+7 (495) 720-06-54
Пн-пт: с 9:00 до 21:00, сб-вс: 10:00-18:00
Мы принимаем он-лайн заказы 24 часа*
 

Два сверхзвуковой самолет: Раскройте скобки, поставив слова в нужной форме. Объясните свой выбор. Два (сверхзвуковой) самолёта, три…

0

Музей РАФ-2: сверхзвуковой исследовательский самолет Fairey Delta 2

Fairey Delta 2 или FD2 (внутреннее обозначение компании Type V) это британский сверхзвуковой исследовательский самолет построенный Fairey Aviation Company в ответ на спецификацию Ministry of Supply для изучения поведения самолета на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.

Музей РАФ и РАФ-2
 Как всегда использую информацию с сайтов
http://www.airwar.ru
http://ru.wikipedia.org/wiki
и других источников найденных мною в инете и литературе.


После проводившихся в 1947 году экспериментов с моделями самолетов с вертикальным взлетом, компания Fairey получила запрос о возможности достижения на подобных летательных аппаратах сверхзвуковой скорости. Однако обязательным условием являлось наличие подобного аппарата в пилотируемом варианте. Выпущенная Министерством закупок Спецификация E.R.103 предусматривала постройку исследовательского самолета и была принята к рассмотрению компаниями Fairey и English Electric. Каждой из них надлежало построить два самолета.

English Electric создала двухдвигательный P.1, получивший затем название Lightning, а компания Fairey представила самолет с одним турбореактивным двигателем, треугольным крылом и заостренной носовой частью — Fairey F.D.2.

В октябре 1950 года был подписан производственный контракт на F.D.2, однако ввиду наивысшего приоритета, отданного Gannet, работы по нему реально начались только в конце 1952 года (под руководством Р. Ликли).

Летчик испытатель Fairey Peter Twiss поднял в воздух первый FD2,с номером WG774,6 октября 1954 года в Боскомб-Дауне.
17 ноября 1954 года, WG774 пострадал из-за отказа двигателя во время своего 14 полета,самолет находился на высоте 30,000 ft (9,100 m), на расстоянии 50 km от аэродрома после взлета из Boscombe Down. Twiss сумел спланировать и посадил самолет на высокой скорости на аэродром. Борт получил повреждение носовой стойки и это отложило его полеты на восемь месяцев.
В следующий раз самолет поднялся в воздух только в августе 1955 года. Однако уже в октябре 1955 года впервые была преодолена скорость звука, во время последующих полетов скорость существенно возрастала и в ноябре достигла М=1,56 (1654 км/ч) на высоте 10975 м.

Тогда было принято решение установить на самолете абсолютный мировой рекорд скорости, который в то время был равен 1323 км/ч и принадлежал North American F-100 Super Sabre. 10 марта 1956 года усилия были вознаграждены — в ходе двух пролетов по прямой на дистанции 15,6 км на высоте 11 580 м была зафиксирована средняя скорость 1822 км/ч.
Рекорд продержался до 12 декабря 1957 года ,когда он был побит McDonnell JF-101A Voodoo принадлежащим United States Air Force.

Второй самолет F.D.2 (WG777 наш борт) совершил первый полет в Боскомб-Дауне в феврале 1956 года, в дальнейшем уже оба самолета использовались в разнообразных исследовательских проектах. В конечном итоге первый самолет был передан компании British Aircraft Corporation, получив обозначение BAC.221, и был оснащен для испытаний в аэродинамической трубе полностью новым оживальным крылом той формы, которая впоследствии использовалась на самолете Aerospatiale/BAC Concorde. Оба экспериментальных самолета сохранились до настоящего времени.

Самолет FD.2 представляет собой среднеплан, выполненный по схеме «бесхвостка», с треугольным (срезанным на концах) крылом.

Изготовленное с применением профилей относительной толщины 4% крыло имело прямолинейные передние кромки со стреловидностью 60 и расположенные перпендикулярно оси самолета задние кромки и было самым тонким из известных в то время(при этом в нем размещались и топливные баки и шасси). В системе поперечного и продольного управления использованы элевоны, большая хорда которых обеспечивает хорошую управляемость при малых углах отклонения и малом приросте сопротивления.

Самолет спроектирован в соответствии с правилом площадей, требование которого было выполнено не за счет характерного изменения формы фюзеляжа, а путем применения воздухозаборников специальной конструкции и стреловидного киля.
Шасси трехстоечное, с одинарными колесами. Передняя стойка шасси убирается назад, основные стойки шасси со сложной кинематикой убираются в крыло. Из-за недостатка места в тонком крыле использованы узкие цельнорезиновые шины колес.

Управление всеми рулями осуществляется с помощью необратимых гидроусилителей и устройств загрузки рычагов управления пружинного типа. В системе управления элевонами и рулем высоты использован редуктор с регулируемым передаточным отношением между углом выдвижения ручки управления и углом отклонения рулей в зависимости от скорости полета. Вначале обе системы работали совместно с ручным изменением передаточного отношения от 1:1 до 9:1. Позднее была применена автоматическая система. Механического аварийного управления предусмотрено не было.

Фюзеляж состоит из трех частей. Передняя часть, выполненная в виде заостренного конуса с овальным поперечным сечением, подвижная. В целях увеличения видимости во время посадки она отклоняется вниз на 10,но рассмотреть этот механизм я не смог…. В этой части фюзеляжа находится кабина пилота с катапультируемым сиденьем (возможно также отделение всей кабины), закрытая обтекателем, оборудованным лишь тремя небольшими иллюминаторами для наблюдений по сторонам и вверх. Лобовое неподвижное стекло состоит из двух частей.

Основная часть фюзеляжа постоянного овального сечения заканчивается короткой сужающейся частью, образованной сложенными четырехсекционными тормозными щитками, закрывающими регулируемое выходное сопло двигателя. Под рулем направления находится контейнер для парашюта.На самолете установлен турбореактивный двигатель Avon RA14(он же Mk200 по военному обозначению) фирмы Rolls-Royce тягой 44,48 кН на форсаже.

Боковые нерегулируемые воздухозаборники имеют выдвинутые вперед острые верхние кромки (во время сверхзвукового полета на них образуются косые скачки уплотнения) и округлые дозвуковые нижние кромки. Внизу средней части фюзеляжа находится дополнительный щелевой воздухозаборник, открываемый при полетах на больших углах атаки и при работе двигателя на земле. Топливо размещается в крыльевых баках и в фюзеляжном баке, расположенном между воздухозаборниками.

Наш борт это второй экземпляр самолета с номером WG777. Первый экземпляр тоже выставлен в музее,но в Fleet Air Arm Museum в Yeovilton,там он представлен как BAC 221.

ЛТХ: FD.2
Размах крыла, м 8.20
Длина, м 15.90
Высота, м 3.40
Площадь крыла, м2 33.40
Масса, кг
пустого самолета 4260
нормальная взлетная 6100
максимальная взлетная 6876
Тип двигателя 1 ТРД Rolls-Royce Avon RA14 он же Mk 200
Тяга форсированная, кН 2 х 44.48
Максимальная скорость , км/ч 2100
Практическая дальность, км 1340
Практический потолок, м 16000
Экипаж 1

Музей РАФ-2:экспериментальный сверхзвуковой самолет English Electric P1

?

Previous Entry | Next Entry

Мы посмотрим на самолет с номером WG760,это самый первый прототип English Electric P.1A. Один из двух прототипов,второй тоже сохранился,но выставляется в другом музее.

Музей РАФ и РАФ-2
 Как всегда использую информацию с сайтов
http://www.airwar.ru
http://ru.wikipedia.org/wiki
и других источников найденных мною в инете и литературе.


В 1947 году фирмой English Electric под руководством Ф.Пейджа был разработан проект опытного сверхзвукового самолета для полетов со скоростью М=1.2-1.3 по программе ER.103 с целью создания экспериментального самолета для изучения полета на сверхзвуковых скоростях. English Electric в тот момент была полностью загружена работами по бомбардировщику Canberra, возглавлял которые Эдвард Петтер.

В 1949 году проект был изменен, решили создать истребитель-перехватчик, способный выполнять дневные полеты в ПМУ (простые метеоусловия). На основании этих работ Ф. Пейдж выработал оригинальную аэродинамическую компоновку самолета, рассчитанную для полетов на скоростях вплоть до 2М. 1 апреля 1950 года МО Великобритании заказывают у English Electric два прототипа, которые получили внутрифирменное обозначение P. 1 (преследователь). Самолет должен был быть разработан с целью исследования околозвуковой и низкой сверхзвуковой скорости до величины 1.5 М.

В 1954 году разработчики решили превратить перехватчик из дневного в ночной и всепогодный,для включения его в единую систему ПВО, включающую в свой состав радиолокационные установки и навигационный средства, наземные средства ПВО и истребители-перехватчики. Самолет получился с оригинальными формами. Такой аэродинамической компоновки не имел ни один из известных на то время самолетов. В плане крыло имело вид треугольника с треугольным вырезом в середине основания. Вследствие этого крыло становилось стреловидным, но по прямым нижним краям, оставшимся от основания треугольника, можно было разместить элероны, а вдоль внутренней стреловидности крыла установить закрылки.

Стреловидность крыла по передней кромке составляла 60 , а относительная толщина профиля не превышала 5%. Особый интерес представляют элероны, расположенные поперек концевых частей крыла. Их расположение подобно расположению элеронов треугольного крыла. На крыле отсутствовали предкрылки и аэродинамические перегородки (гребни). Тот же эффект по предотвращению перетекания пограничного слоя к концам крыла был получен использованием конической крутки крыла.

