Сверхзвуковой самолет. Сверхзвуковой самолет: история развития Первый сверхзвуковой

После того как человек начал осваивать небесные просторы, он всегда стремился максимально усовершенствовать летательные аппараты, сделать их надежнее, быстрее, вместительнее. Одним из наиболее передовых изобретений человечества в данном направлении являются сверхзвуковые пассажирские самолеты. Но, к сожалению, за редким исключением, большинство разработок было закрыто или в настоящее время находятся на стадии проекта. Одним из таких проектов является сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-244, о котором мы поговорим ниже.

Быстрее звука

Но прежде чем начать разговор непосредственно о Ту-244, давайте сделаем краткий экскурс в историю преодоления человечеством рубежа скорости звука, ведь этот самолет будет являться непосредственным продолжением научных разработок в данном направлении.

Значительный толчок в развитии авиации был дан Второй мировой войной. Именно тогда появились реальные проекты самолетов с способными развивать скорость больше винтовых. Со второй половины 40-х годов прошлого века они активно стали примется как в военной, так и в гражданской авиации.

Следующей задачей стояло максимально увеличить Если выйти на сверхзвуковой барьер не составляло особого труда, просто увеличив мощность двигателей, то преодоление его было значительной проблемой, так как законы аэродинамики на таких скоростях меняются.

Тем не менее первая победа в гонке со звуком была достигнута уже в 1947 году на американском экспериментальном самолете, но массово использоваться сверхзвуковые технологии начались только с конца 50-х - начала 60-х годов XX века в военной авиации. Появились такие серийные модели, как МиГ-19, North American A-5 Vigilante, Convair F-102 Delta Dagger и многие другие.

Пассажирская сверхзвуковая авиация

А вот гражданской авиации так не повезло. Первые сверхзвуковые пассажирские самолеты появились только в конце 60-х годов. Причем по настоящее время было создано только две серийных модели - советский Ту-144 и франко-британский «Конкорд». Это были типичные дальнемагистральные самолеты. Ту-144 был в эксплуатации с 1975 по 1978 годы, а «Конкорд» - с 1976 по 2003 год. Таким образом, в настоящий момент при пассажирских авиаперевозках не используется ни один сверхзвуковой самолет.

Было множество проектов по постройке сверх- и гиперзвуковых авиалайнеров, но одни из них были в итоге закрыты (Douglas 2229, Super-Caravelle, Т-4 и др.), а реализация других растянулась на неопределенно долгое время (Reaction Engines A2, SpaceLiner, Next Generation Supersonic Transport). К последним относится и проект самолета Ту-244.

Начало разработок

Проект по созданию самолета, который должен был прийти на смену Ту-144, запущен ОКБ Туполева ещё в советское время, в начале 70-х годов прошлого века. При проектировании нового авиалайнера, конструкторы использовали разработки его предшественника, «Конкорда», а также материалы американских коллег, принимавших участие в работах. Все разработки проводились под руководством Алексея Андреевича Туполева.

В 1973 году проектируемый самолет получил название Ту-244.

Задачи проекта

Главной задачей данного проекта было создать действительно конкурентный сверхзвуковой самолет для пассажирских перевозок в сравнении с дозвуковыми реактивными авиалайнерами. Чуть ли не единственным преимуществом первых над вторыми был выигрыш в скорости. Во всем остальном сверхзвуковые авиалайнеры проигрывали своим более медленным конкурентам. Пассажирские перевозки на них просто экономически не окупались. К тому же полеты на них были опаснее, чем на простых самолетах с реактивным двигателем. Последний фактор, кстати, стал официальной причиной, по которой была прекращена эксплуатация первого сверхзвукового самолета Ту-144 всего через несколько месяцев после её начала.

Таким образом, именно решение данных проблем и было поставлено перед разработчиками Ту-244. Самолет должен быть надежным, быстрым, но, одновременно, его эксплуатация в целях перевозки пассажиров должна была быть экономически выгодной.

Технические характеристики

Окончательная модель самолета Ту - 244, принятая в разработку должна была иметь нижеперечисленные технические и эксплуатационные характеристики.

Экипаж авиалайнера включал троих человек. Вместимость салона бралась из расчета 300 пассажиров. Правда, в окончательной версии проекта её пришлось сократить до 254 человек, но в любом случае это было намного больше, чем у Ту-154, вмещавшего всего 150 пассажиров.

Планируемая крейсерская скорость составляла 2,175 тыс. км/ч, что двукратно превышало Для сравнения, аналогичный показатель на Ту-144 был равен 2,300 тыс. км/ч, а «Конкорда» - 2,125 тыс. км/ч. То есть самолет планировалось сделать немного медленнее своего предшественника, но за счет этого, значительно повысить его вместимость, что должно было обеспечить экономическую выгоду от перевозок пассажиров. Движение обеспечивали четыре Дальность полета нового самолета должна была составлять 7500-9200 км. Грузоподъемность - 300 тонн.

Авиалайнер должен был иметь в длину 88 м, в высоту 15 м, при этом размах его крыла составлял 45 м, а площадь рабочей поверхности - 965 м 2 .

