Сверхзвуковой самолёт

Сверхзвуковой самолёт — самолёт, способный совершать полёт со скоростью, превышающей скорость звука в воздухе (полёт с числом Маха M = 1,2—5).

F-100 — первый в США строившийся серийно сверхзвуковой истребитель
Сверхзвуковой истребитель-перехватчик Су-27
Сверхзвуковой дальний бомбардировщик Ту-22М3
Американский стратегический разведчик SR-71

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.

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:

  • 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 (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 (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 (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 самолёты со сниженной заметностью «Стелс».

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, совершивший первый полёт 31 декабря 1968 года и бывший в эксплуатации с 1975 по 1978 год и выполнивший 2 марта 1969 года первый полёт англо-французский Concorde, 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. Удельный расход топлива.
  3. Шумность над аэродромом.
  4. Сложность использования.

Несмотря на неосуществление нескольких других бывших и существующих проектов пассажирских сверхзвуковых и околозвуковых самолётов (Boeing 2707, Boeing Sonic Cruiser, Douglas 2229, Lockheed L-2000, Ту-244, Ту-344, Ту-444, SSBJ и других) и вывод из эксплуатации самолётов двух реализованных проектов, разрабатывались ранее и существуют современные проекты гиперзвуковых (в том числе суборбитальных) пассажирских авиалайнеров (например, ZEHST, SpaceLiner) и военно-транспортных (десантных) самолётов быстрого реагирования.

На разрабатываемый пассажирский бизнес-джет Aerion AS2 в ноябре 2015 был сделан твёрдый заказ на 20 единиц суммарной стоимость 2,4 миллиарда долларов с началом поставок в 2023 году.[1] Техническую поддержку компании Aerion окажет авиастроительный концерн Boeing. В феврале 2019 года появилась базовая стоимость нового самолёта - 120 млн USD, что почти в два раза дороже его конкурентов - самолёта Global 7000 от Bombardier.[2]

Теоретические проблемыПравить

Основная статья: Звуковой барьер

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[3], 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.

Следует отметить, что 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.

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. Flexjet order dor 20 Supersonic Jets Boosts Aerion. Aviation Week. Дата обращения: 17 ноября 2015.
  2. Jeremy Bogaisky. Boeing to help Aerion Develop Supersonic Jet as Lockheed Martin exits (англ.). Forbes. Дата обращения: 6 февраля 2019.
  3. На дозвуковых скоростях лобовое сопротивление воздушной среды прямо пропорционально квадрату скорости воздушного потока, а на сверхзвуковых — прямо пропорционально 3—5-й её степени.

ЛитератураПравить

СсылкиПравить