Самолеты летающие на крейсерской сверхзвуковой скорости. Сверхзвуковая авиация
Облететь Землю за пару часов. Это не миф, это реальность, если быть пассажиром супербыстрого самолета.
Boeing X-43
Гиперзвуковой самолет Х-43А – это самый быстрый самолет в мире. Беспилотник во время тестирования показал фантастические результаты, он летел со скоростью 11230 километров в час. Это примерно в 9,6 раз больше, чем скорость звука.Проектировали и создавали машину X-43A специалисты NASA, Orbital Sciences Corporation и MicroCraft Inc. Чтобы рекордсмен появился на свет понадобилось около десяти лет исследований в сфере сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей, которые способны разгонять самолеты до сверхзвуковых скоростей. На проект понадобилось четверть миллиарда долларов.
Быстрейший самолет на планете не отличается большими размерами. Размах его крыльев всего полтора метра, длина же всего 3,6 метра. На самом быстром самолете установили экспериментальный прямоточный двигатель сверхзвукового горения Supersonic Combustion Ramjet (SCRamjet). И главная его особенность в том, что нет трущихся деталей. Ну а топливо, на котором летает рекордсмен – это смесь кислорода и водорода. Создатели не стали отводить место под специальные баки для кислорода, он забирается прямо из атмосферы. Это позволило уменьшить массу самолета. В итоге, в результате использования кислорода с водородом двигатель выделяет обычный водяной пар.
Самый быстрый самолет в мире Boeing X-43 летает со скоростью 11 230 км/ч
Стоит отметить, что самый быстрый самолет в мире разрабатывался специально для испытаний новейшей технологии, а именно гиперзвуковую альтернативу современным турбореактивным двигателям. Ученые полагают, что гиперзвуковые самолеты смогут долететь до любой точки Земли всего за 3-4 часа.
Orbital Sciences Corporation Х-34
Х-34 тоже является самым быстрым самолетом. Причем, он может развивать еще большую скорость, чем предыдущий, а именно 12144 километров в час. Впрочем, в списке быстрейших он все-таки на втором месте. Все потому, что на экспериментах он смог развить скорость меньше 11230 километров в час. Ускорение самолет получает с помощью твердотопливной ракеты «Пегас» (Pegasus), которая прикреплена к воздушному судну.Впервые испытали этот быстрейший самолет в мире весной 2001 года. И на то, чтобы создать и протестировать двигатель аппарата Hyper-X ушло 7 лет и 250 миллионов долларов. Испытания Х-34 закончились успехом лишь весной 2004 года. Тогда во время запуска над Тихим океаном около острова Святого Николая машина разогналась до 11 тысяч километров в час. Этот самолет больше, чем рекордсмен. Длина самолета 17,78 метров, размах крыльев 8,85 метров, высота уже 3,5 метров. Воздушное судно хоть и быстро летает, но масса у него внушительная 1270 килограммов. Максимум, на какую высоту он может подняться – 75 километров.
North American X-15
Х-15 – это уже экспериментальный американский самолет-ракетоплан, он оснащен ракетными двигателями. Х-15 первый и в течение сорока лет единственный за всю историю пилотируемый гиперзвуковой самолет, который совершил суборбитальные космические полеты с пилотами. У этого летательного аппарата основная задача – изучать условия полета на гиперзвуковых скоростях, а так же исследовать условия входа в атмосферу крылатых аппаратов. Он предназначен для оценки новых конструкторских решений, покрытий, а также психофизических аспектов управления в условиях верхних слоев атмосферы. Концепцию проекта утвердили в 1954 году. И в полете был зафиксирован неофициальный рекорд высоты, который держался с 1963 года и до 2004 года. Этот самолет способен лететь со скоростью 7274 километров в час.Впрочем, несмотря на впечатляющую скорость, весит самолет весьма прилично – более 15 тысяч килограммов. Но это с учетом массы топлива. При посадке летательный аппарат весит в два раза меньше. Высота, на которую может подняться Х-15 – почти 110 километров. Ну а дальность полета составляет 543,4 километра.
