Skrzydłem w przestworza

Elektryczne, w kształcie skrzydła, wystrzeliwane w powietrze za pomocą katapulty. Tak będą wyglądać samoloty przyszłości? Na ten temat z dr. Marianem Zastawnym, inżynierem aerodynamiki w londyńskim Aircraft Research Association, rozmawia Piotr Gulbicki.

Wyprodukowanie nowego samolotu to długi proces.

– Bardzo długi, można go szacować na około 10 lat pracy. To setki, albo nawet tysiące inżynierów zaangażowanych w projekt i miliardy dolarów przeznaczone na jego realizację.

Tu nie ma miejsca na błędy, a dodatkowo pojawia się hazard i ryzyko. Producent zakłada, że maszyna się sprzeda i będzie można na niej zarobić, jednak trzeba mieć świadomość, że jeśli projekt się nie uda może pogrążyć całą firmę. Dlatego w lotnictwie nie ma rewolucji, są tylko drobne zmiany i modyfikacje

Ale zdarzają się przełomowe momenty.

– Owszem, niemniej są one bardzo rzadkie. Ostatnimi były umieszczenie silnika odrzutowego w samolocie pasażerskim, co miało miejsce w latach 50. ubiegłego stulecia oraz zastosowanie systemu Fly-by-wire ponad ćwierć wieku później. Ten ostatni polega na tym, że pilot nie steruje samolotem używając drążka, tylko pośrednio za pomocą komputera. Wystarczy wydać odpowiednie polecenie, a specjalny program wykonuje całą pracę.

Od czasu wprowadzenia tych dwóch rozwiązań praktycznie mamy już tylko usprawnienia tego, co jest, plus drobne modyfikacje.

Na przykład jakie?

– Podwyższenie komfortu pasażerów przez zwiększenie ciśnienia, redukcja zużycia paliwa, większe i sprawniejsze silniki, lepsza aerodynamika, obniżenie natężenia hałasu wytwarzanego przez samolot.

Oprócz elektryki najważniejszym trendem w ostatnim okresie jest ewolucja materiałów. Coraz większy udział w konstrukcji samolotów mają bardzo wytrzymałe i lekkie włókna węglowe, czyli kompozyty węglowe, które stopniowo zastępują aluminium. W Dreamlinerach Boeinga i Airbusa A350 ponad połowa struktury jest zbudowana właśnie z tego materiału. Pracuje się nad tym, żeby również kable były z włókien węglowych. Obecnie w tradycyjnym samolocie ważą one po kilka ton, w przyszłości to obciążenie będzie znacznie mniejsze.

Zapobiegnie to niszczeniu środowiska?

– To główny cel do którego dążymy, jednak żeby efekty były widoczne potrzebne są radykalne zmiany. Jedną z nich jest całkowita modyfikacja kształtu samolotu. Ambitnym projektem byłoby stworzenie maszyny bez kadłuba, czyli mówiąc obrazowo latającego skrzydła. Z punktu widzenia aerodynamiki to najlepsze rozwiązanie, pozwalające osiągnąć maksymalną prędkość przy minimalnym zużyciu paliwa. A do tego wytwarzany hałas jest stosunkowo nieduży. To jednak melodia przyszłości, tego typu samoloty będą realne dopiero za jakieś 50 lat.

To aż pół wieku…

– Wcześniej nie ma co na to liczyć gdyż, jak już wcześniej wspomniałem, firmy lotnicze nie mogą sobie pozwolić na tak dużą rewolucję, a super ambitne przedsięwzięcia są zbyt ryzykowne. Ale pod uwagę brane są także inne, szybsze w realizacji scenariusze. Jeden z nich zakłada zmianę umiejscowienia silników i ulokowanie ich w ogonie, tak żeby emitowany hałas był skierowany do góry, a nie w stronę ziemi.

