Крутое пике. История сверхзвуковых лайнеровСюжет. Сверхзвуковой самолёт

ТАСС-ДОСЬЕ. 25 января 2018 года президент РФ Владимир Путин в ходе посещения Казанского авиационного завода им. C. П. Горбунова (филиал ПАО "Туполев") присутствовал при демонстрационном полете нового сверхзвукового стратегического ракетоносца Ту-160 "Петр Дейнекин" и предложил создать гражданскую версию данного самолета.

Редакция ТАСС-ДОСЬЕ подготовила справку об отечественных и иностранных программах по созданию сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров.

Начало разработок

Изыскания в области сверхзвуковой гражданской авиации начались в Великобритании, Франции и США в конце 1950-х годов. Первые эскизные проекты соответствующих пассажирских авиалайнеров появились на Западе в начале 1960-х годов. В это же время в Советском Союзе приступили к разработке собственного сверхзвукового самолета.

Ту-144

16 июля 1963 года вышло постановление ЦК КПСС и Совмина СССР "О создании ОКБ А. Н. Туполева сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144 с четырьмя реактивными двигателями и о постройке партии таких самолетов". Общее руководство проектом осуществлял генеральный конструктор ОКБ Андрей Туполев, а после его смерти в 1972 году - сын конструктора, Алексей Туполев.

Опытный экземпляр Ту-144 (бортовой номер СССР-68001) совершил первый полет 31 декабря 1968 года.

Выпуск серийных экземпляров Ту-144 был развернут на Воронежском авиационном заводе (ныне - ПАО "ВАСО" в составе ОАК). Всего с 1972 по 1984 годы было произведено 17 серийных машин, из них три проходили статические испытания, эксплуатировались 14 (в том числе две - с пассажирами), две разбились в авиакатастрофах, одна так и не была достроена. В период с ноября 1977 года по май 1978 года два Ту-144 выполнили 55 рейсов между Москвой и Алма-Атой, перевезя в общей сложности 3 тыс. 284 пассажиров.

В 1978 году после второй катастрофы эксплуатация Ту-144 была прекращена, а сама программа свернута. Работы по созданию модификации Ту-144ДА (с увеличенной дальностью полета) не получили развития.

Concorde

Aerospatiale/BAC Concorde ("Конкорд", с фр. "согласие") с 1962 года создавался французской компанией Aerospatiale совместно с British Aircraft Corporation. Опытный экземпляр (регистрационный номер - F-WTSS) поднялся в воздух через два месяца после первого полета Ту-144 - 2 марта 1969 года.

Всего в 1965-1979 годах было построено 20 экземпляров самолетов. 14 из них в 1976-2003 годах эксплуатировались авиакомпаниями Air France и British Airways на регулярных пассажирских линиях: в основном для трансатлантических перелетов по маршрутам в Нью-Йорк из Парижа и Лондона. В среднем расстояние между Парижем и Нью-Йорком самолет преодолевал за 3,5 часа.

За все время эксплуатации Concorde с самолетами этого типа произошла одна катастрофа. 25 июля 2000 года при взлете из Парижа машина Air France с регистрационным номером F-BTSC потерпела крушение из-за наличия на взлетно-посадочной полосе постороннего предмета. Тогда погибли 109 человек на борту и четыре человека на земле.

Всего за 27 лет эксплуатации Concorde перевезли более 2,5 млн пассажиров. Окончательно Air France и British Airways отказались от эксплуатации самолетов этого типа из- за спада пассажиропотока, вызванного терактами в США 11 сентября 2001 года, ростом затрат на поддержание самолетов в летной готовности и отсутствием перспектив по их модернизации.

Американская программа 1960-х годов

5 июня 1963 году президент США Джон Кеннеди объявил о запуске национальной программы создания сверхзвукового пассажирского авиалайнера, предложив компенсировать за счет государства 75% затрат компании-разработчика. Целью программы было конкурировать с проектом Concorde. Создать новый самолет выразили намерение корпорации Boeing, Lockheed и North American, предложившие, соответственно, проекты Boeing 2707, Lockheed L-2000 и гражданскую версию стратегического бомбардировщика XB-70 Valkyrie.

