История сверхзвуковой авиации. Сверхзвуковой самолет: история развития. Совершенствование сверхзвукового самолета

Облететь Землю за пару часов. Это не миф, это реальность, если быть пассажиром супербыстрого самолета.

Boeing X-43

Гиперзвуковой самолет Х-43А – это самый быстрый самолет в мире. Беспилотник во время тестирования показал фантастические результаты, он летел со скоростью 11230 километров в час. Это примерно в 9,6 раз больше, чем скорость звука.

Проектировали и создавали машину X-43A специалисты NASA, Orbital Sciences Corporation и MicroCraft Inc. Чтобы рекордсмен появился на свет понадобилось около десяти лет исследований в сфере сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей, которые способны разгонять самолеты до сверхзвуковых скоростей. На проект понадобилось четверть миллиарда долларов.

Быстрейший самолет на планете не отличается большими размерами. Размах его крыльев всего полтора метра, длина же всего 3,6 метра. На самом быстром самолете установили экспериментальный прямоточный двигатель сверхзвукового горения Supersonic Combustion Ramjet (SCRamjet). И главная его особенность в том, что нет трущихся деталей. Ну а топливо, на котором летает рекордсмен – это смесь кислорода и водорода. Создатели не стали отводить место под специальные баки для кислорода, он забирается прямо из атмосферы. Это позволило уменьшить массу самолета. В итоге, в результате использования кислорода с водородом двигатель выделяет обычный водяной пар.

Самый быстрый самолет в мире Boeing X-43 летает со скоростью 11 230 км/ч

Стоит отметить, что самый быстрый самолет в мире разрабатывался специально для испытаний новейшей технологии, а именно гиперзвуковую альтернативу современным турбореактивным двигателям. Ученые полагают, что гиперзвуковые самолеты смогут долететь до любой точки Земли всего за 3-4 часа.

Orbital Sciences Corporation Х-34

Х-34 тоже является самым быстрым самолетом. Причем, он может развивать еще большую скорость, чем предыдущий, а именно 12144 километров в час. Впрочем, в списке быстрейших он все-таки на втором месте. Все потому, что на экспериментах он смог развить скорость меньше 11230 километров в час. Ускорение самолет получает с помощью твердотопливной ракеты «Пегас» (Pegasus), которая прикреплена к воздушному судну.

Впервые испытали этот быстрейший самолет в мире весной 2001 года. И на то, чтобы создать и протестировать двигатель аппарата Hyper-X ушло 7 лет и 250 миллионов долларов. Испытания Х-34 закончились успехом лишь весной 2004 года. Тогда во время запуска над Тихим океаном около острова Святого Николая машина разогналась до 11 тысяч километров в час. Этот самолет больше, чем рекордсмен. Длина самолета 17,78 метров, размах крыльев 8,85 метров, высота уже 3,5 метров. Воздушное судно хоть и быстро летает, но масса у него внушительная 1270 килограммов. Максимум, на какую высоту он может подняться – 75 километров.

North American X-15

Х-15 – это уже экспериментальный американский самолет-ракетоплан, он оснащен ракетными двигателями. Х-15 первый и в течение сорока лет единственный за всю историю пилотируемый гиперзвуковой самолет, который совершил суборбитальные космические полеты с пилотами. У этого летательного аппарата основная задача – изучать условия полета на гиперзвуковых скоростях, а так же исследовать условия входа в атмосферу крылатых аппаратов. Он предназначен для оценки новых конструкторских решений, покрытий, а также психофизических аспектов управления в условиях верхних слоев атмосферы. Концепцию проекта утвердили в 1954 году. И в полете был зафиксирован неофициальный рекорд высоты, который держался с 1963 года и до 2004 года. Этот самолет способен лететь со скоростью 7274 километров в час.

Впрочем, несмотря на впечатляющую скорость, весит самолет весьма прилично – более 15 тысяч килограммов. Но это с учетом массы топлива. При посадке летательный аппарат весит в два раза меньше. Высота, на которую может подняться Х-15 – почти 110 километров. Ну а дальность полета составляет 543,4 километра.