Главным внешним отличием от Ту-144 должно было стать изменение конструкции носа.

Продолжение разработок

Проект постройки сверхзвукового авиалайнера второго поколения Ту-244 принял довольно затяжной характер и несколько раз претерпевал существенных изменений. Тем не менее даже после распада СССР ОКБ Туполева не прекращало разработок в данном направлении. Например, уже в 1993 году на авиасалоне во Франции была предоставлена подробная информация о разработке. Впрочем, экономическое положение страны в 90-х годах не смогло не сказаться на судьбе проекта. Фактически его участь зависла в воздухе, хотя проектные работы продолжались, да и официального сообщения об его закрытии не было. Именно в это время, к проекту активно стали подключатся американские специалисты, хотя контакты с ними проводились ещё во времена СССР.

Для продолжения исследований по созданию пассажирских сверхзвуковых авиалайнеров второго поколения, в 1993 году два самолета Ту-144 были переоборудованы под летающие лаборатории.

Закрытие или заморозка?

На фоне продолжающихся разработок и заявлений, что к 2025 году самолеты ТУ-244 поступят в эксплуатацию гражданской авиации в количестве 100 единиц, весьма неожиданным стало отсутствие данного проекта в государственной программе по развитию авиации на 2013-2025 гг., которая была принята в 2012 году. Нужно сказать, что в данной программе отсутствовали и ряд других заметных разработок, которые до того времени считались перспективными в авиастроении, например, сверхзвуковой самолет деловой авиации Ту-444.

Данный факт мог говорить о том, что проект Ту-244 либо окончательно закрыт, либо заморожен на неопределенное время. В последнем случае, выпуск этих сверхзвуковых самолетов возможен будет только гораздо позже 2025 года. Впрочем, никаких официальных разъяснений по этому поводу так и не было дано, что оставляет довольно широкое поле для различных интерпретаций.

Перспективы

Учитывая все вышеизложенное, можно заявить, что проект Ту-244 в настоящее время как минимум завис в воздухе, а, возможно, вообще закрыт. Официального объявления о судьбе проекта пока не было. Также не озвучиваются причины, по которым он был приостановлен или навсегда закрыт. Хотя можно предположить, что они могут заключаться в недостатке государственных средств для финансирования подобных разработок, экономической невыгодности проекта, или тем фактором, что за 30 лет он мог просто морально устареть, и теперь на повестке дня стоят более перспективные задачи. Впрочем, вполне возможно влияние всех трех факторов одновременно.

В 2014 году в средствах массовой информации были высказаны предположения о возобновлении проекта, но пока они не получили официального подтверждения, как, впрочем, и опровержения.

Нужно отметить, что и зарубежные разработки сверхзвуковых пассажирских самолетов второго поколения ещё не вышли на финишную прямую, а реализация многих из них под большим вопросом.

В то же время пока нет официального заявления уполномоченных лиц, не стоит полностью ставить крест на проекте самолета Ту-244.

Сверхзвуковые самолеты - летательные аппараты, которые способны совершать полет на скорости, превышающей скорость звука (число Маха M = 1,2-5).

История

Появление в 1940-х годах реактивных истребителей поставило перед конструкторами задачу в дальнейшем увеличении их скорости. Увеличенная скорость улучшала характеристики как бомбардировщиков, так и истребителей.

Первопроходцем в сверхзвуковую эру стал американский летчик-испытатель Чак Йегер. 14.10.1947 г., управляя экспериментальным самолетом Bell X-1 с ракетной силовой установкой XLR-11, в управляемом полете он преодолел скорость звука.

Развитие

Бурное развитие сверхзвуковой авиации началось в 60-70 гг. XX века. Тогда разрешились проблемы аэродинамической эффективности, управляемости и устойчивости самолетов. Большая скорость полета позволила также увеличить практический потолок на более 20 000 м, который являлся комфортной высотой для бомбардировщиков и разведчиков.

До появления зенитно-ракетных установок и комплексов, которые могли поражать цели на больших высотах, главным принципом проведения бомбардировочных операций было удерживание самолетов-бомбардировщиков на максимальной высоте и скорости. Тогда были построены и запущены в серийное производство сверхзвуковые самолеты различного назначения – разведчики-бомбардировщики, перехватчики, истребители, перехватчики-бомбардировщики. Convair F-102 Delta Dagger стал первым сверхзвуковым самолетом-разведчиком, Convair B-58 Hustler – первым сверхзвуковым дальним бомбардировщиком.

В настоящее время проводится проектирование, разработка и выпуск новых самолетов, часть которых производится по особой технологии, снижающей их радиолокационную и визуальную заметность, – «Стелс».

Пассажирские сверхзвуковые самолеты

В истории авиации были созданы только 2 пассажирских сверхзвуковых самолета, которые осуществляли регулярные рейсы. Первый полет советского самолета Ту-144 состоялся 31.12.1968 г., время его эксплуатации – 1975-1978 гг. Англо-французский самолет «Конкорд» сделал первый полет 2.03.1969 г. и эксплуатировался на трансатлантическом направлении в 1976-2003 гг.

