Перед авиаконструкторами встала задача дальнейшего увеличения их скорости. Более высокая скорость расширяла боевые возможности как истребителей, так и бомбардировщиков.
Начало сверхзвуковой эре положил полёт Чака Йегера , американского лётчика-испытателя, 14 октября 1947 года на экспериментальном самолёте Bell X-1 с ракетным двигателем XLR-11 достигшего сверхзвуковой скорости в управляемом полёте.
Развитие
60-е-70-е годы XX-го века ознаменовались бурным развитием сверхзвуковой авиации. Были решены основные проблемы устойчивости и управляемости самолётов, их аэродинамической эффективности. Большая скорость полёта также позволила увеличить потолок свыше 20 км, что было актуально для разведчиков и бомбардировщиков . В то время, до появления зенитно-ракетных комплексов , способных поражать цели на больших высотах, основным принципом применения бомбардировщиков был полёт к цели на максимально возможной высоте и скорости. В эти годы были построены и пущены в серию сверхзвуковые самолёты самого различного назначения - истребители, бомбардировщики, перехватчики , истребители-бомбардировщики , разведчики (первый сверхзвуковой всепогодный перехватчик - Convair F-102 Delta Dagger ; первый сверхзвуковой дальний бомбардировщик - Convair B-58 Hustler).
В наши дни появляются новые самолёты, в том числе выполненные по технологии снижения заметности «Стелс ».
Сравнительные схемы Ту-144 и конкорда
Пассажирские сверхзвуковые самолёты
В истории авиации было всего два пассажирских сверхзвуковых самолёта, выполнявших регулярные рейсы. Советский самолёт Ту-144 совершил первый полёт 31 декабря 1968 года , находился в эксплуатации с по 1978 год . Выполнивший двумя месяцами позже, 2 марта 1969 года , свой первый полёт англо-французский «Конкорд» (фр. Concorde - «согласие») совершал 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 большой высоте (≈18 км), в то время как основное используемое лайнерами воздушное пространство (высоты 9-12 км) уже в те годы было значительно загруженным. Также сверхзвуковые самолёты совершали полёты по спрямлённым маршрутам (вне воздушных трасс).
Теоретические вопросы
Полёт на сверхзвуковой скорости, в отличие от дозвукового, протекает по другим законам, поскольку при достижении объектом скорости звука качественно меняется аэродинамическая картина обтекания, из-за чего резко возрастает аэродинамическое сопротивление , увеличивается кинетический нагрев конструкции, смещается аэродинамический фокус, что ведёт к утрате устойчивости и управляемости самолёта. Кроме того, появилось такое доселе неизвестное явление как «волновое сопротивление».
Поэтому достижение скорости звука и эффективный полёт были невозможны простым увеличением мощности двигателей, требовались новые конструктивные решения. Следствием стало изменение внешнего облика самолёта - появились характерные прямые линии, острые углы, в отличие от «гладкой» формы дозвуковых самолётов.
Следует отметить, что задачу создания эффективного сверхзвукового самолёта нельзя считать решённой 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 высоте связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой компоновки самолётов, но также с изменениями их геометрии в полёте. Такие изменения, улучшая характеристики самолёта при больших скоростях, не должны ухудшать их качеств на малых скоростях, и наоборот. 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 потолка. В таком случае считается важным, чтобы сверхзвуковой самолёт имел хорошие лётные данные на малых скоростях и уменьшение сопротивления при больших скоростях, особенно на малых высотах.
Примечания
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Сверхзвуковой самолёт" в других словарях:
Самолёт, конструкция и лётно технические характеристики которого допускают полёты со скоростями, превышающими скорость звука. В отличие от самолётов, летающих на дозвуковых скоростях, у сверхзвуковых самолётов стреловидная или треугольная (в… … Энциклопедия техники
сверхзвуковой самолёт - viršgarsinis lėktuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. ultrasonic airplane vok. Überschallflugzeug, n rus. сверхзвуковой самолёт, m pranc. avion supersonique, m … Fizikos terminų žodynas
сверхзвуковой самолёт Энциклопедия «Авиация»
сверхзвуковой самолёт - сверхзвуковой самолёт самолёт, условия эксплуатации которого предусматривают полёт со скоростями, превышающими скорость звука. Введение понятия «С. с.» в 1950 е гг. вызвано существенным отличием геометрических форм, обеспечивающих… … Энциклопедия «Авиация»
Известно, что основные пути развития авиации определялись и определяются главным образом прогрессом летательных аппаратов военного применения, на разработку которых затрачиваются большие силы и средства. При этом гражданская авиация, для которой… … Википедия
Сверхзвуковой авиалайнер Ту-144: летно-технические характеристики - 31 декабря 1968 года опытный сверхзвуковой самолет Ту 144 (бортовой номер СССР 68001) совершил первый полет. Ту 144 успел взлететь на два месяца раньше своего англо французского конкурента лайнера Конкорд, который совершил свой первый полет 2… … Энциклопедия ньюсмейкеров
сверхзвуковой пассажирский самолёт - Рис. 1. Сверхзвуковой пассажирский самолёт Ту‑144. сверхзвуковой пассажирский самолёт (СПС) предназначается для перевозки пассажиров, багажа и грузов с сверхзвуковой крейсерской скоростью полёта (Маха число полёта M∞ > 1). Первыми (и… … Энциклопедия «Авиация»
M = 1,2-5).
История
60-70-е годы XX века ознаменовались бурным развитием сверхзвуковой авиации. Были решены основные проблемы устойчивости и управляемости самолётов, их аэродинамической эффективности. Большая скорость полёта также позволила увеличить потолок свыше 20 км, что было актуально для разведчиков и бомбардировщиков (в то время, до появления зенитно-ракетных комплексов , способных поражать цели на больших высотах, основным принципом применения бомбардировщиков был полёт к цели на максимально возможной высоте и скорости). В эти годы были построены и запущены в серийное производство сверхзвуковые самолёты самого различного назначения: истребители (тактические и перехватчики), бомбардировщики, истребители-бомбардировщики , разведчики (первый сверхзвуковой всепогодный перехватчик - Convair F-102 Delta Dagger ; первый сверхзвуковой дальний бомбардировщик - Convair B-58 Hustler).
В наши дни появляются новые самолёты, в том числе выполненные по технологии снижения заметности «Стелс ».
Сравнительные схемы Ту-144 и "Конкорда"
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 1975 по 1978 год и выполнивший двумя месяцами позже - 2 марта 1969 года - свой первый полёт англо-французский «Конкорд» , совершавший трансатлантические рейсы с 1976 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 сопротивление при больших скоростях, особенно на малых высотах.
avia-su.ru
Двухмоторный истребитель производства КБ Сухого был принят на вооружение ВВС СССР в 1985 году, хотя совершил первый полет еще в мае 1977 года.
Этот самолет может достигать максимальной сверхзвуковой скорости 2,35 Маха (2500 км/ч), что в два с лишним раза быстрее скорости звука.
Су-27 заработал репутацию одной из самых боеспособных единиц своего времени, а некоторые модели до сих пор используются в армиях России, Беларуси и Украины.
www.f-16.net
Тактический ударный самолет разработан в 1960-х годах General Dynamics. Рассчитанный на двух членов экипажа, первый самолет поступил на вооружение ВВС США в 1967 году, и был использован для стратегических бомбардировок, разведки и радиоэлектронной борьбы. F-111 был в состоянии развить скорость 2,5 Маха (2655 км/ч), или в 2,5 раза больше скорости звука.
letsgoflying.wordpress.com
Двухмоторный тактический истребитель разработан компанией МакДоннелл Дуглас в 1967 году. Всепогодный самолет предназначен для захвата и поддержания превосходства в воздухе над вражескими силами во время воздушного боя. F-15 Eagle совершил первый полет в июле 1972 года и официально поступил на вооружение в ВВС США в 1976 году.
F-15 способен летать на скоростях, превышающих 2,5 Маха (2655 км/ч), и считается одним из самых успешных самолетов из когда-либо созданных. F-15 Eagle, как ожидается, будет на службе ВВС США до 2025. Сейчас истребитель экспортируется в ряд зарубежных стран, включая Японию, Израиль и Саудовскую Аравию.
airforce.ru
Большой, двухмоторный сверхзвуковой самолет производства КБ Микояна предназначен для перехвата иностранных самолетов на высоких скоростях. Самолет совершил первый полет в сентябре 1975 года, и был принят на вооружение ВВС в 1982 году.
МиГ-31 достигает скорости 2,83 Маха (3000 км/ч) и был способен летать на сверхзвуковых скоростях даже на малых высотах. МиГ-31 по-прежнему на службе в ВВС России и Казахстана.
