6-го лютого 1950-го під час чергового випробування радянський реактивний винищувачМіГ-17 у горизонтальному польоті перевищив швидкість звуку, розігнавшись майже до 1070 км/год. Це перетворило його на перший надзвуковий літак серійного виробництва. Розробники Мікоян та Гуревич явно пишалися своїм дітищем.

Для бойових польотів МіГ-17 вважався навколозвучним, оскільки його крейсерська швидкість не перевищувала 861 км/год. Але це не завадило винищувачу стати одним із найпоширеніших у світі. У різний часвін перебував на озброєнні Німеччини, Китаю, Кореї, Польщі, Пакистану та десятків інших країн. Цей монстр взяв участь навіть у бойових діях у В'єтнамській війні.

МіГ-17 – далеко не єдиний представник жанру надзвукових літаків. Ми розповімо ще про десяток повітряних лайнерів, які теж випередили звукову хвилю та стали відомими у всьому світі.

Bell X-1

ВПС США спеціально оснастили Bell X-1 ракетним двигуном, оскільки хотіли з його допомогою вивчити проблеми надзвукового польоту. 14-го жовтня 1947 апарат розігнався до 1541 км/год (число Маха 1.26), подолав заданий бар'єр і перетворився на зірку піднебесся. Сьогодні модель-рекордсменка лежить у Смітсонівському музеї в Штатах.

Джерело: NASA

North American X-15

North American X-15 також оснащений ракетними двигунами. Але, на відміну від свого американського колеги Bell X-1, цей літак досяг швидкості 6167 км/год (число Маха 5,58), перетворившись на першого і на 40 років єдиного в історії людства (з 1959-го) пілотованим гіперзвуковим літальним апаратом, що здійснював політ. З його допомогою вивчали навіть реакцію атмосфери на вхід до неї крилатих тіл. Усього вироблено три одиниці ракетопланів типу Х-15.

Джерело: NASA

Lockheed SR-71 Blackbird

Гріх не застосовувати надзвукові літаки у військових цілях. Тому ВПС США спроектували Lockheed SR-71 Blackbird – стратегічний розвідник із максимальною швидкістю 3700 км/год (число Маху 3,5). Головні переваги - швидкий розгін та висока маневреність, що дозволило йому ухилятися від ракет. Також SR-71 був першим літаком, який оснастили технологіями зниження помітності радіолокації.

Побудовано лише 32 одиниці, 12 з яких розбилися. 1998-го знято з озброєння.

Джерело: af.mil

МіГ-25

Не можемо не згадати вітчизняний МіГ-25 – надзвуковий висотний винищувач-перехоплювач 3-го покоління з максимальною швидкістю 3000 км/год (число Маху 2,83). Літак був настільки крутим, що на нього поквапилися навіть японці. Тому 6-го вересня 1976-го радянському льотчику Віктору Беленку довелося викрасти МіГ-25. Після цього протягом багатьох років у багатьох частинах Спілки літаки почали заправляти не до кінця. Мета – щоб вони не долітали до найближчого іноземного аеропорту.

Джерело: Олексій Бельтюков

МіГ-31

Радянські вчені не припиняли працювати на повітряне благо вітчизни. Тому 1968-го почалося проектування МіГ-31. А 16-го вересня 1975-го він уперше побував у небі. Цей двомісний надзвуковий винищувач-перехоплювач далекого радіусу дії розігнався до швидкості 2500 км/год (число Маха 2,35) і став першим радянським бойовим літаком четвертого покоління.

МіГ-31 призначений для перехоплення та знищення повітряних цілей на гранично малих, малих, середніх та великих висотах, вдень та вночі, у простих та складних метеоумовах, при активних та пасивних радіолокаційних перешкодах, а також помилкових теплових цілях. Чотири МіГ-31 можуть контролювати повітряний простір завдовжки до 900 кілометрів. Це не літак, а гордість Союзу, яка досі перебуває на озброєнні Росії та Казахстану.

Джерело: Віталій Кузьмін

Lockheed/Boeing F-22 Raptor

Найдорожчий надзвуковий літак збудували американці. Вони змоделювали багатоцільовий винищувач п'ятого покоління, який став найдорожчим серед колег по цеху. Lockheed/Boeing F-22 Raptor на сьогоднішній день є єдиним винищувачем п'ятого покоління, що перебуває на озброєнні, і першим серійним винищувачем з надзвуковою крейсерською швидкістю 1890 км/год (1,78 Маха). Максимальна швидкість 2570 км/год (2,42 маху). Його в повітрі досі ніхто так і не перевершив.

Джерело: af.mil

Су-100/Т-4

Су-100/Т-4 («сотка») розроблявся як винищувач авіаносців. Але інженерам ОКБ Сухого вдалося не просто досягти поставленої мети, а змоделювати крутий ударно-розвідувальний бомбардувальник-ракетоносець, який потім хотіли застосувати навіть як пасажирський літак і розгін для авіаційно-космічної системи Спіраль. Максимальна швидкість Т-4 – 3200 км/год (3 Махи).

Один із прикладів існуючих проектів надзвукових літаків.

Сьогодні почну з невеликої передмови 🙂.

На цьому сайті я вже маю політ літальних апаратів. Тобто давно вже настав час написати щось і про надзвукутим більше, що я обіцяв це зробити:-). Днями взявся за роботу з неабиякою запопадливістю, але зрозумів, що тема настільки ж цікава, наскільки й об'ємна.

Мої статті останнім часом стислою не блищать, не знаю вже гідність це чи недолік:-). А випуск на тему « надзвук» погрожував стати ще більше і вже невідомо скільки часу мені довелося б його «творити»:-).

Тож я вирішив спробувати зробити кілька статей. Таку собі маленьку серію (штуки три-чотири), в якій кожна складова буде присвячена одному-двом поняттям на тему надзвукових швидкостей. І мені буде простіше, і читачам голову менше забиватиму:-), і яндекс з гуглом будуть більш прихильні (що важливо, самі розумієте:-)). Ну а що з цього вийде судити, звичайно, Вам..

********************

Отже, поговоримо сьогодні про надзвук і надзвукові літаки. Саме поняття « надзвук» у нашій мові (тим більше у чудовій мірі) миготить набагато частіше, ніж термін «дозвук».

