Какой самолет летит со скоростью звука. Сверхзвуковые полеты: первые самолеты, преодоление сверхзвукового барьера и число Маха в авиации. Сверхзвуковой самолёт поднимается в небо

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.

Разработка сверхзвукового пассажирского самолёта второго поколения, сокращённо СПС-2, входит в завершающую фазу. К 2025 году ожидается первый полёт Ту-244. Новый русский коммерческий лайнер будет конструктивно отличаться от советского Ту-144 по характеристикам, дальностью полёта, комфортабельностью, вместительностью, размерами, мощью двигателей, авионикой. Сверхзвуковая его скорость 2 Маха, останется такой же, как и у предшественника Ту-144ЛЛ «Москва», это по-прежнему лучший в мире показатель в тяжёлом гражданском самолётостроении. На высоте его полёта 20 км маршруты свободны.

Ограничением для авиаконструкторов и разработчиков может стать длина взлётно-посадочной полосы 1-го класса, требуется не менее 3км. Такие бетонные полосы есть не во всех аэропортах мира и страны. Никаких иллюзий не может быть на тот счёт, что лучший самолёт не будет востребован странами Запада, которым интереснее продавать свои европейские Airbus и американские Boeing, летающие со скоростью 700 – 900 км/ч, в 2,5-3 раза медленнее. Рассчитывать придётся только на потребности России и БРИКС, а так же на богатых заказчиков, способных позволить себе такие самолеты.

Задачи проекта

У первой модели Ту-244 ожидается увидеть проверенные двигатели НК-32, такие же, как у стратегического бомбардировщика Ту-160М2 в модернизации 16.11.2017. Самая первая разработка СПС-2 начата слишком рано, в 1973 году, благодаря наработкам советских военных конструкторов 1950-х, опередивших время на 50 лет. Тогда ещё не было настолько качественных композитных материалов, чтобы применять их в большом количестве, и силовые установки обладали недостаточной тягой. В 1960-х стояли двигатели с 20-ти тонной тягой, в 1970-х с 25-тонной, а теперь уже применяются 32-тонные.

Перед авиаконструкторами поставлены 2 основные задачи:

Дальность полёта – 9 200 км.

Снижение расхода топлива для данного класса техники.

Первую и вторую задачи можно решить по примеру Ту-160 и Ту-22М3, применить изменяемую стреловидность крыла, сделав самолёт многорежимным. Можно проанализировать закрытые проекты Т-4 и Т-4МС Чернякова, изучить разработки Мясищева по модификациям М-50, гениальных и фантастичных тогда, более пригодных сегодня. В КБ Туполева всё для этого есть, здесь собраны материалы всех ведущих КБ СССР, занимавшихся тяжёлой стратегической авиацией, на базе которых и созданы лучшие в мире военные «дальники» Ту-22М3М и Ту-160М2.

Преимущества реактивных самолётов

Преимущество реактивного самолёта – скорость. Это гарантирует комфортабельность полёту и сокращает расстояние во времени. Провести в кресле втрое меньше часов – это хорошее самочувствие пассажиров, например, рейса Владивосток – Калининград. Экономится бизнес-время. Пользуясь услугами авиалайнера Ту-244 можно провести в отпуске на 1 день больше, и, по прилёту без утомления сразу выйти на работу. Немаловажно получать и моральное удовлетворение наших граждан от престижности Ту-244, испытать гордость за Россию. Выпуск гражданских реактивных самолётов от ВПК РФ – значимей самоокупаемости оборонных предприятий страны, это коммерческая направленность, рабочие места, гарантия стабильности и накопление прибыли в жёстких условиях рынка.

Недостатки сверхскоростных пассажирских лайнеров

В КБ Туполева в 1960-х заметили, что создание гражданского сверхзвукового пассажирского лайнера по военным принципам не получится из-за требований к комфорту и безопасности. Начали изучать в этом плане опыт США, Франции и Англии, что считалось лучшим, то, по замыслу главного конструктора Алексея Андреевича Туполева, шло в работу. К недостаткам первых Ту-144 и «Конкорда» стоит отнести большой расход топлива, громкость работы двигателя, звуковые удары, количество вредных выбросов в атмосферу.