Использование таких самолетов позволило не только уменьшить время перелета на дальние расстояния, но и использовать незанятые воздушные линии на больших высотах (около 18 км) в то время, когда высоты 9-12 км, которые использовали лайнеры, были сильно загруженными. Также сверхзвуковые самолеты выполняли рейсы вне воздушных трасс (по спрямленным маршрутам).

Несмотря на провал нескольких проектов околозвуковых и сверхзвуковых самолетов (SSBJ, Ту-444, Ту-344, Ту-244, Lockheed L-2000, Boeing Sonic Cruiser, Boeing 2707) и снятие двух реализованных проектов с эксплуатации, продолжается разработка современных проектов гиперзвуковых авиалайнеров (например SpaceLiner, ZEHST) и десантных (военно-транспортных) самолетов быстрого реагирования. В производство запущен сверхзвуковой бизнес-джет Aerion AS2.

Теоретические вопросы

По сравнению с дозвуковым полет на сверхзвуковой скорости выполняется по другому закону, потому что при достижении самолетом скорости звука происходят изменения в схеме обтекания, как следствие, увеличивается кинетический нагрев аппарата, возрастает аэродинамическое сопротивление, наблюдается смена аэродинамического фокуса. Все это в сумме сказывается на ухудшении управляемости и устойчивости самолета. Также появилось неизвестное доселе явление волнового сопротивления.

Поэтому эффективный полет при достижении скорости звука требует не просто увеличения мощности двигателей, но и внедрения новых конструктивных решений.

Поэтому такие самолеты получили изменение в своем внешнем облике – появились острые углы и характерные прямые линии по сравнению с «гладкой» формой дозвуковых самолетов.

На сегодняшний день задача создания действительно эффективного сверхзвукового самолета не решена. Создатели обязаны находить компромисс между сохранением нормальных взлетно-посадочных характеристик и требованием увеличения скорости.

Поэтому завоевание современной авиацией новых рубежей по высоте и скорости связано не только с внедрением новых двигательных установок и компоновочных схем, но и с изменениями геометрии полетов. Эти изменения должны улучшать качества самолета при полете на больших скоростях, не ухудшая при этом их характеристики на малых скоростях, и наоборот. Конструкторы в последнее время отказываются от уменьшения площади крыльев и толщины их профилей, увеличения угла стреловидности, возвращаясь к крыльям большой относительной толщины и малой стреловидности, если удалось достигнуть требований практического потолка и скорости.

Важно, чтобы сверхзвуковой самолет обладал хорошими летными данными на малых скоростях и был устойчив к лобовому сопротивлению при больших скоростях, особенно на приземных высотах.

Классификация самолетов:

Обычный пассажирский самолет летает со скоростью порядка 900 км/час. Реактивный военный истребитель может развивать примерно втрое большую скорость. Однако современные инженеры из РФ и других стран мира активно разрабатывают еще более скоростные машины — гиперзвуковые самолеты. В чем специфика соответствующих концепций?

Критерии гиперзвукового самолета

Что такое гиперзвуковой самолет? Под таковым принято понимать аппарат, способный летать со скоростью, многократно превышающий таковую для звука. Подходы исследователей к определению конкретного ее показателя разнятся. Распространена методология, по которой самолет следует считать гиперзвуковым, если он кратно превышает скоростные показатели самых быстрых современных сверхзвуковых аппаратов. Которые составляют порядка 3-4 тыс. км/ч. То есть гиперзвуковой самолет, если придерживаться данной методологии, должен развивать скорость от 6 тыс. км/ч.

Беспилотные и управляемые аппараты

Подходы исследователей могут разниться также в аспекте определения критериев отнесения того или иного аппарата к самолетам. Есть версия, что к таковым правомерно относить только те машины, которые управляются человеком. Есть точка зрения, по которой самолетом также можно считать и беспилотный аппарат. Поэтому некоторые аналитики классифицируют машины рассматриваемого типа на те, что подлежат управлению человеком, и те, которые функционируют автономно. Подобное деление может быть оправдано, поскольку беспилотные аппараты могут обладать намного более внушительными техническими характеристиками, например, в части перегрузок и скорости.

Вместе с тем многие исследователи рассматривают гиперзвуковые самолеты как единую концепцию, для которой ключевой показатель — скорость. Неважно, сидит ли за штурвалом аппарата человек либо машина управляется роботом — главное, чтобы самолет был в достаточной мере быстрым.

Взлет — самостоятельный или с посторонней помощью?

Распространена классификация гиперзвуковых летательных аппаратов, в основе которой — отнесение их к категории тех, что способны взлетать самостоятельно, либо тех, которые предполагают размещение на более мощном носителе — ракете либо грузовом самолете. Есть точка зрения, по которой к аппаратам рассматриваемого типа правомерно относить главным образом те, что способны взлетать самостоятельно либо при минимальном задействовании иных типов техники. Однако те исследователи, которые считают, что основной критерий, характеризующий гиперзвуковой самолет, — скорость, должен быть первостепенным при любой классификации. Будь то отнесение аппарата к беспилотным, управляемым, способным взлетать самостоятельно либо с помощью других машин — если соответствующий показатель достигает указанных выше значений, то значит, речь идет о гиперзвуковом самолете.

