Υπερηχητικός επιβάτης. Υπερηχητικά αεροσκάφη - ιστορία ανάπτυξης υπερηχητικής πτήσης

Ακριβώς πριν από 15 χρόνια, τα τρία τελευταία υπερηχητικά επιβατικά αεροσκάφηΤο Concorde της British Airways έκανε την αποχαιρετιστήρια πτήση τους. Εκείνη την ημέρα, 24 Οκτωβρίου 2003, αυτά τα αεροσκάφη, πετώντας σε χαμηλό υψόμετρο πάνω από το Λονδίνο, προσγειώθηκαν στο Χίθροου και έτσι ολοκλήρωσαν τη σύντομη ιστορία της υπερηχητικής αεροπορίας επιβατών. Παρ 'όλα αυτά, σήμερα οι σχεδιαστές αεροσκαφών σε όλο τον κόσμο σκέφτονται ξανά τη δυνατότητα γρήγορων πτήσεων - από το Παρίσι στη Νέα Υόρκη σε 3,5 ώρες, από το Σίδνεϊ στο Λος Άντζελες σε 6 ώρες, από το Λονδίνο στο Τόκιο σε 5 ώρες. Αλλά πριν από τα υπερηχητικά αεροσκάφη επιστρέψουν στο διεθνές επιβατικές διαδρομές, οι προγραμματιστές θα πρέπει να λύσουν πολλά προβλήματα, μεταξύ των οποίων ένα από τα σημαντικότερα είναι η μείωση του θορύβου των οχημάτων ταχείας πτήσης.

Μια σύντομη ιστορία γρήγορων πτήσεων

Η επιβατική αεροπορία άρχισε να διαμορφώνεται τη δεκαετία του 1910, όταν εμφανίστηκε το πρώτο αεροσκάφος ειδικά σχεδιασμένο για να μεταφέρει ανθρώπους αεροπορικώς. Το πρώτο από αυτά ήταν η γαλλική Bleriot XXIV Limousine της Bleriot Aeronautique. Χρησιμοποιήθηκε για αεροπορικά ταξίδια αναψυχής. Δύο χρόνια αργότερα, το S-21 "Grand" εμφανίστηκε στη Ρωσία, που δημιουργήθηκε με βάση το βαρύ βομβαρδιστικό "Russian Knight" του Igor Sikorsky. Χτίστηκε στα Ρωσικά-Βαλτικά Μεταφορικά Έργα. Στη συνέχεια, η αεροπορία άρχισε να αναπτύσσεται με άλματα: πρώτα, άρχισαν πτήσεις μεταξύ πόλεων, στη συνέχεια μεταξύ χωρών και στη συνέχεια μεταξύ ηπείρων. Τα αεροπλάνα επέτρεψαν να φτάσουν στον προορισμό τους πιο γρήγορα από ό, τι με τρένο ή πλοίο.

Στη δεκαετία του 1950, η πρόοδος στην ανάπτυξη των κινητήρων τζετ επιταχύνθηκε σημαντικά και οι πτήσεις προς υπερηχητική ταχύτητα... Η υπερηχητική ταχύτητα συνήθως ονομάζεται κίνηση έως και πέντε φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου, η οποία αλλάζει ανάλογα με το μέσο διάδοσης και τη θερμοκρασία του. Σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας, ο ήχος ταξιδεύει με ταχύτητα 331 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, ή 1191 χιλιόμετρα την ώρα. Καθώς ανεβαίνετε, η πυκνότητα και η θερμοκρασία του αέρα μειώνονται και η ταχύτητα του ήχου μειώνεται επίσης. Για παράδειγμα, σε υψόμετρο 20 χιλιάδων μέτρων, είναι ήδη περίπου 295 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αλλά ήδη σε υψόμετρο περίπου 25 χιλιάδων μέτρων και καθώς ανεβαίνει σε περισσότερα από 50 χιλιάδες μέτρα, η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αρχίζει να αυξάνεται ελαφρώς σε σύγκριση με τα χαμηλότερα στρώματα και μαζί της αυξάνεται και η τοπική ταχύτητα του ήχου.

Η άνοδος της θερμοκρασίας σε αυτά τα υψόμετρα εξηγείται, μεταξύ άλλων, από την υψηλή συγκέντρωση όζοντος στον αέρα, που σχηματίζει ασπίδα του όζοντος και απορροφά μέρος της ηλιακής ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα του ήχου σε υψόμετρο 30 χιλιάδων μέτρων πάνω από τη θάλασσα είναι περίπου 318 μέτρα ανά δευτερόλεπτο και σε υψόμετρο 50 χιλιάδων - σχεδόν 330 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Στην αεροπορία, ο αριθμός Mach χρησιμοποιείται ευρέως για τη μέτρηση της ταχύτητας πτήσης. Με απλά λόγια, εκφράζει την τοπική ταχύτητα του ήχου για ένα συγκεκριμένο υψόμετρο, πυκνότητα και θερμοκρασία αέρα. Έτσι, η ταχύτητα μιας πτήσης υπό όρους, ίση με δύο αριθμούς Mach, στο επίπεδο της θάλασσας θα είναι 2383 χιλιόμετρα την ώρα και σε υψόμετρο 10 χιλιάδων μέτρων - 2157 χιλιόμετρα την ώρα. Για πρώτη φορά, ο Αμερικανός πιλότος Chuck Yeager ξεπέρασε το φράγμα του ήχου με ταχύτητα 1,04 Mach (1066 χιλιόμετρα την ώρα) σε υψόμετρο 12,2 χιλιάδων μέτρων το 1947. Αυτό ήταν ένα σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη υπερηχητικών πτήσεων.

Στη δεκαετία του 1950, οι σχεδιαστές αεροσκαφών σε πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο άρχισαν να εργάζονται σε έργα υπερηχητικών επιβατικών αεροσκαφών. Ως αποτέλεσμα, το γαλλικό Concorde και το σοβιετικό Tu-144 εμφανίστηκαν τη δεκαετία του 1970. Αυτά ήταν τα πρώτα και ακόμη τα μοναδικά υπερηχητικά επιβατικά αεροσκάφη στον κόσμο. Και οι δύο τύποι αεροσκαφών χρησιμοποίησαν συμβατικούς στροβιλοκινητήρες βελτιστοποιημένους για μακροχρόνιες υπερηχητικές πτήσεις. Τα Tu-144 λειτουργούσαν μέχρι το 1977. Τα αεροπλάνα πετούσαν με ταχύτητα 2,3 χιλιάδων χιλιομέτρων την ώρα και μπορούσαν να μεταφέρουν έως και 140 επιβάτες. Ωστόσο, τα εισιτήρια για τις πτήσεις τους κοστίζουν κατά μέσο όρο 2,5-3 φορές πιο ακριβά από το συνηθισμένο. Η χαμηλή ζήτηση για γρήγορες αλλά ακριβές πτήσεις, καθώς και γενικές δυσκολίες στη λειτουργία και τη συντήρηση του Tu-144 οδήγησαν στο γεγονός ότι απλώς αφαιρέθηκαν από επιβατικές πτήσεις. Ωστόσο, τα αεροσκάφη χρησιμοποιήθηκαν για αρκετό καιρό σε δοκιμαστικές πτήσεις, συμπεριλαμβανομένης της σύμβασης με τη NASA.

Το Concorde κράτησε πολύ περισσότερο - μέχρι το 2003. Οι πτήσεις με γαλλικά σκάφη ήταν επίσης ακριβές και δεν ήταν ιδιαίτερα δημοφιλείς, αλλά η Γαλλία και η Μεγάλη Βρετανία συνέχισαν να τις εκτελούν. Το κόστος ενός εισιτηρίου για μια τέτοια πτήση ήταν, σε σχέση με τις σημερινές τιμές, περίπου 20 χιλιάδες δολάρια. Το γαλλικό Concorde πέταξε με ταχύτητα λίγο πάνω από δύο χιλιάδες χιλιόμετρα την ώρα. Το αεροπλάνο θα μπορούσε να καλύψει την απόσταση από το Παρίσι στη Νέα Υόρκη σε 3,5 ώρες. Ανάλογα με τη διαμόρφωση, το Concorde θα μπορούσε να μεταφέρει από 92 έως 120 άτομα.

Η ιστορία των Concordes τελείωσε απότομα και γρήγορα. Το 2000, συνέβη το αεροπορικό δυστύχημα του Concorde, σκοτώνοντας 113 άτομα. Ένα χρόνο αργότερα, άρχισε μια κρίση στις αεροπορικές μεταφορές επιβατών που προκλήθηκαν από τις τρομοκρατικές επιθέσεις στις 11 Σεπτεμβρίου 2001 (δύο αεροσκάφη που απήχθησαν από τρομοκράτες με επιβάτες έπεσαν στους πύργους του κόσμου εμπορικό κέντροστη Νέα Υόρκη, ένα άλλο, το τρίτο - στο Πεντάγωνο στην κομητεία Άρλινγκτον, και το τέταρτο έπεσε σε ένα χωράφι κοντά στο Σάνκσβιλ στην Πενσυλβάνια). Στη συνέχεια, η περίοδος εγγύησης για τα αεροσκάφη Concorde, στα οποία συμμετείχε η Airbus, έληξε. Όλοι αυτοί οι παράγοντες σε συνδυασμό κατέστησαν τη λειτουργία υπερηχητικών επιβατικών αεροσκαφών εξαιρετικά ασύμφορη και το καλοκαίρι και το φθινόπωρο του 2003, η Air France και η British Airways διαγράψαν με τη σειρά τους όλα τα Concordes.