З одного боку це, втім, зрозуміло. Дозвукові літальні апарати давно стали в нашому житті чимось повсякденним. А надзвукові літаки, хоч і літають у повітряному просторіось уже 65 років, але досі видаються чимось особливим, цікавим і заслуговує на підвищену увагу.

З іншого боку, це цілком справедливо. Адже польоти на надзвуку- Це, можна сказати, окрема, закрита якимось бар'єром область руху. Однак у людей недосвідчених цілком може виникнути питання: «А чого, власне, такого видатного в цьому надзвуку? Яка різниця летить літак із швидкістю 400 км/год чи 1400 км/год? Дайте йому двигун потужніший і все буде гаразд!» Приблизно такому смисловому становищі перебувала авіація на зорі свого розвитку.

Швидкість завжди була межею мрій і спочатку ці устремління досить успішно втілювалися в життя. Вже в 1945 році льотчик-випробувач фірми Мессершміт Л.Гофман у горизонтальному польоті на одному з перших у світі літаків з реактивними двигунами, МЕ-262, досяг у горизонтальному польоті на висоті 7200 м швидкості 980 км/год.

Проте, насправді, все далеко не так просто. Адже політ на надзвукувідрізняється від дозвукового як величиною швидкості і стільки нею. Відмінність тут якісна.

Вже зі швидкостей близько 400 км/год починає потроху виявлятися така властивість повітря, як стисливість. І нічого тут, у принципі, несподіваного нема. – це газ. А всі гази, як відомо, на відміну від рідин, стисливі. При стисненні змінюються параметри газу, такі, як щільність, тиск, температура. Через це в стислому газі вже інакше можуть протікати різні фізичні процеси, ніж у розрідженому.

Чим швидше летить літак, тим більше він разом зі своїми аеродинамічними поверхнями стає схожим на такий собі поршень, який у певному сенсі стискає повітря перед собою. Перебільшено, звичайно, але в цілому саме так:-).

Зі зростанням швидкості аеродинамічна картина обтікання літального апарату змінюється і що швидше, то більше:-). А на надзвукувона вже якісно інша. При цьому на перший план виходять нові поняття аеродинаміки, які для малошвидкісних літаків часто просто не мають сенсу.

Для характеристики швидкості польоту тепер стає зручним і необхідним використання такого параметра, як число М (число Маха, відношення швидкості літака щодо повітря в даній точці до швидкості звуку повітряного потоку в цій точці). З'являється і стає відчутним (дуже відчутним!) ще один вид аеродинамічного опору - хвильовий опір(Разом з таким чином зрослим звичайним лобовим опором).

Стають знаковими такі явища, як хвильова криза (з критичним числом М), понад звуковий бар'єр , стрибки ущільненняі ударні хвилі.

Крім того, погіршуються керованість та характеристики стійкості літака через зміщення назад точки застосування аеродинамічних сил.

При підході до області навколозвукових швидкостей літак може відчувати сильну тряску (це було найбільш характерно для перших літаків, що штурмували тоді ще таємничий рубіж швидкості звуку), схожу за своїми проявами ще одним дуже неприємним явищем, з яким довелося зіткнутися авіаторам у своєму професійному розвитку. Це явище називається флаттером (тема для чергової статті:-)).

З'являється такий неприємний момент, як розігрів повітря внаслідок його різкого гальмування перед літаком (так званий кінетичне нагрівання), а також нагрівання в результаті в'язкого тертя повітря. У цьому температури досить високі, близько 300ºС . До таких температур розігрівається обшивка літака під час тривалого надзвукового польоту.

Про всі згадані вище поняття та явища, а також причини їх виникнення ми обов'язково поговоримо в інших статтях більш детально. Але зараз, я думаю, цілком зрозуміло, що надзвук- це вже щось зовсім інше, ніж політ на дозвуковій (тим меншій) швидкості.

Для того, щоб ужитися з усіма ефектами і явищами, що знову виникають, на великих швидкостях і повністю відповідати своєму призначенню, літальний апараттеж має якісно змінитися. Тепер це має бути надзвуковий літак, тобто літак, здатний виконувати політ зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку даному ділянці повітряного простору.

І для нього недостатньо тільки збільшення потужності двигуна (хоча це теж дуже важлива і обов'язкова деталь). Такі літаки зазвичай змінюються та зовні. У тому вигляді з'являються гострі кути і кромки, прямі лінії, на відміну «плавних» обрисів дозвукових літаків.

Надзвукові літакимають стрілоподібне або трикутне у плані крило. Типовий і один із найвідоміших літаків із трикутним крилом – чудовий винищувач МІГ-21 (максимальна швидкість на висоті 2230 км/год, біля землі 1300 км/год).

Надзвуковий літак із трикутним у плані крилом МІГ-21.

Один із варіантів стрілоподібного – це крило оживальної форми, що має підвищений коефіцієнт підйомної сили. Він має спеціальний наплив біля фюзеляжу, призначений для утворення штучних спіральних вихрів.

МІГ-21І з крилом оживальної форми.

МІГ-21І – оживальне крило.

Оживальне крило ТУ-144.

Цікаво, що крило такого типу, потім встановлене на ТУ-144, випробовувалося на лабораторії, що літає, на базі все того ж МІГ-21 (МІГ-21І).

Другий варіант - надкритичне крило. Воно має сплощений профіль з певним чином вигнутою задньою частиною, що дозволяє відсунути виникнення хвильової кризи на великі швидкості та може бути вигідним у плані економічності для швидкісних літаків. Таке крило застосоване, зокрема, літаком SuperJet 100 .

SuperJet 100. Приклад надкритичного крила. Добре видно вигин профілю (задня частина)

Фотографії клікабельні.

