Вкратце. Альтернативный взгляд на водородного слоника.
Как уже говорилось в статье про создание Boeing 747 с двигателями на водороде/метане (крайне рекомендую прочесть её перед этим текстом) - для ускорения работ проектировкой самого самолёта занималась фирма LTV Aerospace, а двигатели были поручены исследовательскому центру NASA в Лэнгли. Но инженеры Лэнгли в инициативном порядке решили разработать и несколько собственных вариантов конструкции будущего самолёта. Во многом решения были схожи с проектами LTV Aerospace, но имелись и достаточно интересные различия, потому я считаю необходимым рассмотреть и варианты от Лэнгли. Не смотря на то, что окончательный выбор между водородом и метаном сделан ещё не был, специалисты NASA считали водородные двигатели более перспективными, благодаря получению дополнительной подъёмной силы и простоте конструкции силовой установки. Потому все их проекты были разработаны именно под водород.
1. Проект переоснащения уже имеющихся Boeing 747.
Все проекты от LTV Aerospace предполагали достаточно серьёзное вмешательство в изначальную конструкцию самолёта. Даже в вариантах, предусматривающих возможность модернизации уже существующего парка Boeing 747, количество вносимых изменений было велико и можно было бы говорить не о модернизации, а о создании нового самолёта из узлов старого. В Лэнгли же было принято решение разработать проект модернизации с минимальным количеством изменений. Основным вопросом было размещение баков для водорода, занимавших значительный объём, при сохранении изначальной полезной нагрузки. К счастью, конструкция Boeing 747 с узнаваемым "горбом" позволяла разместить баки на спине самолёта без особых проблем. Такое решение не требовало серьёзных доработок и сохраняло исходную аэродинамику самолёта. По расчётам цена такой модернизации была в четыре раза дешевле, чем у вариантов LTV Aerospace, при этом все лётные характеристики Boeing 747-100 сохранялись.
2. Баки с водородом над пассажирским отсеком.
Основным отличием от подобного же проекта LTV Aerospace стала другая форма корпуса - более вытянутого по вертикали. При сохранении той же ширины удалось разместить в самолёте более объёмные баки для водорода. В свою очередь это позволило увеличить дальность полёта до 14000 километров (против 12000 у варианта LTV Aerospace) при сохранении всех других параметров неизменными.
3. Баки с водородом в крыле.
В проектах LTV Aerospace предполагалось размещать баки с топливом или над или под крылом. Инженеры Лэнгли же предложили вариант с размещением массивных гондол посередине крыла. Такое решение позволяло совместить плюсы двух предыдущих вариантов. Баки располагались достаточно высоко и были неплохо защищены при аварийной посадке, кроме того такой вариант размещения не требовал многочисленных дополнительных исследований. Главным минусом было некоторое падение подъёмной силы крыла, но она в конструкцию Boeing 747 была заложена изначально с большим запасом, и уменьшение не создавало критичную проблему. В остальном проект повторял свои аналоги у LTV Aerospace.
4. Баки с водородом под крылом.
Попытка решить проблему опасности баков под крылом привела инженеров Лэнгли к необходимости серьёзно переработать само крыло. В месте размещения баков появился излом типа «чайка», позволяющий сохранить схему низкоплана Boeing 747 и при этом разместить гондолы с баками достаточно высоко. Для улучшения управляемости всего самолёта каждая гондола получила свой киль, горизонтальное хвостовое оперение увеличилось в размерах и соединяло баки с фюзеляжем, улучшая прочность конструкции. Подобные решения позволили серьёзно увеличить размеры гондол, практически превратив их в дополнительные фюзеляжи. Два двигателя размещались на законцовках крыла, два на киле основного фюзеляжа.
5. Самолёт специальной конструкции.
Переделку и переоборудование Boeing 747 в Лэнгли считали лишь временной мерой. Переход на водород должен был привести за собой поколение абсолютно новых самолётов, разработанных изначально под этот вид топлива. Было проработано несколько вариантов новых конструкций, наиболее перспективным из них по расчётам оказалось решение об использовании всего основного фюзеляжа под баки с водородом и размещении пассажирского отсека в гондолах-фюзеляжах на крыле. Плюсами подобной конструкции было разделение пожароопасных баков и пассажирских салонов, больший комфорт и безопасность для пассажиров. Так предполагалась возможность разработки системы отделения гондол с пассажирами и их посадки на парашютах. Подобное решение помогло бы снизить количество жертв в авиакатастрофах, ведь в любой критической ситуации пилоты могли бы просто сбросить пассажирские гондолы и потом продолжить борьбу за спасение самого самолёта. Основным же минусом был поперечный дисбаланс самолёта при неравном распределении пассажиров, но, по мнению инженеров Лэнгли, современные компьютеры могли бы помочь пилотам преодолеть его.
