Что значит сверхзвуковой самолет

Привет, друзья!
Один из примеров существующих проектов сверхзвуковых самолетов.

Сегодня начну с небольшого предисловия 🙂.

На этом сайте у меня уже есть статья о дозвуковых скоростях полета летательных аппаратов. То есть давно уже пришла пора написать что-нибудь и о сверхзвуке, тем более, что я обещал это сделать :-). На днях взялся за работу с немалым рвением, но понял, что тема настолько же интересна, насколько и объемна.

Мои статьи в последнее время краткостью не блещут, не знаю уж достоинство это или недостаток :-). А выпуск на тему «сверхзвук» грозил стать еще больше и уж неизвестно сколько бы времени мне пришлось бы его «творить» :-).

Поэтому я решил попробовать сделать несколько статей. Этакую маленькую серию (штуки три-четыре), в которой каждая составляющая будет посвящена одному-двум понятиям на тему . И мне будет проще, и читателям голову меньше буду забивать :-), и яндекс с гуглом будут более благосклонны (что немаловажно, сами понимаете :-)). Ну а что из этого получится судить, конечно, Вам..

Итак, поговорим сегодня о сверхзвуке и сверхзвуковых самолетах. Само понятие «сверхзвук» в нашем языке (тем более в превосходной степени) мелькает гораздо чаще, чем термин «».

С одной стороны это, вобщем-то, понятно. Дозвуковые летательные аппараты давно стали в нашей жизни чем-то совсем обыденным. А сверхзвуковые самолеты, хоть и летают в воздушном пространстве вот уже 65 лет, но до сих пор представляются чем-то особенным, интересным и заслуживающим повышенного внимания.

Говоря с другой стороны, это вполне справедливо. Ведь полеты на сверхзвуке — это, можно сказать, отдельная, закрытая неким барьером область движения. Однако, у людей неискушенных вполне может возникнуть вопрос: «А чего, собственно, такого выдающегося в этом сверхзвуке? Какая разница летит самолет со скоростью 400 км/ч или 1400 км/ч? Дайте ему движок помощнее и все будет в порядке!» Примерно в таком смысловом положении находилась авиация на заре своего развития.

Скорость всегда была пределом мечтаний и первоначально эти устремления довольно успешно претворялись в жизнь. Уже в 1945 году летчик-испытатель фирмы Мессершмитт в горизонтальном полете на одном из первых в мире самолетов с реактивными двигателями, , достиг в горизонтальном полете на высоте скорости .

Messerschmitt Me 262.

Однако, на самом деле все далеко не так просто. Ведь полет на сверхзвуке отличается от дозвукового не только величиной скорости и не столько ею. Отличие здесь .

Уже со скоростей порядка начинает понемногу проявляться такое свойство воздуха, как сжимаемость. И ничего здесь, в принципе, неожиданного нет. Воздух – это газ. А все газы, как известно, в отличие от жидкостей, сжимаемы. При сжатии меняются параметры газа, такие, например, как плотность, давление, температура. Из-за этого в сжатом газе уже по-другому могут протекать различные физические процессы, нежели в разреженном.

Чем быстрее летит самолет, тем больше он вместе со своими аэродинамическими поверхностями становится похожим на эдакий поршень, в определенном смысле сжимающий воздух перед собой. Утрированно, конечно, но в целом именно так :-).

С ростом скорости аэродинамическая картина обтекания летательного аппарата меняется и чем быстрее, тем больше :-). А на сверхзвуке она уже качественно другая. При этом на первый план выходят новые понятия аэродинамики, которые для малоскоростных самолетов зачастую просто не имеют никакого смысла.

Для характеристики скорости полета теперь становится удобным и необходимым использование такого параметра, как (, отношение скорости самолета относительно воздуха в данной точке к скорости звука в воздушном потоке в этой точке). Появляется и становится ощутимым (очень ощутимым!) еще один вид аэродинамического сопротивления – ( наряду с итак возросшим обычным лобовым сопротивлением).

Становятся знаковыми такие явления, как (с критическим числом М), , и .

Кроме того ухудшаются и характеристики самолета из-за смещения назад точки приложения аэродинамических сил.

При подходе к области околозвуковых скоростей самолет может испытывать сильную тряску (это было более характерно для первых самолетов, штурмовавших тогда еще таинственный рубеж скорости звука), схожую по своим проявлениям с еще одним очень неприятным явлением, с которым пришлось столкнуться авиаторам в своем профессиональном развитии. Это явление называется (тема для очередной статьи :-)).

Появляется такой неприятный момент, как разогрев воздуха в результате его резкого торможения перед самолетом (так называемый ), а также нагрев в результате вязкостного трения воздуха. При этом температуры достаточно высокие, порядка . До таких температур разогревается обшивка самолета во время длительного сверхзвукового полета.

Обо всех упомянутых выше понятиях и явлениях, а также причинах их возникновения мы обязательно поговорим в других статьях более подробно. Но сейчас итак, я думаю, вполне понятно, что сверхзвук – это уже нечто совсем другое, нежели полет на дозвуковой ( тем более малой) скорости.

Для того, чтобы ужиться со всеми вновь возникающими эффектами и явлениями на больших скоростях и полностью соответствовать своему предназначению, летательный аппарат тоже должен качественно измениться. Теперь это должен быть сверхзвуковой самолет, то есть самолет, способный выполнять полет со скоростью, превышающей скорость звука на данном участке воздушного пространства.

И для него недостаточно только лишь увеличения мощности двигателя (хотя это тоже очень важная и обязательная деталь). Такие самолеты обычно меняются и внешне. В их облике появляются острые углы и кромки, прямые линии, в отличие от «плавных» очертаний дозвуковых самолетов.

Сверхзвуковые самолеты имеют или в плане крыло. Типичный и один из самых известных самолетов с треугольным крылом – замечательный истребитель (максимальная скорость на высоте 2230 км/ч, у земли 1300 км/ч).

Сверхзвуковой самолет с треугольным в плане крылом МИГ-21.

Один из вариантов стреловидного – это крыло формы,  имеющее повышенный коэффициент подъемной силы. У него имеется специальный наплыв около фюзеляжа, предназначенный для образования искусственных спиральных вихрей.

МИГ-21И с крылом оживальной формы.

МИГ-21И — оживальное крыло.

Оживальное крыло ТУ-144.

Интересно, что крыло такого типа, потом установленное на , испытывалось на летающей лаборатории на базе все того же .

Второй вариант – . Оно имеет уплощенный профиль с определенным образом изогнутой задней частью, что позволяет отодвинуть возникновение волнового кризиса на большие скорости и может быть выгодным в плане экономичности для скоростных дозвуковых самолетов. Такое крыло применено, в частности, на самолете .

SuperJet 100. Пример сверхкритического крыла. Хорошо виден изгиб профиля (задняя часть)

Профиль крыла, особенно если самолет предназначен для полетов на больших сверхзвуковых скоростях (тем более длительных полетов), обычно тонкий с острыми кромками (характерный пример — ).

