В январе этого года компания Boeing впервые подняла в воздух свой новый фантастический широкофюзеляжный самолет. Он называется 777x, и самой яркой его особенностью являются крылья, которые буквально складываются на своих кончиках. Крылья длиннее, чем на предыдущих версиях этого самолета - это конструктивное изменение помогает повысить общую топливную эффективность самолета. Кончики крыльев складываются, когда самолет находится на земле, чтобы он мог протиснуться к выходу на посадку в аэропорту.
А в конце апреля Boeing почти три часа летал на втором тестовом самолете 777x.
Помимо того, что крылья вытягиваются на большое расстояние, а затем загибаются вверх, когда самолет оказывается на земле, новый самолет 777x, рассчитанный на перевозку до 426 пассажиров, выглядит практически как любой другой самолет, который вы видели. Это труба с крыльями, которые торчат прямо наружу.
Но с 2008 года NASA и Boeing изучают удивительную конструкцию крыла, которая больше подходит для небольших коммерческих самолетов, таких как 737 или A320, вмещающих максимум 220 или 240 человек. И форма крыла отличается от всего, на чем вы летали раньше. Длинные, тонкие крылья новой конструкции обещают создать меньшее сопротивление - как в случае с 777x, экономия топлива является главным фактором, - но дополнительные фермы под крыльями поддерживают их большой размах. НАСА испытало различные варианты конструкции в аэродинамических трубах в Калифорнии и Вирджинии, а последние испытания проводились в аэродинамической трубе в Исследовательском центре Лэнгли осенью прошлого года.
Они называют эту конструкцию трансзвуковым ферменным крылом, или TTBW. В то время как стандартный самолет 737 имеет размах крыльев около 118 футов, крылья этого самолета могут достигать 170 футов в длину. Кроме того, они будут складываться на концах, чтобы протиснуться в ворота.
Но вы, вероятно, можете представить себе проблемы, которые может создать такая структура. "Если крыло становится длиннее и изящнее, оно становится более гибким, - говорит Ричард Уолс, стратегический технический советник по программе перспективных воздушных транспортных средств в НАСА. Ни один пассажир не захочет выглянуть в окно и увидеть, как вокруг хлопают и колышутся длинные крылья".
На самом деле, катастрофическая ситуация, в которой может оказаться длинное, тонкое крыло, известна как аэроупругий флаттер. При "неправильных частотах", говорит Уолс, крыло или другая конструкция, испытывающая флаттер, катастрофически разрушается. Классическим примером является мост Такома-Нарроуз, который колебался до тех пор, пока не рухнул в 1940 году, но такая же участь может постигнуть и крыло самолета. Кевин Джеймс, инженер-исследователь аэрокосмической отрасли в Исследовательском центре Эймса НАСА, сравнивает то, что может произойти с таким крылом, с трепетанием, изгибом или поворотом, которые вы можете заметить у знака "Стоп", демонстрируемого при сильном ветре. "Длинные, тонкие крылья тоже хотят этого, и это будет очень плохой день - не самый лучший опыт для пассажиров", - шутит Джеймс.
Испытание в Исследовательском центре Эймса. Доминик Харт / НАСАРечь идет о физике
В таких самолетах, как TTBW, аэрокосмическим инженерам нравится идея длинных тонких крыльев, потому что они могут уменьшить сопротивление крыла. Крылья такой формы в идеале создают слабые, а не сильные вихри на своих концах. Более слабые вихри могут привести к уменьшению сопротивления и, как мы надеемся, к экономии топлива. "На кончике крыла, где нет больше крыла за пределами видимости воздуха, воздух очень умен, и он просто обойдет кончик", - говорит Джеймс. "Чем дальше мы можем сделать крылья [вытянутыми], тем больше подъемной силы мы можем генерировать, причем более эффективно".
Но, очевидно, НАСА и любые будущие производители самолетов не хотят, чтобы их длинное экономичное крыло также, ну, сгибалось и отламывалось.
Большие фермы обеспечивают необходимую поддержку, давая конструкции еще одну точку соединения с фюзеляжем, и предотвращают флаттер. Другой проблемой является вес - длинные тощие крылья без ферм могут быть настолько жесткими и тяжелыми, что это сведет на нет экономию топлива. В конце концов, вы бы не захотели добавить спойлер на свой автомобиль, если бы он был сделан из твердого свинца.
По словам Уолса из НАСА, новая конфигурация крыла может обеспечить экономию около 9 процентов топлива на будущем самолете TTBW.
Еще одним преимуществом конструкции является то, что вместо того, чтобы крепить крыло к средней или нижней части фюзеляжа, в данной конфигурации крылья установлены сверху. Это позволяет любому авиастроителю подвешивать большие двигатели под крылом - двигатели большего диаметра также более эффективны с точки зрения расхода топлива - не беспокоясь о том, что они будут скрести землю.
Хотя такие производители самолетов, как Boeing, возможно, никогда не построят самолет с подобной конструкцией, Уолс говорит, что они хотели бы довести технологию до такого уровня, чтобы ее можно было "законно рассматривать" где-то в 2030-х годах.
Между тем, когда речь заходит о футуристических самолетах, максимально экономичных и экологичных - ведь чем эффективнее летательный аппарат, тем больше он может полагаться на электрическую силовую установку - Джеймс из НАСА Эймс рассматривает такой самолет, как TTBW, лишь как "ступеньку". По его словам, абсолютно лучшей конструкцией с точки зрения потребления топлива был бы самолет, корпус и крылья которого были бы слиты воедино, так что он напоминал бы ската манта или бомбардировщик B-2 Spirit.