JetZero: Новаторски самолет със “смесено крило” получи разрешение да лети

Основният дизайн на търговските самолети не се е променил много през последните 60 години. Съвременните самолети като Boeing 787 и Airbus A350 имат същата обща форма като Boeing 707 и Douglas DC-8, които са построени в края на 50-те години на миналия век и затвърдяват форм-фактора “тръба и крило”, който все още се използва днес.

Това е така, защото търговската авиация дава приоритет на безопасността, благоприятствайки изпитаните решения и защото други разработки – например в материалите и двигателите – означават, че традиционният дизайн все още е актуален.

Предстои обаче сеизмично разтърсване. Изцяло нова форма на самолета е изчистена, за да излети в небето на Калифорния. В края на миналия месец базираната в Лонг Бийч JetZero обяви, че Pathfinder, неговият демонстрационен самолет със смесено крило в мащаб 1: 8, е получил сертификат за летателна годност на FAA и предстоят тестови полети, съобщи CNN.

Тъй като индустрията отчаяно търси начини за намаляване на въглеродните емисии, тя е изправена пред малко по-тежко предизвикателство от други сектори, именно защото основните й технологии се оказаха толкова трудни за отдалечаване от тях. Назряло е време за иновации.

“Смесеното тяло на крилото” изглежда подобно на дизайна на “летящото крило”, използван от военни самолети като емблематичния бомбардировач B-2, но смесеното крило има по-голям обем в средната част. Както Boeing, така и Airbus се занимават с идеята, а новият крайъгълен камък на JetZero я доближава малко до амбициозната й цел да пусне в експлоатация самолет със смесено крило още през 2030 г.

“Ние се чувстваме много силни по пътя към нулеви емисии в големите самолети, а корпусът на смесеното крило може да осигури 50% по-нисък разход на гориво и емисии”, каза Том О’Лиъри, съосновател и главен изпълнителен директор на JetZero, пред CNN през август 2023 г. “Това е зашеметяващ скок напред в сравнение с това, с което индустрията е свикнала.”

Под натиск

Концепцията за смесено крило далеч не е нова, а най-ранните опити за изграждане на самолети с този дизайн датират от края на 20-те години на миналия век в Германия. Американският авиоконструктор и индустриалец Джак Нортроп създава дизайн на летящо крило с реактивен двигател през 1947 г., който вдъхновява B-2 през 90-те години.

Нещо като хибрид между летящо крило и традиционна “тръба и крило”, смесеното крило позволява на целия самолет да генерира повдигане, минимизирайки съпротивлението. НАСА казва, че тази форма “помага да се увеличи икономията на гориво и създава по-големи зони за полезен товар (товар или пътник) в централната част на тялото на самолета”. Агенцията го е тествала чрез един от експерименталните си самолети – X-48.

Над 120 тестови полета между 2007 и 2012 г. два безпилотни, дистанционно управлявани X-48 демонстрираха жизнеспособността на концепцията. “Самолет от този тип ще има размах на крилата малко по-голям от Boeing 747 и може да оперира от съществуващите летищни терминали”, казва агенцията, добавяйки, че самолетът също ще “тежи по-малко, ще генерира по-малко шум и емисии и ще струва по-малко за експлоатация от също толкова напреднал конвенционален транспортен самолет”.

През 2020 г. Airbus построи демонстратор с малко смесено крило, дълъг около шест фута, което сигнализира за интерес към преследване на пълноразмерен самолет в бъдеще. Но ако формата е толкова ефективна, защо все още не сме се преместили в изграждането на самолети въз основа на нея?

Според О’Лиъри има едно основно техническо предизвикателство, което задържа производителите. “Това е херметизация на нецилиндричен фюзелаж”, казва той, посочвайки факта, че равнината с форма на тръба е по-способна да се справи с постоянните цикли на разширяване и свиване, които идват с всеки полет.

“Ако мислите за” тръба и крило “, тя разделя товарите – имате натоварването под налягане на тръбата и натоварването на огъване на крилата. Но смесеното крило по същество ги смесва заедно. Едва сега можем да направим това с композитни материали, които са едновременно леки и здрави.”

Такава радикално нова форма би направила интериора на самолета да изглежда и да се чувства диво различен от днешния широкофюзелажен самолет. “Това е просто много, много по-широк фюзелаж”, казва О’Лиъри. “Типичният самолет с една пътека има три на три места, но това е нещо като по-къса, по-широка тръба. Получавате същия брой хора, но може да имате 15 или 20 реда в кабината, в зависимост от това как всяка конкретна авиокомпания ще го конфигурира.