Главный недостаток Ту-244 – коммерческие, военные и политические институты Запада, ведь их «Конкорды» отлетали в 2003-м, а новых в планах нет, потому что наши пути самолётостроения расходятся. Объяснение этому: во первых стратегическая сверхзвуковая авиация не нужна НАТО, т.к. в основе их мощи стоит авианесущий океанский флот, а ядерные авиабомбы и ракеты достаточно доставлять самолётами с радиусом действия в 1,5 км (истребителями) с военных баз, раскиданных по миру, именно поэтому военные проекты подобного класса на западе не очень востребованы. Так же достаточно высокая себестоимость полета резко сужает потенциальный сегмент рынка для этих самолетов, поэтому о массовости не может быть речи. Однако одновременный заказ для военных и пассажирских перевозок, это именно то, что может дать серьезный толчок сверхзвуковой пассажирской авиации.

Каким будет Ту-244 по лётно-техническим характеристикам

Проектирование затянулось, Ту-144 в комплектации 1968-го достиг своих первых конструкторских характеристик к середине 1970-х. Работы по его усовершенствованию с 1992-го – начало проекта Ту-244, с тех пор прошло уже 25 лет, чтобы закончить начатое понадобится ещё 10. Наглядно видно, что привлечение США, Англии и Франции к развитию программы Ту-244 с распадом ССССР ни к чему хорошему не привели, как и во всех подобных случаях по бывшему СССР. Только сбор научных данных от Ту-144ЛЛ для военно-космической программы НАСА и торможение наших предприятий в развитии.

На сегодня много вариантов проектов Ту-244. Точно никто не скажет, каким будет сам самолёт. По неофициальным источникам распространяется неоднозначная информация. Описанные ниже характеристики – условные, составлены на базе нынешних возможностей. Характеристики: длина 88,7 м; размах крыльев 54,77 м, площадь 1 200 кв.м., а удлинение 2,5 м; стреловидность крыла по кромке – у центроплана 75 град., – у консоли 35 градусов; ширина фюзеляжа 3,9 м, высота 4,1 м, багажное отделение на 32 кв.м.; взлётная масса 350 т, включая топливо 178 т; двигатели НК-32 – 4 единицы; крейсерская скорость 2,05 М; дальность 10 тыс. км.; макс. высота 20 км.

Конструкция Ту-244

Представим трапециевидное крыло и сложную деформацию его средней трапеции. Управление элеронами в балансировке, по крену и тангажу. У передней кромки носки отклоняются механически. В конструкции крыла происходит деление на части, переднюю, среднюю и консоли. Средняя и консольная части с многолонжеронной и многонервюрной силовыми схемами, в передней же нервюр нет. В вертикальном оперении то же самое, что и в конструкции крыла и направляющий двухсекционный руль.

Фюзеляж с гермокабиной, носовым и хвостовым отсеками – размерность будет выбираться под заказ из расчёта количества пассажирских кресел. На 250 и 320 пассажиров подойдёт диаметр фюзеляжа от 3,9 до 4,1 м. салон поделится на классы, 1-й, 2-й и 3-й. По комфортабельности Ту-244 будет на уровне последней модификации Ту-204-го. Самолёт оборудуют грузовым отсеком. Пилотов четверо, их кресла с катапультами (по-русски), выстреливаются вверх. На борту заново всё автоматизировано и подчинено центральному программному управлению.

Ту-244 может лишиться отклоняемого носа, аналогичного в Ту-144ЛЛ, из-за развития новейшего оптико-электронного оборудования и возможностей отклонения векторов управляемой тяги в современных силовых отечественных установках. В местах максимальной нагрузки может использоваться титановый сплав ВТ-64, в области колеса. Носовая стойка может останется прежней, точно появятся 3 новые основные опоры для бетонной полосы, рассчитанные на высокие нагрузки. Навигационно-пилотажное оборудование будет соответствовать метеорологическому минимуму по международной классификации IIIA ICAO.