Кроме того, параллельно потоку были применены продольные щели в виде «пропилов» на передней кромке. Эти пропилы действовали как перегородки и улучшали обтекание при полете на больших углах атаки (впервые было использовано немецкими конструкторами). Подвод воздуха к двигателям осуществляется через воздухозаборник типа Пито, выхлоп производится через расположенные друг над другом хвостовые трубы. Такая схема имеет очевидные преимущества в отношении экономии топлива при полете на крейсерской скорости на одном работающем двигателе, без возникновения каких-либо асимметричных сил.

Горизонтальное оперение установлено внизу хвостовой части фюзеляжа, ниже оси самолета и свободно от турбулентной спутной струи от крыла. Несмотря на исключительно небольшую толщину, крыло позволяет производить в него убирание основных стоек шасси. Система управления самолетом гидравлическая. Управление производится посредством необратимых гидроусилителей. Компоновка самолета удовлетворяла и правилу площадей. Первые два прототипа по программе ER.103 были обозначены P.1А и несли серийные номера WG760(наш самолет) и WG763. В условиях секретности первый из них — WG760, транспортировался на аэродром в Боскомбе в перевернутом положении, что по идее должно было скрыть формы самолета:-)))

Первый полет состоялся 4 августа 1954 года под управлением летчика-испытателя English Electri Roland Beamont. В первом полете самолет достиг высоты 4572 метра и скорости в 724 км/ч. Претензий у летчика к самолету не было, и уже в третьем полете WG760 впервые превысил скорость звука без включения форсажа, хотя стало это известно на следующий день после анализа контрольно-измерительной аппаратуры

Оба прототипа оснастили парой двигателей Armstrong Siddeley Sapphire.

Двигатели AS-Sa-5 имели номинальную тягу в 3674 кгс каждый, а после оборудования двигателей системой дожигания 4536 кгс на форсаже. Поначалу форсажная камера работала не очень надежно и довести ее до ума удалось гораздо позднее. Но с ней Р.1А получил возможность достигнуть скорости горизонтального полета 1.53М.

Второй прототип WG763 совершил свой первый полет 18 июля 1955 года и отличался от его предшественника наличием пары 30-мм пушек Aden в носовой части, и позже, большим подфюзеляжным топливным баком объемом на 250 галлонов.

Также на втором прототипе опробовали ракетные двигатели Nappier Scorpion, которые размещались внизу хвостовой части фюзеляжа. В том же году самолет показали на авиасалоне в Фанброро. Сами ускорители не прижились,двигатели самолета были достаточно мощными, а установка ускорителей уменьшала запас топлива.

В конце своей летной карьеры оба самолета использовались для обучения персонала ВВС на базе в Хенлоу. Самолеты разместили на плацу и на них будущие офицеры проходили наземный тренаж.


ЛТХ:
Модификация English Electric P.1A
Размах крыла, м 10.61
Длина, м 15.13
Высота, м 5.21
Площадь крыла, м2 4260
Масса, кг
пустого самолета 9800
нормальная взлетная 14600
Тип двигателя 2 ТРД Armstrong Siddeley Saphir 5
Тяга, кгс
максимальная 2 х 3674
на форсаже 2 х 4536
Максимальная скорость , км/ч 1625
Практическая дальность, км
Практический потолок, м 16000
Экипаж, чел 1

Tags:
  • 2014,
  • english electric,
  • lightning,
  • lightning p1,
  • raf,
  • музей,
  • раф

Powered by LiveJournal.com

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

  • 1 Учебники
  • 2 Механика
    • 2.1 Кинематика
    • 2. 2 Динамика
    • 2.3 Законы сохранения
    • 2.4 Статика
    • 2.5 Механические колебания и волны
  • 3 Термодинамика и МКТ
    • 3.1 МКТ
    • 3.2 Термодинамика
  • 4 Электродинамика
    • 4.1 Электростатика
    • 4.2 Электрический ток
    • 4.3 Магнетизм
    • 4. 4 Электромагнитные колебания и волны
  • 5 Оптика. СТО
    • 5.1 Геометрическая оптика
    • 5.2 Волновая оптика
    • 5.3 Фотометрия
    • 5.4 Квантовая оптика
    • 5.5 Излучение и спектры
    • 5.6 СТО
  • 6 Атомная и ядерная
    • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
    • 6. 2 Ядерная физика
  • 7 Общие темы
  • 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

  1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
  2. разработки уроков, тем;
  3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
  4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны


Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение


Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны


Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО


Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы


Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

С-51

    В рамках программы по созданию сверхзвукового пассажирского самолета 2 поколения (СПС-2) ЦАГИ и ОКБ Сухого вели совместные разработки проекта межконтинентального сверхзвукового делового самолета (МСДС) XXI века с дальностью полета L=8000 км. Такой МСДС мог бы осуществлять беспосадочные полеты на главных трансатлантических и тихоокеанских маршрутах: Нью-Йорк — Москва, Лондон — Вашингтон, Токио — Сиэтл и т.д. С одной промежуточной посадкой МСДС позволит реализовать полеты практически между двумя любыми столицами мира, обеспечивая даже при одночасовой промежуточной остановке существенную экономию времени по сравнению с дозвуковыми деловыми самолетами.

    Исследования концепции сверхзвуковых пассажирских самолетов — «маленького» (административного) С-21 и «большого» (пассажирского) С-51 начались в ОКБ имени П.О.Сухого в 1989 г по инициативе Генерального конструктора М.П.Симонова. Работы велись под непосредственным руководством заместителя генерального конструктора М.А.Погосяна. С-21 должен был перевозить 5-8, а С-51 — 30-50 человек.
    В деловом административном варианте МСДС предназначается в основном для перевозок высокопоставленных государственных и деловых людей, поэтому особую важность для МСДС приобретают вопросы обеспечения надежности и безопасности полета и комфорта.
    В варианте МСДС с фюзеляжем некруглого поперечного сечения с максимальной шириной 2,8 м могут быть размещены 8-10 пассажиров в классе «люкс» или 27-30 пассажиров в экономическом классе. Обеспечение такой максимальной пассажировместимости существенно расширяет возможности применения МСДС, а следовательно, и рынок его сбыта.
    Так же, как для магистральных сверхзвуковых самолетов, важнейшим требованием, предъявляемым к МСДС, является обеспечение двухрежимности самолета, т.е. возможности выполнения равно-эффективного по дальности полета на сверхзвуковом (Мкр~2) и околозвуковом (М~0,93) крейсерских режимах. Указанное требование продиктовано ограничениями по звуковому удару, разрешающими выполнение сверхзвуковых полетов только над водными пространствами или в коридорах над ненаселенной сушей типа пустынь и полярных областей. Таким образом, некоторые маршруты МСДС могут оказаться комбинированными, включающими дозвуковые участки полета на дальность. Требование двухрежимности оказывает существенное влияние на выбор аэродинамической компоновки СПС-2, и в частности на выбор формы крыла в плане, а также на выбор типа двигателей силовой установки.
    Принципиальным для МСДС является выбор числа двигателей силовой установки. Преимуществом четырехдвигательного варианта МСДС является то, что отказ одного двигателя на взлете может быть практически полностью компенсирован соответствующим форсированием остальных трех двигателей. Возможность форсирования обусловлена обычной для МСДС переразмеренностью двигателей на режимах взлета. Поэтому для МСДС с четырьмя двигателями случай отказа одного двигателя на взлете уже не является расчетным. Точно так же отказ одного двигателя на крейсерском режиме позволит завершить полет на требуемую дальность, так как в этом случае не действуют ограничения на длительность полета с отказом двигателя, которые накладываются на двухдвигательный самолет. Таким образом, четырехдвигательный вариант обеспечивает существенно большую надежность и безопасность полета, что наиболее важно для рассматриваемого трансокеанского МСДС.
    Наиболее эффективным аэродинамическим способом для согласования величин аэродинамического качества на дозвуковом и сверхзвуковом режимах крейсерского полета является выбор соответствующей формы крыла в плане и использование адаптивных элевонов и носков крыла. Рекомендуемое ЦАГИ крыло для МСДС спроектировано таким образом, чтобы обеспечить примерно одинаковые километровые расходы топлива для двух указанных режимов полета. В этом случае изменения полной дальности полета, вызванные временным переходом от сверхзвукового режима полета на дозвуковой и обратно, невелики.
    Выбранное крыло обеспечивает достижение малой разницы между положениями аэродинамического фокуса при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Это позволяет реализовать в схеме «бесхвостка» полет на сверхзвуковом крейсерском режиме с малым запасом продольной статической устойчивости и обеспечить продольную балансировку на этом режиме фактически при нулевых углах отклонения элевонов, а значит, без потерь аэродинамического качества на балансировку.
    При проектировании МСДС следует учитывать, что должны выполняться экологические ограничения по шуму сбоку от ВПП и в пролетной контрольной точке. Можно предполагать, что МСДС должен отвечать требованиям FAR-36, гл. 3, приложение 16 (том 1). Основным источником шума на взлетном режиме является струя реактивного двигателя. Поэтому главная задача уменьшения шума двигателя сводится к уменьшению скоростей истечения выхлопных струй. Предварительные исследования, выполненные в ЦАГИ и в ЦИАМ, показывают, что применение турбовентиляторных двигателей со степенью двухконтурности m0=0,9-1,0 в комбинации с управлением тягой на взлетной траектории и мерами, направленными на повышение аэродинамического качества, является перспективным направлением для решения проблемы шума МСДС в районе аэропорта. Такой подход предъявляет повышенные требования к величине аэродинамического качества на этапе взлета. Для увеличения аэродинамического качества на взлете необходимо снижать значения Суавз, что может быть реализовано путем уменьшения нагрузки на крыло до значений Go/S~310 кг/м2.
    Отличительной особенностью рекомендуемой компоновки МСДС является использование крыла сложной формы в плане с базовым крылом относительно малой стреловидности. Это позволяет увеличить общее удлинение до 2,2 (по сравнению с 1,67 для СПС-1 Ту-144) и за счет этого повысить аэродинамическое качество и несущие свойства крыла на режимах взлета и посадки. В компоновке МСДС предусмотрено использование отклоняемых носков в комбинации с отклоняемыми вниз элевонами вдоль задней кромки крыла. Такая механизация крыла позволяет существенно увеличить величину коэффициента подъемной силы Суа при фиксированном угле атаки a=const и аэродинамическое качество при фиксированном значении Cya=const. На расчетном режиме взлета рациональный диапазон углов отклонения элевонов составляет ðэв=10°-12°. С целью улучшения аэродинамических характеристик во взлетной конфигурации рекомендуется использовать малые степени статической продольной неустойчивости.
    Исследования показывают, что современный уровень аэродинамического проектирования позволяет реализовать компоновку МСДС с высокими уровнями максимального аэродинамического качества при крейсерских скоростях Кmax=13,3 и 8,3 при М=0,93 и 2,0, соответственно. Разработанная компоновка МСДС позволяет реализовать дальность полета L~8000 км с крейсерским числом М=2 при аэронавигационном запасе топлива (Gанз=5,6 т), достаточном для стандартного удаления запасного аэродрома (370 км), получасового ожидания посадки и 4%-го компенсационного запаса топлива. Практически та же дальность реализуется при дозвуковом крейсерском режиме (М=0,93) и на маршрутах с различными режимами полета.
Изначально максимальная взлетная масса (МВМ) С-51 оценивалась в 75 тонн.
В 1991 году проект переработали: МВМ самолёта возросла до 90 тонн, а количество перевозимых пассажиров в обычной конфигурации салона выросло до 58. Его первый полёт ожидался в 2005 году, а вступление в строй – в 2010-м.
СИЛОВАЯ УСТАНОВКА самолета С-51 включает 4 ТРДД «Авиадвигатель» Д-21А1 с суммарной тягой 38000 кгс. Двигатели расположены попарно под крылом. В перспективе предполагается значительное снижение уровня шума двигателей, что обеспечит более комфортные условия в салоне.

