Одной из важнейших задач всех специалистов авиационно-транспортного производства является создание сверхзвуковых пассажирских самолетов. Анализ уже существующих сверхзвуковых пассажирских самолетов позволил разработать принципиально новые, экономически выгодные и удовлетворяющие экологическим нормам. Рассмотрим ряд изобретений, направленных на создание универсальных сверхзвуковых пассажирских самолетов, которые можно было бы использовать на высотах полета, находящихся за пределами современных воздушных коридоров, со сверхзвуковыми скоростями.
Сверхзвуковой самолет, разработанный Корабеф Йоханном и Прамполини Марко , имеет улучшенные характеристики самолетов «Конкорд» и «Туполев ТУ-144». В частности, снижение уровня шума, которым сопровождается преодоление звукового барьера.
Данное изобретение содержит фюзеляж (рис 1), который образован передней секцией или носом CN, средней секцией или пассажирской кабиной P и задней секцией. Фюзеляж самолета имеет постоянное сечение, которое, начиная от секции пассажирской кабины, постепенно расширяется, а в заднем направлении воздушного судна сужается.
Рисунок 1. Вид сверхскоростного воздушного судна в продольном разрезе
Внутри задней секции фюзеляжа располагаются один или несколько резервуаров с жидким кислородом R01 и резервуар с водородом в жидком или шугаобразном состоянии Rv, предназначенные для питания ракетного двигателя.
Воздушное судно имеет треугольное готическое крыло, как показано на (рис.2), корень которого берет начало на уровне, где начинается расширение передней части фюзеляжа. Треугольное крыло оборудовано двумя закрылками с каждой стороны фюзеляжа.
Рисунок 2. Вид сверхскоростного воздушного судна в перспективе
С помощью цилиндрической детали на каждом наружном конце задней кромки треугольного крыла закреплено малое крыло a1,a2. На (рис. 3) иллюстрируется данное изобретение.
Рисунок 3. Малое крыло в перспективе
Подвижное малое крыло состоит из двух элементов трапециевидной формы, которые расположены с двух сторон цилиндрической детали. Цилиндрическая деталь, ось которой параллельна оси фюзеляжа, может поворачиваться вокруг своей оси для установки малого крыла в зависимости от скорости воздушного судна. Положение малых крыльев является горизонтальным при скоростях ниже 1Мах и вертикальным при скоростях выше 1Мах. Изменение положений малого крыла необходимо для решения проблемы с совмещением центра тяжести и центра приложения тяги при любой скорости самолета.
Воздушное судно оборудовано системой двигателей (рис 1). Данная система содержит два турбореактивных двигателя TB1(TB2), два прямоточных воздушно-реактивных двигателей ST1(ST2) и ракетного двигателя Mf.
Два турбореактивных двигателя TB1(TB2) размещены в переходной зоне между пассажирской кабиной P и задней секцией фюзеляжа. Турбореактивные двигатели предназначены для этапа рулежки воздушного судна и этапа взлета. Незадолго до входа в область трансзвукового полета турбореактивные двигатели выключаются и убираются внутрь фюзеляжа. Как только начинается фаза посадки воздушного судна и скорость воздушного судна становится ниже скорости 1Мах, происходит выпуск и зажигание турбореактивных двигателей. Данное решение позволяет значительно уменьшить размер и массу турбореактивных двигателей по сравнению с турбореактивными двигателями стандартного использования.
На этапе взлета воздушное судно движется не только за счет турбореактивных двигателей TB1(TB2), но и за счет ракетного двигателя. Ракетный двигатель может представлять собой (рис.4) либо единый двигатель с плавно изменяющейся тягой, либо комбинацию главного двигателя Mp с несколькими вспомогательными двигателями Ma1,Ma2 с раздельной тягой.
Рисунок 4. Вид ракетного двигателя сзади
Ракетный двигатель, размещенный в задней части фюзеляжа, имеет возможность открывания и закрывания в фюзеляже при помощи заднего люка P воздушного судна, как показано на (рис.5).
Рисунок 5. Вид сверхскоростного воздушного судна сзади
На этапе взлета люк полностью открыт, но как только воздушное судно оказывается на большой высоте, ракетный двигатель выключают, а люк закрывают, что придает обтекаемую форму фюзеляжу. Начинается фаза полета на крейсерской скорости.
Фаза полета на крейсерской скорости происходит с включения прямоточных воздушно-реактивных двигателей ST1(ST2) и выключения ракетного двигателя Мf. Два прямоточных воздушно-реактивных двигателя размещены симметрично относительно продольной оси воздушного судна и предназначены для создания крейсерской скорости. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели имеют неподвижную геометрию, что снижает их массу и упрощает их конструкцию. Тягу прямоточных воздушно-реактивных двигателей модулируют во время полёта с помощью изменения расхода водорода.
Воздушное судно, по данному изобретению, может перевозить около двадцати пассажиров. Высота полета самолета составляет от 30000м до 35000м и может развивать скорость от 4Мах до 4,5Мах.
Особый интерес представляет сверхзвуковой пассажирский самолет, который предлагают выполнять по аэродинамической схеме «утка» . В соответствии с заявляемым техническим решением летательный аппарат содержит фюзеляж, как показано на (рис.6), который с помощью наплыва 2 сопряжен с крылом 1. В центральной части фюзеляжа размещен пассажирский салон. В поперечном сечении носовая и центральная части фюзеляжа выполнены округлой формы. В хвостовой части фюзеляжа имеется углубление.
Рисунок 6. Общий вид летательного аппарата
Воздушное судно снабжено двигателями, размещенными в мотогондоле 3, которые с двумя воздухозаборниками 4 объединены в «пакет». Данный «пакет» устанавливается сверху за углублением хвостовой части фюзеляжа, что позволяет снизить лобовое сопротивление судна, улучшить балансировку при отказе одного двигателя.
Углубление хвостовой части фюзеляжа направлено на уменьшение неравномерности сверхзвукового потока, подаваемого в воздухозаборники. Данное техническое решение ограничено первой площадкой 6 и парой вторых площадок 7, что показано на (рис.7).
Рисунок 7. Вид на хвостовую часть фюзеляжа сверху
Первая площадка 6, выполненная плоской, образует косой срез фюзеляжа. Площадка может быть ориентирована к направлению подачи воздуха в воздухозаборник судна под острым углом, значение которого лежит в диапазоне от 2 до 10 градусов. С обшивкой фюзеляжа первая площадка соединяется под углом без плавного перехода, что обеспечивает наличие в месте стыка площадки с обшивкой острой кромки 9, что формирует вихревое течение вдоль острых кромок стыка. Вихревое сверхзвуковое течение обеспечивает удаление нарастающего пограничного слоя, образовываемого за счет перемещения потока по площадкам, с периферийных областей площадок и стекания его в стороны от фюзеляжа.
Вторые площадки 7, выполненные плоскими, размещаются между воздухозаборниками 4 и первой площадкой 6. Они расположены друг к другу под углом, который целесообразно выбрать превышающим 150 градусов. Для предотвращения возрастания аэродинамического сопротивления, величина угла между направлением подачи воздуха в воздухозаборник и ребром соединения вторых площадок 10 не должна превышать 20 градусов.
Наличие вторых площадок позволяет удалять пограничный слой из областей, близких к плоскости симметрии воздушного судна, за счет образования интенсивного вихря. Интенсивное вихревое течение образуется в зоне размещения ребра между вторыми площадками. Удаление пограничного слоя из областей, близких к плоскости симметрии воздушного судна, позволяет уменьшить толщину пограничного слоя перед входом в воздухозаборники.
