Партнери Airbus і SESAR виводять пошук енергії хвилі на новий рівень

Після успіху Airbus з його нещодавньою демонстрацією польоту A350 з використанням хвильової енергії «fello'fly», проект ЄС GEESE в рамках SESAR, очолюваний Airbus, тепер робить концепцію великими кроками вперед. Розвиваючи науку, технології та процеси разом із нашими галузевими партнерами, ми зможемо одного разу побачити авіалайнери, що летять на кільватерах інших, зменшуючи паливо та пов’язані з цим викиди.

У період з 2019 по 2021 рік у рамках свого експериментального проекту «fello'fly» компанія Airbus розробила та випробувала в польоті концепцію, відому як «Відновлення хвильової енергії». Скорочено «WER», технологія передбачає політ двох авіалайнерів у строю, що дозволяє літаку, що йде позаду, отримати вигоду від підйомної сили, створеної завихреннями попереднього літака, зменшуючи тягу, необхідну від його двигунів.

Кульмінацією кампанії стала 9 листопада 2021 року перша демонстрація довгомагістральних польотів WER у трансатлантичному повітряному просторі. У ньому брали участь два A350, віддалені приблизно на 1,2 морських милі (2,2 км) один від одного, які летіли як пара з Тулузи, Франція, до Монреаля, Канада. Наступні аналізи показали, що авіакомпанії можуть заощаджувати від п’яти до 10 відсотків пального за одну поїздку. 

Позитивні результати привернули увагу ширшої промисловості в Європі, а також за Атлантикою. Тепер це призвело до того, що партнери Спільного підприємства *SESAR-3 (SESAR JU) об’єднали зусилля для подальшого вивчення ВЕР в рамках нового спеціального промислового дослідницького проекту під назвою GEESE. Хоча це означає: « Отримайте екологічну ефективність за рахунок економії енергії», це також нагадування тому факту, що зграї гусей використовують подібну техніку, коли вони мігрують у строю, пролітаючи на великі відстані, водночас користуючись енергією хвильового хвилю одна одної.

Міжнародна співпраця зацікавлених сторін

Очолюваний Airbus GEESE – це проект вартістю 10 мільйонів євро, який фінансується ініціативою Європейського Союзу «Horizon Europe» та промисловістю. Це об’єднало низку зацікавлених сторін, зокрема Eurocontrol, DSNA, Air France, ON, Indra, ENAC, DLR, AirNav, Bulatsa, CIRA, UAB, Frequentis, Boeing, French Bee, NATS, Virgin Atlantic і Delta Air Lines. 

GEESE має на меті визначити, як увімкнути та масштабувати операції WER як для трансатлантичних, так і для трансконтинентальних рейсів по всій Європі. Проект визначає необхідні оперативні завдання для пілотів, які застосовують технологію автоматичного керування різними положеннями WER, включаючи системи керування польотом і нові функції кабіни WER, які фіксують і відстежують вихровий слід. Кампанія також вивчає систему «допомоги в сполученні» для диспетчерів у центрах управління авіакомпаніями. Зокрема, авіакомпанії-партнери працюватимуть разом, щоб оновити свої плани польотів, щоб знайти відповідний літак для пари, беручи до уваги маршрут до точки зустрічі та інші міркування.

З цією метою в рамках проекту буде проведено серію симуляцій для перевірки процедур сполучення за участю авіакомпаній Air France, French Bee, Delta та Virgin Atlantic. Він також буде продовжувати досліджувати науку про кільватер, щоб розширити основні концепції та розглянути вплив формацій. Це включає визначення хвилі, створюваної другим літальним апаратом у парі, безпечне розташування позаду пари та те, як забезпечити безпеку навколишнього руху.

Три оперативні «робочі пакети» розробляються в GEESE:

« Enable Europe to North Atlantic WER Operations » розробить і вдосконалить початкову концепцію експлуатації (CONOPS), її оцінку безпеки, проаналізує вплив на застарілі системи, а також розробить моделювання та випробування для оцінки припущень.

« Розширення концепції WER до континентальної Європи » забезпечить оперативні рішення для розширення операцій WER у внутрішньому повітряному просторі Європи.

Третій аспект GEESE, робочий пакет Wake Science, досліджуватиме потенційні переваги пластів, не пов’язані з CO2.

Поточний стан і наступні кроки

Після відбору проектів SESAR і підготовки гранту на фінансування, яка відбулася наприкінці другого кварталу 2023 року, GEESE отримав зелене світло для початку трирічної фази виконання.