Наиболее перспективным был проект Boeing 2707 - широкофюзеляжного лайнера, рассчитанного на перевозку 277 пассажиров на расстояние до 7,8 тыс. км со скоростью 2 тыс. 900 км/ч. Был построен натурный макет самолета, Boeing получил 120 заказов от авиакомпаний США.

Однако в 1971 году стало очевидно отставание американской программы от европейского Concorde и советского Ту-144. В результате Конгресс США прекратил ее финансирование. Boeing и другие компании продолжать ее за свой счет отказались.

Другие проекты

Опыт программ Ту-144 и Concorde показал, что эксплуатация самолетов такого типа имеет целый ряд недостатков по сравнению с обычными, дозвуковыми лайнерами. В частности, из-за большого потребления топлива и дороговизны обслуживания сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров очень сложно сделать прибыльной. Также не удалось решить проблем с шумностью двигателей самолетов, а также похожих на взрыв звуковых ударов в момент перехода на сверхзвук.

Тем не менее, изыскания в данной области продолжаются и в настоящее время. Так, в 2016 году американская Boom Technology объявила о разработке самолета на 40 мест, способного преодолеть расстояние между Лос-Анджелесом и Сиднеем за шесть часов. Американские компании Aerion и Lockheed Martin работают над проектом трехдвигательного сверхзвукового бизнес-джет Aerion AS2 на 12 пассажиров, первые поставки которого намечены на 2023 год. Еще одна американская компания Spike Aerospace планирует сертифицировать в том же 2023 г. свой бизнес-джет Spike S-512, рассчитанный на перевозку 18 пассажиров.

Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ, гордод Жуковский, Московская область) представил на международном аэрокосмическом салоне МАКС-2017 макет сверхзвукового бизнес-джета, который может быть создан в течение ближайших десяти лет. В числе отмененных проектов такого рода - Sukhoi Supersonic Business Jet, Ту-344 (бизнес-джет на базе ракетоносца Ту-22М3), Ту-444 и др., программа NASA High Speed Civil Transport (1990-1999).

Сверхзвуковая скорость – это скорость, при которой объект движется быстрее звука. Скорость при полете сверхзвукового самолета измеряется в Махах – скорость самолета в определенной точке пространства относительно скорости звука в этой же точке. Сейчас подобными скоростями передвижения удивить довольно сложно, а еще каких-то 80 лет назад об этом только мечтали.

С чего все началось

В сороковых годах ХХ века во время Второй Мировой Войны над решением этого вопроса активно работали немецкие конструкторы, надеясь с помощью подобных летательных аппаратов переломить ход войны. Как мы знаем, у них этого не получилось, война закончилась. Однако в 1945 г., ближе к ее завершению, немецкий пилот Л. Гофман, испытывая первый в мире реактивный истребитель Me-262, на высоте 7200 м смог развить скорость около 980 км/ч.

Первым, кто воплотил мечту всех летчиков о преодолении сверхзвукового барьера, стал американский пилот-испытатель Чак Йегер. В 1947 году этот пилот первым в истории сумел преодолеть скорость звука на пилотируемом аппарате. Он управлял прототипным летательным аппаратом Bell X-1 с ракетным двигателем. Кстати, захваченные во время войны немецкие ученые и их разработки, довольно сильно способствовали появлению этого аппарата, как и, собственно, всему дальнейшему развитию летных технологий.

В Советском Союзе достигли скорости звука 26 декабря 1948 г. Это был экспериментальный самолет ЛА-176, на высоте полета 9060 м, который пилотировали И.Е. Федоров и О.В. Соколовский. Примерно через месяц на данном самолете, но уже с более совершенным двигателем, была не только достигнута, но и превышена скорость звука на 7000 м. Проект ЛА-176 был весьма перспективным, но из-за трагической гибели О.В. Соколовского, управлявшего этим аппаратом, разработки были закрыты.

В дальнейшем развитие данной отрасли несколько замедлилось, так как возникло значительное количество физических сложностей, связанных с управлением летательным аппаратом на сверхзвуковых скоростях. На высоких скоростях начинает проявляться такое свойство воздуха, как сжимаемость, аэродинамическая обтекаемость становится совершенно иной. Появляется волновое сопротивление, и такое неприятное для любого летчика явление, как флаттер – самолет начинает сильно нагреваться.