Стоит отметить, что обеспечивается удаление пограничного слоя непосредственно перед срезом воздухозаборника, за счет продления вторых площадок за этот срез. На (рис 8) иллюстрируется данное решение.
Рисунок 8. Вид на одну из вторых плоских площадок в месте ее продления за срез воздухозаборника
Отличие патента Сиротина Валерия Николаевича от остальных в том, что он предлагает пассажирский сверхзвуковой самолет с обратной стреловидностью крыла, имеющий аварийно-спасательные модули (показан на рис. 9).
Воздушное судно, согласно патенту, содержит фюзеляж 1, в носовой части которого расположена кабина пилотов 11. В средней части расположены аварийно-спасательные модули 2, которые образуют внешний обвод фюзеляжа, за счет теплоизолированных стенок. Также сверхзвуковой самолет содержит левое и правое крылья 3, которые выполнены с возможностью поворота относительно оси фюзеляжа. Силовая установка изобретения включает в себя четыре подъемно-маршевых турбореактивных двигателя 9.
Рисунок 9. Вид на воздушное судно сверху перед поворотом правого и левого крыльев к удерживающим захватам фюзеляжа
Стоит заметить, что воздушное судно имеет вертикальный 6 и горизонтальный 7 стабилизаторы. Переднее горизонтальное оперение 8, с помощью специальных двигателей, установлено с возможностью поворота относительно оси по горизонтали фюзеляжа.
С возможностью поворота относительно оси по горизонтали фюзеляжа прикреплено и правое, и левое крыло 3. Чтобы на сверхзвуковой скорости положения правого и левого крыла были зафиксированы, в нижней части фюзеляжа имеются удерживающие захваты. Для поворота крыльев предусмотрены специальные двигатели. Величина поворота крыльев составляет 53 градуса относительно оси по горизонтали фюзеляжа. Данное значение обеспечивает смещение зоны, где начинается срыв потока с концов крыльев к корню.
На (рис. 10) представлено, как во время взлета двигатели механизмов 15 осуществляют поворот правого и левого крыла на угол 53 градуса в направлении от фюзеляжа, а поворот переднего горизонтального оперения на угол 85 градусов. Данная аэродинамическая схема с обратной стреловидностью позволяет самолету взлетать.
Рисунок 10. Вид сверху на схему механизмом поворота крыльев
При достижении высокой дозвуковой скорости, двигатели механизмов поворачивают крылья в направлении внутрь к оси фюзеляжа, где фиксируются удерживающими захватами. Происходит поворот и переднего горизонтального оперения. За счет данных действий самолет изменяет свою аэродинамическую схему (рис.11), которая позволяет развить сверхзвуковую скорость.
Рисунок 11. Вид на воздушное судно сверху после поворота правого и левого крыльев к удерживающим захватам фюзеляжа
Для случая аварийной ситуации на судне предусмотрены аварийно-спасательные модули (рис.12). Каждый модуль снабжен катапультными установками 21, которые приводятся в действие по команде пилотов, парашютом 22, посадочным устройством 23, автономной системой энергоснабжения.
Рисунок 12. Спуск обитаемого модуля
Авторы патента №2391254 предлагают нам сверхзвуковое судно, которое выполнено по аэродинамической схеме «бесхвостка с ГО» . Согласно патенту, как показано на (рис.13), самолет содержит фюзеляж 1, передняя часть которого включает кабину пилотов и пассажирский салон 8. Особое внимание стоит обратить на то, что носик фюзеляжа приплющенный 7. В вертикальной плоскости он выполнен с радиусом 0,1…5 мм, а в горизонтальной 300…1500 мм.
Рисунок 13. Общий вид летательного аппарата
Минимум звукового удара достигается тем, что близкая к круговой форме форма поперечного сечения имеет нарастание радиуса передней части фюзеляжа.
По данному патенту для обеспечения высокой эффективности продольного управления, создания благоприятного кабрирующего момента на сверхзвуковых скоростях нижняя хвостовая часть фюзеляжа плавно переходит в плоскую в поперечном направлении поверхность. Нижняя хвостовая часть фюзеляжа заканчивается рулем высоты.
Для обеспечения минимальных возмущений потока и волнового сопротивления авторы предлагают на корневой секции стреловидного крыла в месте сочленения крыла и фюзеляжа 14 сделать большой угол стреловидности порядка 78…84 . А профиль передней кромки 9 выполнить с радиусом закругления 5…40 мм, для увеличения объема крыла и значения максимального допустимого угла атаки.
Особое внимание стоит обратить на воздухозаборники двигателей 4, которые размещаются по бокам фюзеляжа над верхней поверхностью корневой части крыла, что обеспечивает снижение неблагоприятного влияния их на величину звукового удара. Так как перед воздухозаборниками происходит подтормаживание потока, осуществляется отвод пограничного слоя через перфорированные участки 16 (показано на (рис.14)), которые выполнены на плоскостях перед воздухозаборниками и в них самих.
Рисунок 14. Схема поджатия крыла (фюзеляжа) перед воздухозаборниками и схема перепуска пограничного слоя
Слив данного пограничного слоя происходит на верхнюю поверхность фюзеляжа и крыла, через воздуховод слива 17. Но для подвода необходимого количества воздуха на различных режимах, сверхзвуковые воздухозаборники содержат механизм управляемого перепуска воздуха 18 из канала слива пограничного слоя в канал воздуховода 19 от воздухозаборников к двигателю.
Реализованные на данное время сверхзвуковые самолеты по тем или иным причинам были сняты с использования. Представленные в данной статье изобретения направлены на создание сверхзвуковых воздушных судов, которые имеют высокие летные характеристики и экологические показатели.
Главными техническими задачами для создания таких аппаратов являются:
Снижение аэродинамического сопротивления судна;
Снижение уровня шума, которым сопровождается преодоление звукового барьера;
Уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу, которое достигается уменьшенным потреблением топлива за счет улучшения характеристик воздухозаборников.
Большинство запатентованных сверхзвуковых самолетов имеют высоту полета, которая превышает высоту полета обычного авиалайнера. Такое преимущество позволяет использовать летательный аппарат практически во всепогодные условия, поскольку полет осуществляется на высотах, где отсутствуют метеорологические явления, влияющие на нормальное пилотирование.
Список литературы:
- Бабулин А.А., Власов С.А., Субботин В.В., Титов В.Н., Тюрин С.В. Пат. №2517629 (РФ). МПК B 64 D 33/02, B 64 D 27/20, B 64 С 30/00. Летательный аппарат.
- Бахтин Е.Ю., Житенёв В.К., Кажан А.В., Кажан В.Г., Миронов А.К., Поляков А.В., Ремеев Н.Х. Пат. №2391254 (РФ). МПК B 64 D 33/02, B 64 D 27/16, В 64 С 3/10, В 64 С 1/38, В 64 С30. Сверхзвуковой самолет (варианты).
- Корабеф Йоханн, Прамполини Марко, Пат.№2547962 (РФ). МПК В 64 С 30/00, B 64 D 27/020, B 64 С 5/10, B 64 С 5/08. Сверхскоростное воздушное судно и соответствующий способ воздушного передвижения
- Сиротин В.Н. Пат. №2349506 (РФ). МПК B 64 С 3/40, B 64 С30. Пассажирский сверхзвуковой самолет с обратной стреловидностью крыла и с аварийно-спасательными модулями.
Перед авиаконструкторами встала задача дальнейшего увеличения их скорости. Более высокая скорость расширяла боевые возможности как истребителей, так и бомбардировщиков.
Начало сверхзвуковой эре положил полёт Чака Йегера , американского лётчика-испытателя, 14 октября 1947 года на экспериментальном самолёте Bell X-1 с ракетным двигателем XLR-11 достигшего сверхзвуковой скорости в управляемом полёте.