Описание
Конструкция АООТ «ОКБ Сухого»
Обозначение С-51
Год постройки проект 1990-91 гг
Тип Сверхзвуковой пассажирский самолет
Экипаж 2 (?)
Число пассажиров 68
Геометрические и массовые характеристики
Размах крыла, м  
Длина самолета, м  
Взлетный вес, кг 90700
Вес пустого, кг 22560
Силовая установка
Число двигателей 4
Двигатель ДТРДФ Д-21А1
Тяга двигателя(стартовая), кгс 9500 (7500 ?)
Летные данные (расчетные)
Крейсерская скорость, км/ч (М=) сверхзвуковая 2125 (2. 0)
дозвуковая 1015 (0.95)
Дальность полета, км 9200
Потребная длина ВПП, м 2500

Источники информации:

  1. Сверхзвуковой административный самолет С-21 / Вестник Авиации и Космонавтики № 4 2000 /
  2. «Правда о сверхзвуковых пассажирских самолетах» / Близнюк В., Васильев Л., Вуль В. и др., М., «Московский рабочий», 2000 /
  3. Потерянное поколение птиц стальных / С.В.Дроздов, «Крылья Родины» 3-4.2016 /

каким путем пойдут новые поколения? – Наука – Коммерсантъ

Пассажирские сверхзвуковые самолеты могут вскоре вернуться в авиацию. Для этого они должны стать иными, чем ушедшее первое поколение. Каким же будет новое?

Сверхзвуковой пассажирский Overture от компании Boom Technology

Фото: Boom Supersonic

Сверхзвуковой пассажирский Overture от компании Boom Technology

Фото: Boom Supersonic

Сверхзвуковое движение в земной природе встречается редко. Это либо падение небесных тел всяких размеров, проходящих сверхзвуковой этап атмосферного пути. Либо вулканы со сверхзвуковыми течениями парогазовых смесей в извержениях и вулканические взрывы, бросающие породу со сверхзвуковой скоростью. Человеческий вид пришел к сверхзвуковому движению через баллистику, от пуль и снарядов, скорости которых достигли сверхзвуковых. Вероятно, это был XlX век. Сверхзвуковыми были и осколки боеприпасов, что давало их большое боевое действие уровня пулевого и больше. В конце XlX века появилась сверхзвуковая область науки, изучающая сверхзвуковое движение. А шведский инженер Густав Лаваль сделал сверхзвуковое сопло, дающее сверхзвуковую струю пара для лопаток паровой турбины. Так был получен стабильный сверхзвуковой поток.

В начале XX века немецкий физик Людвиг Прандтль создал методы расчета сверхзвуковых течений и явлений. В 1909-м по его расчетам построена первая сверхзвуковая аэродинамическая труба в Геттингене, дав сверхзвуковой поток для работ в лабораторных условиях. Прандтль придумал метод расчета сверхзвукового сопла, которым проектируют сверхзвуковые сопла с высокой газодинамической точностью. Это открыло дорогу к ракетным двигателям со сверхзвуковым истечением ради реактивной силы тяги. Сверхзвуковые сопла разогнали ракеты до сверхзвуковых скоростей — и человек перешел к сверхзвуковым летательным аппаратам. Так баллистика вернулась к сверхзвуковому движению — уже не для метания, а для управляемого полета. Баллистическая «Фау-2» стала первым управляемым сверхзвуковым аппаратом.

Читать далее

Вскоре к сверхзвуку пришла авиация. Скорость в авиации — главная величина. Первым горизонтальный пилотируемый сверхзвуковой полет выполнил американский летчик-испытатель Чак Йегер в 1947 году на ракетном самолете Bell Х-1. Быстро появились первые боевые сверхзвуковые самолеты — советский МиГ-19 и американский F-100 «Супер сейбр» (North American F-100 Super Sabre). После широкого освоения сверхзвука боевой авиацией пришел черед сверхзвуковых пассажирских самолетов. Советский Ту-144 с первым пассажирским рейсом 1 ноября 1977 года сделал 55 пассажирских рейсов и был снят с эксплуатации. Чуть раньше, в 1976 году, начал пассажирские перевозки англо-французский «Конкорд» (Concorde), летавший до 2005 года. После его полетов пассажирская авиация взяла в сверхзвуке паузу до сегодняшнего дня.

Что такое сверхзвук

Советский пассажирский сверхзвуковой Ту-144

Фото: РИА Новости

Советский пассажирский сверхзвуковой Ту-144

Фото: РИА Новости

Скорость в аэродинамике берется относительно потока, которым становится для самолета воздух. Важно, насколько медленнее или быстрее звука летит самолет. Это покажет число Маха, или М, главное сверхзвуковое число. Оно меряет скорость полета в скоростях звука. И равно отношению скорости полета к скорости звука: М=V/a.

Любая скорость (полета или течения) имеет свое значение числа Маха. При скорости звука М=1. Значения меньше (М

Что такое скорость звука? Это скорость движения несильных уплотнений в толчее молекул газов воздуха — акустических колебаний. Быстрота движения уплотнений создается скоростью самих молекул. Мера их энергии движения и есть температура. Поэтому скорость звука зависит от температуры. И меняется в жару и мороз или с высотой. Чем жарче, тем выше скорость звука. Чем быстрее толчея молекул, тем быстрее они передадут свое уплотнение — звуковое колебание. Поэтому скорость звука всегда берут местную, текущую, в данных условиях. На уровне моря в стандартной атмосфере скорость звука — 340,29 м/с.

Зачем человеку лететь со сверхзвуковой скоростью? Для боевых или разведсамолетов ответ очевиден: управление машиной ради боевых или других прикладных дел ее сверхзвукового полета. Например, неуязвимость разведывательного SR-71 создавалась крейсерской скоростью, близкой к километру в секунду. Пассажиру нужно просто перемещение, лучше — быстрое. С ростом скорости растет и ее цена. Кто-то готов лететь дороже, но быстрее. «Конкорд» шел из Лондона в Нью-Йорк три часа, а дозвуковые самолеты летят шесть часов. Короткий полет комфортнее. Сверхзвук сократит полет в разы. Одновременно технологии сегодня решают все больше задач без тела человека и нужды физического перемещения.

Растет число людей, которые легко могут оплатить сверхзвуковой перелет. Состоятельные могли бы купить сверхзвуковой самолет для своих поездок, как яхты или обычные самолеты. Летать на сверхзвуке для кого-то просто круто, и это может быть фактором выбора. Тогда большой сверхзвуковой расход топлива и затратность полета могут оказаться второстепенными. Ограничивает сверхзвуковые полеты сегодня не экономика.

