Проект узкофюзеляжного исследовательского самолёта Sustainable Flight Demonstrator NASA получил официальное обозначение ВВС США – X-66A.

Начиная с 1940-х годов американская серия программ X-plane была всецело посвящена разработке летательных аппаратов: не ради создания и развития прототипов для дальнейшего запуска серийного производства, но для всеобъемлющего изучения разнообразных принципов полёта и исследования их потенциала на фундаментальном уровне. Последнее прибавление в семействе X-проектов – X-66A – представляет собой модифицированную версию MD-90. В рамках данного проекта эксперты NASA и Boeing отрабатывали одну из базовых проблем отрасли аэрокосмического инжиниринга: авиация невозможна без компромиссов. В идеальном мире инженеры хотели бы создать идеальный корпус летательного аппарата с идеальным крылом. Увы, по всем расчётам, таковым является крыло бесконечного размаха – теоретическая модель крыла, в которой профиль крыла принимается неизменным по его размаху, а размах крыла считается бесконечно большим, что звучит не слишком практично. Как следствие, инженерам приходится идти на компромисс.

Как правило, выраженность компромисса зависит от того, какие ожидания возлагаются на тот или иной летательный аппарат. Пожалуй, самым наглядным примером разнообразия функций крыла у различных летательных аппаратов являются птицы и их крылья: они приспособлены к выполнению разных задач, отчего их структура и внешний вид могут разительно отличаться по соотношению габаритов, изгибам, расположению перьев и т. п. Так, для врановых и воробьинообразных характерна эллиптическая форма крыла, которая позволяет птицам хорошо маневрировать в ограниченном пространстве, например, в густом лесу. Орлы, грифы, пеликаны и аисты имеют широкие крылья с глубокими бороздками на концах: они приспособлены к медленному парящему полёту. Крылья сапсанов, стрижей и колибри короткие и заострённые: их структура позволяет выдерживать сильную нагрузку на крыло, испытываемую при движении на большой скорости или при зависании в пространстве за счёт высокой частоты взмахов.

Самыми длинными и стройными крыльями могут похвастаться буревестники, крачки, козодои и прочие виды, приспособленные к динамическому парению. Самыми близкими к концепции крыла бесконечного размаха являются крылья альбатросов – жёсткие, длинные и дугообразные с утолщённой передней кромкой обтекаемой формы. Альбатросы способны преодолевать огромные расстояния з минимальными затратами энергии. В X-66A инженеры постарались воспроизвести некоторые элементы крыльев альбатросов и получили TTBW – трансзвуковое ферменно-подкосное крыло. Летательный аппарат с TTBW предназначен для полёта на трансзвуковых скоростях – в диапазоне от 0,8 до 1,2 Маха. Это пограничный режим полёта, при котором часть воздушного потока, обтекающего аппарат становится сверхзвуковой, а другая часть остаётся в дозвуковом режиме. Благодаря этому объекту не приходится преодолевать звуковой барьер и подвергаться экстремальным нагрузкам и температурам.

Особенностью X-66A является тот факт, что он представляет интерес не только с академической точки зрения. Уже сегодня авиакомпании заинтересованы в использовании трансзвуковых аппаратов для пассажирских и грузовых перевозок. Для передвижения в трансзвуковом режиме X-66A оборудовали длинным, тонким и узким высокорасположенным крылом. Недостатком подобной конфигурации является склонность к паразитным вибрациям и дрожи, потому для стабилизации крыла инженеры добавили силовые ферменные подкосы. По словам учёных, TTBW существенно усложняет компьютерное моделирование составного воздушного потока, который обтекает крыло, фюзеляж и двигатели самолёта одновременно на сверхзвуковых и дозвуковых скоростях. Впрочем, подобные сложности оправдывают себя перспективами создания инновационного трансзвукового экологичного летательного аппарата, который будет на 30% энергоэффективнее современных машин при нулевом уровне выбросов парниковых газов. По мнению исследователей, для полной декарбонизации авиационной промышленности к 2050 году отрасль нуждается в кардинальных изменениях архитектуры летательных аппаратов. В дальнейшем NASA и Boeing рассчитывают отточить дизайн за счёт сверхточного моделирования и построить полноразмерную демонстрационную модель аппарата для дальнейших испытаний концепции.

Источник изображений: NASA / Boeing