Пронзая воздух

 

Впрочем, обо всем по порядку. Впервые звуковой барьер преодолел американский летчик-испытатель Чак Йегер на экспериментальном самолете Bell X-1 (с прямым крылом и ракетным двигателем XLR-11). Это случилось семьдесят с лишним лет назад — в 1947 году. Ему удалось разогнаться быстрее скорости звука, направив самолет в пологое пикирование. Спустя год это же удалось и советским летчикам-испытателям Соколовскому и Федорову на экспериментальном, существовавшем в единственном экземпляре истребителе Ла-176

Bell X-1, на котором Йегер преодолел сверхзвуковой барьер
Bell X-1, на котором Йегер преодолел сверхзвуковой барьер
Фото: NASA

Это были сложные для авиации времена. Летчики буквально по крупицам собирали опыт, каждый раз рискуя жизнями, чтобы узнать, возможны ли полеты на скоростях выше одного Маха. Флаттер крыла, волновое сопротивление унесли не одну жизнь, до того как конструкторы научились бороться с этими явлениями.

 

Все дело в том, что при преодолении скорости звука резко возрастает аэродинамическое сопротивление и растет кинетический нагрев конструкции от трения набегающего воздушного потока. Кроме того, в этот момент фиксируется смещение аэродинамического фокуса, что ведет к утрате устойчивости и управляемости самолета

Шлирен-съемка крыла, обтекаемого воздушным потоком на скорости, близкой 1 М.
Шлирен-съемка крыла, обтекаемого воздушным потоком на скорости, близкой 1 М.
Фото: NASA

Спустя 12 лет серийные сверхзвуковые истребители МиГ-19 уже охотились за американскими самолетами-шпионами, а еще ни один гражданский самолет не попытался превысить скорость звука. Это произошло лишь 21 августа 1961 года: пассажирский самолет Douglas DC-8, упав в пике, разогнался до 1,1 Маха. Полет был экспериментальным, с целью собрать больше информации об поведении машины на таких скоростях.

 

Спустя еще некоторое время в воздух поднялись советский Ту-144 и британо-французский «Конкорд». Практически одновременно: наша машина чуть раньше, 31 декабря 1968 года, а европейская — в марте 1969-го. А вот по объему перевезенных пассажиров за все время эксплуатации моделей капиталисты нас сильно перещеголяли. Если на счету Ту-144 всего чуть больше 3000 пассажиров, то «Конкорды», работая до 2003 года, перевезли более 2,5 миллиона человек. Впрочем, и это не помогло проекту. В конечном счете он был закрыт, очень некстати оказалась и громкая катастрофа под Парижем, в которой никакой вины сверхзвукового самолета не было

Одни из первых снимков близнецов гражданского сверхзвука: Ту-144 (сверху) и «Конкорд» (снизу).
Одни из первых снимков близнецов гражданского сверхзвука: Ту-144 (сверху) и «Конкорд» (снизу).
Фото: ТАСС

Три ответа «нет»

 

В качестве железной причины бесперспективности коммерческих сверхзвуковых самолетов обычно приводятся три довода — слишком дорого, слишком сложно, слишком громко. И действительно, каждый, кто наблюдал полет реактивного сверхзвукового военного самолета, никогда не забудет ощущение удара по ушам и того дикого грохота, с которым мимо тебя пролетает самолет на сверхзвуке .

 

К слову, звуковой удар это не одномоментное явление, он сопровождает самолет по всему пути следования, все время, когда скорость летательного аппарата выше скорости звука. Сложно спорить и с тем, что топлива реактивный самолет потребляет столько, что, кажется, проще его сразу заправлять банкнотами.

 

Говоря о современных проектах сверхзвукового пассажирского самолета в первую очередь нужно ответить на каждый из этих вопросов. Только в этом случае можно надеяться на то, что все существующие проекты окажутся не мертворожденными

 

Звук

 

Конструкторы решили начать со звука. За последние годы появилось много научных работ, доказывающих, что определенная форма фюзеляжа и крыльев может снизить количество ударных волн, создаваемых самолетом, и уменьшить их интенсивность. Подобное решение потребовало полной переработки корпусов, многократной компьютерной проработки моделей и нескольких тысяч часов продувки будущих самолетов в аэротрубе

QeSST в полете, художественное изображение
QeSST в полете, художественное изображение
Фото: NASA

Основные проекты, работающие над аэродинамикой самолета будущего, это QueSST от специалистов из NASA и японская разработка D-SEND-2, создаваемая под эгидой местного Агентства аэрокосмических исследований JAXA. Оба эти проекта ведутся уже несколько лет, планомерно подбираясь к «идеальной» для сверхзвуковых полетов аэродинамике.