Рівно 15 років тому три останні надзвукові пасажирські літаки Concorde британської авіакомпанії British Airways здійснили прощальний політ. Того дня, 24 жовтня 2003 року, ці літаки, пролетівши на малій висоті над Лондоном, приземлилися в «Хітроу» і тим самим завершили недовгу історію надзвукової пасажирської авіації. Тим не менш, сьогодні авіаконструктори по всьому світу знову замислюються про можливість швидких перельотів - з Парижа до Нью-Йорка за 3,5 години, з Сіднея до Лос-Анджелеса - за 6 годин, з Лондона до Токіо - за 5 годин. Але перш ніж надзвукові літаки повернуться на міжнародні пасажирські маршрути, розробникам доведеться вирішити безліч завдань, серед яких одне з найважливіших – зменшення шумності швидких літальних апаратів.

Коротка історія швидких польотів

Пасажирська авіація почала формуватися у 1910-х роках, коли з'явилися перші літаки, спеціально спроектовані для перевезення людей повітрям. Найпершим із них став французький Bleriot XXIV Limousine компанії Bleriot Aeronautique. Він використовувався для розважальних повітряних прогулянок. Через два роки в Росії з'явився С-21 Гранд, створений на базі важкого бомбардувальника Російський витязь Ігоря Сікорського. Його збудували на Російсько-Балтійському вагонному заводі. Далі авіація почала розвиватися семимильними кроками: спочатку почалися перельоти між містами, потім між країнами, а потім між континентами. Літаки дозволяли дістатися місця призначення швидше, ніж потягом чи кораблі.

У 1950-х роках прогрес у розробці реактивних двигунів значно прискорився і для бойової авіації стали доступні, нехай і короткочасно, польоти на надзвуковій швидкості. Надзвуковою швидкістю прийнято називати рух до п'яти разів швидше за швидкість звуку, яка змінюється в залежності від середовища поширення та її температури. При нормальному атмосферному тиску на рівні моря звук поширюється зі швидкістю 331 метр за секунду, або 1191 кілометр за годину. У міру набору висоти щільність і температура повітря знижується, знижується швидкість звуку. Наприклад, на висоті 20 тисяч метрів вона становить уже близько 295 метрів за секунду. Але вже на висоті близько 25 тисяч метрів і в міру її набору до більш ніж 50 тисяч метрів температура атмосфери потроху починає збільшуватися в порівнянні з нижніми шарами, а разом з нею збільшується і місцева швидкість звуку.

Зростання температури цих висотах пояснюється, зокрема, високою концентрацієюу повітрі озону, що утворює озоновий щит і поглинає частину сонячної енергії. В результаті швидкість звуку на висоті 30 тисяч метрів над морем становить близько 318 метрів за секунду, а на висоті 50 тисяч - майже 330 метрів за секунду. В авіації для вимірювання швидкості польоту широко використовується число маху. Якщо говорити спрощено, воно виражає місцеву швидкість звуку для конкретної висоти, щільності та температури повітря. Так, швидкість умовного польоту, що дорівнює двом числам Маха, на рівні моря становитиме 2383 кілометри на годину, а на висоті 10 тисяч метрів - 2157 кілометрів на годину. Вперше звуковий бар'єр на швидкості 1,04 числа Маха (1066 кілометрів на годину) на висоті 12,2 тисяч метрів подолав американський льотчик Чак Єгер у 1947 році. Це був важливий крок на шляху освоєння надзвукових польотів.

У 1950-х роках авіаконструктори у кількох країнах світу почали працювати над проектами надзвукових пасажирських літаків. У результаті 1970-х з'явилися французький Concorde і радянський Ту-144. Це були перші і поки що єдині пасажирські надзвукові літаки у світі. Обидва типи літальних апаратів використовували звичайні турбореактивні двигуни, оптимізовані для тривалої роботи надзвуковому режимі польоту. Ту-144 експлуатувалися до 1977 року. Літаки літали на швидкості 2,3 тисячі кілометрів на годину і могли перевозити до 140 пасажирів. Проте квитки на їх рейси коштували в середньому в 2,5–3 рази дорожче за звичайні. Низький попит на швидкі, але дорогі перельоти, а також загальні складнощі в експлуатації та обслуговуванні Ту-144 призвели до того, що їх просто зняли з пасажирських рейсів. Проте літаки ще якийсь час використовувалися у випробувальних польотах, у тому числі і за контрактом із NASA.

Concorde прослужили помітно довше – до 2003 року. Перельоти на французьких лайнерах теж коштували дорого і великої популярності не користувалися, але Франція та Великобританія продовжували їх експлуатувати. Вартість одного квитка на такий переліт становила у перерахунку на сьогоднішні ціни близько 20 тисяч доларів. Французький Concorde здійснював польоти на швидкості трохи більше двох тисяч кілометрів на годину. Відстань від Парижа до Нью-Йорка літак міг покрити за 3,5 години. Залежно від конфігурації Concorde могли перевозити від 92 до 120 чоловік.

Історія «Конкордів» закінчилася несподівано та швидко. 2000 року сталася авіакатастрофа Concorde, в якій загинули 113 людей. Через рік у пасажирських авіаперевезенняхпочалася криза, спричинена терактами 11 вересня 2001 року (два викрадені терористами літаки з пасажирами врізалися в вежі Всесвітнього торгового центруу Нью-Йорку, ще один, третій, - до будівлі Пентагону в окрузі Арлінгтон, а четвертий впав у поле неподалік Шенксвілл в Пенсільванії). Потім минув термін гарантійного обслуговування літаків Concorde, яким займалася компанія Airbus. Всі ці фактори разом зробили експлуатацію надзвукових пасажирських літаків вкрай невигідними, і влітку-восени 2003 року авіакомпанії Air France та British Airways по черзі списали всі Конкорди.

Після закриття програми Concorde у 2003 році надія на повернення надзвукової пасажирської авіації до ладу ще залишалася. Конструктори сподівалися на нові економічні двигуни, аеродинамічні розрахунки та системи автоматизованого проектування, здатні зробити перельоти на надзвуковій швидкості економічно доступними. Але у 2006 та 2008 році Міжнародна організація цивільної авіаціїприйняла нові стандарти авіаційного шуму, що заборонили, крім іншого, будь-які надзвукові польоти над населеними ділянками суші мирний час. Ця заборона не поширюється на спеціально виділені для військової авіації повітряні коридори. Роботи над проектами нових надзвукових літаків загальмувалися, але сьогодні знову почали набирати обертів.