Развитие
60-е-70-е годы XX-го века ознаменовались бурным развитием сверхзвуковой авиации. Были решены основные проблемы устойчивости и управляемости самолётов, их аэродинамической эффективности. Большая скорость полёта также позволила увеличить потолок свыше 20 км, что было актуально для разведчиков и бомбардировщиков . В то время, до появления зенитно-ракетных комплексов , способных поражать цели на больших высотах, основным принципом применения бомбардировщиков был полёт к цели на максимально возможной высоте и скорости. В эти годы были построены и пущены в серию сверхзвуковые самолёты самого различного назначения - истребители, бомбардировщики, перехватчики , истребители-бомбардировщики , разведчики (первый сверхзвуковой всепогодный перехватчик - Convair F-102 Delta Dagger ; первый сверхзвуковой дальний бомбардировщик - Convair B-58 Hustler).
В наши дни появляются новые самолёты, в том числе выполненные по технологии снижения заметности «Стелс ».
Сравнительные схемы Ту-144 и конкорда
Пассажирские сверхзвуковые самолёты
В истории авиации было всего два пассажирских сверхзвуковых самолёта, выполнявших регулярные рейсы. Советский самолёт Ту-144 совершил первый полёт 31 декабря 1968 года , находился в эксплуатации с по 1978 год . Выполнивший двумя месяцами позже, 2 марта 1969 года , свой первый полёт англо-французский «Конкорд» (фр. Concorde - «согласие») совершал трансатлантические рейсы с по 2003 год . Их эксплуатация позволяла не только значительно сократить время перелёта на дальних рейсах, но и использовать незагруженное воздушное пространство на большой высоте (≈18 км), в то время как основное используемое лайнерами воздушное пространство (высоты 9-12 км) уже в те годы было значительно загруженным. Также сверхзвуковые самолёты совершали полёты по спрямлённым маршрутам (вне воздушных трасс).
Теоретические вопросы
Полёт на сверхзвуковой скорости, в отличие от дозвукового, протекает по другим законам, поскольку при достижении объектом скорости звука качественно меняется аэродинамическая картина обтекания, из-за чего резко возрастает аэродинамическое сопротивление , увеличивается кинетический нагрев конструкции, смещается аэродинамический фокус, что ведёт к утрате устойчивости и управляемости самолёта. Кроме того, появилось такое доселе неизвестное явление как «волновое сопротивление».
Поэтому достижение скорости звука и эффективный полёт были невозможны простым увеличением мощности двигателей, требовались новые конструктивные решения. Следствием стало изменение внешнего облика самолёта - появились характерные прямые линии, острые углы, в отличие от «гладкой» формы дозвуковых самолётов.
Следует отметить, что задачу создания эффективного сверхзвукового самолёта нельзя считать решённой до сих пор. Создателям приходится идти на компромисс между требованием увеличения скорости и сохранением приемлемых взлётно-посадочных характеристик. Таким образом, завоевание авиацией новых рубежей по скорости и высоте связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой компоновки самолётов, но также с изменениями их геометрии в полёте. Такие изменения, улучшая характеристики самолёта при больших скоростях, не должны ухудшать их качеств на малых скоростях, и наоборот. Последнее время создатели отказываются от уменьшения площади крыла и относительной толщины их профилей, а также увеличения угла стреловидности крыла у самолётов с изменяемой геометрией, возвращаясь к крыльям малой стреловидности и большой относительной толщины, если уже достигнуты удовлетворительные величины максимальной скорости и потолка. В таком случае считается важным, чтобы сверхзвуковой самолёт имел хорошие лётные данные на малых скоростях и уменьшение сопротивления при больших скоростях, особенно на малых высотах.
Примечания
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Сверхзвуковой самолёт" в других словарях:
Самолёт, конструкция и лётно технические характеристики которого допускают полёты со скоростями, превышающими скорость звука. В отличие от самолётов, летающих на дозвуковых скоростях, у сверхзвуковых самолётов стреловидная или треугольная (в… … Энциклопедия техники
сверхзвуковой самолёт - viršgarsinis lėktuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ultrasonic airplane vok. Überschallflugzeug, n rus. сверхзвуковой самолёт, m pranc. avion supersonique, m … Fizikos terminų žodynas
сверхзвуковой самолёт Энциклопедия «Авиация»
сверхзвуковой самолёт - сверхзвуковой самолёт самолёт, условия эксплуатации которого предусматривают полёт со скоростями, превышающими скорость звука. Введение понятия «С. с.» в 1950 е гг. вызвано существенным отличием геометрических форм, обеспечивающих… … Энциклопедия «Авиация»
Известно, что основные пути развития авиации определялись и определяются главным образом прогрессом летательных аппаратов военного применения, на разработку которых затрачиваются большие силы и средства. При этом гражданская авиация, для которой… … Википедия
Сверхзвуковой авиалайнер Ту-144: летно-технические характеристики - 31 декабря 1968 года опытный сверхзвуковой самолет Ту 144 (бортовой номер СССР 68001) совершил первый полет. Ту 144 успел взлететь на два месяца раньше своего англо французского конкурента лайнера Конкорд, который совершил свой первый полет 2… … Энциклопедия ньюсмейкеров
сверхзвуковой пассажирский самолёт - Рис. 1. Сверхзвуковой пассажирский самолёт Ту‑144. сверхзвуковой пассажирский самолёт (СПС) предназначается для перевозки пассажиров, багажа и грузов с сверхзвуковой крейсерской скоростью полёта (Маха число полёта M∞ > 1). Первыми (и… … Энциклопедия «Авиация»
avia-su.ru
Двухмоторный истребитель производства КБ Сухого был принят на вооружение ВВС СССР в 1985 году, хотя совершил первый полет еще в мае 1977 года.
Этот самолет может достигать максимальной сверхзвуковой скорости 2,35 Маха (2500 км/ч), что в два с лишним раза быстрее скорости звука.
Су-27 заработал репутацию одной из самых боеспособных единиц своего времени, а некоторые модели до сих пор используются в армиях России, Беларуси и Украины.
www.f-16.net
Тактический ударный самолет разработан в 1960-х годах General Dynamics. Рассчитанный на двух членов экипажа, первый самолет поступил на вооружение ВВС США в 1967 году, и был использован для стратегических бомбардировок, разведки и радиоэлектронной борьбы. F-111 был в состоянии развить скорость 2,5 Маха (2655 км/ч), или в 2,5 раза больше скорости звука.
letsgoflying.wordpress.com
Двухмоторный тактический истребитель разработан компанией МакДоннелл Дуглас в 1967 году. Всепогодный самолет предназначен для захвата и поддержания превосходства в воздухе над вражескими силами во время воздушного боя. F-15 Eagle совершил первый полет в июле 1972 года и официально поступил на вооружение в ВВС США в 1976 году.
F-15 способен летать на скоростях, превышающих 2,5 Маха (2655 км/ч), и считается одним из самых успешных самолетов из когда-либо созданных. F-15 Eagle, как ожидается, будет на службе ВВС США до 2025. Сейчас истребитель экспортируется в ряд зарубежных стран, включая Японию, Израиль и Саудовскую Аравию.
airforce.ru
Большой, двухмоторный сверхзвуковой самолет производства КБ Микояна предназначен для перехвата иностранных самолетов на высоких скоростях. Самолет совершил первый полет в сентябре 1975 года, и был принят на вооружение ВВС в 1982 году.
МиГ-31 достигает скорости 2,83 Маха (3000 км/ч) и был способен летать на сверхзвуковых скоростях даже на малых высотах. МиГ-31 по-прежнему на службе в ВВС России и Казахстана.
