Проход звукового барьера истребителем

Наверняка все в своей жизни неоднократно слышали характерный мощный хлопок, раздающийся от пролетающего в небе самолета. В таких случаях говорят, что “самолет преодолел звуковой барьер”, или “перешел на сверхзвук”. Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему возникает это мощный звук и почему самолеты преодолевают звуковой барьер именно над вашей головой? Думаете это просто совпадение? Как бы не так! Дело в том, что этот “взрыв” на самом деле вовсе не связан с преодолением звукового барьера. Более того, сколько раз над вашей головой будет пролетать сверхзвуковой самолет, столько вы и будете слышать этот хлопок, даже если он будет лететь с постоянной скоростью. Разумеется, некая пограничная скорость, или звуковой барьер тоже существует, вот только с хлопками напрямую он никак не связан.

Хлопок от пролетающего самолета на самом деле не связан с преодолением сверхзвукового барьера

Почему слышен хлопок при переходе на сверхзвук

Хлопок от самолета, который мы слышим, правильнее называть “звуковым ударом”, и он, как мы сказали выше, не связан с преодолением какой-либо пограничной скорости. Но почему же он возникает? Когда самолет летить с любой скоростью, перед его фюзеляжем, то есть носовой частью, возникает область повышенного давления, так как самолет буквально врезается в воздух.

На относительно небольших скоростях высокое давление перед самолетом образует лишь звуковые волны, то есть характерный шум, но не хлопки. Когда же скорость самолета высокая, то есть превышает скорость звука, звуковые волны не успевают удаляться. Резкий рост давления перед фюзеляжем образует слой сильно сжатого воздуха, что порождает ударную волну, которая расходится от самолета конусом и достигает поверхности земли.

Хлопок от самолета связан с ударной волной, достигающей органов слуха человека

Этот конус ударной волны всегда движется вместе с самолетом. Что самое интересное, ударные волны распространяются и достигают земли беззвучно. Хлопок же мы слышим только в тот момент, когда ударная волна, то есть граница воображаемого конуса, проходит сквозь человека. В этот момент давление воздуха вокруг человека скачкообразно повышается, что воспринимается ушами как хлопок. То есть этот звук существует только для слушателя в момент прохождения через него ударной волны, и с ускорением самолета никак не связан.

Насколько опасна ударная волна, распространяющаяся от сверхзвукового самолета? Так как расстояние от него до земли достаточно большое, она не способна вызвать какие-либо разрушения. Однако возле самолета ударная волна достаточно мощная. Поэтому, если он будет пролетать низко над многоэтажным домом, то выше 30 этажа ударная волна вполне может выбить стекла.

Преодоление самолетом звукового барьера — что это такое

Итак, если хлопок не связан с преодолением звукового барьера, то что вообще означает этот термин? В аэродинамике им принято называть резкий скачок сопротивления воздуха, который возникает при достижении самолетом определенной скорости, близкой к скорости звука.

Сверхзвуковой самолет имеет особую конструкцию, которая обеспечивает управляемость при полете с высокой скоростью

На такой скорости воздушные потоки начинают обтекать самолет иначе, то есть совсем не так, как это происходит на меньших скоростях. Это в свое время осложняло инженерам создание сверхзвукового самолета. К слову, даже сейчас создание сверхзвукового авиалайнера является большой проблемой для инженеров.

Скорость звука составляет 1234,8 км/ч. В настоящее время максимальная скорость самолета составляет 8200,8 км/ч, то есть более чем в шесть раз превышает скорость звука.

Разогнать обычный самолет до сверхзвуковой скорости особых проблем нет, но если он преодолеет сверхзвуковой барьер, потеряет управляемость и не сможет летать устойчиво. То есть, даже если он разгонится до такой скорости, то при ее достижении потерпит крушение.

Преодоление сверхзвукового барьера не сопровождается хлопком

Чтобы самолеты смогли преодолевать звуковой барьер, были созданы специальные крылья с особым аэродинамическим профилем. Кроме того, инженерам пришлось пойти на ряд других ухищрений, что в итоге обеспечило управляемость машин. Тем не менее пилот хорошо ощущает преодоление этой пограничной скорости, которое принято называть “аэродинамическим ударом”. Как отмечают сами пилоты, в этот момент происходят некие “скачки” управляемости. Но никаких звуковых явлений при этом не возникает.