Основные проблемы гиперзвуковых решений

Концепциям гиперзвуковых решений — много десятилетий. На протяжении всех лет разработки соответствующего типа аппаратов мировые инженеры решают ряд существенных проблем, объективно мешающих поставить выпуск «гиперзвука» на поток — подобно организации производства турбовинтовых самолетов.

Основная сложность в конструировании гиперзвуковых самолетов — создание двигателя, способного быть в достаточной мере энергоэффективным. Другая проблема — выстраивание необходимой аппарата. Дело в том, что скорость гиперзвукового самолета в тех значениях, что мы рассмотрели выше, предполагает сильный нагрев корпуса за счет трения об атмосферу.

Сегодня мы рассмотрим несколько образцов удачных прототипов летательных аппаратов соответствующего типа, разработчики которых смогли значительно продвинуться вперед в части успешного решения отмеченных проблем. Изучим теперь наиболее известные мировые разработки в части создания гиперзвуковых летательных аппаратов рассматриваемого типа.

от Boeing

Самый быстрый гиперзвуковой самолет в мире, как считают некоторые эксперты, это американский Boeing X-43A. Так, в ходе тестирования данного аппарата было зафиксировано, что он достигал скорости, превышающей 11 тыс. км/час. То есть примерно в 9,6 раза быстрее

Чем особенно примечателен гиперзвуковой самолет X-43A? Характеристики данного летательного аппарата таковы:

Предельная скорость, зафиксированная на тестах, - 11 230 км/час;

Размах крыльев - 1,5 м;

Длина корпуса - 3,6 м;

Двигатель - прямоточный, Supersonic Combustion Ramjet;

Топливо - атмосферный кислород, водород.

Можно отметить, что рассматриваемый аппарат относится к самым экологичным. Дело в том, что используемое топливо практически не предполагает выделения вредных продуктов горения.

Гиперзвуковой самолет X-43A был разработан совместными усилиями инженеров NASA, а также компаний Orbical Science Corporation и Minocraft. создавался порядка 10 лет. В его разработку было вложено около 250 млн. долларов. Концептуальная новизна рассматриваемого самолета в том, что он был задуман с целью испытания новейшей технологии обеспечения работы двигательной тяги.

Разработка от Orbital Science

Компания Orbital Science, которая, как мы отметили выше, приняла участие в создании аппарата X-43A, успела также создать свой гиперзвуковой самолет — X-34.

Его предельная скорость — более 12 тыс. км/ч. Правда, в ходе практических тестов она не была достигнута — более того, не удалось достичь показателя, который показан самолетом X43-A. Рассматриваемый летательный аппарат ускоряется при задействовании ракеты «Пегас», функционирующей на твердом топливе. Машина X-34 была впервые испытана в 2001 году. Рассматриваемый самолет ощутимо больше аппарата от Boeing — его длина составляет 17,78 м, размах крыльев — 8,85 м. Максимальная высота полета гиперзвуковой машины от Orbical Science — 75 километров.

Летательный аппарат от North American

Еще один известный гиперзвуковой самолет — X-15, выпущенный компанией North American. Данный аппарат аналитики относят к экспериментальным.

Он оснащен что дает повод некоторым экспертам не относить его, собственно, к классу самолетов. Однако наличие ракетных двигателей позволяет аппарату, в частности, совершать Так, во время одного из испытаний в таком режиме он был протестирован пилотами. Предназначение аппарата X-15 — исследование специфики гиперзвуковых полетов, оценка тех или иных конструкторских решений, новых материалов, особенностей управления подобными машинами в различных слоях атмосферы. Примечательно, что была утверждена еще в 1954 году. Летает X-15 со скоростью более 7 тыс. км/час. Дальность его полета — более 500 км, высота превышает 100 км.

Самые быстрые серийные самолеты

Изученные нами выше гиперзвуковые аппараты фактически относятся к категории исследовательских. Полезно будет рассмотреть некоторые серийные образцы самолетов, приближенных по характеристикам к гиперзвуковым или являющихся (по той или иной методологии) ими.

В числе подобных машин — американская разработка SR-71. Данный самолет некоторые исследователи не склонны относить к гиперзвуковым, поскольку его предельна скорость составляет порядка 3,7 тыс. км/час. В числе наиболее примечательных его характеристик — взлетная масса, которая превышает 77 тонн. Длина аппарата — более 23 м, размах крыльев — более 13 м.

Одним из самых быстрых военных самолетов считается российский МиГ-25. Аппарат может развивать скорость более 3,3 тыс. км/ч. Максимальный взлетный вес российского самолета — 41 тонна.

Таким образом, на рынке серийных решений, приближенных по характеристикам к гиперзвуковым, РФ — в числе лидеров. Но что можно сказать о российских разработках в части «классических» гиперзвуковых самолетов? Способны ли инженеры из РФ создать решение, конкурентное машинам от Boeing и Orbital Scence?