Особенности сверхзвукового полета

Британско-французский сверхзвуковой пассажирский Concorde

Фото: Getty Images

Британско-французский сверхзвуковой пассажирский Concorde

Фото: Getty Images

У сверхзвукового полета есть особенности, которые необходимо отразить в конструкции сверхзвуковой техники.

Сжатие. При сверхзвуковом полете главной особенностью воздуха становится его сжимаемость. Лобовые участки конструкции сжимают встречный воздух — носовой обтекатель, передние кромки крыла, киля, стабилизаторов. Сжатие возникает и на всех наклонных поверхностях, встречающих поток. Конструкцию обжимает поток с повышенным давлением. Это добавляет нагрузку и требует упрочнения нагруженных мест.

Нагрев. При многократном сжатии рост температуры ощутимый. Передние кромки и выступающие в поток части самолета при М=3 нагреваются до 330°С. С ростом скорости температура растет стремительно. Важно обеспечить работу лобовых элементов при таком нагреве. Например, сделав их из титана или специальных сталей. Нагревается и вся обшивка, обтекаемая сжатым и потому нагретым потоком. Нагреваются снаружи стекла кабины и иллюминаторов, повышая требования к прочности.

Изменение аэродинамической центровки. Сверхзвуковой самолет должен хорошо летать и на сверхзвуковом, и на дозвуковом режиме. Ведь взлет и посадка происходят с дозвуковой скоростью. Картина дозвукового обтекания самолета при переходе за скорость звука резко меняется. Устойчивость и управляемость самолета на сверхзвуке становятся другими. Это нужно учитывать в процессе управления и отражать в системе управления полетом.

Сопротивление полету и расход топлива на сверхзвуке резко возрастают, и чем выше скорость, тем больше сопротивление. Корпус самолета сжимает слои воздуха — работает наружным компрессором. Эта работа оплачивается скоростью, тормозя самолет. И ударная волна (о ней ниже) уносит энергию, рождая волновое сопротивление. Сверхзвук требует большого роста силы тяги, в полтора-два раза. Это форсаж с многократным расходом топлива.

Но не эти трудности продолжают сегодня паузу в пассажирской сверхзвуковой авиации. В конце концов, эти технические задачи решаются в боевой сверхзвуковой технике, нормально выполняющей сверхзвуковые полеты.

Прогулка в газодинамику

Как мы отмечали, главной сверхзвуковой особенностью является многократная сжимаемость воздуха. Сжатие происходит необычно, не постепенно, как в накачиваемой автошине. Воздух сжимается в сверхзвуковом течении чрезвычайно быстро, динамично, практически мгновенно — за одну стомиллионную долю секунды. Поэтому такое сжатие называется газодинамическим. Оно происходит на очень тонкой — толщиной всего пару пробегов молекул — поверхности внутри потока. Поверхность сжатия располагается в потоке косо, под углом (тогда поток за ней остается сверхзвуковым) или перпендикулярно (поток за ней становится дозвуковым). Сразу за ней поток оказывается уплотненным — с возросшими плотностью, давлением и температурой — и с меньшей скоростью.

Эти изменения скорости, плотности, давления и температуры происходят скачкообразно, абсолютной ступенькой. Из-за резкого, скачкового уплотнения поверхность сжатия назвали скачком уплотнения. Налетающий сверхзвуковой поток ударяет по скачку всей мощью своего движения, словно молотом. Этот удар плющит и уплотняет воздух на скачке. Поэтому такое сжатие называется ударным. Сжатый воздух выдавливается за скачок уплотнения новыми сжимаемыми порциями набегающего потока. Его объем теперь сократился, и он движется медленнее. Замедление пропорционально сжатию в скачке.

Сверхзвуковые скачки уплотнения возникают на передних частях конструкции — кромках крыла, киля и стабилизаторов, воздухозаборников, на выступе кабины, вокруг носовой части. На всем, что выступает в сверхзвуковой поток. Отдельные скачки от крыльев, киля и других элементов с удалением от самолета постепенно сливаются и образуют конус, расходящийся позади самолета. Конус протягивается очень далеко в пространство, уходя от самолета на многие километры вверх, вниз и в стороны, и называется конусом Маха, в честь австрийского физика, одного из основоположников газодинамики (то есть сверхзвуковых дел) Эрнста Маха. Чем быстрее летит самолет, тем более узкий и острый конус Маха. На гиперзвуковых скоростях — допустим, М=15 — скорость вытягивает конус в узкий рукав с малым углом расширения в 7,6 градуса. При скорости М=1 конус «распрямляется» в плоскую поверхность, перпендикулярную полету. При переходе на дозвук он исчезает.

На поверхностях самолета и близко к ним уплотненный воздух за скачком продолжает течь сжатым. Дальше от самолета скачок уплотнения протягивается в свободный воздух. В открытом пространстве атмосферы сжатый скачком воздух сразу начинает быстро расширяться. Настолько быстро, что по инерции «проскакивает» атмосферные параметры и создает разрежение, которое быстро «схлопывается» атмосферным давлением. На графиках давления, плотности и температуры воздуха это выглядит острой вершиной сжатия (с передней вертикальной стенкой, собственно скачком уплотнения) и последующей впадиной разрежения. Перед нами типичные для волны горб и впадина, только со своими особенностями формы.

Это и вправду волна. Скачок уплотнения, область сжатия за ним, последующая область разрежения и возвращение к начальным параметрам воздуха все вместе образуют ударную волну. Волновой процесс теряет мало энергии и весьма устойчив и поэтому может проходить большие расстояния. Сейсмические волны проходят насквозь земной шар, сильные ударные волны в атмосфере способны многократно обогнуть Землю. Ударная волна от сверхзвукового самолета не так сильна, но и она легко проходит десяток и больше километров от самолета. В том числе и вниз, достигая земли и пробегая по земной поверхности.

Действие конуса Маха

Прохождение через человека конуса Маха от летящего на сверхзвуке самолета выглядит как мощный и резкий звуковой удар, похожий на сильный удар грома. Так бывает при высоте полета в несколько километров. Если самолет летит низко, то одним громовым ударом дело не ограничивается. Низкий проход на сверхзвуке может выбить стекла в домах, а людей оглушить.

Однажды шли крупные войсковые учения с имитацией ядерного удара. В то время эта задача была насущной и отрабатывалась масштабно. Для изображения удара командировали двух летчиков-истребителей ПВО. На своих сверхзвуковых Су-9 они должны были парой пройти на небольшой высоте над позициями войск в сверхзвуковом режиме. Их конус Маха должен был имитировать прохождение ударной волны ядерного взрыва. А черный дым от нескольких взорванных в «эпицентре взрыва» бочек с бензином — подняться атомным грибовидным облаком.

Летчики слетали посмотреть местность, рассчитали время и рубеж перехода на сверхзвук, длительность сверхзвукового участка, расход и запас топлива для форсажа на сверхзвуке, весь маршрут полета и другие детали. Для лучшей имитации выбрали скорость ненамного больше звука, 1300 км/ч, при которой конус Маха за самолетом раскрывается в почти плоскую, слабоконическую тарелку с самолетом в центре. Ее ударная волна падает на местность не сверху, а надвигается сбоку, сразу под самолетом, почти вертикальной стеной, как у реального наземного ядерного взрыва.

Взлетели, подошли к району, снизились до трехсот метров, ниже на сверхзвуке брать не стали из-за возможного проявления казахского мелкосопочника. Пройдя ориентиры рубежа, разожгли форсаж, перешли на сверхзвук и пошли над рельефом на скорости 1300 км/ч. Значение числа Маха полета с учетом холодной погоды было примерно М=1,15.

Эффект вышел отменным. После подъема в небо гриба бензиновой сажи по войскам прошла ударная волна. Наблюдатели в высоких званиях, смотревшие в бинокли на действия войск, непонятно каким образом тоже оказались в зоне согласованного маршрута пролета пары. Ударная волна оглушила наблюдателей и сбила с ног, повалив на землю. Папахи и фуражки дружной стайкой улетели в казахстанскую степь. Что вызвало крепкие начальственные слова в адрес летчиков и организаторов «ядерного удара». Но они лишь четко выполнили поставленную задачу. Автор хорошо знал одного из летчиков, рассказавшего детали этого полета.

Из-за ощутимого акустического действия конуса Маха полеты на сверхзвуковых режимах над населенными местностями ниже высоты 18 км запрещены. Шум сверхзвукового полета стал главным фактором запрета. Сверхзвуковые полеты боевых самолетов проводятся в специально отведенных зонах. На сверхзвуке летают много. Истребительный полк выполняет сотню сверхзвуковых полетов в месяц. Пилоты должны иметь навык таких полетов. Курсы боевой подготовки летчиков сверхзвуковой авиации включают тридцать-сорок и более упражнений — специально построенных полетов с конкретной задачей, выполняемых на сверхзвуке. Помимо этого каждый сверхзвуковой самолет после капитального ремонта облетывается летчиком-испытателем перед передачей в войска. Облет включает два полета на дозвуке и два на сверхзвуке.

Например, в США для сверхзвуковых полетов выделены так называемые сверхзвуковые коридоры. Самый большой из них — высотный сверхзвуковой коридор (High Altitude Supersonic Corridor, HASSC), расположенный в Южной Калифорнии. Он тянется от северо-запада Лос-Анджелеса до реки Колорадо возле Лас-Вегаса, штат Невада. Часть HASSC проходит через воздушно-космический комплекс специального назначения R-2508, объединяющий базу ВВС Эдвардс, центр военно-морской авиации Чайна-Лейк и армейский форт Ирвин. Поэтому в этом коридоре выполняют сверхзвуковые полеты разного назначения летчики ВВС, ВМФ и других частей вооруженных сил.