Переходите по ссылке на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Мы подготовили для вас множество интересных, захватывающих материалов посвященных науке.

Однако не стоит путать переход на сверхзвуковую скорость с турбулентностью, так как это совершенно разные явления. Подробнее о том, что такое турбулентность, почему она возникает и насколько опасна, мы рассказывали ранее.

Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок?

Наверняка многим приходилось слышать о таинственном звуковом барьере, который преодолевают истребители и бомбардировщики, а также сверхзвуковые ракеты. Что это за барьер, можно ли его увидеть визуально и что является причиной громкого взрывоподобного звука?

Что такое звуковой барьер?

Звуковой барьер в области аэродинамики – это технические трудности, которые возникают в результате явлений, связанных с передвижением летательного аппарата на скорости равной либо превышающей скорость звука. Нужно понимать, что это не реальное препятствие, которое должен преодолеть самолет, будто какую-то невидимую стену, а больше абстрактное понятие. Оно возникло в то время, когда в авиации лишь задумывались о летательных аппаратах, которые могут перемещаться на высокой скорости – сверхзвуковой. Многие даже настаивали на недостижимости подобных результатов. Что такое скорость звука? Скорость звука – это скорость, с которой распространяются упругие волны в определенной среде. Данный показатель меняется в зависимости от среды. Например, скорость звука в воздухе – 331 м/с или 1191,6 км/ч. Преодоление скорости звука Как же происходит преодоление звукового барьера? Самолет взлетает и постепенно разгоняется все сильнее. Его обтекает сверхзвуковой воздушный поток, в результате чего в носовой части образуется ударная волна. Их может быть и несколько – в зависимости от формы летательного аппарата.

В данной области давление и плотность воздушной среды резко повышается. В момент, когда самолет превышает скорость звука, он проходит через эту область и возникает звук громкого хлопка, который похож на выстрел. Пилот в кабине никаких звуков не слышит – о преодолении звукового барьера он узнает только по специальным датчикам. Также ощутимы изменения в плане управления самолетом. Громкий взрывоподобный хлопок – это звуковой удар. Его можно услышать, стоя на поверхности земли, когда самолет летит на сверхзвуковой скорости неподалеку. Ударные волны, которые он образует, визуально можно представить в виде конуса, сопровождающего летательный аппарат. Вершина конуса располагается в носовой части. Волны распространяются от нее на большие расстояния. Слух человека, стоящего на земле, улавливает границы данного воображаемого конуса. Резкий скачок давления воспринимается как взрывообразный хлопок. С момента преодоления барьера звуковой удар постоянно сопровождает самолет. Однако хлопок будет слышно каждый раз, когда он пролетает над фиксированной точкой поверхности. Так как самолет движется быстрее звука, сперва наблюдатель услышит хлопок и только после этого шум двигателя.

Интересный факт: с преодолением звукового барьера часто связывают возникновение белого облака в хвостовой части самолета. Однако к звуковому барьеру оно отношения не имеет. Речь идет об эффекте Прандтля-Глоерта – конденсации влаги сразу за движущимся самолетом.

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.

Что бы я хотел, чтобы Вы, мой читатель, знали. А если не знаете, то поверили мне на слово.Первое. Существует закон сохранения энергии и, нравится это кому-то или нет, но его никто не отменял.Второе. Скорость звука в воздухе при «нормальных условиях» постоянна. Чтобы не давать определения «нормальным условиям», скажу так: скорость звука в «чистом поле» постоянна и равна 330 м/сек.И третье. Скорость — величина векторная и её можно разложить на составляющие. Например, Вы в школе решали задачу на движение тела, брошенного под углом к горизонту, и там раскладывали скорость на две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Мы воспользуемся этим свойством скорости, но будем раскладывать её на несколько другие направления.Первые два положения будут необходимы нам для понимания, что же такое «звуковой удар».Третье — для описания «звукового удара» при сверхзвуковых скоростях.