XB-70 newspaceandaircraft.com
Самолет с шестью двигателями XB-70 Valkyrie был разработан компанией North American Aviation в конце 1950-х. Самолет был построен как прототип для стратегического бомбардировщика с ядерными бомбами.
XB-70 Valkyrie достиг своей расчетной скорости 14 октября 1965 года, когда он достиг 3,02 Маха (3219 км/ч), на высоте 21300 м над базе ВВС Эдвардс в Калифорнии.
Два XB-70 были построены и использовались в испытательных полетах с 1964 по 1969 год. Один из прототипов потерпел крушение в 1966 году после столкновения в воздухе, а другой XB-70 выставлен на обозрение в Национальном музее ВВС США в Дейтоне, штат Огайо.
Bell X-2 Starbuster
X-2 wikipedia.org
Самолет с ракетным двигателем — совместная разработка Bell Aircraft Corporation, ВВС США и Национального консультативного комитета по аэронавтике (предшественник NASA) в 1945 году. Самолет был построен для исследования аэродинамических свойств при сверхзвуковом полете в диапазоне 2 и 3 Маха.
X-2 по прозвищу Starbuster совершил первый полет в ноябре 1955 года. В следующем году, в сентябре 1956-го, капитан Милберн за штурвалом смог развить скорость 3,2 Маха (3370 км/ч) на высоте 19800 м.
Вскоре после достижения этой максимальной скорости самолет стал неуправляем и упал. Это трагическое происшествие поставило крест на программе X-2.
airforce.ru
Самолет производства Микояна-Гуревича был предназначен для перехвата вражеских самолетов на сверхзвуковых скоростях и сбора разведывательных данных. МиГ-25 является одним из самых быстрых военных самолетов, введенных в эксплуатацию. МиГ-25 совершил первый полет в 1964 году и впервые был использован советскими ВВС в 1970 году.
МиГ-25 имеет невероятную максимальную скорость — 3,2 Маха (3524 км/ч). Самолет все еще находится на службе ВВС России, а также используется в ряде других стран, в том числе ВВС Алжира и сирийских ВВС.
wikipedia.org
Прототип самолета, разработанный корпорацией Lockheed в конце 50-х — начале 60-х. Самолет был построен для перехвата вражеских самолетов на скорости 3 Маха.
Тестирование YF-12 проходило на Area 51, сверхсекретном полигоне ВВС США, которому уфологи приписывали связь с инопланетянами. YF-12 совершил первый полет в 1963 году и развил максимальную скоростью 3,2 Маха (3330 км/ч) на высоте 24400 м. ВВС США в конце концов отменили программу, но YF-12 еще сделал ряд научно-исследовательских рейсов для ВВС и NASA. Окончательно самолет прекратил полеты в 1978 году.
Один из примеров существующих проектов сверхзвуковых самолетов.
Сегодня начну с небольшого предисловия 🙂 .
На этом сайте у меня уже есть полета летательных аппаратов. То есть давно уже пришла пора написать что-нибудь и о сверхзвуке , тем более, что я обещал это сделать:-). На днях взялся за работу с немалым рвением, но понял, что тема настолько же интересна, насколько и объемна.
Мои статьи в последнее время краткостью не блещут, не знаю уж достоинство это или недостаток:-). А выпуск на тему «сверхзвук » грозил стать еще больше и уж неизвестно сколько бы времени мне пришлось бы его «творить»:-).
Поэтому я решил попробовать сделать несколько статей. Этакую маленькую серию (штуки три-четыре), в которой каждая составляющая будет посвящена одному-двум понятиям на тему сверхзвуковых скоростей . И мне будет проще, и читателям голову меньше буду забивать:-), и яндекс с гуглом будут более благосклонны (что немаловажно, сами понимаете:-)). Ну а что из этого получится судить, конечно, Вам..
********************
Итак, поговорим сегодня о сверхзвуке и сверхзвуковых самолетах . Само понятие «сверхзвук » в нашем языке (тем более в превосходной степени) мелькает гораздо чаще, чем термин «дозвук ».
С одной стороны это, вобщем-то, понятно. Дозвуковые летательные аппараты давно стали в нашей жизни чем-то совсем обыденным. А сверхзвуковые самолеты , хоть и летают в воздушном пространстве вот уже 65 лет, но до сих пор представляются чем-то особенным, интересным и заслуживающим повышенного внимания.
Говоря с другой стороны, это вполне справедливо. Ведь полеты на сверхзвуке — это, можно сказать, отдельная, закрытая неким барьером область движения. Однако, у людей неискушенных вполне может возникнуть вопрос: «А чего, собственно, такого выдающегося в этом сверхзвуке? Какая разница летит самолет со скоростью 400 км/ч или 1400 км/ч? Дайте ему движок помощнее и все будет в порядке!» Примерно в таком смысловом положении находилась авиация на заре своего развития.
Скорость всегда была пределом мечтаний и первоначально эти устремления довольно успешно претворялись в жизнь. Уже в 1945 году летчик-испытатель фирмы Мессершмитт Л.Гофман в горизонтальном полете на одном из первых в мире самолетов с реактивными двигателями, МЕ-262 , достиг в горизонтальном полете на высоте 7200 м скорости 980 км/ч .
Однако, на самом деле все далеко не так просто. Ведь полет на сверхзвуке отличается от дозвукового не только величиной скорости и не столько ею. Отличие здесь качественное .
Уже со скоростей порядка 400 км/ч начинает понемногу проявляться такое свойство воздуха, как сжимаемость. И ничего здесь, в принципе, неожиданного нет. – это газ. А все газы, как известно, в отличие от жидкостей, сжимаемы. При сжатии меняются параметры газа, такие, например, как плотность, давление, температура. Из-за этого в сжатом газе уже по-другому могут протекать различные физические процессы, нежели в разреженном.
Чем быстрее летит самолет, тем больше он вместе со своими аэродинамическими поверхностями становится похожим на эдакий поршень, в определенном смысле сжимающий воздух перед собой. Утрированно, конечно, но в целом именно так:-).
С ростом скорости аэродинамическая картина обтекания летательного аппарата меняется и чем быстрее, тем больше:-). А на сверхзвуке она уже качественно другая. При этом на первый план выходят новые понятия аэродинамики, которые для малоскоростных самолетов зачастую просто не имеют никакого смысла.
Для характеристики скорости полета теперь становится удобным и необходимым использование такого параметра, как число М (число Маха , отношение скорости самолета относительно воздуха в данной точке к скорости звука в воздушном потоке в этой точке). Появляется и становится ощутимым (очень ощутимым!) еще один вид аэродинамического сопротивления – волновое сопротивление (наряду с итак возросшим обычным лобовым сопротивлением).
Становятся знаковыми такие явления, как волновой кризис (с критическим числом М), сверхзвуковой барьер , скачки уплотнения и ударные волны .
Кроме того ухудшаются управляемость и характеристики устойчивости самолета из-за смещения назад точки приложения аэродинамических сил.
При подходе к области околозвуковых скоростей самолет может испытывать сильную тряску (это было более характерно для первых самолетов, штурмовавших тогда еще таинственный рубеж скорости звука), схожую по своим проявлениям с еще одним очень неприятным явлением, с которым пришлось столкнуться авиаторам в своем профессиональном развитии. Это явление называется флаттер (тема для очередной статьи:-)).
Появляется такой неприятный момент, как разогрев воздуха в результате его резкого торможения перед самолетом (так называемый кинетический нагрев ), а также нагрев в результате вязкостного трения воздуха. При этом температуры достаточно высокие, порядка 300ºС . До таких температур разогревается обшивка самолета во время длительного сверхзвукового полета.