SR-71 («Blackbird»)
SR-71 – это стратегический сверхзвуковой разведчик военно-воздушных сил США. И это самый быстрый самолет, к тому же самый высоколетящий серийный. Таковым он остается на протяжении последних 25 лет. У него довольно компактные размеры: длина 32,76 метров, высота 5,64 метра, а размах крыльев 16,95 метров. При таких данных впечатляет масса самолета, при взлете она составляет более 77 тысяч килограммов, правда, пустое воздушное судно весит около 27 тысяч килограммов. Ну а максимальная скорость, с которой способен летать SR-71 – 3715 километров в час.Миг-25 («Летучая мышь»)
А вот это самый быстрый на планете реактивный военный самолет. Именно на нем было установлено ровно 29 мировых рекордов. Разработано и построено две разновидности этого летательного аппарата: перехватчик и разведчик. Длина самолета составляет 23,82 метра, высота почти 6 метров, размах крыльев 13,95 у разведчика и 14,015 у перехватчика. Максимальная взлетная масса самолета 41200 килограммов, а при посадке она равняется 18800 килограммов. Летает Миг-25 со скоростью 3395 километров в час.Истребитель-перехватчик МИГ-25 - самый быстрый самолет в России
МиГ-31
Это двухместный сверхзвуковой истребитель-перехватчик, которые предназначен для полетов в любую погоду и является самолетом дальнего радиуса действия. МиГ-31 является первым советский боевым самолетом 4-го поколения. Он необходим для перехвата и уничтожения целей в воздухе на больших, средних, малых и предельно малых высотах, ночью и днем, в разных метеоусловиях, при активных и пассивных радиолокационных помехах у противника, даже ложных тепловых целях. Четыре самолета МиГ-31 могут контролировать воздушное пространство в 800-900 километров. Один самолет имеет длину 21,62 метра, высоту 6,5 метров и размах крыльев 13,45 метров. Летает машина со скоростью 3 тысячи километров в час.Макдоннел-Дуглас F-15 («Игл»)
А это всепогодный американский тактический истребитель 4-го поколения. Он способен завоевывать превосходство в воздухе. На вооружение «Игл» приняли в 1976 году. Всего существует 22 модификации самолета. F-15 применялись в Персидском заливе, Югославии и на Ближнем Востоке. Истребитель развивает максимальную скорость в 2650 километров в час.Дженерал Дайнемикс F-111 («Aardvark» или «Pig»)
F-111 – двухместный тактический бомбардировщик. В 1996 году его вывели из боевого состава военно-воздушных сил США. Скорость его передвижения составляет 2645 километров в час.Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен
На поле сверхзвуковой авиации никого не осталось. Непонятно, то ли не нужны такие самолеты (нерентабельны), то ли наша цивилизация еще не достигла такого технического совершенства и надежности в этом направлении.
Постепенно начинают появляться небольшие частные проекты.
Американская компания «Aerion Corporation» из небольшого городка Рено, штат Невада, начала принимать заказы на создание частного сверхзвукового самолета «AS2 Aerion», который создается при поддержке компании Airbus
Не понятно еще что из этого получится, но вот подробности …
Производитель заявляет, что его запатентованная технология ламинарного потока, снижает аэродинамическое сопротивление над крыльями до 80%, что позволяет силовой установке на три двигателя, преодолевать расстояния достаточно быстро. Например, из Парижа в Вашингтон, самолет долетит всего за три часа, а из Сингапура в Сан-Франциско, буквально за шесть часов. Сверхзвуковые полеты над территорией США запрещены, но это не касается полетов над океаном. Корпус самолета изголовлен в основном из углепластика и по шву «сшит» титановым сплавом. Без дозаправки, самолет сможет пролететь до 5400 миль. Выпуск первого самолета планируется на 2021-й год.
Какие проекты сверхзвуковых самолетов не нашли свое воплощение в реальности? Ну вот например из самых серьезных:
Sukhoi Supersonic Business Jet (SSBJ , С-21 ) - проект сверхзвукового пассажирского самолёта бизнес-класса, разрабатываемого ОКБ Сухого. В поисках финансирования ОАО Сухой сотрудничала по данному проекту с компаниями Gulfstream Aerospace, Dassault Aviation, а также рядом китайских компаний.
Разработка С-21 и его более крупной модификации С-51 была начата в 1981 году по инициативе главного конструктора ОКБ Сухого на тот момент Михаила Петровича Симонова. Проект возглавил заместитель главного конструктора Михаил Асланович Погосян.