Есть и другие специальные сверхзвуковые коридоры, некоторые под управлением гражданских органов. Например, коридор на северо-востоке штата Нью-Йорк возле Саранак-Лейк (Saranac Lake), контролируемый федеральным управлением гражданской авиации (Federal Aviation Administration, FAA).

В конце прошлого года министерство транспорта штата Канзас в центральной части подписало соглашение с FAA о создании Канзасского сверхзвукового транспортного коридора (SSTC) для испытания самолетов, летающих со скоростью до М=3. Коридор длиной 770 морских миль (1426 км) будет двунаправленным и проходить от Гарден-Сити на восток почти до Питсбурга на высотах выше 39 000 футов, или 11 887 метров.

Бум сверхзвуковых пассажирских разработок

Экспериментальный сверхзвуковой самолет XB-1 Baby Boom от компании Boom Technology

Фото: Boom Supersonic

Экспериментальный сверхзвуковой самолет XB-1 Baby Boom от компании Boom Technology

Фото: Boom Supersonic

Последний пример приведен неслучайно. Тема гражданского сверхзвука снова стала актуальной. Фирмы-разработчики концентрируют усилия и на небольших форматах сверхзвуковых бизнес-джетов, и на более крупных пассажирских.

Среди заметных проектов — компания Boom Technology из Денвера, штат Колорадо. Семь лет она создает пассажирский Overture с рейсовыми полетами в 2030-х. Он будет брать 55 пассажиров и летать на 8000 км с крейсерской скоростью 2300 км/ч (М=2,2). Вскоре ожидаются полеты прототипа, технологического демонстратора — XB-1 Baby Boom, сборка которого уже идет.

Отдельного упоминания заслуживает и бизнес-джет AS2. Компания Aerion Corporation разрабатывает его с 2004 года, но сроки летных испытаний переносятся то на 2018-й, то на 2023 год. Тем не менее AS2 уже собрал неплохой портфель предварительных заказов. С разработкой самолета помогали крупнейшие концерны — Boeing и Airbus, General Electric и Lockheed Martin.

Сегодняшние требования к шуму стали намного жестче со времен полетов Ту-144 и «Конкорда». Создатели гражданской сверхзвуковой техники должны найти решения, за счет которых сверхзвуковой полет их детищ даст меньший сверхзвуковой удар на земле. Это актуальный ключ к гражданским сверхзвуковым полетам, и этот ключ ищут в разных направлениях, обычно детально не раскрывая точных данных или сути решений. Поиск этот непростой, ведь у любого решения есть обратная сторона медали, заставляющая размениваться чем-то другим, не менее насущным.

Часть решений лежит в аэродинамике конструкции. Можно сделать очень длинный и острый, реально игловидный нос — он создаст меньше волнового сопротивления на сверхзвуке, то есть меньше энергии передаст ударной волне. Аналогично все передние кромки (крыла, килей, воздухозаборников) можно сделать тонкими и бритвенно-острыми. Это тоже уменьшит волновое сопротивление и ослабит создаваемую ударную волну. Но у таких обводов не лучшие характеристики для дозвукового полета, на котором самолет будет лететь вблизи аэродромов взлета и посадки. Дозвуковые летные качества с «полной заточкой под сверхзвук» ухудшатся, но они тоже нужны хорошие, чтобы лететь на дозвуке эффективно и безопасно.

Есть компоновочные решения — например, убрать гондолы с двигателями с нижней стороны самолета. Их воздухозаборники и скосы корпусов встречают сверхзвуковой поток и создают свои ударные волны, уходящие вниз к земле. Если поместить гондолы двигателей сверху самолета, то волна от них пойдет вверх, в небо, не усиливая конус Маха в направлении земли. Но наверху это ухудшит работу воздухозаборников. Корпус и крыло на сверхзвуке всегда стоят под небольшим углом атаки к набегающему потоку, сжимая его своей наклонной нижней поверхностью. Нижний воздухозаборник собирает этот уплотненный низом самолета воздух, как совком, «проглатывая» больше килограммов воздуха в секунду. А на спине самолета или крыла воздухозаборник лишается этой сжатой добавки, снижая поток воздуха в двигатель.

Возможны и другие, неконструкционные решения. Можно попробовать ослабить ударную волну на ее пути к земле. Там она встретит различные неоднородности атмосферы, и некоторые из них устойчивые и протяженные. Например, тропопауза — граница между тропосферой и стратосферой на высоте 10–12 км. Она не условная (как линия Кальмана, граница космоса на высоте 100 км), а вполне физическая, хоть и не столь резкая, как скачок уплотнения. В зоне тропопаузы меняется знак температурного градиента, или, другими словами, происходит его инверсия; еще проще — температура с высотой здесь перестает снижаться, а выше начинает расти. Самый холодный слой воздуха — значит, местный слой повышенной плотности.

От физических границ в среде волны любят отражаться если не полностью, то частично. Сквозь границу проходит лишь часть энергии волны. Максимум отражения будет с определенным углом падения волны. Регулируя скорость сверхзвукового полета, можно получить угол падения конуса Маха на тропопаузу, с которым отражение вверх будет наибольшим. Это ослабит прошедшую к земле волну. Измеряя состояние тропопаузы под самолетом, система управления будет вычислять и задавать текущую скорость самолета с наибольшим ослаблением ударной волны, доходящей до земли. Обратной стороной будет невысокое число Маха полета — около 1,4. Так хотели пойти разработчики упомянутой Aerion, задавая своему бизнес-джету AS2 крейсерскую скорость лишь 1500 км/ч, снижая скоростной выигрыш полетного времени. Хотели, но не пошли.

Неясные перспективы пассажирских сверхзвуковых

В конце мая этого года стало известно о закрытии проекта сверхзвукового бизнес-джета AS2, а с ним и самой компании Aerion. Причиной названа нехватка финансирования. Это стало большой неожиданностью, ведь Aerion получила заказы на 11,2 млрд долларов. Но инвесторы не захотели вкладывать в проект сегодня. Почему? Причина в минусах этого проекта или вызывает вопросы само будущее пассажирской сверхзвуковой авиации, ее долгосрочная перспектива?

Пока не видно многочисленных полетов прототипов гражданских сверхзвуковиков. Доводка конструкций будет продолжаться несколько лет. Перспектива начала рейсовых полетов — через десятилетие-полтора. Создание новых сверхзвуковых самолетов с новыми чертами, удовлетворяющими новым требованиям,— отнюдь не ковровая дорожка, и когда по ней пройдут победители, сегодня непонятно.

Также неясны перспективы массовых полетов сверхзвуковой пассажирской авиации. К моменту, когда они станут возможны, могут появиться конкуренты с принципиальным, кратным скоростным преимуществом. Дело не только в разрабатываемых гиперзвуковых пассажирских самолетах — пока это лишь эскизные концепты. Но создание Илоном Маском его корабля Starship идет с беспрецедентной быстротой; в ближайшие годы должны начаться его коммерческие полеты. Всего лишь небольшое недовыведение Starship на околоземную орбиту сделает его готовым суборбитальным пассажирским средством, везущим сотню пассажиров. А декларируемая Маском массовость их производства крупномасштабными сериями, сотнями и тысячами штук, позволит создать суборбитальный пассажирский флот и в короткие сроки охватить Землю масштабным суборбитальным пассажирским сообщением.

Выигрыш времени по сравнению со сверхзвуком окажется многократным — 35–40 баллистических минут вместо трех сверхзвуковых часов. Если экономика суборбитальной баллистики станет сопоставима со сверхзвуковой, выбор пассажиров станет очевиден. Сверхзвуковая пассажирская авиация останется узким нишевым сегментом частных любителей сверхзвукового полета. Пассажирский сверхзвук может так и не занять в жизни и истории человека такое место, как пассажирская винтовая авиация в середине ХХ века или реактивная сегодня.

Никто не знает точно будущее. Привлекательность сверхзвуковых перелетов для сегодняшних пассажиров вызывает к жизни сверхзвуковые разработки. Какие-то из них, возможно, дойдут до регулярных рейсов. Быть может, спустя годы один из читателей этой статьи полетит сверхзвуковым пассажиром на отдых или по делам. Не вспоминая о трудных задачах, в которых создается сегодня новое поколение сверхзвуковой пассажирской авиации. Окажется ли оно многочисленным, покажет время.

Николай Цыгикало

На «Сверхзвуке» — От первого лица — Пресс-центр

В России появится новый научный центр мирового уровня

Повышение скорости полета пассажирских лайнеров в 2–2,5 раза с помощью сверхзвука — задача суперамбициозная.

Над этим ломают головы авиационные конструкторы и инженеры всего мира. Эксперты убеждены: создание нового коммерчески эффективного сверхзвукового гражданского самолета — самый большой вызов для современной мировой гражданской авиации…

Мечта любого бизнесмена: утром перелететь через океан, заключить крупную сделку, а вечером вернуться домой. Современные самолеты летают не быстрее 900 км/ч. А сверхзвуковой бизнес-джет будет иметь крейсерскую скорость около 1900 км в час. Какие перспективы для делового мира!

Вот почему ни Россия, ни Америка, ни Европа никогда не оставляли попыток создать новую сверхзвуковую пассажирскую машину. Но история тех, что уже летали — советского Ту-144 и англо-французского «Конкорда», — научила многому.