Обо всех упомянутых выше понятиях и явлениях, а также причинах их возникновения мы обязательно поговорим в других статьях более подробно. Но сейчас итак, я думаю, вполне понятно, что сверхзвук – это уже нечто совсем другое, нежели полет на дозвуковой (тем более малой) скорости.
Для того, чтобы ужиться со всеми вновь возникающими эффектами и явлениями на больших скоростях и полностью соответствовать своему предназначению, летательный аппарат тоже должен качественно измениться. Теперь это должен быть сверхзвуковой самолет , то есть самолет, способный выполнять полет со скоростью, превышающей скорость звука на данном участке воздушного пространства.
И для него недостаточно только лишь увеличения мощности двигателя (хотя это тоже очень важная и обязательная деталь). Такие самолеты обычно меняются и внешне. В их облике появляются острые углы и кромки, прямые линии, в отличие от «плавных» очертаний дозвуковых самолетов.
Сверхзвуковые самолеты имеют стреловидное или треугольное в плане крыло. Типичный и один из самых известных самолетов с треугольным крылом – замечательный истребитель МИГ-21 (максимальная скорость на высоте 2230 км/ч, у земли 1300 км/ч).
Сверхзвуковой самолет с треугольным в плане крылом МИГ-21.
Один из вариантов стреловидного – это крыло оживальной формы, имеющее повышенный коэффициент подъемной силы. У него имеется специальный наплыв около фюзеляжа, предназначенный для образования искусственных спиральных вихрей.
МИГ-21И с крылом оживальной формы.
МИГ-21И - оживальное крыло.
Оживальное крыло ТУ-144.
Интересно, что крыло такого типа, потом установленное на ТУ-144 , испытывалось на летающей лаборатории на базе все того же МИГ-21 (МИГ-21И) .
Второй вариант – сверхкритическое крыло . Оно имеет уплощенный профиль с определенным образом изогнутой задней частью, что позволяет отодвинуть возникновение волнового кризиса на большие скорости и может быть выгодным в плане экономичности для скоростных дозвуковых самолетов. Такое крыло применено, в частности, на самолете SuperJet 100 .
SuperJet 100. Пример сверхкритического крыла. Хорошо виден изгиб профиля (задняя часть)
Фотографии кликабельны .
«Включите сверхзвук!»
Сверхзвуковые пассажирские самолёты – что мы о них знаем? По крайней мере то, что созданы они были относительно давно. Но, по разным причинам, эксплуатировались не столь долго, и не настолько часто, как могли бы. Да и на сегодняшний день, они существуют лишь как проектные модели.
Почему так? В чём особенность и «тайна» сверхзвука? Кто создавал эту технологию? А также – каковым будет будущее сверхзвуковых самолётов в мире, и конечно же – в России? Постараемся ответить на все эти вопросы.
«Прощальный полёт»
Итак, с тех пор, как три последних функционировавших сверхзвуковых пассажирских самолёта совершили свои последние полёты, после которых были списаны, прошло уже пятнадцать лет. Это было в далёком 2003. Тогда, 24 октября, они, все вместе «попрощались с небом». В последний раз пролетели на малой высоте, над столицей Великобритании.
Затем приземлились в лондонском аэропорту Хитроу. Это были самолёты типа «Конкорд», принадлежащие авиационной компании British Airways. И таким «прощальным полётом» они завершили весьма недолгую историю пассажирских перевозок, на превышающей звук скорости…
Так можно было думать ещё несколько лет назад. Но сейчас уже возможно с уверенностью сказать. Это – финал только первого этапа данной истории. И вероятно – все её светлые страницы ещё впереди.
Сегодня – подготовка, завтра — полёт
Сегодня многие компании и авиаконструкторы думают о перспективах сверхзвуковой пассажирской авиации. Одни строят планы по её возрождению. Другие уже вовсю готовятся к этому.
Ведь если она могла существовать и эффективно функционировать ещё несколько десятилетий назад, то сегодня – с серьёзно шагнувшими вперёд технологиями, не только возродить оную, но и решить ряд проблем, который заставил отказаться ведущие авиакомпании от таковой – вполне возможно.
Да и перспективы слишком заманчивы. Уж очень интересной кажется возможность полёта, допустим, из Лондона в Токио – за пять часов. Пересечь расстояние от Сиднея, до Лос-Анджелеса за шесть часов? И попасть из Парижа в Нью-Йорк за три с половиной? С пассажирской авиацией, которая способна летать с большей скоростью, нежели разносится звук – это совсем нетрудно.
Но, конечно, перед триумфальным «возвращением» таковой в воздушное пространство, — учёным, инженерам, конструкторам, и многим другим — предстоит ещё немало потрудится. Нужно не просто восстановить то, что когда-то было, предложив новую модель. Отнюдь.
Цель – решение множества проблем, кои связаны с пассажирской сверхзвуковой авиацией. Создание авиамашин, которые будут не только демонстрировать возможности, и могущество стран, построивших их. Но окажутся и реально эффективными. Настолько, чтобы занять достойную их нишу в авиации.
История «сверхзвука». Часть 1. Что было в начале…
С чего же всё начиналось? На самом деле – с простой пассажирской авиации. А таковой уже более века «от роду». Оформление её началось в 1910-х, в Европе. Когда мастера из наиболее развитых стран мира создавали первые авиамашины, основным предназначением которых, была перевозка пассажиров на различные расстояния. То есть – полёт, со множеством людей на борту.
Первым среди них считается французский Bleriot XXIV Limousine. Он принадлежал авиастроительной компании Bleriot Aeronautique. Однако использовался, в основном, для забавы тех, кто уплатил за увеселительные «прогулки»-полёты, на нём. Через два года после его создания, аналог появляется и в России.
То был С-21 «Гранд». Его сконструировали на базе созданного Игорем Сикорским «Русского витязя» — тяжёлого бомбардировщика. А постройкой этой пассажирской авиамашины занимались работники Балтийского вагонного завода.
Ну а после того прогресс было уже не остановить. Авиация развивалась стремительно. И пассажирская, в частности. Сперва были перелёты между конкретными городами. Затем самолёты смогли преодолевать расстояния между государствами. Наконец – авиамашины стали пересекать океаны и совершать перелёты от одного материка к другому.
Развивавшиеся технологии и всё большее количество новаций, позволяли авиации путешествовать очень быстро. Намного скорее – нежели поезда или корабли. И для неё ведь практически не было преград. Не нужно было пересаживаться с одного транспорта на другой, не только, скажем, путешествуя на какой-нибудь особенно далёкий «край света».
Даже, тогда, когда пересечь необходимо сушу и водные просторы сразу. Самолёты не останавливало ничто. И это естественно, ведь летят они над всем – континентами, океанами, странами…
Но время утекало быстро, мир менялся. Конечно, развивалась и авиационная отрасль. Самолёты за последующие несколько десятилетий, вплоть до 1950-х, изменились настолько, если сравнивать с теми, кои летали ещё в начале 1920-30-х, что стали уже чем-то совершенно другим, особенным.
И вот, в середине двадцатого века, развитие реактивного двигателя пошло весьма быстрыми, даже в сравнении с предшествующими двадцатью-тридцатью годами, темпами.
Небольшое информационное отступление. Или — немного физики
Передовые разработки позволили самолётам «разогнаться» до скорости, большей, чем та, с коей распространяется звук. Конечно, первым делом, это было применено в военной авиации. Ведь речь идёт, всё-таки, о двадцатом веке. Который, как ни прискорбно это осознавать, был столетием конфликтов, двух мировых войн, «холодной» борьбы СССР и США…
И едва ли не каждая новая технология, созданная ведущими государствами мира, прежде всего рассматривалась с точки зрения того, как её можно использовать в обороне или нападении.