Столкнувшись с этими проблемами, конструкторы начали искать кардинальное решение, способное преодолеть сложности. Таким решением оказался полный пересмотр конструкции летательных аппаратов, предназначенных для сверхзвуковых полетов. Те обтекаемые формы авиалайнеров, которые мы сейчас наблюдаем, – результат многолетних научных изысканий.

Дальнейшее развитие

На тот момент, когда только окончилась Вторая Мировая, и началась корейская и вьетнамская войны, развитие отрасли могло происходить только через военные технологии. Именно поэтому первыми серийными самолетами, способными летать быстрее скорости звука, стали Советский Миг-19 (NATO Farmer) и американский F-100 Super Sabre. Рекорд скорости был за американским самолетом – 1215 км/ч (установлен 29 октября 1953 г.), но уже в конце 1954 г. Миг-19 смогли разогнать до 1450 км/ч.

Интересный факт. Хоть СССР и Соединенные Штаты Америки не вели официальных боевых действий, но реальные многократные боестолкновения во время Корейской и Вьетнамской войн, показали неоспоримое преимущество Советской техники. К примеру, наши Миг-19 были значительно легче, обладали двигателями с лучшими динамическими характеристиками и, как следствие, с более быстрой скороподъемностью. Радиус возможного боевого применения самолета был на 200 км больше у Миг-19. Именно поэтому американцы очень хотели заполучить неповрежденный образец и даже объявили награду за выполнение такой задачи. И она была реализована.

Уже после окончания Корейской войны 1 самолет Миг-19 был угнан с авиабазы офицером ВВС Кореи Но Гым Соком. За что американцы выплатили ему положенные 100000 долларов в качестве награды, за доставку неповрежденного самолета.

Интересный факт. Первой женщиной-пилотом, достигшим скорости звука, является американка Жаклин Кохран. Она достигла скорости 1270 км/ч, пилотируя самолет F-86 Sabre.

Развитие гражданской авиации

В 60х годах прошлого века после появления опробованных во время войн технических наработок, авиация начала бурно развиваться. Нашлись решения для существующих проблем сверхзвуковых скоростей, и тогда началось создание первых сверхзвуковых пассажирских самолетов.

Первый в истории полет гражданского авиалайнера со скоростью, превышающей скорость звука, произошел 21 августа 1961 г. на самолете Douglas DC-8. На момент полета на самолете не было пассажиров, кроме пилотов, был размещен балласт для соответствия полной загрузки лайнера в данных экспериментальных условиях. Была достигнута скорость 1262 км/ч при спуске с высоты 15877 м до 12300 м.

Интересный факт. Boeing 747 SP-09 Китайских авиалиний (China Airlines) 19 февраля 1985 г., совершая перелет из тайваньского Тайпея в Лос-Анжелес, вошел в неуправляемое пике. Причиной тому послужили неисправности двигателя и последующие неквалифицированные действия персонала. Во время пикирования с высоты 12500 м до 2900 м, где экипаж и смог стабилизировать самолет, была превышена скорость звука. При этом не рассчитанный на подобные перегрузки лайнер получил серьезные повреждения хвостовой части. Однако при всем этом, серьезно пострадали всего 2 человека на борту. Самолет сел в Сан-Франциско, был отремонтирован и в дальнейшем снова осуществлял пассажирские перелеты.

Однако действительно настоящих сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС), способных осуществлять регулярные перелеты со скоростями выше скорости звука, было сконструировано и построено все два типа:

Советский авиалайнер Ту-144;
Англо-французский самолет Aérospatiale-BAC Concorde.

Только эти два летательных аппарата были в состоянии поддерживать крейсерскую сверхзвуковую скорость (англ. supercruise). На тот момент они превосходили даже большинство боевых самолетов, конструкция этих лайнеров была уникальна для своего времени. Существовало всего несколько типов самолетов, способных летать в режиме суперкруиза, на сегодняшний день большинство современных военных машин оснащены такими возможностями.

Авиация СССР

Советский Ту-144 был построен несколько раньше европейского аналога, поэтому можно считать его первым в мире пассажирским сверхзвуковым лайнером. Внешний вид этих самолетов, как Ту-144, так и Конкорда, и сейчас не оставит равнодушным ни одного человека. Вряд ли в истории авиастроения были более красивые машины.

У Ту-144 привлекательные характеристики, за исключением дальности практического применения: выше крейсерская и меньше посадочная скорости, более высокий потолок полета, но и история нашего лайнера значительно трагичнее.