Российские гиперзвуковые аппараты

В данный момент российский гиперзвуковой самолет находится в стадии разработки. Но идет она достаточно активно. Речь идет о самолете Ю-71. Его первые испытания, судя по сообщениям в СМИ, были проведены в феврале 2015 года под Оренбургом.

Предполагается, что самолет будет использоваться в военных целях. Так, гиперзвуковой аппарат сможет при необходимости осуществлять доставку поражающих средств на значительные расстояния, вести мониторинг территории, а также задействоваться как элемент штурмовой авиации. Некоторые исследователи полагают, что в 2020-2025 гг. в РВСН поступит порядка 20 самолетов соответствующего типа.

В СМИ есть сведения о том, что рассматриваемый гиперзвуковой самолет России будет размещаться на баллистической ракете «Сармат», которая также находится на стадии проектирования. Некоторые аналитики считают, что разрабатываемый гиперзвуковой аппарат Ю-71 — это не что иное, как боеголовка, которая должна будет отделяться от баллистической ракеты на конечном участке полета, чтобы затем, благодаря высокой, характерной для самолета маневренности, преодолевать системы ПРО.

Проект «Аякс»

В числе наиболее примечательных проектов, связанных с разработкой гиперзвуковых самолетов, — «Аякс». Изучим его подробнее. Гиперзвуковой самолет «Аякс» — концептуальная разработка советских инженеров. В научной среде разговоры о ней начались еще в 80-е годы. В числе наиболее примечательных характеристик — наличие системы тепловой защиты, которая призвана защищать корпус от перегрева. Таким образом, разработчики аппарата «Аякс» предложили решение одной из «гиперзвуковых» проблем, обозначенных нами выше.

Традиционная схема тепловой защиты летательных машин предполагает размещение на корпусе особых материалов. Разработчики «Аякса» предложили иную концепцию, по которой предполагалось не защищать аппарат от внешнего нагрева, а впускать тепло внутрь машины, одновременно увеличивая ее энергоресурс. Основным конкурентом советского аппарат считался гиперзвуковой самолет «Аврора», создаваемый в США. Однако в связи с тем, что конструкторы из СССР существенно расширили возможности концепции, на новую разработку был возложен самый широкий круг задач, в частности, исследовательских. Можно сказать, что «Аякс» — гиперзвуковой многоцелевой самолет.

Рассмотрим более подробно технологические новшества, предложенные инженерами из СССР.

Итак, советские разработчики «Аякса» предложили использовать тепло, возникающее как результат трения корпуса самолета об атмосферу, преобразовывать в полезную энергию. Технически это могло быть реализовано посредством размещения на аппарате дополнительных оболочек. В результате формировалось что-то вроде второго корпуса. Его полость предполагалось заполнить неким катализатором, например, смесью горючего материала и воды. Теплоизолирующий слой, изготовленный из твердого материала, в «Аяксе» предполагалось заменить на жидкостный, который, с одной стороны, должен был защищать двигатель, с другой — способствовал бы каталитической реакции, которая, между тем, могла сопровождаться эндотермическим эффектом — перемещением тепла с наружной части корпуса внутрь. Теоретически охлаждение внешних частей аппараты могло быть каким угодно. Избыточное тепло, в свою очередь, предполагалось задействовать с целью повышения эффективности работы двигателя самолета. При этом данная технология позволяла бы генерировать вследствие реакции топлива и виды свободный водород.

В данный момент доступные широкой публике сведения о продолжении разработки «Аякса» отсутствуют, однако исследователи считают весьма перспективным внедрение советских концепций в практику.

Китайские гиперзвуковые аппараты

Конкурентом России и США на рынке гиперзвуковых решений становится Китай. В числе самых известных разработок инженеров из КНР — летательный аппарат WU-14. Он представляет собой гиперзвуковой управляемый планер, размещаемый на баллистической ракете.

МБР запускает летательный аппарат в космос, откуда машина резко пикирует вниз, развивая гиперзвуковую скорость. Китайский аппарат может монтироваться на разных МБР, обладающих дальностью от 2 до 12 тыс. км. Установлено, что в ходе тестов аппарат WU-14 смог развить скорость, превышающую 12 тыс. км/ч, превратившись, таким образом, в самый быстрый гиперзвуковой самолет по версии некоторых аналитиков.

Вместе с тем многие исследователи считают, что китайскую разработку не вполне правомерно относить к классу самолетов. Так, распространена версия, по которой аппарат следует классифицировать именно как боеголовку. Причем весьма эффективную. При полете вниз с отмеченной скоростью даже самые современные системы ПРО не смогут гарантировать перехвата соответствующей цели.

Можно отметить, что разработками гиперзвуковых аппаратов, задействуемых в военных целях, занимаются также Россия и США. При этом российская концепция, по которой предполагается создавать машины соответствующего типа, значительно отличается, как свидетельствуют данные в некоторых СМИ, от технологических принципов, реализуемых американцами и китайцами. Так, разработчики из РФ концентрируют усилия в области создания летательных аппаратов, оснащенных прямоточным двигателем, способных запускаться с земли. Россия планирует сотрудничество в этом направлении с Индией. Гиперзвуковые аппараты, создаваемые по российской концепции, как считают некоторые аналитики, характеризуются меньшей стоимостью и более широкой областью применения.

