Взлетая счертежной доски: большие планы
Пилот-испытатель NASA Крэг Бомбен пребывал в кабине экспериментального модернизированного истребителя F-15 Eagle на высоте около шести километров под ясным голубым небом пустыни, в то время, когда шнобель самолета нежданно задрался. Обстановка была одной из самых кошмарных в авиационной практике: заклинило управляемый стабилизатор, делающий функции руля высоты. «Такое ощутить — неприятелю не захочешь, — вспоминал позднее Бомбен. — Стабилизатор может отказать по тысяче обстоятельств — из-за сбоя в дистанционной совокупности управления, заедания привода, попадания ракеты.
Но в любом случае, что бы ни было обстоятельством, дело швах. На этом самолете вы к себе уже не возвратитесь».
К счастью для пилота, сбой стабилизатора был плановым: шло опробование новой совокупности, которая обязана выручать при попадании в подобную обстановку. Созданная в летно-исследовательском центре NASA им. Драйдена, расположенном в Эдвардсе, штат Калифорния, «интеллектуальная совокупность управления полетом» (Intelligent Flight Control System) способна скоро приспособиться в нештатной обстановке.
Через одну восьмидесятую долю секунды совокупность смогла распознать неполадку (в этом случае созданную искусственно), а меньше чем через две секунды она уже подстроила положения остальных аэродинамических управляющих руля (направления и поверхностей элеронов) так, дабы скомпенсировать заклиненный стабилизатор. «Сперва чувствовалось некое ухудшение управляемости и других летных черт, — говорит Крэг Бомбен, — но уже через 30 секунд самолет вел себя в точности так же, как простой серийный Eagle».
Обрисованная тут совокупность — только один пример из потока новых изобретений, каковые на данный момент одно за вторым сходят с чертежных досок, поступают на стендовую обкатку, продувку в аэродинамических трубах и передаются дальше, на модельные опробования. Каждое из этих новшеств обещает сделать полет более надёжным, более действенным, но в случае если их применять дружно, то они способны произвести настоящую революцию.
С самых первых лет существования авиации многие горячие головы пробовали выполнить с самолетами то, что блестяще осуществил Генри Форд в отношении машин — сделать их общедоступными. Но эти грезы много раз разбивались о жёсткую реальность — техника в собственном развитии никак не поспевала за наглыми проектами. Как ни собирай самолет, он все равно оказывается весьма тяжёлой в управлении машиной.
К тому же он через чур дорог, дабы выступить в роли массового транспортного средства, а наведение порядка в тучах летательных аппаратов, которыми очень много современное небо, представляется и вовсе неразрешимой задачей. Однако уже близок сутки, в то время, когда все новые разработки объединятся в одном аппарате и мы достигнем так продолжительно ускользавшей цели — самолета, дешёвого каждому.
До тех пор пока только бог ведает, как будет смотреться эта машина, не смотря на то, что многие пробуют предугадать, и обычно очень компетентно (наблюдай врезку «Самолет будущего», где редакция Popular Mechanics отобрала самые храбрые и перспективные модели из множества опытных и любительских проектов). Ожидать, возможно, осталось не так уж и продолжительно. Инженеры из NASA и его главных космических подрядчиков уже ринулись к своим кульманам, и на свежих листах бумаги вот-вот проступят очертания отечественного будущего.
Исследовательский центр NASA им. Лэнгли сравнительно не так давно представил отчет, посвященный будущему «летательному аппарату личного пользования» (Personal Air Vehicle, PAV). Как утверждается в этом отчете, подобный аппарат имел возможность наконец разрубить гордиев узел неприятностей, которые связаны с перегруженностью наземного транспортного перемещения.
Люди путешествуют все больше и дальше, и поездки отнимают у них все больше времени. Ожидается, что в течение ближайших 20 лет средняя скорость на основных магистралях, к примеру, Лос-Анджелеса обязана сократиться на целую треть — с 53 до 35 км/ч. Возможно, обитатели этого города и не отважатся обозримой перспективе решительно встать над собственными автомагистралями и каждый день гонять на работу на своем самолете, но уж выбраться на однодневный пикник — к примеру, в Напа-Вэлли — по воздуху будет в полной мере комфортно.