Анализ коммерческой эксплуатации самолётов Ту-144 и Конкорд показал, что с ростом цен на авиатопливо сверхзвуковые самолёты не могут конкурировать с более экономичными дозвуковыми лайнерами в сегменте массовых перевозок. Количество пассажиров, готовых существенно переплачивать за скорость движения, невелико и определяется, в основном, представителями крупного бизнеса и высшими чиновниками. При этом приоритетными маршрутами движения являются авиалинии, соединяющие мировые столицы. Это определило концепцию самолёта, как предназначенного для перевозки 8-10 пассажиров на дальность 7-10 тысяч километров (для обеспечения беспосадочного перелёта между городами на одном континенте и с одной дозаправкой при полёте из любой в любую столицу мира). Важным также стало уменьшение длины пробега, чтобы самолёт могли принимать все международные аэропорты мира.
В ходе работы над самолётом прорабатывались различные варианты компоновки - с 2, 3 или 4 двигателями. Развал Советского Союза привёл к прекращению финансирования программы со стороны государства. ОКБ Сухого начало поиск независимых инвесторов на проект. В частности, в начале 1990-х работы велись в сотрудничестве с американской компанией Gulfstream Aerospace - при этом прорабатывался вариант с 2-мя английскими двигателями, получивший обозначение S-21G. Однако в 1992 году американская сторона вышла из проекта, опасаясь неподъёмных расходов. Проект был приостановлен.
В 1993 году инвесторы на проект были найдены в России и проект был возобновлён. Полученные от инвесторов 25 миллионов долларов США позволили достичь стадии завершения проектирования. Были проведены наземные испытания двигателей, а также испытания моделей самолёта в аэродинамических трубах.
В 1999 году проект самолёта был представлен на авиасалоне Ле-Бурже, тогда же Михаил Петрович Симонов заявил, что для завершения всех работ по самолёту и начала выпуска серийных лайнеров потребуется ещё около 1 миллиарда долларов. При своевременном и полном финансировании самолёт мог впервые подняться в воздух в 2002 году, а стоимость единицы составила бы около 50 миллионов долларов. Рассматривалась возможность продолжения совместной работы над проектом с французской компанией Dassault Aviation, однако контракт не состоялся.
В 2000 году ОКБ Сухого пробовало найти инвесторов на данный проект в Китае.
В настоящее время инвестиции для завершения разработки и создания самолётов не найдены. В принятой в конце 2012 года государственной программе «Развитие авиационной промышленности на 2013 — 2025 годы» упоминания о самолёте отсутствуют
ZEHST (сокращение от Zero Emission HyperSonic Transport - англ. Высокоскоростной транспорт с нулевым уровнем выбросов ) - проект сверхзвукового-гиперзвукового пассажирскогоавиалайнера, реализуемый под руководством европейского авиакосмического агентства EADS.
Впервые проект был представлен 18 июня 2011 года на авиасалоне в Ле Бурже. По проекту предполагается, что самолёт будет вмещать 50-100 пассажиров и развивать скорость до 5029 км/ч. Высота полёта должна составить до 32 км.
Реактивная система самолёта будет состоять из двух турбореактивных двигателей, применяющихся на участке взлёта и разгона до 0,8М, затем ракетные разгонные блоки разгонят самолёт до 2,5М, после чего два расположенных под крыльями прямоточных двигателя доведут скорость до 4М.
Ту-444 - проект российского сверхзвукового пассажирского самолёта деловой авиации разработки ОАО «Туполев». Пришёл на смену проекту Ту-344 и конкурент проекту ОКБ Сухого SSBJ. В принятой в конце 2012 года государственной программе «Развитие авиационной промышленности на 2013-2025 годы» упоминания о проекте отсутствуют
Проектировка Ту-444 началась в начале 2000-х годов, в 2004 году началась эскизная проработка проекта. Разработке предшествовали просчет наиболее выгодных технических характеристик для самолета такого класса. Так, было установлено, что дальности в 7500 километров хватает для покрытия основных деловых центров мира, а оптимальной является длина разбега в 1800 метров. Потенциальный рынок оценивался в 400-700 самолетов, первый полет по плану должен был состояться в 2015
Тем не менее, несмотря на применение в проекте старых разработок ряда ОКБ, в том числе непосредственно Туполева(например, Ту-144, предполагалось использовать двигатели АЛ-Ф-31), выяснилась потребность в ряде технических инноваций, которые оказались невозможны без существенных финансовых инвестиций, которые привлечь не удалось. Несмотря на проработку к 2008 году эскизного проекта, проект «заглох».
