Сверхзвуковой самолёт

Сверхзвуковой самолёт — самолёт, способный совершать полёт со скоростью, превышающей скорость звука в воздухе (полёт с числом Маха M = 1,0—5).

Минимальная скорость равно 1250 км/ч Максимальная скорость равно 6125 км/ч

F-100 — первый в США серийный сверхзвуковой истребитель (1953)
Сверхзвуковой истребитель-перехватчик Су-27 (1977)
Сверхзвуковой дальний бомбардировщик Ту-22М3 (1969)
Американский стратегический разведчик SR-71 (1964)

Теоретические проблемыПравить

Полёт на сверхзвуковой скорости, в отличие от дозвукового, протекает в условиях иной аэродинамики, поскольку при достижении воздушным судном скорости звука качественно меняется аэродинамика обтекания, из-за чего резко возрастает аэродинамическое сопротивление[1], также растёт кинетический нагрев конструкции от трения набегающего на большой скорости воздушного потока, смещается аэродинамический фокус, что ведёт к утрате устойчивости и управляемости самолёта. Кроме того, проявилось такое неизвестное до создания первых сверхзвуковых самолётов явление, как «волновое сопротивление».

Поэтому достижение скорости звука и эффективный стабильный полёт на около- и сверхзвуковых скоростях были невозможны за счёт простого увеличения мощности двигателей — потребовались новые конструктивные решения. Как следствие, изменился внешний облик самолёта: появились характерные прямые линии, острые углы, в отличие от «гладких» форм дозвуковых самолётов.

Проблему создания эффективного сверхзвукового самолёта нельзя считать разрешённой до сих пор. Создателям приходится идти на компромисс между требованием увеличения скорости и сохранением приемлемых взлётно-посадочных характеристик. Таким образом, завоевание авиацией новых рубежей по скорости и высотности связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой конструктивной компоновки самолётов, но также с изменениями их геометрии в полёте. Такие изменения, улучшая характеристики самолёта на больших скоростях, не должны ухудшать их качества на малых скоростях, и наоборот. В последнее время создатели отказываются от уменьшения площади крыла и относительной толщины их профилей, а также увеличения угла стреловидности крыла у самолётов с изменяемой геометрией, возвращаясь к крыльям малой стреловидности и большой относительной толщины, если уже достигнуты удовлетворительные величины максимальной скорости и практического потолка. В таком случае считается важным, чтобы сверхзвуковой самолёт имел хорошие лётные данные на малых скоростях и малое сопротивление при больших скоростях, особенно на малых высотах.

ИсторияПравить

После появления в 1940-х годах реактивных самолётов-истребителей перед авиаконструкторами встала задача дальнейшего увеличения их скорости. Более высокая скорость расширяла боевые возможности как истребителей, так и бомбардировщиков.

 
экспериментальный сверхзвуковой самолёт Bell X-1
 
Чарльз (Чак) Йегер, американский лётчик-испытатель 14.10.1947 на самолёте Bell X-1 впервые достиг сверхзвуковой скорости

Исследования настоящих проектов сверхзвуковых самолётов начаты в середине Второй мировой войны. Лётные пилотируемые испытания начаты Чаком Йегером, американским лётчиком-испытателем, 14 октября 1947 года на экспериментальном самолёте Bell X-1 с ракетным двигателем XLR-11 достигшего сверхзвуковой скорости в управляемом полёте.

РазвитиеПравить

В 1950—1960-е годы произошло бурное развитие сверхзвуковой авиации. Решены основные проблемы устойчивости и управляемости самолётов, их аэродинамической эффективности на сверхзвуковых скоростях. Рост скорости полёта сопровождался увеличением потолка свыше 20 км. В эти годы начато серийное производство сверхзвуковых самолётов самого разного назначения:

 
Первый серийный истребитель, который достигал скорость звука, советский реактивный самолёт МиГ-17 (1949)
  • Первым из серийных истребителей, который достигал скорость звука, был советский реактивный истребитель МиГ-17, разработанный ОКБ Микояна и Гуревича в конце 1940-х годов. В конце 1952 года под обозначением МиГ-17Ф самолёт пошёл в серийное производство. Однако для боевых полётов он считался околозвуковым.
 
Первый серийный сверхзвуковой истребитель — North American F-100 Super Sabre (1953)
  • Первый серийный сверхзвуковой истребитель — North American F-100 Super Sabre (первый полёт в мае 1953 года, поступил в серийное производство в том же году, на вооружении с осени 1954 года). Скорость M=1,3.
 
Первый серийный сверхзвуковой бомбардировщик —Convair B-58 Hustler (1956)
  • Первый серийный сверхзвуковой бомбардировщик —Convair B-58 Hustler (первый полёт в ноябре 1956 года, поступил в серийное производство в том же году, на вооружении с 1960 года). Скорость M=2.
 
Первый серийный разведчик, рассчитанный на длительный полёт на скорости M=3 — Lockheed A-12 (1962)
  • Первый серийный разведчик, рассчитанный на длительный полёт на скорости M=3 — Lockheed A-12 (первый полёт в 1962 году, на вооружении с 1963 года).
  • Первые серийные пассажирские самолёты Ту-144 (полетевший первым в конце 1968 года) и Aérospatiale-BAC Concorde, первым начавший рейсы с пассажирами в 1976 году.

Уже используются боевые «стелс»-самолёты, со сниженной заметностью.