Управляющие поверхности хвостового оперения из-за ухудшения условий управляемости на сверхзвуке имеют достаточно большую площадь. Часто стабилизаторы бывают цельно-поворотными, а на некоторых сверхзвуковых самолетах цельноповоротными сделаны и кили.

Интересно, что аппарат, впервые в истории авиации достигший сверхзвуковой скорости, не особо-то походил на современный сверхзвуковой самолет. Это был самолет , совместный проект ВВС США и агенства (предшественник (до 1958 года) нынешнего ), на котором стоял жидкостный ракетный двигатель , специально разработанный для установки на самолет.

Х-1 был создан чисто для эксперимента по достижению высоких скоростей и явился родоначальником Х-серии экспериментальных самолетов, на которых отрабатывались различные новинки и разработки из области скоростных и высотных полетов.

Bell X-1. Первый самолет, преодолевший скорость звука.

Ракетный двигатель XLR-11 для самолета Х-1.

Крыло, так же как и оперение этого самолета не имело заметной стреловидности. Стартовать он мог самостоятельно или же из бомболюка специально модернизированного самолета (впоследствии ). Рекордный полет был выполнен 14 октября 1947 года на самолете с серийным номером № 46-062. Пилотировал его капитан ВВС США Charles Elwood «Chuck» Yeager. Свой самолет он назвал «» в честь своей жены :-).

Charles Yeager у самолета Х-1.

Подвеска Х-1 (№46-064) под самолетом ЕВ-50А 9 ноября 1951 года на авиабазе Эдвардс (Калифорния).

Х-1 стартовал с борта В-29 и в управляемом пологом снижении достиг скорости , что соответствовало 1299 км/ч (361 м/с). Это был полет под номером 50. После совершения 80-ти исследовательских полетов этот самолет был помещен в музей Смитсоновского института. Здесь старый хроникальный ролик тех лет.

В Советском Союзе скорость звука была впервые достигнута 26 декабря 1948 года на экспериментальном самолете на высоте . В течение последующих двух месяцев летчики, участвовавшие в установлении рекорда, О.В.Соколовский и И.Е.Федоров, еще шесть раз достигали скорости звука. Полеты осуществлялись методом спуска с высоты 10000 м с разгоном и последующим выходом в горизонтальный полет на высоте 6000 м (так называемый метод «с прижимом»).

В полете ЛА-176.

В январе на Ла-176 были установлен более мощный двигатель ВК-1 (вместо ранее стоявшего РД-45) и с этим двигателем 25 января 1949 года на высоте была достигнута (и официально зафиксирована!) скорость, превышающая скорость звука: 1105км/ч (или М=1,02). Интересно, что при этом максимальная скорость самолета в горизонтальном полете была всего на 1% меньше звуковой.

ЛА-176 по внешнему виду был, вобщем-то, типичным сверхзвуковым самолетом со стреловидным крылом и тонким профилем. Однако потерянная из-за нелепой случайности  экспериментальная машина (срыв фонаря на взлете и неправильные действия летчика О.В.Соколовского, закончившиеся катастрофой и его гибелью), поставила крест на дальнейшей разработке этого проекта.

Первыми серийно выпускавшимися сверхзвуковыми самолетами стали практически одновременно появившиеся американский F-100 Super Sabre и советский (наименование по классификации НАТО — ). Рекорд скорости F-100 (29 октября 1953 года) составил . Он продержался недолго, в конце 1954 года МИГ-19 разогнался до .

North American F-100, 1953 год.

Истребитель МИГ-19 (аэродром Кубинка).

МИГ-19 вообще обладал рядом преимуществ по сравнению со своим американским аналогом (если так можно его назвать :-)). Он был легче, обладал значительно большей (очень высокой по тем временам) , большей, как я уже сказал, максимальной скоростью, лучшей маневренностью и большим (на 200 км) боевым радиусом.

Этот самолет выпускался в различных модификациях и в качестве истребителя-перехватчика в войсках ПВО страны в начале 60-х годов успешно выполнял реальные боевые задачи.

МИГ-19 в китайском варианте J-6 на авиашоу в 2006 году.

Хочу обязательно заметить, что в гонке за сверхзвуком участвовали и женщины. Весной 1953 года известная американская летчица-рекордсменка стала первой в мире женщиной, преодолевшей звуковой барьер. Достигнутая скорость равнялась . Это было сделано в пикировании на предшественнике F-100, самолете (том самом, чьи собратья являлись противниками наших в Корейской войне 1950-53 годов).

North American F-86F Sabre , 1953 год.

Легендарный МИГ-15, правда уже не наш :-). Тоже кандидат на сверхзвук.

Немного отвлекаясь упомяну об интересном факте. Вышеупомянутому летчику испытателю Чаку Йегеру довелось опробовать МИГ-15 в полете. Это случилось уже после окончания войны, когда лейтенант северокорейских ВВС НО Гым Сок угнал самолет в Южную Корею. За это он, кстати, получил 100000 долларов, как обещанную США награду за доставку невредимого МИГ-15. Теперь этот самолет находится в национальном музее ВВС США.

Эти, хоть и первые, но уже достаточно смелые шаги стали началом эры бурного развития сверхзвуковой авиации. В течение 60-х-70-х годов авиационной наукой были решены многие проблемы, связанные со сверхзвуком и осложнявшие эксплуатацию самолетов на больших скоростях. Появилось много моделей сверхзвуковых самолетов различного назначения, от истребителя и истребителя-бомбардировщика до бомбардировщика и разведчика.

Большая скорость и высота полета была наиболее актуальна для истребителей-перехватчиков, а также для самолетов-разведчиков и бомбардировщиков, основной принцип применения которых был полет к цели на максимально возможной высоте и скорости для преодоления ПВО противника.

Сверхзвуковые самолеты создаются и по сей день. Практически любой вновь создаваемый военный самолет в наши дни обладает возможностью сверхзвукового полета.

СУ-35. Современный сверхзвуковой самолет.

Сверхзвуковой стратегический бомбардировщик-ракетоносец ТУ-22М3. Исключительный самолет. Максимальная скорость на высоте 2300 км/ч.

Перехватчик МИГ-31. Крейсерская скорость сверхзвука 2,35М (2500 км/ч), максимально допустимая скорость на высоте 3000 км/ч (2,82М). Потомок МИГ-25.

Не обошла эта «мода» и гражданскую авиацию. Первый в истории полет гражданского лайнера на сверхзвуковой скорости состоялся 21 августа 1961 года. Это был самолет . Хотя самолет был гражданский, но обычных пассажиров на нем не было :-), был только балласт, соответствующий полной загрузке. Это было сделано потому что полет был экспериментальный и проводился для сбора данных с целью проверки работы вновь установленной передней кромки крыла с пониженным сопротивлением.

McDonnell Douglas DC-8, первый гражданский самолет, вышедший на сверхзвк.

Эксперимент проводился при пологом пикировании с динамической высоты 15877 м, в результате чего на высоте 12300 м была достигнута скорость 1262 км/ч (число М= 1,012).