Важно! Ту-144 не только первый летающий, но и первый разбившийся пассажирский сверхзвуковой лайнер. Катастрофа на авиасалоне в Ле-Бурже 3 июня 1973 г., в которой погибло 14 человек, стала первым шагом к завершению полетов Ту-144. Однозначные причины так и не были установлены, а итоговая версия катастрофы вызывает множество вопросов.

Вторая катастрофа под Егорьевском в Московской области 23 мая 1978 г., где в полете произошло возгорание, и при посадке погибли 2 члена экипажа, стала окончательной точкой в решении о прекращении эксплуатации этих самолетов. Несмотря на то, что после анализа было установлено, что возгорание произошло в результате наличия недоработки в топливной системе нового, тестируемого двигателя, а сам самолет показал прекрасную управляемость и надежность конструкции, когда горящий смог произвести посадку, машины сняли с рейсов и вывели из коммерческой эксплуатации.

Как вышло за рубежом

Европейский Конкорд, в свою очередь, отлетал гораздо дольше с 1976 г. по 2003 г. Однако из-за нерентабельности (самолет так и не смогли вывести на минимальную окупаемость), эксплуатацию также в итоге свернули. Во многом это произошло из-за авиакатастрофы в Париже 25 июля 2000 г.: при взлете из аэропорта Шарль Де Голль загорелся двигатель, и самолет рухнул на землю (погибло 113 человек, в том числе 4 на земле), а также террористическим атакам 11 сентября 2001 г. Несмотря на то, что это была единственная катастрофа самолета за 37 лет эксплуатации, а теракты не имели непосредственного отношения к Конкорду, общее снижение потока пассажиров уменьшило и без того отсутствующую рентабельность полетов и привело к тому, что последний рейс данный самолет совершил по маршруту Хитроу – Филтон 26 ноября 2003 г.

Интересный факт. Билет на рейс Конкорда в 70е годы стоил не меньше 1500 долларов в один конец, ближе к концу девяностых цена выросла до 4000 долларов. Билет за место на последнем рейсе этого лайнера стоил уже 10000 долларов.

Сверхзвуковая авиация на данный момент

На сегодняшний день решений, подобным Ту-144 и Конкорд, не предвидится. Но, если вы тот человек, которому неважна стоимость билетов, – есть ряд наработок в сфере бизнес перелетов и маломестных воздушных средств.

Наиболее перспективная разработка – самолет XB-1 Baby Boom американской компании Boom technology из Колорадо. Это маленький самолет, длиной около 20 м и размахом крыльев в 5,2 м. Он оборудован 3мя двигателями, разработанными в пятидесятых годах для крылатых ракет.

Вместительность планируется сделать около 45 человек, при дальности перелета 1800 км на скорости до 2х махов. На данный момент это пока разработка, но первый полет прототипа планируется произвести уже в 2018 г., а сам самолет должен пройти сертификацию к 2023му году. Создатели планируют использовать разработку как в качестве бизнес-джета для частных перевозок, так и на регулярных рейсах малой вместительности. Планируемая стоимость для перелета на данной машине будет составлять около 5000 долларов, что достаточно много, но при этом сопоставимо со стоимостью перелета в бизнес классе.

Однако если смотреть на всю отрасль гражданских авиаперевозок в целом, то с сегодняшним уровнем развития технологий, выглядит все не очень перспективно. Крупные компании больше озабочены получением выгоды и рентабельностью проектов, чем новыми разработками в области сверхзвуковых полетов. Причина в том, что за всю историю авиации не было в достаточной степени успешных реализаций задач подобного рода, сколько ни пробовали достичь целей, все они в той или иной степени провалились.

В целом те конструкторы, которые занимаются текущими проектами, – это скорее энтузиасты, с оптимизмом смотрящие в будущее, которые, конечно, рассчитывают получать прибыли, но достаточно реалистично смотрят на итоги, да и большая часть проектов пока существует только на бумаге, и аналитики достаточно скептично смотрят на возможность их реализации.