В случае если все отправится как раз так, как было задумано, в недалеком будущем простой человек сможет сесть в личный самолет, разогнаться по маленькой взлетной полосе и улететь за сотню либо тысячу километров на скорости 300 км/ч. Пока не очевидно, будут ли эти самолеты летать самостоятельно, либо же легко они будут достаточно автоматизированы, дабы ими смог руководить минимально подготовленный пилот.
Массовое производство приведет к резкому понижению цен на подобные автомобили, так что личный самолет будет по карману миллионам людей. Само собой разумеется, цену на горючее угадать тяжело, но цена PAV, согласно расчетам Центра им. Лэнгли, упадет до много либо кроме того до семидесяти пяти тысяч долларов.
Дабы поближе познакомиться с одной из авиасистем будущего, давайте прокатимся до самого финиша Виргинского полуострова — это полтора часа езды от Ричмонда — и свернем на парковку Исследовательского центра им. Лэнгли. В зала, занимающего по высоте три этажа, где под потолком умещается кранбалка и механизм шестикоординатного позиционирования, несколько инженеров хлопочет около макета, что может стать базой для самолетных кокпитов нового поколения.
Кабина-прототип, названная Synthetic Vision System, обязана дать пилоту полное представление об окружающей обстановке — кроме того в случае если полет происходит в тумане, в тучах и в кромешной темноте.
Прямо перед лицом пилота расположены мониторы, дающие данные о высоте, скорости и курсе. Создатели Synthetic Vision пошли дальше, подключив блоки, информирующие о присутствии в близи вторых летательных аппаратов и отображающие компьютеризованную картину окружающего ландшафта, которая независимо от условий видимости дает ясное представление о положении самолета. Стоит лишь ввести координаты пункта назначения, и на дисплее тут же прорисуется виртуальный маршрут — трехмерное «шоссе в небесах», так что пилоту останется всего лишь рулить на протяжении этого шоссе.
В этом году Центр им. Лэнгли обязан начать работу над новой версией интегрированной интеллектуальной аппаратуры самолетного кокпита. Она будет неизменно в реальном времени выводить информацию о погоде и поддерживать сообщение с новой наземной совокупностью управления воздушным трафиком.
К 2025 году NASA и Федеральное управление гражданской авиации США собираются ввести в строй совокупность управления воздушными перевозками нового поколения. Она обязана отменить сегодняшнюю совокупность строго фиксированных маршрутов и постоянной голосовой связи между диспетчером и пилотом.
Вместо этого будут организованы территории свободных транспортных потоков, а размещенные на земле компьютеры-диспетчеры будут поддерживать цифровую сообщение с электронными совокупностями находящихся в воздухе самолетов. Наземная совокупность управления воздушным перемещением вместо того, дабы информировать пилоту, куда ему лететь, передавать нужные эти конкретно на дисплей в приборной доске.
Цель всех этих проектов пребывает в том, дабы передать самые сложные и страшные функции из рук пилота под ответственность электронной «нервной совокупности» самолета. Это близко приблизит нас к тем временам, в то время, когда управление самолетом станет столь же легким, как и управление автомобилем. «Мы ставим перед собой цель повысить осведомленность пилота о складывающейся ситуации и снизить возможность совершения им той либо другой неточности, — говорит Стив Янг, ведущий исследователь программы интегрированной интеллектуальной аппаратуры самолетного кокпита. — Пилоту характерно ошибаться, потому, что он человек, но, в случае если у нас окажется создать такую совокупность, риск аналогичных неточностей будет сведен к минимуму».
Тем временем в восточной части прибрежной полосы, в штате Виргиния, на полигоне острова Уоллопс, принадлежащему Центру космических полетов NASA, еще одна команда ищет новые подходы к управлению полетом. Эта несколько создала принцип эластичного управления, при помощи которого разбить самолет будет попросту нереально. Не так долго осталось ждать эта разработка будет испытана на масштабной модели пассажирского реактивного лайнера.
Как и совокупность Synthetic Vision, она обязана осуществлять контроль всю летную обстановку, а в критический момент для предотвращения трагедии будет брать управление на себя. Помимо этого, она не разрешит довести самолет до сваливания срыва и ситуации потока в штопор, в то время, когда пилот теряет власть над собственной машиной. «Отечественный самолет будет вести себя как умная лошадь, — говорит Брайен А. Сили, президент фонда CAFE, что деятельно содействует формированию идеи PAV, — и благодаря новой аппаратуре его уже не вынудишь сделать что-нибудь такое, что причинило бы ему вред».
Само собой разумеется, полет постоянно будет связан с некоей степенью риска, поскольку кроме того в случае если всецело исключить фактор людской неточности, нельзя снять со квитанций возможность механического отказа. В то время, когда в атмосферу встанут миллионы людей, от самолетов потребуется такая надежность, какой мы ни при каких обстоятельствах прежде не знали. Оборудование типа Intelligent Flight Control System будет совсем неоценимо, в случае если поднимется задача довести поврежденный либо забарахливший самолет до места назначения, но лучше было бы, само собой разумеется, по большому счету устранить возможность отказов.
К ответу возможно приблизиться, взяв на вооружение идею «встроенного контроля за самочувствием» (Integrated Health Management), в соответствии с которой машина способна оказать помощь себе сама. Уже много лет машины начиняют десятками микропроцессоров и датчиков, каковые смотрят за исправным функционированием всей механики.
Обладатели машин, оборудованных совокупностью OnStar компании Дженерал моторс, смогут, например, перекачать данные с бортового компьютера-диагноста прямо в аналитический центр компании-производителя, а в том месте неизменно наготове эксперты, каковые обсудят с водителем появившиеся неприятности и без отлагательств окажут помощь их решить. В будущем самолеты и другие сложные аппараты смогут сами заботиться о собственном здоровье, применяя для этого самые изощренные способы.
На военно-морском испытательном полигоне в Патаксент-Ривер, штат Мэриленд, испытатели преднамеренно портят лопатки турбин, формируя в толще металла микротрещины, а после этого контролируют, сможет ли совокупность «встроенного контроля за самочувствием» проследить за ростом этих трещин и в необходимый момент угадать отказ турбины. Данный опыт является частью более широкой программы, которую отрабатывает DARPA (Управление перспективного планирования оборонных научно-исследовательских разработок), центральная исследовательская организация минобороны США.
Цель программы — разработка действенных совокупностей прогнозирования. на данный момент при обнаружении хотя бы маленькой трещины в одной из лопаток турбины целый двигатель в большинстве случаев снимают на капремонт. В случае если же такая совокупность сможет угадать, что та либо другая трещина не воображает яркой опасности, то самолет продолжит летать, а плановый ремонт возможно будет отложить.
«А вот в случае если какой-то узел вправду откажет действительно, совокупность мгновенно отреагирует на неполадку и выдаст вам в реальном времени указание на сущность появившейся неприятности, — растолковывает Лео Кристодулу, начальник прогностической программы DARPA. — Сейчас пилота оповещает об этом легко загорающаяся на приборной доске аварийная лампочка. В будущем совокупность сможет детально и квалифицированно поведать, что именно случилось и что направляться предпринять в данной обстановке».
Ваш самолет, оценив опасность обстановки, может, например, сказать пилоту, сколько времени осталось в его распоряжении, перед тем как неисправность перерастет в критическую, и высветить перечень ближайших аэропортов, где имеется возможность приземлиться и взять техническую помощь. Самолет может кроме этого располагать собственными средствами для самолечения. «Совокупность способна воспользоваться намерено запасенными для таких случаев ремонтными материалами. К примеру, в случае если где-то начнут появляться трещины, она вскроет соответствующие капсулы, из которых вытечет клей и зальет появившиеся недостатки», — так говорит Кэролайн Мерсер, помощник начальника группы по разработке Aeronautic Vehicle Integrated Health Management System («Встроенная в летательный аппарат совокупность самолечения») в исследовательском центре NASA в Кливленде, штат Огайо.
Само собой разумеется, мысль самолета, что может прямо в полете сам себя вылечить, думается очень остроумной и привлекательной, но публика ожидает от авиаконструкторов другого — самолета, что летал бы без всякой помощи человека. «Отнюдь не каждый грезит пройти курс обучения в летной школе», — говорит Каппуччио из компании Lockheed Martin. В случае если мы вправду желаем сделать личный самолет действительностью для широких слоев, инженерам необходимо напрячься и выстроить аппарат, что имел возможность бы обходиться без пилота, либо, по крайней мере, таковой, руководить которым было бы по силам любому, кто способен взять водительские права.