Ну и еще немного авиационной тематики для вас: давайте вспомним , а вот такой . А вы знаете, что существует и вот так летали . Вот еще и необычный Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -
Скорость звуковой волны величина не постоянная даже при условии, что рассматриваемая среда распространения звука является воздухом. Скорость звука при фиксированной температуре воздуха и атмосферного давления изменяется с ростом высоты над уровнем моря.
По мере увеличения высоты над уровнем моря скорость звука уменьшается. Условной точкой отсчета величины является нулевой уровень моря. Итак, скорость с которой звуковая волна стелится по водной глади равняется 340.29 м/с при условии температуры окружающего воздуха в 15 0 С и атмосферного давления 760 мм. рт.ст. Итак, самолеты летающие со скоростью выше, чем скорость звука, называют сверхзвуковыми.
Первые достижение сверхзвуковой скорости
Сверхзвуковыми самолетами называют летательные аппараты исходя из их физической способности передвигаться со скоростью выше чем звуковые волны. В привычных для нас километрах в час этот показатель грубо равен 1200 км/ч.
Еще самолеты времен Второй мировой войны с поршневыми ДВС и создающими воздушный поток пропеллерами при пикировании уже достигали отметки скорости в 1000 км/ч. Правда по рассказам пилотов, в эти моменты самолет начинало жутко трясти вследствие сильной вибрации. Ощущение было такое, что крылья могут попросту оторваться от фюзеляжной части самолета.
Впоследствии при создании сверхзвуковых самолетов инженеры-проектировщики учитывали влияние воздушных потоков на конструкцию самолетов при достижении скорости звука.
Преодоление сверхзвукового барьера самолетом
Когда самолет передвигается среди воздушных масс он буквально рассекает воздух во все стороны, создавая шумовой эффект и расходящиеся во все направления волны воздушного давления. При достижении летательного аппарата скорости звука возникает момент, когда звуковая волна не способна обогнать самолет. Из-за этого перед фронтальной частью самолета возникает ударная волна в виде плотного барьера из воздуха.
Возникший впереди самолета слой воздуха в момент достижения летательным аппаратом скорости звука создает резкий рост сопротивления, что и служит источником изменения характеристик устойчивости самолета.
Когда самолет летит, звуковые волны распространяются от него во все стороны со скоростью звука. Когда самолет достигает скорости М=1, то есть скорости звук, звуковые волны скапливаются перед ним и образуют слой уплотненного воздуха. При скоростях выше скорости звука эти волны образуют ударную волну, которая достигает земли. Ударная волна воспринимается как звуковой удар, акустически воспринимаемый человеческим ухом внизу на земной поверхности как глухой взрыв.
Этот эффект можно постоянно наблюдать при проведении учений сверхзвуковых самолетов гражданским населением в районе полетов.
Еще одним интересным физическим явлением при полете сверхзвуковых самолетов — это визуальное опережение летательных аппаратов их собственного звука. Звук наблюдается с некоторым опозданием за хвостом самолета.
Число Маха в авиации
Теорию с подтверждающим экспериментальным процессом образования ударных волн был продемонстрировал еще задолго до первого полета сверхзвукового самолета австрийский физик Эрнст Мах (1838 — 1916). Величину, выражающую отношение скорости летательного аппарата к скорости звуковой волны называют сегодня в честь ученого - Махом.
Как мы уже оговорились в водной части, на скорость звука в воздушной среде влияют такие метеорологические условия как давление, влажность и температура воздуха. Температура в зависимости от высоты полета самолета меняется от +50 на поверхностях Земли до -50 в слоях стратосферы. Поэтому на разных высотах для достижения сверхзвуковых скоростей обязательно учитываются местные метеоусловия.
Для сравнения над нулевой отметкой уровня моря скорость звука составляет 1240 км/ч, тогда как на высоте более 13 тыс. км. эта скорость снижается до 1060 км/ч.
Если принять соотношение скорости летательного аппарата к скорости звукова за М, то при значении М>1, это будет всегда сверхсвуковая скорость.