Один из немногих действительно крупных проектов – это запатентованный в прошлом году компанией Airbus сверхзвуковой самолет Concorde-2. Конструктивно он будет представлять собой летательный аппарат с тремя типами двигателей:

Турбовентиляторные реактивные двигатели. Будут устанавливаться в передней части самолета;
Гиперзвуковые воздушно-реактивные двигатели. Будут монтироваться под крыльями лайнера;
Ракетные двигатели. Установлены в хвостовой части фюзеляжа.

Эта конструктивная особенность предполагает работу различных двигателей на определенных этапах полета (взлет, посадка, движение на крейсерской скорости).

Учитывая одну из основных проблем гражданских авиаперевозок – шум (стандарты организации воздушного движения в большинстве стран выставляют ограничение на уровень шума, если аэропорт расположен близко к жилым зонам, это накладывает ограничения на возможность ночных полетов), компания Airbus для проекта Concorde-2 разработала специальную технологию, позволяющую производить вертикальный взлет. Это позволит практически избежать попадания ударных волн на поверхность земли, что в свою очередь, обеспечит отсутствие дискомфорта для людей внизу. Также благодаря подобной конструкции и технологии полет авиалайнера будет проходить на высоте около 30-35000 м (на данный момент гражданская авиация летает максимум на 12000 м), что будет способствовать снижению шума не только при взлете, но и на протяжении всего полета, так как с такой высоты ударные звуковые волны не смогут достичь поверхности.

Будущее сверхзвуковых полетов

Не все так печально, как может показаться на первый взгляд. Кроме гражданской авиации существует и всегда будет существовать военная отрасль. Боевые потребности государства как раньше двигали развитие авиации, так и продолжат это делать. Армии всех государств нуждаются во все более совершенных летательных аппаратах. Из года в год эта потребность только возрастает, что влечет за собой создание новых конструкторских и технологических решений.

Рано или поздно развитие выйдет на такой уровень, когда использование военных технологий, возможно, станет рентабельным и в мирных целях.

Видео

M = 1,2-5).

Энциклопедичный YouTube

1 / 5
В наши дни появляются новые самолёты, в том числе выполненные по технологии снижения заметности «Стелс ».

Пассажирские сверхзвуковые самолёты

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 по 1978 год и выполнивший двумя месяцами позже - 2 марта 1969 года - свой первый полёт англо-французский «Конкорд» (фр. Concorde - «согласие»), совершавший трансатлантические рейсы с по 2003 год . Их эксплуатация позволяла не только значительно сократить время перелёта на дальних рейсах, но и использовать незагруженное воздушное пространство на больших высотах (≈18 км), в то время как основное используемое лайнерами воздушное пространство (высоты 9-12 км) уже в те годы было сильно загруженным. Также сверхзвуковые самолёты совершали полёты по спрямлённым маршрутам (вне воздушных трасс).
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 др.) и вывод из эксплуатации самолётов двух реализованных проектов, разрабатывались ранее и существуют современные проекты гиперзвуковых (в том числе суборбитальных) пассажирских авиалайнеров (напр., ZEHST , SpaceLiner) и военно-транспортных (десантных) самолётов быстрого реагирования. На разрабатываемый пассажирский бизнес-джет Aerion AS2 в ноябре 2015 был сделан твердый заказ на 20 единиц суммарной стоимость 2,4 миллиарда долларов с началом поставок в 2023 году.

Теоретические проблемы

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 , 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 сопротивления при больших скоростях, особенно на малых высотах.

Один из примеров существующих проектов сверхзвуковых самолетов.

Сегодня начну с небольшого предисловия 🙂 .

На этом сайте у меня уже есть 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 сверхзвуковых скоростей . 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 «дозвук ».

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 Л.Гофман в горизонтальном полете на одном из первых в мире самолетов с реактивными двигателями, МЕ-262 , достиг в горизонтальном полете на высоте 7200 м скорости 980 км/ч .

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 качественное .

Уже со скоростей порядка 400 км/ч начинает понемногу проявляться такое свойство воздуха, как сжимаемость. И ничего здесь, в принципе, неожиданного нет. – 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 число М (число Маха , 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 – волновое сопротивление (наряду с итак возросшим обычным лобовым сопротивлением).

Становятся знаковыми такие явления, как волновой кризис (с критическим числом М), сверхзвуковой барьер , скачки уплотнения и ударные волны .

Кроме того ухудшаются управляемость и характеристики устойчивости 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 флаттер (тема для очередной статьи:-)).

