Александр Иошпа, кандидат географических наук и преподаватель климатологии, выпускник Воронежского высшего военного авиационного инженерного училища, рассказал нашим коллегам из «ДОН 24», что происходит при переходе самолета на сверхзвуковую скорость и почему. NASA и компания Lockheed Martin официально представили экспериментальный сверхзвуковой самолет X-59 Quesst. Полностью автономный дрон станет взлетать с обычных взлетно-посадочных полос аэропортов и подниматься на высоту более 50 км, где будет разгоняться уже до гиперзвуковой скорости. Кроме этого, оба самолета получили сложные топливные системы, которые перекачивали горючее для изменения центра тяжести при полетах на обычных и сверхзвуковых скоростях. Лайф разбирался, зачем сверхзвуковым пассажирским самолётам дают вторую жизнь и для чего "наследника" Ту-144 проектируют в России.
Сверхзвук, часть1. Кое-что о сверхзвуковых самолетах.
Когда заходит речь о сверхзвуковых или гиперзвуковых скоростях, вместо привычных большинству людей километров (или миль) в час начинают фигурировать какие-то странные «Махи». Например — «скорость самолета превысила 5,2 Маха». Россия ведет разработку гиперзвукового гражданского авиалайнера, через два года запланирован полет самолета-демонстратора, но машине нужен новый экономичный двигатель, разработка которого пока не ведется, сказал газете ВЗГЛЯД авиаэксперт Роман Гусаров. Сверхзвуковой самолет летит быстрее звука — на сверхзвуковой скорости. Гиперзвуковой полет займет диапазон высот 30–35 км, намного выше, чем у сверхзвуковых самолетов.
NASA представило бесшумный сверхзвуковой самолёт X-59 для гражданской авиации
В январе 2018 г. президент России Владимир Путин предложил сделать гражданскую версию сверхзвукового самолёта на базе стратегического ракетоносца Ту-160. Спустя 45 лет после прекращения эксплуатации Ту-144 на пассажирских авиалиниях, в России вновь на официальном уровне говорят о необходимости создания гражданского сверхзвукового самолета. Новый гиперзвуковой самолет впервые испытан в полете и почти в пять раз превысил скорость звука. Теперь это должен быть сверхзвуковой самолет, то есть самолет, способный выполнять полет со скоростью, превышающей скорость звука на данном участке воздушного пространства. Гиперзвуковой полет займет диапазон высот 30–35 км, намного выше, чем у сверхзвуковых самолетов.
Гиперзвук: недостижимая мечта авиации
Российские учёные подготовили техническое предложение на демонстратор перспективного сверхзвукового гражданского самолёта (СГС) «Стриж». Когда заходит речь о сверхзвуковых или гиперзвуковых скоростях, вместо привычных большинству людей километров (или миль) в час начинают фигурировать какие-то странные «Махи». Например — «скорость самолета превысила 5,2 Маха». Главная цель разработчиков амбициозных проектов по запуску сверхзвуковых самолетов состояла в том, чтобы понять, как машине нового поколения перевозить до 300 пассажиров на скорости 2500 км/час. Самолет, движущийся со сверхзвуковой скоростью, создает в окружающем воздухе ударные волны, скачки воздушного давления.
Когда мы будем летать на сверхзвуковых самолётах? Это в 2 раза быстрее обычного
Возможно, решить эти проблемы удастся, перейдя от сверхзвуковых скоростей сразу к гиперзвуковым, на уровень 5–6 М – более 6000 км/ч. Экспериментальный сверхзвуковой реактивный самолет НАСА приближается к первому испытательному полету. NASA и компания Lockheed Martin официально представили экспериментальный сверхзвуковой самолет X-59 Quesst. Разработка европейского сверхзвукового самолета шла публично: макеты и концепты демонстрировали на выставках, а научные проблемы обсуждали в открытых журналах. Скорость X-59 достигнет 1488 км/ч, но благодаря дизайну не создаст хлопка, характерного для сверхзвуковых полетов. Этот экспериментальный самолет должен показать принципиальную способность пассажирского лайнера летать на сверхзвуковой скорости М = 1,42 (1510 км/ч), т. е. доказать приемлемость такого транспорта.
Сверхзвуковой самолёт NASA впервые взлетит в небо в 2024 году
Считается, что XB-1 имеет максимальную скорость Маха 2. Преемник Конкорда, прототип XB-1 пройдет испытания в следующем месяце. Испытания пройдут в Калифорнийском воздушно-космическом порту Мохаве в 2021 году. Вот что сообщили представители компании: «С XB-1 мы демонстрируем, что мы готовы вернуть сверхзвуковые самолеты. Мы гарантируем, что сверхзвуковое будущее безопасно, экологически и экономически устойчиво.
