Предварительные испытания перед полетами: успехи программы X-59 QueSST
В течение нескольких последних лет NASA и Lockheed Martin занимаются исследовательской программой QueSST (Quiet SuperSonic Technology). Ее целью является создание принципиально нового облика сверхзвукового самолета с оптимизированной аэродинамикой, уменьшающей ударную волну и шум в полете. Недавно программа прошла через стадии разработки и строительства прототипа. Теперь опытный самолет X-59 выходит на первые наземные испытания.
В процессе строительства
Контракт на разработку и строительство будущего самолета X-59 был подписан в апреле 2018 г. В следующие месяцы NASA и Lockheed Martin провели оставшиеся исследования, а также определили окончательный облик самолета и выполнили его проектирование. В конце года на заводе «Локхид-Мартин» в г. Палмдейл (шт. Калифорния) началось изготовление первых деталей и агрегатов. Сборка будущего X-59 началась через полгода, в июне 2019-го.
Основную часть элементов планера нового самолета изготовили к концу 2020 г., после чего началась их стыковка. NASA и Lockheed Martin регулярно публиковали фотографии из сборочного цеха, показывавшие, как прототип приобретает проектный облик. Последние снимки такого рода были раскрыты в декабре. К тому моменту сборка планера практически завершилась. Отсутствовала часть обшивки и некоторые внутренние агрегаты.
Сборка планера X-59 с частью бортовых систем завершилась к середине декабря. После этого самолет частично разукомплектовали и подготовили к перевозке на другой завод. Планер в полимерной пленке по автодорогам перевезли на завод «Локхид-Мартин» в г. Форт-Уэрт (шт. Техас). Там его распаковали и вновь собрали для проведения новых работ.
Завод в Форт-Уэрте имеет не только сборочные мощности, но и собственную испытательную базу. С конца декабря на ней проводятся предварительные испытания опытного планера. Если он справится с проверками и подтвердит расчетные характеристики, его отправят обратно в Палмдейл для завершения строительства и подготовки летных испытаний.
Предварительные испытания
В первую очередь, на заводе в Форт-Уэрте проводятся статические испытания конструкции. При помощи стенда с гидравликой имитируются нагрузки на планер во время полета, взлета и посадки, маневрирования и т.д. Любопытно, что перед прибытием опытного X-59 испытательный стенд пришлось доработать. В исходной конфигурации он не мог правильно работать с самолетом подобной геометрии. В обновленном виде стенд полностью соответствует задачам программы QueSST. Кроме того, его смогут использовать и в других проектах с похожими техническими особенностями.
Сообщается, что статические испытания планера X-59 проходят в достаточно щадящем режиме. Устанавливается соответствие максимальным расчетным полетным нагрузкам, в т.ч. с их превышением на 25%. При этом разрушающие нагрузки определять не планируют – такие проверки не требуются, т.к. самолет является опытным, а не серийным. Кроме того, испытательная аппаратура способна вовремя определять риски, и исследования не приведут к поломкам даже при наличии предпосылок к ним.
Опытный самолет оснащен набором датчиков для сбора данных о нагрузках на разных элементах конструкции. При помощи имеющегося стенда проводится их калибровка перед будущими летными испытаниями.
Следующие проверки затронут топливную систему самолета. Будет проверяться герметичность баков и трубопроводов. Также проверят работу датчиков остатка топлива. Они должны работать при любых положениях самолета, при маневрировании и т.д.
Несколько дней NASA сообщило, что предварительные испытания X-59 успешно продвигаются вперед. К концу января успели выполнить порядка 80% требуемых работ. При этом все испытания идут в соответствии с планом и без каких-либо проблем. Тем не менее, испытатели пока не могут назвать точные сроки завершения мероприятий и возвращения самолета в Палмдейл для достройки и летных испытаний.
Планы на будущее
Первый полет опытного X-59 запланирован на этот год, но точная дата еще не определена. На нее повлияют успехи текущих работ, наличие или отсутствие каких-либо затруднений, а также ход последующей окончательной сборки и наземных испытаний. Программа QueSST пока идет в соответствии с графиком, и весьма вероятно, что первый полет состоится в указанные сроки.