Ровно 15 лет назад три последних сверхзвуковых пассажирских самолета Concorde британской авиакомпании British Airways совершили прощальный полет. В тот день, 24 октября 2003 года, эти самолеты, пролетев на малой высоте над Лондоном, приземлились в «Хитроу» и тем завершили недолгую историю сверхзвуковой пассажирской авиации. Тем не менее, сегодня авиаконструкторы по всему миру вновь задумываются о возможности быстрых перелетов - из Парижа в Нью-Йорк за 3,5 часа, из Сиднея в Лос-Анджелес - за 6 часов, из Лондона в Токио - за 5 часов. Но прежде чем сверхзвуковые самолеты вернутся на международные пассажирские маршруты, разработчикам придется решить множество задач, среди которых одна из важнейших - уменьшение шумности быстрых летательных аппаратов.

Короткая история быстрых полетов

Пассажирская авиация начала формироваться в 1910-х годах, когда появились первые самолеты, специально спроектированные для перевозки людей по воздуху. Самым первым из них стал французский Bleriot XXIV Limousine компании Bleriot Aeronautique. Он использовался для увеселительных воздушных прогулок. Спустя два года в России появился С-21 «Гранд», созданный на базе тяжелого бомбардировщика «Русский витязь» Игоря Сикорского. Его построили на Русско-Балтийском вагонном заводе. Дальше авиация начала развиваться семимильными шагами: сперва начались перелеты между городами, потом между странами, а затем и между континентами. Самолеты позволяли добраться до места назначения быстрее, чем на поезде или корабле.

В 1950-х годах прогресс в разработке реактивных двигателей значительно ускорился, и для боевой авиации стали доступны, пусть и кратковременно, полеты на сверхзвуковой скорости. Сверхзвуковой скоростью принято называть движение до пяти раз быстрее скорости звука, которая меняется в зависимости от среды распространения и ее температуры. При нормальном атмосферном давлении на уровне моря звук распространяется со скоростью 331 метр в секунду, или 1191 километр в час. По мере набора высоты плотность и температура воздуха снижается, снижается и скорость звука. Например, на высоте 20 тысяч метров она составляет уже около 295 метров в секунду. Но уже на высоте около 25 тысяч метров и по мере ее набора до более чем 50 тысяч метров температура атмосферы начинает понемногу увеличиваться по сравнению с нижними слоями, а вместе с ней увеличивается и местная скорость звука.

Рост температуры на этих высотах объясняется, в том числе, высокой концентрацией в воздухе озона, образующего озоновый щит и поглощающего часть солнечной энергии. В результате скорость звука на высоте 30 тысяч метров над морем составляет около 318 метров в секунду, а на высоте 50 тысяч - почти 330 метров в секунду. В авиации для измерения скорости полета широко используется число Маха. Если говорить упрощенно, оно выражает местную скорость звука для конкретной высоты, плотности и температуры воздуха. Так, скорость условного полета, равная двум числам Маха, на уровне моря будет составлять 2383 километра в час, а на высоте 10 тысяч метров - 2157 километров в час. Впервые звуковой барьер на скорости 1,04 числа Маха (1066 километров в час) на высоте 12,2 тысячи метров преодолел американский летчик Чак Йегер в 1947 году. Это был важный шаг на пути освоения сверхзвуковых полетов.

В 1950-х годах авиаконструкторы в нескольких странах мира начали работать над проектами сверхзвуковых пассажирских самолетов. В итоге в 1970-х появились французский Concorde и советский Ту-144. Это были первые и пока еще единственные пассажирские сверхзвуковые самолеты в мире. Оба типа летательных аппаратов использовали обычные турбореактивные двигатели, оптимизированные для длительной работы в сверхзвуковом режиме полета. Ту-144 эксплуатировались до 1977 года. Самолеты летали на скорости в 2,3 тысячи километров в час и могли перевозить до 140 пассажиров. Однако билеты на их рейсы стоили в среднем в 2,5–3 раза дороже обычных. Низкий спрос на быстрые, но дорогостоящие перелеты, а также общие сложности в эксплуатации и обслуживании Ту-144 привели к тому, что их просто сняли с пассажирских рейсов. Однако самолеты еще какое-то время использовались в испытательных полетах, в том числе и по контракту с NASA.