Самолеты с дозвуковой скоростью имеют значение М = 0.8. Вилка значений Маха от 0,8 до 1,2 задают околозвуковую скорость. А вот гиперзвуковые летательные аппараты имеют число Маха более 5. Из известных военных российских сверхзвуковых самолетов можно выделить СУ-27 — истребитель перехватчик, Ту-22М — бомбардировщик ракетоносец. Из американских известен SR-71 — самолет разведчик. Первым сверхзвуковым самолетом в рамках серийного производства стал американский истребитель F-100 в 1953 году.
Модель космического челнока во время испытаний в сверхзвуковой аэродинамической трубе. Специальная методика теневой фотографии позволила запечатлеть, где возникают ударные волны.
Первый сверхзвуковой самолет
За 30 лет с 1940 по 1970 скорость самолетов выросла в несколько раз. Первый перелет с околозвуковой скоростью был совершен 14 октября 1947 года на американском самолете Bell XS-1 в штате Калифорния над авиабазой.
Пилотировал реактивный самолет Bell XS-1 капитан американских ВВС Чак Йиге. Ему удалось разогнать аппарат до скорости 1066 км/ч. В ходе данного испытания был получен существенный срез данных для дальнейшего толчка в развитии сверхзвуковых самолетов.
Конструкция крыльев сверхзвуковых самолетов
Подъемная сила и лобовое сопротивление со скоростью увеличиваются, поэтому крылья становятся меньше, тоньше и приобретали стреловидную форму, улучшая обтекаемость.
У самолетов, приспособленных к сверхзвуковым полетам крылья в отличии от обычных дозвуковых самолетов вытягивались под острым углом назад, напоминая наконечник стрелы. Внешне крылья образовывали треугольник в единой плоскости с его остроугольной вершиной в передней части самолета. Треугольная геометрия крыла позволяла управлять самолетом предсказуемо в момент перехода звукового барьера и как следствие избежать вибраций.
Существуют модели, в которых применялись крылья с изменяемой геометрией. В момент взлета и посадки угол крыла относительно самолета равнялся 90 градусам, то есть перпендикулярен. Это необходимо для создания максимальной подъемной силы в момент взлета и посадки, то есть в тот момент когда скорость снижается и подъемная сила при остром угле при неизменной геометрии достигает своего критического минимума. С ростом скорости геометрия крыла изменяется до максимально острого угла у основания треугольника.
Самолеты-рекордсмены
В ходе гонки за рекордными скоростями в небе самолетом Bell-X15, на борту которого был установлен ракетный двигатель, была достигнута рекордная скорость 6,72 или 7200 км/ч в 1967 году. Этот рекорд не могли побить спустя долгое время.
И только в 2004 году беспилотный гиперзвуковой летательный аппарат NASA X-43, который разрабатывался для полета с гиперзвуковой скоростью, удалось в рамках его третьего полета разогнать до рекордных 11 850 км/ч.
Первые два полета закончились неудачно. На сегодняшний день эта самая высокая цифра скорости самолета.
Испытания сверхзвукового автомобиля
На этом реактивном сверхзвуковом автомобиле Thrust SSC установлены 2 авиационных двигателя. В 1997 году он стал первым наземным транспортным средством, преодолевшим звуковой барьер. Как и при сверхзвуковом полете, перед автомобилем возникает ударная волна.
Приближение автомобиля беззвучно, потому, что весь создаваемый шум сосредоточен в идущей за ним ударной волне.
Сверхзвуковые самолеты в гражданской авиации
Что касается гражданских сверхзвуковых самолетов, то всего известны 2 серийных самолета, выполняющих регулярные рейсы: советский ТУ-144 и французский Concorde. ТУ-144 осуществил свой дебютный вылет в 1968 году. Данные аппараты были предназначены для дальних трансатлантических перелетов. Время перелета были значительно сокращены в сравнении с дозвуковыми аппаратами за счет увеличения высоты перелета до 18 км, где самолет использовал незагруженный воздушный коридор и миновал облачную загрузку.
Первый гражданский сверхзвуковой самолет СССР ТУ-144 завершил свои полеты в 1978 году по причине их нерентабельности. Окончательную точку в решении об отказе эксплуатировать в регулярных рейсах было принято из-за катастрофы опытного экземпляра ТУ-144Д во время его испытания. Хотя стоит отметить, что за рамками гражданской авиации самолет ТУ-144 продолжали эксплуатировать для срочной почтовой и грузовой доставки с Москвы в Хабаровск вплоть до 1991 года.
