У какого самолета очень сильный звук. Что такое воздушная яма? Полет на самолете

Летчики-блоггеры рассказывают пассажирам, чего на самом деле стоит и чего не стоит бояться в полете.

Сезон отпусков в самом разгаре. Многие и рады бы рвануть куда-нибудь к морю, но страх перелета пересиливает желание погреться на южном солнышке. История с крушением под Смоленском лайнера с президентом Польши на борту еще больше усилила этот страx: если падают борты № 1, то надеяться на надежность простого гражданского самолета и подавно не стоит. Но авиаторы иного мнения: самолет - это самый безопасный транспорт. Летчики-блоггеры, устав от пьяных истерик на борту, решили бороться с аэрофобией пассажиров, рассказав, почему не страшны воздушные ямы, и что у лайнера в полете должно "стучать, греметь и мигать". Идея пришла в голову бывшему военному летчику, а ныне капитану воздушного судна гражданской авиации Алексею Кочемасову, известному в Интернете под ником "летчик-леха". Поддержали его и коллеги из других авиакомпаний.

Турбулентность - это нормально

Больше всего пассажиров пугает, когда самолет попадает в зону турбулентности. На языке пилотов это "болтанка". Самолет начинает подтряхивать, а иногда он и вовсе "прыгает" то вверх, то вниз и тревожно "машет крыльями".

Болтанка может возникнуть как в облаках, так и вне их. Это будет турбулентность ясного неба, - рассказывает Алексей Кочемасов. - Облака для самолета - то же, что ухабы на дороге для машины. Если нет ветра, температура равномерно распределена по высотам, влажность и давление равномерны. Полет спокоен и безмятежен. А если тучи и ветер, есть разница в температуре восходящих и нисходящих потоков, то, скорее всего, в полете будет трясти. Над горами и большой водой трясет всегда, но не обязательно сильно. Но самолеты проектируют с расчетом на зоны турбулентности. Поэтому бояться, что самолет, попав в воздушную яму, развалится, не стоит. Ничего у него не отвалится и не оторвется.

Опасна ли болтанка для самолета? Может ли он рухнуть?

Болтанка неприятна для многих, но она не опасна, - успокаивает летчик. - Однако полеты в зоне сильной турбулентности не приветствуются. Пилоты стараются избежать попадания в турбулентность, а если и попадают, то стремятся выскочить из этих зон как можно быстрее. Заход в зону турбулентности не бывает неожиданным. Пилоты к ней готовы и знают маршруты обхода или выхода.

Что на самом деле опасно

К опасным метеоявлениям летчики относят: грозу, обледенение, сдвиг ветра и его микропорывы (еще их называют микровзрывами), шквал, пыльная или песчаная буря, облака пепла от вулканов (могут подниматься на высоту до 14 километров), смерчи, сильные ливневые осадки, сверхвысокие и сверхнизкие температуры. Если за окном что-то из перечисленного, то погода признается нелетной. Если экипаж сталкивается с таким метеоявлением на рейсе, то действует по инструкции.

Грозы

Бывают разными: фронтальными (теплый воздух вытесняет холодный), орографическими (воздух поднимается вдоль горных склонов), внутримассовыми (при неравномерном прогревании приземного слоя воздуха), сухими (без выпадения осадков).

Половина всех гроз продолжается не более часа. Полеты в зоне грозовых облаков опасны: там наблюдаются мощные восходящие и нисходящие потоки воздуха до 20 - 30 м/сек., более интенсивное обледенение, разряды молнии, град, сильные ливневые дожди, плохая видимость.

Мы про грозы знаем и стараемся туда не лезть, - уверяет Алексей Кочемасов. - У самолета есть локатор, который хорошо видит грозовые очаги. В зависимости от плотности облаков на его экране грозовой объект высвечивается различными цветами. Слабая облачность - едва зеленый цвет, более плотные облака - ярко-зеленый, грозовые облака - ярко-красный цвет, облака, содержащие градообразования (лед), - пурпурно-красный. Сдвиг ветра и сильная болтанка - темно-вишневый.

В зависимости от цвета на локаторе экипаж решает: идет ли он по заданному маршруту или выбирает новый.

Обледенение

Это очень опасно. Внешние и лобовые поверхности самолета покрываются льдом. Лайнер становится похож на креветку из супермаркета. Обледенение происходит при полете в атмосфере с переохлажденными каплями воды. При обледенении перестают работать законы аэродинамики: самолет молниеносно тяжелеет, ухудшаются несущие свойства крыла, лайнер становится неуправляемым. Иногда может обледенеть и двигатель.

Авиация умеет бороться с этим явлением.

Наиболее сильное обледенение возникает у земли или даже на самой "бетонке". При опасности "замерзнуть" еще в аэропорту (снег, дождь при минусовой температуре, иней, гололед) самолет перед вылетом обязательно обрабатывают противообледенительной жидкостью. Обливают все: крылья, хвост, стабилизатор.

Если меня облили жидкостью, которая эффективна в течение получаса, а я прорулил по аэродрому и простоял перед полосой дольше, то я не полечу. Я вернусь и снова обольюсь! - уверяет наш консультант. - И пусть пассажиры матерят авиакомпанию и "честят по маме" командира. Жизнь дороже!

В воздухе обледенение менее вероятно, но если возникает, то более интенсивно. Здесь уже работает экипаж: запускает противообледенительную систему, обдающую замерзшие части горячим воздухом. Когда-то с этой бякой боролись, поливая корпус чистым спиртом. На борт поднимали до 200 литров этой бесценной жидкости и брызгали на стекло, как на автомобиле: перед лобовым стеклом стоял бачок и спецрычажок.

Если противообледенительная система не справляется, то пилоты покидают опасную зону облачности.

Разворачиваемся и улепетываем так, чтобы пятки сверкали! - признается Кочемасов.

Ликбез

Полет идет нормально, если:

При рулении вы чувствуете вибрацию и скрип колес. Это выпускаются закрылки-предкрылки, проверяются гидросистема и тормоза. Закрылки двигаются для того, чтобы увеличить подъемную силу. После взлета они убираются обратно. Перед посадкой снова выпускаются.

При запуске двигателей освещение и кондиционеры резко выключились, а потом включились. Это источники питания переключились от внешнего генератора к генератору на борту.

После взлета под полом что-то стучит и скрипит - это убираются шасси.

После взлета и перед началом снижения двигатель работает тише. Это уменьшилась тяга двигателей - так и должно быть.

Во время болтанки крыло "машет". Все в порядке - крылья лайнера гибкие и проектируются с расчетом на турбулентность.

В иллюминаторе что-то мигает. Это работают проблесковые маячки, установленные на крыльях. Часто их свет отражается от облаков, создавая иллюзию молнии.

После приземления раздается "задувающий" звук - это реверс тяги двигателя при помощи струи воздуха замедляет бег самолета.

Приземлившись, самолет резко тормозит и вибрирует. Чем короче полоса, тем резче остановка.

В дождь самолет "шмякается" о бетон - жесткая посадка обеспечивает лучшее сцепление с асфальтом. Вибрация - это срабатывает противоюзовое устройство, которое предотвращает скольжение.

А в это время

Разгорается скандал: австралийские стюардессы увидели в Интернете постеры с обнаженными девушками в салоне самолета и оскорбились. Бортпроводницы с Зеленого континента считают, что подобное фото вызывает всплеск насилия по отношению к работницам авиатранспорта, т. к. некоторые пассажиры начинают воспринимать их как сексуальный объект.

Кто же на самом деле сделал и вывесил в Сети скандальные ню, до сих пор неизвестно.

Кстати

На взлете экипаж читает "молитву".

Перед вылетом пилоты запускают все системы, необходимые для безопасного перелета. И после каждого выполненного действия читают Карту Контрольных Проверок. Этот документ - своеобразная "библия" для экипажа или, как ее называют сами летчики, "молитва". В результате ее чтения проверяют, все ли сделано правильно, чтобы в случае чего вовремя исправить неполадки.

Прошел звуковой барьер:-)...

Прежде чем пуститься в разговоры по теме, внесем некоторую ясность в вопрос о точности понятий (то, что мне нравится:-)). Сейчас в достаточно широком употреблении находятся два термина: звуковой барьер и сверхзвуковой барьер . Звучат они похоже, но все же неодинаково. Однако, строгости особой разводить смысла нет: по сути это одно и то же. Определением звуковой барьер пользуются чаще всего люди более сведущие и более близкие к авиации. А вторым определением обычно все остальные.

