Багира

Пятница, 11 16th

Последнее обновлениеПт, 16 Нояб 2018 5am

Тайны истории и исторические загадки — Секретные архиви истории
Запретная история — Исторические тайны

С тех пор как сверхзвуковые гражданские самолёты сняли с эксплуатации в начале 2000-х, казалось, что судьба быстрых полётов предрешена навсегда. Однако сразу несколько компаний по всему миру в последние годы начали разрабатывать новые модели. Производители уверены, что скоро вновь можно будет перелететь Атлантический океан за 3 часа. Правда, у сверхзвуковых самолётов по-прежнему остаются серьёзные ограничения — и по шуму, и по экономичности. Так стоит ли игра свеч?

Гражданская авиация на сверхзвуке

Журнал: Тайны Вселенной №1(123), 2018
Рубрика: Космонавтика
Автор: Александр Степанов

Советско-европейские наработки

Фото: сверхзвуковой самолётКонструкторы начали мечтать о сверхбыстрых и комфортабельных пассажирских перелётах в 1950-х годах. Это было время невероятного научно-технического энтузиазма. Боевой авиации стали доступны полёты на сверхзвуковой скорости, а развитие реактивных двигателей шло очень быстро. Реализовать проект гражданского сверхзвукового самолёта удалось в 1970-х, когда начали полёты советский Ту-144 и англо-французский «Конкорд». При разработке обоих проектов были применены инновационные решения, никогда ранее не использовавшиеся в гражданской авиации. Так, например, в Ту-144 в распоряжении пилотов был даже аналог GPS-навигатора ПИНО (Проекционный Индикатор Навигационной Обстановки). На небольшой экран с диафильма проецировалась карта аэродрома, куда также проецировалась метка положения самолёта; географические координаты метки высчитывала автоматика, которая обрабатывала данные с систем радионавигации.
Казалось, что за подобными разработками будущее, но других сверхзвуковых лайнеров в мире построено так и не было. Ту-144 на пассажирских маршрутах использовали в общей сложности меньше года. «Конкорд» эксплуатировался до 2003 года, но им пользовались лишь несколько авиакомпаний преимущественно развитых стран.
Причины неудачи программы Ту-144 и «Конкорда» схожи, одна из них — дороговизна. Билет на французский лайнер из Парижа до Нью-Йорка обходился в 20 тысяч долларов в пересчёте на современные цены; полёт на Ту-144 также стоил дороже обычных авиабилетов в несколько раз. После того как советский лайнер сняли с гражданских маршрутов, он ещё какое-то время использовался в испытательных полётах — в том числе по контракту с НАСА. Были у сверхзвуковых самолётов и другие недостатки. Разобравшись в них, мы лучше поймём, какие есть перспективы у современных разработчиков и что они готовы предложить.

Много шума из ничего

Немаловажной проблемой стала высокая шумность подобных самолётов. Как известно, сверхзвуковая скорость — это движение быстрее звука. Скорость звука различается в зависимости от среды распространения и её температуры. Для простоты принято считать, что в нормальных условиях в воздухе она составляет 331 метр в секунду, или 1191 километр в час. В авиации для измерения скорости введено понятие числа Маха. Оно представляет собой отношение скорости течения газового потока к скорости звука в движущейся среде. Опять же для простоты одно число Маха принято считать равным 1,2 тысячи километров в час. На таких скоростях проблема шума весьма трудно устраняется, и для гражданского самолётостроения она является критической.

Знаете ли вы что…

Впервые звуковой барьер был преодолён в 1947 году американским лётчиком Чаком Йегером. После его полёта конструкторам пришлось решать массу новых задач, о которых они и не подозревали раньше — например, волнового кризиса и флаттера (эти явления проявляются сильными вибрациями и потерей управления на разных скоростях полёта).