Μετά το κλείσιμο του προγράμματος Concorde το 2003, υπήρχε ακόμη ελπίδα για την επιστροφή των υπερηχητικών επιβατικών αεροσκαφών στην υπηρεσία. Οι σχεδιαστές ήλπιζαν για νέους κινητήρες με χαμηλή κατανάλωση καυσίμου, αεροδυναμικούς υπολογισμούς και συστήματα σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή που θα μπορούσαν να κάνουν τις υπερηχητικές πτήσεις οικονομικά προσιτές. Όμως, το 2006 και το 2008, ο Διεθνής Οργανισμός Πολιτικής Αεροπορίας υιοθέτησε νέα πρότυπα θορύβου αεροσκαφών που απαγορεύουν, μεταξύ άλλων, οποιαδήποτε υπερηχητική πτήση πάνω από κατοικημένες χερσαίες περιοχές Ειρηνική ώρα... Η απαγόρευση αυτή δεν ισχύει για αεροδιαδρόμους ειδικά σχεδιασμένους για στρατιωτική αεροπορία. Οι εργασίες για έργα για νέα υπερηχητικά αεροσκάφη έχουν σταματήσει, αλλά σήμερα άρχισαν να αποκτούν και πάλι δυναμική.

Quσυχο υπερηχητικό

Σήμερα, αρκετές επιχειρήσεις και κυβερνητικοί οργανισμοί σε όλο τον κόσμο ασχολούνται με την ανάπτυξη υπερηχητικών επιβατικών αεροσκαφών. Τέτοια έργα, συγκεκριμένα, πραγματοποιούνται από τις ρωσικές εταιρείες Sukhoi και Tupolev, το Κεντρικό Αεροϋδροδυναμικό Ινστιτούτο Zhukovsky, το γαλλικό Dassault, τον Ιαπωνικό Οργανισμό Αεροδιαστημικής Έρευνας, την ευρωπαϊκή εταιρεία Airbus, την αμερικανική Lockheed Martin και την Boeing, καθώς και αρκετές νεοσύστατες εταιρείες. , συμπεριλαμβανομένων των Aerion και Boom Technologies. Σε γενικές γραμμές, οι σχεδιαστές χωρίστηκαν υπό όρους σε δύο στρατόπεδα. Εκπρόσωποι του πρώτου από αυτούς πιστεύουν ότι δεν θα είναι δυνατό στο εγγύς μέλλον να αναπτυχθεί ένα "ήσυχο" υπερηχητικό αεροσκάφος που αντιστοιχεί στο επίπεδο θορύβου των υπερηχητικών γραμμών, πράγμα που σημαίνει ότι είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί ένας γρήγορος επιβάτης αεροσκάφος, η οποία θα μεταβεί σε υπερηχητική όπου επιτρέπεται. Αυτή η προσέγγιση, πιστεύουν οι σχεδιαστές από το πρώτο στρατόπεδο, θα συνεχίσει να μειώνει τον χρόνο πτήσης από το ένα σημείο στο άλλο.

Οι σχεδιαστές από το δεύτερο στρατόπεδο επικεντρώθηκαν κυρίως στην καταπολέμηση των κρουστικών κυμάτων. Κατά την πτήση με υπερηχητική ταχύτητα, το πλαίσιο του αεροπλάνου δημιουργεί πολλά κρουστικά κύματα, τα πιο σημαντικά από τα οποία προκύπτουν στη μύτη και στην περιοχή της ουράς. Επιπλέον, τα κρουστικά κύματα εμφανίζονται συνήθως στα άκρα και τα άκρα της πτέρυγας, στις άκρες της πτερύγιας, στις περιοχές των στροβιλιστών ροής και στις άκρες των εισαγωγών αέρα. Ένα κρουστικό κύμα είναι μια περιοχή στην οποία η πίεση, η πυκνότητα και η θερμοκρασία του μέσου βιώνουν ένα απότομο και ισχυρό άλμα. Οι παρατηρητές στο έδαφος αντιλαμβάνονται τέτοια κύματα ως ένα δυνατό χτύπημα ή ακόμη και μια έκρηξη - εξαιτίας αυτού απαγορεύονται οι υπερηχητικές πτήσεις πάνω από το κατοικημένο τμήμα της ξηράς.

Η επίδραση μιας έκρηξης ή ενός πολύ δυνατού ποπ παράγεται από τα λεγόμενα κρουστικά κύματα τύπου Ν που δημιουργούνται από βόμβα ή υπερηχητικό ανεμόπτερο μαχητικού. Στο γράφημα της αύξησης της πίεσης και της πυκνότητας, τέτοια κύματα μοιάζουν με το γράμμα Ν του λατινικού αλφαβήτου λόγω της απότομης αύξησης της πίεσης στο μέτωπο του κύματος με απότομη πτώση της πίεσης μετά από αυτό και επακόλουθη ομαλοποίηση. Σε εργαστηριακά πειράματα, οι ερευνητές της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης διαπίστωσαν ότι η αλλαγή του σχήματος του ατράκτου μπορεί να εξομαλύνει κορυφές στο γράφημα των κρουστικών κυμάτων, μετατρέποντάς το σε κύμα τύπου S. Ένα τέτοιο κύμα έχει μια ομαλή και όχι τόσο σημαντική πτώση πίεσης όπως στο κύμα Ν. Οι ειδικοί της NASA πιστεύουν ότι τα κύματα S θα γίνουν αντιληπτά από τους παρατηρητές ως ένα μακρινό χτύπημα της πόρτας ενός αυτοκινήτου.

Ν-κύμα (κόκκινο) πριν από την αεροδυναμική βελτιστοποίηση ενός υπερηχητικού ανεμόπτερου και ομοιότητα του κύματος S μετά τη βελτιστοποίηση

Το 2015, Ιάπωνες σχεδιαστές συγκέντρωσαν το μη επανδρωμένο ανεμοπλάνο D-SEND 2, του οποίου το αεροδυναμικό σχήμα σχεδιάστηκε με τέτοιο τρόπο ώστε να μειώνει τον αριθμό των κρουστικών κυμάτων που προκύπτουν πάνω του και την έντασή τους. Τον Ιούλιο του 2015, οι προγραμματιστές δοκίμασαν το ανεμοπλάνο στο χώρο δοκιμών πυραύλων Esrange στη Σουηδία και σημείωσαν σημαντική μείωση της ποσότητας των κρουστικών κυμάτων που δημιουργούνται στην επιφάνεια του νέου ανεμοπλάνου. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, το D-SEND 2, το οποίο δεν ήταν εξοπλισμένο με κινητήρες, έπεσε από αερόστατο θερμού αέρααπό ύψος 30,5 χιλιάδων μέτρων. Κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου, το ανεμόπτερο 7,9 μέτρων απέκτησε ταχύτητα στα 1,39 Mach και πέταξε δίπλα από δεμένα μπαλόνια εξοπλισμένα με μικρόφωνα σε διαφορετικά ύψη. Ταυτόχρονα, οι ερευνητές μέτρησαν όχι μόνο την ένταση και τον αριθμό των κρουστικών κυμάτων, αλλά επίσης ανέλυσαν την επίδραση της κατάστασης της ατμόσφαιρας στην πρώιμη εμφάνισή τους.

Σύμφωνα με το ιαπωνικό πρακτορείο, η ηχητική έκρηξη από αεροσκάφη συγκρίσιμα σε μέγεθος με τα υπερηχητικά επιβατικά αεροσκάφη Concorde και κατασκευασμένα σύμφωνα με το σχέδιο D-SEND 2, όταν πετάμε με υπερηχητική ταχύτητα, θα είναι μισή πιο έντονη από πριν. Από συμβατικά ανεμόπτερα σύγχρονα αεροσκάφηΤο ιαπωνικό D-SEND 2 έχει μια μη-συμμετρική μύτη. Η καρίνα της συσκευής μετατοπίζεται στη μύτη και το οριζόντιο συγκρότημα της ουράς γυρίζει ολοσχερώς και έχει αρνητική γωνία τοποθέτησης σε σχέση με τον διαμήκη άξονα του πλαισίου του αεροσκάφους, δηλαδή τα άκρα της ουράς βρίσκονται κάτω από το σημείο στερέωσης και όχι παραπάνω, ως συνήθως. Το φτερό του ανεμοπλάνου έχει μια κανονική σάρωση, αλλά είναι κλιμακωτό: ταιριάζει ομαλά με την άτρακτο και μέρος της μπροστινής του άκρης βρίσκεται στην άτρακτο υπό οξεία γωνία, αλλά πιο κοντά στο άκρο που ακολουθεί αυτή η γωνία αυξάνεται κατακόρυφα.