Concorde прослужили заметно дольше - до 2003 года. Перелеты на французских лайнерах тоже стоили дорого и большой популярностью не пользовались, но Франция и Великобритания продолжали их эксплуатировать. Стоимость одного билета на такой перелет составляла, в пересчете на сегодняшние цены, около 20 тысяч долларов. Французский Concorde совершал полеты на скорости чуть более двух тысяч километров в час. Расстояние от Парижа до Нью-Йорка самолет мог покрыть за 3,5 часа. В зависимости от конфигурации Concorde могли перевозить от 92 до 120 человек.

История «Конкордов» закончилась неожиданно и быстро. В 2000 году произошла авиакатастрофа Concorde, в которой погибли 113 человек. Спустя год в пассажирских авиаперевозках начался кризис, вызванный терактами 11 сентября 2001 года (два угнанных террористами самолета с пассажирами врезались в башни Всемирного торгового центра в Нью-Йорке, еще один, третий, - в здание Пентагона в округе Арлингтон, а четвертый упал в поле недалеко от Шенксвилла в Пеннсильвании). Затем истек срок гарантийного обслуживания самолетов Concorde, которым занималась компания Airbus. Все эти факторы вместе сделали эксплуатацию сверхзвуковых пассажирских самолетов крайне невыгодными, и летом-осенью 2003 года авиакомпании Air France и British Airways по очереди списали все «Конкорды».

После закрытия программы Concorde в 2003 году надежда на возвращение сверхзвуковой пассажирской авиации в строй еще оставалась. Конструкторы надеялись на новые экономичные двигатели, аэродинамические расчеты и системы автоматизированного проектирования, способные сделать перелеты на сверхзвуковой скорости экономически доступными. Но в 2006 и 2008 году Международная организация гражданской авиации приняла новые стандарты авиационного шума, запретившие, помимо прочего, любые сверхзвуковые полеты над населенными участками суши в мирное время. Этот запрет не распространяется на специально выделенные для военной авиации воздушные коридоры. Работы над проектами новых сверхзвуковых самолетов затормозились, но сегодня снова начали набирать обороты.

Тихий сверхзвук

Сегодня разработкой сверхзвуковых пассажирских самолетов занимаются несколько предприятий и правительственных организаций в мире. Такие проекты, в частности, ведут российские компании «Сухой» и «Туполев», Центральный аэрогидродинамический институт имени Жуковского, французская Dassault, Японское агентство аэрокосмических исследований, европейский концерн Airbus, американские Lockheed Martin и Boeing, а также несколько стартапов, включая Aerion и Boom Technologies. В целом конструкторы условно разделились на два лагеря. Представители первого из них считают, что разработать «тихий», соответствующий по шумности дозвуковым лайнерам, сверхзвуковой самолет в ближайшее время не удастся, а значит, нужно построить быстрый пассажирский летательный аппарат, который будет переходить на сверхзвук там, где это разрешено. Такой подход, полагают конструкторы из первого лагеря, все равно позволит сократить время перелета из одной точки в другую.

Конструкторы из второго лагеря преимущественно сосредоточились на борьбе с ударными волнами. В полете на сверхзвуковой скорости планер самолета образует множество ударных волн, наиболее значимые из которых возникают в носовой части и в зоне хвостового оперения. Кроме того, ударные волны обычно появляются на передней и задней кромках крыла, на передних кромках хвостового оперения, в зонах завихрителей потока и на кромках воздухозаборников. Ударная волна представляет собой область, в которой давление, плотность и температура среды испытывают резкий и сильный скачок. Наблюдателями на земле такие волны воспринимаются как громкий хлопок или даже взрыв - именно из-за этого сверхзвуковые полеты над населенной частью суши запрещены.

Эффект взрыва или очень громкого хлопка производят ударные волны так называемого N-типа, образующиеся при взрыве бомбы или на планере сверхзвукового истребителя. На графике роста давления и плотности такие волны напоминают букву N латинского алфавита из-за резкого повышения давления на фронте волны с резкими же падением давления после него и последующей нормализацией. В ходе лабораторных экспериментов исследователи Японского агентства аэрокосмических исследований выяснили, что изменение формы планера может сглаживать пики на графике ударной волны, превращая ее в волну S-типа. Такая волна имеет плавный и не столь значительный, как у N-волны, перепад давления. Специалисты NASA полагают, что S-волны будут восприниматься наблюдателями как далекий хлопок автомобильной дверью.

