллов, – отмечалось в свое время, – по удельной мощности они почти вдвое превышают обычные одноконтурные».

А происходит так вот почему. Вместо одного компрессора – самого шумного агрегата – в двигателе теперь ставят несколько. Причем режимы их работы подбирают так, чтобы шумы от механизмов в какой-то мере компенсировали, а не усиливали друг друга. Оказывается, может быть в технике и такое – шум давит шум. Именно на такую, активную систему шумоподавления и намекал мой приятель.

Суть ее работы, так сказать, в чистом виде можно объяснить следующим образом. На выходе работающего и, соответственно, шумящего агрегата ставят микрофон. Записанные им шумы подвергают специальной обработке. Весь спектр разлагается на синусоидальные составляющие, каждая из которых затем сдвигается с таким расчетом, чтобы при наложении на составляющие исходного шума «горб» каждой налагаемой кривой оказывался на месте «провала» исходной. Согласно законам физики при этом должна происходит интерференция акустических волн и их взаимное погашение.

Так гласит теория. Однако на практике достаточно чуть не угадать с наложением, и шумы, вместо того чтобы погасить друг друга, лишь усилят общую какофонию. До сих пор никому не удалось разработать столь точно и быстро действующие анализаторы, которые были бы способны производить точное наложение синусоидальных составляющих друг на друга. Так что даже частичное подавление шумов взаимным влиянием уже можно считать достижением.

В основном же авиационным конструкторам приходится пока обходиться традиционными средствами шумоглушения. Они ставят на диффузоре и сопле двигателя глушители, используют шумо– и вибро-поглощающие прокладки и покрытия моторных гондол… Однако за это приходится расплачиваться суммарным уменьшением тяги. Так что если даже предположить, будто Леонарду Грину действительно удалось сконструировать глушитель, на 100 %; снимающий шум, это всего лишь означало бы, что и тяга такого двигателя равна практически нулю! А кому он такой нужен?.

Нет, разгадку «фокуса» надо, наверное, искать в другом месте. Грин ведь аэродинамик…

Подсказка аэродинамиков. В МАИ, на кафедре аэродинамики летательных аппаратов, начальник одной из лабораторий кафедры, кандидат технических наук Г. Ф. Чернов и его коллеги к моему сообщению отнеслись с интересом. «Ну что же, давайте попробуем прикинуть, в чем заключается “изюминка” гриновского изобретения»…

И дальше я еле поспевал записывать высказываемые предположения. Суммируя их смысл, можно сказать следующее. Бесшумный авиалайнер для аэродинамиков – не новость. Теоретики давно уж показали принципиальную возможность его существования. Для этого надо «всего лишь» сгладить скачок уплотнения, не дать ему оторваться от корпуса самолета.

Физическая картина, в описании которой, кроме одного из основоположников аэродинамики Чаплыгина, приняли участие и другие видные наши ученые – Христианович, Дойцянский, Струминский и др. – в конце концов вырисовалась такая.

Всякое быстролетящее тело испускает звук. Свистят пули и снаряды, свистит камень, выпущенный из пращи, да и лоза при резком взмахе ею… Причина тому – акустические волны или микроскопические уплотнения воздуха, которые производит быстродвижущееся тело. В своем устремлении вперед оно как бы расталкивает молекулы воздуха, и те неохотно поддаются, расходясь в стороны, подобно «усам» от быстро идущей по воде лодки.

Всякое акустическое уплотнение распространяется в атмосфере со скоростью звука. И пока тело летит с дозвуковой скоростью, вызываемое им возмущения воздушной среды обгоняют его, постепенно рассеиваясь в атмосфере. Но вот скорость объекта повысилась, он догнал звук. В этот момент все мелкие уплотнения сливаются воедино, в монолитный фронт – они уж не успевают убежать от источника возмущения и рассеяться. Такой фронт (стена сдавленного воздуха) и получил название скачка уплотнения.

Всякая попытка пробить эту стену, перескочить звуковой барьер, как правило, сопровождается жутким грохотом. Ударная волна обрушивается на землю с такой силой, что при преодолении самолетом звукового барьера на низкой высоте с домов сносит крыши, а людей сшибает с ног. При дальнейшем увеличении скорости самолет обгоняет звук и может промчаться над головой подобно беззвучному привидению. Но это всего лишь значит, что гром обрушится на вас несколькими мгновениями позднее.

И все-таки ударную волну, в принципе, можно укротить, сказали мне специалисты. Для этого надо подобрать самолету такие аэродинамические формы, чтобы он протыкал звуковой барьер с такой же легкостью, с какой иголка проходит сквозь тонкую ткань.

Причем портняжная аналогия тут более глубока, чем может показаться на первый взгляд. Обратите внимание: многие сверхзвуковые самолеты имеют игольчатые носы и острые кромки оттянутых назад крыльев. Так им легче «протыкать» звуковой барьер. Но опытная швея знает: на шитье определенной ткани швейную машину нужно настраивать – иначе будет мука, а не работа. «Настроить» на определенный режим полета самолет сложнее (ведь у него кроме крыльев, фюзеляжа есть еще киль, воздухозаборники и множество других выступающих частей), но все-таки возможно. При этом звуковой конус становится пологим, скачок уплотнения не будет таким резким, а значит, и громким…

Однако акустика – вещь тонкая. Скажем, скрипач перед каждым выступлением вынужден заново настраивать свой инструмент, приспосабливая его, кроме всего прочего, и к характеристикам данного зала, к конкретным атмосферным условиям. А как «настроить» самолет? Изменяемая геометрия крыла, перестраиваемые воздухозаборники и регулируемые сопла, – лишь часть решения проблемы… Сочетание акустики с аэродинамикой, по мнению моих собеседников, настолько капризно, что Леонард Грин мог добиться беззвучности, точнее, мало-шумности, лишь при каком-то, строго определенном режиме полета. И то, насколько удачно его решение, покажет не сам факт выдачи патента, а конкретная конструкторская практика.

Она же такова. Специалисты корпорации Loched Martin с начала нынешнего столетия занимаются проработкой перспективного 12-местного реактивного самолета QSST (Quiet Supersonic Transport), который сможет развить скорость до 1900 км/ч. Причем, летая со сверхзвуковой скоростью на высоте 14–17 км на расстояния до 7400 км, самолет этот будет необычайно тихим. Во всяком случае, по расчетам, шум, производимый им при преодолении звукового барьера, составит всего лишь 1 % от того грохота, который некогда производил «Конкорд».

Как пояснил куратор программы Курт Хартман, добиться этого удалось с помощью особой аэродинамики летательного аппарата. Она рассчитана таким образом, чтобы контролировать давление, создаваемое при преодолении сопротивления воздуха на сверхзвуковых скоростях и размещать возмущение воздуха вдоль всей длины фюзеляжа. Кроме того, подъемная сила будет распределена по нескольким плоскостям. Ведь наряду с основными крыльями QSST оснастят дополнительными плоскостями в носовой и хвостовой частях фюзеляжа. Вдобавок ко всему перевернутое V-образное хвостовое оперение позволяет повысить эффективность управления самолетом на сверхзвуковых скоростях, а отнесенные поближе к задней части самолета двигатели практически не слышны в салоне.

Предполагается, что первые лайнеры такого типа стоимостью около 80 млн долларов каждый, появятся в небе к 2014 году.