Итак, самолёты теперь могли летать с невиданной ранее скоростью. Быстрее звука. А в чём же её специфика?
Прежде всего – очевидно, что это скорость, которая превышает ту, с коей разносится звук. Но, вспоминая основные законы физики, можно сказать, что в разных условиях, она может отличаться. Да и «превышает» – понятие очень растяжимое.
И потому – есть специальный стандарт. Сверхзвуковой скоростью называют ту, которая превышает звуковую до пяти раз, с учётом того, что в зависимости от температуры, и других факторов окружающей среды, она может меняться.
Например – если мы возьмём нормальное атмосферное давление, на уровне моря, то в таком случае, скорость звука будет равняться впечатляющей цифре – 1191 км/ч. То есть, за секунду преодолевается 331 метр.
Но, что особенно важно при проектировании сверхзвуковых авиамашин, по мере набора высоты – снижается температура. А значит – и быстрота, с которой распространяется звук, и весьма значительно.
Так скажем, если подняться на высоту в 20 тысяч метров, то здесь оная будет составлять уже 295 метров в секунду. Но есть и ещё один важный момент.
На 25 тысячах метров над уровнем моря, температура начинает повышаться, поскольку это уже не нижний слой атмосферы. И так происходит далее. Вернее – выше. Скажем, на высоте в 50 000 метров будет ещё жарче. Следовательно, скорость звука там – увеличивается ещё больше.
Интересно – на сколько? Поднявшись на 30 километров над уровнем моря, попадаешь в «зону», где звук распространяется со скоростью в 318 метров за секунду. А на 50 000 метров, соответственно – 330 м/с.
О числе Маха
Кстати, интересно, что для упрощения понимания особенностей перелёта и работы в таких условиях, в авиации используют число Маха. Общее описание такового, может быть сведено к следующим заключениям. Оно выражает собой скорость звука, которая имеет место быть в данных условиях, на конкретной высоте, при данной температуре и плотности воздуха.
К примеру, скорость полёта, которая равна двум числам Маха, на высоте десять километров над землёй, в обычных условиях, будет равняться 2 157 км/ч. А на уровне моря – 2 383 км/ч.
История «сверхзвука». Часть 2. Преодоление барьеров
Кстати, впервые достиг быстроты полёта, более чем в 1 Мах, лётчик из США – Чак Йегер. Это произошло в 1947 году. Тогда он «разогнал» свой самолёт, летящий на высоте в 12.2 тысячах метров над землёй, до скорости в 1066 км/ч. Так прошёл первый сверхзвуковой полёт не земле.
Уже в 1950-х начинаются работы по проектированию и подготовке к серийному производству пассажирских самолётов, способных лететь со скоростью – быстрее звука. Их ведут учёные и авиаконструкторы наиболее могущественных стран мира. И у них получается добиться успеха.
Тот самый «Конкорд», модель – от которой окончательно откажутся в 2003, был создан в 1969. Это совместная – британско-французская разработка. Символично выбранное название – «Concorde», с французского, переводится как «согласие».
Это был один из двух существовавших типов сверхзвуковых пассажирских самолётов. Ну а создание второго (а вернее – хронологически – первого) – заслуга авиаконструкторов СССР. Советский аналог «Конкорда» называется Ту-144. Он был спроектирован в 1960-е и первый полёт совершил 31 декабря 1968. За год до британско-французской модели.
Других типов сверхзвуковых пассажирских самолётов, вплоть до сего дня, реализовано не было. И «Конкорд» и Ту-144 летали благодаря турбореактивным двигателям, кои были специально переустроены для того, чтобы долгое время работать в режиме сверхзвуковой скорости.
Советский аналог «Конкорда» эксплуатировали значительно меньший срок. Уже в 1977 от него отказались. Самолёт летал в среднем, со скоростью в 2 300 километров в час и за раз мог перевезти до 140 пассажиров. Но при этом, цена билета на такой «сверхзвуковой» рейс была в два-два с половиной, а то и три раза больше, чем на обыкновенный.
Конечно, у советских граждан подобные не пользовались большим спросом. Да и обслуживать Ту-144 было не просто и дорого. Потому, в СССР от них так быстро отказались.
«Конкорды» прослужили дольше, хотя билеты на рейсы, по которым они летали, также стоили дорого. И спрос тоже был не велик. Но всё же, несмотря на это, их продолжали эксплуатировать, как в Великобритании, так и во Франции.
Если выполнить перерасчёт стоимости билета на «Конкорд», в 1970-х, по сегодняшнему курсу, то это будет около двух десятков тысяч долларов. За билет в один конец. Можно понять, почему спрос на них был несколько меньше, нежели на перелёты, с помощью самолётов, не достигающих сверхзвуковых скоростей.
«Конкорд» мог за раз принять на борт от 92 до 120 пассажиров. Летал со скоростью более 2 тысяч км/ч и преодолевал расстояние от Парижа до Нью-Йорка за три с половиной часа.
Так прошло несколько десятилетий. До 2003.
Одной из причин отказа от эксплуатации этой модели стала авиакатастрофа, произошедшая в 2000 году. Тогда, на борту разбившегося «Конкорда» находилось 113 человек. Все они погибли.
Позже начался международный кризис в области пассажирских авиационных перевозок. Его причина – теракты, произошедшие 11 сентября 2001 года, на территории Соединённых штатов.
Да ещё, ко всему, заканчивается срок гарантийного обслуживания «Конкордов» авиакомпанией Airbus. Всё это вместе сделало дальнейшую эксплуатацию сверхзвуковых пассажирских самолётов крайне невыгодной. И в 2003 году были поочерёдно списаны все «Конкорды», как во Франции, так и в Великобритании.
Надежды
После этого ещё оставались надежды на скорое «возвращение» сверхзвуковых пассажирских самолётов. Авиаконструкторы рассуждали о создании особых двигателей, кои позволят экономить топливо, не смотря на скорость полёта. Говорили о повышении качества и оптимизации основных систем авионики, на таких авиамашинах.
Но, в 2006 и 2008 годах вышли новые постановления Международной организации гражданской авиации. В них определялись последние (действительны они, кстати, и на данный момент) стандарты допустимого авиационного шума при полёте.
А сверхзвуковые самолёты, как известно, не имели права летать над населёнными пунктами, именно поэтому. Ведь производили сильные шумовые хлопки (также по причинам физических особенностей полёта), когда двигались на максимальных скоростях.
Это стало причиной того, что «планирование» «возрождения» сверхзвуковой пассажирской авиации несколько затормозилось. Однако, на самом деле, после введения данного требования, авиаконструкторы стали думать, как решить такую проблему. Ведь она тоже имела место быть и раньше, просто «запрет» сконцентрировал внимание именно на ней – «проблеме шума».
А что же сегодня?
Но с момента последнего «запрета» прошло уже десять лет. И планирование плавно перешло в проектирование. На сегодняшний день созданием пассажирских сверхзвуковых самолётов, занимаются несколько компаний и государственных организаций.
Какие именно? Российские: Центральный аэрогидродинамический институт (тот самый, который назван в честь Жуковского), компании «Туполев» и «Сухой». У российских авиаконструкторов есть неоценимо важное преимущество.
Опыт советских проектировщиков и создателей Ту-144. Впрочем, об отечественных наработках в этой сфере лучше поговорить отдельно и подробнее, что мы и предлагаем сделать дальше.
Но не только россияне создают сверхзвуковой пассажирский самолёт нового поколения. Это также и европейский концерн – Airbus, и французская компания Dassault. Среди фирм Соединённых Штатов Америки, что работают в данном направлении, — Boeing и конечно Lockheed Martin. В стране восходящего солнца основная организация, проектирующая такой самолёт – это агентство аэрокосмических исследований.