Тихий надзвук

Сьогодні розробкою надзвукових пасажирських літаків займаються кілька підприємств та урядових організацій у світі. Такі проекти, зокрема, ведуть російські компанії"Сухий" і "Туполєв", Центральний аерогідродинамічний інститут імені Жуковського, французька Dassault, Японське агентство аерокосмічних досліджень, європейський концерн Airbus, американські Lockheed Martin і Boeing, а також кілька стартапів, включаючи Aerion та Boom Technologies. Загалом конструктори умовно розділилися на два табори. Представники першого з них вважають, що розробити «тихий», що відповідає шумності дозвуковим лайнерам, надзвуковий літак найближчим часом не вдасться, а отже, потрібно побудувати швидкий пасажирський літальний апарат, який переходитиме на надзвук там, де це дозволено. Такий підхід, вважають конструктори з першого табору, все одно дозволить скоротити час перельоту з однієї точки до іншої.

Конструктори з другого табору зосередилися переважно на боротьбі з ударними хвилями. У польоті на надзвуковій швидкості планер літака утворює безліч ударних хвиль, найбільш значущі з яких виникають у носовій частині та в зоні хвостового оперення. Крім того, ударні хвилі зазвичай з'являються на передній та задній кромках крила, на передніх кромках хвостового оперення, в зонах завихрювачів потоку та на кромках повітрозабірників. Ударна хвиля є область, у якій тиск, щільність і температура середовища відчувають різкий і сильний стрибок. Спостерігачі на землі такі хвилі сприймаються як гучна бавовна або навіть вибух - саме через це надзвукові польоти над населеною частиною суші заборонені.

Ефект вибуху або дуже гучної бавовни роблять ударні хвилі так званого N-типу, що утворюються під час вибуху бомби або на планері надзвукового винищувача. На графіку зростання тиску і щільності такі хвилі нагадують букву N латинського алфавіту через різке підвищення тиску на фронті хвилі з різкими падінням тиску після нього і подальшою нормалізацією. У ході лабораторних експериментів дослідники Японського агентства аерокосмічних досліджень з'ясували, що зміна форми планера може згладжувати піки на графіку ударної хвилі, перетворюючи її на хвилю S-типу. Така хвиля має плавний і менш значний, як у N-хвилі, перепад тиску. Фахівці NASA вважають, що S-хвилі сприйматимуться спостерігачами як далека бавовна автомобільними дверима.

N-хвиля (червона) до аеродинамічної оптимізації надзвукового планера та подібність S-хвилі після оптимізації

У 2015 році японські конструктори зібрали безпілотний планер D-SEND 2, чия аеродинамічна форма була спроектована таким чином, щоб зменшувати кількість ударних хвиль, що виникають на ньому, і їх інтенсивність. У липні 2015 року розробники випробували планер на ракетному полігоні «Есрейндж» у Швеції та відзначили суттєве зменшення кількості ударних хвиль, що утворюються на поверхні нового планера. Під час випробування D-SEND 2, не оснащений двигунами, скинули з повітряної куліз висоти 30,5 тисяч метрів. Під час падіння планер завдовжки 7,9 метра набрав швидкість в 1,39 числа Маха і пролетів повз розташовані на різній висоті прив'язні аеростати, обладнані мікрофонами. У цьому дослідники заміряли як інтенсивність і кількість ударних хвиль, а й аналізували впливу стану атмосфери на їхнє раннє виникнення.

За оцінкою японського агентства, звуковий удар від літальних апаратів, які можна порівняти за розмірами з надзвуковими пасажирськими літаками Concorde і виконаних за схемою D-SEND 2, при польоті на надзвуковій швидкості буде вдвічі менш інтенсивним, ніж раніше. Від планерів звичайних сучасних літаків японський D-SEND 2 відрізняється неосесиметричним розташуванням носової частини. Кіль апарата зміщений до носової частини, а горизонтальне хвостове оперення виконано цільноповоротним і має негативний кут установки по відношенню до поздовжньої осі планера, тобто закінчення оперення знаходяться нижче точки кріплення, а не вище, як зазвичай. Крило планера має нормальну стрілоподібність, але виконано ступінчастим: воно плавно сполучається з фюзеляжем, а частина його передньої кромки розташована до фюзеляжу під гострим кутом, але ближче до задньої кромки цей кут різко збільшується.

За схожою схемою в даний час створюється надзвуковий американського стартапу Aerion і , що розробляється Lockheed Martin на замовлення NASA. З упором на зменшення кількості та інтенсивності ударних хвиль проектується і російський (Надзвуковий Діловий Літак/Надзвуковий Пасажирський Літак). Деякі з проектів швидких пасажирських літаків планується завершити у першій половині 2020-х років, проте авіаційні правила на той час переглянуті все ж таки ще не будуть. Це означає, що нові літаки спочатку виконуватимуть надзвукові польоти тільки над водою. Справа в тому, що для зняття обмеження на надзвукові польоти над населеною частиною суші розробникам доведеться провести безліч випробувань і подати їх результати на розгляд авіаційної влади, включаючи Федеральне управління цивільної авіації США та Європейське агентство з безпеки польотів.

S-512 / Spike Aerospace

Нові двигуни

Ще однією серйозною перешкодою на шляху створення серійного пасажирського надзвукового літака є двигуни. Конструктори вже сьогодні знайшли безліч способів зробити турбореактивні двигуни економічнішими, ніж вони були десять-двадцять років тому. Це і використання редукторів, що прибирають жорстке зчеплення вентилятора і турбіни в двигуні, і застосування керамічних композиційних матеріалів, що дозволяють оптимізувати температурний баланс у гарячій зоні силової установки, і навіть введення додаткового - третього - повітряного контуру до вже існуючих двох, внутрішнього і внутрішнього. У галузі створення економічних дозвукових двигунів конструктори вже досягли приголомшливих результатів, а нові розробки обіцяють і зовсім суттєву економію. Докладніше про перспективні дослідження ви можете почитати в нашому матеріалі.