Я думаю, что с точки зрения физики (и русского языка:-)) более правильно говорить все же звуковой барьер. Здесь простая логика. Ведь существует понятие скорость звука , а фиксированного понятия скорость сверхзвука, строго говоря, нет. Чуть забегая вперед скажу, что когда летательный аппарат летит на сверхзвуке, то он уже этот барьер прошел, а когда он его проходит (преодолевает), то он при этом проходит некое пороговое значение скорости, равное скорости звука (а не сверхзвука).

Вот как-то так:-). При этом первое понятие употребляется значительно реже, чем второе. Это, видимо, оттого, что слово сверхзвуковой звучит более экзотично и привлекательно. А в сверхзвуковом полете экзотика безусловно присутствует и, естественно, привлекает многих. Однако далеко не все люди, смакующие слова «сверхзвуковой барьер » понимают на самом деле, что же такое. Не раз уже в этом убеждался, заглядывая на форумы, читая статьи даже смотря телевизор.

Вопрос этот на самом деле с точки зрения физики достаточно сложен. Но мы в сложности, конечно, не полезем. Просто постараемся, как обычно, прояснить ситуацию используя принцип «объяснения аэродинамики на пальцах»:-).

Итак, к барьеру (звуковому:-))!… Самолет в полете, воздействуя на такую упругую среду, как воздух, становится мощным источником звуковых волн . Что такое звуковые волны в воздухе знают, я думаю, все:-).

Звуковые волны (камертон).

Это чередование областей сжатия и разрежения, распространяющихся в разные стороны от источника звука. Примерно как круги на воде, которые тоже как раз волнами и являются (только не звуковыми:-)). Именно такие области, воздействуя на барабанную перепонку уха, позволяют нам слышать все звуки этого мира, от человеческого шепота до грохота реактивных двигателей.

Пример звуковых волн.

Точками распространения звуковых волн могут быть различные узлы самолета. Например двигатель (его звук известен любому:-)), или детали корпуса (например, носовая часть), которые, уплотняя перед собой воздух при движении, создают определенного вида волны давления (сжатия), бегущие вперед.

Все эти звуковые волны распространяются в воздушной среде с уже известной нам скоростью звука. То есть если самолет дозвуковой, да еще и летит на малой скорости, то они от него как бы убегают. В итоге при приближении такого самолета мы слышим сначала его звук, а потом уже пролетает он сам.

Оговорюсь, правда, что это справедливо, если самолет летит не очень высоко. Ведь скорость звука – это не скорость света:-). Величина ее не столь велика и звуковым волнам нужно время, чтобы дойти до слушателя. Поэтому очередность появления звука для слушателя и самолета, если тот летит на большой высоте может измениться.

А раз звук не так уж и быстр, то с увеличением собственной скорости самолет начинает догонять волны им испускаемые. То есть, если бы он был неподвижен, то волны расходились бы от него в виде концентрических окружностей , как круги на воде от брошенного камня. А так как самолет движется, то в секторе этих кругов, соответствующем направлению полета, границы волн (их фронты ) начинают сближаться.

Дозвуковое движение тела.

Соответственно, промежуток между самолетом (его носовой частью) и фронтом самой первой (головной) волны (то есть это та область, где происходит постепенное, в известной степени, торможение набегающего потока при встрече с носовой частью самолета (крыла, хвостового оперения) и, как следствие, увеличение давления и температуры ) начинает сокращаться и тем быстрее, чем больше скорость полета.

Наступает такой момент, когда этот промежуток практически исчезает (или становится минимальным), превращаясь в особого рода область, которую называют скачком уплотнения . Это происходит тогда, когда скорость полета достигает скорости звука, то есть самолет движется с той же скоростью, что и волны им испускаемые. Число Маха при этом равно единице (М=1 ).

Звуковое движение тела (М=1).

Скачок уплотнения , представляет собой очень узкую область среды (порядка 10 -4 мм ), при прохождении через которую происходит уже не постепенное, а резкое (скачкообразное) изменение параметров этой среды - скорости, давления, температуры, плотности . В нашем случае скорость падает, давление, температура и плотность растут. Отсюда такое название - скачок уплотнения.

Несколько упрощенно обо всем этом я бы еще сказал так. Сверхзвуковой поток резко затормозить невозможно, но ему это делать приходится, ведь уже нет возможности постепенного торможения до скорости потока перед самым носом самолета, как на умеренных дозвуковых скоростях. Он как бы натыкается на участок дозвука перед носом самолета (или носком крыла) и сминается в узкий скачок, передавая ему большую энергию движения, которой обладает.

Можно, кстати, сказать и наоборот, что самолет передает часть своей энергии на образование скачков уплотнения, чтобы затормозить сверхзвуковой поток.

Сверхзвуковое движение тела.

Есть для скачка уплотнения и другое название. Перемещаясь вместе с самолетом в пространстве, он представляет собой по сути дела фронт резкого изменения вышеуказанных параметров среды (то есть воздушного потока). А это есть суть ударная волна .

Скачок уплотнения и ударная волна, вобщем-то, равноправные определения, но в аэродинамике более употребимо первое.

Ударная волна (или скачок уплотнения) могут быть практически перпендикулярными к направлению полета, в этом случае они принимают в пространстве приблизительно форму круга и называются прямыми . Это обычно бывает на режимах, близких к М=1 .

Режимы движения тела. ! - дозвук, 2 - М=1, сверхзвук, 4 - ударная волна (скачок уплотнения).

При числах М > 1 они уже располагаются под углом к направлению полета. То есть самолет уже перегоняет собственный звук. В этом случае они называются косыми и в пространстве принимают форму конуса, который, кстати, носит название конуса Маха , по имени ученого, занимавшегося исследованиями сверхзвуковых течений (упоминал о нем в одной из ).

Конус Маха.

Форма этого конуса (его так сказать «стройность») как раз и зависит от числа М и связана с ним соотношением: М= 1/sin α , где α – это угол между осью конуса и его образующей. А коническая поверхность касается фронтов всех звуковых волн, источником которых стал самолет, и которые он «обогнал», выйдя на сверхзвуковую скорость.

Кроме того скачки уплотнения могут быть также присоединенными , когда они примыкают к поверхности тела, двигающегося со сверхзвуковой скоростью или же отошедшими , если они с телом не соприкасаются.

Виды скачков уплотнения при сверхзвуковом обтекании тел различной формы.

Обычно скачки становятся присоединенными, если сверхзвуковой поток обтекает какие-либо остроконечные поверхности. Для самолета это, например, может быть заостренная носовая часть, ПВД, острый край воздухозаборника. При этом говорят «скачок садится », например, на нос.

А отошедший скачок может получиться при обтекании закругленных поверхностей, например, передней закругленной кромки толстого аэродинамического профиля крыла.

Различные узлы корпуса летательного аппарата создают в полете довольно сложную систему скачков уплотнения. Однако, наиболее интенсивные из них – два. Один головной на носовой части и второй – хвостовой на элементах хвостового оперения. На некотором расстоянии от летательного аппарата промежуточные скачки либо догоняют головной и сливаются с ним, либо их догоняет хвостовой.

Скачки уплотнения на модели самолета при продувке в аэродинамической трубе (М=2).

В итоге остаются два скачка, которые, вобщем-то, воспринимаются земным наблюдателем как один из-за небольших размеров самолета по сравнению с высотой полета и, соответственно,т небольшим промежутком времени между ними.

Интенсивность (другими словами энергетика ) ударной волны (скачка уплотнения) зависит от различных параметров (скорости движения летательного аппарата, его конструктивных особенностей, условий среды и др.) и определяется перепадом давления на ее фронте.

По мере удаления от вершины конуса Маха, то есть от самолета, как источника возмущений ударная волна ослабевает, постепенно переходит в обычную звуковую волну и в конечном итоге совсем исчезает.

А от того, какой степени интенсивностью будет обладать скачок уплотнения (или ударная волна), достигший земли зависит эффект, который он может там произвести. Ведь не секрет, что всем известный «Конкорд» летал на сверхзвуке только над Атлантикой, а военные сверхзвуковые самолеты выходят на сверхзвук на больших высотах или в районах, где отсутствуют населенные пункты (по крайней мере вроде как должны это делать:-)).