Тем временем несмотря на дорогие билеты, французский сверхзвуковой самолет «Конкорд» продолжал оказывать услуги аваиарейсов для своих европейских клиентов до 2003 года. Но в конце концов, несмотря на более богатый социальный слой европейских жителей, вопрос нерентабельности был все равно неминуем.
Президент России Владимир Путин на встрече с работниками казанского авиационного завода вновь заговорил о возможности создания в России сверхзвукового пассажирского самолета на основе стратегического бомбардировщика Ту-160. Следом министр промышленности и торговли Денис Мантуров сообщил о начале научно-исследовательских работ по этой теме. Предложение разработать новый сверхзвуковой пассажирский самолет отечественного производства многими воспринимается скептически, но сама разработка такого рода не станет нерешаемой проблемой. Вместе с тем появление подобной машины вряд ли сможет изменить сегодняшнее положение российского авиапрома. «Известия» разобрались в ситуации.
Дети золотого века
Расцвет реактивной авиации в 1950-1960-х годах, когда рекорды переписывались почти ежегодно, а постоянный рост характеристик новых самолетов воспринимался как естественное явление, стал временем первого всплеска интереса к сверхзвуковым пассажирским самолетам. Соответствующие разработки впервые стартовали в Великобритании в 1954 году, несколькими годами позже свои проекты начали французские, советские, а затем и американские авиапроизводители. Будущее казалось безоблачным, а прогнозы звучали самые восторженные. Даже Boeing, выведя в 1969 году на линии легендарный B-747, полагал, что дни этой машины, хоть и только созданной, уже сочтены и будущее дальнемагистральных перевозок принадлежит сверхзвуковым самолетам. Сегодня, как мы знаем, B-747 все еще летает, более того, остается в серийном производстве (пусть уже и не столь масштабном, как в 1970-80-е годы).
Реальность оказалась жестче. До воплощения в летающих машинах дошли только два проекта: объединенный франко-британский (в 1962 году в Париже и Лондоне договорились о совместной разработке) и советский, при этом СССР тоже вел переговоры с Францией о совместной разработке, не увенчавшиеся успехом. Советская машина - Ту-144 - полетела первой, впервые поднявшись в воздух 31 декабря 1968 года. «Конкорд» взлетел 2 марта 1969-го. Эксплуатация Ту-144 в качестве грузовой машины - для перевозки срочных почтовых отправлений - началась в конце декабря 1975 года, в конце января 1976-го на линии вышел «Конкорд», но сразу как пассажирский. Ту-144 доверили перевозки пассажиров несколько позже: с ноября 1977 года.
Судьба двух самолетов-ровесников, очень похожих внешне, сложилась по-разному. Ту-144 сняли с пассажирских линий всего через семь месяцев после начала работы, в июне 1978-го. Поводом стала катастрофа опытного экземпляра усовершенствованного Ту-144Д, но причина заключалась в нерентабельности самолета и отсутствии практической необходимости в пассажирской машине со скоростью полета более 2 тыс. км/ч. Впоследствии Ту-144 еще использовали для разных специальных перевозок и экспериментальных задач, но на линии он так и не вернулся.
«Конкорд» эксплуатировался куда дольше, сойдя с линий в ноябре 2003 года, но масштабы его использования оказались далеки от ожидаемых: продать удалось только 9 самолетов, да и то «домашним» для разработчиков British Airways (пять машин) и Air France (четыре). Позднее обе компании увеличили свой парк до семи самолетов каждая, получив оставшиеся на чрезвычайно льготных условиях.
Причин было несколько. Во-первых, появление на рубеже 1960-1970-х вместительных и одновременно достаточно экономичных лайнеров, как средне- так и дальнемагистральных, резко расширило рынок авиаперевозок, до того считавшихся скорее исключительно уделом состоятельных людей. Модель заработков авиакомпаний сместилась с сокращения времени перелета на расширение рынка путем снижения цены на билет, что позволяло охватывать авиаперевозками всё новые слои населения.
Дополнительный удар по планам продаж «Конкорда» нанес нефтяной кризис 1973 года, после которого экономичность нового поколения авиалайнеров стала их главным конкурентным преимуществом. «Конкорд» же в итоге остался очень узконишевой машиной, которой, в силу запредельной стоимости билетов, могли пользоваться немногие. Так, в 1979–1980 годах перелет из Лондона в Вашингтон и обратно обошелся бы в $2350, то есть более чем в 8 тыс. сегодняшних долларов, если пересчитывать с учетом инфляции за сорок лет. Это было примерно вдвое дороже, чем перелет первым классом на обычных авиалайнерах. Но даже такие цены не могли сделать машину рентабельной: если British Airways с ее более интенсивным трафиком в США еще извлекала прибыль, то в Air France «Конкорды» вечно балансировали на грани убыточности.