«Сьогодні, через рік після завершення проекту, ми в основному працюємо над визначенням операційних процесів, які знадобляться для підготовки роботи WER», — зазначає Лаура Монтіроні, архітектор транспортних систем у Airbus Engineering.

«Ці процеси керуватимуть тим, як два літаки адаптуватимуть свої траєкторії. Ми розробимо ці процеси разом з авіакомпаніями та диспетчерами, щоб вони могли вносити зміни в план польоту та будь-які адаптації, які дозволять літаку зустрітися».

«Ми досягли значного прогресу в узгодженні із зацікавленими сторонами процесів, проклавши шлях для планування та деталізації всіх заходів перевірки, які ми будемо виконувати наступного року».

«Цього року ми також розпочали оцінювання безпеки», — додає вона. «Тож ми все ще перебуваємо на етапі оформлення документів, оскільки самі польоти планується розпочати приблизно в другій половині 2025 року».

Під час льотних випробувань, які виконуватимуть Air France, French Bee, Delta та Virgin, відповідні спарені літаки будуть розташовані на різних висотах – відповідно до звичайних сьогоднішніх вимог щодо мінімального вертикального ешелонування ATM. Це обмеження не є проблемою для випробувань GEESE, оскільки їхня мета полягає не в повторній демонстрації фізики польоту WER підйому (яка вже продемонстрована під час Fello'fly), а скоріше у перевірці процесів, необхідних для зближення літака та зустрічатися як пара, з навігаційної точки зору.

Щодо типів літаків для проведення випробувань, Лора каже: «Ми все ще збираємося визначити їх, і це залежить від відповідного планування польотів авіакомпаній. Для трансатлантичних рейсів це залежить від того, які літаки вони використовуватимуть у цих секторах під час випробувань. Для Airbus A350, швидше за все, буде нашою платформою, особливо з огляду на те, що це далекобійний літак, авіоніка та навігаційні можливості якого відповідають найновішому стандарту».

Гнучкість завантаження плану польоту є перевагою

Незважаючи на те, що це не обов’язкова умова сама по собі, було б вигідно, якби літак дозволяв пілоту завантажувати план польоту безпосередньо в систему керування польотом літака (FMS). Ця можливість, яка вже доступна в A350, дозволяє пілоту уникнути необхідності вносити зміни в план польоту шляхом введення всієї інформації вручну за допомогою клавіатури MCDU літака.

Після завантаження в FMS новий план польоту можна буде вибрати як «додатковий план польоту», тоді як вихідний план польоту залишиться в FMS як основний план польоту.

Операційні сценарії

Для фактичних реальних операцій авіакомпанії передбачається, що новий план польоту буде опублікований і надісланий центром експлуатації авіакомпаній (AOC) пілоту після консультації та координації між AOC і диспетчерами УПР, на яких вплине будь-який політ. зміна плану. Крім того, це буде зроблено як частина робочого процесу CDM, під час якого відповідні диспетчери ATM підтвердять, чи можуть вони прийняти зміни, наприклад, враховуючи завантаження сектора або обмеження повітряного простору. Лише після схвалення нового плану польоту пілот отримає право активувати додатковий план польоту в FMS.

Крім того, паливне завантаження фактично залишатиметься таким же, як і початковий план польоту. «На завантажене паливо це не вплине, оскільки він базуватиметься на сценарії «без WER», — каже Лора. «Насправді ми пропонуємо, щоб відповідні авіакомпанії не знали, чи будуть вони ефективно складати пару. Вони просто заявлять про намір, що їхній політ  може бути частиною WER».

Агностичні вимоги до літаків

Незважаючи на те, що випробування WER будуть, по суті, «не залежати від типу літака», Лаура все ж дає поради щодо деяких загальних вимог на «рівні літака». «Наприклад, функція, здатна автоматично позиціонувати «слідуючий» літак автоматично позаду «лідера» та відстежувати його вихор. Однак ми  не будемо диктувати, як ця здатність або функціональність літака повинна бути реалізована в конкретному дизайні літака і як технологія літака буде це досягати».

Лаура додає: «Для Airbus це робиться окремо нашими колегами-інженерами з Fello'fly. Інші виробники обладнання для літаків вирішують, як вони захочуть реалізувати технічні характеристики».

«Тим не менш, у GEESE ми обговорюємо, чи можемо ми розширити обсяг випробувань, щоб включити A330 і деякі літаки Boeing. У нас немає значних експлуатаційних обмежень щодо самого літака – робота WER полягає в основному в зміні плану польоту, тому ми обговорюємо з авіакомпаніями оцінку концепції з великим набором типів літаків».

 *SESAR = дослідження Єдиного європейського неба ATM 

Прес-служба Airbus