Ένα παρόμοιο σχέδιο δημιουργείται αυτή τη στιγμή από την αμερικανική υπερηχητική νεοσύστατη εταιρεία Aerion και αναπτύχθηκε από την Lockheed Martin που παραγγέλθηκε από τη NASA. Με έμφαση στη μείωση του αριθμού και της έντασης των κρουστικών κυμάτων, σχεδιάζεται επίσης το ρωσικό (Supersonic Business Aircraft / Supersonic Passenger Aircraft). Ορισμένα από τα έργα ταχείων επιβατικών αεροσκαφών αναμένεται να ολοκληρωθούν το πρώτο εξάμηνο της δεκαετίας του 2020, αλλά οι κανονισμοί αεροπορίας δεν θα αναθεωρηθούν μέχρι τότε. Αυτό σημαίνει ότι το νέο αεροσκάφος θα εκτελεί αρχικά υπερηχητικές πτήσεις μόνο πάνω από το νερό. Το γεγονός είναι ότι για να αρθεί ο περιορισμός των υπερηχητικών πτήσεων σε κατοικημένη γη, οι προγραμματιστές θα πρέπει να πραγματοποιήσουν πολλές δοκιμές και να υποβάλουν τα αποτελέσματά τους στις αεροπορικές αρχές, συμπεριλαμβανομένης της Ομοσπονδιακής Υπηρεσίας Αεροπορίας των ΗΠΑ και της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Ασφάλειας της Αεροπορίας.

S-512 / Spike Aerospace

Νέοι κινητήρες

Οι κινητήρες είναι ένα άλλο σοβαρό εμπόδιο στη δημιουργία ενός σειριακού υπερηχητικού αεροσκάφους επιβατών. Οι σχεδιαστές έχουν ήδη βρει πολλούς τρόπους για να κάνουν τους κινητήρες turbojet πιο οικονομικούς από ό, τι ήταν πριν από δέκα έως είκοσι χρόνια. Αυτή είναι η χρήση κιβωτίων ταχυτήτων που αφαιρούν την άκαμπτη σύζευξη του ανεμιστήρα και του στροβίλου στον κινητήρα και η χρήση κεραμικών σύνθετων υλικών, που επιτρέπουν τη βελτιστοποίηση της ισορροπίας θερμοκρασίας στη θερμή ζώνη του σταθμού παραγωγής ενέργειας, ακόμη και την εισαγωγή ενός πρόσθετο - τρίτο - κύκλωμα αέρα επιπλέον των δύο ήδη υπάρχοντων, εσωτερικό και εξωτερικό. Στον τομέα της δημιουργίας οικονομικών υποηχητικών κινητήρων, οι σχεδιαστές έχουν ήδη επιτύχει τεράστια αποτελέσματα και οι τρέχουσες νέες εξελίξεις υπόσχονται σημαντικές εξοικονομήσεις. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για την πολλά υποσχόμενη έρευνα στο υλικό μας.

Όμως, παρά όλες αυτές τις εξελίξεις, είναι ακόμα δύσκολο να χαρακτηριστεί η υπερηχητική πτήση οικονομική. Για παράδειγμα, το πολλά υποσχόμενο υπερηχητικό επιβατικό αεροσκάφος της εκκίνησης της Boom Technologies θα λάβει τρεις στροβιλοκινητήρες της οικογένειας JT8D από την Pratt & Whitney ή J79 από την GE Aviation. Στην πτήση κρουαζιέρας, η συγκεκριμένη κατανάλωση καυσίμου αυτών των κινητήρων είναι περίπου 740 γραμμάρια ανά κιλό-δύναμη την ώρα. Σε αυτή την περίπτωση, ο κινητήρας J79 μπορεί να εφοδιαστεί με μετακαυστήρα, ο οποίος αυξάνει την κατανάλωση καυσίμου σε δύο κιλά ανά κιλό-δύναμη την ώρα. Αυτή η κατανάλωση είναι συγκρίσιμη με την κατανάλωση καυσίμου των κινητήρων, για παράδειγμα, του μαχητικού Su-27, τα καθήκοντα του οποίου διαφέρουν σημαντικά από τη μεταφορά επιβατών.

Για σύγκριση, η συγκεκριμένη κατανάλωση καυσίμου των μοναδικών παγκοσμίως σειριακών κινητήρων ανεμιστήρα turboprop D-27 που έχουν εγκατασταθεί στο ουκρανικό μεταφορικό αεροσκάφος An-70 είναι μόνο 140 γραμμάρια ανά κιλό-δύναμη ανά ώρα. Ο αμερικανικός κινητήρας CFM56, «κλασικός» των αεροσκαφών Boeing και Airbus, έχει συγκεκριμένη κατανάλωση καυσίμου 545 γραμμάρια ανά κιλό-δύναμη την ώρα. Αυτό σημαίνει ότι χωρίς σημαντική επανεξέταση του σχεδιασμού των κινητήρων των αεροσκαφών, οι υπερηχητικές πτήσεις δεν θα γίνουν αρκετά φθηνές για να διαδοθούν και θα έχουν ζήτηση μόνο στην επιχειρηματική αεροπορία - η υψηλή κατανάλωση καυσίμου οδηγεί σε υψηλότερες τιμές εισιτηρίων. Δεν θα λειτουργήσει επίσης για τη μείωση του υψηλού κόστους των υπερηχητικών αερομεταφορών σε όγκους - τα αεροσκάφη που σχεδιάζονται σήμερα έχουν σχεδιαστεί για να μεταφέρουν από 8 έως 45 επιβάτες. Τα συνηθισμένα αεροπλάνα μπορούν να φιλοξενήσουν περισσότερους από εκατό ανθρώπους.

Ωστόσο, στις αρχές Οκτωβρίου του τρέχοντος έτους, η GE Aviation σχεδίασε έναν νέο κινητήρα τζετ ανεμιστήρων Affinity. Αυτοί οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας σχεδιάζονται να τοποθετηθούν στο πολλά υποσχόμενο υπερηχητικό επιβατικό αεροσκάφος AS2 της Aerion. Ο νέος σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδυάζει εποικοδομητικά τα χαρακτηριστικά των κινητήρων τζετ με χαμηλό λόγο παράκαμψης για μαχητικά αεροσκάφη και σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με υψηλό λόγο παράκαμψης για επιβατικά αεροσκάφη. Ταυτόχρονα, δεν υπάρχουν νέες και πρωτοποριακές τεχνολογίες στο Affinity. Ο νέος κινητήρας έχει ταξινομηθεί από την GE Aviation ως σταθμό ηλεκτροπαραγωγής μεσαίας παράκαμψης.

Ο κινητήρας βασίζεται σε μια τροποποιημένη γεννήτρια αερίου turbofan CFM56, η οποία, με τη σειρά της, βασίζεται δομικά στη γεννήτρια αερίου από το F101, το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας για τα υπερηχητικά βομβαρδιστικά B-1B Lancer. Power pointθα λάβει ένα αναβαθμισμένο ηλεκτρονικό σύστημα διαχείρισης ψηφιακού κινητήρα με πλήρη ευθύνη. Οι προγραμματιστές δεν αποκάλυψαν λεπτομέρειες σχετικά με τον σχεδιασμό του πολλά υποσχόμενου κινητήρα. Ωστόσο, η GE Aviation αναμένει ότι η συγκεκριμένη κατανάλωση καυσίμου των κινητήρων Affinity δεν θα είναι πολύ υψηλότερη ή ακόμη και συγκρίσιμη με την κατανάλωση καυσίμου των σύγχρονων στροβιλοκινητήρων συμβατικών επιβατικών υποηχητικών αεροσκαφών. Το πώς θα επιτευχθεί αυτό για την υπερηχητική πτήση δεν είναι σαφές.

Boom / Boom Technologies

Εργα

Παρά τα πολλά έργα υπερηχητικών επιβατικών αεροσκαφών στον κόσμο (συμπεριλαμβανομένου ακόμη και του μη πραγματοποιήσιμου σχεδίου μετατροπής του στρατηγικού βομβαρδιστικού Tu-160 σε επιβατικό υπερηχητικό αεροπλάνο που πρότεινε ο Ρώσος πρόεδρος Βλαντιμίρ Πούτιν), το AS2 της αμερικανικής νεοσύστατης εταιρείας Aerion, S-512, μπορεί να θεωρηθεί το πλησιέστερο σε δοκιμές πτήσης και παραγωγή μικρής κλίμακας.Spanic Spike Aerospace and Boom American Boom Technologies. Έχει προγραμματιστεί ότι ο πρώτος θα πετάξει με ταχύτητα 1,5 Mach, ο δεύτερος - αριθμός 1,6 Mach και ο τρίτος - 2,2 Mach. Το αεροσκάφος Χ-59, που δημιουργήθηκε από τη Lockheed Martin με εντολή της NASA, θα είναι επίδειξη τεχνολογίας και ιπτάμενο εργαστήριο, δεν προβλέπεται να το ξεκινήσει στην παραγωγή.