 

Предполагается, что новые сверхзвуковые пассажирские самолеты будут создавать не резкий и жесткий звуковой удар, а гораздо более приятные уху мягкие звуковые пульсации. То есть будет, конечно, все равно громко, но не «громко и больно». Еще одним способом решения проблемы звукового барьера стало уменьшение размеров самолета. Почти все разработки, ведущиеся в настоящее время, — это небольшие летательные аппараты, способные на перевозку 10—40 пассажиров максимум.

 

Однако есть и в этом вопросе компании-выскочки. В сентябре прошлого года бостонская авиакомпания Spike Aerospace объявила о том, что у них уже практически готова модель сверхзвукового пассажирского самолета S-512 Quiet Supersonic Jet. Предполагается, что летные испытания начнутся уже в 2018 году, а первый самолет с пассажирами на борту стартует не позже конца 2023 года.

 

Еще более дерзким оказалось заявление создателей, что со звуком проблема практически решена и первые испытания покажут это. Думается, что специалисты из NASA и JAXA, потратившие на решение этой проблемы много лет, будут следить за испытаниями более чем внимательно.

 

Также существует еще одно интересное решение проблемы звука — это преодоление звукового барьера самолетом при практически вертикальном взлете. В таком случае действие ударных волн окажется слабее, а после набора высоты в 20—30 тысяч метров об этой проблеме можно будет забыть — слишком далеко от Земли.

 

Двигатели

 

Работа над двигателями для будущих сверхзвуковых самолетов тоже не прекращается. Даже дозвуковые двигатели за последние годы смогли прилично прибавить в мощности и экономичности за счет внедрения специальных редукторов, керамических материалов и введения дополнительного воздушного контура.

 

Со сверхзвуковыми самолетами все немного сложнее. Дело в том, что при современном уровне технологического развития турбореактивные двигатели способны достигать максимальной скорости в 2,2 Маха (около 2500 километров в час), для достижения же большей скорости требуется использовать прямоточные двигатели, способные разогнать летательный аппарат до гиперзвуковых скоростей (более 5 чисел Маха). Впрочем, это — пока что — скорее фантастика.

 

По словам разработчиков, им удается уже в настоящее время достигнуть себестоимости полета на 30 процентов меньшей, чем у «Конкорда», даже при небольшом количестве пассажиров. Такие данные обнародовал стартап Boom Technologies в 2016 году. По их мнению, билет по маршруту Лондон—Нью-Йорк будет стоить около $ 5000, что сопоставимо с ценой за билет при полете первым классом на обычном, дозвуковом самолете

Продув модели XB-1 в аэродинамической трубе
Продув модели XB-1 в аэродинамической трубе
Фото: youtube.com

В прошлом году именно Boom Technologies уже показали свой прототип под названием XB-1 Baby Boom, напоминающий скорее военный истребитель, нежели пассажирский самолет. Его длина чуть больше 20 метров, размах крыльев — 5,2 м, максимальная взлетная масса — 6100 кг. Самолет оснащен тремя турбореактивными двигателями General Electric J85−21 с тягой 1588 кгс каждый.

 

Овчинка и ее выделка

 

В настоящее время над созданием сверхзвукового пассажирского самолета работает более десяти различных стартапов и групп разработчиков, зачастую получая финансирование от очень уважаемых в авиационном мире компаний. Но зачем? Зачем нужно летать на сверхзвуке — кроме возможности тратить на перелет на несколько часов меньше?

 

Дело в том, что авиационное пространство в настоящее время достаточно загружено. А сверхзвуковые самолеты можно пускать за счет их конструкции значительно выше большинства используемых эшелонов, на высоте около 20 000 метров. Это требует меньше времени и сил на управление воздушным движением, а также позволит пускать их по более спрямленным маршрутам, в отличие от устоявшихся аэротрасс. Кроме того, сопротивление воздуха на такой высоте ниже, что положительно скажется и на топливной эффективности будущих сверхзвуковых самолетов.

 

Так что, скорее всего, первые демонстраторы технологий мы сможем увидеть уже в ближайшие 3—5 лет, а если все пойдет гладко, то — потихоньку копить на билет, приготовившись к перелету во второй половине двадцатых годов. Кроме всего, разработчики обещают, что это будет не так и дорого


Понравилась статья? Не забудьте поделиться ею: