Экспериментальный гиперзвуковой авиалайнер, "esa"

[admin_]

Разработка гиперзвукового пассажирского авиалайнера «HEXAFLY-INT» началась в России в 2014 году. Работы ведутся совместно с ведущими европейскими институтами.
Самолёт проектируется в компоновке «несущий фюзеляж». Он обладает длиной в 90 метров и способен к полёту на скорости 9 тысяч км/ч, что в 7 раз превышает звуковую; высота полёта может доходить до 35 километров. Таким образом, лайнер сможет добраться из Москвы до Сиднея (около 20 тысяч километров) всего за 3 часа, в то время как обычным самолётам требуется около 20 часов.
Взлётная масса самолёта будет доходить до 400 тонн, а пассажировместимость — до 300 человек. Его планируется оборудовать двумя гиперзвуковыми прямоточными установками, работающими на жидком водороде. Воздухозаборник будет встроен в носовую часть фюзеляжа.
Миниатюрная модель авиалайнера в 2016 году была представлена в авиационном институте им. Баранова. Кроме него, с российской стороны в разработке участвуют МФТИ, ЦАГИ и ЛИИ им. Громова. Первые лётные испытания лайнера начнутся уже в этом году. Для этого из титана будет изготовлена бездвигательная модель массой 400 килограмм, длина которой составит 5 м, а размах крыльев — 3 м.
Она будет запущена при помощи лёгкой ракеты на высоту около 90 километров, и после отделения достигнет скорости свыше 8 тысяч км/ч. За ходом испытаний будет наблюдать "измерительный пункт" в лице «Ил-76СК». Полноценный опытный экземпляр планируется построить в ближайшие годы.
Представьте, что время полета из Брюсселя в Токио может составлять менее 2 часов 15 минут или из Брюсселя в Сидней менее чем за 3 часа. Эта концепция исследуется ЕКА и его партнерами.

Концепция
Гражданским высокоскоростным перевозкам всегда препятствовали недостаточный запас хода или слишком высокий расход топлива, обусловленный слишком низкой крейсерской эффективностью. Однако за последние несколько лет были предложены радикально новые концепции транспортных средств, которые могут изменить эту тенденцию. Этот инновационный подход основан на хорошо продуманной интеграции высокоэффективной силовой установки с концепцией транспортного средства большой грузоподъемности.
На приведенных ниже траекториях показаны наземные трассы для полетов из Брюсселя в Сидней и Токио соответственно.

Брюссель-Сидней; время полета 2 часа 47 минут, Брюссель-Токио; время полета 2 часа 13 минут
Брюссель-Сидней; время полета 2 часа 47 минут, Брюссель-Токио; время полета 2 часа 13 минут
Траектория Пройденное расстояние [км] Расстояние по большому кругу [км] Общее время полета Потребляемое топливо [тонна] Остаток топлива [тонна] ДО массы [тонны]
Потребляемый КГ топлива/

BRU-SYD[1] 18,734 16,734 2h47 181 0.25 400 3.23
BRU-SYD[2] 18,734 16,734 2h42 171.75 9.5 400 3.06
ГРУБЫЙ[3] 12,845 9,075 2ч20 136.8 44.5 400 3.55
BRU-NRT 11,843 9,483 2ч13 131.1 50.2 400 3.69
BRU-NRT 11,843 9,483 2ч13 119 21 360 3.35
[1] Уменьшена дальность полета на дозвуке до 240 км.
[2] Нет полета на дозвуке
[3] Полный бак при взлете

Эта реализация как высокой пропульсивной, так и аэродинамической эффективности основана на минимизации потерь кинетической струи при стремлении к максимальной равномерности, но минимальной индуцированной скорости для создания подъемной силы. Пунктирная зеленая линия на изображении выше иллюстрирует потенциал этой инновационной методологии проектирования. Если посмотреть на характеристики высокоскоростных аппаратов классической конструкции, то их характеристики падают почти линейно с числом Маха в полете, как указано красной линией на изображении ниже. Зеленая линия указывает на то, что было достигнуто в качестве революционной концепции высокоскоростных гражданских воздушных перевозок, разработанной в рамках этого нового подхода.
Потенциал высокоскоростных летательных аппаратов на большие расстояния в зависимости от числа Маха полета
Выполнение испытательного полета станет единственным и окончательным доказательством технической осуществимости этих новых перспективных высокоскоростных концепций в сравнении с их потенциалом по дальности полета и крейсерской скорости. Это привело бы к крупному прорыву в области высокоскоростных полетов и открыло бы новую эру концептуальных конструкций транспортных средств.
В настоящее время обещанные характеристики могут быть продемонстрированы только с помощью численного моделирования или частично экспериментально. Поскольку высокоскоростные туннели изначально ограничены по размеру или продолжительности испытаний, практически невозможно полностью разместить в туннеле даже небольшое транспортное средство в плане. Поэтому эксперименты ограничиваются либо внутренним движителем с горением, но без наличия поверхностей с высокой грузоподъемностью, либо полными авиамоделями небольшого масштаба, но без наличия двигательной установки с сжиганием. Хотя численное моделирование менее ограничено по геометрическим размерам, оно, однако, сталкивается с накопившимися неопределенностями в моделировании турбулентности, химического состава и горения, что делает сомнительными полные прогнозы от носа до хвоста без проверки в полете. Как следствие, полученные технологические разработки в настоящее время ограничены уровнем технологической готовности TRL 4 (компоненты, проверенные в лаборатории).
Контурные линии Маха, разработанные в HEXAFLY
HEXAFLY стремится создать многопрофильную платформу, на борту которой могут быть установлены несколько прорывных технологий для тестирования в свободном полете на высокой скорости. Такой подход создаст основу для постепенного повышения уровня технологической готовности (TRL). Новые технологии и прорывные методологии, сильно зависящие от запланированных летных испытаний на высокой скорости, могут быть сгруппированы вокруг 6 основных осей:

Концепции высокоскоростных транспортных средств для оценки общих характеристик транспортного средства с точки зрения крейсерской эффективности, потенциальной дальности полета, аэродинамического баланса, аэродинамической тепло-структурной интеграции и т.д...
Высокоскоростная аэродинамика для оценки аэродинамических форм транспортных средств с высоким L / D (отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению), аэродинамической маневренностью, устойчивостью и т.Д…
Высокоскоростная силовая установка для оценки характеристик высокоскоростных движителей, таких как воздухозаборники, двигатели для дыхания воздухом (ABE), сопла (SERN), включая такие явления, как высокоскоростное сгорание, процессы впрыска-смешивания и т.Д…
Высокотемпературные материалы и конструкции для летных испытаний в реальных условиях высокотемпературные легкие материалы, концепции активного / пассивного охлаждения, аспекты повторного использования с точки зрения окисления, усталости и т. Д…
Высокоскоростное управление полетом, требующее тестирования GNC (Guidance Navigation Control) в режиме реального времени в сочетании с технологиями HMS / FDI (системы мониторинга работоспособности / обнаружения и изоляции неисправностей)
Воздействие высокоскоростных летательных аппаратов на окружающую среду с упором на методы снижения звукового удара и чувствительность к высотным выбросам H20, CO2, NOx в стратосфере.
Для подготовки первой кампании летных испытаний в рамках проекта precursor Level 0 под названием HEXAFLY был разработан профиль научной миссии, за которым последовало подтверждение концепции, основанное на:

предварительный проект высокоскоростного летно-испытательного аппарата, охватывающего шесть основных осей
отбор и интеграция испытанных на земле технологий, разработанных в рамках LAPCAT I & II, ATLLAS I & II и других национальных программ
определение наиболее перспективных летательных платформ


который позволил решить следующие вопросы:

определение потенциальных технологических барьеров, которые необходимо преодолеть в рамках последующего проекта HEXAFLY-INT
подробный план разработки проекта в рамках проекта HEXAFLY-INT
прогресс и потенциал развития технологий на более высоком уровне


Транспортного средства проектирования, изготовления, сборки и проверки будут главным драйвером и вызов в HEXAFLY-INT иООН в комбинации с миссией профиля. Основные задачи этого свободно летающего высокоскоростного крейсерского летательного аппарата должны быть направлены на:
концептуальный дизайн, демонстрирующий высокую аэродинамическую эффективность в сочетании с большим внутренним объемом
контролируемый полет с крейсерским числом Маха от 7 до 8
оптимальное использование современных высокотемпературных материалов и / или конструкций
оценка звукового удара


После разработки аэродинамические характеристики от 8 до 3-5 махов могут быть определены в качестве второстепенной цели. Общие требования к полету перечислены в таблице ниже.
Уровень сложности и количество технологий, которые потенциально могут быть интегрированы, в значительной степени зависят от доступных размеров летательного аппарата. Имеющиеся в настоящее время наземные средства в Европе ограничивают размер ~ 1,5 м в длину, тогда как ~ 4,5 м, по-видимому, является верхним пределом, вытекающим из проводимых в настоящее время летных экспериментов. Однако в ходе совместного исследования в рамках HEXAFLY были приняты во внимание следующие вопросы:

минимальный необходимый внутренний объем для размещения всех необходимых подсистем для свободно летающего транспортного средства
скромный финансовый объем для проведения гиперзвуковых летных испытаний
ноу-хау и опыт, приобретенные недавно в рамках немецких проектов SHEFEX-I/II и итальянского проекта USV
доступные в настоящее время пусковые установки,
существующие базы данных, созданные в рамках ATLLAS I/II и LAPCAT I/II
опыт работы на больших высотах и связанный с ними контроль полета, приобретенный в полете во время полетов SHEFEX II и FAST20XX
наличие крупных испытательных центров для снижения риска привело, наконец, к наиболее многообещающему выбору летательного аппарата длиной ~ 3 метра.
Помимо эксперимента с высокоскоростным полетом, будут проведены дополнительные летные эксперименты для перекрестной проверки жизнеспособности концепции транспортного средства для последующего использования в качестве пассажирского самолета, т.е.:

эксперименты на низкой скорости полета на испытательном полигоне Марулан (Университет Сиднея) для проверки возможностей взлета и посадки аппарата на базе waverider


Продолжительность этого проекта рассчитана таким образом, чтобы международная команда, то есть Европа, Бразилия и Австралия, могла выполнить следующие основные этапы:

определите требования и условия эксплуатации для научной миссии;
выполните подробную компоновку летательного аппарата, способного тестировать технологии по основным осям;
определите требуемую летательную платформу с необходимыми приспособлениями;
проведение обширных наземных испытаний и численного моделирования для снижения неопределенностей и рисков; предпочтительно на полномасштабных летных репрезентативных моделях;
изготовление экспериментального летно-испытательного аппарата вместе с необходимыми приспособлениями к пусковой установке;
сборка, интеграция, проверка и тестирование экспериментальной полезной нагрузки и соответствующей пусковой установки;
проведите летный эксперимент и соберите данные;
проведите послеполетный анализ;
распространяйте результаты.


Помимо определения транспортного средства и платформы, пригодность места запуска и испытательного полигона оценивалась с точки зрения потенциальных ограничений миссии и научных целей, т.е. коридоров полета, TTC (телеметрия, отслеживание и командование), аспектов безопасности (завершение) и восстановление. На данный момент в качестве места запуска был выбран космический центр Алькантара в Бразилии.