XB-70 newspaceandaircraft.com
Самолет с шестью двигателями XB-70 Valkyrie был разработан компанией North American Aviation в конце 1950-х. Самолет был построен как прототип для стратегического бомбардировщика с ядерными бомбами.
XB-70 Valkyrie достиг своей расчетной скорости 14 октября 1965 года, когда он достиг 3,02 Маха (3219 км/ч), на высоте 21300 м над базе ВВС Эдвардс в Калифорнии.
Два XB-70 были построены и использовались в испытательных полетах с 1964 по 1969 год. Один из прототипов потерпел крушение в 1966 году после столкновения в воздухе, а другой XB-70 выставлен на обозрение в Национальном музее ВВС США в Дейтоне, штат Огайо.
Bell X-2 Starbuster
X-2 wikipedia.org
Самолет с ракетным двигателем — совместная разработка Bell Aircraft Corporation, ВВС США и Национального консультативного комитета по аэронавтике (предшественник NASA) в 1945 году. Самолет был построен для исследования аэродинамических свойств при сверхзвуковом полете в диапазоне 2 и 3 Маха.
X-2 по прозвищу Starbuster совершил первый полет в ноябре 1955 года. В следующем году, в сентябре 1956-го, капитан Милберн за штурвалом смог развить скорость 3,2 Маха (3370 км/ч) на высоте 19800 м.
Вскоре после достижения этой максимальной скорости самолет стал неуправляем и упал. Это трагическое происшествие поставило крест на программе X-2.
airforce.ru
Самолет производства Микояна-Гуревича был предназначен для перехвата вражеских самолетов на сверхзвуковых скоростях и сбора разведывательных данных. МиГ-25 является одним из самых быстрых военных самолетов, введенных в эксплуатацию. МиГ-25 совершил первый полет в 1964 году и впервые был использован советскими ВВС в 1970 году.
МиГ-25 имеет невероятную максимальную скорость — 3,2 Маха (3524 км/ч). Самолет все еще находится на службе ВВС России, а также используется в ряде других стран, в том числе ВВС Алжира и сирийских ВВС.
wikipedia.org
Прототип самолета, разработанный корпорацией Lockheed в конце 50-х — начале 60-х. Самолет был построен для перехвата вражеских самолетов на скорости 3 Маха.
Тестирование YF-12 проходило на Area 51, сверхсекретном полигоне ВВС США, которому уфологи приписывали связь с инопланетянами. YF-12 совершил первый полет в 1963 году и развил максимальную скоростью 3,2 Маха (3330 км/ч) на высоте 24400 м. ВВС США в конце концов отменили программу, но YF-12 еще сделал ряд научно-исследовательских рейсов для ВВС и NASA. Окончательно самолет прекратил полеты в 1978 году.
Одной из важнейших задач всех специалистов авиационно-транспортного производства является создание сверхзвуковых пассажирских самолетов. Анализ уже существующих сверхзвуковых пассажирских самолетов позволил разработать принципиально новые, экономически выгодные и удовлетворяющие экологическим нормам. Рассмотрим ряд изобретений, направленных на создание универсальных сверхзвуковых пассажирских самолетов, которые можно было бы использовать на высотах полета, находящихся за пределами современных воздушных коридоров, со сверхзвуковыми скоростями.
Сверхзвуковой самолет, разработанный Корабеф Йоханном и Прамполини Марко , имеет улучшенные характеристики самолетов «Конкорд» и «Туполев ТУ-144». В частности, снижение уровня шума, которым сопровождается преодоление звукового барьера.
Данное изобретение содержит фюзеляж (рис 1), который образован передней секцией или носом CN, средней секцией или пассажирской кабиной P и задней секцией. Фюзеляж самолета имеет постоянное сечение, которое, начиная от секции пассажирской кабины, постепенно расширяется, а в заднем направлении воздушного судна сужается.
Рисунок 1. Вид сверхскоростного воздушного судна в продольном разрезе
Внутри задней секции фюзеляжа располагаются один или несколько резервуаров с жидким кислородом R01 и резервуар с водородом в жидком или шугаобразном состоянии Rv, предназначенные для питания ракетного двигателя.
Воздушное судно имеет треугольное готическое крыло, как показано на (рис.2), корень которого берет начало на уровне, где начинается расширение передней части фюзеляжа. Треугольное крыло оборудовано двумя закрылками с каждой стороны фюзеляжа.
Рисунок 2. Вид сверхскоростного воздушного судна в перспективе
С помощью цилиндрической детали на каждом наружном конце задней кромки треугольного крыла закреплено малое крыло a1,a2. На (рис. 3) иллюстрируется данное изобретение.