Как рассказал «Российской газете» генеральный директор Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»), член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало, создание сверхзвуковой техники следующего поколения требует проработки целого ряда фундаментальных проблем.

Повышение скорости полета пассажирских лайнеров в 2-2,5 раза —задача суперамбициозная

Важнейшими научными задачами являются фундаментальные исследования: в области снижения выбросов «эмиссии» вредных веществ, в том числе CO2, транс-, сверхзвуковых самолетов; в области снижения влияния звукового удара на окружающую среду; в области снижения влияния шума транс-, сверхзвуковых самолетов на окружающую среду; в области композитных силовых конструкций.

Нужно решить массу междисциплинарных и межотраслевых задач. Именно поэтому ЦАГИ выступил с инициативой создания Научного центра мирового уровня «Сверхзвук», реализуемой в рамках нацпроекта «Наука».

— Необходимо создать научно-исследовательскую инфраструктуру мирового уровня для получения совершенно новых, уникальных научных результатов, определяющих экологические и экономические аспекты технологий сверхзвуковых режимов полетов гражданской авиации, — говорит Кирилл Сыпало.

НЦМУ «Сверхзвук» будет заниматься проектами гражданской авиации. Упор — на перспективные концепции аэродинамических компоновок, новые конструктивно-силовые схемы, современные материалы и т.д. Безусловно, будет использован отечественный опыт. Тот накопленный научный задел, который есть в области сверхзвуковых летательных аппаратов гражданской и военной авиации, вся развиваемая тематика научных работ, финансируемых сегодня в России, позволили подойти к созданию демонстратора сверхзвукового самолета нового поколения. И, как надеются ученые ЦАГИ, его летные испытания начнутся в 2023 году.

В консорциум участников «Сверхзвука», помимо ЦАГИ, вошли ЦИАМ им. П.И. Баранова, Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН, МГУ, ЛИИ им. М.М. Громова, ГосНИИАС, МАИ и другие.

— Россия — страна, в которой был совершен первый в мире полет сверхзвукового самолета. Все достижения, связанные с Ту-144, а также ряд современных работ по этой тематике позволили ЦАГИ подойти к созданию демонстратора сверхзвукового делового лайнера. Я уверен, что наше сотрудничество поможет сконцентрировать силы и знания по данной тематике, и вместе мы достигнем высоких результатов«, — считает ректор МГУ им. М.В. Ломоносова, академик Виктор Садовничий.

Концепция легкого сверхзвукового делового самолета, разработанная российскими учеными. Фото: Пресс-служба ФГУП «ЦАГИ»

Основной задачей коллег из Московского государственного университета станет математическое моделирование сверхзвуковых режимов полетов, которые впоследствии будут верифицированы на аэродинамических трубах ЦАГИ, а также разработка методов прочностного анализа перспективных композитных конструкций.

Ожидается, что к НЦМУ «Сверхзвук» присоединятся и зарубежные партнеры — такие научные центры, как DLR, ONERA и другие.

Сейчас над проектами гражданских воздушных судов, скорость которых превышает скорость звука, трудятся Spike Aerospace и Boom Supersonic, Lockheed Martin. Но нашим специалистам уже удалось рассчитать аэродинамику самолета так, чтобы он создавал как можно меньше шума при полете.

До какого минимума может быть снижен звуковой удар?

На разных этапах сверхзвукового полета уровни громкости звукового удара различные, поясняют специалисты. Например, при взлете есть такое явление, как фокусировка звукового удара. Здесь уровень может достигать 90-100 децибелов. В крейсерском сверхзвуковом полете он не должен превышать 72 децибела. Но и это достаточно громко, особенно ночью.

— Стоит задача снизить шум до 68-62 децибел, и самое главное — уменьшить полосу, в которой звуковой удар ощущается. Это для нас основная задача, — комментирует Кирилл Сыпало.

Уровень звукового удара (резкий перепад давления в ударной волне) от Ту-144 равнялся 100-130 паскалям. Но современные исследования показали: его можно довести до 15-20. Более того, снизить громкость звукового удара до 65 децибел, а это эквивалентно шуму большого города. До сих пор в мире нет официальных нормативов по допустимому уровню звукового удара. И, как говорят эксперты, он будет определен не раньше 2022 года.

Рассматривают несколько вариантов сверхзвукового делового самолета: на 12-16 пассажиров,60-80 и на 4-6

Сегодня, на новом витке развития технологий, ученым необходимо найти баланс между противоречивыми факторами: хорошей аэродинамикой нового сверхзвукового самолета, небольшим расходом топлива, а также жесткими ограничениями на шум и звуковой удар.

Перспективы сверхзвуковых пассажирских самолетов

СПС — новое поколение сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров. Специалисты рассчитывают, что трансатлантические перелеты такой самолет сможет осуществлять с крейсерской скоростью не менее 1900 км/ч на расстояния до 8600 км, а его салон вполне возможно сделают трансформируемым — из 80-местного в 20-местный VIP-класса. При этом «сверхзвуковик» удовлетворит всем перспективным требованиям по уровню шума и выбросам в атмосферу.

Эксперты рассматривают несколько вариантов сверхзвукового делового самолета: на 12-16 пассажиров, на 60-80 и совсем маленького на 4-6 человек. Крейсерская скорость будет 1,8-2 маха, то есть примерно в два раза быстрее скорости звука. Такая скорость является технологическим барьером для использования в конструкции планера обычных алюминиевых материалов. Дальнейшее развитие и увеличение скорости связано с проектированием конструкций полностью из температурных композитов. И хорошие наработки есть.

Кстати, гости МАКС-2019 имели возможность увидеть яркого представителя бизнес-авиации будущего — модель легкого сверхзвукового делового самолета. Предполагается, что такая машина будет летать со скоростью 1700-1800 км/ч на расстояния до 7 тысяч километров. В концепции самолета заложены инновационные решения, обеспечивающие снижение уровня звукового удара и шума в районе аэропорта.

Какие основные трудности создания СПС? Прежде всего отсутствие международных норм допустимого уровня звукового удара при полете над населенными районами, а также готовых к применению реактивных двигателей, обеспечивающих дальность полета и нормы ИКАО по шуму. Еще одна серьезная проблема — трудно достигаемый компромисс между высокими летно-техническими характеристиками и низким экологическим воздействием.

Из истории Ту-144 и «Конкорда»

Исполнилось полвека, как Ту-144 совершил первый полет. А спустя год лайнер показал, на что конкретно способен: он набрал скорость в 2,5 тыс км/ч на высоте 11 км. В мире до сих пор нет аналогов пассажирских бортов, которые способны повторить подобный маневр.

Рассказывают, на одном из совещаний в ЦК КПСС конструктор Андрей Туполев докладывал Хрущеву: Ту-144 получается довольно прожорливым. Но тот лишь махнул рукой: ваше дело — утереть нос капиталистам, а керосина у нас хоть залейся. Впрочем, и европейский конкурент, взлетевший позже, тоже не отличился экономичностью. Так, в 1978 году девять «Конкордов» принесли своим компаниям около 60 млн долларов убытка. Тем не менее «англо-француз» летал вплоть до ноября 2003 года.

А вот Ту-144 списали намного раньше. Почему? Сверхзвукового первенца сразу же окрестили «удавом на шее «Аэрофлота». Огромный расход топлива нокаутировал и проектную дальность полетов: Ту-144 не дотягивал ни до Хабаровска, ни до Петропавловска-Камчатского. Более того, 200-тонный «утюг», курсировавший над густонаселенными районами на сверхзвуке, буквально взорвал все пространство вдоль трассы. Посыпались жалобы: надои у буренок упали, куры перестали нестись… Кстати, «Конкорд» летал только над океаном.

Но самое важное — катастрофы. Одна — в июне 1973-го на авиасалоне в Ле Бурже. Другая — через пять лет, в испытательном полете с двигателями новой серии. Они как раз должны были вытащить самолет на необходимую дальность.

Не избежал трагедии и «Конкорд»: самолет разбился в июле 2000 года при вылете из аэропорта Шарль де Голль. По иронии судьбы он рухнул почти там, где когда-то Ту-144. Потом была еще череда инцидентов, и на этом «сверхзвуковике» тоже поставили жирную точку.

Задачи НЦМУ «Сверхзвук»

— Привлечение ведущих ученых, в том числе зарубежных, и молодых перспективных исследователей

— Получение качественно новых научных результатов мирового уровня с использованием уникальной исследовательской инфраструктуры «Сверхзвука»

— Разработка комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла в области транс-, сверхзвуковых режимов полета

— Разработка облика СПС с созданием модели летательных аппаратов и проведением расчетных исследований, испытаний в аэродинамических трубах

— Обеспечение научного сопровождения на всем жизненном цикле создания образцов транс-, сверхзвукового самолета гражданского назначения.

Источник: Российская газета

Вернуться к списку

Сверхзвуковой полет | Федеральное авиационное управление

Среда, 25 ноября 2020 г.

Справочная информация
Сверхзвуковой транспортный самолет (SST) Concorde был представлен в начале 1970-х годов. В то время многие в авиационном сообществе считали, что пришло время регулярных сверхзвуковых авиаперелетов для пассажиров.

Тем не менее, Concorde был снят с производства почти два десятилетия назад из-за высокой стоимости соблюдения экологических ограничений на звуковые удары, неэффективного расхода топлива и других факторов. В конечном счете, будущее Concorde как жизнеспособного транспортного средства было ограничено.