на данный момент авионика достигла столь большого уровня, что дистанционно управляемые самолеты (Unmanned Aerial Vehicles — UAV) в стандартных условиях легко смогут самостоятельно взлетать, проходить заданный маршрут и самостоятельно же приземляться. Совокупности управления PAV в полной мере смогут эволюционизировать из аналогичных же аппаратов.
К примеру, беспилотным аппаратом Global Hawk компании Northrop Grumman руководить не куда сложнее, чем браузером интернета. «Вам не потребуется фактически никаких пилотажных навыков, — говорит Рик Людвиг, директор отдела беспилотных аппаратов Northrop Grumman, — мышку, подводите курсор к тому месту на карте, куда вы планируете лететь, и нажимаете клавишу. Дорогу в нужную точку ваш самолет отыщет сам».
Само собой разумеется, далеко не все из обрисованных тут технических идей отыщет собственную дорогу в открытое небо, и не требуется удивляться, в случае если вперед вырвутся совсем другие решения, каковые на данный момент тяжело кроме того предвидеть. В случае если кто-нибудь уже на следующий день постарается реализовать вам самоуправляемый летательный аппарат, не рекомендую кроме того торговаться — перед тем как все детали данной автомобили срастутся воедино, должно пройти еще много времени — не меньше двух десятилетий. Но в то время, когда это случится, мы станем свидетелями самой потрясающей эры в истории авиации с тех лет, в то время, когда Орвилл Райт в первый раз совершил собственный маленький полет.
«на данный момент направляться ожидать радикальных подвижек в публичном сознании, — говорит Брайен А. Сили из фонда CAFE. — В то время, когда удобство, ценовая доступность и практичность сделают PAV привлекательным для широких весов, случится настоящая революция, подобная той, что случилась с распространением мобильных телефонов. Через 20−30 лет отечественные способности передвигаться по воздуху переживут взрывоподобное развитие».
Самолет будущего
Самолеты класса PAV покажутся в небе лет через двадцать, а до тех пор пока каждому разрешено гадать, на что они будут похожи. Чтобы получить хотя бы смутное представление о том, чего нам ожидать, мы обратились к Остину Майеру, создателю программы X-Plane — авиационного симулятора, дающего возможность сконструировать и облетать собственный личный аппарат.
Майер обратился к сообществу энтузиастов на сайте X-Plane.com и внес предложение продемонстрировать, на что они способны, в случае если применять параметры, соответствующие двигателям, авионике и несущим конструкциям, каковые возможно ожидать в первой половине 20-ых годов XXI века. Участникам опыта был отпущен очень сжатый срок — всего 20 дней — на лётные испытания и разработку виртуального аппарата, но они отнюдь не ударили в грязь лицом. Тут мы приводим пара самых увлекательных конструкций.
AADX450TJ
Данный реактивный низкоплан с Т-образным горизонтальным оперением создал конструктор Джейсон Чандлер. Элегантные линии его фюзеляжа наглядно демонстрируют, на что способны современные композитные материалы. Аэродинамически идеальный, данный самолет будет хорошо подходит и для частного применения, и для работы в роли районного такси.
Longsoar
Данный двухбалочный самолет с двухкилевым хвостовым оперением, сконструированный Широ Акаиши, похож на транспортный самолет C-82 Packet, но кили скошены вовнутрь. Благодаря экономичности и высокой тяге данный самолет обязан прекрасно себя продемонстрировать в дальних перелетах на высоких скоростях.
Flying Wing
Проект Пата Келба напоминает известный YB-49 Джека Нортропа, не смотря на то, что его нельзя назвать настоящим летающим крылом из-за мелких управляющих плоскостей на законцовках. В симуляторе аппарат ведет себя прекрасно, но испытывает неприятности с управлением по курсу, характерные для всех летающих крыльев.
X-Ion-T
Собственную конструкцию Крис Армстронг оптимизировал для низкоскоростных полетов. Самолет оказался легким и маневренным. Над кокпитом расположен громадный стеклянный фонарь, а винт сделан толкающим, дабы нет ничего, что заслоняло обзор вперед.
Машина предназначена для любителей прекрасных ландшафтов.