Появляется такой неприятный момент, как разогрев воздуха в результате его резкого торможения перед самолетом (так называемый кинетический нагрев ), а также нагрев в результате вязкостного трения воздуха. При этом температуры достаточно высокие, порядка 300ºС . 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 стреловидное или треугольное в плане крыло. Типичный и один из самых известных самолетов с треугольным крылом – замечательный истребитель МИГ-21 (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 оживальной 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 ТУ-144 , испытывалось на летающей лаборатории на базе все того же МИГ-21 (МИГ-21И) .

Второй вариант – сверхкритическое крыло . 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 .

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

Фотографии кликабельны .

После того как человек начал осваивать небесные просторы, он всегда стремился максимально усовершенствовать летательные аппараты, сделать их надежнее, быстрее, вместительнее. Одним из наиболее передовых изобретений человечества в данном направлении являются сверхзвуковые пассажирские самолеты. Но, к сожалению, за редким исключением, большинство разработок было закрыто или в настоящее время находятся на стадии проекта. Одним из таких проектов является сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-244, о котором мы поговорим ниже.
Быстрее звука
Но прежде чем начать разговор непосредственно о Ту-244, давайте сделаем краткий экскурс в историю преодоления человечеством рубежа скорости звука, ведь этот самолет будет являться непосредственным продолжением научных разработок в данном направлении.
Значительный толчок в развитии авиации был дан Второй мировой войной. Именно тогда появились реальные проекты самолетов с способными развивать скорость больше винтовых. Со второй половины 40-х годов прошлого века они активно стали примется как в военной, так и в гражданской авиации.
Следующей задачей стояло максимально увеличить Если выйти на сверхзвуковой барьер не составляло особого труда, просто увеличив мощность двигателей, то преодоление его было значительной проблемой, так как законы аэродинамики на таких скоростях меняются.
Тем не менее первая победа в гонке со звуком была достигнута уже в 1947 году на американском экспериментальном самолете, но массово использоваться сверхзвуковые технологии начались только с конца 50-х - начала 60-х годов XX века в военной авиации. Появились такие серийные модели, как МиГ-19, North American A-5 Vigilante, Convair F-102 Delta Dagger и многие другие.
Пассажирская сверхзвуковая авиация
А вот гражданской авиации так не повезло. Первые сверхзвуковые пассажирские самолеты появились только в конце 60-х годов. Причем по настоящее время было создано только две серийных модели - советский Ту-144 и франко-британский «Конкорд». Это были типичные дальнемагистральные самолеты. Ту-144 был в эксплуатации с 1975 по 1978 годы, а «Конкорд» - с 1976 по 2003 год. Таким образом, в настоящий момент при пассажирских авиаперевозках не используется ни один сверхзвуковой самолет.
Было множество проектов по постройке сверх- и гиперзвуковых авиалайнеров, но одни из них были в итоге закрыты (Douglas 2229, Super-Caravelle, Т-4 и др.), а реализация других растянулась на неопределенно долгое время (Reaction Engines A2, SpaceLiner, Next Generation Supersonic Transport). К последним относится и проект самолета Ту-244.
Начало разработок
Проект по созданию самолета, который должен был прийти на смену Ту-144, запущен ОКБ Туполева ещё в советское время, в начале 70-х годов прошлого века. При проектировании нового авиалайнера, конструкторы использовали разработки его предшественника, «Конкорда», а также материалы американских коллег, принимавших участие в работах. Все разработки проводились под руководством Алексея Андреевича Туполева.
В 1973 году проектируемый самолет получил название Ту-244.
Задачи проекта
Главной задачей данного проекта было создать действительно конкурентный сверхзвуковой самолет для пассажирских перевозок в сравнении с дозвуковыми реактивными авиалайнерами. Чуть ли не единственным преимуществом первых над вторыми был выигрыш в скорости. Во всем остальном сверхзвуковые авиалайнеры проигрывали своим более медленным конкурентам. Пассажирские перевозки на них просто экономически не окупались. К тому же полеты на них были опаснее, чем на простых самолетах с реактивным двигателем. Последний фактор, кстати, стал официальной причиной, по которой была прекращена эксплуатация первого сверхзвукового самолета Ту-144 всего через несколько месяцев после её начала.