Але, незважаючи на всі ці розробки, надзвуковий політ економічним назвати поки що складно. Наприклад, перспективний надзвуковий пасажирський літак стартапу Boom Technologies отримає три турбовентиляторні двигуни сімейства JT8D компанії Pratt & Whitney або J79 компанії GE Aviation. У крейсерському польоті питома витрата палива цими двигунами становить близько 740 грамів на кілограм-сили на годину. При цьому двигун J79 може бути оснащений форсажною камерою, при використанні якої витрати палива збільшуються до двох кілограмів на кілограм-сили на годину. Така витрата зіставна з витратою палива двигунами, наприклад, винищувача Су-27, завдання якого істотно відрізняються від перевезення пасажирів.

Для порівняння, питома витрата палива єдиних у світі серійних турбогвинтовентиляторних двигунів Д-27, встановлених на українському транспортнику Ан-70, становить лише 140 грамів на кілограм-сили на годину. Американський двигун CFM56, "класика" лайнерів Boeing і Airbus, має питому витрату палива в 545 грамів на кілограм-сили на годину. Це означає, що без серйозної переробки конструкції реактивних авіаційних двигунів надзвукові польоти не стануть достатньо дешевими, щоб набути широкого поширення, і будуть затребувані хіба що в ділової авіації- велика витрата палива веде до зростання цін на квитки. Знизити високу вартість надзвукових авіаперевезень обсягами теж не вийде - літаки, що проектуються сьогодні, розраховані на перевезення від 8 до 45 пасажирів. Звичайні літаки вміщують більше сотні людей.

Проте на початку жовтня поточного року GE Aviation проект нового турбовентиляторного реактивного двигуна Affinity. Ці силові установки планують монтувати на перспективний надзвуковий пасажирський літак AS2 компанії Aerion. Нова силова установка конструктивно поєднує в собі особливості реактивних двигунів із малим ступенем двоконтурності для бойових літаків та силових установок із великим ступенем двоконтурності для пасажирських літаків. При цьому жодних нових та проривних технологій у Affinity немає. Новий двигун GE Aviation відносить до силових установок із середнім ступенем двоконтурності.

Основу двигуна становить модифікований газогенератор турбовентиляторного двигуна CFM56, який, у свою чергу, конструктивно заснований на газогенераторі від F101, силової установки для надзвукових бомбардувальників B-1B Lancer. Силова установкаотримає модернізовану електронно-цифрову систему керування двигуном з повною відповідальністю. Якісь подробиці про конструкцію перспективного двигуна розробники не розкрили. Тим не менш, у GE Aviation очікують, що питома витрата палива двигунами Affinity буде не набагато вищою або навіть порівняти з витратою палива сучасними двигунами турбовентиляторами звичайних дозвукових пасажирських літаків. Як цього вдасться домогтися для надзвукового польоту, незрозуміло.

Boom / Boom Technologies

Проекти

Незважаючи на безліч проектів надзвукових пасажирських літаків у світі (включаючи навіть нереалізований проект переробки стратегічного бомбардувальника Ту-160 в пасажирський надзвуковий лайнер, запропонований президентом Росії Володимиром Путіним), найбільш близькими до льотних випробувань і дрібносерійного виробництва можна вважати AS2 американського Boo s. Планується, що перший виконуватиме польоти на швидкості 1,5 числа Маха, другий – 1,6 числа Маха, а третій – 2,2 числа Маха. Літак X-59, створюваний Lockheed Martin на замовлення NASA, буде демонстратором технологій і лабораторією, що літає, запускати його в серію не планується.

У Boom Technologies вже заявили, що намагатимуться зробити перельоти на надзвукових літаках дуже дешевими. Наприклад, вартість перельоту за маршрутом Нью-Йорк - Лондон у Boom Technologies оцінили у п'ять тисяч доларів. Стільки сьогодні коштує переліт цим маршрутом у бізнес-класі звичайного дозвукового лайнера. Лайнер Boom над населеною сушею літатиме на дозвуковій швидкості і переходитиме на надзвук над океаном. Літак при довжині 52 метри та розмаху крила 18 метрів зможе перевозити до 45 пасажирів. До кінця 2018 року Boom Technologies планує обрати один із кількох проектів нового літака для реалізації в металі. Перший політ лайнера заплановано на 2025 рік. Ці терміни компанія перенесла; спочатку Boom планувалося підняти у повітря 2023 року.

За попередніми розрахунками, довжина літака AS2, розрахованого на 8-12 пасажирів, дорівнюватиме 51,8 метра, а розмах крила - 18,6 метра. Максимальна злітна маса надзвукового літака становитиме 54,8 тонни. AS2 виконуватиме польоти над водою на крейсерській швидкості в 1,4-1,6 числа Маха, сповільнюючись до 1,2 над сушею. Дещо менша швидкість польоту над сушею разом з особливою аеродинамічною формою планера дозволить, як розраховують розробники, майже повністю уникати формування ударних хвиль. Дальність польоту літака на швидкості 1,4 числа Маха складе 7,8 тисячі кілометрів і 10 тисяч кілометрів - на швидкості 0,95 числа Маха. Перший політ літака планується на літо 2023, а на жовтень того ж року - перший трансатлантичний переліт. Його розробники приурочать до 20-річчя від дня останнього польоту"Конкорду".

Нарешті, Spike Aerospace планує розпочати льотні випробування повноцінного прототипу S-512 не пізніше 2021 року. Постачання перших серійних літаків замовникам заплановано на 2023 рік. Згідно із проектом, S-512 зможе перевозити до 22 пасажирів на швидкості до 1,6 числа Маха. Дальність польоту цього літака становитиме 11,5 тисяч кілометрів. З жовтня минулого року Spike Aerospace кілька зменшених моделей надзвукового літака. Їхньою метою є перевірка конструкторських рішень та ефективності елементів управління польотом. Всі три перспективні пасажирські літаки створюються з упором на особливу аеродинамічну форму, яка дозволить зменшити інтенсивність ударних хвиль, що утворюються при надзвуковому польоті.