Изменение в воздухе
Перед нами два самолета в одном — пятиметровый летательный аппарат с дистанционным управлением производства компании Lockheed Martin (создан отделением Skunk Works в Палмдейле, Калифорния). Он применяет складные крылья на двух последовательностях петель, что разрешает радикально поменять форму прямо в полете. При всецело расправленных крыльях аппарат имеет оптимальную форму для продолжительного патрулирования на громадных высотах.
В то время, когда крылья складываются и их внутренние секции прижимаются к фюзеляжу, самолет делается скоростным штурмовиком для уничтожения наземных целей. В конструкции аппарата использованы полимеры Veritex и Veriflex с памятью формы для обеспечения обтекаемого профиля. Данный аппарат разбился прямо на земле, при рулежке на протяжении прошлогодних опробований, но он уже отремонтирован и готов к следующим испытательным полетам, каковые пройдут этим летом.
Когда-нибудь подобные же технические ответы воплотятся и в самолетах класса PAV, сделав их более эластичными в преодолении негативных погодных условий, и разрешат любителям летать не хуже специалистов. До тех пор пока еще эти изучения направлены лишь на армейские цели, но правила изменения крыла смогут глубоко воздействовать и на гражданскую авиацию, не кроме и PAV.
Как птица в полете
Быть может, форма самолетов будущего будет изменяться на протяжении полета. Прошедшей в осеннюю пору инженеры из маленькой калифорнийской компании NextGen Aeronautics закрепили полутонное крыло в аэродинамической трубе Центра им. Лэнгли в Виргинии. В то время, когда огромные вентиляторы погнали через трубу воздушное пространство на практически звуковой скорости, запрятанные в толще крыла приводные механизмы начали сжимать и растягивать сложную решетчатую алюминиевую конструкцию, а вместе с ней и обшивку, изготовленную из эластичного силикона.
Законцовки крыльев двигались вперед и назад, изменялся хорда и размах крыльев. «Мы имели возможность изменять площадь крыла больше чем на 50%, — говорит основатель и президент компании NextGen Джайант Н. Кадва. — Пять лет назад никто бы и не поверил, что это вероятно. А не так долго осталось ждать мы сумеем изменять и форму самого профиля крыла». Такая изменение крыла открывает возможность применять один самолет в разных целях.
Армейские желали бы взять аппарат, что может выступать в роли высотного разведчика, а позже преобразовываться в скоростной штурмовик (крылья изменяемой стреловидности, как у F-14 Tomcat, имеют второе назначение — оптимизировать поведение самолета на режимах полёта и различных скоростях). «Самолеты рассчитываются под полеты на одной высоте и на одной скорости, — растолковывает Кадва. — Но при трансформации условий полета прекрасно было бы, если бы самолет также имел возможность медлено поменять форму, непрерывно поддерживая оптимальный аэродинамический режим». К примеру, при посадке и взлёте либо в то время, когда ситуация диктует в целях безопасности выполнять минимальную скорость, нужно иметь крылья с громадным удлинением и большой подъемной силой.
Но в крейсерском полете на высокой скорости стреловидное крыло разрешит значительно экономить горючее. Как летящая птица всегда подстраивает крылья, встречая порывы ветра и улавливая восходящие струи воздуха, самолет будущего обязан будет непрерывно поменять управляющих плоскостей и форму крыльев, и тягу собственного двигателя.
Без пилота в будущее
Тактико-технические характеристики беспилотного вертолета Northrop Grumman RQ-8A Fire Scout
Протяженность: 6,98 м
Диаметр ротора: 8,38 м
Высота: 2,87 м
Масса аппарата: 661 кг
Большая взлетная масса: 1200 кг
Скорость: 231 км/ч
Потолок: 6100 м
Длительность независимого полета: 5 часов
Двигатель: 420-сильный турбовальный Rolls-Royce/Allison 250-C20W
Огненный скаут
Беспилотный вертолет Fire Scout возможно запрограммировать для доставки снаряжения в труднодоступные места. Он может сам взлетать и приземляться.
Вас приветствует автопилот
Гражданская версия сможет перевозить грузы и делать функции курьера. В будущем им возможно будет доверить перевозку людей, не смотря на то, что эксперты высказывают сомнение: «Поди отыщи пассажиров, каковые согласятся сесть в вертолет, где в пилотской кабине никого нет».
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№46, август 2006).
<
h4>