Η Boom Technologies έχει ήδη ανακοινώσει ότι θα προσπαθήσει να κάνει τις πτήσεις με υπερηχητικά αεροσκάφη πολύ φθηνές. Για παράδειγμα, η Boom Technologies εκτίμησε το κόστος μιας πτήσης στο δρομολόγιο Νέα Υόρκη - Λονδίνο σε πέντε χιλιάδες δολάρια. Αυτό είναι το πόσο κοστίζει σήμερα η πτήση αυτής της διαδρομής σε business class μιας συνηθισμένης υπερηχητικής γραμμής. Το Liner Boom πάνω από κατοικημένη γη θα πετάξει με υποηχητική ταχύτητα και θα πάει υπερηχητικά πάνω από τον ωκεανό. Το αεροσκάφος με μήκος 52 μέτρα και άνοιγμα φτερών 18 μέτρα θα μπορεί να μεταφέρει έως και 45 επιβάτες. Μέχρι το τέλος του 2018, η Boom Technologies σχεδιάζει να επιλέξει ένα από τα πολλά νέα αεροσκάφη για υλοποίηση σε μέταλλο. Η πρώτη πτήση του σκάφους προγραμματίζεται για το 2025. Η εταιρεία έχει αναβάλει αυτούς τους όρους. Το Boom είχε αρχικά προγραμματιστεί να απογειωθεί το 2023.

Σύμφωνα με τους προκαταρκτικούς υπολογισμούς, το μήκος του αεροσκάφους AS2, σχεδιασμένο για 8-12 επιβάτες, θα είναι 51,8 μέτρα και το άνοιγμα των φτερών - 18,6 μέτρα. Το μέγιστο βάρος απογείωσης ενός υπερηχητικού αεροσκάφους θα είναι 54,8 τόνοι. Το AS2 θα πετάξει πάνω από το νερό με ταχύτητα κρουαζιέρας 1,4-1,6 Mach, επιβραδύνοντας σε 1,2 από τη στεριά. Μια ελαφρώς χαμηλότερη ταχύτητα πτήσης πάνω από τη στεριά, σε συνδυασμό με ένα ειδικό αεροδυναμικό σχήμα του ανεμοπλάνου, θα επιτρέψει, όπως περιμένουν οι προγραμματιστές, να αποφύγουν σχεδόν εντελώς τον σχηματισμό κρουστικών κυμάτων. Το εύρος πτήσης του αεροσκάφους με ταχύτητα 1,4 Mach θα είναι 7,8 χιλιάδες χιλιόμετρα και 10 χιλιάδες χιλιόμετρα - με ταχύτητα 0,95 Mach. Η πρώτη πτήση του αεροσκάφους έχει προγραμματιστεί για το καλοκαίρι του 2023 και η πρώτη υπερατλαντική πτήση θα πραγματοποιηθεί τον Οκτώβριο του ίδιου έτους. Οι προγραμματιστές του θα συμπέσουν με την 20ή επέτειο της τελευταίας πτήσης του Concorde.

Τέλος, η Spike Aerospace σχεδιάζει να ξεκινήσει δοκιμές πτήσης ενός πλήρους πρωτοτύπου S-512 το αργότερο έως το 2021. Οι παραδόσεις των πρώτων αεροσκαφών παραγωγής στους πελάτες έχουν προγραμματιστεί για το 2023. Σύμφωνα με το έργο, το S-512 θα μπορεί να μεταφέρει έως και 22 επιβάτες με ταχύτητες έως 1,6 Mach. Το εύρος πτήσης αυτού του αεροσκάφους θα είναι 11,5 χιλιάδες χιλιόμετρα. Από τον Οκτώβριο του περασμένου έτους, η Spike Aerospace διαθέτει αρκετά μικρά μοντέλα υπερηχητικών αεροσκαφών. Σκοπός τους είναι να δοκιμάσουν τον σχεδιασμό και την αποτελεσματικότητα των χειριστηρίων πτήσης. Και τα τρία πολλά υποσχόμενα επιβατικά αεροσκάφη κατασκευάζονται με έμφαση σε ένα ειδικό αεροδυναμικό σχήμα που θα μειώσει την ένταση των κρουστικών κυμάτων που δημιουργούνται κατά την υπερηχητική πτήση.

Το 2017, ο όγκος των αερομεταφορών μεταφορά επιβατώνπαγκοσμίως ανέρχονταν σε τέσσερα δισεκατομμύρια άτομα, εκ των οποίων τα 650 εκατομμύρια πραγματοποιούσαν μακρινές πτήσεις από 3,7 έως 13 χιλιάδες χιλιόμετρα. 72 εκατομμύρια επιβάτες μεγάλης εμβέλειας πέταξαν στην πρώτη και τη business class. Είναι αυτοί οι 72 εκατομμύρια άνθρωποι που στοχεύουν καταρχήν οι προγραμματιστές υπερηχητικών επιβατικών αεροσκαφών, πιστεύοντας ότι θα πληρώσουν με χαρά λίγα περισσότερα χρήματα για την ευκαιρία να περάσουν περίπου το μισό χρόνο στον αέρα από το συνηθισμένο. Ωστόσο, υπερηχητικά επιβατική αεροπορίαείναι πιθανό να αρχίσει να αναπτύσσεται ενεργά μετά το 2025. Το γεγονός είναι ότι οι ερευνητικές πτήσεις του εργαστηρίου X-59 θα ξεκινήσουν μόνο το 2021 και θα διαρκέσουν για αρκετά χρόνια.

Αποτελέσματα έρευνας που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια των πτήσεων X-59, συμπεριλαμβανομένων και των πάνω οικισμοί- από εθελοντές (οι κάτοικοί τους συμφώνησαν να φέρουν υπερηχητικά αεροπλάνα πάνω τους τις καθημερινές · μετά τις πτήσεις, οι παρατηρητές θα ενημερώσουν τους ερευνητές για την αντίληψή τους για τον θόρυβο), σχεδιάζεται να υποβληθεί στην Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Αεροπορίας των ΗΠΑ για εξέταση. Όπως ήταν αναμενόμενο, στη βάση τους, μπορεί να αναθεωρήσει την απαγόρευση υπερηχητικών πτήσεων σε κατοικημένη γη, αλλά αυτό δεν θα συμβεί μέχρι το 2025.

Βασίλι Σίτσεφ

Μ = 1,2-5).

Συλλογικό YouTube

• 1 / 5

  Σήμερα, εμφανίζονται νέα αεροσκάφη, συμπεριλαμβανομένων αυτών που κατασκευάζονται με την τεχνολογία Stealth.

  Επιβατικά υπερηχητικά αεροσκάφη

  Μόνο δύο υπερηχητικά επιβατικά αεροσκάφη μαζικής παραγωγής είναι γνωστό ότι αποδίδουν τακτικές πτήσεις: Σοβιετικό αεροσκάφος Tu -144, το οποίο πραγματοποίησε την πρώτη του πτήση στις 31 Δεκεμβρίου 1968 και ήταν σε υπηρεσία από το 1978 έως το 1978 και ολοκληρώθηκε δύο μήνες αργότερα - στις 2 Μαρτίου 1969 - την πρώτη του πτήση με το αγγλο -γαλλικό Concorde (γαλλικό Concorde - "συγκατάθεση"), ο οποίος πραγματοποίησε υπερατλαντικές πτήσεις από το 2003 έως το 2003. Η λειτουργία τους κατέστησε δυνατή όχι μόνο τη σημαντική μείωση του χρόνου πτήσης σε πτήσεις μεγάλων αποστάσεων, αλλά και τη χρήση μη εκφορτωμένου εναέριου χώρου σε μεγάλα υψόμετρα (≈18 χλμ.), Ενώ ο κύριος εναέριος χώρος που χρησιμοποιούσαν τα σκάφη (υψόμετρα 9-12 χλμ.) Ήταν ήδη ισχυρά εκείνα τα χρόνια.φορτωμένος. Επίσης, υπερηχητικά αεροσκάφη πετούσαν σε ευθείες διαδρομές (έξω από τους αεραγωγούς).

  Παρά την αποτυχία υλοποίησης αρκετών άλλων προηγούμενων και υπαρχόντων έργων επιβατικών υπερηχητικών και υπερηχητικών αεροσκαφών (Boeing 2707, Boeing Sonic Cruiser, Douglas 2229, Lockheed L-2000, Tu-244, Tu-344, Tu-444, SSBJ, κ.λπ.) Και η απόσυρση από τη λειτουργία του αεροσκάφους των δύο υλοποιημένων έργων αναπτύχθηκε νωρίτερα και υπάρχουν σύγχρονα έργα υπερηχητικών (συμπεριλαμβανομένων των υποθαλάσσιων) επιβατικών αεροπλάνων (για παράδειγμα, ZEHST, SpaceLiner) και στρατιωτικών μεταφορών (προσγείωσης) αεροσκαφών ταχείας απόκρισης. Το επιβατικό αεροσκάφος Aerion AS2 υπό ανάπτυξη παραγγέλθηκε τον Νοέμβριο του 2015 για 20 μονάδες συνολικού κόστους 2,4 δισεκατομμυρίων δολαρίων, με τις παραδόσεις να ξεκινούν το 2023.