И ещё, буквально несколько слов о звуке. Звук — это просто поток энергии, который регистрирует наша барабанная перепонка. И чем больше энергии приходит в единицу времени — тем громче звук. Всё просто! Обращаю Ваше внимание, что нам сейчас не важно, что является источником звука: корпус самолёта или истекающая газовая струя из двигателя. Нашей барабанной перепонке это, как говорится, по барабану! Просто сам самолёт является источником звука. И ещё, пожалуй, следует заметить, что шум от сверхзвукового самолёта существенно выше шума от дозвукового. Ну, да это и ёжику ясно.

Вот мы вышли в чистое поле и давайте договоримся о следующем:1. Мы оба стоим и смотрим в одну сторону.2. Самолёт будет пролетать над нами слева направо.3. Слева от нас, оттуда, откуда появляется самолёт, расположены три деревни: Ближнее Муракино, Среднее Муракино и, — самая дальняя, — Дальнее Муракино. (Мне, честно говоря, неохота было далеко ходить и я Вас вывел в поле у деревни Муракино, что рядом с моей дачей.)4. Кроме положения самолёта над каждой из деревень выделим на небе ещё две точки: точку «зенита» и точку «начала звучания сверхзвукового самолёта». Последняя точка как раз и отображена на рисунке Венедюхина.5. и последнее. Договоримся, что звук, пришедший с левой стороны слышит наше левое ухо, а с правой — правое. Это упрощение ровным счётом ничего не меняет: наши уши, по правде сказать, так и работают, когда определяют с какого направления пришёл звук. Просто при таком подходе всё становится наиболее наглядным.

А теперь «послушаем» два самолёта: один, летящий с существенно дозвуковой скоростью, и другой, например, со скоростью в два раза превышающий скорость звука.

Подведём итог этих двух пролётов.При дозвуковом полёте самолёта наше левое ухо воспринимает увеличивающийся по интенсивности поток звуковой энергии как ПРИБЛИЖЕНИЕ самолёта с левой стороны.При сверхзвуковом полёте самолёта имеем противоположную картину: наше левое ухо воспринимает уменьшающийся по интенсивности поток звуковой энергии как УДАЛЕНИЕ самолёта в левую сторону.А что мы имеем, когда самолёт летит со звуковой скоростью? Догадались? Правильно, вся энергия, которую самолёт, как источник звука (а это — ой, как немало!), испускал от Дальнего Муракино до точки зенита приходит РАЗОМ в левое ухо и мы имеем «звуковой удар».

Я думаю, теперь Вам понятно, почему возникает «звуковой удар».

Но это, так сказать, только первое приближение. Потому что мы, по правде говоря, рассмотрели самолёт, пронёсшийся в нескольких сантиметрах у нас над головами, и скорость которого относительно нас с Вами на всём продолжении полёта от Дальнего Муракина до точки наблюдения была постоянна.

А реальность несколько другая.Рассмотрим сверхзвуковой самолёт, летящий с двойной скоростью звука (как говорят — два Маха) и на высоте где-то 200 метров.Самолёт показался где-то над Дальним Муракино. Это ещё маленькая точка чуть выше горизонта.Разложим скорость самолёта на две составляющие: одна направлена строго на нас с Вами (а мы всё ещё в поле), и она указывает на то, что самолёт приближается к нам, другая, перпендикулярная ей — направлена вверх и соответствует постепенному «поднятию» самолёта к точке зенита.Понятно, что если Дальнее Муракино далеко (а оно далеко), то почти все два Маха направлены на нас, а к зениту направлена совсем маленькая составляющая скорости.Другое дело — точка зенита. В этом случае уже скорость прохождения точки зенита равна двум Махам, а составляющая, направленная на нас с Вами, равна нулю.Таким образом, составляющая скорости самолёта направленная на нас с Вами проходит значение от двух скоростей звука (от двух Махов) до ноля. Понятно, что где-то на отрезке от Дальнего Муракино до точки зенита она достигает и значения скорости звука. Пусть, например, она достигает значения скорости звука над Ближнем Муракино. Обычно в таких случаях думают, что самолёт преодолел «звуковой барьер» над Ближним Муракино, и что если уж у нас так громыхнуло(!), то что в бедном Ближнем Муракине делается! Наверное, хозяйки перепуганную скотину по огородам ловят. Успокойтесь, никто никого не ловит. Это просто для НАШЕЙ точки наблюдения значение СОСТАВЛЯЮЩЕЙ скорости стало равно скорости звука. И произошло простое формирование «ударного звукового пакета», но только для нас, для НАШЕЙ ТОЧКИ НАБЛЮДЕНИЯ. А в Ближнем Муракине всё относительно спокойно: они просто думают, что по «настоящему» то громыхнуло в Среднем Муракине, а им самим повезло. Что думают жители Среднего Муракина про возможные разрушения в Дальнем Муракино, догадаться уже нетрудно.