Рисунок 3. Малое крыло в перспективе
Подвижное малое крыло состоит из двух элементов трапециевидной формы, которые расположены с двух сторон цилиндрической детали. Цилиндрическая деталь, ось которой параллельна оси фюзеляжа, может поворачиваться вокруг своей оси для установки малого крыла в зависимости от скорости воздушного судна. Положение малых крыльев является горизонтальным при скоростях ниже 1Мах и вертикальным при скоростях выше 1Мах. Изменение положений малого крыла необходимо для решения проблемы с совмещением центра тяжести и центра приложения тяги при любой скорости самолета.
Воздушное судно оборудовано системой двигателей (рис 1). Данная система содержит два турбореактивных двигателя TB1(TB2), два прямоточных воздушно-реактивных двигателей ST1(ST2) и ракетного двигателя Mf.
Два турбореактивных двигателя TB1(TB2) размещены в переходной зоне между пассажирской кабиной P и задней секцией фюзеляжа. Турбореактивные двигатели предназначены для этапа рулежки воздушного судна и этапа взлета. Незадолго до входа в область трансзвукового полета турбореактивные двигатели выключаются и убираются внутрь фюзеляжа. Как только начинается фаза посадки воздушного судна и скорость воздушного судна становится ниже скорости 1Мах, происходит выпуск и зажигание турбореактивных двигателей. Данное решение позволяет значительно уменьшить размер и массу турбореактивных двигателей по сравнению с турбореактивными двигателями стандартного использования.
На этапе взлета воздушное судно движется не только за счет турбореактивных двигателей TB1(TB2), но и за счет ракетного двигателя. Ракетный двигатель может представлять собой (рис.4) либо единый двигатель с плавно изменяющейся тягой, либо комбинацию главного двигателя Mp с несколькими вспомогательными двигателями Ma1,Ma2 с раздельной тягой.
Рисунок 4. Вид ракетного двигателя сзади
Ракетный двигатель, размещенный в задней части фюзеляжа, имеет возможность открывания и закрывания в фюзеляже при помощи заднего люка P воздушного судна, как показано на (рис.5).
Рисунок 5. Вид сверхскоростного воздушного судна сзади
На этапе взлета люк полностью открыт, но как только воздушное судно оказывается на большой высоте, ракетный двигатель выключают, а люк закрывают, что придает обтекаемую форму фюзеляжу. Начинается фаза полета на крейсерской скорости.
Фаза полета на крейсерской скорости происходит с включения прямоточных воздушно-реактивных двигателей ST1(ST2) и выключения ракетного двигателя Мf. Два прямоточных воздушно-реактивных двигателя размещены симметрично относительно продольной оси воздушного судна и предназначены для создания крейсерской скорости. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели имеют неподвижную геометрию, что снижает их массу и упрощает их конструкцию. Тягу прямоточных воздушно-реактивных двигателей модулируют во время полёта с помощью изменения расхода водорода.
Воздушное судно, по данному изобретению, может перевозить около двадцати пассажиров. Высота полета самолета составляет от 30000м до 35000м и может развивать скорость от 4Мах до 4,5Мах.
Особый интерес представляет сверхзвуковой пассажирский самолет, который предлагают выполнять по аэродинамической схеме «утка» . В соответствии с заявляемым техническим решением летательный аппарат содержит фюзеляж, как показано на (рис.6), который с помощью наплыва 2 сопряжен с крылом 1. В центральной части фюзеляжа размещен пассажирский салон. В поперечном сечении носовая и центральная части фюзеляжа выполнены округлой формы. В хвостовой части фюзеляжа имеется углубление.
Рисунок 6. Общий вид летательного аппарата
Воздушное судно снабжено двигателями, размещенными в мотогондоле 3, которые с двумя воздухозаборниками 4 объединены в «пакет». Данный «пакет» устанавливается сверху за углублением хвостовой части фюзеляжа, что позволяет снизить лобовое сопротивление судна, улучшить балансировку при отказе одного двигателя.
Углубление хвостовой части фюзеляжа направлено на уменьшение неравномерности сверхзвукового потока, подаваемого в воздухозаборники. Данное техническое решение ограничено первой площадкой 6 и парой вторых площадок 7, что показано на (рис.7).
Рисунок 7. Вид на хвостовую часть фюзеляжа сверху
Первая площадка 6, выполненная плоской, образует косой срез фюзеляжа. Площадка может быть ориентирована к направлению подачи воздуха в воздухозаборник судна под острым углом, значение которого лежит в диапазоне от 2 до 10 градусов. С обшивкой фюзеляжа первая площадка соединяется под углом без плавного перехода, что обеспечивает наличие в месте стыка площадки с обшивкой острой кромки 9, что формирует вихревое течение вдоль острых кромок стыка. Вихревое сверхзвуковое течение обеспечивает удаление нарастающего пограничного слоя, образовываемого за счет перемещения потока по площадкам, с периферийных областей площадок и стекания его в стороны от фюзеляжа.
Вторые площадки 7, выполненные плоскими, размещаются между воздухозаборниками 4 и первой площадкой 6. Они расположены друг к другу под углом, который целесообразно выбрать превышающим 150 градусов. Для предотвращения возрастания аэродинамического сопротивления, величина угла между направлением подачи воздуха в воздухозаборник и ребром соединения вторых площадок 10 не должна превышать 20 градусов.
Наличие вторых площадок позволяет удалять пограничный слой из областей, близких к плоскости симметрии воздушного судна, за счет образования интенсивного вихря. Интенсивное вихревое течение образуется в зоне размещения ребра между вторыми площадками. Удаление пограничного слоя из областей, близких к плоскости симметрии воздушного судна, позволяет уменьшить толщину пограничного слоя перед входом в воздухозаборники.
Стоит отметить, что обеспечивается удаление пограничного слоя непосредственно перед срезом воздухозаборника, за счет продления вторых площадок за этот срез. На (рис 8) иллюстрируется данное решение.
Рисунок 8. Вид на одну из вторых плоских площадок в месте ее продления за срез воздухозаборника
Отличие патента Сиротина Валерия Николаевича от остальных в том, что он предлагает пассажирский сверхзвуковой самолет с обратной стреловидностью крыла, имеющий аварийно-спасательные модули (показан на рис. 9).
Воздушное судно, согласно патенту, содержит фюзеляж 1, в носовой части которого расположена кабина пилотов 11. В средней части расположены аварийно-спасательные модули 2, которые образуют внешний обвод фюзеляжа, за счет теплоизолированных стенок. Также сверхзвуковой самолет содержит левое и правое крылья 3, которые выполнены с возможностью поворота относительно оси фюзеляжа. Силовая установка изобретения включает в себя четыре подъемно-маршевых турбореактивных двигателя 9.
Рисунок 9. Вид на воздушное судно сверху перед поворотом правого и левого крыльев к удерживающим захватам фюзеляжа
Стоит заметить, что воздушное судно имеет вертикальный 6 и горизонтальный 7 стабилизаторы. Переднее горизонтальное оперение 8, с помощью специальных двигателей, установлено с возможностью поворота относительно оси по горизонтали фюзеляжа.
С возможностью поворота относительно оси по горизонтали фюзеляжа прикреплено и правое, и левое крыло 3. Чтобы на сверхзвуковой скорости положения правого и левого крыла были зафиксированы, в нижней части фюзеляжа имеются удерживающие захваты. Для поворота крыльев предусмотрены специальные двигатели. Величина поворота крыльев составляет 53 градуса относительно оси по горизонтали фюзеляжа. Данное значение обеспечивает смещение зоны, где начинается срыв потока с концов крыльев к корню.
На (рис. 10) представлено, как во время взлета двигатели механизмов 15 осуществляют поворот правого и левого крыла на угол 53 градуса в направлении от фюзеляжа, а поворот переднего горизонтального оперения на угол 85 градусов. Данная аэродинамическая схема с обратной стреловидностью позволяет самолету взлетать.
Рисунок 10. Вид сверху на схему механизмом поворота крыльев
При достижении высокой дозвуковой скорости, двигатели механизмов поворачивают крылья в направлении внутрь к оси фюзеляжа, где фиксируются удерживающими захватами. Происходит поворот и переднего горизонтального оперения. За счет данных действий самолет изменяет свою аэродинамическую схему (рис.11), которая позволяет развить сверхзвуковую скорость.
Рисунок 11. Вид на воздушное судно сверху после поворота правого и левого крыльев к удерживающим захватам фюзеляжа
Для случая аварийной ситуации на судне предусмотрены аварийно-спасательные модули (рис.12). Каждый модуль снабжен катапультными установками 21, которые приводятся в действие по команде пилотов, парашютом 22, посадочным устройством 23, автономной системой энергоснабжения.