Вместе с тем гиперзвуковой самолет России, о котором мы сказали выше (Ю-71), предполагает, как считают некоторые аналитики, как раз-таки размещения на МБР. Если этот тезис окажется верным, то можно будет говорить о том, что инженеры из РФ работают сразу по двум популярным концептуальным направлениям в строительстве гиперзвуковых летательных аппаратов.

Резюме

Итак, вероятно, самый быстрый гиперзвуковой самолет в мире, если говорить о летательных аппаратах безотносительно их классификации, это все же китайский аппарат WU-14. Хотя нужно понимать, что реальные сведения о нем, в том числе касающиеся испытаний, могут быть засекречены. Это вполне соответствует принципам китайских разработчиков, которые часто во что бы то ни стало стремятся сохранить свои военные технологии в тайне. Скорость самого быстрого гиперзвукового самолета — более 12 тыс. км/ч. Его «догоняет» американская разработка X-43A — многие эксперты считают самым скоростным именно его. Теоретически гиперзвуковой самолет X-43A, а также китайский WU-14 может догнать разработка от Orbical Science, рассчитанная на скорость более 12 тыс. км/ч.

Характеристики российского самолета Ю-71 пока что не известны широкой публике. Вполне возможно, что они будут приближены к параметрам китайского летательного аппарата. Российские инженеры также ведут разработки по гиперзвуковому самолету, способному взлетать не на базе МБР, а самостоятельно.

Текущие проекты исследователей из России, Китая и США так или иначе связаны с военной сферой. Гиперзвуковые самолеты, безотносительно их возможной классификации, рассматриваются в первую очередь как носители вооружений, скорее всего, ядерных. Однако в работах исследователей из различных стран мира встречаются тезисы о том, что «гиперзвук», подобно атомным технологиям, вполне может быть мирным.

Дело за появлением доступных и надежных решений, позволяющих организовать серийное производство машин соответствующего типа. Использование подобных аппаратов возможно в самом широком спектре отраслей хозяйственного развития. Наибольшую востребованность гиперзвуковые летательные аппараты, вероятно, найдут в космической и исследовательской индустрии.

По мере удешевления технологий производства соответствующих машин заинтересованность в инвестировании в подобные проекты могут начать проявлять транспортные бизнесы. Промышленные корпорации, поставщики различных сервисов могут начать рассматривать «гиперзвук» как инструмент повышения конкурентоспособности бизнеса в части организации международных коммуникаций.

Сверхзвуковая скорость – это скорость, при которой объект движется быстрее звука. Скорость при полете сверхзвукового самолета измеряется в Махах – скорость самолета в определенной точке пространства относительно скорости звука в этой же точке. Сейчас подобными скоростями передвижения удивить довольно сложно, а еще каких-то 80 лет назад об этом только мечтали.

С чего все началось

В сороковых годах ХХ века во время Второй Мировой Войны над решением этого вопроса активно работали немецкие конструкторы, надеясь с помощью подобных летательных аппаратов переломить ход войны. Как мы знаем, у них этого не получилось, война закончилась. Однако в 1945 г., ближе к ее завершению, немецкий пилот Л. Гофман, испытывая первый в мире реактивный истребитель Me-262, на высоте 7200 м смог развить скорость около 980 км/ч.

Первым, кто воплотил мечту всех летчиков о преодолении сверхзвукового барьера, стал американский пилот-испытатель Чак Йегер. В 1947 году этот пилот первым в истории сумел преодолеть скорость звука на пилотируемом аппарате. Он управлял прототипным летательным аппаратом Bell X-1 с ракетным двигателем. Кстати, захваченные во время войны немецкие ученые и их разработки, довольно сильно способствовали появлению этого аппарата, как и, собственно, всему дальнейшему развитию летных технологий.

В Советском Союзе достигли скорости звука 26 декабря 1948 г. Это был экспериментальный самолет ЛА-176, на высоте полета 9060 м, который пилотировали И.Е. Федоров и О.В. Соколовский. Примерно через месяц на данном самолете, но уже с более совершенным двигателем, была не только достигнута, но и превышена скорость звука на 7000 м. Проект ЛА-176 был весьма перспективным, но из-за трагической гибели О.В. Соколовского, управлявшего этим аппаратом, разработки были закрыты.

В дальнейшем развитие данной отрасли несколько замедлилось, так как возникло значительное количество физических сложностей, связанных с управлением летательным аппаратом на сверхзвуковых скоростях. На высоких скоростях начинает проявляться такое свойство воздуха, как сжимаемость, аэродинамическая обтекаемость становится совершенно иной. Появляется волновое сопротивление, и такое неприятное для любого летчика явление, как флаттер – самолет начинает сильно нагреваться.

Столкнувшись с этими проблемами, конструкторы начали искать кардинальное решение, способное преодолеть сложности. Таким решением оказался полный пересмотр конструкции летательных аппаратов, предназначенных для сверхзвуковых полетов. Те обтекаемые формы авиалайнеров, которые мы сейчас наблюдаем, – результат многолетних научных изысканий.