Так как самолет движется быстрее звука, сперва наблюдатель услышит хлопок и только после этого шум двигателя. Звуковой удар достигает наблюдателя 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. Сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144 Преимущество таких самолетов — это преодоление больших расстояний за короткий промежуток времени.
Ожидается, что эти деньги позволят нивелировать дефицит знаний и технологий в сфере гражданского сверхзвука. Значительный технический риск, а также отсутствие норм по допустимому уровню звукового удара и шума в районе аэропорта требуют развития, численной и экспериментальной отработки новых технических решений и технологий», — говорится в тендерной документации. Бесфорсажный режим Как заявили опрошенные RT эксперты, создание сверхзвукового гражданского самолёта представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Новый самолёт должен значительно превзойти машины первого поколения по уровню комфорта и экономичности. Речь идёт об англо-французском Concorde и советском Ту-144, которые были выведены из эксплуатации в 2003 и 1999 годах. Причинами отказа авиаперевозчиков от этих самолётов послужили аварии и высокая стоимость билетов. Для этого необходимо провести масштабные научно-исследовательские работы, чем, собственно, сейчас занимается российская авиастроительная отрасль», — отметил в разговоре с RT исполнительный директор агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев. Как пояснил эксперт, необходимо, чтобы СГС второго поколения был лёгким, относительно недорогим в производстве и эксплуатации самолётом. Помимо этого, он должен соответствовать требованиям шумности Международной организации гражданской авиации ICAO и высоким экологическим характеристикам. Силовые установки, которыми оснащены военные сверхзвуковые самолёты, и те, которые стояли на Concorde и Ту-144, объективно не соответствуют современным требованиям коммерческой авиации с точки зрения расхода топлива, стоимости эксплуатации и экологии», — констатировал Пантелеев. В комментарии RT заслуженный лётчик РФ, заместитель главного редактора журнала «Авиапанорама» Владимир Попов подчеркнул, что двигатели СГС должны работать несколько часов на бесфорсажном режиме. По его мнению, Россия способна изготовить такой силовой агрегат. На мой взгляд, гражданский сверхзвук ещё долго не будет массовым из-за дороговизны.
В 60-ых годах XX века появились два сверхзвуковых самолёта для регулярных пассажирских рейсов. Использование таких самолётов позволяло не только уменьшить время перелёта на дальние расстояния, но и использовать незанятые воздушные линии на высотах около 20 км. Высоты 9-12 км, которые использовали другие пассажирские лайнеры, были сильно загруженными. Самолёты будущего были запоминающимися: узкий вытянутый корпус с заострённым носом, длинные крылья, снизу — еле заметные двигатели угловатой формы. Почему Ту-144 и «Конкорд» перестали летать Можно назвать три основные причины, по которым сверхзвуковые самолёты больше не используются в гражданской авиации. Самолёт взорвался во время демонстрационного полёта и упал на жилые районы городка Гуссенвиль. Расследование продолжалось больше года, но точную причину так и не смогли определить. Комиссия установила, что все системы лайнера были работоспособны. Второй несчастный случай произошёл под Егорьевском в Московской области 23 мая 1978 года. Во время контрольного полёта на борту произошел пожар, и при посадке погибли 2 члена экипажа. Причиной стали недоработки топливной системы новых двигателей, а сам самолёт продемонстрировал хорошую управляемость и маневренность. Пилоты Ту-144 смогли посадить загоревшееся судно. После катастроф в Ле-Бурже и Подмосковье интерес государства к сверхзвуковым самолетам поугас. Коммерческих рейсов на них больше не было. Летом 2000 года произошла первая и единственная авария: у самолёта загорелся двигатель, и он рухнул на крышу отеля сразу после вылета из аэропорта Франции «Шарль Де Голль».