Был в истории гражданской авиации еще один заслуживающий внимание случай, когда самолет, не предназначенный для полетов на сверхзвуке, тем не менее стал на некоторое время сверхзвуковым :-).

Это произошло 19 февраля 1985 года. Самолет SP-09 китайской авиакомпании , совершавший рейс из Тайпея (Тайвань) в Лос-Анджелес в 550 км к северо-западу от Сан-Франциско из-за отказа одного из двигателей и дальнейших некорректных действий экипажа перешел в неуправляемое пикирование с высоты . Экипаж смог вывести самолет в горизонтальный полет только на высоте .

По заключению специалистов в пикировании была превышена скорость звука. При этом вертикальная перегрузка достигла величины . Большой пассажирский самолет совсем не рассчитан на такие нагрузки (совсем не то, что я на днях увидел в уже довольно старом американском боевике «Турбулентность» :-)). Поэтому он и получил повреждения конструкции, в частности хвостового оперения.

Повреждения хвостового оперения Boeing-747 после вынужденного сверхзвука.

Однако из 251 пассажира и 23 членов экипажа, находившихся на борту, относительно серьезные травмы получили только 2 человека. Самолет произвел благополучную посадку в Сан-Франциско и впоследствии был восстановлен для дальнейших полетов.

Однако же эти два примера, вобщем-то, случайны и бессистемны. Настоящих сверхзвуковых самолетов в мировой гражданской авиации, которые более или менее длительно использовались по своему прямому назначению было всего два. И наверное нет на земле человека, который бы о них не знал.

Это советский лайнер и англо-французский . Для обоих этих самолетов основным режимом полета являлся полет на сверхзвуковой скорости, так называемый « сверхзвук». В английском для этого существует специальный термин .

ТУ-144 и Concorde были в этом плане одними из первых. Ведь в то время, когда они создавались, время полета для подавляющего большинства самолетов на сверхзвуке ограничивалось довольно короткими промежутками времени. Исключениями были двухмаховый (максимальная скорость 2100 км/ч на высоте) английский перехватчик English Electric Lightning (ставший пионером в освоении «суперкруиза»), перехватчик (максимальная скорость с нагрузкой/без – 1655 км/ч/1900 км/ч), наш замечательный (скорость на высоте до 3000 км/ч, 2,83М), да полуэкзотические А-12,YF-12 и SR-71 (допустимая скорость до 3,2-3,3М).

Дальний истребитель-перехватчик ТУ-128.

Британский перехватчик English Electric «Lightning». Первый суперкруизер.

Один из самых скоростных серийных самолетов в истории авиации разведчик-бомбардировщик МИГ-25РБ.

Разведчик А-12. (60-е годы).

Легенда скорости Lockheed SR-71 «Blackbird».

Разведчик-перехватчик YF-12. Прототип SR-71. Хорошо видно, что кили цельно-поворотные.

Сейчас на таком режиме летает все больше эксплуатируемых и вновь создаваемых сверхзвуковых самолетов.

Как наш, так и англо-французский пассажирские сверхзвуковые самолеты создавались практически одновременно, но ТУ-144 все же несколько раньше :-). Поэтому он носит почетное звание «первый в мире». Внешний вид их даже для неосведомленного человека не оставляет сомнений: их стихия – сверхзвук. Оба выполнены по схеме «бесхвостка» и имеют тонкое крыло оживальной формы.

ТУ-144 и Concorde оборудованы четырьмя мощными ТРДФ. Причем на первом эти двигатели предназначены для длительной работы на форсаже, а на втором форсаж используется только для взлета и прохождения звукового барьера с достижением определенной скорости. Именно поэтому (из-за неэкономичности двигателей) 144-го была меньше, чем у Конкорда (3080 км против 6400 км).

Однако наш самолет имел ряд преимуществ перед Конкордом, которые были результатом огромной конструкторской работы, проделанной его создателями. ТУ-144 имел максимальную скорость полета 2500 км/ч, Конкорд – 2330 км/ч, крейсерская скорость  на сверхзвуке была соответственно 2200 км/ч и 2150 км/ч. Посадочная скорость у 144-го  270 км/ч и 295 км/ч у Конкорда соответственно. Практический потолок 20000 м и 18300 м соответственно.

ТУ-144 имел возможность использовать для перелетов 18 аэропортов Советского Союза, в то время как для приема и посадки Конкорда требовалась специальная сертификация аэропорта.

Наш лайнер стал средоточием самых передовых достижений науки и конструкторских решений (одно только переднее горизонтальное оперение чего стоит :-)). Но судьба его оказалась несчастливой.

Две громких катстрофы, одна на авиасалоне в Ле Бурже в 1973 году, вторая во время испытательного полета под Москвой в 1978 году. Совсем короткая коммерческая эксплуатация с 1 ноября 1977 по 1 июня 1978 года.

Первый сверхзвуковой пассажирский самолет ТУ-144.

Конкорд эксплуатировался значительно дольше, с 1976-го по 2003-й год. Но дороговизна при создании и эксплуатации преследовали его постянно. В целом эксплуатация его тоже считалась и в конце концов полеты были прекращены. Этому немало поспособствовала громкая катастрофа при вылете из парижского аэропорта «Шарль де Голль» 25 июля 2000 года, и общее сокращение пассажиропотока после известных событий 11 сентября 2001 года в Америке.

После закрытия обоих программ, как ТУ-144, так и Конкорда, в мире не осталось постоянно летающих сверхзвуковых пассажирских самолетов. Все существующие на данный момент разработки имеют место только в качестве перспективных в той или иной степени проектов. Хотя на мой взгляд перспективность эта здесь достаточно эфемерна. В физическом смысле, то есть чтобы «пощупать», есть разве что летающие модели. Но в основном все же красивые картинки :-).

Один из проектов сверхзвукового самолета. Aerion Supersonic Business Jet-5.

Еще один проект сверхзвукового самолета будущего.

Вот такие не совсем веселые итоги. На сегодняшний момент нельзя сказать, что задача по созданию полностью эффективного сверхзвукового самолета уже решена. Дело в том, что в существующей ситуации конструкторам и инженерам приходится решать очень сложные задачи и для достижения искомой эффективности приходится неимоверно изощряться :-), совмещая вещи часто несовместимые.

В наибольшей степени это относится к и выполнению различных задач на малых и относительно малых скоростях. Тонкое крыло с большим углом стреловидности, отлично выполняющее свою задачу на сверхзвуке, значительно менее эффективно на взлете и посадке, нежели прямое крыло с толстым профилем. А прямое крыло, в свою очередь, мало подходит для сверхзвуковых скоростей.

Сверхзвуковой самолет со «скоростным» крылом практически всегда имеет большую посадочную скорость, длинну разбега и пробега, что влечет за собой множество неудобств и технических проблем, как для самого самолета,так и для аэродромного оборудования, вплоть до невозможности выполнения полета.

Компромиссом в этом случае становятся самолеты с изменяемой геометрией крыла в полете. Это различные модели как истребителей, так и бомбардировщиков.