Несмотря на то что большинство боевых самолетов способны развивать сверхзвуковую скорость, многие из них не рассчитаны на крейсерский сверхзвуковой полёт и лишь некоторые могут достичь этой скорости в горизонтальном полете без включения форсажного режима работы двигателей.

Пассажирские сверхзвуковые самолётыПравить

Известны всего два серийно выпускавшихся пассажирских сверхзвуковых самолёта, выполнявших регулярные рейсы: советский самолёт Ту-144 (первый полёт 31 декабря 1968 года) , бывший в эксплуатации с 1975 по 1978 год, и англо-французский Конкорд (Concorde) (первый полёт 2 марта 1969 года), совершавший трансатлантические и чартерные рейсы с 1976 по 2003 год. Они значительно сокращали время дальних перелётов, использовали незагруженное воздушное пространство (≈18 км) выше обычной высоты 9—12 км, где совершали полёты вне воздушных трасс.

Наиболее существенными недостатками коммерческих сверхзвуковых самолётов оказались:

  1. Звуковой удар.
  2. Высокий удельный расход топлива.
  3. Шумность над аэродромом.
  4. Сложность использования.

Американцы приступили к проекту сверхзвуковой пассажирского самолета Boeing 2707 несколько позже, чем англофранцузские и советские специалисты. Разработка была прекращена в 1971 году.

Планы возрождения

Несмотря на неосуществление нескольких других бывших и существующих проектов пассажирских сверхзвуковых и околозвуковых самолётов (Boeing Sonic Cruiser, Douglas 2229, Lockheed L-2000, в России — Ту-244 («апгрейд» Ту-144Д), Ту-344 (бизнес-джет на базе ракетоносца Ту-22М3), Ту-444, SSBJ (проекты 90-х), и других) и вывод из эксплуатации самолётов двух реализованных проектов, в новом столетии возникли проекты возрождения пассажирских сверхзвуковых машин.[2]

  • В 2018 г. американская компания Spirit Aerosystems по договору со стартапом Aerion начала эскизное проектирование фюзеляжа для нового сверхзвукового пассажирского бизнес-джета AS2, который разрабатывается с 2014 года. [3]. На разрабатываемый самолёт в ноябре 2015 был сделан твёрдый заказ на 20 единиц суммарной стоимость 2,4 млрд долларов, с началом поставок в 2023 году[4]; техническую поддержку компании Aerion окажет авиастроительный концерн Boeing. В феврале 2019 года появилась базовая стоимость нового самолёта — 120 млн долл., что почти в два раза дороже его конкурентов — самолёта Global 7000 от "Бомбардье".[5]
  • Lockheed Martin X-59 QueSST («Тихая сверхзвуковая технология») — экспериментальный, разрабатываемый с середины 2010-х.
  • проекты частной американской Aerion[en]: Aerion SBJ[en] (1,6 Мах, 8-12 пассажиров; проект закрыт в мае 2021), Aerion AS2[en] (увеличенная версия Aerion SBJ, анонсирован в мае 2014), Aerion AS3 (4 Мах, 50 пассажиров; анонсирован в мае 2021).
  • Проекты стартапа Boom Technology: Boom Overture[en] и Supersonic business jet[en].
  • В России пошли разговоры о планах разработки на основе бомбардировщика Ту-160 (серийное производство которого сейчас возобновляется[6][7][8]) и пр.[9]

Также существуют и современные проекты военно-транспортных (десантных) самолётов быстрого реагирования.[источник не указан 563 дня]

Также разрабатывались ранее и существуют современные проекты гиперзвуковых (в том числе суборбитальных) пассажирских авиалайнеров (например, ZEHST, SpaceLiner).

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. На дозвуковых скоростях лобовое сопротивление воздушной среды прямо пропорционально квадрату скорости воздушного потока, а на сверхзвуковых — прямо пропорционально 3—5-й её степени.
  2. Илья Крамник. Иллюзия возможностей: зачем нужен сверхзвуковой пассажирский самолет. Сумеет ли новая разработка отечественного авиапрома укрепить его положение на рынке Архивная копия от 19 марта 2021 на Wayback Machine // Известия, 19 февраля 2019
  3. Начато проектирование фюзеляжа нового сверхзвукового пассажирского лайнера Архивная копия от 26 июля 2021 на Wayback Machine // Популярная механика, 23 фев 2018
  4. Flexjet order dor 20 Supersonic Jets Boosts Aerion. Aviation Week. Дата обращения: 17 ноября 2015. Архивировано 20 ноября 2015 года.
  5. Jeremy Bogaisky. Boeing to help Aerion Develop Supersonic Jet as Lockheed Martin exits (англ.). Forbes. Дата обращения: 6 февраля 2019. Архивировано 5 февраля 2019 года.
  6. [1] Архивная копия от 1 июня 2021 на Wayback Machine [2] Архивная копия от 2 августа 2021 на Wayback Machine
  7. Ту-160: приглашаются пассажиры... Конструкторская мысль летит со скоростью звука Архивная копия от 16 января 2021 на Wayback Machine ... может начаться после 2030 года Архивная копия от 5 октября 2018 на Wayback Machine
  8. В период с 2022 по 2026 годы может быть начато эскизное, а затем и рабочее проектирование сверхзвукового пассажирского самолета: [3] Архивная копия от 25 июля 2021 на Wayback Machine
  9. Сверхзвуковой пассажирский самолёт ОАК разработает с нуля, а не на базе Ту-160 Архивная копия от 5 сентября 2019 на Wayback Machine («На базе Ту-160 проект невозможен.»)

ЛитератураПравить