В США показали экспериментальный сверхзвуковой самолет X-59 QueSST
| Со скоростью звука | NASA и компания Lockheed Martin официально представили экспериментальный сверхзвуковой самолет X-59 Quesst. |
| Сверхзвук 2.0: когда появятся наследники «Конкорда» и Ту-144? | Губернатор Ростовской области Василий Голубев рассказал, что звуки были вызваны переходом самолета на сверхзвуковую скорость. |
| Новый российский сверхзвуковой самолет | Сегодня в 00:00 по московскому времени NASA и Lockheed Martin впервые показали экспериментальный сверхзвуковой самолёт проекта X-59. |
| Новый гиперзвуковой самолет впервые испытан в полете и почти в пять раз превысил скорость звука | Грохот в небе, от которого задрожали стекла и взвыли автомобильные сигнализации в Ростове и Батайске, — это следствие пролета над городами военного самолета на сверхзвуковой скорости. |
| Почему сверхзвуковые Concorde и Ту-144 больше не летают | NASA и компания Lockheed Martin официально представили экспериментальный сверхзвуковой самолет X-59 Quesst. |
«Новый Конкорд»: сверхзвуковой самолет с максимальной скоростью 2700 км/ч уже готов к испытаниям
По словам разработчиков, Overture ничем не будет напоминать сверхзвуковой Concorde, который летал с 1969 по 2003 год, цена билета на который достигала 20 000 долларов. Что же касается цены, то она, на первых порах, тоже не порадует: цена за билет из Нью-Йорка в Лондон будет достигать 5000 долларов. Но это только на первых порах, пока такие рейсы будут экзотикой. Но в дальнейшем, когда возникнет сеть сверхзвуковых линий, цены, как и в обычной авиации, будут падать лавинообразно. И вполне можно будет представить себе трансконтинентальный полёт по цене 100 долларов за билет. По подсчётам Блейка Шолля, производство СЗС— потенциальный рынок для 1000—2000 самолётов Boom в течение десяти лет с предполагаемой даты запуска в 2023 году. Шолль считает: если удастся убедить регуляторов в США и других странах отменить ограничения на сверхзвуковые полёты, объём рынка может быть ещё в два-три раза больше. United взяла на себя обязательство покупать самолёты, если Boom удастся их произвести, получить разрешения регулирующих органов и достичь других целей, таких как соблюдение требований устойчивого развития.
Проект активно поддерживает японская авиакомпания Japan Airlines JAL , которая уже заказала 20 самолётов и внесла предоплату. Опцию на 10 лайнеров приобрела и авиакомпания Virgin Atlantic Airways британского миллиардера Ричарда Брэнсона, причем в случае провала проекта она не может претендовать на возврат уплаченных миллионов долларов, а сумма двузначная. Но планы стартапа уже по крайней мере однажды срывались , и ему придется преодолеть множество препятствий, в том числе получить одобрение Федерального управления гражданской авиации и регулирующих органов других стран. Даже авторитетные производители спотыкались, представляя новые или модернизированные самолёты. Например, Boeing 737 Max был остановлен почти на два года после двух аварий. Громче «умных колонок» на руках подростков Что неясно, так это то решил ли Boom проблемы, которые заставили British Airways и Air France прекратить использование Concorde на трансатлантических рейсах — высокие затраты, проблемы с безопасностью и низкий спрос. А также звуковой удар и расход горючего.
Есть и еще кое-что — оглушительный шум на взлёте и посадке. Свист от самолётов первого поколения буквально разрывал воздух. Громкость двигателей можно снизить, увеличив диаметр, но вместе с габаритами вырастет сопротивление воздуха — самолёт будет потреблять больше топлива или вообще окажется не в состоянии преодолеть звуковой барьер. Чтобы новые самолёты соответствовали нынешним правилам, они должны быть тише СЗС первого поколения более чем в 16 раз. Для этого инженеры ищут новые технические решения, например, пытаются упрятать двигатели в конструкции самолёта, чтобы звук экранировался корпусом и не распространялся вниз к земле, но при этом не нарушать звукоизоляцию салона. К концу эксперимента в адрес FAA поступило около 10 тысяч жалоб на повреждение зданий.
Схема образования ударной волны 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. Интересно: Почему после взлета двигатели самолета затихают, и, кажется, что он падает? 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.
Такой перегрузки не было ни на одном гражданском авиалайнере. При отрыве от земли в салоне создавалось такое впечатление, что ноги существуют отдельно от головы. На протяжении полета человек испытывал длительную акустическую нагрузку. А чтобы услышать друг друга, людям приходилось разговаривать криком. Машина имела автономную систему навигации, и это значило, что на аэродром выходили без наведения и всякой ориентировки. В стекло для иллюминации было добавлено золото в целях защиты пассажиров от радиации при перелетах в стратосфере. Золотые нити имелись и в шторках кабины пилота. Каждый, кто летал на Ту-144 хотя бы раз, помнят какой взлетный шум стоял в салоне для пассажиров. Он исходил от двигателей и от системы кондиционеров. Кроме того, на протяжении всего расстояния работала система охлаждения, создающая дополнительную звуковую нагрузку. Быстрее всего звук распространяется в твердых телах. Если где-то самолет преодолел звуковой барьер, слышен грохот, похожий на взрыв. Сейчас жители Краснодарского края и Ростовской области ежедневно слышат такие хлопки: это работа нашей боевой авиации. При разгоне, звуковые колебания уплотняются, создавая ударную волну. С увеличением быстроты движения она принимает форму конуса. Это явление не кратковременное и сопровождает пилотов весь путь. К счастью летчикам не суждено оглохнуть от грохота. Чем быстрее передвигается воздушный транспорт, тем сильнее она воздействует на окружающую атмосферу. Как летают сверхзвуковые самолеты: сложность управления в широком скоростном диапазоне Двухконтурная компоновка хоть и была перспективной, но имела некоторые недостатки. Главным из них была невозможность поддержания крейсерской скорости. Пилоту приходилось постоянно держать включенный форсаж, что усиливало уровень шума, а также выводило показатели расхода топлива на совершенно невероятные отметки. Высокая температура Расположенные друг к другу вплотную, двигатели имели плохой отвод тепла, что приводило к сильному нагреву оболочки и всего хвоста. Их близость вызывала сильные вибрации, передающиеся в фюзеляж. Небольшая дальность полета Проблема расхода топлива оказалась куда сложнее.