У 2017 році обсяг авіаційних пасажирських перевезень у всьому світі становив чотири мільярди людей, з яких 650 мільйонів здійснили тривалі перельоти завдовжки від 3,7 до 13 тисяч кілометрів. 72 мільйони «дальнобійних» пасажирів літали першим та бізнес-класом. Саме на ці 72 мільйони людей розробники надзвукових пасажирських літаків і націлюються в першу чергу, вважаючи, що вони із задоволенням заплатять трохи більше грошей за можливість провести в повітрі приблизно вдвічі менше часу, ніж зазвичай. Проте надзвукова пасажирська авіація, найімовірніше, почне активно розвиватися після 2025 року. Справа в тому, що дослідні польоти лабораторії X-59 розпочнуться лише у 2021 році та триватимуть кілька років.

Результати досліджень, отримані під час польотів X-59, у тому числі над населеними пунктами- добровольцями (їх жителі погодилися, щоб над ними у будні літали надзвукові літаки; після польотів спостерігачі розповідатимуть дослідникам про своє сприйняття шуму), планується передати на розгляд Федерального управління цивільної авіації США. Як очікується, на їх основі воно може переглянути заборону надзвукових польотів над населеною частиною суші, але трапиться це не раніше 2025 року.

Василь Сичов

Освоєння неба довгі століття було недосяжною мрією для людства. Після того як простори таки вдалося підкорити, літальні апарати ставали все досконалішими і витривалішими. Істотним досягненням на цій ниві став винахід надзвукових військових та пасажирських літаків. Одним із таких лайнерів став Ту-244, особливості та характеристики якого розглянемо далі. На жаль, цей проект не розвинувсь до серійного виробництва, як і більшість аналогічних розробок. Нині вишукуються кошти на відновлення розробок цього проекту чи подібних літаків.

З чого все починалося?

Швидкими кроками авіація почала розвиватися після Другої світової війни. Розроблялися різні проекти літальних апаратів із реактивними двигунами, які мали прийти на зміну звичайним силовим агрегатам. Важливим моментом у створенні надзвукових лайнерів було досягнення швидкості звуку, а подолання цього бар'єру, оскільки аеродинамічні закони на подібних швидкостях змінюються.

Масово подібні технології почали використовувати з п'ятдесятих років минулого століття. Серед серійних модифікацій можна відзначити вітчизняні «МіГі», американські винищувачі North American, Delta Dagger, французькі «Конкорди» та багато інших. У пасажирській авіації впровадження надзвукових швидкостей відбувалося набагато повільніше. Ту-244 - літак, який міг скласти не просто конкуренцію у цій галузі, а стати у ній світовим лідером.

Розробка та створення

Перші експериментальні цивільні літаки, здатні долати звуковий бар'єр, з'явилися торік у другій половині шістдесятих років ХХ століття. З того часу і до цього часу в серійне виробництво було пущено лише дві моделі: Ту-144 і французький «Конкорд». Лайнери були типовими літаками для сверхдальних перельотів. Експлуатація цих машин перестала бути актуальною у дві тисячі третього року. Наразі надзвукові авіалайнери для перевезення пасажирів не використовуються.

Були спроби створити нові модифікації реактивних цивільних лайнерів, проте більшість із них залишилися на стадії розробки або взагалі були закриті. До таких довгострокових проектів належить і надзвуковий пасажирський літак Ту-244.

Він повинен був змінити свого попередника, мати покращені характеристики, запозичені з прототипів - «Конкорду» і деяких американських літаків. У розробку проект повністю був узятий конструкторським бюро Туполєва, в 1973 розроблюваний лайнер отримав найменування Ту-244.

Призначення

Основним завданням проекту, що розробляється, стало створення реактивного надзвукового літака, здатного безпечно, швидко і на тривалі дистанції перевозити пасажирів. При цьому апарат мав значно перевершувати за всіма параметрами звичайні реактивні літальні кораблі. Особливу ставку конструктори робили на швидкість.

В інших аспектах надзвукові літаки поступалися своїм побратимам. По-перше, перевезення економічно не окупалися. По-друге, безпека польотів була нижчою. До речі, серійний випуск та використання у цивільній авіації попередника Ту-244 було припинено саме з другої причини. Ту-144 за перший рік експлуатації зазнав кількох аварій, що призвели до загибелі екіпажу. У новому проекті передбачалося усунути недоліки.

Ту-244 (літак): характеристики технічного плану

Остаточна модель лайнера, що розглядається, повинна була мати такі тактико-технічні показники:

1. Екіпаж, що пілотує лайнер, включає три пілоти.
2. Місткість пасажирів варіювалася від 250 до 300 осіб.
3. Орієнтовна крейсерська швидкість – 2175 кілометрів на годину, що вдвічі перевищує звуковий бар'єр.
4. Силові установки - чотири мотори з турбінними вентиляторами.
5. Дальність перельоту – від семи до дев'яти з половиною тисяч кілометрів.
6. Показник вантажопідйомності – триста тонн.
7. Довжина/висота - 88/15 метрів.
8. Площа робочої поверхні – 965 кв. м.
9. Розмах крила – сорок п'ять метрів.

Якщо порівняти показник швидкості, то проектований пасажирський літак Ту-244, історія створення якого досить цікава, став трохи повільнішим за своїх прямих конкурентів. Однак за рахунок цього конструктори хотіли збільшити місткість та підвищити економічну вигоду від експлуатації машини.

Подальші перспективи

Розробка нового проекту, результатом якої мав стати надзвуковий пасажирський літак Ту-244, затягнувся довгі роки. У конструкцію вносилася маса змін та доопрацювань. Однак навіть після розвалу СРСР КБ Туполєва продовжило роботу у заданому напрямку. У 1993 році були навіть представлені докладні відомостіПро проект.

Проте економічна криза 90-х негативно позначилася і на цій сфері. Офіційного повідомлення про закриття розробок не було, активних дій також. Проект опинився на межі заморозки. До роботи підключаються фахівці із США, переговори з якими велися вже давно. Для продовження досліджень два лайнери сто сорок четвертої серії були переобладнані в лабораторії.

Що далі?

Надзвуковий Ту-244 (літак, фото якого представлено нижче) зненацька зник із проектної документації як об'єкт дослідження. Вона була прийнята у дві тисячі дванадцятому році і передбачала, що перші сто одиниць пасажирських авіалайнерів надійдуть в експлуатацію не пізніше 2025 року. Така чехарда з документацією викликала низку питань і пересудів. Крім того, з цієї програми зникло ще кілька цікавих та багатообіцяючих розробок.

Подібна перспектива бачилася у негативному плані. Факти свідчили, що проект заморожено або закрито повністю. Однак офіційного підтвердження чи спростування з цього приводу не надійшло. З огляду на нестабільність економіки, можна зробити масу припущень у суб'єктивної зміни, але факти свідчать самі себе.

Реалії дня сьогоднішнього: Ту-244 (літак)

Історія створення даного літакабула озвучена вище. А як справи нині? Враховуючи все сказане, можна припустити, що проект, що розглядається, в даний час як мінімум завис у повітрі, якщо не прикритий зовсім. Офіційного подання заяви про долю розробок, а також причин скорочення та призупинення проекту немає. Цілком можливо, основна проблема полягає у недостатньому фінансуванні, його економічній невідповідності чи моральному старінні. Як варіант, можуть мати місце всі ці три фактори в сукупності.

Нещодавно (2014 рік) у засобах масової інформації проскочила інформація про можливе поновлення проекту Ту-244. Однак офіційної версіїз цього питання знову так і не надійшло. Заради об'єктивності варто відзначити, що закордонні розробки пасажирських надзвукових лайнерів теж далекі від завершення, багато хто з них закритий або перебуває під великим питанням. Хочеться вірити, що ця грандіозна машина буде побудована згідно з усіма сучасними нормами в найближчому майбутньому.

Трохи про попередника

Розробка ТУ-144 за рішенням Ради Міністрів Радянського Союзу розпочалася у тисяча дев'ятсот шістдесят дев'ятому році. Будівництво надзвукового цивільного літакарозпочалося на ММЗ «Досвід». Розрахункова дальність польоту лайнера має становити три з половиною тисячі кілометрів. Для поліпшення аеродинаміки літак отримав змінену форму крил у плані та збільшену їх площу.

Довжина фюзеляжу виконана із розрахунком внутрішнього розміщення ста п'ятдесяти пасажирів. Дві пари двигунів розмістили під кожним крилом. Перший політ реактивний літальний апарат здійснив 1971 року. Програма заводських випробувань передбачила близько двохсот тридцяти вильотів.

Порівняльні характеристики

Надзвуковий Ту-244 - літак, розміри якого дещо вагоміше за такі у попередника. Він має відмінні параметри та інших тактико-технічних значеннях. Для порівняння розглянемо показники лайнера Ту-144:

• склад екіпажу - чотири особи;
• місткість – півтори сотні пасажирів;
• довжина/висота - 67/12,5 метра;
• тяга з форсажем – 17 500 кг/с;
• гранична вага – сто вісімдесят тонн;
• швидкість крейсерська становить 2200 кілометрів на годину;
• практична стеля – вісімнадцять тисяч метрів;
• гранична дальність - шість із половиною тисяч кілометрів.

Основною зовнішньою відмінністю нового літака (Ту-244) від попередника мала стати зміна конструкції загнутої носової частини.

Кардинальною особливістю двісті сорок четвертого проекту від свого прототипу під індексом "144" є відсутність носа, що відхиляється вниз. Скління кабіни виконане у мінімальному оснащенні. Таке рішення орієнтоване на те, що під час польоту забезпечуватиметься необхідна оглядовість, а зліт та посадку, незалежно від метеоумов, контролює блок оптики електронного огляду.

Варто зазначити, що сучасні вимоги екологічного плану до цивільних авіалайнерів суттєво перешкоджають створенню надзвукової машини класу, що розглядається, оскільки її експлуатація апріорі стає економічно неповноцінною. Було розпочато розробки зі створення надзвукового літака бізнес-класу, здатного долати надзвуковий бар'єр. Проте проект Ту-444 також було припинено. Його переваги над конкурентами - це відносна дешевизна порівняно з лайнером Ту-244, а також вирішення технічних питань, пов'язаних з екологічними вимогами до сучасних літаків. Для довідки: розглянутий надзвуковий лайнер широкому загалу був представлений у Франції (1993 р., авіасалон в Ле Бурже).

На закінчення

Якби всі радянські починання в авіації були доопрацьовані та реалізовані, цілком можливо, що ця галузь зробила б величезний стрибок уперед. Проте економічні, політичні та інші проблеми суттєво гальмують цей процес. Одним із найяскравіших представників у світі надзвукової цивільної авіації мав стати лайнер Ту-244. На жаль, з низки причин проект досі перебуває у розробці чи «підвішеному» стані. Хочеться сподіватися, що знайдуться люди, які профінансують проект, а це призведе до створення не тільки найшвидшого пасажирського літака, а й транспорту майбутнього, що відрізняється економічністю, місткістю та безпекою.

Кінець 50-х років, гонка озброєнь у період Холодної війни підштовхнула розвиток технологій, та військова авіаціяз успіхом долає звуковий бар'єр. Світ радіє: цей період характеризує використання передових технологійу всі сфери життя. Логічно, що наступний крок, який намагається зробити світова авіація, – створення надзвукових пасажирських літаків. Їх називають майбутнім цивільної авіації, авіакомпанії поспішають йти в ногу з часом та розміщують замовлення на нові літаки. Вважалося, що час дозвукових літаків минув.

Зародження Конкорду

Конкорд, що перекладається як «згода» – спільне «дітище» Франції та Великобританії. Спочатку ці країни вели незалежні дослідження в галузі створення надзвукового пасажирського літака, але незабаром стало очевидним, що з низки причин простіше об'єднати зусилля, що й сталося у 1961 році. Робота над проектом була узгоджена та розділена: частина розробок була реалізована Францією, частина Великобританією, так само було реалізовано виробництво та остаточне складання літаків.

Перший політ Конкорду відбувся 2 березня 1969 року. До того моменту на надзвуковий літак було розміщено понад 70 попередніх замовлень різними авіакомпаніями. Комерційні перспективи Конкорду виглядали дуже привабливими, йому передбачали успіх.

Приблизно в той же час - у 1969 році компанія Boeing виводила на ринок свій новий далекомагістральний літак Boeing 747. Керівництво Boeing було дуже придушене чутками про Конкорди: вони представлялися серйозними конкурентами "Джамбо", і 747 навіть планували переводити на вантажні рейси, після запуску Конкордів.

