Верхом на вихре: все о ближайшем будущем гражданской авиации

Высокие океанские волны могут выбросить судно на берег, размыть пляж, а то и погубить невезучего купальщика. Но есть такие сорвиголовы, которые умеют ловко вскакивать на гребни этих громадных волн и мчаться с ветерком, получая бездну адреналина. Вот такая аналогия возникает в уме, когда думаешь о возможном будущем гражданской авиации.
Верхом на вихре: все о ближайшем будущем гражданской авиации

Как нам сообщили 9 сентября нынешнего года, «компания Airbus подписала соглашения с авиакомпаниями French Вee, SAS Scandinavian Airlines, Главным управлением аэронавигации Франции, Национальной службой управления воздушным движением Великобритании и Евроконтролем (Европейской организацией по безопасности воздушной навигации) о сотрудничестве по проекту fello’fly, который направлен на повышение экологичности воздушного транспорта». Звучит нейтрально, да и появившиеся потом комментарии разъясняли смысл этого события довольно туманно. Что ж, попробуем расшифровать.

Улетающая энергия

Аэродинамический полет в атмосфере невозможен без крыла. Крыла фиксированного, как у самолета, или вращающегося, как у вертолета. В момент обтекания крыла набегающим потоком воздуха формируются две области давления – повышенного (под крылом) и пониженного (над крылом). Более плотный воздух толкает крыло в сторону более разреженного, то есть вверх. Создается подъемная сила. Но крыло не может быть бесконечно длинным. А там, где оно заканчивается, воздух под высоким давлением пытается, обогнув законцовку крыла, перетечь в область низкого давления, то есть снизу вверх. В этот момент образуется вихрь – он срывается с законцовки и тянется за самолетом в виде спиралевидного жгута плотного движущегося воздуха. Эти жгуты (их называют спутным следом), порождаемые, кстати, не только крылом, но и горизонтальными стабилизаторами, разлетаются на многие километры, пока не израсходуют свою энергию и давление внутри потока не сравняется с окружающим атмосферным.

Еще и опасно

С точки зрения авиации это явление считалось и считается отрицательным, неизбежным злом. Почему? В первую очередь потому, что вихрь увеличивает лобовое сопротивление летательного аппарата, заставляя тратить больше топлива для поддержания заданной скорости. По сути, энергия спутного следа – это энергия сожженного в камерах сгорания лайнера авиакеросина, который потрачен впустую.

Во-вторых, возникающая за самолетом турбулентность опасна для других самолетов. В Сети можно найти, например, кадры крушения самолета малой авиации, который попытался сесть на полосу и попал в спутный след вертолета, только что взлетевшего после разбега. Если же речь идет о крупном лайнере, то авиадиспетчеры аэродромов всегда учитывают наличие у этих самолетов мощного спутного следа и делают все необходимое, чтобы другие машины в него не попали.

Лучшая помощь в полете

Но нельзя ли как-то оказаться на месте того несущегося по волнам серфера, который разрушительную мощь обращает к собственному удовольствию? Вспомним про больших перелетных птиц, которые преодолевают трансконтинентальные расстояния, передвигаясь в остроконечных формациях – клином или стаей. Птицы, конечно, это не самолеты – хотя бы потому, что крыло у них выполняет роль не только аэродинамической плоскости, а еще и движителя, – однако общее все же есть. На кончиках крыльев гусей и журавлей тоже образуются вихри, создающие спутный след. Тяжелее всего тому, кто летит во главе клина: эта птица тратит на движение и поддержание себя в воздухе максимальное количество энергии. Те же, кто следует за вожаком, как бы усаживаются на вихрь, получая дополнительную подъемную силу. Им лететь легче. Вдобавок они тоже создают вихри, помогающие летящим сзади. Природа научила птиц экономить силы в дальнем перелете, так не пришло ли время людям поучиться у птиц? И если на возникновение спутного следа самолет тратит дополнительную энергию, нельзя ли вернуть ее обратно хотя бы частично?

Друзья в облаках

В последние пару лет европейский аэрокосмический концерн Airbus активно продвигает идею так называемого дружественного полета – fello’fly. Представим себе, что существует альянс авиакомпаний, которые координируют расписание полетов так, чтобы перемещаться пусть не большими клиньями, как птицы, но хотя бы парами. Два лайнера разных компаний вылетают одновременно или с небольшим временным промежутком, например из Парижа, и летят в Нью-Йорк. А может, один из Парижа, а другой из Лондона, при этом один летит в Нью-Йорк, а другой – в Бостон. Главное, что оба лайнера смогут встретиться в заданной точке и пролететь большую часть трансокеанского маршрута парой, один за другим. При этом ведомый лайнер получит от спутного следа, производимого ведущим, дополнительную подъемную силу и сможет, сохраняя скорость, уменьшить тягу своих двигателей, сэкономить топливо, снизить количество вредных выбросов. Вся выгода при этом, разумеется, делится между владельцами лайнеров. Airbus не просто теоретизирует – компания уже несколько лет проводит испытательные полеты своих машин в разных формациях. В этом году парные тесты начались в несчастливом для всего мира марте, когда пандемией уже была охвачена вся планета. В полетах участвовали широкофюзеляжные флагманы Airbus А350-900. Кто знает, возможно, отчасти это была реклама достижений концерна в печальные для авиапрома времена, но рациональное зерно в использовании в качестве демонстраторов именно дальнемагистральных самолетов, конечно, есть. Ведь и энергия спутного следа у тяжелого лайнера намного выше, и наибольший экономический эффект может быть достигнут именно в масштабе трансконтинентальных перелетов.

Заманчиво, но сложно

Представители Airbus сообщают, что по итогам испытаний можно говорить о 10–15%-ной экономии топлива при парном полете. Все это прекрасно, но в ближайшем будущем такие регулярные полеты вряд ли начнутся. Во-первых, попадание в спутный след другого летательного аппарата до сих пор рассматривалось в авиации как крайне нежелательная ситуация, которая может привести как минимум к неприятным ощущениям у находящихся в салоне, а как максимум – к катастрофе. Значит, нужна специальная технология пилотирования в исполнении автоматики. Предполагается, что лайнер не будет вторгаться непосредственно в вихрь, а станет использовать более мягкие восходящие потоки, возникающие в окрестностях следа. Что касается расстояния между ведущим и ведомым, то оно будет не таким уж и маленьким – примерно 2,8 км. Воздушных парадов мы в небе не увидим, тем более что лайнеры будут разнесены по высотным эшелонам, между которыми останется порядка 300 м. Но все же 2,8 км – это безумно мало по сравнению с тем, чего требуют современные нормативы. Система предотвращения столкновения в воздухе TCAS выдает сигнал тревоги, если другое воздушное судно находится на расстоянии менее 5 морских миль (более 9 км). Отдельная работа по координации парных полетов, сведению и разведению лайнеров предстоит диспетчерам.

Иными словами, чтобы сэкономить 10–15% топлива, придется перестроить всю нормативную и техническую базу гражданской авиации, а это непросто. И совершенно невозможно, если работать в данном направлении станет лишь один производитель гражданских самолетов. Именно поэтому Airbus в настоящее время собирает целый пул компаний и организаций, в рамках которого можно начать обсуждение будущих революционных перемен.