SR-71 («Blackbird»)

SR-71 – это стратегический сверхзвуковой разведчик военно-воздушных сил США. И это самый быстрый самолет, к тому же самый высоколетящий серийный. Таковым он остается на протяжении последних 25 лет. У него довольно компактные размеры: длина 32,76 метров, высота 5,64 метра, а размах крыльев 16,95 метров. При таких данных впечатляет масса самолета, при взлете она составляет более 77 тысяч килограммов, правда, пустое воздушное судно весит около 27 тысяч килограммов. Ну а максимальная скорость, с которой способен летать SR-71 – 3715 километров в час.

Миг-25 («Летучая мышь»)

А вот это самый быстрый на планете реактивный военный самолет. Именно на нем было установлено ровно 29 мировых рекордов. Разработано и построено две разновидности этого летательного аппарата: перехватчик и разведчик. Длина самолета составляет 23,82 метра, высота почти 6 метров, размах крыльев 13,95 у разведчика и 14,015 у перехватчика. Максимальная взлетная масса самолета 41200 килограммов, а при посадке она равняется 18800 килограммов. Летает Миг-25 со скоростью 3395 километров в час.

Истребитель-перехватчик МИГ-25 - самый быстрый самолет в России

МиГ-31

Это двухместный сверхзвуковой истребитель-перехватчик, которые предназначен для полетов в любую погоду и является самолетом дальнего радиуса действия. МиГ-31 является первым советский боевым самолетом 4-го поколения. Он необходим для перехвата и уничтожения целей в воздухе на больших, средних, малых и предельно малых высотах, ночью и днем, в разных метеоусловиях, при активных и пассивных радиолокационных помехах у противника, даже ложных тепловых целях. Четыре самолета МиГ-31 могут контролировать воздушное пространство в 800-900 километров. Один самолет имеет длину 21,62 метра, высоту 6,5 метров и размах крыльев 13,45 метров. Летает машина со скоростью 3 тысячи километров в час.

Макдоннел-Дуглас F-15 («Игл»)

А это всепогодный американский тактический истребитель 4-го поколения. Он способен завоевывать превосходство в воздухе. На вооружение «Игл» приняли в 1976 году. Всего существует 22 модификации самолета. F-15 применялись в Персидском заливе, Югославии и на Ближнем Востоке. Истребитель развивает максимальную скорость в 2650 километров в час.

Дженерал Дайнемикс F-111 («Aardvark» или «Pig»)

F-111 – двухместный тактический бомбардировщик. В 1996 году его вывели из боевого состава военно-воздушных сил США. Скорость его передвижения составляет 2645 километров в час.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен Опубликовано вт, 09/29/2015 - 07:20 пользователем russianinterest...

Оригинал взят у в Скорость, как мечта. Скорость, как призвание

Золотыми годами сверхзвуковой авиации можно, пожалуй, считать 1960-е. Именно в то время казалось что вот, ещё чуть-чуть — и эскадрильи сверхзвуковых самолётов станут единственным вариантом воздушного боя, а сверхзвуковые лайнеры прочертят своими следами наш небосвод, связав все крупные города и мировые столицы. Однако, оказалось, что и как в случае с пилотируемым космосом, поход человека к высоким скоростям отнюдь не усеян розами: пассажирская авиация так и застыла на отметке около 800 километров в час, а военные самолёты болтаются в районе звукового барьера, изредка решаясь ненадолго залетать в область низкого сверхзвука, в районе числа Маха 2 или чуть больше.

С чем это связано? Нет, отнюдь не с тем, что «незачем летать быстро» или «это никому не нужно». Скорее, речь тут идёт о том, что в какой-то миг мир начал идти по пути наименьшего сопротивления и посчитал, что научно-технический прогресс — это самобеглая телега, которая и так уже едет под горку, в силу чего толкать её дополнительно — всего лишь ненужная трата лишних сил.