“Това просто им дава цяла нова палитра, с която да я изложат. Мисля, че ще бъде невероятно да видим каква ще бъде тяхната интерпретация на това много по-широко пространство.”
JetZero се надява да пусне самолета си в експлоатация до 2030 г.

Революционен потенциал

О’Лиъри казва, че най-близкият еквивалент по отношение на размера ще бъде Boeing 767 – широкофюзелажен двумоторен самолет, въведен през 80-те години на миналия век, който обикновено превозва около 210 пътници. Той все още се произвежда като товарен самолет, но е заменен от Boeing 787 като пътнически самолет. Той също така има модерен военен вариант, KC-46, който ВВС на САЩ използват за въздушно презареждане.

По същия начин JetZero иска едновременно да разработи три варианта: пътнически самолет с места за над 200 пътници, товарен самолет и цистерна за гориво. Смесената форма на крилото се поддава толкова добре на последното, че миналата година ВВС на САЩ присъдиха на JetZero 235 милиона долара за разработване на пълномащабен демонстратор и валидиране на ефективността на концепцията за смесено крило. Военната версия на самолета е планирана да води пътя и може би да подкрепи развитието на търговските модели.

Новият одобрен от FAA Pathfinder, със своя 23-футов размах на крилата, е 12,5% мащабна версия на пълномащабния демонстратор, който се очаква да излети до 2027 г. Самолетът е проектиран за 100% съвместимост с устойчивото авиационно гориво (SAF) и да има вътрешен обем за приемане на водород с нулеви въглеродни емисии.

Изграждането на изцяло нов самолет от нулата обаче е огромна задача, а целите на JetZero звучат амбициозно, като се има предвид, че пълният процес на сертифициране дори за вариант на съществуващ самолет може да отнеме години. Едно от предимствата, които JetZero има в тази област, е, че самолетът първоначално ще заеме двигатели от днешните самолети с тесен корпус, като Boeing 737 – въпреки че планът е в крайна сметка да се премине към задвижване без емисии, задвижвано от водород, което ще изисква нови двигатели, които все още не са разработени.

JetZero не е обявила никакви поръчки за самолета си, но О’Лиъри заяви пред CNN миналата година, че авиокомпаниите проявяват интерес. “Вече разговаряме с всички големи авиокомпании в световен мащаб, защото те са развълнувани да чуят за повишаването на ефективността.”

Остава да видим дали намаляването на използването на гориво с 50% е възможно. Както НАСА, така и Airbus цитират по-скромните 20% за своите проекти, докато ВВС на САЩ твърдят, че самолет със смесено крило може да “подобри аеродинамичната ефективност с най-малко 30% спрямо сегашните танкери и самолети за мобилност на ВВС”.

“Важно е да се отбележи, че докато смесеното тяло на крилото може да намали съпротивлението и да увеличи горивната ефективност, действителните ползи зависят от специфичния дизайн, конфигурация и експлоатационни условия”, казва Бейли Майлс, авиационен анализатор в консултантската фирма AviationValues.

“Обширните аеродинамични тестове и оптимизация са от съществено значение за пълното реализиране на потенциала за намаляване на съпротивлението на този иновативен дизайн на самолета. Би било трудно да се определи конкретен процент намаление на горивото без необходимите тестове”, добавя той.

Според Майлс дизайнът на смесеното крило е “революционна” идея, която има потенциал, но идва с редица препятствия, по-специално повишена аеродинамична сложност, която може да направи проектирането и тестването трудни, поредица от регулаторни и сертификационни предизвикателства и форма, която може да не е подходяща за съществуващата летищна инфраструктура.

“Самолетът със смесено крило дава огромни надежди в авиационната индустрия, предлагайки потенциал за подобрена горивна ефективност, подобрен капацитет на полезен товар и иновативни системи за управление. Въпреки това, справянето с аеродинамичните сложности, осигуряването на структурна цялост, преодоляването на регулаторните препятствия и адаптирането на летищната инфраструктура са огромни предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, за да се превърне в реалност “, казва той, добавяйки, че тези предизвикателства, наред с другото, правят целта на JetZero за 2030 г. за влизане в експлоатация “немислима”.

Според Ричард Абулафия, авиационен анализатор в консултантската фирма Aerodynamic Advisory, макар че не всички твърдения на JetZero могат да бъдат проверени, “идеята за смесено тяло на крилото е доста привлекателна от години и звучи, че са направили някои много интересни изследвания. Аз и моите колеги го считаме за доста обещаващо.”

Снимки: JetZero