Эти ограничения очень даже оправданы. Для меня, например, само определение ударная волна ассоциируется со взрывом. И дела, которые достаточно интенсивный скачок уплотнения может наделать, вполне могут ему соответствовать. По крайней мере стекла из окон могут повылетать запросто. Свидетельств этому существует достаточно (особенно в истории советской авиации, когда она была достаточно многочисленной и полеты были интенсивными). Но ведь можно наделать дел и похуже. Стоит только полететь пониже:-)…

Однако в большинстве своем то, что остается от скачков уплотнения при достижении ими земли уже неопасно. Просто сторонний наблюдатель на земле может при этом услышать звук, схожий с грохотом или взрывом. Именно с этим фактом связаны одно расхожее и довольно стойкое заблуждение.

Люди, не слишком искушенные в авиационной науке, услышав такой звук, говорят, что это самолет преодолел звуковой барьер (сверхзвуковой барьер ). На самом деле это не так. Это утверждение не имеет ничего общего с действительностью по крайней мере по двум причинам.

Ударная волна (скачок уплотнения).

Во-первых, если человек, находящийся на земле, слышит высоко в небе гулкий грохот, то это означает, всего лишь, (повторяюсь:-)) что его ушей достиг фронт ударной волны (или скачок уплотнения ) от летящего где-то самолета. Этот самолет уже летит на сверхзвуковой скорости, а не только что перешел на нее.

И если этот же человек смог бы вдруг оказаться в нескольких километрах впереди по следованию самолета, то он опять бы услышал тот же звук от того же самолета, потому что попал бы под действие той же ударной волны, движущейся вместе с самолетом.

Она перемещается со сверхзвуковой скоростью, и по сему приближается бесшумно. А уже после того, как она окажет свое не всегда приятное воздействие на барабанные перепонки (хорошо, когда только на них:-)) и благополучно пройдет дальше, становится слышен гул работающих двигателей.

Примерная схема полета самолета при различных значениях числа М на примере истребителя Saab 35 "Draken". Язык, к сожалению, немецкий, но схема вобщем понятна.

Более того сам переход на сверхзвук не сопровождается никакими единовременными «бумами» , хлопками , взрывами и т.п. На современном сверхзвуковом самолете летчик о таком переходе чаще всего узнает только по показанию приборов. При этом происходит, однако, некий процесс, но он при соблюдении определенных правил пилотирования ему практически не заметен.

Но и это еще не все:-). Скажу больше. в виде именно какого-то ощутимого, тяжелого, труднопересекаемого препятствия, в который самолет упирается и который нужно «прокалывать» (слышал я и такие суждения:-)) не существует.

Строго говоря, вообще никакого барьера нет. Когда-то на заре освоения больших скоростей в авиации это понятие сформировалось скорее как психологическое убеждение о трудности перехода на сверхзвуковую скорость и полете на ней. Появились даже высказывания о том, что это вообще невозможно, тем более, что предпосылки к такого рода убеждениям и высказываниям были вполне конкретные.

Однако, обо всем по порядку…

В аэродинамике существует другой термин, который достаточно точно описывает процесс взаимодействия с воздушным потоком тела, движущегося в этом потоке и стремящегося перейти на сверхзвук. Это волновой кризис . Именно он как раз и делает некоторые нехорошие вещи, которые традиционно ассоциируют с понятием звуковой барьер .

Итак кое-что о кризисе:-). Любой летательный аппарат состоит из частей, обтекание которых воздушным потоком в полете может быть не одинаково. Возьмем, к примеру, крыло, точнее обыкновенный классический дозвуковой профиль .

Из основ знаний о том, как образуется подъемная сила нам хорошо известно, что скорость потока в прилежащем слое верхней криволинейной поверхности профиля разная. Там где профиль более выпуклый она больше общей скорости потока, далее, когда профиль уплощается она снижается.

Когда крыло движется в потоке на скоростях, близких к скорости звука, может наступить момент, когда в такой вот, к примеру, выпуклой области скорость слоя воздуха, которая уже итак больше общей скорости потока, становится звуковой и даже сверхзвуковой.

Местный скачок уплотнения, возникающий на трансзвуке при волновом кризисе.

Дальше по профилю эта скорость снижается и в какой-то момент опять становится дозвуковой. Но, как мы уже говорили выше, быстро затормозиться сверзвуковое течение не может, поэтому неизбежно возникновение скачка уплотнения .

Такие скачки появляются на разных участках обтекаемых поверхностей, и первоначально они достаточно слабы, но количество их может быть велико, и с ростом общей скорости потока увеличиваются зоны сверхзвука, скачки «крепнут» и сдвигаются к задней кромке профиля. Позже такие же скачки уплотнения появляются на нижней поверхности профиля.

Полное сверхзвуковое обтекание профиля крыла.

Чем все это чревато? А вот чем. Первое – это значительный рост аэродинамического сопротивления в диапазоне трансзвуковых скоростей (около М=1, более или менее). Это сопротивление растет за счет резкого увеличения одной из его составляющих – волнового сопротивления . Того самого, которое мы ранее при рассмотрении полетов на дозвуковых скоростях во внимание не принимали.

Для образования многочисленных скачков уплотнения (или ударных волн) при торможении сверхзвукового потока, как я уже говорил выше, тратится энергия, и берется она из кинетической энергии движения летательного аппарата. То есть самолет элементарно тормозится (и очень ощутимо!). Это и есть волновое сопротивление.

Более того, скачки уплотнения из-за резкого торможения потока в них, способствуют отрыву пограничного слоя после себя и превращения его из ламинарного в турбулентный . Это еще более увеличивает аэродинамическое сопротивление.

Отекание профиля при различных числах М. Скачки уплотнения, местные зоны сверхзвука, турбулентные зоны.

Второе . Из-за появления местных сверхзвуковых зон на профиле крыла и дальнейшем их сдвиге к хвостовой части профиля с увеличением скорости потока и, тем самым, изменения картины распределения давления на профиле, точка приложения аэродинамических сил (центр давления) тоже смещается к задней кромке. В результате появляется пикирующий момент относительно центра масс самолета, заставляющий его опустить нос.

Во что все это выливается… Из-за довольно резкого роста аэродинамического сопротивления самолету требуется ощутимый запас мощности двигателя для преодоления зоны трансзвука и выхода на, так сказать, настоящий сверхзвук.

Резкое возрастание аэродинамического сопротивления на трансзвуке (волновой кризис) за счет роста волнового сопротивления. Сd - коэффициент сопротивления.

Далее. Из-за возникновения пикирующего момента появляются сложности в управлении по тангажу. Кроме того из-за неупорядоченности и неравномерности процессов, связанных с возникновением местных сверхзвуковых зон со скачками уплотнения тоже затрудняется управление . Например по крену, из-за разных процессов на левой и правой плоскостях.

Да еще плюс возникновение вибраций , часто довольно сильных из-за местной турбулизации.

Вобщем, полный набор удовольствий, который носит название волновой кризис . Но, правда, все они имеют место (имели,конкретное:-)) при использовании типичных дозвуковых самолетов (с толстым профилем прямого крыла) с целью достижения сверхзвуковых скоростей.

Первоначально, когда еще не было достаточно знаний, и не были всесторонне исследованы процессы выхода на сверхзвук, этот самый набор считался чуть ли не фатально непреодолимым и получил название звуковой барьер (или сверхзвуковой барьер , если хотите:-)).

При попытках преодоления скорости звука на обычных поршневых самолетах было немало трагических случаев. Сильная вибрация порой приводила к разрушениям конструкции. Самолетам не хватало мощности для требуемого разгона. В горизонтальном полете он был невозможен из-за эффекта , имеющего ту же природу, что и волновой кризис .

Поэтому для разгона применяли пикирование. Но оно вполне могло стать фатальным. Появляющийся при волновом кризисе пикирующий момент делал пике затяжным , и из него, иной раз, не было выхода. Ведь для восстановления управления и ликвидации волнового кризиса необходимо было погасить скорость. Но сделать это в пикировании крайне трудно (если вообще возможно).

Затягивание в пикирование из горизонтального полета считается одной из главных причин катастрофы в СССР 27 мая 1943 года известного экспериментального истребителя БИ-1 с жидкостным ракетным двигателем. Проводились испытания на максимальную скорость полета, и по оценкам конструкторов достигнутая скорость была больше 800 км/ч . После чего произошло затягивание в пике, из которого самолет не вышел.

Экспериментальный истребитель БИ-1.

В наше время волновой кризис уже достаточно хорошо изучен и преодоление звукового барьера (если это требуется:-)) особого труда не составляет. На самолетах, которые предназначены для полетов с достаточно большими скоростями применены определенные конструктивные решения и ограничения, облегчающие их летную эксплуатацию.

