Noise, Thermal, and Environmental Aspects

20. Шум, тепло, экологические аспекты

Источники шума: основные шумовые воздействия исходят от реактивных двигателей (в первую очередь - от струи). Уровень шума современного двигателя Trent/GE9X на взлётном режиме - порядка 140 dB(A) на выходе сопла. Для соответствия нормам, на расстоянии 1.5 км от ВПП суммарный шум самолёта должен вписываться в кривую ICAO Chapter 14 (для массы 350 т, допускается суммарно ~100 EPNdB). У нас 4 двигателя - при прочих равных они шумнее, чем 2 на A350. Однако, BWB-архитектура даёт шанс частично уменьшить шум: - Задние верхние двигатели - их шум экранируется крылом в нижней полусфере. То есть, на землю звуковое излучение уменьшится. Исследования (например, NASA по BWB) обещают -10…-15 dB на земле за счёт экранирования[96][97]. - Передние двигатели - наоборот, открыты снизу, но они меньше по тяге (и, возможно, чуть менее шумные). - Корпус широкий может рассеивать/отражать звук в стороны, а не только вниз. В итоге, ожидается, что уровень шума R4X не превысит нормы для 4-двигательных самолётов. В сравнении, A380 (4 двигателя) был довольно шумным, но вписывался в Chapter 4. У нас двигатели новее, возможно, ещё тише.

Конструктивные меры по шумопонижению: - Шум вентилятора: снижать через зубцы на статорах, звукопоглощающие покрытия в воздухозаборнике (перфорированный лайнер с сотовым наполнителем). - Шум струи: применены chevrons на краю сопла - это зазубрины, которые способствуют плавному смешению струи с атмосферой, снижая низкочастотный гул. - Экранирование элементами: законцовки и пилоны сделаны шумопоглощающими (внутри полости с материалом, поглощающим звук - например, пористое титановое напыление). - Организация вылета: чтобы не беспокоить жителей, взлёт будет с максимально крутым набором (применяя TVC, можно набрать высоту быстрее, уйдя из слоя, где шум достигает земли). Это оперативная мера.

Шумовые характеристики на местности: оценка: при взлёте R4X будет издавать ~90-95 dB(A) на расстоянии 500 м (в момент пролёта). Это сопоставимо с Boeing 747. Зато участок пробега короткий - шумовой “след” короче. Посадка - на сниженных режимах, шум меньше.

Тепловые зоны:

- Выбросы горячего газа: как рассмотрено, струи могут нагревать планер до ~150°C локально (на крыле). Эти зоны - особое внимание. Для защиты: жаростойкие материалы + тепловизионный контроль при испытаниях (ставим датчики температуры в обшивке).

- Двигатели в корпусе: задние двигатели окружены частично корпусом, что может приводить к нагреву конструкций (особенно при работе на земле - тепловое излучение и конвекция). Предусмотрели: теплоизоляция отсека (матюгальники, экраны), активная вентиляция при наземных режимах - вентиляторы продувают отсек, выводя горячий воздух.

- Система кондиционирования: из-за большой площади и объёма, обогрев кабины и отсеков - тоже вызов. На высоте внутри ~20°C, снаружи -50°C, поток охлаждает широкую переднюю кромку. Но у нас внутри много оборудования, а композит - плохой проводник, так что будем ставить электрические теплопушки, чтобы не было выхолаживания на стоянках.

- Топливо и тепло: топливо используется как теплоотвод (охлаждение масла и генераторов). В BWB можно эффективно развести трубки по крылу, обеспечивая охлаждение большой поверхностью - это плюс, снижающий нагрузку на радиаторы.

Воздействие на датчики и проводку: высокая температура газов может повредить проводку и сенсоры, если они попадут под струю. Поэтому всю проводку критичную уложим внутри конструкций, вдали от сопел. Внешние датчики - AoA, давление - выносятся на нос, где прохладно. Камеры на хвосте - защитим жаростойкими стеклами (чтобы струя не испортила).

Экология (выбросы, CO₂): R4X - реактивный самолёт, сжигает керосин, так что выделение CO₂ неизбежно. На тонно-километр, вероятно, он будет более экономичен (благодаря аэродинамике) - ожидалось ~20% снижение топлива на сиденье по сравнению с традиционным лайнером[68], но из-за лишнего веса, экономия может съесться. Если считать 900 пассажиров, 5000 км - 120т топлива, это 120/ (9005000/100) = 0.27 л/паскм. В общем, при полной загрузке и дальнем перелёте ожидаемый удельный расход топлива ~2.7 л/100 пасс-км[98], что на 10-15% лучше, чем у современных самолётов (~3.0). Значит, выбросы CO₂ ~65 г/пасс-км. Это лучше, но не радикально.

Новые экологичные технологии: концепт BWB допускает конверсию в будущее: есть идеи сделать его водородным (большой объём позволяет хранить H₂)[99][100], или электрическим (много места для батарей). Однако для R4X пока классическая установка. Тем не менее, мы рассматриваем закладные: например, изначально проектируем баки с совместимостью к криогенному водороду (опционально). Если впоследствии нужно - можно перепрофилировать.

Ночное шумовое загрязнение: R4X - испытательный, летать ночью не обязательно. Но если будет - у него огни, маяки, чтобы минимизировать риски столкновений, etc. Световое загрязнение несущественно.

Выбросы NOx: двигатели соответствуют последним стандартам CAEP/8, но 4 двигателя - сумма выбросов выше. Это не критично, на испытаниях не будет сотен рейсов, а если в серию - можно оптимизировать камеру сгорания для снижения NOx (например, технология lean-burn).

Воздействие на ВПП: струи при отклонении вниз могут повредить поверхность полосы (разрушать покрытие). Особенно если реактивная струя бьет практически перпендикулярно. Чтобы этого не случилось, на максимальном режиме отклонение 90° будет только мгновенное при отрыве, а на пробеге - тоже недолго, потом реверс не вертикально вниз, а под углом. Кроме того, полоса для испытаний - лучше армированная. В военной авиации VTOL Harrier портил покрытие - мы учли, поэтому не планируем висячих режимов. Если всё же нужно - на испытаниях расстелем термозащитные маты.

Заключение по экологии: BWB-Jet R4X не несёт революционного улучшения в выбросах CO₂, но и не ухудшает - на уровне лучших современных самолётов. Шум - ожидается в норме, может быть лучше благодаря компоновке. Экологические плюсы: возможность конвертации под новые типы топлива, более экономичная аэродинамика (меньше сжигаемого топлива - меньше выбросов). В то же время, есть специфические моменты как влияние реактивных струй на инфраструктуру, которые потребуют управления (ограничения режимов и укрепление материала полос). В рамках концепта мы старались учесть эти факторы, и будем верифицировать на этапе тестов.

Сейчас аспект экологии в основном описан качественно. При переходе к проекту 2.0 (возможно, пассажирскому) ему будет уделено больше внимания - возможно, установка водородных баков, электротяги и т.п. Но это за рамками данного отчёта.