Если Вы терпеливо дочитали до этого места, то я очень рад. Надеюсь, нас уже двое, тех кто знает, почему полёт сверхзвукового самолёта сопровождается рёвом и грохотом.

И, самое интересное, чтобы это узнать нам не потребовалось никаких аэродинамических труб, продырявленных конусов Маха и корабликов на воде.А понадобился только закон сохранения энергии, о котором каждому посетителю этого сайта предлагаю просто всегда помнить.

Классификация скоростей в атмосфере

Поражающий фактор ударной волны

Ударная волна(ассоциируется со взрывом) — этот фактор является наиболее поражающим, потому как производит разрушение всего, что попадается на пути. Источником энергии выступает сильное давление, которое образуется в центре взрыва. Газы, которые возникают вследствие реакции, стремительно расширяются и расходятся во все стороны от центра взрыва с огромной скоростью (около 2 км/с).

Важность значения числа Маха

важное значение числа Маха объясняется тем, что оно определяет, превышает ли скорость течения газовой среды (или движения в газе тела) скорость звука или нет.и режимы движения имеют принципиальные различия;

— для авиации это различие выражается в том, что при сверхзвуковых режимах возникают узкие слои быстрого значительного изменения параметров течения (), приводящие к росту сопротивления тел при движении,

Предельно упрощённое объяснение числа Маха:

— является мерой влияния сжимаемости среды в потоке данной скорости на его поведение и где: — скорость потока,— местная скорость звука.

Почему преодоление самолетом звукового барьера сопровождается взрывоподобным хлопком? И что такое «звуковой барьер»?

С «хлопком» происходит недоразумение, вызванное неверным пониманием термина «звуковой барьер». Этот «хлопок» правильно называть «звуковым ударом».

Самолет, движущийся со сверхзвуковой скоростью, создает в окружающем воздухе ударные волны, скачки воздушного давления.

Упрощенно эти волны можно представить себе в виде сопровождающего полет самолета конуса, с вершиной, как бы привязанной к носовой части фюзеляжа, а образующими,

Когда граница этого воображаемого конуса, обозначающая фронт ударной звуковой волны, достигает уха человека(с точки А), то резкий скачок давления воспринимается на слух как хлопок.

Так что, если влажность воздуха и температура подходят, то такой туман – вызванный интенсивной конденсацией атмосферной влаги – сопровождает весь полёт самолёта.

Собственно, конденсат вы видите и на фотках внизу:

Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок

Ударная волна, вызванная летательным аппаратом

Фото №1 ударных волн при обтекании модели сверхзвуковым потоком в аэродинамической трубе (Аэродинамическая лаборатория NASA)

NASA удалось получить фото ударной волны при преодолении самолётом звукового барьера

— след ударной волны на земле.

Снаружи конуса ударной волны(Маха), а на земле — перед жёлтой зоной самолёт не слышен.Распространение ударной волны, вызванной сверхзвуковым самолётом (источник). При обтекании сверхзвуковым воздушным потоком твёрдого тела на его передней кромке образуется ударная волна (иногда не одна, в зависимости от формы тела).

Виды скачков уплотнения при сверхзвуковом обтеканиител различной формы

Однако, наиболее интенсивные из них – два. Один головной 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.

Рис. 1а. Крыло в близком к звуковому потоке

Рис. 1б. Крыло в сверхзвуковом потоке

Чем все это чревато?

– это значительный рост аэродинамического сопротивления в диапазоне трансзвуковых скоростей (около М=1, более или менее). Это сопротивление растет за счет резкого увеличения одной из его составляющих – волнового сопротивления.  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 тормозится (и очень ощутимо!). Это и есть волновое сопротивление. Более того, скачки уплотнения из-за резкого торможения потока в них, способствуют отрыву пограничного слоя после себя и превращения его из ламинарного в турбулентный. Это еще более увеличивает аэродинамическое сопротивление.

. 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 пикирующий момент относительно центра масс самолета, заставляющий его опустить нос.

Как осуществляется штурм звукового барьера?

Самолет ТУ-144 Сверхзвуковой Пассажирский

До 1947 года не было фактических данных о самочувствии человека в кабине самолёта, который летит быстрее звука. Как оказалось, преодоление звукового барьера требует определённых сил и отваги. В процессе полёта становится ясно, что нет никаких гарантий выжить. Даже профессиональный пилот не может точно сказать, выдержит ли конструкция самолёта атаку стихии. В считанные минуты самолёт может просто развалиться на части. Чем же это объясняется? Следует отметить, что движение с дозвуковой скоростью создаёт акустические волны, разбегающиеся как круги от упавшего камня. Сверхзвуковая скорость возбуждает ударные волны, а стоящий на земле человек слышит звук, похожий на взрыв. Без мощных вычислительных машин сложно было решить сложные , и приходилось опираться на продувание моделей в аэродинамических трубах.

Рекомендации для безопасных околозвуковых и сверхзвуковых полётов сводятся к следующему

—на дозвуковых скоростях полёта следует избегать скоростей, при которых начинается волновой кризис (эти скорости зависят от аэродинамических характеристик самолёта и от высоты полёта);

Конструкторские решения для преодоления «звукового барьера»

Современные дозвуковые самолёты с крейсерской скоростью полёта, достаточно близкой к звуковой (свыше 800 км/ч), обычно выполняются со и оперением с тонкими профилями, что позволяет сместить скорость, при которой начинается волновой кризис, в сторону больших значений.

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 0,8-0,9М. Летчику предписывается следить за этим. Кроме того на многих самолетах при достижении уровня ограничения , после чего скорость полета должна быть снижена. Практически все самолеты, летающие на скоростях как минимум 800 км/ч и выше имеют стреловидное крыло (по крайней мере по передней кромке). Оно позволяет отодвинуть начало наступления волнового кризиса до скоростей, соответствующих М=0,85-0,95.

Ту-160 с изменяемой геометриейкрыла в полёте

с цельно-поворотным стабилизатором

, 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.

Каковы же особенности D-SEND 2? Прежде всего – его носовая часть не осесимметричная. Киль смещён к ней, и при этом, горизонтальное хвостовое оперение установлено как цельноповоротное. Оно также расположено под отрицательным углом к продольной оси.

И при этом законцовки оперения располагаются ниже, чем точка крепления. Крыло, плавно сопряжённое с фюзеляжем, выполнено с нормальной стреловидностью, но ступенчатое.

Сверхзвуковые пассажирские самолёты – вчера, сегодня, завтра

, достигшим сверхзвуковой скорости в управляемом полёте, стал американский лётчик-испытатель  на экспериментальном самолёте с прямым крылом и ракетным двигателем XLR-11) достигший в пологом пикировании скорости М = 1,06. Это произошло 14 октября 1947 года. В СССР звуковой барьер впервые был преодолён 26 декабря 1948 года Соколовским, а потом и, в полётах со снижением на опытном истребителе . Первым гражданским самолётом, преодолевшим звуковой барьер, стал пассажирский лайнер . 21 августа 1961 года он достиг скорости 1,012 М (1262 км/ч) в ходе управляемого пике с высоты 12 496 м. Полёт предпринимался с целью собрать данные для проектирования новых передних кромок крыла.

, спустя 50 лет после преодоления звукового барьера на самолёте, англичанин Энди Грин преодолел звуковой барьер на автомобиле

14 октября 2012 года  стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер без помощи какого-либо моторизированного транспортного средства, в свободном падении во время прыжка с высоты 39 километров. В свободном падении он достиг скорости 1342,8 километра в час.