Сверхзвуковой стратегический бомбардировщик с изменяемой в полете геометрией крыла ТУ-160. Максимальная скорость на высоте 2230 км/ч (1,87М).

Сверхзвуковой самолет с изменяемой в полете геометрией крыла истребитель МИГ-23.

Но изменяемая геометрия — это тоже своего рода компромисс. Он не всегда может стать выходом из положения, потому что опять же влечет за собой необходимость решения множества технических и аэродинамических проблем.

Кроме того нельзя забывать о том, что сверхзвуквые самолеты, особенно большие и тяжелые типы, предназанченные для долгого на больших числах М – это машины высокозатратные, как на этапе их создания, так и на этапе эксплуатации, сложные (зачастую даже громоздкие) в обслуживании и управлении, и не каждое государство может себе позволить заниматься такого рода удовольствиями :-).

Примером тому несчастливая судьба пассажирских ТУ-144 и Конкорда, а также таких шедевров авиационной мысли (иначе не скажешь :-)), как North American Aviation (США; максимальная скорость 3,1М (3309 км/ч), крейсерская 3,0М (3200 км/ч)) и советский разведчик-бомбардировщик СУ-100 ( Т-4), знаменитая «сотка» (максимальная скорость 3200 км/ч, крейсерская – 3000 км/ч).

North American XB-70. Красавица Валькирия.

Т-4 (СУ-100) в музее в Монино.

Все эти замечательные по сути самолеты теперь остались только в музеях (последние два в единственном экземпляре каждый) и достойных наследников у них нет. Все в основном на уровне теоретических прожектов. Относительно ХВ-70, кстати, были намерения о переделке его в пассажирский самолет. Однако намерения таковыми и остались :-).

В заключение любопытный ролика-подборка ТОР-10 скоростных аппаратов, творений рук человеческих . И еще один небольшой ролик о нашем первом серийном сверхзвуковом истребителе МИГ-19. В конце там, кстати, показан эксперимент по его дозаправке. Об этом будет разговор в следующих статьях, вот здесь, и далее здесь.

https://youtube.com/watch?v=uChVvB35ckQ%3Frel%3D0%26showinfo%3D0

Сверхзвуковая авиация на данный момент

На текущий момент авиация не располагает полноценными аналогами «Конкордов» и ТУ-144, поскольку эти самолеты не соответствуют высоким требованиям безопасности и требуют слишком больших материальных затрат на заправку топливной смесью и содержание. Самой перспективной разработкой считается «Baby Boom XB-1», способный развивать скорость до 2,5 маха (2336 км/час). Лайнер отличается скромными габаритами: размах его крыльев составляет 5 метров, длина — 20 метров. XB-1 выполнен из легких композитных материалов и оснащается широкими задними кромками.

Российские инженеры-конструкторы по указанию президента создали гиперзвуковой бомбардировщик ТУ-160. Он оснащен цельноповоротным килем, стабилизаторами, флаперонами, интерцепторами, а также стреловидным или треугольным крылом в зависимости от модификации. В самолете установлены четыре двухконтурных трехвальных двигателя и топливная система из 13 резервуаров, заполненных азотированным авиационным топливом. Основная задача ТУ-160 — транспортировка аэробаллистических гиперзвуковых ракет в качестве ракетоносца.

С помощью крыла нестандартной конфигурации можно уменьшить тепловую нагрузку на центральные элементы космических кораблей и баллистических ракет, а также уменьшить сопротивление воздуха для увеличения дальности полета ракет, пуль и снарядов.

Какие самолеты считаются сверхзвуковыми

Сверхзвуковыми являются самолеты, способные совершать полет со скоростью, превышающей скорость звука в воздухе.

Согласно данным открытых источников, минимальная скорость – 1250 км/ч, максимальная– 6125 км/ч.

Что происходит во время преодоления звукового барьера самолетом

Первый пилот, сумевший преодолеть звуковой барьер — Чарльз Йегер, совершивший полет на самолете Bell X-1 осенью 1947 года. В Советском Союзе данный подвиг повторили летчики Федоров и Соколовский, пилотировавшие истребитель ЛА-176 на высоте более 15 тысяч метров. Сверхзвуковая скорость судна составляла 1104 км/час, на которой он мог пройти порядком тысячи километров без дозаправок. Число маха — это отношение скорости звука к скорости, с которой передвигается летательный аппарат. Названо в честь известного австрийского физика Эрнста Маиевского, изучавшего причины возникновения ударных волн и аэродинамические процессы при сверхзвуковом передвижении тел.

Будущее сверхзвуковых полетов

Генеральный директор корпорации Boeing сказал, что в ближайшее десятилетие гиперзвуковые самолеты выйдут на новый виток своего развития, однако вопрос об экономичности скоростных рейсов на текущий момент до конца не решен. Совсем недавно компания «Боинг» представила проект пассажирского самолета, способного превышать скорость звука в несколько раз. Сотрудники американской «Boom Technology» обещают в ближайшие годы выпустить в серийное производство лайнер, который сократит продолжительность любого трансконтинентального рейса в 2,5 раза.

«Aerion Supersonic» из США анонсирует появление джетов бизнес-класса AS-2, оснащенных тремя двигателями и предназначенных для перевозки состоятельных пассажиров.

Российский пассажирский сверхзвуковой самолет

Первый пассажирский самолет, который преодолел звуковой барьер, — ТУ-144, созданный инженерами из конструкторского бюро Туполева. Для преодоления звукового барьера лайнер был выполнен в форме бесхвостового низкоплана, оснащенного дополнительными силовыми установками. ТУ-144 был лишен привычных для летательных средств предыдущего поколения закрылков и предкрылков, а переход на гиперзвуковой режим осуществлялся благодаря сложной процедуре перераспределения топлива в задние центровочные баки.

Шум в сверхзвуковых самолетах был такой громкий, что люди, сидевшие на соседних креслах, могли услышать друг друга только крича. Про то, каково приходилось в «хвосте» лайнера — можно догадаться. Виной тому работа двигателей и системы кондиционирования — при сверхзвуковых скоростях обшивку самолета необходимо было охлаждать, а система это очень шумная.

Продолжение истории после рекламы

Первый сверхзвуковой самолет в СССР

Первый гиперзвуковой советский пассажирский лайнер был выпущен в конструкторском бюро Туполева в 60-х годах и назывался ТУ-144. Перед создателями модели стояла задача разработать самолет, предназначенный для перевозки пассажиров и способный развивать скорость выше звуковой. Первый ТУ-144 сошел с конвейера почти на 3 месяца раньше выхода британско-французского сверхзвукового лайнера «Concorde». Преодолеть звуковой барьер ему удалось на испытаниях летом 1969 года на высоте 11 км. Число маха во время следующего тестирования в 1970 году составило 2, что эквивалентно скорости 2151 км/час.

Перегрузки

Пилоты, летающие на Ту-144 вспоминали, что при взлете самолет был скорее похож на ракету — всех пассажиров буквально «вдавливало» в кресла, перегрузки были довольно ощутимыми. А для безопасности полетов в стратосфере в стекло иллюминаторов добавляли золото — это помогало уберечь пассажиров и экипаж от солнечной радиации.