Рисунок 12. Спуск обитаемого модуля
Авторы патента №2391254 предлагают нам сверхзвуковое судно, которое выполнено по аэродинамической схеме «бесхвостка с ГО» . Согласно патенту, как показано на (рис.13), самолет содержит фюзеляж 1, передняя часть которого включает кабину пилотов и пассажирский салон 8. Особое внимание стоит обратить на то, что носик фюзеляжа приплющенный 7. В вертикальной плоскости он выполнен с радиусом 0,1…5 мм, а в горизонтальной 300…1500 мм.
Рисунок 13. Общий вид летательного аппарата
Минимум звукового удара достигается тем, что близкая к круговой форме форма поперечного сечения имеет нарастание радиуса передней части фюзеляжа.
По данному патенту для обеспечения высокой эффективности продольного управления, создания благоприятного кабрирующего момента на сверхзвуковых скоростях нижняя хвостовая часть фюзеляжа плавно переходит в плоскую в поперечном направлении поверхность. Нижняя хвостовая часть фюзеляжа заканчивается рулем высоты.
Для обеспечения минимальных возмущений потока и волнового сопротивления авторы предлагают на корневой секции стреловидного крыла в месте сочленения крыла и фюзеляжа 14 сделать большой угол стреловидности порядка 78…84 . А профиль передней кромки 9 выполнить с радиусом закругления 5…40 мм, для увеличения объема крыла и значения максимального допустимого угла атаки.
Особое внимание стоит обратить на воздухозаборники двигателей 4, которые размещаются по бокам фюзеляжа над верхней поверхностью корневой части крыла, что обеспечивает снижение неблагоприятного влияния их на величину звукового удара. Так как перед воздухозаборниками происходит подтормаживание потока, осуществляется отвод пограничного слоя через перфорированные участки 16 (показано на (рис.14)), которые выполнены на плоскостях перед воздухозаборниками и в них самих.
Рисунок 14. Схема поджатия крыла (фюзеляжа) перед воздухозаборниками и схема перепуска пограничного слоя
Слив данного пограничного слоя происходит на верхнюю поверхность фюзеляжа и крыла, через воздуховод слива 17. Но для подвода необходимого количества воздуха на различных режимах, сверхзвуковые воздухозаборники содержат механизм управляемого перепуска воздуха 18 из канала слива пограничного слоя в канал воздуховода 19 от воздухозаборников к двигателю.
Реализованные на данное время сверхзвуковые самолеты по тем или иным причинам были сняты с использования. Представленные в данной статье изобретения направлены на создание сверхзвуковых воздушных судов, которые имеют высокие летные характеристики и экологические показатели.
Главными техническими задачами для создания таких аппаратов являются:
Снижение аэродинамического сопротивления судна;
Снижение уровня шума, которым сопровождается преодоление звукового барьера;
Уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу, которое достигается уменьшенным потреблением топлива за счет улучшения характеристик воздухозаборников.
Большинство запатентованных сверхзвуковых самолетов имеют высоту полета, которая превышает высоту полета обычного авиалайнера. Такое преимущество позволяет использовать летательный аппарат практически во всепогодные условия, поскольку полет осуществляется на высотах, где отсутствуют метеорологические явления, влияющие на нормальное пилотирование.
Список литературы:
- Бабулин А.А., Власов С.А., Субботин В.В., Титов В.Н., Тюрин С.В. Пат. №2517629 (РФ). МПК B 64 D 33/02, B 64 D 27/20, B 64 С 30/00. Летательный аппарат.
- Бахтин Е.Ю., Житенёв В.К., Кажан А.В., Кажан В.Г., Миронов А.К., Поляков А.В., Ремеев Н.Х. Пат. №2391254 (РФ). МПК B 64 D 33/02, B 64 D 27/16, В 64 С 3/10, В 64 С 1/38, В 64 С30. Сверхзвуковой самолет (варианты).
- Корабеф Йоханн, Прамполини Марко, Пат.№2547962 (РФ). МПК В 64 С 30/00, B 64 D 27/020, B 64 С 5/10, B 64 С 5/08. Сверхскоростное воздушное судно и соответствующий способ воздушного передвижения
- Сиротин В.Н. Пат. №2349506 (РФ). МПК B 64 С 3/40, B 64 С30. Пассажирский сверхзвуковой самолет с обратной стреловидностью крыла и с аварийно-спасательными модулями.
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.