N-волна (красная) до аэродинамической оптимизации сверхзвукового планера и подобие S-волны после оптимизации

В 2015 году японские конструкторы собрали беспилотный планер D-SEND 2, чья аэродинамическая форма была спроектирована таким образом, чтобы уменьшать количество возникающих на нем ударных волн и их интенсивность. В июле 2015 года разработчики испытали планер на ракетном полигоне «Эсрейндж» в Швеции и отметили существенное уменьшение количества ударных волн, образующихся на поверхности нового планера. Во время испытания D-SEND 2, не оснащенный двигателями, сбросили с воздушного шара с высоты 30,5 тысячи метров. Во время падения планер длиной 7,9 метра набрал скорость в 1,39 числа Маха и пролетел мимо расположенных на разной высоте привязных аэростатов, оборудованных микрофонами. При этом исследователи замеряли не только интенсивность и число ударных волн, но и анализировали влияния состояния атмосферы на раннее их возникновение.

По оценке японского агентства, звуковой удар от летательных аппаратов, сопоставимых по размерам со сверхзвуковыми пассажирскими самолетами Concorde и выполненных по схеме D-SEND 2, при полете на сверхзвуковой скорости будет вдвое менее интенсивным, чем раньше. От планеров обычных современных самолетов японский D-SEND 2 отличается не осесимметричным расположением носовой части. Киль аппарата смещен к носовой части, а горизонтальное хвостовое оперение выполнено цельноповоротным и имеет отрицательный угол установки по отношению к продольной оси планера, то есть законцовки оперения находятся ниже точки крепления, а не выше, как обычно. Крыло планера имеет нормальную стреловидность, но выполнено ступенчатым: оно плавно сопрягается с фюзеляжем, а часть его передней кромки расположена к фюзеляжу под острым углом, но ближе к задней кромке этот угол резко увеличивается.

По похожей схеме в настоящее время создается сверхзвуковой американского стартапа Aerion и , разрабатываемый Lockheed Martin по заказу NASA. С упором на уменьшение количества и интенсивности ударных волн проектируется и российский (Сверхзвуковой Деловой Самолет/Сверхзвуковой Пассажирский Самолет). Некоторые из проектов быстрых пассажирских самолетов планируется завершить в первой половине 2020-х годов, однако авиационные правила к тому времени пересмотрены все же еще не будут. Это означает, что новые самолеты первое время будут выполнять сверхзвуковые полеты только над водой. Дело в том, что для снятия ограничения на сверхзвуковые полеты над населенной частью суши разработчикам придется провести множество испытаний и представить их результаты на рассмотрение авиационных властей, включая Федеральное управление гражданской авиации США и Европейское агентство по безопасности полетов.

S-512 / Spike Aerospace

Новые двигатели

Еще одним серьезным препятствием на пути создания серийного пассажирского сверхзвукового самолета являются двигатели. Конструкторы уже сегодня нашли множество способов сделать турбореактивные двигатели экономичнее, чем они были десять-двадцать лет назад. Это и использование редукторов, убирающих жесткую сцепку вентилятора и турбины в двигателе, и применение керамических композиционных материалов, позволяющих оптимизировать температурный баланс в горячей зоне силовой установки, и даже введение дополнительного - третьего - воздушного контура вдобавок к уже существующим двум, внутреннему и внешнему. В области создания экономичных дозвуковых двигателей конструкторы уже достигли потрясающих результатов, а ведущиеся новые разработки обещают и вовсе существенную экономию. Подробнее о перспективных исследованиях вы можете почитать в нашем материале .

Но, несмотря на все эти разработки, сверхзвуковой полет экономичным назвать пока еще сложно. Например, перспективный сверхзвуковой пассажирский самолет стартапа Boom Technologies получит три турбовентиляторных двигателя семейства JT8D компании Pratt & Whitney или J79 компании GE Aviation. В крейсерском полете удельный расход топлива этими двигателями составляет около 740 граммов на килограмм-силы в час. При этом двигатель J79 может быть оснащен форсажной камерой, при использовании которой расход топлива увеличивается до двух килограммов на килограмм-силы в час. Такой расход сопоставим с расходом топлива двигателями, например, истребителя Су-27, задачи которого существенно отличаются от перевозки пассажиров.