До 14 октября 1947 года никто не мог сказать, что испытывает человек в кабине самолета, летящего быстрее звука

14 октября 1947 года человечество преодолело очередной рубеж. Рубеж вполне объективный, выражающийся в конкретной физической величине — скорости звука в воздухе, которая в условиях земной атмосферы находится в зависимости от её температуры и давления в пределах 1100–1200 км/ч. Сверхзвуковая скорость покорилась американскому пилоту Чаку Йегеру (Charles Elwood «Chuck» Yeager) — молодому ветерану Второй мировой, обладавшему незаурядной отвагой и отменной фотогеничностью, благодаря чему он немедленно стал популярен у себя на родине так же, как спустя 14 лет — Юрий Гагарин.

А отвага для перехода через звуковой барьер действительно требовалась. Советский пилот Иван Федоров, повторивший достижение Йегера год спустя, в 1948 году, вспоминал тогдашние свои ощущения: «Перед полетом на преодоление звукового барьера стало очевидным, что гарантии выжить после него нет никакой. Никто не знал практически, что это такое и выдержит ли конструкция самолета напор стихии. Но об этом старались не думать».

Действительно, полной ясности относительно того, как себя поведет машина на сверхзвуковой скорости, не было. У авиаконструкторов были ещё свежи в памяти воспоминания о внезапной напасти 30-х годов, когда с ростом скоростей самолетов пришлось срочно решать проблему флаттера — автоколебаний, возникающих как в жестких конструкциях самолета, так и в его обшивке, в считанные минуты разрывающих самолет на части. Процесс развивался лавинообразно, стремительно, пилоты не успевали изменить режим полета, и машины рассыпались в воздухе на части. Довольно долго математики и конструкторы в различных странах бились над решением этой проблемы. В конце концов теорию явления создал тогда ещё молодой российский математик Мстислав Всеволодович Келдыш (1911–1978), впоследствии президент АН СССР. С помощью этой теории удалось найти способ навсегда избавиться от неприятного явления.

Вполне понятно, что столь же неприятных сюрпризов ожидали и от звукового барьера. Численное решение сложных дифференциальных уравнений аэродинамики в отсутствие мощных вычислительных машин было невозможно, и приходилось полагаться на «продувку» моделей в аэродинамических трубах. Но из качественных соображений было ясно, что при достижении скорости звука вблизи самолета возникает ударная волна. Наиболее ответственный момент — преодоление звукового барьера, когда скорость самолета сравнивается со скоростью звука. В этот момент разность давлений по разные стороны фронта волны быстро нарастает, и если момент продлится дольше мгновения, самолет может развалиться не хуже чем от флаттера. Порой при преодолении звукового барьера с недостаточным ускорением созданная самолетом ударная волна даже вышибает стекла из окон домов на земле под ним.

Отношение скорости самолета к скорости звука называют числом Маха (по имени знаменитого немецкого механика и философа Эрнста Маха). При прохождении звукового барьера пилоту кажется, что число М перескакивает через единицу скачкообразно: Чак Йегер увидел, как стрелка махометра скакнула с 0,98 на 1,02, после чего в кабине наступила «божественная» тишина — на самом деле, кажущаяся: просто уровень звукового давления в кабине самолета падает в несколько раз. Этот момент «очищения от звука» очень коварен, он стоил жизни многим испытателям. Но опасность развалиться для его самолета Х-1 была невелика.

Самолет Х-1, изготовленный компанией Bell Aircraft в январе 1946 года, был чисто исследовательским летательным аппаратом, предназначенным для покорения звукового барьера и ни для чего более. Несмотря на то что машина была заказана министерством обороны, вместо оружия её нашпиговали научной аппаратурой, отслеживающей режимы работы узлов, приборов и механизмов. Х-1 походил на современную крылатую ракету. Имел один ракетный двигатель Reaction Motors тягой 2722 кГ. Максимальный взлетный вес — 6078 кг. Длина — 9,45 м, высота — 3,3 м, размах крыльев — 8,53 м. Максимальная скорость — на высоте 18290 м 2736 км/ч. Машина запускалась со стратегического бомбардировщика В-52, а приземлялась на стальные «лыжи» на высохшем соляном озере.