В 1975 году проекты от Лэнгли были дополнительно изучены вместе с вариантами от LTV Aerospace. На основе сравнения были подготовлены рекомендации для LTV Aerospace по улучшению их конструкций и углублению сотрудничества с Лэнгли. Но из-за прекращения работ над водородными самолётами использовать исследованные в Лэнгли решения не успели. Интересно отметить, что проекты Лэнгли были освещены в профильной прессе, в то время как LTV Aerospace не привлекала особого внимания к своим работам.
Источники:
Aviatiom week & Space Technology, 12-1974.
1. Проект переоснащения уже имеющихся Boeing 747.
Все проекты от LTV Aerospace предполагали достаточно серьёзное вмешательство в изначальную конструкцию самолёта. Даже в вариантах, предусматривающих возможность модернизации уже существующего парка Boeing 747, количество вносимых изменений было велико и можно было бы говорить не о модернизации, а о создании нового самолёта из узлов старого. В Лэнгли же было принято решение разработать проект модернизации с минимальным количеством изменений. Основным вопросом было размещение баков для водорода, занимавших значительный объём, при сохранении изначальной полезной нагрузки. К счастью, конструкция Boeing 747 с узнаваемым "горбом" позволяла разместить баки на спине самолёта без особых проблем. Такое решение не требовало серьёзных доработок и сохраняло исходную аэродинамику самолёта. По расчётам цена такой модернизации была в четыре раза дешевле, чем у вариантов LTV Aerospace, при этом все лётные характеристики Boeing 747-100 сохранялись.
2. Баки с водородом над пассажирским отсеком.
Основным отличием от подобного же проекта LTV Aerospace стала другая форма корпуса - более вытянутого по вертикали. При сохранении той же ширины удалось разместить в самолёте более объёмные баки для водорода. В свою очередь это позволило увеличить дальность полёта до 14000 километров (против 12000 у варианта LTV Aerospace) при сохранении всех других параметров неизменными.
3. Баки с водородом в крыле.
В проектах LTV Aerospace предполагалось размещать баки с топливом или над или под крылом. Инженеры Лэнгли же предложили вариант с размещением массивных гондол посередине крыла. Такое решение позволяло совместить плюсы двух предыдущих вариантов. Баки располагались достаточно высоко и были неплохо защищены при аварийной посадке, кроме того такой вариант размещения не требовал многочисленных дополнительных исследований. Главным минусом было некоторое падение подъёмной силы крыла, но она в конструкцию Boeing 747 была заложена изначально с большим запасом, и уменьшение не создавало критичную проблему. В остальном проект повторял свои аналоги у LTV Aerospace.
4. Баки с водородом под крылом.
Попытка решить проблему опасности баков под крылом привела инженеров Лэнгли к необходимости серьёзно переработать само крыло. В месте размещения баков появился излом типа «чайка», позволяющий сохранить схему низкоплана Boeing 747 и при этом разместить гондолы с баками достаточно высоко. Для улучшения управляемости всего самолёта каждая гондола получила свой киль, горизонтальное хвостовое оперение увеличилось в размерах и соединяло баки с фюзеляжем, улучшая прочность конструкции. Подобные решения позволили серьёзно увеличить размеры гондол, практически превратив их в дополнительные фюзеляжи. Два двигателя размещались на законцовках крыла, два на киле основного фюзеляжа.
5. Самолёт специальной конструкции.
Переделку и переоборудование Boeing 747 в Лэнгли считали лишь временной мерой. Переход на водород должен был привести за собой поколение абсолютно новых самолётов, разработанных изначально под этот вид топлива. Было проработано несколько вариантов новых конструкций, наиболее перспективным из них по расчётам оказалось решение об использовании всего основного фюзеляжа под баки с водородом и размещении пассажирского отсека в гондолах-фюзеляжах на крыле. Плюсами подобной конструкции было разделение пожароопасных баков и пассажирских салонов, больший комфорт и безопасность для пассажиров. Так предполагалась возможность разработки системы отделения гондол с пассажирами и их посадки на парашютах. Подобное решение помогло бы снизить количество жертв в авиакатастрофах, ведь в любой критической ситуации пилоты могли бы просто сбросить пассажирские гондолы и потом продолжить борьбу за спасение самого самолёта. Основным же минусом был поперечный дисбаланс самолёта при неравном распределении пассажиров, но, по мнению инженеров Лэнгли, современные компьютеры могли бы помочь пилотам преодолеть его.
В 1975 году проекты от Лэнгли были дополнительно изучены вместе с вариантами от LTV Aerospace. На основе сравнения были подготовлены рекомендации для LTV Aerospace по улучшению их конструкций и углублению сотрудничества с Лэнгли. Но из-за прекращения работ над водородными самолётами использовать исследованные в Лэнгли решения не успели. Интересно отметить, что проекты Лэнгли были освещены в профильной прессе, в то время как LTV Aerospace не привлекала особого внимания к своим работам.
Источники:
Aviatiom week & Space Technology, 12-1974.