Для сравнения, удельный расход топлива единственных в мире серийных турбовинтовентиляторных двигателей Д-27, установленных на украинском транспортнике Ан-70, составляет всего 140 граммов на килограмм-силы в час. Американский двигатель CFM56, «классика» лайнеров Boeing и Airbus, имеет удельный расход топлива в 545 граммов на килограмм-силы в час. Это означает, что без серьезной переработки конструкции реактивных авиационных двигателей сверхзвуковые полеты не станут достаточно дешевыми, чтобы получить широкое распространение, и будут востребованы разве что в деловой авиации - большой расход топлива ведет к росту цен на билеты. Снизить высокую стоимость сверхзвуковых авиаперевозок объемами тоже не получится - проектируемые сегодня самолеты рассчитаны на перевозку от 8 до 45 пассажиров. Обычные же самолеты вмещают больше сотни человек.

Тем не менее, в начале октября текущего года GE Aviation проект нового турбовентиляторного реактивного двигателя Affinity. Эти силовые установки планируется монтировать на перспективный сверхзвуковой пассажирский самолет AS2 компании Aerion. Новая силовая установка конструктивно объединяет в себе особенности реактивных двигателей с малой степенью двухконтурности для боевых самолетов и силовых установок с большой степенью двухконтурности для пассажирских самолетов. При этом каких-либо новых и прорывных технологий в Affinity нет. Новый двигатель GE Aviation относит к силовым установкам со средней степенью двухконтурности.

Основу двигателя составляет модифицированный газогенератор турбовентиляторного двигателя CFM56, который, в свою очередь, конструктивно основан на газогенераторе от F101, силовой установки для сверхзвуковых бомбардировщиков B-1B Lancer. Силовая установка получит модернизированную электронно-цифровую систему управления двигателем с полной ответственностью. Какие-либо подробности о конструкции перспективного двигателя разработчики не раскрыли. Тем не менее, в GE Aviation ожидают, что удельный расход топлива двигателями Affinity будет не намного выше или даже сопоставим с расходом топлива современными турбовентиляторными двигателями обычных дозвуковых пассажирских самолетов. Каким образом этого удастся добиться для сверхзвукового полета, не ясно.

Boom / Boom Technologies

Проекты

Несмотря на множество проектов сверхзвуковых пассажирских самолетов в мире (включая даже нереализуемый проект переделки стратегического бомбардировщика Ту-160 в пассажирский сверхзвуковой лайнер, предложенный президентом России Владимиром Путиным), наиболее близкими к летным испытаниям и мелкосерийному производству можно считать AS2 американского стартапа Aerion, S-512 испанского Spike Aerospace и Boom американского Boom Technologies. Планируется, что первый будет выполнять полеты на скорости 1,5 числа Маха, второй - 1,6 числа Маха, а третий - 2,2 числа Маха. Самолет X-59, создаваемый Lockheed Martin по заказу NASA, будет демонстратором технологий и летающей лабораторией, запускать его в серию не планируется.

В Boom Technologies уже заявили, что постараются сделать перелеты на cверхзвуковых самолетах очень дешевыми. Например, стоимость перелета по маршруту Нью-Йорк - Лондон в Boom Technologies оценили в пять тысяч долларов. Столько сегодня стоит перелет по этому маршруту в бизнес-классе обычного дозвукового лайнера. Лайнер Boom над населенной сушей будет летать на дозвуковой скорости и переходить на сверхзвук над океаном. Самолет при длине 52 метра и размахе крыла 18 метров сможет перевозить до 45 пассажиров. До конца 2018 года Boom Technologies планирует выбрать один из нескольких проектов нового самолета для реализации в металле. Первый полет лайнера планируется на 2025 год. Эти сроки компания перенесла; изначально Boom планировалось поднять в воздух в 2023 году.