Дальнейшее развитие

На тот момент, когда только окончилась Вторая Мировая, и началась корейская и вьетнамская войны, развитие отрасли могло происходить только через военные технологии. Именно поэтому первыми серийными самолетами, способными летать быстрее скорости звука, стали Советский Миг-19 (NATO Farmer) и американский F-100 Super Sabre. Рекорд скорости был за американским самолетом – 1215 км/ч (установлен 29 октября 1953 г.), но уже в конце 1954 г. Миг-19 смогли разогнать до 1450 км/ч.

Интересный факт. Хоть СССР и Соединенные Штаты Америки не вели официальных боевых действий, но реальные многократные боестолкновения во время Корейской и Вьетнамской войн, показали неоспоримое преимущество Советской техники. К примеру, наши Миг-19 были значительно легче, обладали двигателями с лучшими динамическими характеристиками и, как следствие, с более быстрой скороподъемностью. Радиус возможного боевого применения самолета был на 200 км больше у Миг-19. Именно поэтому американцы очень хотели заполучить неповрежденный образец и даже объявили награду за выполнение такой задачи. И она была реализована.

Уже после окончания Корейской войны 1 самолет Миг-19 был угнан с авиабазы офицером ВВС Кореи Но Гым Соком. За что американцы выплатили ему положенные 100000 долларов в качестве награды, за доставку неповрежденного самолета.

Интересный факт. Первой женщиной-пилотом, достигшим скорости звука, является американка Жаклин Кохран. Она достигла скорости 1270 км/ч, пилотируя самолет F-86 Sabre.

Развитие гражданской авиации

В 60х годах прошлого века после появления опробованных во время войн технических наработок, авиация начала бурно развиваться. Нашлись решения для существующих проблем сверхзвуковых скоростей, и тогда началось создание первых сверхзвуковых пассажирских самолетов.

Первый в истории полет гражданского авиалайнера со скоростью, превышающей скорость звука, произошел 21 августа 1961 г. на самолете Douglas DC-8. На момент полета на самолете не было пассажиров, кроме пилотов, был размещен балласт для соответствия полной загрузки лайнера в данных экспериментальных условиях. Была достигнута скорость 1262 км/ч при спуске с высоты 15877 м до 12300 м.

Интересный факт. Boeing 747 SP-09 Китайских авиалиний (China Airlines) 19 февраля 1985 г., совершая перелет из тайваньского Тайпея в Лос-Анжелес, вошел в неуправляемое пике. Причиной тому послужили неисправности двигателя и последующие неквалифицированные действия персонала. Во время пикирования с высоты 12500 м до 2900 м, где экипаж и смог стабилизировать самолет, была превышена скорость звука. При этом не рассчитанный на подобные перегрузки лайнер получил серьезные повреждения хвостовой части. Однако при всем этом, серьезно пострадали всего 2 человека на борту. Самолет сел в Сан-Франциско, был отремонтирован и в дальнейшем снова осуществлял пассажирские перелеты.

Однако действительно настоящих сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС), способных осуществлять регулярные перелеты со скоростями выше скорости звука, было сконструировано и построено все два типа:

• Советский авиалайнер Ту-144;
• Англо-французский самолет Aérospatiale-BAC Concorde.

Только эти два летательных аппарата были в состоянии поддерживать крейсерскую сверхзвуковую скорость (англ. supercruise). На тот момент они превосходили даже большинство боевых самолетов, конструкция этих лайнеров была уникальна для своего времени. Существовало всего несколько типов самолетов, способных летать в режиме суперкруиза, на сегодняшний день большинство современных военных машин оснащены такими возможностями.

Авиация СССР

Советский Ту-144 был построен несколько раньше европейского аналога, поэтому можно считать его первым в мире пассажирским сверхзвуковым лайнером. Внешний вид этих самолетов, как Ту-144, так и Конкорда, и сейчас не оставит равнодушным ни одного человека. Вряд ли в истории авиастроения были более красивые машины.

У Ту-144 привлекательные характеристики, за исключением дальности практического применения: выше крейсерская и меньше посадочная скорости, более высокий потолок полета, но и история нашего лайнера значительно трагичнее.

Важно! Ту-144 не только первый летающий, но и первый разбившийся пассажирский сверхзвуковой лайнер. Катастрофа на авиасалоне в Ле-Бурже 3 июня 1973 г., в которой погибло 14 человек, стала первым шагом к завершению полетов Ту-144. Однозначные причины так и не были установлены, а итоговая версия катастрофы вызывает множество вопросов.

Вторая катастрофа под Егорьевском в Московской области 23 мая 1978 г., где в полете произошло возгорание, и при посадке погибли 2 члена экипажа, стала окончательной точкой в решении о прекращении эксплуатации этих самолетов. Несмотря на то, что после анализа было установлено, что возгорание произошло в результате наличия недоработки в топливной системе нового, тестируемого двигателя, а сам самолет показал прекрасную управляемость и надежность конструкции, когда горящий смог произвести посадку, машины сняли с рейсов и вывели из коммерческой эксплуатации.