Зададимся простым вопросом — а чем так труден и затратен сверхзвуковой полёт? Начнем с того, что при преодолении самолётом сверхзвукового барьера характер обтекания корпуса летательного аппарата резко меняется: резко возрастает аэродинамическое сопротивление, увеличивается кинетический нагрев конструкции планера, а из-за смещения аэродинамического фокуса обтекаемого тела — происходит утрата устойчивости и управляемости самолёта.

Конечно, для обывателя и неподготовленного читателя все эти термины звучат достаточно блекло и непонятно, но, если резюмировать всё это в виде одной фразы, то получится: «на сверхзвуке лететь сложно». Но, понятное дело, отнюдь не невозможно. При этом, кроме увеличения мощности двигателей, создателям сверхзвуковых самолётов приходится идти на сознательное изменение внешнего облика самолёта — в нём появляются характерные «стремительные» прямые линии, острые углы на носу и на ведущих кромках, что сразу же отличает сверхзвуковой самолёт даже внешне от «гладких» и «прилизанных» форм дозвуковых самолётов.

Нос Ту-144 отклонялся вниз при взлёте и посадке, чтобы обеспечить хотя бы минимальный обзор пилотам.

Кроме того, при оптимизации самолёта под сверхзвуковой полёт у него возникает ещё одна неприятная особенность: он становится мало приспособленным для дозвукового полёта и достаточно неуклюжим в режимах взлёта и посадки, которые ему всё равно приходится осуществлять на достаточно низких скоростях. Те самые острые линии и стремительные формы, столь хорошие на сверхзвуке, пасуют перед низкими скоростями, на которых сверхзвуковым самолётам неизбежно приходится двигаться в начале и в конце своего полёта. А острые носы сверхзвуковых машин ещё и не дают пилотам полного обзора ВПП.

Вот, как пример, носовые части двух нереализованных в серии советских сверхзвуковых самолётов — М-50 ОКБ Мясищева (на дальнем плане) и Т-4 «объект 100» ОКБ Сухого (вблизи).

Наглядно видны усилия конструкторов: это либо попытка достигнуть компромисса в обводах, как у М-50, либо же сдвижной нос, отклоняющийся книзу, как у Т-4. Интересно, что Т-4 вполне мог стать первым серийным сверхзвуковым самолётом, который бы полностью летел в горизонтальном сверхзвуковом полёте без естественного обзора через фонарь кабины: на сверхзвуке носовой обтекатель полностью закрывал кабину лётчиков и вся навигация осуществлялась лишь по приборам, кроме того на самолёте имелся оптический перископ. Сегодняшний же уровень развития средств навигации и телеметрии вполне позволяет, кстати, отказаться от сложной конструкции сдвижного носового обтекателя сверхзвукового самолёта — его уже вполне можно поднимать и сажать лишь по приборам, а то и вообще без участия пилотов.

Одинаковые условия и задачи порождают схожие конструкции. У англо-французского «Конкорда» нос тоже сдвигался вниз при взлёте и посадке.

Что же не дало СССР создать уже в 1974 году инновационный комплекс противокорабельной борьбы на основе сверхзвукового Т-4, который был настолько передовым, что одних патентов в его конструкции набралось аж целых 600 штук?

Всё дело в том, что у КБ Сухого к середине 1970-х годов не было своих производственных мощностей для проведения расширенных государственных испытаний «объекта 100». Для этого процесса нужен был не опытный, а серийный завод, на роль которого вполне подходило КАПО (Казанский авиационный завод). Однако, как только стало готовиться постановление о подготовке Казанского авиационного завода к сборке установочной партии Т-4, академик Туполев, понимая, что он теряет серийный завод, на котором выпускали «стратегический дефектоносец» Ту-22, вышел с инициативным предложением о создании его модификации Ту-22М, для чего, якобы, надо было лишь незначительно перепрофилировать производство. Хотя, в дальнейшем, Ту-22М был разработан как абсолютно новый самолёт, решение о передаче казанского завода Сухому в своё время принято не было, а Т-4 в итоге оказался в музее в Монино.