По предварительным расчетам, длина самолета AS2, рассчитанного на 8-12 пассажиров, будет равняться 51,8 метра, а размах крыла - 18,6 метра. Максимальная взлетная масса сверхзвукового самолета составит 54,8 тонны. AS2 будет выполнять полеты над водой на крейсерской скорости в 1,4-1,6 числа Маха, замедляясь до 1,2 над сушей. Несколько меньшая скорость полета над сушей вкупе с особой аэродинамической формой планера позволит, как рассчитывают разработчики, почти полностью избегать формирования ударных волн. Дальность полета самолета на скорости в 1,4 числа Маха составит 7,8 тысячи километров и 10 тысяч километров - на скорости в 0,95 числа Маха. Первый полет самолета планируется на лето 2023 года, а на октябрь того же года - первый трансатлантический перелет. Его разработчики приурочат к 20-летию со дня последнего полета «Конкорда».

Наконец, Spike Aerospace планирует начать летные испытания полноценного прототипа S-512 не позднее 2021 года. Поставки первых серийных самолетов заказчикам запланированы на 2023 год. Согласно проекту, S-512 сможет перевозить до 22 пассажиров на скорости до 1,6 числа Маха. Дальность полета этого самолета составит 11,5 тысячи километров. С октября прошлого года Spike Aerospace нескольких уменьшенных моделей сверхзвукового самолета. Их целью является проверка конструкторских решений и эффективности элементов управления полетом. Все три перспективных пассажирских самолета создаются с упором на особую аэродинамическую форму, которая позволит уменьшить интенсивность ударных волн, образующихся при сверхзвуковом полете.

В 2017 году объем авиационных пассажирских перевозок во всем мире составил четыре миллиарда человек, из которых 650 миллионов совершили длительные перелеты протяженностью от 3,7 до 13 тысяч километров. 72 миллиона «дальнобойных» пассажиров летали первым и бизнес-классом. Именно на эти 72 миллиона человек разработчики сверхзвуковых пассажирских самолетов и нацеливаются в первую очередь, полагая, что они с удовольствием заплатят немного больше денег за возможность провести в воздухе примерно вдвое меньше времени, чем обычно. Тем не менее, сверхзвуковая пассажирская авиация, вероятнее всего, начнет активно развиваться после 2025 года. Дело в том, что исследовательские полеты лаборатории X-59 начнутся только в 2021 году и продлятся несколько лет.

Результаты исследований, полученные во время полетов X-59, в том числе и над населенными пунктами - добровольцами (их жители согласились, чтобы над ними в будние дни летали сверхзвуковые самолеты; после полетов наблюдатели будут рассказывать исследователям о своем восприятии шума), планируется передать на рассмотрение Федерального управления гражданской авиации США. Как ожидается, на их основе оно может пересмотреть запрет на сверхзвуковые полеты над населенной частью суши, но случится это не раньше 2025 года.

Василий Сычёв

6-го февраля в 1950-м во время очередного испытания советский реактивный истребитель МиГ-17 в горизонтальном полете превысил скорость звука, разогнавшись почти до 1070-и км/ч. Это превратило его в первый сверхзвуковой самолет серийного производства. Разработчики Микоян и Гуревич явно гордились своим детищем.

Для боевых полетов МиГ-17 считался околозвучным, так как его крейсерская скорость не превышала 861 км/ч. Но это не помешало истребителю стать одним из самых распространенных в мире. В разное время он состоял на вооружении Германии, Китая, Кореи, Польши, Пакистана и десятков других стран. Этот монстр принял участие даже в боевых действиях во Вьетнамской войне.

МиГ-17 - далеко не единственный представитель жанра сверхзвуковых самолетов. Мы расскажем еще о десятке воздушных лайнеров, которые тоже опередили звуковую волну и стали известными во всем мире.

Bell X-1

ВВС США специально оснастили Bell X-1 ракетным двигателем, так как хотели с его помощью изучить проблемы сверхзвукового полёта. 14-го октября в 1947 аппарат разогнался до 1541 км/ч (число Маха 1.26), преодолел заданный барьер и превратился в звезду поднебесья. Сегодня модель-рекордсменка покоится в Смитсоновском музее в Штатах.