Не менее впечатляют и «тактико-технические параметры» её пилота. Чак Йегер родился 13 февраля 1923 года. После школы пошел в летное училище, и после его окончания отправился воевать в Европу. Сбил один Мессершмит-109. Сам был сбит в небе Франции, но его спасли партизаны. Как ни в чем не бывало вернулся на базу в Англию. Однако бдительная служба контрразведки, не поверив чудесному избавлению от плена, отстранила пилота от полетов и направила его в тыл. Честолюбивый Йегер добился приема у главнокомандующего союзными войсками в Европе генерала Эйзенхауэра, который Йегеру поверил. И не ошибся — молодой пилот за полгода, остававшиеся до окончания войны, совершил 64 боевых вылета, сбил 13 вражеских самолетов, причем 4 в одном бою. И вернулся на родину в звании капитана с прекрасным досье, в котором значилось, что он обладает феноменальной летной интуицией, невероятным хладнокровием и удивительной выдержкой в любой критической ситуации. Благодаря такой характеристике он попал в команду испытателей-сверхзвуковиков, которых отбирали и готовили столь же тщательно, как впоследствии — астронавтов.

Переименовав Х-1 в «Пленительную Гленис» (Glamorous Glennis) в честь своей жены, Йегер не единожды устанавливал на нем рекорды. В конце октября 1947 года пал прежний рекорд высоты — 21 372 м. В декабре 1953 года новая модификация машины — X-1A развила скорость 2,35 М — почти 2800 км/ч, а полгода спустя поднялась на высоту 27 430 м. А до того были испытания ряда запускавшихся в серию истребителей и обкатка нашего МиГ-15, захваченного и переправленного в Америку во время корейской войны. Впоследствии Йегер командовал различными испытательными подразделениями ВВС как в США, так и на американских базах в Европе и Азии, принимал участие в боевых действиях во Вьетнаме, тренировал пилотов. В отставку он вышел в феврале 1975 года в звании бригадного генерала, налетав за время доблестной службы 10 тыс. часов, обкатав 180 различных сверхзвуковых моделей и собрав уникальную коллекцию орденов и медалей. В середине 80-х годов был снят фильм, основанный на биографии бравого парня, первым в мире покорившего звуковой барьер, и после этого Чак Йегер стал даже не героем, а общенациональной реликвией. В последний раз он сел за штурвал F-16 14 октября 1997 года и преодолел звуковой барьер на пятидесятую годовщину своего исторического полета. Было Йегеру тогда 74 года. В общем, как сказал поэт, гвозди бы делать из этих людей.

В соревнование включились несколько конструкторских бюро — ОКБ Лавочкина, ОКБ Микояна и ОКБ Яковлева, — в которых параллельно разрабатывались самолеты со стреловидным крылом, что тогда было революционным конструктивным решением. К сверхзвуковому финишу они пришли в таком порядке: Ла-176 (1948), МиГ-15 (1949), Як-50 (1950). Однако там проблема решалась в довольно сложном контексте: военная машина должна обладать не только высокой скоростью, но и множеством иных качеств — маневренность, живучесть, минимальное время предполетной подготовки, мощное вооружение, внушительный боекомплект и т.д. и т.п. Следует отметить и то, что в советские времена на решение государственных приемочных комиссий зачастую влияли не только объективные факторы, но и субъективные моменты, связанные с политическими маневрами разработчиков. Вся эта совокупность обстоятельств привела к тому, что в серию был запущен истребитель МиГ-15, который прекрасно показал себя на локальных аренах военных действий 50-х годов. Именно эту машину, захваченную в Корее, как было выше сказано, «объезжал» Чак Йегер.

В Ла-176 была применена рекордная по тем временам стреловидность крыла, равная 45 градусам. Турбореактивный двигатель ВК-1 обеспечивал тягу в 2700 кГ. Длина — 10,97 м, размах крыльев — 8,59 м, площадь крыла 18,26 кв.м. Взлетная масса — 4636 кг. Потолок — 15 000 м. Дальность полета — 1000 км. Вооружение — одна 37-мм пушка и две 23-мм. Машина была готова осенью 1948 года, в декабре начались её летные испытания в Крыму на военном аэродроме близ города Саки. Среди тех, кто руководил испытаниями, был и будущий академик Владимир Васильевич Струминский (1914–1998), пилотами экспериментального самолета были капитан Олег Соколовский и полковник Иван Федоров, получивший впоследствии звание Героя Советского Союза. Соколовский по нелепой случайности погиб во время четвертого полета, забыв закрыть фонарь кабины.