Как известно, волновой кризис начинается при числах М, близких к единице. Поэтому практически все реактивные дозвуковые лайнеры (пассажирские, в частности) имеют полетное ограничение по числу М . Обычно оно находится в районе 0,8-0,9М . Летчику предписывается следить за этим. Кроме того на многих самолетах при достижении уровня ограничения , после чего скорость полета должна быть снижена.

Практически все самолеты, летающие на скоростях как минимум 800 км/ч и выше имеют стреловидное крыло (по крайней мере по передней кромке:-)). Оно позволяет отодвинуть начало наступления волнового кризиса до скоростей, соответствующих М=0,85-0,95 .

Стреловидное крыло. Принципиальное действие.

Причину такого эффекта можно объяснить достаточно просто. На прямое крыло воздушный поток со скоростью V набегает практически под прямым углом, а на стреловидное (угол стреловидности χ ) под некоторым углом скольжения β . Скорость V можно в векторном отношении разложить на два потока: Vτ и Vn .

Поток Vτ не влияет на распределение давления на крыле, зато это делает поток Vn, как раз и определяющий несущие свойства крыла. А он заведомо меньше по величине общего потока V. Поэтому на стреловидном крыле наступление волнового кризиса и рост волнового сопротивления происходит ощутимо позже, чем на прямом крыле при той же скорости набегающего потока.

Экспериментальный истребитель Е-2А (предшественник МИГ-21). Типичное стреловидное крыло.

Одной из модификаций стреловидного крыла стало крыло со сверхкритическим профилем (упоминал о нем ). Оно тоже позволяет сдвинуть начало волнового кризиса на большие скорости, кроме того позволяет повысить экономичность, что немаловажно для пассажирских лайнеров.

SuperJet 100. Стреловидное крыло со сверхкритическим профилем.

Если же самолет предназначен для перехода звукового барьера (проходя и волновой кризис тоже:-)) и полета на сверхзвуке, то он обычно всегда отличается определенными конструктивными особенностями. В частности, обычно имеет тонкий профиль крыла и оперения с острыми кромками (в том числе ромбовидный или треугольный) и определенную форму крыла в плане (например, треугольную или трапециевидную с наплывом и т.д.).

Сверхзвуковой МИГ-21. Послелователь Е-2А. Типичное треугольное в плане крыло.

МИГ-25. Пример типичного самолета, созданного для полета на сверхзвуке. Тонкие профили крыла и оперения, острые кромки. Трапециевидное крыло. профиль

Прохождение пресловутого звукового барьера , то есть переход на сверхзвуковую скорость такие самолеты осуществляют на форсажном режиме работы двигателя в связи с ростом аэродинамического сопротивления, ну и, конечно, для того, чтобы быстрее проскочить зону волнового кризиса . И сам момент этого перехода чаще всего никак не ощущается (повторяюсь:-)) ни летчиком (у него разве что может снизиться уровень звукового давления в кабине), ни сторонним наблюдателем, если бы, конечно, он мог за этим наблюдать:-).

Однако, здесь стоит сказать еще об одном заблуждении, со сторонними наблюдателями связанным. Наверняка многие видели такого рода фотографии, подписи под которыми гласят, что это есть момент преодоления самолетом звукового барьера , так сказать, визуально.

Эффект Прандтля-Глоэрта. Не связан с прохождением звукового барьера.

Во-первых , мы уже знаем, что звукового барьера, как такового-то и нет, и сам переход на сверхзвук ничем таким сверхординарным (в том числе и хлопком или взрывом) не сопровождается.

Во-вторых . То, что мы видели на фото – это так называемый эффект Прандтля-Глоэрта . Я о нем уже писал . Он никак напрямую не связан с переходом на сверхзвук. Просто на больших скоростях (дозвуковых, кстати:-)) самолет, двигая перед собой определенную массу воздуха создает сзади некоторую область разрежения . Сразу после пролета эта область начинает заполняться воздухом из близлежащего пространства с естественным увеличением объема и резким падением температуры.

Если влажность воздуха достаточна и температура падает ниже точки росы окружающего воздуха, то происходит конденсация влаги из водяных паров в виде тумана, который мы и видим. Как только условия восстанавливаются до исходных, этот туман сразу исчезает. Весь этот процесс достаточно скоротечен.

Такому процессу на больших околозвуковых скоростях могут способствовать местные скачки уплотнени я, иногда помогая формировать вокруг самолета нечто похожее на пологий конус.

Большие скорости благоприятствуют этому явлению, однако, если влажность воздуха окажется достаточной, то оно может возникнуть (и возникает) на довольно малых скоростях . Например, над поверхностью водоемов. Большинство, кстати, красивых фото такого характера сделаны с борта авианосца, то есть в достаточно влажном воздухе.

Вот так и получается. Кадры, конечно, классные, зрелище эффектное:-), но это совсем не то, чем его чаще всего называют. здесь совсем не при чем (и сверхзвуковой барьер тоже:-)). И это хорошо, я думаю, иначе наблюдателям, которые делают такого рода фото и видео могло бы не поздоровиться. Ударная волна , знаете ли:-)…

В заключении один ролик (ранее я его уже использовал), авторы которого показывают действие ударной волны от самолета, летящего на малой высоте со сверхзвуковой скоростью. Определенное преувеличение там, конечно, присутствует:-), но общий принцип понятен. И опять же эффектно:-)…

А на сегодня все. Спасибо, что дочитали статью до конца:-). До новых встреч…

Фотографии кликабельны.

«Дамы и господа, говорит ваш капитан. У нас небольшая проблема. Остановились все четыре двигателя. Мы делаем всё, что чертовски возможно, чтобы снова их запустить. Уверен, что вы не совсем в бедственном положении».

Есть куча реальных опасностей для полетов самолетов. Все они достаточно хорошо изучены. Десятки случаев в год столкновения самолетов с птицами, как правило вообще не приводят к катастрофам или авариями, а тем более не служат поводом для запретов для ограничения полетов в страны, где есть пернатые. Кучево-дождевые облака представляют смертельную опасность для самолетов, тем не менее сотни самолетов ежедневно просто обходят эти очаги на безопасном расстоянии (примерно 50 километров посредине между облаками, или 15 километров в стороне от одиночного облака). Перечислять подобные явления — не тема материала, поверьте, их наличие в природе общей безопасности полетов не снижает.

Для детального выяснения вопроса, я побеседовал по телефону с Валерием Георгиевичем Шелковниковым, членом правления Всемирного фонда безопасности полетов , и президентом Консультативно-аналитического агентства «Безопасность полетов ». Результаты нашей частной беседы я излагаю ниже своими словами и от себя, ибо нет возможности отделить слова эксперта от слов журналиста:

Извержение вулкана Эйяфьядлайокудль и последующие события, связанные с отменой авиарейсов в Европе немало меня позабавили. Я вовсе не против авиационной безопасности. Мало того, если человек может даже шутить на эту тему, то он еще не знает, что такое авиационная катастрофа. Тем не менее, продолжу тему. Мифологизированность вулканических извержений и истерия прессы заставили авиакомпании прекратить или отложить полеты на тех государственных территориях, куда попали «облака» вулканического пепла.

Так была ли реальная опасность полетам, или была коллективная авиаистерия, начало которой было положено журналистами, а дальше сработал эффект домино? Попробуем разобраться.

Действительно, попадание в авиадвигатели большого количества абразивной пыли (причем абсолютно неважно какого происхождения) может вызвать пожар двигателей из-за мгновенного перегрева и последующего разрушения подшипников турбины. При частоте вращения несколько тысяч оборотов в минуту они банальным образом расплавятся от трения. Поэтому при попадании самолета в столб вулканической пыли такая ситуация вполне возможна.

Другое дело в особой структуре вулканической пыли. Кроме частиц горных пород, выброшенных взрывом, она еще состоит из аморфных частиц (кстати, стекло тоже аморфно) крайне неправильной формы. Если посмотреть на вулканическую пыль под микроскопом, то четко видно, что она состоит из «ленточек», «звездочек» и прочих частиц, которые обладают при малом весе очень большой поверхностью. Т.е. благодаря этой особенности, она может в разы дольше оставаться в воздухе не рассеиваясь. Ибо из-за электризации и прочих взаимодействий частиц пепла, такие облака рассеиваются крайне неохотно.

Также ее особенностью является ее «липкость», т.е. способность прилипать к различным предметам или забивать собой различные отверстия. Мало того, частицы, являясь отличными ядрами конденсации, через некоторое время становятся абсолютно внешне неотличимыми от обычного облака.