Таким образом, именно решение данных проблем и было поставлено перед разработчиками Ту-244. Самолет должен быть надежным, быстрым, но, одновременно, его эксплуатация в целях перевозки пассажиров должна была быть экономически выгодной.
Технические характеристики
Окончательная модель самолета Ту - 244, принятая в разработку должна была иметь нижеперечисленные технические и эксплуатационные характеристики.
Экипаж авиалайнера включал троих человек. Вместимость салона бралась из расчета 300 пассажиров. Правда, в окончательной версии проекта её пришлось сократить до 254 человек, но в любом случае это было намного больше, чем у Ту-154, вмещавшего всего 150 пассажиров.
Планируемая крейсерская скорость составляла 2,175 тыс. км/ч, что двукратно превышало Для сравнения, аналогичный показатель на Ту-144 был равен 2,300 тыс. км/ч, а «Конкорда» - 2,125 тыс. км/ч. То есть самолет планировалось сделать немного медленнее своего предшественника, но за счет этого, значительно повысить его вместимость, что должно было обеспечить экономическую выгоду от перевозок пассажиров. Движение обеспечивали четыре Дальность полета нового самолета должна была составлять 7500-9200 км. Грузоподъемность - 300 тонн.
Авиалайнер должен был иметь в длину 88 м, в высоту 15 м, при этом размах его крыла составлял 45 м, а площадь рабочей поверхности - 965 м 2 .
Главным внешним отличием от Ту-144 должно было стать изменение конструкции носа.
Продолжение разработок
Проект постройки сверхзвукового авиалайнера второго поколения Ту-244 принял довольно затяжной характер и несколько раз претерпевал существенных изменений. Тем не менее даже после распада СССР ОКБ Туполева не прекращало разработок в данном направлении. Например, уже в 1993 году на авиасалоне во Франции была предоставлена подробная информация о разработке. Впрочем, экономическое положение страны в 90-х годах не смогло не сказаться на судьбе проекта. Фактически его участь зависла в воздухе, хотя проектные работы продолжались, да и официального сообщения об его закрытии не было. Именно в это время, к проекту активно стали подключатся американские специалисты, хотя контакты с ними проводились ещё во времена СССР.
Для продолжения исследований по созданию пассажирских сверхзвуковых авиалайнеров второго поколения, в 1993 году два самолета Ту-144 были переоборудованы под летающие лаборатории.
Закрытие или заморозка?
На фоне продолжающихся разработок и заявлений, что к 2025 году самолеты ТУ-244 поступят в эксплуатацию гражданской авиации в количестве 100 единиц, весьма неожиданным стало отсутствие данного проекта в государственной программе по развитию авиации на 2013-2025 гг., которая была принята в 2012 году. Нужно сказать, что в данной программе отсутствовали и ряд других заметных разработок, которые до того времени считались перспективными в авиастроении, например, сверхзвуковой самолет деловой авиации Ту-444.
Данный факт мог говорить о том, что проект Ту-244 либо окончательно закрыт, либо заморожен на неопределенное время. В последнем случае, выпуск этих сверхзвуковых самолетов возможен будет только гораздо позже 2025 года. Впрочем, никаких официальных разъяснений по этому поводу так и не было дано, что оставляет довольно широкое поле для различных интерпретаций.
Перспективы
Учитывая все вышеизложенное, можно заявить, что проект Ту-244 в настоящее время как минимум завис в воздухе, а, возможно, вообще закрыт. Официального объявления о судьбе проекта пока не было. Также не озвучиваются причины, по которым он был приостановлен или навсегда закрыт. Хотя можно предположить, что они могут заключаться в недостатке государственных средств для финансирования подобных разработок, экономической невыгодности проекта, или тем фактором, что за 30 лет он мог просто морально устареть, и теперь на повестке дня стоят более перспективные задачи. Впрочем, вполне возможно влияние всех трех факторов одновременно.
В 2014 году в средствах массовой информации были высказаны предположения о возобновлении проекта, но пока они не получили официального подтверждения, как, впрочем, и опровержения.
Нужно отметить, что и зарубежные разработки сверхзвуковых пассажирских самолетов второго поколения ещё не вышли на финишную прямую, а реализация многих из них под большим вопросом.
В то же время пока нет официального заявления уполномоченных лиц, не стоит полностью ставить крест на проекте самолета Ту-244.
Рекомендуем также