И данный список – отнюдь не полный. При этом важно уточнить, что подавляющая часть профессиональных авиаконструкторов, работающих в данной сфере, разделилась на две группы. Независимо от страны происхождения.
Одни считают, что создать «тихий» сверхзвуковой пассажирский самолёт, на сегодняшнем уровне технологического развития человечества, невозможно никоим образом.
А потому – единственный выход, — это проектирование «просто быстрого» авиалайнера. Он, в свою очередь, будет переходить на сверхзвуковую скорость в тех местах, где это разрешено. А пролетая, например, над населёнными пунктами, возвращаться к дозвуковой.
Такие «скачки», по мнению этой группы учёных и конструкторов, позволят сократить время полёта до минимально возможного, и не нарушить требований относительно шумовых эффектов.
Другие же наоборот – полны решимости. Они считают, что бороться с причиной шума можно уже сейчас. И приложили немало усилий, дабы доказать – сверхзвуковой авиалайнер, летающий тихо – вполне возможно построить в самые ближайшие годы.
И ещё немного нескучной физики
Итак, при полёте на скорости более чем в 1,2 Маха, планер летательного аппарата образует ударные волны. Наиболее сильны они в хвостовой и носовой зоне, а также некоторых других частях самолёта, как например – на кромках воздухозаборников.
Что такое ударная волна? Это зона, где плотность, давление и температура воздуха испытывают резкие скачки. Возникают они при перемещениях на высоких скоростях, быстрее звуковой.
Людям же, которые стоят при этом на земле, не смотря на расстояние, кажется, что происходит некий взрыв. Конечно, речь идёт о тех, кто находится в относительной близости – под тем местом, где летит самолёт. Именно потому и были запрещены полёты сверхзвуковой авиации над городами.
С такими ударными волнами, как раз, и борются представители «второго лагеря» учёных и конструкторов, кои верят в возможность нивеляции этого шума.
Если вдаваться в подробности, то причина такового буквально «столкновение» с воздухом на очень большой скорости. На фронте волны резко и сильно повышено давление. В то же время, сразу, после него, наблюдается падение такового, а затем переход к нормальному показателю давления (такому, как было до «столкновения»).
Однако, уже проведена классификация типов волн и найдены потенциально оптимальные решения. Осталось только закончить работы в этом направлении и внести необходимые коррективы в проекты самолётов, или же создавать таковые с ноля, с учётом данных поправок.
В частности, специалисты NASA пришли к осознанию необходимости конструкционных изменений, с целью реформации особенностей полёта в целом.
А именно – изменению специфики ударных волн, насколько это возможно при нынешнем технологическом уровне. Что достигается путём реструктуризации волны, за счёт конкретных изменений конструкции. В результате – стандартная волна рассматривается как N-тип, а та, которая возникает при полёте, с учётом предложенных специалистами нововведений, как S-тип.
И при последней, значительно снижается «взрывной» эффект смены давления, и люди, находящиеся внизу, например, в городе, если самолёт пролетает над ним, даже тогда, когда слышат таковой эффект, то только как «отдалённый хлопок дверью автомашины».
Форма – тоже важно
Кроме того, например, японские авиационные конструкторы, не так давно, в середине 2015, создали беспилотный планер модели D-SEND 2. Его форма спроектирована особым образом, позволяя существенно уменьшить интенсивность и количество ударных волн, возникающих, когда аппарат летит на сверхзвуковой скорости.
Эффективность предложенных таким образом, японскими учёными, инноваций, была доказана при испытаниях D-SEND 2. Таковые провели в Швеции, в июле 2015. Достаточно интересным был ход мероприятия.
Планер, который не был оснащён двигателями, подняли на высоту в 30,5 километров. С помощью воздушного шара. Затем его сбросили вниз. За время падения он «разогнался» до скорости в 1,39 Маха. Длина самого D-SEND 2 – 7,9 метра.
После проведённых испытаний, японские авиаконструкторы смогли с уверенностью заявить – интенсивность ударных волн, при полёте их детища на скорости, превышающей быстроту распространения звука, — в два раза меньше, чем у «Конкорда».
Каковы же особенности D-SEND 2? Прежде всего – его носовая часть не осесимметричная. Киль смещён к ней, и при этом, горизонтальное хвостовое оперение установлено как цельноповоротное. Оно также расположено под отрицательным углом к продольной оси. И при этом законцовки оперения располагаются ниже, чем точка крепления.
Крыло, плавно сопряжённое с фюзеляжем, выполнено с нормальной стреловидностью, но ступенчатое.
По примерно такой же схеме сейчас, по состоянию на ноябрь 2018, проектируют пассажирский сверхзвуковой AS2. Работают над ним профессионалы из Lockheed Martin. Заказчиком выступает NASA.
Также, проект российского СДС/СПС сейчас находится на стадии совершенствования формы. Планируется, что она будет создаваться с упором на уменьшение интенсивности ударных волн.
Сертификация и… ещё одна сертификация
Важно понимать, что некоторые проекты пассажирских сверхзвуковых самолётов будут реализовываться уже в начале 2020-х. При этом, правила, установленные Международной организацией гражданской авиации, в 2006 и 2008, ещё будут действовать.
А значит, если до того времени не случится серьёзного технологического прорыва, в области «тихого сверхзвука», то вероятно создание именно самолётов, кои будут переходить на скорость, выше одного Маха, только в зонах, где сие разрешено.
И после этого, когда необходимые технологии всё же появятся, при таком сценарии, придётся проводить множество новых испытаний. С целью того, чтобы самолёты могли получить разрешение на полёты над населёнными пунктами. Но это лишь рассуждения о будущем, сегодня что-либо точно сказать на этот счёт весьма трудно.
Вопрос цены
Ещё одна проблема, упомянутая ранее- дороговизна. Конечно, на сегодняшний день, уже создано множество двигателей, намного более экономичных, нежели те, которые эксплуатировали ещё двадцать, или тридцать лет назад.
В том числе, сейчас проектируются и те, кои могут обеспечить самолёту движение на сверхзвуковой скорости, но при этом не «съедают» столько горючего, сколько Ту-144, или «Конкорд».
Каким образом? Прежде всего – это использование керамических композиционных материалов, что обеспечивают снижение температур, а сие особенно важно в горячих зонах силовых установок.
Кроме того – введение ещё одного, третьего, воздушного контура – помимо внешнего и внутреннего. Нивеляция жёсткой сцепки турбины с вентилятором, внутри самолётного двигателя и т.п.
Но тем не менее, даже благодаря всем этим нововведениям, нельзя сказать, что сверхзвуковой полёт, в сегодняшних реалиях – экономичен. Потому, для того, чтобы он стал доступен и привлекателен для широких масс населения, крайне важны работы по усовершенствованию двигателей.
Возможно – актуальным решением станет полная переработка конструкции – считают эксперты.
Кстати – снизить стоимость за счёт увеличения количества пассажиров на один рейс, также не удастся. Поскольку те авиамашины, что проектируют на сегодняшний день (имеются ввиду, конечно, сверхзвуковые самолёты), рассчитаны на перевозки небольшого числа людей – от восьми, до сорока пяти.
Новый двигатель – вариант решения проблемы
Из последних новинок, в данной сфере, следует отметить инновационную реактивную, турбовентиляторную силовую установку, созданную в нынешнем, 2018 году, компанией GE Aviation. В октябре она был представлен под названием Affinity.