  Θεωρητικά προβλήματα

  Η πτήση με υπερηχητική ταχύτητα, σε αντίθεση με την υποηχητική, πραγματοποιείται υπό συνθήκες διαφορετικής αεροδυναμικής, αφού όταν το αεροσκάφος φτάσει την ταχύτητα του ήχου, η αεροδυναμική της ροής αλλάζει ποιοτικά, γεγονός που αυξάνει απότομα την αεροδυναμική αντίσταση και την κινητική θέρμανση της δομής αυξάνεται από την τριβή του εισερχόμενου ρεύματος αέρα με μεγάλη ταχύτητα., η αεροδυναμική εστίαση αλλάζει, γεγονός που οδηγεί στην απώλεια της σταθερότητας και του ελέγχου του αεροσκάφους. Επιπλέον, ένα τέτοιο φαινόμενο, άγνωστο πριν από τη δημιουργία του πρώτου υπερηχητικού αεροσκάφους, εκδηλώθηκε ως "ολίσθηση κύματος".

  Ως εκ τούτου, η επίτευξη της ταχύτητας του ήχου και η αποτελεσματική σταθερή πτήση σε κοντινές και υπερηχητικές ταχύτητες ήταν αδύνατη λόγω μιας απλής αύξησης της ισχύος του κινητήρα - απαιτούνταν νέες σχεδιαστικές λύσεις. Ως αποτέλεσμα, η εμφάνιση του αεροσκάφους άλλαξε: εμφανίστηκαν χαρακτηριστικές ευθείες, αιχμηρές γωνίες, σε αντίθεση με τις "ομαλές" μορφές υποηχητικών αεροσκαφών.

  Πρέπει να σημειωθεί ότι το πρόβλημα της δημιουργίας ενός αποτελεσματικού υπερηχητικού αεροσκάφους δεν μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει λυθεί μέχρι τώρα. Οι δημιουργοί πρέπει να συμβιβαστούν μεταξύ της απαίτησης για αύξηση της ταχύτητας και διατήρηση αποδεκτών χαρακτηριστικών απογείωσης και προσγείωσης. Έτσι, η κατάκτηση νέων συνόρων σε ταχύτητα και υψόμετρο από την αεροπορία συνδέεται όχι μόνο με τη χρήση ενός πιο προηγμένου ή θεμελιωδώς νέου συστήματος πρόωσης και μιας νέας δομικής διάταξης των αεροσκαφών, αλλά και με τις αλλαγές στη γεωμετρία τους κατά την πτήση. Τέτοιες αλλαγές, ενώ βελτιώνουν τα χαρακτηριστικά του αεροσκάφους σε υψηλές ταχύτητες, δεν πρέπει να υποβαθμίζουν την ποιότητά τους σε χαμηλές ταχύτητες και το αντίστροφο. Πρόσφατα, οι δημιουργοί αρνούνται να μειώσουν την περιοχή των φτερών και το σχετικό πάχος των προφίλ τους, καθώς και να αυξήσουν τη γωνία σάρωσης των πτερυγίων σε αεροσκάφη με μεταβλητή γεωμετρία, επιστρέφοντας στα φτερά μικρού σάρωσης και μεγάλου σχετικού πάχους, εάν είναι ικανοποιητικές τιμές της μέγιστης ταχύτητας και της πρακτικής οροφής έχουν ήδη επιτευχθεί. Σε μια τέτοια περίπτωση, θεωρείται σημαντικό το υπερηχητικό αεροσκάφος να έχει καλή απόδοση πτήσης σε χαμηλές ταχύτητες και χαμηλή οπισθέλκουσα σε υψηλές ταχύτητες, ειδικά σε χαμηλά υψόμετρα.

  Ένα παράδειγμα υφιστάμενων έργων υπερηχητικών αεροσκαφών.

  Σήμερα θα ξεκινήσω με μια σύντομη εισαγωγή.

  Σε αυτόν τον ιστότοπο έχω ήδη ιπτάμενα αεροσκάφη. Δηλαδή, έχει έρθει η ώρα από καιρό να γράψω κάτι και για αυτό υπερηχητικός, ειδικά αφού υποσχέθηκα ότι θα το κάνω :-). Τις προάλλες ανέλαβα δουλειά με πολύ ζήλο, αλλά συνειδητοποίησα ότι το θέμα ήταν τόσο ενδιαφέρον όσο και ογκώδες.

  Πρόσφατα τα άρθρα μου δεν λάμπουν με συντομία, δεν ξέρω αν αυτό είναι πλεονέκτημα ή μειονέκτημα :-). Και το θέμα για το θέμα " υπερηχητικός"Απειλήθηκε να γίνει ακόμη περισσότερο και δεν είναι γνωστό πόσο καιρό θα έπρεπε να το" δημιουργήσω ":-).

  Έτσι αποφάσισα να δοκιμάσω και να φτιάξω μερικά άρθρα. Ένα είδος μικρής σειράς (περίπου τρεις ή τέσσερις), στις οποίες κάθε στοιχείο θα είναι αφιερωμένο σε μία ή δύο έννοιες για το θέμα υπερηχητικές ταχύτητες... Και θα είναι πιο εύκολο για μένα, και θα σφυροκοπήσω λιγότερο τα κεφάλια των αναγνωστών μου :-), και το Yandex και η Google θα είναι πιο υποστηρικτικά (κάτι που είναι σημαντικό, καταλαβαίνετε και εσείς :-)). Λοιπόν, τι θα προκύψει για να κρίνουμε, φυσικά, εσύ ..

  ********************

  Ας μιλήσουμε λοιπόν σήμερα για την υπερηχητική και υπερηχητικά αεροσκάφη... Η ίδια η έννοια του « υπερηχητικός«Στη γλώσσα μας (ακόμη περισσότερο σε υπερθετικό βαθμό) αναβοσβήνει πολύ πιο συχνά από τον όρο« υποηχητικό ».

  Από τη μία πλευρά, αυτό είναι, σε γενικές γραμμές, κατανοητό. Τα υποηχητικά αεροσκάφη έχουν γίνει από καιρό κάτι εντελώς συνηθισμένο στη ζωή μας. ΕΝΑ υπερηχητικά αεροσκάφη, αν και πετούν στον εναέριο χώρο εδώ και 65 χρόνια, εξακολουθούν να φαίνονται κάτι το ιδιαίτερο, ενδιαφέρον και αξίζουν αυξημένης προσοχής.

  Από την άλλη πλευρά, αυτό είναι αρκετά δίκαιο. Άλλωστε, πτήσεις προς υπερηχητικός- αυτό είναι, θα μπορούσε να πει κανείς, μια ξεχωριστή περιοχή κίνησης που κλείνεται από ένα συγκεκριμένο φράγμα. Ωστόσο, οι άπειροι άνθρωποι μπορεί κάλλιστα να έχουν μια ερώτηση: «Τι, στην πραγματικότητα, είναι τόσο εξαιρετικό σε αυτό το υπερήχο; Τι διαφορά έχει όταν ένα αεροπλάνο πετά με ταχύτητα 400 km / h ή 1400 km / h; Δώστε του έναν πιο ισχυρό κινητήρα και όλα θα πάνε καλά! " Στην αυγή της ανάπτυξής της, η αεροπορία βρισκόταν σε αυτή τη σημασιολογική θέση περίπου.

  Η ταχύτητα ήταν πάντα το απόλυτο όνειρο και αρχικά αυτές οι φιλοδοξίες υλοποιήθηκαν με επιτυχία. Inδη το 1945, ο δοκιμαστικός πιλότος της εταιρείας Messerschmitt L. Hoffmann σε οριζόντια πτήση σε ένα από τα πρώτα αεροσκάφη στον κόσμο με κινητήρες τζετ, ME-262, έφτασε ταχύτητα 980 km / h σε οριζόντια πτήση σε υψόμετρο 7200 m.

  

  Ωστόσο, στην πραγματικότητα, όλα δεν είναι τόσο απλά. Μετά από όλα, η πτήση για υπερηχητικόςδιαφέρει από υποηχητικό όχι μόνο στο μέγεθος της ταχύτητας και όχι τόσο σε αυτό. Η διαφορά εδώ είναι ποιοτική.