Другое дело, что даже на расстоянии уже в «сотни» километров от вулкана пыль становится такой редкой и мелкодисперсной, что вероятность отказа авиатехники по этой причине становится лишь «теоретически» возможной. А на расстоянии в тысячу километров и более, вулканическая пыль способна лишь незначительно замутить воздух, что тем не менее хорошо видно невооруженным глазом, ибо восходы и закаты становятся наиболее красивы из-за особого преломления солнечных лучей в пыльном воздухе.

Кто был в Египте, хорошо представляют себе песчаные бури над аэропортом Хургада. Взвесь песка в воздухе, а особенно концентрация и размер частиц в воздухе на несколько порядков превышают концентрацию пыли над Европой. А в Австралии, полеты в условиях глобальных пыльных бурь, прекращаются исключительно в случаях предельного ухудшения видимости. Эти примеры можно бесконечно продолжать. А теперь, внимание!!! Разница лишь в том, что в отличие от вулканической пыли остальные опасные явления являются отлично изученными, и по ним есть четкие рекомендации по их избеганию, а также ясный регламент запретов и разрешений «в зависимости от».

Позвольте теперь изложить свою непротиворечивую версию произошедшего.

Влияние вулканического пепла на полет летательных аппаратов — всегда была штука недостаточно изученная. Разумеется, ученые вулканологи упорно изучали каждое извержение, а метеорологи имели достаточно четкое представление о направлении и скорости разлета пепла, но дальнейшей судьбе этих частиц никто не предавал ни малейшего значения, ибо уже в нескольких сотнях километров от вулкана по направлению движения ветра, пепел уже представлял собой не более чем интересную оптическую иллюзию. Да и гражданская авиация знала до этого всего пару случаев, когда самолеты реально попадали в очень плотные облака пепла, и из-за этого происходила остановка двигателей и прочие неприятные вещи. Разумеется, вулканический пепел как опасное явление вошел во все учебники и наставления.

На практике же и пилоты, и авиадиспетчеры достаточно насмешливо относились к этим пунктам наставлений и недостаточно хорошо их изучали. В силу редкости и экзотичности. И именно эти же авиационные чиновники, которые выросли из бывших пилотов и авиадиспетчеров, практически не выделяли денег на исследования этих явлений в интересах гражданской авиации, что вместо «точных» знаний моментально обросло мифами и легендами. Вообще в метеорологии произошла какая-то откровенная чушь. Благодаря слепой вере в «компьютеры» и «спутники» во всем мире количество метеостанций с «живыми» людьми сократилось примерно на 60%-70%. А существующие «автоматизированные системы» могут лишь строить гипотетические математические модели, которые никакого отношения к реальному положению вещей не имеют.

Итак, журналисты раздули тему, а международные авиационные власти, в частности «Евроконтроль», моментально на это повелись. Мало того, что когда авиачиновники стали обращаться к многочисленным экспертам в этой области, то они (эксперты) достаточно мстительно сообщали примерно следующее: «Явление это безусловно опасное, но недостаточно изученное. Наша аппаратура практически не позволяет отличать облака опасной концентрации вулканической пыли, от обычных. Так что, где находятся эти облака, и есть ли они на самом деле мы не знаем.»

А дальше стало еще смешнее. Опасная зона на самом деле была достаточно локальна (несколько сотен километров в диаметре и продолжительности), но реально в зону «закрытия» попали сотни и сотни тысяч квадратных километров земной и водной поверхности. При этом по высотам также были абсолютно закрыты все эшелоны от «0» до 35 000 футов (примерно 12 км), хотя даже самые перестраховщики прогнозировали опасное закрытие высот лишь от высот в 22 000 футов. Короче, запрет на полеты принял абсолютный характер, ибо даже его инициаторы уже ничего не могли сделать. Сработал эффект домино.

Дополнительно вскрылась абсолютно неожиданная вещь. Летать было можно в зонах, свободных от пепла, и в ряде случаев отклонения от маршрута или увеличение его продолжительности на несколько сот километров не играло никакой роли, но современные автоматизированные системы просто были не в состоянии в массовом порядке перестроить расписания. Да и в индивидуальном порядке это стало сделать невозможно. Автоматизация, автоматизация, и еще раз автоматизация. Специалисты по «ручному» составлению расписаний просто вымерли, как динозавры, и современные авиакомпании подобных специалистов просто не имеют. Те, кто в теме, должны представлять, что составление даже обычного расписания занятии в ВУЗе — это уже действо между наукой, искусством и мистикой. Про то, чтобы перекроить расписание над Европой — речи не шло. Возник бардак. Я абсолютно не осуждаю никаких мер, связанных с безопасностью полетов, но признайтесь, что в 21 веке достаточно забавно закрывать полконтинента ради одной горы с дымами. Пусть и сильными.

«Американская» же помощь только нагнала дополнительной жути на Европу, и окончательно лишила европейских авиачиновников остатков воли.

Что касается России как части Европы, то паники не было вообще. Дело в том, что многолетнее изучение Курил (как зоны постоянных извержений) принесло достаточное количество знаний и навыков определения опасностей полетов. Поэтому Россия на своей территории летала без проблем.

Хоть и в России ранее было уничтожено так называемое «Штормовое кольцо оповещений», т.е. закрыты сотни и сотни метеостанций, где сидели малооплачиваемые девочки-синоптики, а точность предсказаний и оповещений об опасных явлениях была беспрецедентно высока.

Что же касается «недофинансированных» ученых, то можно сразу уверенно сказать, что им будут выделены очень большие деньги на исследования, как компенсация прошлых мук. А вот то, что этим будет нарушена мировая гармония, ибо эти деньги отнимут у других направлений — это действительно плохо. Бизнес и благотворительность мало совместимы, не правда ли?

Тем не менее, что ведущие ученые сразу списались и созвонились между собой и выработали единую позицию, в этом я не сомневаюсь. Интернет, мобильная связь и электронная почта в плане коммуникаций — творят настоящие чудеса. Тем более, что есть у меня и такая информация. Не зря же я, хоть недолго, но побыл геологом-геофизиком. Так что бизнес получит прайсы от науки по полной программе.

И в качестве эпилога для тех, кто воспринял мои слова типа «забавно» и «смешно» буквально, привожу краткий отрывок из статьи Сергея Мельниченко «История рейса «British Airways 9».

Они смогли увидеть огни ВПП через небольшую царапину на лобовом стекле, однако посадочные огни самолета не горели. После посадки они не смогли рулить, потому что из-за огней освещения перрона их лобовые стекла стали матовыми. Город Эдинбург ждал, когда буксир стащит его с ВПП…

Впоследствии было установлено, что самолет вошел в облако пепла. Поскольку облако пепла было сухим, оно не отображалось на метеолокаторе, который способен только отражать влагу, находящуюся в облаках. Облако выступило в роли пескоструйной машины и сделало поверхность лобовых стекол матовой. Попав в двигатели, пепел плавился в камерах сгорания и оседал на внутренней части силовой установки.

Поскольку двигатели из-за их остановки начали остывать, то после выхода воздушного судна из облака пепла расплавившийся пепел начал затвердевать и под напором воздуха стал вылетать из двигателей, что позволило их запустить вновь. Перезапуск стал возможным из-за того, что один из бортовых аккумуляторов оставался в рабочем состоянии.

Все 263 человека, находившиеся на борту, остались в живых.

Берегите себя. Виктор Галенко, авиадиспетчер, штурман, геолог-геофизик

По информации Евроконтроля, 18 апреля 2010 года было зафиксировано примерно 5"000 рейсов, выполненных в воздушном пространстве Европы. Для сравнения: до извержения вулкана в Исландии в воскресенье выполняется около 24"000 рейсов. Таким образом, воздушное движение упало примерно в 6 раз. С 15 апреля было отменено около 63"000 рейсов. Ниже приведена таблица с данными по уменьшению количества рейсов в воздушном пространстве Европы:

В настоящее время обслуживание воздушного движения не предоставляется для самолетов гражданской авиации в большинстве количестве стран Европы, включая Австрию, Бельгию, Хорватию, Чехию, Данию, Эстонию, Финляндию, почти всю Францию и Германию, а также Венгрию, Ирландию, северную часть Италии, Нидерланды, Норвегию, Польшу, Румынию, Сербию, Словению, Словакию, северную Испанию, Швецию, Швейцарию и Великобританию.

В некоторых странах из этого списка верхнее воздушное пространство открыто с учетом распространения облака пепла, однако с учетом полного закрытия воздушного пространства над территорией других стран использовать разрешенные участки верхнего воздушного пространства не представляется возможным.