Звуковой барьер полковник Иван Федоров преодолел 26 декабря 1948 года. Поднявшись на высоту 10 тыс. метров, он отклонил ручку управления от себя и начал разгоняться на пикировании. «С большой высоты разгоняю свой 176-й, — вспоминал пилот. — Слышен нудный негромкий свист. Наращивая скорость, самолет мчится к земле. На шкале махометра стрелка с трехзначных цифр переходит на четырехзначные. Самолет дрожит, словно в лихорадке. И вдруг — тишина! Взят звуковой барьер. Последующая расшифровка осциллограмм показала, что число М перевалило за единицу». Произошло это на высоте 7 000 метров, где была зафиксирована скорость 1,02М.

В дальнейшем скорость пилотируемых самолетов продолжала неуклонно наращиваться за счет увеличения мощности двигателей, применения новых материалов и оптимизации аэродинамических параметров. Однако этот процесс не безграничен. С одной стороны, он тормозится соображениями рациональности, когда учитывается расход топлива, стоимость разработки, безопасность полета и прочие не праздные соображения. И даже в военной авиации, где деньги и безопасность пилота не столь уж и значимы, скорости наиболее «шустрых» машин находятся в диапазоне от 1,5М до 3М. Больше как будто бы не требуется. (Рекорд скорости для пилотируемых аппаратов с реактивными двигателями принадлежит американскому самолету-разведчику SR-71 и составляет 3,2М.)

С другой стороны, существует непреодолимый тепловой барьер: при определенной скорости нагревание корпуса машины трением о воздух происходит настолько быстро, что невозможно отведение тепла с его поверхности. Расчеты показывают, что при нормальном давлении это должно происходить на скорости порядка 10М.

Тем не менее предел в 10М все-таки был достигнут все на том же полигоне Эдвардс. Произошло это в 2005 году. Рекордсменом стал беспилотный ракетный самолет Х-43А, изготовленный в рамках 7-летней грандиозной программы Hiper-X по отработке технологий нового типа, призванных радикально изменить облик ракетно-космической техники будущего. Его стоимость составляет $230 млн. Рекорд был установлен на высоте 33 тыс. метров. В беспилотнике использована новая система разгона. Вначале отрабатывает традиционная твердотопливная ракета, с помощью которой Х-43А достигает скорости 7М, а затем включается двигатель нового типа — гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД, или скрамджет), в котором в качестве окислителя используется обычный атмосферный воздух, а топливом является газообразный водород (прямо-таки классическая схема неуправляемого взрыва).

В соответствии с программой были изготовлены три беспилотных модели, которые после выполнения задания были утоплены в океане. Следующий этап предполагает создание пилотируемых машин. После их испытания полученные результаты будут учтены при создании самых разнообразных «полезных» аппаратов. Помимо летательных аппаратов для нужд NASA будут создаваться гиперзвуковые военные машины — бомбардировщики, разведчики и транспортники. Boeing, которая принимает участие в программе Hiper-X, планирует к 2030–2040 годам создать гиперзвуковой авиалайнер на 250 пассажиров. Вполне понятно, что иллюминаторов, которые на таких скоростях ломают аэродинамику и не выдерживают теплового нагрева, в нем не будет. Вместо иллюминаторов предполагаются экраны с видеозаписью проплывающих облаков.

Сомневаться не приходится, этот вид транспорта будет востребован, поскольку чем дальше, тем больше дорожает время, вмещающее все больше и больше в единицу времени эмоций, заработанных долларов и прочих компонентов современной жизни. В связи с этим не приходится сомневаться и в том, что когда-нибудь люди превратятся в бабочек-однодневок: один день будет насыщен как вся нынешняя (скорее — уже вчерашняя) человеческая жизнь. И можно предположить, что кто-то или что-то реализует в отношении человечества программу Hiper-X.