Источник: NASA

North American X-15

North American X-15 тоже оснащен ракетными двигателями. Но, в отличие от своего американского коллеги Bell X-1, этот самолет достиг скорости 6167 км/ч (число Маха 5,58), превратившись в первого и на 40 лет единственного в истории человечества (с 1959-го) пилотируемым гиперзвуковым летательным аппаратом, совершавшим суборбитальные пилотируемые космические полёты. С его помощью изучали даже реакцию атмосферы на вход в нее крылатых тел. Всего произведено три единицы ракетопланов типа Х-15.

Источник: NASA

Lockheed SR-71 Blackbird

Грех не применять сверхзвуковые самолеты в военных целях. Поэтому ВВС США спроектировали Lockheed SR-71 Blackbird - стратегический разведчик с максимальной скоростью 3700 км/ч (число Маха 3,5). Главные достоинства - быстрый разгон и высокая маневренность, позволившая ему уклоняться от ракет. Также SR-71 был первым самолётом, который оснастили технологиями снижения радиолокационной заметности.

Построено всего 32 единицы, 12 из которых разбились. В 1998-м снят с вооружения.

Источник: af.mil

МиГ-25

Не можем не вспомнить отечественный МиГ-25 - сверхзвуковой высотный истребитель-перехватчик 3-го поколения с максимальной скоростью 3000 км/ч (число Маха 2,83). Самолет был настолько крутым, что на него позарились даже японцы. Поэтому 6-го сентября в 1976-м советскому летчику Виктору Беленко пришлось угнать МиГ-25. После этого в течение многих лет во многих частях Союза самолеты начали заправлять не до конца. Цель - чтобы они не долетали до ближайшего иностранного аэропорта.

Источник: Алексей Бельтюков

МиГ-31

Советские ученые не прекращали трудиться на воздушное благо отечества. Поэтому в 1968-м началась проектировка МиГ-31. А 16-го сентября в 1975-м он впервые побывал в небе. Этот двухместный сверхзвуковой всепогодный истребитель-перехватчик дальнего радиуса действия разогнался до скорости 2500 км/ч (число Маха 2,35) и стал первым советским боевым самолётом четвёртого поколения.

МиГ-31 предназначен для перехвата и уничтожения воздушных целей на предельно малых, малых, средних и больших высотах, днём и ночью, в простых и сложных метеоусловиях, при активных и пассивных радиолокационных помехах, а также ложных тепловых целях. Четыре МиГ-31 могут контролировать воздушное пространство протяжённостью до 900 километров. Это не самолет, а гордость Союза, которая до сих пор состоит на вооружении России и Казахстана.

Источник: Виталий Кузьмин

Lockheed/Boeing F-22 Raptor

Самый дорогой сверхзвуковой самолет построили американцы. Они смоделировали многоцелевой истребитель пятого поколения, который стал самым дорогим среди коллег по цеху. Lockheed/Boeing F-22 Raptor на сегодняшний день является единственным состоящим на вооружении истребителем пятого поколения и первым серийным истребителем со сверхзвуковой крейсерской скоростью 1890 км/ч (1,78 Маха). Максимальная скорость 2570 км/ч (2,42 Маха). Его в воздухе до сих пор никто так и не превзошел.

Источник: af.mil

Су-100/Т-4

Су-100/Т-4 («сотка») разрабатывался в качестве истребителя авианосцев. Но инженерам ОКБ Сухого удалось не просто достигнуть поставленной цели, а смоделировать крутой ударно-разведывательный бомбардировщик-ракетоносец, который потом хотели применить даже в качестве пассажирского самолета и разгонщика для авиационно-космической системы Спираль. Максимальная скорость Т-4 - 3200 км/ч (3 Маха).

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

Boeing X-43

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

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

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»)

Миг-25 («Летучая мышь»)

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

МиГ-31

Макдоннел-Дуглас F-15 («Игл»)

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

Главная » Нужно знать » Какой самолет летит со скоростью звука. Сверхзвуковые полеты: первые самолеты, преодоление сверхзвукового барьера и число Маха в авиации. Сверхзвуковой самолёт поднимается в небо