Как вышло за рубежом

Европейский Конкорд, в свою очередь, отлетал гораздо дольше с 1976 г. по 2003 г. Однако из-за нерентабельности (самолет так и не смогли вывести на минимальную окупаемость), эксплуатацию также в итоге свернули. Во многом это произошло из-за авиакатастрофы в Париже 25 июля 2000 г.: при взлете из аэропорта Шарль Де Голль загорелся двигатель, и самолет рухнул на землю (погибло 113 человек, в том числе 4 на земле), а также террористическим атакам 11 сентября 2001 г. Несмотря на то, что это была единственная катастрофа самолета за 37 лет эксплуатации, а теракты не имели непосредственного отношения к Конкорду, общее снижение потока пассажиров уменьшило и без того отсутствующую рентабельность полетов и привело к тому, что последний рейс данный самолет совершил по маршруту Хитроу – Филтон 26 ноября 2003 г.

Интересный факт. Билет на рейс Конкорда в 70е годы стоил не меньше 1500 долларов в один конец, ближе к концу девяностых цена выросла до 4000 долларов. Билет за место на последнем рейсе этого лайнера стоил уже 10000 долларов.

Сверхзвуковая авиация на данный момент

На сегодняшний день решений, подобным Ту-144 и Конкорд, не предвидится. Но, если вы тот человек, которому неважна стоимость билетов, – есть ряд наработок в сфере бизнес перелетов и маломестных воздушных средств.

Наиболее перспективная разработка – самолет XB-1 Baby Boom американской компании Boom technology из Колорадо. Это маленький самолет, длиной около 20 м и размахом крыльев в 5,2 м. Он оборудован 3мя двигателями, разработанными в пятидесятых годах для крылатых ракет.

Вместительность планируется сделать около 45 человек, при дальности перелета 1800 км на скорости до 2х махов. На данный момент это пока разработка, но первый полет прототипа планируется произвести уже в 2018 г., а сам самолет должен пройти сертификацию к 2023му году. Создатели планируют использовать разработку как в качестве бизнес-джета для частных перевозок, так и на регулярных рейсах малой вместительности. Планируемая стоимость для перелета на данной машине будет составлять около 5000 долларов, что достаточно много, но при этом сопоставимо со стоимостью перелета в бизнес классе.

Однако если смотреть на всю отрасль гражданских авиаперевозок в целом, то с сегодняшним уровнем развития технологий, выглядит все не очень перспективно. Крупные компании больше озабочены получением выгоды и рентабельностью проектов, чем новыми разработками в области сверхзвуковых полетов. Причина в том, что за всю историю авиации не было в достаточной степени успешных реализаций задач подобного рода, сколько ни пробовали достичь целей, все они в той или иной степени провалились.

В целом те конструкторы, которые занимаются текущими проектами, – это скорее энтузиасты, с оптимизмом смотрящие в будущее, которые, конечно, рассчитывают получать прибыли, но достаточно реалистично смотрят на итоги, да и большая часть проектов пока существует только на бумаге, и аналитики достаточно скептично смотрят на возможность их реализации.

Один из немногих действительно крупных проектов – это запатентованный в прошлом году компанией Airbus сверхзвуковой самолет Concorde-2. Конструктивно он будет представлять собой летательный аппарат с тремя типами двигателей:

• Турбовентиляторные реактивные двигатели. Будут устанавливаться в передней части самолета;
• Гиперзвуковые воздушно-реактивные двигатели. Будут монтироваться под крыльями лайнера;
• Ракетные двигатели. Установлены в хвостовой части фюзеляжа.

Эта конструктивная особенность предполагает работу различных двигателей на определенных этапах полета (взлет, посадка, движение на крейсерской скорости).

Учитывая одну из основных проблем гражданских авиаперевозок – шум (стандарты организации воздушного движения в большинстве стран выставляют ограничение на уровень шума, если аэропорт расположен близко к жилым зонам, это накладывает ограничения на возможность ночных полетов), компания Airbus для проекта Concorde-2 разработала специальную технологию, позволяющую производить вертикальный взлет. Это позволит практически избежать попадания ударных волн на поверхность земли, что в свою очередь, обеспечит отсутствие дискомфорта для людей внизу. Также благодаря подобной конструкции и технологии полет авиалайнера будет проходить на высоте около 30-35000 м (на данный момент гражданская авиация летает максимум на 12000 м), что будет способствовать снижению шума не только при взлете, но и на протяжении всего полета, так как с такой высоты ударные звуковые волны не смогут достичь поверхности.

Будущее сверхзвуковых полетов

Не все так печально, как может показаться на первый взгляд. Кроме гражданской авиации существует и всегда будет существовать военная отрасль. Боевые потребности государства как раньше двигали развитие авиации, так и продолжат это делать. Армии всех государств нуждаются во все более совершенных летательных аппаратах. Из года в год эта потребность только возрастает, что влечет за собой создание новых конструкторских и технологических решений.

Рано или поздно развитие выйдет на такой уровень, когда использование военных технологий, возможно, станет рентабельным и в мирных целях.

Видео

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 .