Prowadzone są też prace nad samolotem elektrycznym, już teraz Boeing 787 wykorzystuje tego rodzaju energię do napędzania większości swoich systemów. Pojawia się tu nowy element – baterie z odpowiednią wydajnością, które zastąpią silniki spalinowe.

Warto też wspomnieć o planach ewolucji kabiny pasażerskiej. Jedna z wersji zakłada, że rezygnujemy z okien, a wszystko działa na zasadzie projekcji komputerowej, w efekcie czego patrząc na ścianę samolotu widzimy rodzaj ekranu. Możliwy jest też egzoszkielet, czyli szkielet zewnętrzny, w którym praktycznie cała kabina będzie przezroczysta.

Ciekawy widok…

– … który zupełnie zrewolucjonizuje doświadczenie podróży. Jednak innowacje się na tym nie kończą i nie dotyczą tylko samych samolotów. Mówi się na przykład o lataniu w formacji, podobnie jak robią to ptaki przemieszczające się w kluczu. Te, które są z tyłu, zużywają mniej energii, dlatego założenie jest takie, że stworzymy autostrady dla samolotów, którymi będą one podążać po wystartowaniu z lotniska. W efekcie maszyna przyłączająca się do klucza doleci do celu zużywając zdecydowanie mniej energii.

Tyle że każdy zmierza w swoim kierunku.

– To żaden problem, gdyż formacja nie jest sztywna – po jakimś czasie można się odłączyć i kontynuować własną drogę. Weźmy na przykład grupę samolotów kierującą się z Europy do Stanów Zjednoczonych czy Australii. Nawet jeśli taki wspólny lot będzie tylko na określonym odcinku, to i tak osiągnie się znaczne korzyści. Wszystkie te innowacje mają na celu zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska oraz zwiększenie wydajności, zgodnie z zasadą „więcej, szybciej, dłużej…”.

Samoloty będą startować jak do tej pory?

– Niekoniecznie. Mogą być wystrzeliwane z katapulty, dzięki czemu szybciej wzbiją się w powietrze, a wytwarzany przez nie hałas zostanie zminimalizowany. Trochę podobnie funkcjonuje to na lotniskowcach, gdzie jest bardzo krótki rozbieg.

Ale jest jeszcze inna, nie mniej ważna kwestia. Obecnie maszyny bardzo dużo energii zużywają przemieszczając się po płycie lotniska, co powoduje duże zanieczyszczenie. Dobrym rozwiązaniem byłoby zautomatyzowanie tego procesu – od bramy na pas startowy i z powrotem samolot mógłby transportować jakiś inny pojazd, na przykład platforma. To pozwoli na nieużywanie silników tam, gdzie nie jest to konieczne.

Gdzie testowane są nowe samoloty?

– Najpierw wykonuje się tysiące symulacji komputerowych, potem setki testów w tunelach aerodynamicznych, a efektem finalnym tych prac jest stworzenie prototypu. Każda firma ma sztab ludzi, którzy myślą nad projektami przyszłości. Te zespoły ściśle współpracują z uczelniami technicznymi – większość z nich, przynajmniej w Wielkiej Brytanii, prowadzi jakieś projekty badawcze wspólnie z Airbusem czy Boeingiem.

To najwięksi gracze na lotniczym rynku.

– Zdecydowanie. Ale coraz bardziej depczą im po piętach kanadyjski Bombardier, brazylijski Embraer czy japoński Mitsubishi. Powoli pojawiają się też produkcje chińskie.

Samoloty są tworzone przez wielkie międzynarodowe korporacje, które mają własne fabryki i tysiące pracowników, trzeba jednak pamiętać, że poszczególne części są robione w różnych miejscach, a podzespoły wykonywane i dostarczane przez różnych podwykonawców.

Tym zajmuje się również Aircraft Research Association?

– Koncentrujemy się na specjalistycznych badaniach, współpracujemy z największymi firmami w branży. Ja, jako inżynier aerodynamiki, prowadzę symulacje komputerowe, a także zajmuję się projektowaniem aerodynamiki samolotów…