Этот двигатель планируют установить на упомянутую модель пассажирского AS2. Каких-либо существенных технологических «новинок» в данном типе силовых установок не предусмотрено. Но при этом, в нём соединены особенности реактивных двигателей с большой и малой степенью двухконтурности. Что делает модель весьма интересной, для установки на сверхзвуковом самолёте.
Кроме всего прочего, создатели двигателя утверждают, что при испытаниях он докажет свою эргономичность. Расход топлива силовой установкой будет примерно равен тому, который можно фиксировать у стандартных двигателей авиалайнеров, находящихся ныне в эксплуатации.
То есть, это заявка на то, что силовая установка сверхзвукового самолёта будет потреблять приблизительно столько же топлива, сколько и у обычного авиалайнера, не способного разогнаться до скорости выше одного Маха.
Как это получится – пока объяснить трудно. Поскольку особенности конструкции двигателя его создатели на настоящий момент не раскрывают.
Какими они могут быть – российские сверхзвуковые авиалайнеры?
Конечно, сегодня существует множество конкретных проектов сверхзвуковых пассажирских самолётов. Однако, далеко не все близки к реализации. Посмотрим на наиболее перспективные.
Итак – особого внимания заслуживают российские авиастроители, унаследовавшие опыт советских мастеров. Как упоминалось ранее, сегодня, в стенах ЦАГИ имени Жуковского, по словам его сотрудников, уже почти закончено создание концепции сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения.
В официальном описании модели, предоставленном пресс-службой института, упоминается, что это «лёгкая, административная» авиамашина, «с низким уровнем звукового удара». Проектированием занимаются специалисты, сотрудники данного учреждения.
Также, в сообщении пресс-службы ЦАГИ упомянуто, что благодаря особой компоновке корпуса самолёта и специальному соплу, на коем установлена система шумоглушения, данная модель будет демонстрировать последние достижения технологического развития российского авиастроения.
Кстати, важно упомянуть, что среди наиболее перспективных проектов ЦАГИ, помимо описанного – новая конфигурация пассажирских авиалайнеров, именуемая «летающее крыло». Она реализует несколько особенно актуальных улучшений. А конкретно – даёт возможность, улучшить аэродинамику, снизить потребление топлива и т.д. Но для не сверхзвуковых авиамашин.
Кроме всего прочего, данный институт уже неоднократно представлял готовые проекты, которые привлекали внимание авиалюбителей со всего мира. Допустим, — один из последних, — модель сверхзвукового бизнес джета, способного преодолеть до 7 000 километров без дозаправки, и развивать скорость в 1,8 тысяч км/ч. Таковая была представлена на выставке «Гидроавиасалон-2018».
« … проектирование идёт по всему миру!»
Помимо названных российских, также наиболее перспективны следующие модели. Американский AS2 (способный развить скорость до 1,5 Маха). Испанский S-512 (предел скорости – 1,6 Маха). И также, находящийся на стадии проектирования в США, Boom, от компании Boom Technologies (ну а он сможет летать с максимальной скоростью в 2,2 Маха).
Есть ещё X-59, который создаётся по заказу NASA, фирмой Lockheed Martin. Но он будет представлять собой летающую научную лабораторию, а не пассажирский самолёт. Да и запускать оный в серийное производство пока никто не планировал.
Интересны планы компании Boom Technologies. Сотрудники данной фирмы заявляют, что будут стараться добиться максимального удешевления стоимости полёта на создаваемых предприятием сверхзвуковых авиалайнерах. Например, цену за перелёт из Лондона в Нью-Йорк они могут приблизительно назвать. Это около 5000 долларов США.
Для сравнения, столько стоит билет на рейс из английской столицы в «Новый» Йорк, на обычном, или «дозвуковом» самолёте, в бизнес-классе. То есть, цена полёта на авиалайнере, способном летать со скоростью более 1.2 Маха, будет приблизительно равна стоимости дорогого билета на самолёт, который не мог бы совершить такой же быстрый перелёт.
Однако, в Boom Technologies сделали ставку на то, что создать «тихий» сверхзвуковой пассажирский лайнер в ближайшей перспективе не получиться. Потому их Boom будет летать на максимальной скорости, кою способен развить, только над водными пространствами. А находясь над сушей, — переходить на меньшую.
При том, что длина Boom составит 52 метра, за раз он сможет перевезти до 45 пассажиров. Согласно планам компании, проектирующей самолёт, первый полёт этой новинки должен произойти в 2025 году.
Что на сегодняшний день известно о ещё одном перспективном проекте – AS2? Он сможет перевезти значительно меньше людей – только от восьми до двенадцати человек за рейс. При этом длина лайнера будет равна 51,8 метра.
Над водой он, как планируется, получит возможность летать со скоростью в 1,4-1,6 Маха, а над сушей – 1,2. Кстати, в последнем случае, благодаря особой форме, самолёт в принципе не будет образовывать ударных волн. Впервые эта модель должна подняться в воздух уже летом 2023. В октябре того же года – самолёт выполнит свой первый перелёт через Атлантику.
Это событие будет приурочено к памятной дате – двадцатилетию, с того дня, как «Конкорды» последний раз летели над Лондоном.
При том, испанский S-512 впервые взмоет в небо не позднее, чем в конце 2021 года. А поставки этой модели заказчикам начнутся с 2023. Максимальная скорость этого самолёта – 1,6 Маха. На его борту возможно расположить 22 пассажира. Предельная дальность полёта равна 11,5 тысячам км.
Клиент – всему голова!
Как можно заметить, некоторые компании очень стараются завершить проектирование и приступить к созданию авиамашин – как можно быстрее. Ради кого они готовы так торопиться? Попробуем объяснить.
Итак, в течении 2017 года, к примеру, объём воздушных пассажирских перевозок, составил четыре миллиарда человек. Причём 650 миллионов из них летали на дальние расстояния, проведя в пути от 3,7 до тринадцати часов. Далее – 72 миллиона из 650, при том, летели первым, или же бизнес-классом.
Вот на эти 72 000 000 человек, в среднем, и рассчитывают те компании, которые занимаются созданием сверхзвуковых пассажирских авиамашин. Логика проста – возможно, что многие из них будут не против заплатить немного больше за билет, с условием того, что полёт пройдёт, примерно, в два раза быстрей.
Но, даже не смотря на все перспективы, многие эксперты обоснованно полагают, что активный прогресс сверхзвуковой авиации, созданной для перевозки пассажиров, может начаться уже после 2025 года.
В подтверждение такого мнения свидетельствует и факт того, что упомянутая «летучая» лаборатория X-59 впервые поднимется в воздух только в 2021. А зачем?
Исследования и перспективы
Основной целью её полётов, которые будут проходить в течении нескольких лет, выступит сбор информации. Дело в том, что эта авиамашина должна пролететь над различными населёнными пунктами на сверхзвуковой скорости. Жители данных поселений уже выразили своё согласие на проведение испытаний.
И после того, как самолёт-лаборатория будет завершать очередной «экспериментальный перелёт», люди, живущие в тех населённых пунктах, над коими она пролетела, должны рассказать о тех «впечатлениях», что они получили за время, когда авиалайнер находился над их головами. А особенно чётко выразить – как воспринимали шум. Повлиял ли он на их жизнедеятельность и т.д.
Собранные таким образом данные, будут переданы в Федеральное управление гражданской авиации, что в Соединённых Штатах. И после их детального анализа специалистами, возможно, запрет на совершение полётов сверхзвуковых авиалайнеров над населёнными участками суши, будет отменён. Но в любом случае, случится это никак не раньше 2025 года.
А пока мы можем наблюдать за созданием этих инновационных самолётов, кои уже в скором времени ознаменуют своими полётами рождение новой эры сверхзвуковой пассажирской авиации!