Воздушное пространство таких территорий и стран, как южная Европа, включая часть Испании, Португалии, южная часть Балкан, южная часть Италии, Болгария, Греция и Турция остаются открытыми, и в них наблюдается обычное воздушное движение.

Примерно 30% общего числа запланированных рейсов будет выполнено сегодня над 50% общей территории Европы.

По состоянию на утро 19 апреля все воздушные зоны Украины открыты. Аэропорты Украины на вылет и прилет воздушных судов работают в штатном режиме, однако ряд аэропортов Европы остаются закрытыми. Разрешается выполнение рейсов по правилам визуальных полетов до наступления темного времени суток. О дальнейших возможных изменениях в воздушном пространстве Украины по причине перемещения облака вулканического пепла (извержение вулкана в Исландии) будет проинформирована. Украинские авиакомпании сообщают, что рейсы не осуществляются только в закрытые аэропорты Европы, во все открытые аэропорты мира авиасообщение возобновлено.

Видеозапись сделана шлирен-методом для изучения ударных волн.

NASA опубликовало видеозапись пролета учебного самолета T-38 Talon на сверхзвуковой скорости на фоне Солнца. Она была сделана шлирен-методом для изучения ударных волн, образующихся на кромках планера самолета. Снимки и видеозаписи ударных волн необходимы специалистам NASA для исследований, которые ведутся в рамка проекта по разработке «тихого» сверхзвукового самолета.

Шлирен-метод является одним из основных способов изучения воздушных потоков при проектировании и испытании новой авиационной техники.

Такой способ фотографии позволяет выявлять оптические неоднородности в прозрачных преломляющих средах. В шлирен-фотографии используются специальные линзы с отсекающей диафрагмой.

В таких фотоаппаратах прямые лучи проходят линзу и концентрируются на отсекающей диафрагме, которую еще называют ножом Фуко. При этом отраженный и рассеянный свет линзой не фокусируется на ноже и попадает на матрицу фотоаппарата. Благодаря этому ослабленный рассеянный и отраженный преломлениями в воздухе свет не теряется в прямых лучах.

На опубликованной видеозаписи отчетливо видны ударные волны. Они представляют собой области, в которых давление и температура среды испытывают резкий и сильный скачок. Ударные волны воспринимаются наблюдателем на земле как взрыв или как очень громкий хлопок в зависимости от расстояния до сверхзвукового объекта.

Звук взрыва от ударных волн называется звуковым ударом, и именно он является одним из основных препятствий в развитии сверхзвуковой пассажирской авиации. В настоящее время авиационные правила запрещают сверхзвуковые полеты самолетов над населенными частями суши.

Авиационные власти могут разрешить сверхзвуковые полеты над населенной частью суши, если воспринимаемый уровень шума пассажирских самолетов не будет превышать 75 децибел. Для того, чтобы сделать существование гражданской сверхзвуковой авиации возможным, разработчики сегодня ищут разные технические способы сделать новые самолеты «тихими».

В полете на сверхзвуковой скорости самолет образует множество ударных волн. Они обычно возникают на кончике носового обтекателя, на передней и задней кромках крыла, на передних кромках хвостового оперения, в зонах завихрителей потока и на кромках воздухозаборников.

Одним из способов снижения воспринимаемого уровня шума является изменение аэродинамической конструкции самолета.

В частности, считается, что перепроектирование некоторых элементов планера позволит избегать резких скачков давления на фронте ударной волны и резких же падений давления в задней ее части с последующей нормализацией.

Ударная волна с резкими скачками называется N-волной, поскольку на графике напоминает именно эту букву латинского алфавита. Именно такие ударные волны воспринимаются как взрыв. Новая аэродинамическая конструкция самолета должна будет генерировать S-волны с плавным и не таким значительным, как у N-волны, перепадом давления. Предполагается, что S-волны будут восприниматься как мягкая пульсация.

Разработкой демонстратора технологий «тихого» сверхзвукового самолета в рамках проекта QueSST занимается американская компания Lockheed Martin. Работы ведутся по заказу NASA. В июне текущего года завершилось эскизное проектирование летательного аппарата.

Планируется, что первый полет демонстратора состоится в 2021 году. «Тихий» сверхзвуковой самолет будет выполнен однодвигательным. Его длина составит 28,7 метра. Он получит планер, фюзеляж и крыло которого внешне напоминают перевернутый самолет. На QueSST установят обычные вертикальный киль и горизонтальные рули для маневрирования на малой скорости полета.

На верхушке киля будет установлено маленькое Т-образное оперение, которое будет «разбивать» ударные волны от носовой части и фонаря кабины пилотов. Носовая часть самолета будет значительно удлинена для уменьшения лобового сопротивления и уменьшения числа перепадов на планере, где могут образовываться ударные волны во время полета на сверхзвуковой скорости.

Технология QueSST предполагает разработку такой аэродинамической конструкции самолета, на кромках которой образовывалось бы как можно меньшее количество ударных волн. При этом те волны, которые будут все же образовываться, должны быть значительно менее интенсивными.

Правообладатель иллюстрации Airbus Image caption Пример того, как в будущем сможет выглядеть силовой набор летательного аппарата Airbus. Вместо привычного "скелета" из шпангоутов, стрингеров и лонжеронов - легкая сетка сложной формы

Возможно ли, чтобы само представление о полете полностью изменилось? Не исключено, что в будущем именно так оно и будет. Благодаря новым материалам и технологиям могут появиться пассажирские дроны, а в небо вернутся сверхзвуковые авиалайнеры. Русская служба Би-би-си проанализировала информацию о новейших проектах Airbus, Uber, Toyota и других компаний, чтобы определить, в каком направлении будет развиваться авиация в будущем.

• Готовы ли вы летать на беспилотных самолетах?
• В Сингапуре начались испытания беспилотного такси
• А вы бы полетели на беспилотном авиалайнере?

Городское небо

Сейчас над городами относительно свободным остается довольно большой слой атмосферы высотой до километра. Это пространство используют специальная авиация, вертолеты, а также отдельные частные или корпоративные самолеты.

Но в этом слое уже начинает развиваться новый вид воздушного транспорта. У него много названий - городская или персональная авиация, авиатранспортная система будущего, небесное такси и так далее. Но суть его была сформулирована еще в начале XIX века художниками-футурологами: каждый получит возможность пользоваться небольшим летательным аппаратом для полетов на небольшие расстояния.

• Над какими проектами работают авиаконструкторы по всему миру

Инженеры никогда не расставались с этой мечтой. Но до сих пор мешало отсутствие прочных и легких материалов и несовершенная электроника, без которой нельзя запустить множество небольших аппаратов. С появлением высокопрочного и легкого углепластика и развитием портативных компьютеров все изменилось.

Нынешний этап создания городского аэромобильного транспорта чем-то напоминает 1910-е годы, самое начало истории самолетостроения. Тогда конструкторы не сразу нашли оптимальную форму самолета и смело экспериментировали, создавая причудливые конструкции.

Сейчас общая задача - сделать летательный аппарат для городской среды - также позволяет строить самые разнообразные аппараты.

Корпорация Airbus, к примеру, разрабатывает сразу три крупных проекта - пилотируемый одноместный Vahana, который, по планам корпорации, сможет полететь уже в следующем году, а к 2021 году будет готов к коммерческим полетам. Два других проекта: CityAirbus, беспилотное такси-квадрокоптер на несколько человек, и Pop.Up, который корпорация разрабатывает совместно с Italdesign. Это одноместный беспилотный модуль, который можно будет использовать на колесном шасси для поездок по городу, а также подвешивать к квадрокоптеру для полетов.

Airbus Pop.Up и CityAirbus используют принцип квадрокоптера, а Vahana - конвертоплан (то есть аппарат, который взлетает по-вертолетному, а затем разворачивает двигатели и дальше движется как самолет).

Схемы квадрокоптера и конвертоплана - сейчас основные для пассажирских дронов. Квадрокоптеры гораздо более стабильны во время полета. А конвертопланы позволяют развивать большую скорость. Но обе схемы позволяют вертикально взлетать и садиться. Это ключевое требование для городской авиации, поскольку обычному самолету нужна взлетно-посадочная полоса. А это значит, что понадобится строительство дополнительной инфраструктуры для города.

Среди других заметных проектов - Volocopter германской компании eVolo, который представляет собой мультикоптер с 18 пропеллерами. Это пока что самый успешный проект воздушного такси, осенью 2017 года в Дубае уже приступили к его тестированию. В июне управляющая транспортная компания Дубая об этом с eVolo.

