Быстрее скорости звука: новая система управления для самолётов
Когда реактивный самолёт летит быстрее скорости звука, одна малейшая ошибка может разорвать его на части. А если испытательный самолёт беспилотный, только компьютерная система способна им управлять. Инженеры Университета Огайо разработали как раз такую программу системы управления, которая адаптируется к изменяющимся условиям во время полёта. Правительственные организации на протяжении десятилетий работают над созданием транспортных средств, которые могли бы преодолеть скорость звука. Последние гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели – ВРД – сжигают воздух вместо топлива, и могут быть использованы для транспортировки человека в космос или для кругосветных полётов за какие-то несколько часов.
Недавний успех гиперзвукового реактивного самолёта X-43, НАСА, стимулировал исследования в сфере системы управления для таких аппаратов, утверждает Лиза Фиорентини, докторант электротехники и вычислительной техники Университета Огайо.
Рис.89 – Гиперзвуковой реактивный самолет
Она вместе с профессором Андреа Серрани занимаются разработкой новой системы управления в сотрудничестве с Научно-исследовательской лабораторией ВВС США (ARFL) в АБ ВВС Райт-Паттерсон в Огайо. Система управляет и самолётом и траекторией и сохраняет стабильность на протяжении полёта, объяснила Фиорентини. Датчики измеряют факторы, такие как высота, скорость и ускорение, а регулятор поддерживает стабильность и курс реактивного самолёта.
«Так как самолёты пока беспилотные, нам приходится готовить всё заранее – предвидеть любую возможную случайность во время полёта. Регулятор работает действительно быстро. На скорости в 10 раз выше скорости звука, стоит упустить лишь секунду, и самолёт уже значительно отклонился от курса».
Разработчики использовали уравнения, которые описывают динамику полёта и поведение сверхзвуковых самолётов. Они создали ряд алгоритмов, которые затем были встроены в бортовой компьютер сверхзвукового самолёта. Гиперзвуковые самолёты благодаря своей форме способны захватывать кислород из атмосферы во время полёта, чтобы сжигать водородное топливо, которое уже находится на борту. Это устраняет необходимость в тяжёлых кислородных баках и позволяет самолёту переносить больше груза, чем обычная ракета. НАСА рассматривало гиперзвуковые самолёты в качестве замены космического шаттла для полётов на Международную Космическую Станцию. Проект X-43 был закрыт в 2004, в связи с тем, что космическое агентство изменило приоритеты в направлении лунной космической программы.
Но технология всё ещё находится в разработке в военном и коммерческом секторах. Гиперзвуковые самолёты могут быть использованы для доставки снарядов к движущимся целям; на таком самолёте можно пролететь расстояние в половину земного шара меньше чем за час.
Экспериментальный гиперзвуковой самолёт X-43A. (Изображение: NASA Dryden Flight Research Center)
Авиалайнер отведал пальмового масла
К сожалению, низкоуглеродное горючее будущего едва ли будет иметь что-либо общее с прошедшей испытания смесью. Согласно недавним исследованиям, такое биотопливо послужит дальнейшим изменениям климата, вместо того, чтобы предотвратить их. Кроме того, кокосовое топливо приведет не только к росту цен на кокосовое масло, но и к дальнейшей вырубке тропических лесов Юго-Восточной Азии под кокосовые плантации. Несмотря на то, что пальмы бабассу произрастают в Бразилии в диком виде — подобно просу, которое могут использовать в Северной Америке для производства этилового спирта,— их может просто не хватить, чтобы утолить жажду коммерческой авиации в горючем.
Тем не менее, ореховый биодизель не засорил немодифицированный двигатель (биодизель может загустевать при низких температурах на большой высоте) и ни в чем не нарушил его работы. Теперь технологи из Virgin Atlantic, Boeing, GE Aviation (производитель двигателя) и поставщика горючего Imperium Renewables планирают проанализировать полученные во время полета данные, чтобы оценить производительность двигателя и уровень выделяемых им загрязнений.
В течение ближайших месяцев биотопливо будет испытано на Боинге 747 (с двигателями от Rolls-Royce) авиакомпании Air New Zealand. На очереди и другие. Полет Virgin Atlantic «был просто призван доказать индустрии, что топливо с подобными свойствами холодной текучести [не загустевающее при низких температурах] возможно,— говорит Дэвид Дэггет, главный технолог Боинга по энергии и выбросам.— Второе испытание сосредоточится уже на вопросах стабильности и исходном сырье второго поколения».
Полет Virgin идет в кильватере ВВС США, Airbus’а и BioJet 1. И ВВС, в декабре, и Airbus, в феврале, осуществили полеты на синтетическом топливе, выработанном из угля или природного газа. В октябре прошлого года BioJet 1 — чехословацкий военный самолет L-29 1968 года — достиг высоты в 5200 метров на 100-процентном биодизеле во время испытательно полета в Рено, штат Невада. Позже в текущем году Green International из Флориды планирует запустить старый реактивный самолет — выбранный по причине наличия в нем нагревателей каналов подачи топлива, чтобы не допустить загустения биодизеля — на расстояние более 3200 км из Рено до Орландо, штат Флорида, и ожидает разрешения от Федеральной администрации авиации (FAA) США.
FAA уже одобрила по крайней мере одну разновидность биотоплива — этанол — в качестве альтернативного топлива для двух видов самолетов и двигателей, в т.ч. для Piper Pawnee на двигателях Lycoming IO-540. По меньшей мере 1000 авиаопылителей в Бразилии налетали более 650 000 часов, опрыскивая посевы, на 100-процентном этаноле.
Но этиловый спирт не подходит для крупных авиалайнеров коммерческой авиации, потому что не содержит достаточно мощности на единицу объема. Сэр Брэнсон надеется, что достаточно энергоемкое масло дадут в конечном итоге водоросли. Содержание масел в микроскопическом растении достигает до 60 процентов от его веса, выращивать же его можно в грязной проточной воде и даже в океане.
По словам Дэггета из Boeing, «надо преодолеть еще множество препятствий, но за 10-20 лет научиться вырабатывать биотопливо из водорослей вполне осуществимо».