В ходе первого этапа летных испытаний будут проверены общие летные характеристики, устойчивость самолета и т.д. Также опробуют новые образцы авионики и систем управления. Затем начнутся основные исследования – X-59 покажет, насколько удалось сократить сверхзвуковой удар за счет новых аэродинамических и иных решений. Испытания такого рода, при положительном развитии событий, могут состояться уже в 2022 г.
При получении положительных результатов, в 2023 г. стартуют всесторонние полномасштабные испытания. В частности, самолет представят ICAO, и новые технологии могут получить одобрение для использования в перспективных проектах гражданской авиации. Все эти мероприятия предполагают завершить не позднее 2025 г.
Технические особенности
Целью программы QueSST является снижение шумности самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью. Эту задачу удалось решить при помощи особого аэродинамического облика планера, напоминающего стандартную схему. Новый облик не исключает образования скачков уплотнения и ударных волн, но не позволяет им складываться в мощный звуковой удар. Вследствие этого звуковое давление сверхзвукового удара падает в разы.
По расчетам, при высотном полете до земли будет доходить звуковой удар не более 60-75 дБ. Для сравнения, лайнер Concord давал не менее 100-110 дБ. Такое снижение шума позволит выполнять полеты не только над океаном, но и над сушей, в т.ч. вблизи населенных пунктов. Уменьшенный сверхзвуковой удар не должен мешать людям или вредить окружающей среде, как это было ранее.
В соответствии с теоретическими основами проекта, опытный самолет X-59 отличается тонким фюзеляжем большого удлинения. Около трети его общей длины приходится на носовой обтекатель с плоским днищем и изогнутой верхней частью. Именно он должен «разводить» ударные волны в пространстве. За обтекателем находится кабина, без выступающего фонаря, а хвостовая часть выполнена в виде мотогондолы под один двигатель General Electric F414.
Самолет оснащен передним горизонтальным оперением небольшой площади. За ним находится среднерасположенное треугольное крыло с изломом передней кромки. Также предусматриваются традиционный стабилизатор и киль с дополнительной горизонтальной плоскостью на вершине. Формы, размеры и расположение плоскостей тоже рассчитаны с учетом снижения ударных волн.
X-59 получил одноместную «стеклянную» кабину. На приборной доске расположено четыре монитора разных размеров. Три используются для выдачи разнообразной информации, а четвертый сочетает функции лобового стекла и индикатора на нем. Дело в том, что длинный носовой обтекатель перекрывает обзор вперед и вниз с места пилота, затрудняя взлет и посадку. Эту проблему решили при помощи набора камер, выдающих сигнал на отдельный монитор. Кроме того, избавились от обычного лобового стекла, улучшив конструкцию планера.
При разработке и строительстве X-59 активно использовали готовые и доступные компоненты. Так, основную часть элементов кабины, за исключением новых приборов, взяли у учебно-тренировочного самолета T-38. Шасси взяли у истребителя F-16, а двигатель F414 активно используется на палубных самолетах F/A-18E/F.
Самолет X-59 имеет длину 29 м и крыло размахом 9 м. Максимальная взлетная масса не должна превышать 15 т. При помощи однодвигательной силовой установки он сможет развивать скорость до 1590 км/ч на высоте, что позволит проводить все необходимые исследования.
Большое будущее
NASA и Lockheed Martin продолжают предварительные испытания своего экспериментального самолета, и их результаты пока не известны. Однако авторы проекта уже проявляют определенный оптимизм и ожидают, что опытный X-59 справится с поставленными задачами, а QueSST в целом даст желаемые результаты.
По итогам текущей программы QueSST в распоряжении NASA и смежных организаций окажутся новые наработки в области сверхзвуковой авиации, которые можно будет использовать на практике, в гражданской сфере. Развитие пассажирских сверхзвуковых самолетов давно остановилось по объективным причинам, а новая исследовательская программа позволяет преодолеть негативные факторы. О возможности военного применения новых технологий пока не сообщалось.
Впрочем, реальные перспективы проекта QueSST и всего направления пока остаются неизвестными. Они определятся в будущем, по результатам всех необходимых испытаний. Сейчас выполняется их первый наземный этап, а через несколько месяцев начнутся полеты. И только после проведения части летных испытаний разработчики смогут сделать предварительные выводы.