Частые катастрофы

Самая весомая причина, по которой перестали использовать сверхзвуковые самолеты гражданской авиации.

Первая катастрофа с участием советского Ту-144 произошла 3 июня 1973 года при демонстрационном полете на международном авиасалоне «Ле-Бурже» во Франции. Тогда на глазах многотысячной толпы зрителей самолет пикировал и упал на жилой квартал. Погибли все 6 членов экипажа и 8 человек, находящихся на земле. Причины авиакатастрофы не были установлены.

Вторая катастрофа с участием Ту-144 случилась 23 мая 1978 года во время контрольно-приемочного (испытательного) полета, который был запланирован перед тем, как передать машину для перевозки пассажиров. Во небе на борту начался пожар, однако летчики смогли посадить самолет в поле под Егорьевском и эвакуироваться. Но это удалось сделать не всем, два члена экипажа все же погибли. Сам самолет восстановлению не подлежал. Две этих катастрофы послужили толчком к тому, чтобы прекратить эксплуатацию Ту-144.

У европейского «Конкорда» на счету была только одна катастрофа, но она произошла, когда самолет выполнял пассажирский рейс «Париж — Нью-Йорк», а, это значит, что на борту был не только экипаж, но и большое количество людей. Во время движения по взлетно-посадочной полосе у «Конкорда» загорелся двигатель, пилоты приняли решение поднять борт в небо для последующей аварийной посадки, так как совершить торможение уже было невозможно, однако через две минуты после взлета самолет упал на гостиницу в 4 километрах от аэропорта. Погибли все пассажиры и члены экипажа — 109 человек, а так же 4 человека на земле.

Этот полет стал последним в истории сверхзвуковых пассажирских самолетов. После катастрофы «Конкорда» их эксплуатацию запретили.

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Прежде чем пуститься в разговоры по теме, внесем некоторую ясность в вопрос о точности понятий (то, что мне нравится :-)). Сейчас в достаточно широком употреблении находятся два термина: звуковой барьер и сверхзвуковой барьер. Звучат они похоже, но все же неодинаково. Однако, строгости особой разводить смысла нет: по сути это одно и то же. Определением звуковой барьер пользуются чаще всего люди более сведущие и более близкие к авиации. А вторым определением обычно все остальные.

Я думаю, что с точки зрения физики (и русского языка :-)) более правильно говорить все же звуковой барьер. Здесь простая логика. Ведь существует понятие , а фиксированного понятия скорость сверхзвука, строго говоря, нет. Чуть забегая вперед скажу, что когда летательный аппарат летит на сверхзвуке, то он уже этот барьер прошел, а когда он его проходит (преодолевает), то он при этом проходит некое пороговое значение скорости, равное скорости звука (а не сверхзвука).

Вот как-то так :-). При этом первое понятие употребляется значительно реже, чем второе. Это, видимо, оттого, что слово сверхзвуковой звучит более экзотично и привлекательно. А в сверхзвуковом полете экзотика безусловно присутствует и, естественно, привлекает многих. Однако далеко не все люди, смакующие слова «сверхзвуковой барьер» понимают на самом деле, что же такое. Не раз уже в этом убеждался, заглядывая на форумы, читая статьи даже смотря телевизор.

Вопрос этот на самом деле с точки зрения физики достаточно сложен. Но мы в сложности, конечно, не полезем. Просто постараемся, как обычно, прояснить ситуацию используя принцип «объяснения аэродинамики на пальцах» :-).

Звуковые волны (камертон).

Это чередование областей сжатия и разрежения, распространяющихся в разные стороны от источника звука. Примерно как круги на воде, которые тоже как раз волнами и являются (только не звуковыми :-)). Именно такие области, воздействуя на барабанную перепонку уха, позволяют нам слышать все звуки этого мира, от человеческого шепота до грохота реактивных двигателей.

Пример звуковых волн.

Точками распространения звуковых волн могут быть различные узлы самолета. Например двигатель (его звук известен любому :-)), или детали корпуса ( например, носовая часть), которые, уплотняя перед собой воздух при движении, создают определенного вида (сжатия), бегущие вперед.

Все эти звуковые волны распространяются в воздушной среде с уже известной нам скоростью звука. То есть если самолет дозвуковой, да еще и летит на малой скорости, то они от него как бы убегают. В итоге при приближении такого самолета мы слышим сначала его звук, а потом уже пролетает он сам.

Оговорюсь, правда, что это справедливо, если самолет летит не очень высоко. Ведь скорость звука – это не скорость света :-). Величина ее не столь велика и звуковым волнам нужно время, чтобы дойти до слушателя. Поэтому очередность появления звука для слушателя и самолета, если тот летит на большой высоте может измениться.

А раз звук не так уж и быстр, то с увеличением собственной скорости самолет начинает догонять волны им испускаемые. То есть, если бы он был неподвижен, то волны расходились бы от него в виде , как круги на воде от брошенного камня. А так как самолет движется, то в секторе этих кругов, соответствующем направлению полета, границы волн (их ) начинают сближаться.

Дозвуковое движение тела.

Соответственно, промежуток между самолетом (его носовой частью) и фронтом самой первой (головной) волны ( то есть это та область, где происходит постепенное, в известной степени, торможение при встрече с носовой частью самолета (крыла, хвостового оперения) и, как следствие, увеличение давления и температуры) начинает сокращаться и тем быстрее, чем больше скорость полета.

Наступает такой момент, когда этот промежуток практически исчезает (или становится минимальным), превращаясь в особого рода область , которую называют . Это происходит тогда, когда скорость полета достигает скорости звука, то есть самолет движется с той же скоростью, что и волны им испускаемые. при этом равно единице ().

Звуковое движение тела (М=1).

Скачок уплотнения, представляет собой очень узкую область среды (порядка ), при прохождении через которую происходит уже не постепенное, а резкое (скачкообразное) изменение параметров этой среды — скорости, давления, температуры, плотности. В нашем случае скорость падает, давление, температура и плотность растут. Отсюда такое название — скачок уплотнения.

Несколько упрощенно обо всем этом я бы еще сказал так. Сверхзвуковой поток резко затормозить невозможно, но ему это делать приходится, ведь уже нет возможности постепенного торможения до скорости потока перед самым носом самолета, как на умеренных дозвуковых скоростях. Он как бы натыкается на участок дозвука перед носом самолета (или носком крыла) и сминается в узкий скачок, передавая ему большую энергию движения, которой обладает.

Можно, кстати, сказать и наоборот, что самолет передает часть своей энергии на образование скачков уплотнения, чтобы затормозить сверхзвуковой поток.

Сверхзвуковое движение тела.

Есть для скачка уплотнения и другое название. Перемещаясь вместе с самолетом в пространстве, он представляет собой по сути дела фронт резкого изменения вышеуказанных параметров среды (то есть воздушного потока). А это есть суть .