Столь большая разница между Ту-22 и Ту-22М — наследие борьбы с Т-4.

Вопрос носового обтекателя — это не единственный компромисс, на который приходится идти создателям сверхзвуковых самолётов. По многим причинам у них получается и неидеальный сверхзвуковой планер, и посредственный дозвуковой самолёт. Таким образом, часто завоевание авиацией новых рубежей по скорости и высоте связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой компоновки самолётов, но также с изменениями их геометрии в полёте. На первом поколении сверхзвуковых машин такой вариант так и не реализовали, но именно эта идея крыла изменяемой стреловидности в итоге стала практически каноном в 1970-е годы. Такие изменения стреловидности крыла, улучшая характеристики самолёта при больших скоростях, не должны были ухудшать их качеств на малых скоростях, и наоборот.

«Боинг-2707» должен был стать первым пассажирским сверхзвуковым самолётом с изменяемой стреловидностью крыла.

Интересно, что судьбу «Боинга-2707» сгубило отнюдь не его конструктивное несовершенство, а лишь масса политических вопросов. К 1969 году, когда программа разработки «Боинга-2707» была на финишной прямой, 26 авиакомпаний заказали у «Боинга» 122 самолета модели 2707 стоимостью почти в 5 миллиардов долларов. В этот момент программа «Боинга» уже вышла из конструкторской и исследовательской фазы и было начато строительство двух опытных образцов модели 2707. Для завершения их постройки и изготовления тестовых самолётов компании было необходимо привлечь где-то 1-2 млрд. А общая стоимость программы с постройкой 500 самолетов приближалась к 5 млрд. долларов. Требовались государственные кредиты. Принципиально, в другое время, у «Боинга» нашлись бы на это и свои собственные средства, но не такими были 1960-е.

В концу 1960-х годов производственные мощности Boeing были сильно загружены созданием самого большого дозвукового пассажирского самолета в мире — «Боинга-747», на котором мы летаем и до сих пор. В силу этого модель 2707 буквально на несколько лет «не втолпилась» вперёд от «воздушного скотовоза» и оказалась позади его кургузого фюзеляжа. Витоге всё наличное финансирование и всё оборудование были задействованы на производство 747-го, а 2707 финансировался «Боингом» по остаточному принципу.

Два подхода к пассажирской авиации — «Боинг-747» и «Боинг-2707» на одном рисунке.

Но сложности с созданием 2707 были гораздо более серьёзными, нежели просто техническими вопросы или производственная программа «Боинга». С 1967 года в США ширится экологическое движение против сверхзвукового пассажирского транспорта. Утверждалось, что их полеты уничтожат озоновый слой, а мощный акустический удар, возникающий при сверхзвуковом полете, считался недопустимым для заселенных территорий. Под давлением общественного мнения, а затем и конгресса, президент Никсон создает комиссию из 12 членов для решения вопроса по финансированию программы SST, включавшей и «Боинг-2707». Но вопреки его ожиданиям, комиссия отвергает необходимость создания SST не только по экологическим, но и по экономическим причинам. Для создания первого самолета по их рассчётам было необходимо затратить 3 млрд. долл, что окупилось бы лишь при продаже 300 самолетов. Финансовое же состояние США было ослаблено продолжительной войной во Вьетнаме и расходами на лунную гонку.

Работы над моделью 2707 были прекращены в 1971 году, после чего ещё около года «Боинг»пытался продолжить строительство на собственные средства. Кроме того, частные лица, вплоть до студентов и школьников, тоже пытались поддержать «самолёт американской мечты», на что было собрано более миллиона долларов. Но и это не спасло программу. В итоге закрытие программы совпало со спадом в аэрокосмической промышленности и с нефтяным кризисом, в результате чего «Боинг» был вынужден сократить в Сиэтле почти 70000 своих служащих, а модель 2707 получила название «самолёта, который съел Сиэтл».