  Δη με ταχύτητες της τάξης των 400 km / h, μια τέτοια ιδιότητα αέρα όπως η συμπιεστότητα αρχίζει σταδιακά να εκδηλώνεται. Και, κατ 'αρχήν, δεν υπάρχει τίποτα απροσδόκητο εδώ. Είναι αέριο. Και όλα τα αέρια, όπως γνωρίζετε, σε αντίθεση με τα υγρά, είναι συμπιέσιμα. Η συμπίεση αλλάζει τις παραμέτρους του αερίου, όπως η πυκνότητα, η πίεση, η θερμοκρασία. Εξαιτίας αυτού, διαφορετικές φυσικές διεργασίες μπορούν να προχωρήσουν σε συμπιεσμένο αέριο με διαφορετικό τρόπο από ό, τι σε σπάνιο.

  Όσο πιο γρήγορα πετά το αεροπλάνο, τόσο περισσότερο, μαζί με τις αεροδυναμικές του επιφάνειες, γίνεται σαν ένα είδος εμβόλου, υπό μια έννοια, συμπιέζοντας τον αέρα μπροστά του. Υπερβολικά, φυσικά, αλλά σε γενικές γραμμές είναι έτσι :-).

  Με την αύξηση της ταχύτητας, η αεροδυναμική εικόνα της ροής γύρω από το αεροσκάφος αλλάζει και όσο πιο γρήγορα, τόσο περισσότερο :-). Και επάνω υπερηχητικόςείναι ήδη ποιοτικά διαφορετικό. Ταυτόχρονα, νέες έννοιες της αεροδυναμικής έρχονται στο προσκήνιο, οι οποίες συχνά απλά δεν έχουν κανένα νόημα για αεροσκάφη χαμηλών ταχυτήτων.

  Για να χαρακτηριστεί η ταχύτητα πτήσης, γίνεται πλέον βολικό και απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί μια παράμετρος όπως ο αριθμός Μ (αριθμός Mach, ο λόγος της ταχύτητας του αεροσκάφους σε σχέση με τον αέρα σε ένα δεδομένο σημείο προς την ταχύτητα του ήχου στη ροή του αέρα σε αυτό σημείο). Ένας άλλος τύπος αεροδυναμικής αντίστασης εμφανίζεται και γίνεται αντιληπτός (πολύ αισθητός!) σύνθετη αντίσταση κύματος(μαζί με την ήδη αυξημένη συμβατική αντίσταση).

  Φαινόμενα όπως μια κρίση κύματος (με κρίσιμο αριθμό Μ) γίνονται σημαντικά υπερηχητικό φράγμα, κρουστικά κύματακαι κρουστικά κύματα.

  Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά ελέγχου και σταθερότητας του αεροσκάφους επιδεινώνονται λόγω της μετατόπισης προς τα πίσω του σημείου εφαρμογής των αεροδυναμικών δυνάμεων.

  Όταν πλησιάζει στην περιοχή των τρανσόντων ταχυτήτων, το αεροσκάφος μπορεί να αντιμετωπίσει ισχυρό κούνημα (αυτό ήταν πιο χαρακτηριστικό για το πρώτο αεροσκάφος που εισέβαλε στο τότε μυστηριώδες όριο της ταχύτητας του ήχου), παρόμοιο στις εκδηλώσεις του με ένα άλλο πολύ δυσάρεστο φαινόμενο που έπρεπε να αντιμετωπίσουν οι αεροπόροι στην επαγγελματική τους εξέλιξη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται πτερυγισμός (θέμα για άλλο άρθρο :-)).

  Υπάρχει μια τόσο δυσάρεστη στιγμή όπως η θέρμανση του αέρα ως αποτέλεσμα της απότομης επιβράδυνσης του μπροστά από το αεροσκάφος (το λεγόμενο κινητική θέρμανση), καθώς και θέρμανση ως αποτέλεσμα τριβής ιξώδους αέρα. Ταυτόχρονα, οι θερμοκρασίες είναι αρκετά υψηλές, περίπου 300 ° C. Το δέρμα ενός αεροσκάφους θερμαίνεται σε τέτοιες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια μιας μεγάλης υπερηχητικής πτήσης.

  Σίγουρα θα μιλήσουμε για όλες τις έννοιες και τα φαινόμενα που αναφέρθηκαν παραπάνω, καθώς και για τους λόγους εμφάνισής τους σε άλλα άρθρα με περισσότερες λεπτομέρειες. Αλλά τώρα έτσι, νομίζω ότι είναι απολύτως σαφές ότι υπερηχητικός- αυτό είναι κάτι εντελώς διαφορετικό από το να πετάς με υποηχητική ταχύτητα.

  Προκειμένου να συμβαδίσει με όλα τα νέα φαινόμενα και τα φαινόμενα σε υψηλές ταχύτητες και να ανταποκριθεί πλήρως στον σκοπό του, το αεροσκάφος πρέπει επίσης να αλλάξει ποιοτικά. Τώρα θα έπρεπε να είναι υπερηχητικά αεροσκάφη, δηλαδή, αεροσκάφος ικανό να πετάξει με ταχύτητα που υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου σε ένα δεδομένο τμήμα του εναέριου χώρου.

  Και για αυτόν δεν αρκεί μόνο η αύξηση της ισχύος του κινητήρα (αν και αυτό είναι επίσης μια πολύ σημαντική και υποχρεωτική λεπτομέρεια). Αυτά τα αεροπλάνα συνήθως αλλάζουν εμφάνιση. Αιχμηρές γωνίες και άκρα, εμφανίζονται ευθείες γραμμές στην εμφάνισή τους, σε αντίθεση με τα «ομαλά» περιγράμματα των υποηχητικών αεροσκαφών.

  Υπερηχητικά αεροσκάφηέχουν σαρωμένο ή τριγωνικό φτερό. Ένα τυπικό και ένα από τα πιο διάσημα αεροσκάφη πτερύγων δέλτα είναι το αξιόλογο μαχητικό MiG-21 (μέγιστη ταχύτητα σε υψόμετρο 2230 χλμ. / Ώρα, στο επίπεδο της θάλασσας 1300 χλμ. / Ώρα).

  

  Υπερηχητικό αεροσκάφος με τριγωνικό φτερό MIG-21.

  Μία από τις σαρωμένες επιλογές είναι μια πτέρυγα ογκιβάλ, η οποία έχει αυξημένο συντελεστή ανύψωσης. Έχει μια ειδική εισροή κοντά στην άτρακτο, σχεδιασμένη να σχηματίζει τεχνητές σπειροειδείς δίνες.

  

  MIG-21I με φτερό ογκιβάλ.

  

  MIG -21I - ogival wing.

  

  Κινούμενη πτέρυγα του Tu-144.

  Είναι ενδιαφέρον ότι μια πτέρυγα αυτού του τύπου, που αργότερα εγκαταστάθηκε στο TU-144, δοκιμάστηκε σε εργαστήριο ιπτάμενων με βάση το ίδιο MIG-21 (MIG-21I).

  Η δεύτερη επιλογή είναι υπερκρίσιμη πτέρυγα... Διαθέτει πεπλατυσμένο προφίλ με καμπύλο πίσω άκρο κατά κάποιο τρόπο, γεγονός που καθιστά δυνατή την αναβολή της έναρξης μιας κρίσης κύματος σε υψηλές ταχύτητες και μπορεί να είναι συμφέρουσα από οικονομική άποψη για υπερηχητικά αεροσκάφη υψηλής ταχύτητας. Ένα τέτοιο φτερό χρησιμοποιείται, ειδικότερα, στα αεροσκάφη SuperJet 100.

  

  SuperJet 100. Ένα παράδειγμα υπερκρίσιμης πτέρυγας. Η κάμψη του προφίλ είναι σαφώς ορατή (πίσω)

  Μπορείτε να κάνετε κλικ στις φωτογραφίες.

  Μ = 1,2-5).

  Ιστορία

  Οι δεκαετίες 60-70 του ΧΧ αιώνα χαρακτηρίστηκαν από ταχεία ανάπτυξη υπερηχητική αεροπορία... Λύθηκαν τα κύρια προβλήματα σταθερότητας και ελέγχου του αεροσκάφους, η αεροδυναμική τους απόδοση. Η υψηλή ταχύτητα πτήσης κατέστησε επίσης δυνατή την αύξηση του ανώτατου ορίου κατά 20 χιλιόμετρα, το οποίο ήταν σημαντικό για τα αναγνωριστικά αεροσκάφη και τα βομβαρδιστικά (εκείνη την εποχή, πριν από την εμφάνιση αντιαεροπορικών πυραυλικών συστημάτων ικανών να χτυπήσουν στόχους σε μεγάλα υψόμετρα, η κύρια αρχή της χρησιμοποιώντας βομβαρδιστικά επρόκειτο να πετάξει προς τον στόχο στο υψηλότερο δυνατό ύψος και ταχύτητα). Κατά τη διάρκεια αυτών των ετών, υπερηχητικά αεροσκάφη για διάφορους σκοπούς κατασκευάστηκαν και τέθηκαν σε μαζική παραγωγή: μαχητικά (τακτικά και αναχαιτιστικά), βομβαρδιστικά, μαχητικά-βομβαρδιστικά, αναγνωριστικά αεροσκάφη (το πρώτο υπερηχητικό αναχαιτιστικό παντός καιρού-Convair F-102 Delta Dagger · το πρώτο υπερηχητικό βομβαρδιστικό μεγάλης εμβέλειας -Convair B -58 Hustler).