Скачок уплотнения и ударная волна, вобщем-то, равноправные определения, но в аэродинамике более употребимо первое.

Ударная волна (или скачок уплотнения) могут быть практически перпендикулярными к направлению полета, в этом случае они принимают в пространстве приблизительно форму круга и называются . Это обычно бывает на режимах, близких к .

Режимы движения тела. ! — дозвук, 2 — М=1, сверхзвук, 4 — ударная волна (скачок уплотнения).

При числах они уже располагаются под углом к направлению полета. То есть самолет уже перегоняет собственный звук. В этом случае они называются и в пространстве принимают форму конуса, который, кстати, носит название , по имени ученого, занимавшегося исследованиями сверхзвуковых течений (упоминал о нем в одной из предыдущих статей).

Форма этого конуса (его так сказать «стройность») как раз и зависит от числа М и связана с ним соотношением: М= 1/sin α,  где – это угол между осью конуса и его образующей. А коническая поверхность касается фронтов всех звуковых волн, источником которых стал самолет, и которые он «обогнал», выйдя на сверхзвуковую скорость.

Кроме того скачки уплотнения могут быть также , когда они примыкают к поверхности тела, двигающегося со сверхзвуковой скоростью или же , если они с телом не соприкасаются.

Виды скачков уплотнения при сверхзвуковом обтекании тел различной формы.

Обычно скачки становятся присоединенными, если сверхзвуковой поток обтекает какие-либо остроконечные поверхности. Для самолета это, например, может быть заостренная носовая часть, ПВД, острый край воздухозаборника. При этом говорят «», например, на нос.

А отошедший скачок может получиться при обтекании закругленных поверхностей, например, передней закругленной кромки толстого аэродинамического профиля крыла.

Различные узлы корпуса летательного аппарата создают в полете довольно сложную систему скачков уплотнения. Однако, наиболее интенсивные из них – два. Один на носовой части и второй – на элементах хвостового оперения. На некотором расстоянии от летательного аппарата промежуточные скачки либо догоняют головной и сливаются с ним, либо их догоняет хвостовой.

Скачки уплотнения на модели самолета при продувке в аэродинамической трубе (М=2).

В итоге остаются два скачка, которые, вобщем-то, воспринимаются земным наблюдателем как один из-за небольших размеров самолета по сравнению с высотой полета и, соответственно,т небольшим промежутком времени между ними.

Интенсивность ( другими словами э) ударной волны (скачка уплотнения) зависит от различных параметров (скорости движения летательного аппарата, его конструктивных особенностей, условий среды и др.) и определяется перепадом давления на ее фронте.

По мере удаления от вершины конуса Маха, то есть от самолета, как источника возмущений ударная волна ослабевает, постепенно переходит в обычную звуковую волну и в конечном итоге совсем исчезает.

А от того, какой степени интенсивностью будет обладать скачок уплотнения (или ударная волна), достигший земли зависит эффект, который он может там произвести. Ведь не секрет, что всем известный летал на сверхзвуке только над Атлантикой, а военные сверхзвуковые самолеты выходят на сверхзвук на больших высотах или в районах, где отсутствуют населенные пункты (по крайней мере вроде как должны это делать :-)).

Однако в большинстве своем то, что остается от скачков уплотнения при достижении ими земли уже неопасно. Просто сторонний наблюдатель на земле может при этом услышать звук, схожий с грохотом или взрывом. Именно с этим фактом связаны одно расхожее и довольно стойкое заблуждение.

Люди, не слишком искушенные в авиационной науке, услышав такой звук, говорят, что это самолет преодолел звуковой барьер (сверхзвуковой барьер). На самом деле это не так. Это утверждение не имеет ничего общего с действительностью по крайней мере по двум причинам.

Во-первых, если человек, находящийся на земле, слышит высоко в небе гулкий грохот, то это означает, всего лишь, (повторяюсь :-)) что его ушей достиг фронт ударной волны (или скачок уплотнения) от летящего где-то самолета. Этот самолет уже летит на сверхзвуковой скорости, а не только что перешел на нее.

И если этот же человек смог бы вдруг оказаться в нескольких километрах впереди по следованию самолета, то он опять бы услышал тот же звук от того же самолета, потому что попал бы под действие той же ударной волны, движущейся вместе с самолетом.

Она перемещается со сверхзвуковой скоростью, и по сему приближается бесшумно. А уже после того, как она окажет свое не всегда приятное воздействие на барабанные перепонки (хорошо, когда только на них :-)) и благополучно пройдет дальше, становится слышен гул работающих двигателей.

Примерная схема полета самолета при различных значениях числа М на примере истребителя Saab 35 «Draken». Язык, к сожалению, немецкий, но схема вобщем понятна.

Более того сам переход на сверхзвук не сопровождается никакими единовременными , , и т.п. На современном сверхзвуковом самолете летчик о таком переходе чаще всего узнает только по показанию приборов. При этом происходит, однако, некий процесс, но он при соблюдении определенных правил пилотирования ему практически не заметен.

Но и это еще не все :-). Скажу больше. Звуковой барьер в виде именно какого-то ощутимого, тяжелого, труднопересекаемого препятствия, в который самолет упирается и который нужно «прокалывать» (слышал я и такие суждения :-))

Строго говоря, вообще никакого барьера нет. Когда-то на заре освоения больших скоростей в авиации это понятие сформировалось скорее как психологическое убеждение о трудности перехода на сверхзвуковую скорость и полете на ней. Появились даже высказывания о том, что это вообще невозможно, тем более, что предпосылки к такого рода убеждениям и высказываниям были вполне конкретные.

В аэродинамике существует другой термин, который достаточно точно описывает процесс взаимодействия с воздушным потоком тела, движущегося в этом потоке и стремящегося перейти на сверхзвук. Это волновой кризис. Именно он как раз и делает некоторые нехорошие вещи, которые традиционно ассоциируют с понятием звуковой барьер.

Итак кое-что о кризисе :-). Любой летательный аппарат состоит из частей, обтекание которых воздушным потоком в полете может быть не одинаково. Возьмем, к примеру, крыло, точнее обыкновенный классический .

Из основ знаний о том, как образуется подъемная сила нам хорошо известно, что скорость потока в прилежащем слое верхней криволинейной поверхности профиля разная. Там где профиль более выпуклый она больше общей скорости потока, далее, когда профиль уплощается она снижается.

Когда крыло движется в потоке на скоростях, близких к скорости звука, может наступить момент, когда в такой вот, к примеру, выпуклой области скорость слоя воздуха, которая уже итак больше общей скорости потока, становится звуковой и даже сверхзвуковой.

Местный скачок уплотнения, возникающий на трансзвуке при волновом кризисе.

Дальше по профилю эта скорость снижается и в какой-то момент опять становится дозвуковой. Но, как мы уже говорили выше, быстро затормозиться сверзвуковое течение не может, поэтому неизбежно возникновение скачка уплотнения.

Такие скачки появляются на разных участках обтекаемых поверхностей, и первоначально они достаточно слабы, но количество их может быть велико, и с ростом общей скорости потока увеличиваются зоны сверхзвука, скачки «крепнут» и сдвигаются к задней кромке профиля. Позже такие же скачки уплотнения появляются на нижней поверхности профиля.

Далее с ростом скорости размер сверхзвуковых зон все увеличиваются и в конечном итоге весь профиль полностью попадает в зону сверхзвукового обтекания. Самолет переходит на сверхзвук.

Полное сверхзвуковое обтекание профиля крыла.

Чем все это чревато? А вот чем. Первое – это значительный рост аэродинамического сопротивления в диапазоне скоростей (около М=1, более или менее). Это сопротивление растет за счет резкого увеличения одной из его составляющих – . Того самого, которое мы ранее при рассмотрении полетов на дозвуковых скоростях во внимание не принимали.

Для образования многочисленных скачков уплотнения (или ударных волн) при торможении сверхзвукового потока, как я уже говорил выше, тратится энергия, и берется она из кинетической энергии движения летательного аппарата. То есть самолет элементарно (и очень ощутимо!). Это и есть

Более того, скачки уплотнения из-за резкого торможения потока в них, способствуют отрыву пограничного слоя после себя и превращения его из в . Это еще более увеличивает аэродинамическое сопротивление.

Отекание профиля при различных числах М. Скачки уплотнения, местные зоны сверхзвука, турбулентные зоны.

Второе. Из-за появления местных сверхзвуковых зон на профиле крыла и дальнейшем их сдвиге к хвостовой части профиля с увеличением скорости потока и, тем самым, изменения картины распределения давления на профиле, точка приложения аэродинамических сил (центр давления) тоже смещается к задней кромке. В результате появляется относительно центра масс самолета, заставляющий его опустить нос.

Резкое возрастание аэродинамического сопротивления на трансзвуке (волновой кризис) за счет роста волнового сопротивления. Сd — коэффициент сопротивления.

Далее. Из-за возникновения пикирующего момента появляются сложности в управлении по тангажу. Кроме того из-за неупорядоченности и неравномерности процессов, связанных с возникновением местных сверхзвуковых зон со скачками уплотнения тоже . Например по крену, из-за разных процессов на левой и правой плоскостях.

Да еще плюс возникновение , часто довольно сильных из-за местной турбулизации.

Вобщем, полный набор удовольствий, который носит название волновой кризис. Но, правда, все они имеют место (имели,конкретное :-)) при использовании типичных дозвуковых самолетов (с толстым профилем прямого крыла) с целью достижения сверхзвуковых скоростей.

Первоначально, когда еще не было достаточно знаний, и не были всесторонне исследованы процессы выхода на сверхзвук, этот самый набор считался чуть ли не фатально непреодолимым и получил название звуковой барьер (или сверхзвуковой барьер, если хотите :-)).

При попытках преодоления скорости звука на обычных поршневых самолетах было немало трагических случаев. Сильная вибрация порой приводила к разрушениям конструкции. Самолетам не хватало мощности для требуемого разгона. В горизонтальном полете он был невозможен из-за эффекта запирания воздушного винта, имеющего ту же природу, что и волновой кризис.

Поэтому для разгона применяли пикирование. Но оно вполне могло стать фатальным. Появляющийся при волновом кризисе пикирующий момент делал , и из него, иной раз, не было выхода. Ведь для восстановления управления и ликвидации волнового кризиса необходимо было погасить скорость. Но сделать это в пикировании крайне трудно (если вообще возможно).

Затягивание в пикирование из горизонтального полета считается одной из главных причин катастрофы в СССР 27 мая 1943 года известного экспериментального истребителя с жидкостным ракетным двигателем. Проводились испытания на максимальную скорость полета, и по оценкам конструкторов достигнутая скорость была больше . После чего произошло затягивание в пике, из которого самолет не вышел.

Экспериментальный истребитель БИ-1.

В наше время волновой кризис уже достаточно хорошо изучен и преодоление звукового барьера (если это требуется :-)) особого труда не составляет. На самолетах, которые предназначены для полетов с достаточно большими скоростями применены определенные конструктивные решения и ограничения, облегчающие их летную эксплуатацию.

Как известно, волновой кризис начинается при числах М, близких к единице. Поэтому практически все реактивные дозвуковые лайнеры (пассажирские, в частности) имеют полетное ограничение по числу М. Обычно оно находится в районе . Летчику предписывается следить за этим. Кроме того на многих самолетах при достижении уровня ограничения срабатывает сигнализация, после чего скорость полета должна быть снижена.

Практически все самолеты, летающие на скоростях как минимум 800 км/ч и выше имеют (по крайней мере по передней кромке :-)). Оно позволяет отодвинуть начало наступления волнового кризиса до скоростей, соответствующих М=.

Стреловидное крыло. Принципиальное действие.

Причину такого эффекта можно объяснить достаточно просто. На прямое крыло воздушный поток со скоростью набегает практически под прямым углом, а на стреловидное (угол стреловидности ) под некоторым углом скольжения . Скорость можно в векторном отношении разложить на два потока: и .

Поток Vτ не влияет на распределение давления на крыле, зато это делает поток Vn, как раз и определяющий несущие свойства крыла. А он заведомо меньше по величине общего потока V. Поэтому на стреловидном крыле наступление волнового кризиса и рост происходит ощутимо позже, чем на прямом крыле при той же скорости набегающего потока.

Экспериментальный истребитель Е-2А (предшественник МИГ-21). Типичное стреловидное крыло.

Одной из модификаций стреловидного крыла стало крыло со (упоминал о нем здесь). Оно тоже позволяет сдвинуть начало волнового кризиса на большие скорости, кроме того позволяет повысить экономичность, что немаловажно для пассажирских лайнеров.

SuperJet 100. Стреловидное крыло со сверхкритическим профилем.

Если же самолет предназначен для перехода звукового барьера (проходя и волновой кризис тоже :-)) и полета на сверхзвуке, то он обычно всегда отличается определенными конструктивными особенностями. В частности, обычно имеет тонкий профиль крыла и оперения с острыми кромками (в том числе ромбовидный или треугольный) и определенную форму крыла в плане (например, или с наплывом и т.д.).

Сверхзвуковой МИГ-21. Послелователь Е-2А. Типичное треугольное в плане крыло.

МИГ-25. Пример типичного самолета, созданного для полета на сверхзвуке. Тонкие профили крыла и оперения, острые кромки. Трапециевидное крыло. профиль

Прохождение пресловутого звукового барьера, то есть переход на сверхзвуковую скорость такие самолеты осуществляют на форсажном режиме работы двигателя в связи с ростом аэродинамического сопротивления, ну и, конечно, для того, чтобы быстрее проскочить зону волнового кризиса. И сам момент этого перехода чаще всего никак не ощущается (повторяюсь :-)) ни летчиком (у него разве что может снизиться уровень звукового давления в кабине), ни сторонним наблюдателем, если бы, конечно, он мог за этим наблюдать :-).

Однако, здесь стоит сказать еще об одном заблуждении, со сторонними наблюдателями связанным. Наверняка многие видели такого рода фотографии, подписи под которыми гласят, что это есть момент преодоления самолетом звукового барьера, так сказать, визуально.

Эффект Прандтля-Глоэрта. Не связан с прохождением звукового барьера.

Во-первых, мы уже знаем, что звукового барьера, как такового-то и нет, и сам переход на сверхзвук ничем таким сверхординарным (в том числе и хлопком или взрывом ) не сопровождается.

Во-вторых. То, что мы видели на фото – это так называемый . Я о нем уже писал здесь. Он никак напрямую не связан с переходом на сверхзвук. Просто на больших скоростях (дозвуковых, кстати :-)) самолет, двигая перед собой определенную массу воздуха создает сзади некоторую . Сразу после пролета эта область начинает заполняться воздухом из близлежащего пространства с естественным увеличением объема и резким падением температуры.

Еслидостаточна и температура падает ниже точки росы окружающего воздуха, то происходит из водяных паров в виде тумана, который мы и видим. Как только условия восстанавливаются до исходных, этот туман сразу исчезает. Весь этот процесс достаточно скоротечен.

Такому процессу на больших околозвуковых скоростях могут способствовать местные скачки уплотнения, иногда помогая формировать вокруг самолета нечто похожее на пологий конус.

Большие скорости благоприятствуют этому явлению, однако, если влажность воздуха окажется достаточной, то оно может возникнуть (и возникает) на довольно . Например, над поверхностью водоемов. Большинство, кстати, красивых фото такого характера сделаны с борта авианосца, то есть в достаточно влажном воздухе.

https://youtube.com/watch?v=HYMvwxMulV0%3Frel%3D0

https://youtube.com/watch?v=fhSsL1rEGuQ%3Frel%3D0

Проблемы сверхзвукового полета

Как бы ни разгонялся обычный самолет, он не сможет длительное время лететь на сверхзвуковой скорости. Дозвуковые самолеты отличаются более плавными и округленными формами. А при полете на сверхзвуковой скорости возникают иные аэродинамические условия.Резко увеличивается сопротивление воздуха, корпус самолета нагревается из-за трения. В результате обычный самолет потеряет стабильное управление и может начать разрушаться прямо в воздухе. Активно развиваться сверхзвуковая авиация начала в 50-60-х годах. Первым сверхзвуковым самолетом, который выпускался серийно, стал истребитель North American F-100 Super Sabre. Данная модель впервые совершила полет в 1953 году. Создавались и пассажирские сверхзвуковые самолеты, которые выполняли регулярные рейсы. Но их было всего 2: советский Ту-144 и англо-французский Concorde.

Преимущество таких самолетов – это преодоление больших расстояний за короткий промежуток времени. Также сверхзвуковой самолет перемещается на большей высоте по сравнению с обычными. Соответственно, воздушное пространство не загружено. Но от их использования вскоре отказались из-за нескольких недостатков: ударная волна; большой расход топлива; сложность эксплуатации; шум над аэродромом. Громкий хлопок – это резкий скачок давления перед самолетом, образующийся в момент, когда самолет начинает двигаться со сверхзвуковой скоростью (преодолевает звуковой барьер). Ударная волна, возникающая перед самолетом, распространяется конусообразно. Человек, наблюдающий за полетом самолета, слышит хлопок, когда эта волна достигает его, и только после этого можно услышать работу двигателя. Ударная волна постоянно сопровождает самолет на сверхзвуковой скорости. Однако хлопки будет слышно лишь во время прохождения самолета в определенной точке – поблизости с наблюдателем.

Ссылки по теме:

Бывший проводник и «нахальная стюардесса» делится фотографиями бесящих пассажиров

Как самолеты могут измениться в ближайшие годы: топ-13 инноваций на борту

Американцы показали «уничтожение» российских ракетных комплексов «Тополь-М» и С-400

Авиакомпания Emirates — роскошь в полете

16 отвратительных попутчиков, с которыми точно не хочется оказаться в одном самолете

Сверхзвуковые самолеты — прошлое, настоящее и будущее

Первым выдающимся достижением в развитии сверхбыстрых скоростей считается тестовый полет летчика-испытателя компании «Messerschmitt» Л. Гофмана, сумевшего разогнать реактивный сверхзвуковой самолет ME-262 до 981 км/час на высоте более 7 км. Однако после этого рекорда показатели максимальной скорости еще долго оставались на прежнем уровне. Гиперзвуковой полет отличается от обычного иной аэродинамической картиной, позволяющей летательному аппарату передвигаться в условиях разреженного воздуха.

Особенности сверхзвукового полета

Переход на сверхзвуковую скорость сопровождается ударной волной, возникающей из-за разницы давления. В случае, если она будет длиться больше секунды, фюзеляж судна может не выдержать подобных нагрузок, что приведет к его крушению. Если посмотреть на преодоление самолетом звукового барьера на видео, то можно заметить, что ударной волной разрушаются практически все стекла жилых домов, расположенных на поверхности земли.

После того как американский летчик Чарльз Йегер сумел впервые преодолеть звуковой барьер, он был поражен воцарившейся в кабине самолета «божественной тишиной». В момент, когда стрелке махметра удается перевалить за отметку 1.0, звуковое давление внутри судна заметно уменьшается. Однако повышается риск деформации фюзеляжа и других частей летательного аппарата.

На показатели энергетики (интенсивности) скачка уплотнения оказывают влияние условия окружающей среды, конструктивные особенности самолета и скорость его передвижения. Пилотам гиперзвуковых пассажирских лайнеров «Concorde» и «ТУ-144» было дозволено преодолевать звуковой барьер исключительно над поверхностью океана в воздушном пространстве, превышающем на несколько тысяч метров высоту передвижения стандартных летательных аппаратов гражданской авиации.

Вы когда-нибудь слышали хлопок от самолета, переходящего сверхзвуковой барьер?

Достижения зарубежом

В 2003 году закончилась эпоха сверхзвуковых «Конкордов», которые были произведены французско-британским производством и больше не использовались в коммерческих целях. В 60-х годах началось активное развитие зарубежной авиации, когда различные конструкторские бюро работали над созданием новых бомбардировщиков, истребителей и самолетов для разведывательных миссий.

Со скоростью звука и даже выше способен передвигаться легендарный истребитель пятого поколения F-22 «Raptor», использующий продвинутые технологии «stealth» (понижения заметности) и изготовленный из композитных полимерных и радиопоглощающих материалов. F-22 оснащается парой турбореактивных двухконтурных двигателей, обладающих высокой бесфорсажной тягой, которая позволяет истребителю передвигаться на гиперзвуковой скорости без задействования форсажа.

«Raptor» использует интегрированные системы связи, распознающие «своих» и «чужих» посредством радиолокационных датчиков. Самолеты вооружены 20-миллиметровыми пушками, корректируемыми снарядами, а также ракетами класса «воздух-воздух». Недостатком F-22 считается низкий объем топливных баков, делающий его зависимым от дозаправки в условиях воздушного пространства.