Еще один проект из Германии - Lilium - интересен необычной компоновкой. Это электрический конвертоплан на 36 небольших турбин, установленных двумя блоками вдоль крыла, и с еще двумя блоками в передней части аппарата. Компания уже начала тестовые полеты в беспилотном режиме.

Японский автопроизводитель Toyota инвестирует в проект Cartivator.

А онлайн-сервис такси Uber также разрабатывает свою беспилотную систему, в этом проекте он тесно сотрудничает с НАСА по разработке технологий и программного обеспечения сервиса в городах с высокой плотностью населения.

Среди авиационных экспертов немало как сторонников беспилотных городских пассажирских перевозок, так и скептиков.

Среди последних - главный редактор Avia.ru Роман Гусаров. Главная проблема, по его мнению - невысокая мощность электродвигателей и аккумуляторов. И эффективные пассажирские дроны вряд ли появятся в обозримом будущем, несмотря на то, что в их разработку вкладывается много средств.

"Технологии еще достаточно сыры и создаваемые с их использованием системы подвержены техническим сбоям", - отметил в интервью Би-би-си главный редактор портала uav.ru Денис Федутинов.

По его словам, подобные проекты могут быть просто красивым рекламным ходом и возможностью показать, что компания занимается передовыми исследованиями. Он также не исключает, что на фоне восторженных публикаций в прессе может возникнуть много стартапов, которые, найдя деньги инвесторов, так и не смогут создать летающий пассажирский дрон.

Исполнительный директор Infomost Consulting (компания занимается консалтингом в области транспорта) Борис Рыбак считает, что пока самой большой проблемой в этой сфере является страх. Люди будут еще долго бояться доверять свою жизнь летательному аппарату без пилота.

"Когда появились первые самодвижущиеся бензиновые повозки, с чадом, дымом и грохотом ехали они рядом с лошадками, и народ разбегался. Но это нормально, тогда было страшно, и сейчас страшно", - сказал Рыбак.

Между дом ами и птиц ами

В настоящее время НАСА и Федеральное управление гражданской авиации США работают над программой "Управление движением беспилотных авиационных систем" (Unmanned Aircraft System (UAS) Traffic Management (UTM)). Именно в рамках этой программы с НАСА и ФАА сотрудничает компания Uber.

Развитие технологий в этой области сильно опережает разработку правил их регулирования. Американскую программу начали разрабатывать в 2015 году, но в "дорожной карте" ее разработки пока даже не отмечен срок создания правил для полетов в густонаселенных городских районах.

При этом имеются в виду полеты дронов по доставке почты и новостной видеосъемке. А о перевозке пассажиров в программе пока вообще ничего не говорится.

Судя по данным презентаций, изученных Русской службой Би-би-си, в будущем полеты пассажирских дронов в городах будут регулироваться через выстраивание маршрутов в воздушных коридорах. Такой же принцип действует в современной гражданской авиации. При этом дроны будут активно взаимодействовать между собой и мониторить воздушное пространство вокруг, чтобы избежать столкновений с другими дронами и прочими объектами в воздухе (например, с птицами).

Однако, как полагает Борис Рыбак, гораздо более эффективной была бы система, построенная по принципу свободного полета, где маршруты выстраивались бы компьютерами с учетом местонахождения всех аппаратов в воздухе.

• Британия начинает испытания беспилотных грузовиков
• Движения кенгуру запутали беспилотные автомобили

Останется ли Россия в стороне?

В России власти также пытаются делать осторожные шаги по регулированию полетов беспилотников в городской среде. Так, уже давно интересуется беспилотниками компания "Ростелеком". Она является подрядчиком компании "Российские космические системы", которая в ноябре 2015 года выиграла конкурс Роскосмоса на 723 млн рублей (12,3 млн долларов) на создание инфраструктуры Федерального сетевого оператора.

Эта инфраструктура должна будет обеспечить наблюдение за транспортом и беспилотными аппаратами (включая летательные), наземным и водным пилотируемым и беспилотным транспортом, железнодорожным транспортом, объяснял представитель "Ростелекома". Оператор создает опытный образец инфраструктуры, которая будет контролировать движение транспорта, прежде всего дронов, и готов потратить на субподрядчиков около 100 млн рублей (1,7 млн долларов).

Замглавы департамента науки, промышленной политики и предпринимательства города Москвы Андрей Тихонов рассказал Би-би-си, что в российской столице пока нет условий для появления пассажирских дронов.

"Во-первых, не до конца проработана нормативная база для беспилотных летательных и наземных аппаратов. Во-вторых, московская инфраструктура пока не приспособлена для массовой транспортировки грузов и пассажиров на беспилотных аппаратах. В-третьих, большинство аппаратов, предназначенных для перевозки людей и больших грузов, пока находятся на стадии тестирования и должны получить соответствующую документацию для работы в городских условиях. Опять же возникают вопросы обязательного страхования пассажиров и многие другие", - объяснил он.

Правда, по его словам, эти проблемы не столько останавливают власти города, сколько заставляют искать пути их решения.

Быстрее звука

Другое направление, над которым работают во многих авиастроительных корпорациях - сверхзвуковые пассажирские перевозки.

Эта идея совсем не нова. 22 ноября исполняется 40 лет началу регулярных коммерческих рейсов между Нью-Йорком, Парижем и Лондоном на самолетах "Конкорд". В 1970-х идею сверхзвуковых перевозок воплотили British Airways вместе с Air France, а также "Аэрофлот" на Ту-144. Но на практике выяснилось, что технологии того времени не годились для гражданской авиации.

В итоге советский проект свернули после семи месяцев эксплуатации, а британо-французский - после 27 лет.

Главной причиной, по которой были свернуты проекты Concorde и Ту-144, обычно называют финансы. Эти самолеты были дорогим удовольствием.

Двигатели таких аппаратов потребляют гораздо больше горючего. Для таких самолетов необходимо было создавать свою инфраструктуру. Ту-144, например, использовал свой вид авиационного топлива, гораздо более сложный по составу, он нуждался в особом техническом обслуживании, более тщательном и дорогостоящем. Для этого самолета приходилось держать даже отдельные трапы.

Ещё одной серьезной проблемой, помимо сложности и стоимости обслуживания, стал шум. Во время полета на сверхзвуковой скорости на всех передних кромках элементов самолета возникает сильное воздушное уплотнение, которое порождает ударную волну. Она тянется за самолетом в виде огромного конуса, и когда достигает земли, то человек, через которого она проходит, слышит оглушающий звук, похожий на взрыв. Именно из-за этого полеты "Конкордов" над территорией США на сверхзвуковой скорости были запрещены.

И именно с шумом сейчас, прежде всего, пытаются бороться конструкторы.

После прекращения полетов "Конкорда" попытки построить новый, более эффективный сверхзвуковой пассажирский самолет не прекращались. И с появлением новых технологий в области материалов, двигателестроения и аэродинамики о них стали говорить все чаще.

В мире разрабатывается сразу несколько крупных проектов в области сверхзвуковой гражданской авиации. В основном, это бизнес-джеты. То есть проектировщики изначально стараются нацелиться на тот сегмент рынка, где стоимость билетов и обслуживания играет меньшую роль, чем на маршрутных перевозках.

НАСА совместно с корпорацией Lockheed Martin разрабатывает сверхзвуковой самолет, пытаясь, в первую очередь, решить проблему звукового барьера. Технология QueSST включает в себя поиск особой аэродинамической формы летательного аппарата, которая как бы "размазывала" жесткий звуковой барьер, делая его нерезким и менее шумным. В настоящее время в НАСА уже разработали облик самолета, а его летные испытания могут начаться в 2021 году.

Еще один заметный проект - AS2, который разрабатывает компания Aerion в партнерстве с Airbus.

Airbus также работает над проектом Concord 2.0. Этот самолет планируется оснастить тремя типами двигателей - ракетным в хвостовой части и двумя обычными реактивными, при помощи которых самолет сможет взлетать почти вертикально, а также одним прямоточным, который уже будет разгонять аппарат до скорости в 4,5 Маха.

Правда, подобными проектами в Airbus занимаются довольно осторожно.

"Airbus продолжает исследования в области сверхзвуковых/гиперзвуковых технологий, мы также изучаем рынок, чтобы понять, будут ли такого рода проекты жизнеспособны и осуществимы, - говорится в официальном комментарии Airbus для Русской службы Би-би-си. - Мы не видим рынка для таких самолетов в настоящий момент и в обозримом будущем из-за высоких издержек таких систем. Это может измениться с появлением новых технологий, либо с изменением экономической или социальной обстановки. В общем, пока что это скорее область изучения, а не приоритетное направление".