На высоте уровня моря примерно 1230 километров в час будут соответствовать 1 М, а на высоте в десять километров 1 М — всего лишь 1070 километров в час. О гиперзвуке это не совсем верный термин, но мы будем его использовать начали говорить уже в начале 50-х годов, и тогда это казалось делом чуть ли не ближайшего десятилетия. Причины такого оптимизма были понятны. Буквально десять лет назад скорости в 600 километров в час казались большими. Прошло немного времени, и в 1946 году ракетный BellX-1 преодолел звуковой барьер. Ещё полдесятилетия — и в 1952 году BellX-2 взял барьер в 3 М, а Douglas Х-3 в том же году достиг 2 М на турбореактивных двигателях. Во второй половине 50-х появились первые серийные двухмаховые самолёты. И, как и ожидалось, в 1959 году ракетный Х-15 впервые совершил пилотируемый гиперзвуковой полёт. В дальнейшем на базе узлов Х-15 предполагалось создать испытательный самолёт Х-15D для отработки гиперзвуковых прямоточных двигателей. От изначального варианта не оставалось ничего, а название Х-15 использовали для упрощения получения финансирования Казалось бы, вот оно — пройдёт ещё лет пять, максимум десять, и гиперзвуковые аппараты встанут в серию. Благо по соседству ещё семимильными шагами развивалось ракетостроение, где гиперзвуковые скорости стали привычным делом, — много решений можно было почерпнуть оттуда. На чертёжных досках различных фирм появились наброски гиперзвуковых аппаратов: в основном разведчиков и бомбардировщиков — они как раз летают на больших высотах и не требуют особой манёвренности. Было много проектов и пассажирского гиперзвука: попасть в Нью-Йорк из Лондона за час с небольшим — крайне привлекательная идея. Гиперзвуковой многоцелевой самолёт от Republic, используемый в том числе в качестве первой ступени для космических аппаратов. Да, Х-15 летал на гиперзвуке — но имел ракетный двигатель и совершенно не умел маневрировать. Последнее было особо критично для любого серийного самолёта. И, как показали последующие испытания, с маневрированием на гиперзвуке всё было совсем плохо. Даже в линейном полёте нагрузки на конструкцию запредельные, а маневрирование при этом смертельно опасно. Любое повреждение теплозащиты — и самолёту конец. Но может, и не нужно это маневрирование? Проект многорежимного гиперзвукового грузового самолёта от Rolls Royce Различные режимы полёта многорежимного гиперзвукового грузового самолёта от Rolls Royce Пусть манёвры происходят на меньших скоростях, а на гиперзвуке полёт идёт только по прямой.
Эксперт: Россия через два года покажет новый гражданский сверхзвуковой авиалайнер
| Сверхзвуковой пассажирский самолет: что это такое, на какой высоте летают | Самолет, движущийся со сверхзвуковой скоростью, создает в окружающем воздухе ударные волны, скачки воздушного давления. |
| Звуковой удар похож на взрыв. Эксперт объяснил процесс перехода самолета на сверхзвук | 360° | Александр Иошпа, кандидат географических наук и преподаватель климатологии, выпускник Воронежского высшего военного авиационного инженерного училища, рассказал нашим коллегам из «ДОН 24», что происходит при переходе самолета на сверхзвуковую скорость и почему. |
| Почему сверхзвуковые Concorde и Ту-144 больше не летают | Росавиация подтвердила пролет сверхзвуковых самолетов, — сообщил губернатор Калужской области Владислав Шапша. |
Облететь планету за два часа: все, что известно о самом быстром реактивном самолете
| Ведущий «России 1» пытался понять, как летчики слышат диспетчера, когда самолёт на сверхзвуке | О концепте сверхзвукового самолета Virgin Galactic для перевозки пассажиров было рассказано на официальном сайте компании. |
| Ведущий «России 1» пытался понять, как летчики слышат диспетчера, когда самолёт на сверхзвуке | «При работе ТРД, использующего криогенное топливо, происходит разгон самолета до гиперзвуковой скорости. |