Рекламна кампанія Конкордов вражала: періодична преса того часу відводила надзвуковим літакам чільну роль пасажирських перевезеннях, на честь Конкордів проводили вечірки, вони брали участь у рекламних турне. Звичайні громадяни мріяли першими піднятися на борт Конкорду як пасажири.

Надзвукові в СРСР

Паралельно зі створенням Конкорду розробки надзвукового пасажирського лайнеравелися у СРСР. Він був розроблений КБ «Туполєва», і здійснив перший політ 31 грудня 1968 року. Ту-144 мав деякі конструкційні особливості, що відрізняють його від Конкорда, наприклад, переднє горизонтальне оперення, що давало йому перевагу під час зниження та посадки. Обслуговувати Ту-144 могли 18 аеропортів біля Радянського Союзу.

Проте з експлуатацією літака виникли труднощі. Перший рейс Ту-144 здійснив 26 грудня 1975 року за маршрутом Москва-Алма-Ата з поштовими вантажами на борту. Пасажирські рейси Ту-144 почав обслуговувати з 1 листопада 1977 року тим же маршрутом. Для його обслуговування був підготовлених екіпажів – роль командира завжди виконували льотчики-випробувачі КБ «Туполєва», іншими пілотами виступали льотчики Аерофлоту. Високі експлуатаційні витрати, зокрема підвищена витрата палива, відбилися на ціні квитків. Вартість квитка на Ту-144 за маршрутом Москва-Алма-Ата перевищувала звичайну цінумайже в півтора рази.

Пасажирські перевезення Ту-144 припинив вже 1978 року через низьку рентабельність, надалі їх використовували для перевезення вантажів з Москви на Далекий Схід країни, льотних випробувань, або як «лабораторію, що літає».

Кінець ери надзвукових пасажирських літаків

Конкорди були новітніми літакамитого часу, які зажадали нових конструкційних рішень та інновацій, що сильно подорожчали його виробництво і, як наслідок, кінцеву вартість машини. Сильно були недооцінені витрати на обслуговування літака, і витрати палива, які були значно вищими, ніж у дозвукових пасажирських лайнерів.

Внаслідок нафтової кризи 1973 року підвищилися світові ціни на нафту та авіаційне паливо. До того ж, з 1970 року на лінії виходить економічний та перспективний "Джамбо" - Boeing 747. Оцінивши експлуатаційні витрати, авіакомпанії почали відкликати розміщені раніше замовлення на Конкорди.

На той час було вироблено 14 серійних літаків, 9 з яких придбали авіакомпанії Air France і British Airways, і більше для того, щоб підтримати репутацію країн-розробників Конкорду. П'ять літаків, що залишилися, були реалізовані за символічною ціною в один фунт стерлінгів (або один франк для французів). Головна умова для придбання Конкордів за такими цінами – комерційна експлуатація літаків. Їх також придбали англійська та французька авіакомпанії.

Попри все Конкорди виходять на лінії. Майже відразу стає зрозуміло, що їхня експлуатація збиткова – Конкорди не можуть вийти навіть на самоокупність. Високу вартість квитків намагаються компенсувати високим рівнемсервісу. Рейси, які обслуговують надзвукові літаки, позиціонуються як рейси для бізнесменів і забезпечених людей, які цінують час, а не гроші. Хоч якийсь прибуток приносять чартерні рейси.

Основними маршрутами Конкордів стали польоти через Атлантику: Париж-Нью-Йорк (Air France), Лондон-Нью-Йорк та Лондон-Барбадос (British Airways).

Так Конкорди підтримували престиж своїх авіакомпаній до 2000 року.

Катастрофа Конкорду під Парижем

25 липня 2000 року у Міжнародному аеропортуімені Шарля де Голля Конкорд авіакомпанії Air France готувався до зльоту Він мав здійснити рейс за маршрутом Париж-Нью-Йорк, на борту було сто пасажирів і дев'ять членів екіпажу.

Під час розбігу по ВПП Конкорд наскочив на титановий уламок двигуна McDonnell Douglas DC-10, що раніше злетів, покришка однієї зі стійок шасі лопнула, і шматок гуми вдарив у крило літака. Від удару був пошкоджений паливний бак, почався витік гасу, який одразу спалахнув.

Незважаючи на спалах, екіпаж уже не міг зупинити розбіг літака. Командир вирішив злітати, він розраховував зробити аварійну посадкув аеропорту Ле Бурже на трьох двигунах, але невдовзі відмовив ще один із них. Літак почав руйнуватися просто в повітрі, і Конкорд втратив керування.

Він звалився за три кілометри від аеропорту, в передмісті Парижа. У зоні поразки опинився невеликий готель. Загинули всі, хто знаходився на борту Конкорду, чотири людини на землі, кілька отримали поранення.

Ця трагедія спричинила незворотні наслідки. Польоти Конкордів були припинені більш як на рік, їхня популярність різко знизилася. Після відновлення рейсів Конкорди вже не користувалися колишньою лояльністю небагатьох вірних йому пасажирів. Надзвукові пасажирські літаки почали завдавати все більше збитків, і було порушено питання зняття Конкордів з експлуатації.

Прощавай, Конкорд!

2003 року дві авіакомпанії – основні експлуатанти Конкордів, оголосили про припинення його комерційної експлуатації. Останній політ Конкорд здійснив 26 листопада 2003 року. Його шанувальники, любителі авіації з різних країн, приїхали в аеропорт на урочистих проводах літака. З того часу Конкорди знаходяться на вічних стоянках у різноманітних музеях. Їх можна побачити в Ле Бурже в Авіакосмічному музеї, в аеропорту Хітроу у Великій Британії та інших експозиціях.

Радянський надзвуковий пасажирський літак Ту-144 також удостоївся свого місця у музеї. Ту-144 знаходяться на вічних стоянках у Моніно, у Музеї ВПС; у Музеї цивільної авіації Ульяновська тощо.

Конкорд та Ту-144 – єдині надзвукові пасажирські літаки, які експлуатувалися на комерційних рейсах. З їх відходом закінчилася ера надзвукової цивільної авіації минулого століття.