Media playback is unsupported on your device

Предсказать, будет ли спрос на такие самолеты, действительно сложно. Борис Рыбак отмечает, что параллельно с авиационными развивались и информационные технологии, и теперь бизнесмен, которому необходимо быстро решить вопрос на другой стороне Атлантики, часто может сделать это не лично, а по интернету.

"Лететь бизнес-классом или в бизнес-джете шесть часов из Лондона до Нью-Йорка. А так ты технически потратишь четыре, ну три сорок. Стоит ли эта [овчинка] выделки?" - сказал Рыбак по поводу сверхзвуковых перелетов.

По опыту Ту-144

Однако другие российские авиационные специалисты считают иначе. Сверхзвуковые самолеты смогут занять свое место на рынке, считает ректор Московского авиационного института Михаил Погосян, бывший руководитель Объединенной авиастроительной корпорации.

"Сверхзвуковой самолет дает возможность выйти на качественно другой уровень, он позволяет экономить глобально время - сутки. Прогнозы рынка говорят о том, что внедрение такого рода технологий и такого рода проектов будет связано со стоимостью такого полета. Если такая стоимость будет приемлемой и не будет в разы отличаться от стоимости полета на дозвуковом самолете, то я вас уверяю, что рынок есть", - сказал он Русской службе Би-би-си.

Погосян выступил на форуме Aerospace Science Week в МАИ, где он, в частности, рассказал о перспективах создания сверхзвукового самолета с участием российских специалистов. Российские предприятия (ЦАГИ, МАИ, ОАК) участвуют в большой европейской научно-исследовательской программе Horizon 2020, одно из направлений которой - разработка сверхзвукового пассажирского самолета.

Погосян перечислил главные свойства такого самолета - низкий уровень звукового удара (иначе самолет не сможет летать над населенными территориями), двигатель изменяемого цикла (ему необходимо хорошо работать на дозвуковой скорости и на сверхзвуковой), новые термостойкие материалы (на сверхзвуковой скорости самолет сильно нагревается), искусственный интеллект, а также то, что управлять таким самолетом может один пилот.

При этом ректор МАИ убежден, что проект сверхзвукового самолета можно создать только на международном уровне.

Руководитель Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) Сергей Чернышев рассказал на форуме, что российские специалисты участвуют в трех международных проектах в области сверхзвуковой пассажирской авиации - Hisac, Hexafly и Rumble. Все три проекта не ставят целью создать конечный коммерческий продукт. Их главная задача - исследовать свойства сверхзвукового и гиперзвукового аппарата. По его словам, сейчас авиастроители создают еще только концепцию такого самолета.

В интервью Би-би-си Сергей Чернышев сказал, что сильной стороной российских авиастроителей является опыт создания сверхзвуковых самолетов и их эксплуатации. По его словам, это сильная аэродинамическая школа, большой опыт проведения испытаний, в том числе и в экстремальных условиях. В России также "традиционно сильная школа материаловедов", - добавил он.

"Мой субъективный прогноз: на горизонте 2030-35 года появится [бизнес-джет]. Академик Погосян считает, что между 2020-м и 2030 годом. Десять лет он им дал. Это так, но все-таки ближе к 2030 году", - сказал Сергей Чернышев.

"Обычные" необычные лайнеры

Главная задача авиаконструкторов сегодня - добиваться увеличения топливной эффективности самолета, снижая при этом вредные выхлопы и шум. Вторая задача - разрабатывать новые системы управления, где компьютер будет выполнять все больше задач.

Сейчас уже никого не удивить электродистанционной системой управления самолетом, когда сигналы от ручки управления или штурвала, педалей и прочих органов передаются к рулям и прочим элементам механизации в виде электросигналов. Подобная система позволяет бортовому компьютеру контролировать действия летчика, внося коррективы и исправляя ошибки. Однако эта система - уже вчерашний день.

• Последний сверхзвуковой "Конкорд" сдали в музей
• Первый в мире авиалайнер с термоядерным реактором: как скоро?
• Почему авиастроительные корпорации делают одинаковые самолеты?

Как рассказал Би-би-си вице-президент корпорации "Иркут" по маркетингу и продажам Кирилл Будаев, российская компания работает над системой, когда самолетом будет управлять всего один пилот, а функции второго при взлете и посадке будет выполнять специально подготовленный старший бортпроводник. Во время полета самолета на эшелоне одного пилота вполне достаточно, считают в "Иркуте".

По законам природы

Еще одно серьезное нововведение, появившееся в последнее десятилетие - композитные материалы. Разработку легкого и прочного пластика можно сравнить с применением алюминия в послевоенной авиации. Этот материал вместе с появлением эффективных турбореактивных двигателей изменил облик самолетов. Теперь точно такая же революция происходит с композитом, который постепенно вытесняет металл из конструкций самолетов.

При проектировке самолетов все чаще используется трехмерная печать, которая позволяет создавать более сложные формы с высокой точностью. И добиваться снижения потребления топлива.

К примеру, Airbus и Boeing используют новейшие двигатели семейства LEAP производства CFM International. Форсунки в этих двигателях напечатаны на трехмерном принтере. И это позволило повысить топливную эффективность на 15%.

Кроме того, сейчас авиационная промышленность начала активнее осваивать бионический дизайн.

Бионика - прикладная наука, которая изучает возможности практического применения в различных технических устройствах принципов и структур, которые появились в природе благодаря эволюции.

Вот простой пример - на снимке выше изображен кронштейн, аналогичный тому, что используется в самолете Airbus. Обратите внимание на его форму - обычно такой элемент представляет собой сплошной кусок металла треугольной формы. Однако, рассчитав на компьютере силы, которые будут приложены к различным его частям, инженеры выяснили, какие части можно удалить, а какие - видоизменить таким образом, чтобы не только облегчить, но и усилить такой компонент.

Гораздо более сложная работа была проведена группой ученых во главе с профессором Технического университета Дании Нильсом Ааге. В октябре 2017 года они опубликовали в журнале Nature доклад , в котором рассказали о том, как они рассчитали на французском суперкомпьютере Curie силовой набор крыла авиалайнера Boeing 777 - сложную структуру довольно тонких перемычек и распорок.

В результате, как считают исследователи, вес двух крыльев самолета можно было бы снизить на 2-5%, не потеряв при этом прочности. С учетом того, что оба крыла в сумме весят 20 тонн, это дало бы экономию до 1 тонны, что соответствует предполагаемому сокращению расхода топлива 40-200 тонн в год. А ведь это уже существенно, не правда ли?

При этом бионический дизайн в будущем, как считают в авиастроительных корпорациях, будет применяться все больше и больше. Самолет на первой иллюстрации к этому тексту - лишь эскиз инженеров Airbus, но на нем уже видно, по какому принципу будет создаваться силовой набор самолетов будущего.

Электричество

Двигатель - самая главная и самая дорогая часть самолета. И именно он определяет конфигурацию любого самолета. В настоящее время большинство авиационных двигателей - либо газогенераторные, либо внутреннего сгорания, бензиновые или дизельные. Лишь самая малая часть из них работает на электричестве.

По словам Бориса Рыбака, все десятилетия существования реактивной авиации разработка принципиально новых авиационных моторов не велась. Он видит в этом проявление лобби нефтяных корпораций. Так это или нет, но за все послевоенное время эффективного двигателя, который бы не сжигал углеводородное топливо, так и не появилось. Хотя испытывались даже атомные.

Сейчас в мировой авиационной индустрии отношение к электричеству сильно меняется. В мировой авиации появилась концепция "Более электрический самолет". Она подразумевает большую по сравнению с современными электрификацию узлов и механизмов аппарата.

В России технологиями в рамках этой концепции занимается холдинг "Технодинамика", входящий в "Ростех". Компания разрабатывает электроприводы реверса для будущего российского двигателя ПД-14, приводы топливной системы, уборки-выпуска шасси.

"В долгосрочной перспективе мы, конечно, рассматриваем проекты больших коммерческих самолетов. И в этих больших самолетах мы, скорее всего, будем использовать гибридную двигательную установку, прежде чем перейти полностью на электротягу, - говорится в комментарии Airbus. - Дело в том, что отношение мощности к весу в современных аккумуляторах пока еще очень далеко от того, что нам нужно. Но мы готовимся к будущему, в котором это возможно".