Goodnight, sweet prince. Кабина и часть фюзеляжа «Боинг-2707» в авиационном музее Хиллера.

Что же двигало создателями сверхзвуковых машин? С военными заказчиками ситуация, в целом, понятна. Воякам всегда нужен был самолёт, который бы летел выше и быстрее. Сверхзвуковая скорость полёта позволила не только быстрее достичь территории противника, но и увеличить потолок полёта такого самолёта до высоты в 20-25 километров, что было актуально для разведчиков и бомбардировщиков. При больших скоростях, как мы помним, растёт и подъёмная сила крыла, в силу чего полёт мог проходить в более разреженной атмосфере, и, как следствие, на большей высоте.

В 1960-е годы, до времени появления зенитно-ракетных комплексов, способных поражать цели на больших высотах, основным принципом применения бомбардировщиков был полёт к цели на максимально возможной высоте и скорости. Конечно, нынешние комплексы ПВО закрывают такого рода нишу использования сверхзвуковых самолётов (например, комплекс С-400 может сбивать цели прямо в космосе, на высоте в 185 километров и при их собственной скорости в 4,8 км/с, по сути, являясь комплексом ПРО, а не ПВО). Однако, в действиях против наземных, надводных и воздушных целей — сверхзвуковая скорость вполне востребована и по-прежнему присутствует в перспективных военных планах как для российских , так и для западных самолётов. Просто реализация достаточно сложного сверхзвукового полёта трудно совместима с задачей скрытности и малозаметности, которую пытались привить бомбардировщикам и истребителям на протяжении последних 30 лет, в силу чего выбирать приходится, как говорится, что-то одно — или прятаться, или прорываться.

Однако, есть ли у России сейчас надёжное средство против американских АУГ? Чтобы так, не подбираться к ним на 300 километров для запуска «Ониксов» каким-нибудь малозаметным, но уязвимым судном? У Т-4 была стройная концепция собственного стиля уничтожения авианосной группировки, а есть ли она у России сейчас? Думаю, что нет — как и нет до сих пор гиперзвуковых ракет Х-33 и X-45.

Американский бомбардировщик XB-70 «Валькирия». Именно с ними должен был бороться МиГ-25.

Куда повернёт будущее военного самолётостроения — вопрос открытый.

Я же хочу сказать ещё пару слов о гражданских сверхзвуковых самолётах.

Их эксплуатация позволяла не только значительно сократить время перелёта на дальних рейсах, но и использовать незагруженное воздушное пространство на большой высоте (около 18 км), в то время как основное используемое лайнерами воздушное пространство (высоты 9—12 км) уже даже в 1960е годы было значительно загруженным. Также сверхзвуковые самолёты совершали полёты по спрямлённым маршрутам (вне воздушных трасс и коридоров). И это уже не говоря об элементарном: экономии времени обычных пассажиров, которая составляла около половины времени полёта при, например, перелёте Европа-США.

При этом, повторюсь ещё раз — проект сверхзвуковых самолётов, как военных, так и гражданских, отнюдь не невозможны с практической точки зрения или сколь-либо нереальны с экономической точки зрения.

Мы просто в своё время свернули «не туда» и покатили телегу прогресса не в гору, а по самому лёгкому и приятному пути — вниз и под откос. Даже сегодня проекты сверхзвуковых пассажирских самолётов разрабатываются под тот же самый сегмент, под который сделали и другой инновационный концепт : конвертоплан «Аугуста-Вестланд» AW609. Этот сегмент — сегмент бизнес-перевозок для состоятельных клиентов, когда самолёт везёт не полтысячи пассажиров в скотских условиях, а десяток людей в условиях максимальной эффективности и максимального комфорта. Знакомьтесь, Aerio AS2. Если повезёт — полетит уже в ближайшем будущем, в 2021 году:

Думаю, там уже всё достаточно серьёзно — и партнёрство с «Эйрбасом», и заявленные инвестиции в 3 млрд. долларов вполне позволяют считать проект не «подсадной уткой», а серьёзной заявкой. Короче, «солидный господь — для солидных господ». А не для всяких нищебродов, которые позволили миру в конце ХХ века свернуть на лёгкий и удобный путь.