Самыми предприимчивыми в то время оказались американцы: начав свой проект сверхзвуковой пассажирской машины несколько позже, чем англофранцузские и советские разработчики, они так и не подняли свой самолет в воздух, прекратив разработку Boeing 2707 в 1971 году.
Новая надежда
Вновь о разработке сверхзвуковых пассажирских самолетов заговорили в 1990-х годах. КБ Туполева последовательно представило проекты Ту-244 («апгрейд» Ту-144Д), Ту-344 (сверхзвуковой бизнес-джет на базе бомбардировщика-ракетоносца Ту-22М3), Ту-444 (усовершенствованный проект бизнес-джета). Тогда же свой проект SSBJ продемонстрировало КБ Сухого.
Все эти проекты, впрочем, роднят два фактора. Ни один из них не пошел в сколько-нибудь детальную разработку, и все они были предложены российской промышленностью, переживавшей в 1990-е острый кризис в отсутствие спроса на имевшиеся серийные машины.
Итог был вполне предсказуем: ни один из этих проектов не состоялся. На Западе в это время о сверхзвуковых лайнерах уже особо не задумывались: сложившаяся в 1990-е дуополия Boeing и Airbus, выкативших полную линейку самолетов для средних и дальних рейсов, устраивала всех, не требуя вложений в принципиально новый проект.
Кроме того, в 2000-х годах исчез последний важный фактор, делавший «Конкорды» действительно нужными: развитие технологий видеоконференций и вообще связи резко сократило число важных деловых встреч, требовавших обязательного физического наличия собеседников. Действительно срочные вопросы теперь можно было обсудить дистанционно без потери качества коммуникации, для всего остального хватало скорости обычных лайнеров и бизнес-джетов.
Российский авиапром в это время решал куда более насущную задачу собственного выживания и решил ее в первую очередь через военные поставки - как для собственных ВВС (возобновивших закупки во второй половине 2000-х годов), так и на экспорт. Производство коммерческих авиалайнеров на сегодня ограничено единственным, по сути, серийным самолетом «Сухой Суперджет», хотя есть надежда, что проходящий испытания МС-21 найдет спрос, и даже в больших, чем «Суперджет», масштабах.
Какую задачу в этих условиях может решить постройка в России нового сверхзвукового авиалайнера?
Определенно, такой самолет может быть создан, тем более если речь идет о разработке на основе бомбардировщика Ту-160, серийное производство которого сейчас возобновляется.
Вместе с тем с разработкой самолета проблемы только начнутся. Факторы, сделавшие в свое время невыгодными «Конкорд», никуда не делись. Кроме того, ключевой проблемой российского гражданского самолетостроения является не столько разработка машины самой по себе, сколько качество ее продаж и последующего обслуживания. Именно прогресс в этих технологиях, вроде бы сервисных и второстепенных по сравнению с «благородным металлом» инженерно-конструкторских разработок, сегодня делает столь прочным положение Airbus и Boeing. Создать по-настоящему развитую сеть продаж, лизинга, обслуживания и ремонта - задача ничуть не менее сложная, чем разработка летательного аппарата как таковая, а в условиях острого дефицита соответствующего опыта у отечественного авиационного руководства - возможно, что и более.
В этих условиях очевидно, что гипотетический сверхзвуковой лайнер на базе Ту-160 не предназначен для завоевания мирового рынка пассажирских перевозок. Его потолок - это экстремально дорогой бизнес-джет. Но практический смысл в этом проекте всё же есть. Если такой самолет будет создан, а государство убедит капитанов отечественного бизнеса, что он им нужен, то его серийное производство может сделать строительство бомбардировщиков для вооруженных сил, с учетом роста серийности агрегатов и систем, чуть менее разорительным для бюджета.
Наконец из гражданских лайнеров получаются отличные военные спецборта. А вот сверхзвуковой разведчик и самолет радиоэлектронной борьбы уже может быть нужен и российским военным - помимо чистого бомбардировщика.
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 .