Но именно с решения проблемы шума и началась новая волна интереса к сверхзвуковым самолётам. Проекты разных разработчиков называется по-разному (у НАСА это QueSST, у Японского агентства аэрокосмических исследований — D-SEND-2), но смысл один — надо таким образом рассчитать аэродинамику самолёта, чтобы он создавал как можно меньше шума при полёте.
Когда какой-либо объект движется в воздухе на скорости, превосходящей скорость звука, на перепадах его поверхности образуются ударные волны. В случае с самолётом ударные волны появляются на передних кромках его аэродинамических поверхностей. Суть разрабатываемых новых технологий сводится к решению двух задач. Первая заключается в производстве планера самолёта такой конструкции, которая бы создавала как можно меньшее количество ударных волн. Вторая — расчёт аэродинамики таким образом, чтобы ударные волны были менее интенсивными, а соответственно и звуковой удар не доставлял бы людям на земле дискомфорта. В НАСА уверяют, что технология QueSST поможет снизить интенсивность шума сверхзвукового авиалайнера до уровня мягких пульсаций. Недавно НАСА заключило контракт с компанией Lockheed Martin на создание тихого сверхзвукового авиалайнера, выделив ей на проект 20 миллионов долларов. На эскизное проектирование быстрого самолёта американская компания получила 17 месяцев. В июле 2015 года японское агентство уже испытало модель планера, сконструированного с применением технологии D-SEND 2. Испытания проводились на ракетном полигоне в Швеции и были признаны успешными.
Суть испытаний D-SEND 2 заключалась в том, чтобы сбросить планер без двигателей с воздушного шара с высоты 30,5 тысячи метров. Во время падения планер длиной 7,9 метра набрал скорость в 1,39 числа Маха. Он пролетел мимо расположенных на разной высоте привязных аэростатов с микрофонами. При этом производился не только замер интенсивности и числа ударных волн, но и анализ влияния состояния атмосферы на раннее их возникновение.
По оценке японского агентства, звуковой удар от летательных аппаратов, сопоставимых по размерам со сверхзвуковыми пассажирскими самолётами «Конкорд» и выполненных по схеме D-SEND 2, при полёте на сверхзвуковой скорости будет вдвое менее интенсивным, чем у англо-французского предка. От обычных планеров, выполненных по схеме продольного биплана (все классические пассажирские самолёты), D-SEND 2 отличается не осесимметричным расположением носовой части. Кроме того, киль аппарата смещён к носовой части, а горизонтальное хвостовое оперение выполнено цельноповоротным и имеет отрицательный угол установки по отношению к продольной оси планера. Это означает, что законцовки оперения находятся ниже точки крепления оперения, а не выше, как в обычных самолётах.

Топливный расход

И «Конкорд», и Ту-144 потерпели неудачу из-за неэкономичности и, как следствие этого, высоких цен на авиабилеты. Поэтому, чтобы разработать конкурентоспособный сверхзвуковой лайнер, необходимо произвести такой двигатель, который бы расходовал меньше топлива. В последнее время в этой сфере также был достигнут большой прогресс — благодаря редукторам, керамическим материалам и введению дополнительного воздушного контура двигатели дозвуковых самолётов уже стали намного экономичнее.
Со сверхзвуком всё гораздо сложнее. Например, европейский проект сверхзвукового/гиперзвукового (гиперзвуковыми называются самолёты, которые развивают скорость в районе 5 Махов) лайнера Zero Emission HyperSonic Transport (ZEHST) будет использовать два типа двигателей — турбореактивные и прямоточные. Удельный расход турбореактивных двигателей оценивается в 720 граммов на килограмм-силы в час. Прямоточные двигатели будут «жрать» ещё больше. Поэтому их планируется «кормить» смесью растительного биотоплива, водородом кислорода.

Конкуренция за сверхзвук

Несмотря на существующие ограничения, многие компании верят, что будущее за сверхзвуком. Например, испанская Aernnova совместно со Spike Aerospace создаёт «тихий» сверхзвуковой бизнес-джет S-512, способный летать на скорости в 1,6 Маха. Компания Aerion работает над бизнес-джетом AS2, который сможет летать на 1,5 числа Маха. Летом 2015 года европейский концерн Airbus запатентовал проект пассажирского гиперзвукового самолёта «Конкорд-2». На этот самолёт планируется устанавливать три типа двигателей. В передней части фюзеляжа будут размещаться обычные турбовентиляторные реактивные двигатели, под консолями крыла — гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели, а в хвостовой части — ракетные силовые установки. Каждый из двигателей должен участвовать в определённом этапе набора высоты и скорости полёта.
В том же проекте компания предложила элегантное решение полётов на сверхзвуковой скорости над населённой частью суши. Предполагается, что новый самолёт, если его когда-нибудь создадут в металле, будет набирать высоту и преодолевать звуковой барьер строго вертикально. Это означает, что все ударные волны от фюзеляжа будут расходиться параллельно земле и поверхности не достигнут. Дальше сверхзвуковой и гиперзвуковой полёт будут проходить на высоте 30-35 тысяч метров (против сегодняшних стандартных «пассажирских» десяти тысяч). С этой высоты ударные волны будут достигать поверхности уже значительно ослабленными и никому беспокойства не причинят. Есть и другие компании, работающие в этом направлении, например молодая фирма Boom Technologies. Все они верят, что у сверхзвуковой гражданской авиации есть будущее, а проблемы неудач Ту-144 и «Конкорда» по крайней мере частично решаемы. Но станут ли они массово востребованными или вновь будут достоянием избранных? Вопрос остаётся открытым.



Вконтакте



Facebook



Подписка на обновления

Введите ваш адрес:

Твиттер
Google+
Вы здесь: Главная Статьи Тайны истории Авиация Гражданская авиация на сверхзвуке