Впрочем, я уже писал об этом , повторяться не буду. Теперь это уже не более, чем прошлое:

Теперь мы живём в другом мире. В мире без сверхзвуковой авиации для всех. Впрочем, это не самая страшная потеря.

Для самолета важный параметр – его скорость. Это тот показатель, который заботит и авиаторов, и диспетчеров, и, прежде всего, пассажиров. Обычным людям, пользующимся услугами воздушных судов, всегда интересно, с какой скоростью они будут лететь.

Современные лайнеры легко развивают 600-800 км/ч. И это далеко не предел. Показатели преодоления воздушного пространства могут быть как ниже, так и намного выше. В целом, наука за столетие смогла сделать огромный рывок вперед. Для примера, «Илья Муромец» в начале XX века мог стабильно удерживать только чуть больше 100 км/ч.

Какие параметры влияют на скорость?

Скорость летательного аппарата зависит от нескольких основных значений. Это характеристики самолета, величина его аэродинамических сил и те моменты, которые действуют извне: плотность воздуха, давление, сила и направление ветра.

С точки зрения физики, скорость самолета равна отношению расстояния ко времени. Обычно рассматривают средние показатели и для расчета берутся малые интервалы – чаще всего принято измерять скорость в метрах в секунду, что затем несложно перевести в километры в час (умножением на 3,6).

Различают несколько видов скоростей:

путевая – показатель движения воздушного судна относительно земной поверхности
истинная – скорость относительно воздушной среды; может совпадать с путевой при отсутствии ветра
приборная – показатель, определенный при помощи нескольких измерений давления посредством задействования специальных трубок

Классификация самолетов по скоростям

Специалисты разделяют существующие модели воздушных судов на такие виды:

Дозвуковые . Основная сфера гражданской авиации. Характеристики моделей различны, но наивысший показатель скорости современного лайнера примерно 1035 км/ч, что приближается уже к следующему виду самолетов.
Трансзвуковые . Здесь ускорение равно скорости звука или максимально приближено к нему. Например, на высоте 8 тыс. метров скорость звука составляет 1109 км/ч/ Соответственно, все воздушные суда, способные достичь этого предела, можно отнести к трансзвуковым.
Сверхзвуковые . Превышают звуковой барьер, активно используются в военной авиации. Истребители, штурмовики, беспилотники разгоняются до 3-4 тыс. км/ч.
Гиперзвуковые . Используются редко, но над разработкой новых гиперзвуковых летательных аппаратов трудятся сегодня инженеры в разных странах. Уровень скорости звука превышают в 5-6 раз. Экспериментальный американский Х-43А может разогнаться до 11 200 км/ч.

Пассажирские самолеты и их скорость

Гражданские лайнеры с пассажирами на борту вырабатывают в среднем 60-80% своего ресурса. Поэтому выделяют крейсерские показатели скорости и максимальные. В технической документации указываются два значения, причем средняя скорость рассчитывается конструкторами, исходя из предельно возможной.

Основные скоростные характеристики лайнеров

Ил-62 . Дальнемагистральный борт, вмещает 198 пассажиров, обычная скорость – 850 км/ч.
Ил-86 . Очень большой по размерам лайнер, способный перевезти 314 человек, 950 км/ч.
Ил-96 . Рассчитан на дальние перелёты и на 300 мест на борту максимум, норма – до 900 км/ч.
Ту-134 . Предназначен для непродолжительных полетов, до 96 человек, 850 км/ч.
Ту-154 . До 180 пассажиров и средний темп – 900-930 км/ч.
Ту-204 . Средний показатель – 850 км/ч, количество человек – до 214.
Як-40 . До 36 пассажиров, нормальный показатель – 510 км/ч, максимальный – 550.
Boeing-747 . На дальние расстояния до 298 человек, стандарт во время полета – 915-917 км/ч.
Boeing-777 . Также рассчитан на большие перелеты, но всего 148 пассажиров и 891 км/ч.
Airbus A310 . Маршруты разной протяженности. Стандартные показатели: 183 места, 858 км/ч.
Airbus A320 . Аэробус может преодолевать средние дистанции со скоростью 853 км/ч и со 149 пассажирами на борту.
Airbus A330 . Создан для длительных рейсов. Рассчитан на 398 человек. И средний темп – 925 км/ч.
Airbus А380 . Самый большой в мире пассажирский лайнер. Вместимость – 700, нормальная скорость – 890-900 км/ч при максимальной – 1019.

Самые быстрые пассажирские суда

Как видно, показатели эксплуатируемых сегодня гражданских судов варьируются в границах 600-900 км/ч. Тем не менее, истории известны случаи сверхзвуковых пассажирских лайнеров. Первый – знаменитый Ту-144, выпущенный в 1968 году и способный развивать до 2 500 км/ч. Его прекратили использовать в 1978 году. Второй – франко-английский «Конкорд», летавший до 2003 года.

На видео краткий экскурс в историю легендарных сверхзвуковых пассажирских самолетов. Обзор причин, почему мир отказался от ультраскоростных гражданских полетов.

Гиперзуковых лайнеров изобретено не было, но работа в этом направлении ведется и российскими конструкторами, и зарубежными. Наиболее известен сегодня европейский проект Zehst, который сможет развивать 5 тыс. км/ч. Подобные отечественные проекты – Ту-444 и Ту-244 – на текущий момент заморожены.

Причины отказа от сверхзвуковых скоростей

Отсутствие аэродромов . Количество полос, на которые возможно посадить сверхзвуковые лайнеры, очень ограничено. Как правило, это военные аэродромы.
Сложности конструкции . Сверхскоростные самолеты имеют обтекаемую форму и строгие ограничение по длине борта. Таким образом, конструктивно суда мало подходят под габариты пассажирских.
Чрезмерный расход топлива . Стоимость билетов на такие рейсы составила бы очень внушительную сумму, что экономически невыгодно как для потребителей, так и для перевозчиков.
Ремонтные работы и облуживание . Практически после каждого перелёта необходимо проводить полное обслуживание борта. Это проверка заклёпочных креплений, фюзеляжа и т. д.

Взлёт – как происходит и на каких скоростях

Каждый самолет имеет индивидуальные технические характеристики, в соответствии с которыми и происходит его эксплуатация. Процесс подъема лайнера в воздух осуществляется поэтапно.

Набор оборотов двигателем . Приблизительно на 800-820 оборотах в минуту начинается движение самолета по полосе.
Разгон и ускорение . Пилот управляет воздушным судном на земле, достигая необходимых показателей скорости, находясь в устойчивом положении на трех колесах.
Отрыв и набор высоты. Для осуществления собственно взлета требуется разогнать самолет до 185 км/ч и плавно поднять нос путем натяжения рукояти. Вследствие этого судно продолжает движение на двух колесах и отрывается от земли, достигнув скорости 225 км/ч.

Выше приведены примерные показатели для модели Boeing-737. Чем выше масса лайнера, тем большую скорость он должен развить на земле. Кроме того, имеют значение при взлете и наборе высоты также и внешние факторы. Это направление и сила ветра, плотность воздушного потока, влажность, качество и состояние взлетной полосы.

В случаях, когда сильный ветер против движения самолета, могут понадобиться показатели, превышающие стандартные вдвое. При этом в обратной ситуации, когда ветер попутный, усилия будут нужны минимальные.

Посадка самолета

Приземление воздушного судна – процесс противоположный взлету. Соответственно, все этапы выполняются в обратной последовательности: плавное снижение, заход на посадку и выпрямление, удерживание самолета и касание полосы.

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:

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 .