  Σήμερα, εμφανίζονται νέα αεροσκάφη, συμπεριλαμβανομένων αυτών που κατασκευάζονται με την τεχνολογία Stealth.

  Συγκριτικά σχέδια Tu-144 και "Concorde"

  Επιβατικά υπερηχητικά αεροσκάφη

  Υπάρχουν μόνο δύο υπερηχητικά επιβατικά αεροσκάφη μαζικής παραγωγής που εκτελούσαν τακτικές πτήσεις: το σοβιετικό Tu-144, το οποίο πραγματοποίησε την πρώτη του πτήση στις 31 Δεκεμβρίου 1968 και ήταν σε λειτουργία από το 1975 έως το 1978 και ολοκλήρωσε την πρώτη του πτήση στο Anglo δύο μήνες αργότερα, στις 2 Μαρτίου 1969. -Γαλλική "Concorde", η οποία πραγματοποίησε υπερατλαντικές πτήσεις από το 1976 έως το 2003. Η λειτουργία τους κατέστησε δυνατή όχι μόνο τη σημαντική μείωση του χρόνου πτήσης σε πτήσεις μεγάλων αποστάσεων, αλλά και τη χρήση μη εκφορτωμένου εναέριου χώρου σε μεγάλα υψόμετρα (≈18 χλμ.), Ενώ ο κύριος εναέριος χώρος που χρησιμοποιούσαν τα σκάφη (υψόμετρα 9-12 χλμ.) Ήταν ήδη ισχυρά εκείνα τα χρόνια.φορτωμένος. Επίσης, υπερηχητικά αεροσκάφη πετούσαν σε ευθείες διαδρομές (έξω από τους αεραγωγούς).

  Παρά την αποτυχία υλοποίησης αρκετών άλλων προηγούμενων και υπαρχόντων έργων επιβατικών υπερηχητικών και υπερηχητικών αεροσκαφών (Boeing 2707, Boeing Sonic Cruiser, Douglas 2229, Lockheed L-2000, Tu-244, Tu-344, Tu-444, SSBJ, κ.λπ.) Και η απόσυρση από τη λειτουργία του αεροσκάφους των δύο υλοποιημένων έργων αναπτύχθηκε νωρίτερα και υπάρχουν σύγχρονα έργα υπερηχητικών (συμπεριλαμβανομένων των υποθαλάσσιων) επιβατικών αεροπλάνων (για παράδειγμα, ZEHST, SpaceLiner) και στρατιωτικών μεταφορών (προσγείωσης) αεροσκαφών ταχείας απόκρισης. Το επιβατικό αεροσκάφος Aerion AS2 υπό ανάπτυξη παραγγέλθηκε τον Νοέμβριο του 2015 για 20 μονάδες συνολικού κόστους 2,4 δισεκατομμυρίων δολαρίων, με τις παραδόσεις να ξεκινούν το 2023.

  Θεωρητικά προβλήματα

  Η πτήση με υπερηχητική ταχύτητα, σε αντίθεση με την υποηχητική, πραγματοποιείται υπό συνθήκες διαφορετικής αεροδυναμικής, καθώς όταν το αεροσκάφος φτάσει στην ταχύτητα του ήχου, η αεροδυναμική της ροής αλλάζει ποιοτικά, γεγονός που αυξάνει απότομα την αεροδυναμική αντίσταση και την κινητική θέρμανση της δομής αυξάνεται από την τριβή του εισερχόμενου ρεύματος αέρα με μεγάλη ταχύτητα., η αεροδυναμική εστίαση αλλάζει, γεγονός που οδηγεί στην απώλεια της σταθερότητας και του ελέγχου του αεροσκάφους. Επιπλέον, ένα τέτοιο φαινόμενο, άγνωστο πριν από τη δημιουργία του πρώτου υπερηχητικού αεροσκάφους, εκδηλώθηκε ως "ολίσθηση κύματος".

  Ως εκ τούτου, η επίτευξη της ταχύτητας του ήχου και η αποτελεσματική σταθερή πτήση σε κοντινές και υπερηχητικές ταχύτητες ήταν αδύνατη λόγω μιας απλής αύξησης της ισχύος του κινητήρα - απαιτούνταν νέες σχεδιαστικές λύσεις. Ως αποτέλεσμα, η εμφάνιση του αεροσκάφους άλλαξε: εμφανίστηκαν χαρακτηριστικές ευθείες, αιχμηρές γωνίες, σε αντίθεση με τις "ομαλές" μορφές υποηχητικών αεροσκαφών.

  Πρέπει να σημειωθεί ότι το πρόβλημα της δημιουργίας ενός αποτελεσματικού υπερηχητικού αεροσκάφους δεν μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει λυθεί μέχρι τώρα. Οι δημιουργοί πρέπει να συμβιβαστούν μεταξύ της απαίτησης για αύξηση της ταχύτητας και διατήρηση αποδεκτών χαρακτηριστικών απογείωσης και προσγείωσης. Έτσι, η κατάκτηση νέων συνόρων σε ταχύτητα και υψόμετρο από την αεροπορία συνδέεται όχι μόνο με τη χρήση ενός πιο προηγμένου ή θεμελιωδώς νέου συστήματος πρόωσης και μιας νέας δομικής διάταξης των αεροσκαφών, αλλά και με τις αλλαγές στη γεωμετρία τους κατά την πτήση. Τέτοιες αλλαγές, ενώ βελτιώνουν τα χαρακτηριστικά του αεροσκάφους σε υψηλές ταχύτητες, δεν πρέπει να υποβαθμίζουν την ποιότητά τους σε χαμηλές ταχύτητες και το αντίστροφο. Πρόσφατα, οι δημιουργοί αρνούνται να μειώσουν την περιοχή των φτερών και το σχετικό πάχος των προφίλ τους, καθώς και να αυξήσουν τη γωνία σάρωσης των πτερυγίων σε αεροσκάφη με μεταβλητή γεωμετρία, επιστρέφοντας στα φτερά μικρού σάρωσης και μεγάλου σχετικού πάχους, εάν είναι ικανοποιητικές τιμές της μέγιστης ταχύτητας και της πρακτικής οροφής έχουν ήδη επιτευχθεί. Σε μια τέτοια περίπτωση, θεωρείται σημαντικό το υπερηχητικό αεροσκάφος να έχει καλή απόδοση πτήσης σε χαμηλές ταχύτητες και χαμηλή οπισθέλκουσα σε υψηλές ταχύτητες, ειδικά σε χαμηλά υψόμετρα.

  Σε όλη την ιστορία, ένα άτομο έλκεται να ξεπεράσει όλα τα πιθανά εμπόδια. Ένα από αυτά ήταν από καιρό η ταχύτητα του ήχου. Επί αυτή τη στιγμήυπάρχουν πολλά υπερηχητικά αεροσκάφη, μερικά από τα οποία χρησιμοποιούνται ενεργά από διάφορες καταστάσεις, ενώ άλλα, για τον έναν ή τον άλλο λόγο, δεν ανεβαίνουν πλέον στον ουρανό.

  Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, η οποία πραγματοποιήθηκε για πολλές δεκαετίες, δεν σχεδιάστηκαν μόνο στρατιωτικά υπερηχητικά μαχητικά, αλλά και πολιτικά σκάφη, τα οποία μετέφεραν επιβάτες για κάποιο χρονικό διάστημα.

  Η ανάπτυξη αεροσκαφών ικανών να το ξεπεράσουν ξεκίνησε στα μέσα του περασμένου αιώνα. Αυτό συνέβη κατά τη διάρκεια του Δεύτερου Παγκοσμίου Πολέμου, όταν Γερμανοί επιστήμονες εργάστηκαν σκληρά για να αναπτύξουν ένα υπερηχητικό αεροσκάφος που θα μπορούσε να ανατρέψει την πορεία του πολέμου.

  Ωστόσο, ο πόλεμος τελείωσε και πολλοί Γερμανοί επιστήμονες που εργάστηκαν σε αυτές τις εξελίξεις αιχμαλωτίστηκαν από τους Αμερικανούς. Σε μεγάλο βαθμό χάρη σε αυτά, το πύραυλο Bell X-1 αναπτύχθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες, στο οποίο το 1947 ο Chuck Yeager ήταν ο πρώτος στον κόσμο που ξεπέρασε την ταχύτητα του ήχου.

  Ένα χρόνο αργότερα, η Σοβιετική Ένωση κατέληξε σε παρόμοιο αποτέλεσμα, αναπτύσσοντας το LA-176, το οποίο στην αρχή ισοδυναμούσε με την ταχύτητα του ήχου σε υψόμετρο 9000 μέτρων και ένα μήνα αργότερα, έχοντας λάβει βελτιωμένους κινητήρες, το ξεπέρασε σε υψόμετρο 7000 μέτρα.

  Δυστυχώς, το έργο ακυρώθηκε λόγω του τραγικού θανάτου του O.V. Sokolovsky, ένας από τους πιλότους αυτού του αεροσκάφους. Η περαιτέρω πρόοδος στο σχεδιασμό των υπερηχητικών αεροσκαφών επιβραδύνθηκε λόγω ορισμένων φυσικών εμποδίων: υγροποίηση του αέρα σε πολύ υψηλή ταχύτητα, αλλαγές στην αεροδυναμική και εξορθολογισμός. Η υπερθέρμανση των αεροσκαφών που σπάνε το φράγμα του ήχου έγινε σοβαρό εμπόδιο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται "πτερυγισμός".

  Τα επόμενα χρόνια, οι σχεδιαστές εργάστηκαν για βελτιστοποίηση, αεροδυναμική, υλικά αμαξώματος και άλλες βελτιώσεις.

  Στρατιωτική αεροπορία τη δεκαετία του 1950

  Στις αρχές αυτής της δεκαετίας, το F-100 Super Sabre και το MiG-19 αναπτύχθηκαν ανταγωνιζόμενοι σε όλους τους τομείς των Ηνωμένων Πολιτειών και της ΕΣΣΔ. Αρχικά, το αμερικανικό F-100 προσπέρασε το σοβιετικό MiG, φτάνοντας σε ταχύτητα 1215 χιλιόμετρα την ώρα το 1953, αλλά ένα χρόνο αργότερα το σοβιετικό MiG μπόρεσε να το ξεπεράσει, επιταχύνοντας στα 1.450 χιλιόμετρα την ώρα.

  Παρά την απουσία ανοιχτών στρατιωτικών συγκρούσεων μεταξύ των ΗΠΑ και της ΕΣΣΔ, στις τοπικές συγκρούσεις του πολέμου του Βιετνάμ και της Κορέας, διαπιστώθηκε ότι το σοβιετικό MiG ήταν κατά πολλούς τρόπους ανώτερο από τον Αμερικανό ανταγωνιστή του.

  

  Το MiG-19 ήταν ελαφρύτερο, απογειώθηκε γρηγορότερα, ξεπέρασε τον ανταγωνιστή σε δυναμικές επιδόσεις και το βεληνεκές μάχης του ήταν 200 χιλιόμετρα υψηλότερο από το F-100.

  Τέτοιες συνθήκες οδήγησαν σε αυξημένο ενδιαφέρον για τις σοβιετικές εξελίξεις από την πλευρά των Αμερικανών, και μετά το τέλος του πολέμου της Κορέας, ο αξιωματικός No Geum Sokom απήγαγε ένα MiG-19 από τη σοβιετική αεροπορική βάση, παρέχοντάς το στις Ηνωμένες Πολιτείες, για το οποίο έλαβε ανταμοιβή 100.000 $.

  Πολιτική υπερηχητική αεροπορία

  Οι τεχνικές εξελίξεις που αποκτήθηκαν κατά τα χρόνια του πολέμου έδωσαν ώθηση στην ταχεία ανάπτυξη της αεροπορίας στη δεκαετία του '60. Τα κύρια προβλήματα που προκλήθηκαν από το σπάσιμο του φράγματος του ήχου λύθηκαν και οι σχεδιαστές μπόρεσαν να ξεκινήσουν να σχεδιάζουν το πρώτο υπερηχητικό πολιτικό αεροσκάφος.

  Το πρώτο υπερηχητικό αεροσκάφος που σχεδιάστηκε για να μεταφέρει επιβάτες πέταξε το 1961. Αυτό το αεροσκάφος ήταν ένα Douglas DC-8, που χειριζόταν χωρίς επιβάτες, με έρμα τοποθετημένο στο πλοίο προσομοιώνοντας το βάρος τους για δοκιμές σε συνθήκες όσο το δυνατόν πιο κοντά σε πραγματικές. Κατά την κατάβαση από ύψος 15877, αναπτύχθηκε ταχύτητα 1262 km / h.

  Επίσης, η ταχύτητα του ήχου δεν προγραμματίστηκε από ένα Boeing 747, όταν το αεροπλάνο που κατευθυνόταν από την Ταϊπέι στο Λος Άντζελες, ως αποτέλεσμα δυσλειτουργίας και ανικανότητας του πληρώματος, έκανε μια ανεξέλεγκτη κατάδυση. Κατάδυση από ύψος 125.000 μέτρων έως 2.900 μέτρα, το αεροσκάφος ξεπέρασε την ταχύτητα του ήχου, υποφέροντας ζημιά στο τμήμα της ουράς και μεταφέροντας σοβαρό γρασίδι σε δύο επιβάτες. Το περιστατικό συνέβη το 1985.

  Συνολικά, κατασκευάστηκαν δύο αεροσκάφη, ικανά να ξεπεράσουν πραγματικά την ταχύτητα του ήχου σε τακτικές πτήσεις. Wereταν το σοβιετικό Tu-144 και το αγγλο-γαλλικό Aérospatiale-BAC Concorde. Εκτός από αυτά τα αεροσκάφη, κανένα άλλο επιβατικό αεροσκάφος δεν θα μπορούσε να διατηρήσει ταχύτητα υπερηχητικής πλεύσης.

  Tu-144 και Concorde

  Το Tu-144 θεωρείται δικαίως το πρώτο υπερηχητικό επιβατικό αεροσκάφος στην ιστορία, επειδή κατασκευάστηκε πριν από το Concorde. Αυτές οι επενδύσεις διακρίνονταν όχι μόνο από εξαιρετική Προδιαγραφέςαλλά και χαριτωμένη εμφάνιση - πολλοί τα θεωρούν ως τα πιο όμορφα αεροσκάφη σε ολόκληρη την ιστορία της αεροπορίας.

  Δυστυχώς, το Tu-144 έγινε όχι μόνο το πρώτο υπερηχητικό επιβατικό αεροσκάφος που απογειώθηκε στον ουρανό, αλλά και το πρώτο αεροσκάφος αυτού του τύπου που συνετρίβη. Το 1973, 14 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους στη συντριβή στο Le Bourget, η οποία ήταν η πρώτη ώθηση για τον τερματισμό των πτήσεων σε αυτό το μηχάνημα.

  Η δεύτερη συντριβή του Tu -144 συνέβη στην περιοχή της Μόσχας το 1978 - ξεκίνησε φωτιά στο αεροπλάνο, λόγω της οποίας η προσγείωση για δύο μέλη του πληρώματος ήταν μοιραία.

  

  Κατά την επιθεώρηση, διαπιστώθηκε ότι η αιτία της πυρκαγιάς ήταν ένα ελάττωμα στο σύστημα καυσίμου του νέου κινητήρα, το οποίο δοκιμάζονταν εκείνη την εποχή, διαφορετικά το αεροσκάφος έδειξε εξαιρετικά χαρακτηριστικά, αφού κατάφερε να προσγειωθεί όταν έπιασε φωτιά Το Παρ 'όλα αυτά, οι εμπορικές ράγες σε αυτό διακόπηκαν.

  Το Concorde εξυπηρετούσε την ευρωπαϊκή αεροπορία για πολύ περισσότερο - οι πτήσεις διήρκεσαν από το 1976 έως το 2003. Ωστόσο, το 2000, αυτό το σκάφος συνετρίβη επίσης. Απογειώθηκε στο Σαρλ ντε Γκωλ, το αεροπλάνο πήρε φωτιά και έπεσε στο έδαφος, σκοτώνοντας 113 άτομα.

  Σε ολόκληρη την ιστορία των πτήσεων, το Concorde δεν άρχισε ποτέ να αποδίδει και μετά την καταστροφή, η ροή των επιβατών μειώθηκε τόσο πολύ που το έργο έγινε ακόμη πιο ασύμφορο και μετά από τρία χρόνια οι πτήσεις σε αυτό το υπερηχητικό αεροσκάφος σταμάτησαν.

  Τεχνικά χαρακτηριστικά του Tu-144

  Πολλοί αναρωτιούνται ποια ήταν η ταχύτητα ενός υπερηχητικού αεροσκάφους; Εξετάστε τα τεχνικά χαρακτηριστικά του αεροσκάφους, το οποίο ήταν από καιρό το καμάρι της ρωσικής αεροπορίας:

  • Πλήρωμα - 4 άτομα.
  • Χωρητικότητα - 150 άτομα.
  • Αναλογία μήκους προς ύψος-67 / 12,5 μέτρα.
  • Μέγιστο βάρος - 180 τόνοι.
  • Προώθηση με μετακαυστήρα - 17500 kg / s.
  • Ταχύτητα κρουαζιέρας -2200 km / h.
  • Μέγιστο υψόμετρο πτήσης - 18.000 μέτρα.
  • Η εμβέλεια πτήσης είναι 6500 χιλιόμετρα.