Компании в Соединенных Штатах и ​​за границей теперь по-новому смотрят на сверхзвуковые авиаперевозки. Более легкие и эффективные композитные материалы в сочетании с новой конструкцией двигателя и планера могут предложить потенциал для внедрения жизнеспособного SST.

В области шума сверхзвуковых самолетов Федеральное авиационное управление (FAA) постоянно работает над тем, чтобы Соединенные Штаты шли в ногу с последними научными, технологическими и экологическими достижениями, чтобы поддерживать самую безопасную, эффективную и передовую систему воздушного пространства в мире. .  

Разработка стандартов шума для сверхзвуковых самолетов
В рамках приоритета Министерства транспорта (DOT) по инновациям в области транспорта, DOT и FAA предпринимают шаги для ускорения разработки гражданских сверхзвуковых самолетов.

В связи с этим FAA инициирует два мероприятия по нормотворчеству в отношении шума гражданских сверхзвуковых самолетов. Первое мероприятие представляет собой предлагаемое правило для сертификации по шуму сверхзвуковых самолетов, а второе представляет собой предлагаемое правило для упорядочения и уточнения процедур получения специального разрешения на проведение сверхзвуковых летных испытаний в Соединенных Штатах. Правила сертификации по сверхзвуковому шуму 14 Свода федеральных правил (CFR), часть 36, не применяются к сверхзвуковым самолетам. Нынешняя нормотворческая деятельность, связанная с сертификацией по шуму сверхзвуковых самолетов, определит технологическую и экономическую основу, поддерживающую требования к уровню шума, соответствующие сверхзвуковым самолетам.

Конгресс поддерживает разработку новых сверхзвуковых самолетов. В разделе 181 Закона о повторном разрешении FAA от 2018 года указывается, что администратор FAA осуществляет руководящую роль в разработке федеральных и международных политик, правил и стандартов, касающихся сертификации, безопасной и эффективной эксплуатации гражданских сверхзвуковых самолетов.

Публикация предлагаемых правил будет зависеть от текущего процесса сбора данных и информации. Это необходимо для того, чтобы FAA выполнило свои обязательства по статье 49.Кодекс США (USC) 44715. FAA ожидает соблюдения установленных законом сроков для оставшегося предложенного правила. Крайний срок для публикации в Федеральном реестре Уведомления о предлагаемом нормотворчестве (NPRM) для сертификации по шуму сверхзвуковых самолетов — 31 марта 2020 г.

17 июня 2019 г. исполняющий обязанности администратора FAA Дэн Элвелл объявил о скорой публикации NPRM. упростить процедуру получения разрешения на летные испытания новых сверхзвуковых самолетов. НПРМ был опубликован в Федеральный реестр от 28 июня 2019 г.  

Существующие ограничения на сверхзвуковые полеты над землей
Рассмотрение воздействия звуковых ударов при сверхзвуковом полете предшествовало разработке самолета Concorde. Закон о снижении авиационного шума 1968 г. предписывал FAA после консультации с DOT «предписывать и вносить поправки в стандарты измерения авиационного шума и звукового удара», а также «… такие правила и положения, как (администратор FAA) может счесть необходимым обеспечить контроль и снижение авиационного шума и звукового удара». В 1970, действуя в соответствии с этим полномочием, FAA предложило правило, ограничивающее эксплуатацию гражданских самолетов на скоростях выше 1 Маха, если только это не разрешено FAA. Регламент был окончательно доработан с небольшими изменениями 28 марта 1973 г. и кодифицирован в (сейчас) 14 CFR 91.817 и Приложении B к части 91.

Существующие ограничения FAA можно найти в 14 CFR, часть 91. 817. По сути, этот регламент запрещает кому-либо управлять гражданским самолетом с истинным числом Маха полета более 1 над сушей в Соединенных Штатах и ​​с определенного расстояния от берега, где стрела может достичь берегов США. Существует процедура, позволяющая работать на сверхзвуке при определенных условиях, устанавливаемых в индивидуальном порядке. Кроме того, любой новый самолет должен будет соответствовать текущим требованиям сертификации по летной годности и шуму.

Две сверхзвуковые нормотворческие операции не отменят запрет на полет над землей со скоростью, превышающей 1 Мах. В то же время FAA работает в рамках существующих законодательных и регулирующих полномочий, чтобы рассмотреть диапазон допустимых сверхзвуковых полетов. Кроме того, FAA оценивает текущее состояние технологии сверхзвуковых самолетов с точки зрения снижения шумового воздействия, связанного со сверхзвуковым полетом над землей. С этой целью Раздел 181 также требует двухгодичного обзора данных о шуме и характеристиках самолетов, начиная с 31 декабря 2020 года, чтобы определить, следует ли изменить действующий запрет на сверхзвуковые полеты гражданских самолетов над сушей в Соединенных Штатах.  

Международная деятельность сверхзвуковых самолетов
Поскольку FAA ожидает, что любой новый сверхзвуковой самолет будет эксплуатироваться на международном уровне, мы сотрудничаем с другими национальными авиационными властями и работаем в Комитете Международной организации гражданской авиации (ИКАО) по охране окружающей среды от воздействия авиации (CAEP). разработать международные стандарты шума и выбросов, подходящие для будущих сверхзвуковых самолетов и их двигателей.  

Резюме
В рамках приоритета Министерства транспорта США по инновациям в области транспорта Министерство транспорта и Федеральное управление гражданской авиации (FAA) предпринимают шаги для ускорения разработки гражданских сверхзвуковых самолетов.

В связи с этим FAA инициирует два мероприятия по нормотворчеству в отношении шума гражданских сверхзвуковых самолетов. Первое мероприятие представляет собой предлагаемое правило для сертификации по шуму сверхзвуковых самолетов, а второе представляет собой предлагаемое правило для упорядочения и уточнения процедур получения специального разрешения на проведение сверхзвуковых летных испытаний в Соединенных Штатах. В Конгрессе есть поддержка продвижения новых сверхзвуковых самолетов. В разделе 181 Закона о повторном разрешении FAA от 2018 года указывается, что администратор FAA осуществляет руководящую роль в разработке федеральных и международных политик, правил и стандартов, касающихся сертификации, безопасной и эффективной эксплуатации гражданских сверхзвуковых самолетов.

В настоящее время законодательство США запрещает полеты над землей со скоростью свыше 1 Маха, если иное не разрешено FAA для целей, указанных в правилах. Два сверхзвуковых нормотворчества не отменят запрет на полет над землей со скоростью, превышающей 1 Мах.

 

 

Будем ли мы когда-нибудь летать над землей на сверхзвуке?

В 1947 году Чак Йегер, летчик-испытатель ВВС, стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер. Он сделал это на крошечном самолете оранжевого цвета под названием Bell X-1 — по сути, с кабиной и двумя крыльями, соединенными с ракетным двигателем. Как и все сверхзвуковые летательные аппараты, Йегер оставлял за собой звуковой удар. Принцип стрелы прост: звук распространяется по воздуху в виде волн сжатия, названных так потому, что они возникают, когда воздух становится более плотным и разреженным; когда самолет летит, волны распространяются во все стороны со скоростью звука. Но когда сам самолет превышает эту скорость — около семисот семидесяти миль в час на уровне моря или около шестисот шестидесяти на крейсерской высоте — он догоняет волны, расширяющиеся перед ним. Они начинают нарастать, и эта единая слитая волна сразу достигает земли, создавая бум. Далее следует зона низкого давления — впадина волны, — а затем возвращается нормальное давление воздуха, создавая свой собственный звук. (Часто звуковые удары звучат как бум-бум.) Не случайно звуковые удары звучат как гром; Гром — это звуковой удар, вызванный ударными волнами, распространяющимися вокруг разрядов молнии. Пули летят достаточно быстро, чтобы вызывать звуковые удары, как и хвосты хлыстов. Вопреки тому, что вы можете себе представить, самолет вызывает звуковой удар не один раз, когда преодолевает звуковой барьер, а непрерывно в течение всего времени, пока он находится на сверхзвуке. Стрела проносится над всем, что находится под ней, — своего рода звуковая метла, ширина которой составляет примерно милю на каждую тысячу футов высоты самолета.

Планы по созданию самолета, который впоследствии станет «Конкордом» — первым коммерческим «сверхзвуковым транспортным средством» или S.S.T. — начались в 1950-х годах. НАСА начало работать над сверхзвуковым транспортным средством с момента своего основания в 1958 году, в конечном итоге остановившись на проекте Боинга. Но эти инициативы начались до того, как звуковые удары были полностью поняты. В техническом резюме, написанном в 1960 году, ученых НАСА предупредили, что «ударно-волновое шумовое давление» может быть «достаточной интенсивности, чтобы повредить части наземных строительных конструкций, таких как окна, в дополнение к тому, чтобы вызывать раздражение». Однако для того, чтобы оценить всю степень этого раздражения, потребуется некоторое время. Более десяти месяцев в 1961 и 1962 года ВВС и Федеральное авиационное управление (ФАУ) провели операцию «Бонго», пролетев бомбардировщики B-58 над Сент-Луисом и расспросив граждан о ста пятидесяти или около того стрелах, созданных самолетами; авторы пришли лишь к выводу, что после неоднократных бумов «можно ожидать некоторой реакции». («Звуковой удар — это первоочередная проблема с общественностью», — сказал майор ВВС The New Yorker в 1962 году.) Более четкая картина сложилась в 1964 году, когда в ходе операции «Бонго II» над Оклахома-Сити было произведено более тысячи звуковых ударов. . Люди жаловались на нарушения сна, разговоров и душевного спокойствия, а также на случайные трещины в штукатурке или стекле. В итоге примерно каждый четвертый сказал, что не может научиться жить с этим шумом. Эти исследования, наряду с десятками тысяч исков против ВВС о возмещении ущерба имуществу — лошади и индюки якобы умерли или сошли с ума — заставили F.A.A. запретить гражданские наземные сверхзвуковые полеты в 1973.

Есть много причин, по которым «Конкорд», впервые взлетевший в 1969 году, перестал летать в 2003 году. Среди них тот факт, что службе разрешалось развивать сверхзвуковые скорости только над океаном. В этом месяце United Airlines объявила о планах закупки самолетов у Boom Supersonic, денверского стартапа, целью которого является производство сверхзвуковых пассажирских самолетов нового поколения. Но самолет Бума, Overture, все равно будет гудеть, а потому останется заморским зверем, по крайней мере, на полном газу. Сухопутное сверхзвуковое путешествие — J.F.K. в С.Ф.О. через три часа, более или менее — зависит от изобретения более тихого бума.

Только за последние двадцать лет, благодаря усовершенствованным компьютерным моделям аэродинамики, стал возможен своего рода звуковой удар. «Основная теория формирования звукового удара фактически существовала во время разработки «Конкорда», еще в 1960-х годах, — сказал мне Майкл Буонанно, ведущий специалист по воздушным транспортным средствам в Lockheed Martin. К сожалению, продолжал он, «компьютеры в то время не были достаточно мощными, чтобы запускать сложные симуляции, необходимые для того, чтобы действительно набрать» идеальную форму. В 2003 и 2004 гг., используя улучшенное моделирование, НАСА управлял демонстратором Shaped Sonic Boom Demonstrator, Northrop Grumman F-5 с измененной носовой частью; исследователи сэкономили деньги, прикрепив съемную часть к нижней части ранее существовавшего самолета, назвав получившийся самолет «Пеликан» из-за его выпуклого профиля. В 2006 и 2007 годах NASA преследовало аналогичную идею в сотрудничестве с Gulfstream, оснастив McDonnell Douglas F-15 «Тихим шипом», который выступал примерно на двадцать четыре фута из его носа.

В обоих случаях идея заключалась в том, чтобы скруглить пик ведущей волны сжатия, превратив цунами с острыми краями в более постепенную зыбь. Плоскости с их отличительной формой на самом деле вызывают множество различных вейвлетов; по мере того как волны приближаются к земле, они сливаются в носовую и хвостовую волны, которые вызывают удары. Если вы сможете изменить форму самолета так, чтобы волны не сливались друг с другом, — например, раздвинув их с помощью удлиненного носа, — тогда звуковые удары будут менее интенсивными. В этом отношении Pelican и Quiet Spike имели скромный успех; их грохот был не таким громовым. В 2015 году JAXA , Японское агентство аэрокосмических исследований, подтвердило основной вывод с помощью меньшего проекта под названием D-SEND . Агентство сбросило гладкий двадцатишестифутовый безмоторный планер с воздушного шара в девятнадцати милях над Швецией. Он достиг скорости 1,39 Маха, то есть в 1,39 раза больше скорости звука, и создал относительно плоскую волну.

Текущий проект НАСА , X-59 QueSST (от Quiet SuperSonic Technology), направлен как на изучение технологии низкой стрелы, так и на изучение реакции сообщества на приглушенные стрелы. «Самолет — это, по сути, просто стрела или, в данном случае, генератор ударов», — Дэвид Ричвайн, 9 лет.0027 Заместитель руководителя проекта НАСА по технологии QueSST, сказал. У акустиков есть много мер громкости; НАСА использует воспринимаемый уровень децибел, или PLdB. Грохот Concorde был около ста трех PLdB, что примерно равно громкости близкого грома или хлопнувшей дверцы автомобиля, когда вы находитесь внутри автомобиля; семьдесят пять PLdB, Цель НАСА для QueSST, примерно в восемь раз громче — эквивалент отдаленного грома или двери автомобиля, хлопнувшей в двадцати футах от нас. (Подобно децибелам или землетрясениям, PLdB измеряются в логарифмической шкале.) В настоящее время Lockheed Martin строит самолет, который пролетит над американскими городами в 2024 году. (Буонано — главный инженер компании по проекту.)

Одноместный X-59 с заостренным носом и треугольными крыльями чем-то напоминает мини-Конкорд, а чем-то отличается от него. Он будет сто футов в длину, с размахом крыла в тридцать футов, с двигателем, расположенным в хвостовой части, и большим количеством поверхностей, чем кажется необходимым: горизонтальные стабилизаторы внизу и вверху хвоста, а также на носу. «Все это используется для настройки этих амортизаторов», — сказал Дэвид Ричардсон, директор программы X-59 в Lockheed Martin. Команда надеется растянуть фронт ударной волны с одной миллисекунды до двадцати или тридцати. («Я работаю в Skunk Works уже около тридцати лет, занимаюсь множеством разных программ, — добавил Ричардсон. — Это моя первая несекретная программа, так что очень хорошо иметь возможность рассказать о ней не только всему миру. а моей семье»)

В конце концов, проводя своего рода операцию «Бонго III», команда X-59 надеется убедить F.A.A. пересмотреть запрет 1973 года на сверхзвуковой транспорт; Вместо этого агентство может согласиться выпустить стандарты сертификации для коммерческих SST. В самолете есть и другие технологии, которые можно использовать в коммерческих проектах. Одной из многообещающих функций является система eXternal Vision System, или X.V.S. X-59 слишком острый для фонаря кабины, поэтому команда оборудовала его камерами и мониторами высокой четкости; пилоты будут смотреть на экраны, позволяющие им смотреть «сквозь» самолет в своего рода дополненной реальности. Конструкторы «Конкорда», который был таким же острым, позволили его пилотам видеть взлетно-посадочную полосу с помощью сложного механизма, который физически наклонял нос самолета вниз перед посадкой, что увеличивало вес и стоимость и без того сверхбюджетного самолета. Lockheed Martin, скорее всего, не станет выпускать коммерческую версию самолета, но может сотрудничать с другими фирмами; компания прогнозирует появление пассажирской версии Х-59будет иметь двести тридцать футов в длину, примерно длину Боинга 777, и будет перевозить около пятидесяти человек.

Несколько компаний уже разрабатывают сверхзвуковые пассажирские самолеты с низкой стрелой. Компания Gulfstream получила патенты в этой области, а компания Spike Aerospace заявляет, что использует «технологию бесшумных сверхзвуковых полетов» для разработки восемнадцатиместного бизнес-джета с звуковым ударом в семьдесят пять PLdB. (Ни одна из компаний не ответила на запросы.)

Калифорнийский стартап Exosonic проводит испытания в аэродинамической трубе масштабной модели семидесятиместного сверхзвукового самолета. Его подход аналогичен НАСА : «Что мы делаем, так это меняем форму волны звукового удара на нечто гораздо менее слышимое», — сказал мне Джон Моргенштерн, глава отдела аэродинамики и удара в Exosonic. (Один из коллег Моргенштерна описал цель Exosonic как звуковую «затяжку».) В сентябре прошлого года компания получила военный контракт на миллион долларов на изучение возможности использования самолета в качестве Air Force One. Моргенштерн присоединился к Exosonic в апреле после работы в Lockheed Martin в качестве дизайнера X-59. ; в своей новой роли ему нужно сбалансировать разные переменные. Самолет должен быть больше, чем просто генератор ударов — его конструкция должна оптимизировать жесткость стрелы, безопасность пассажиров, шум двигателя при взлете и посадке и эффективность использования топлива. (По оценкам Международного совета по экологически чистому транспорту, сверхзвуковые самолеты будут сжигать в три-девять раз больше топлива на одного пассажира, чем обычные самолеты — веская причина, как писал ранее в этом месяце Билл Маккиббен, попробовать Zoom, а не Boom.) Самолет Exosonic будет летать со скоростью 1,8 Маха, что является идеальной скоростью для SST: более медленные самолеты недостаточно сокращают время полета, тогда как более быстрые требуют более шумных двигателей. Я спросил Моргенштерна, не рискованно ли инвестировать в коммерческий самолет с низкой стрелой, в то время как наземные сверхзвуковые полеты все еще запрещены. «Я бы сказал, что это менее рискованно, чем лететь туда на самолете, не оснащенном этой технологией», — сказал он. Он набросал сценарий, в котором правила меняются примерно в 2028 году, а Exosonic начинает испытательные полеты через четыре или пять лет.

В 2016 году Mercatus Center, либертарианский аналитический центр в Университете Джорджа Мейсона, опубликовал документ «Сделаем Америку снова бумом», утверждая, что, учитывая новые технологии, мы должны вернуть сверхзвуковой транспорт. Авторы статьи Эли Доурадо и Сэмюэл Хаммонд сетовали на «застой и регресс в сверхзвуковой авиации», которые нарушили «тенденцию к быстрому прогрессу» в авиаперевозках, начавшуюся с братьев Райт. И все же есть основания полагать, что, даже если бы это было разрешено, внутренние сверхзвуковые полеты имели бы ограниченную коммерческую привлекательность. Ричвайн, д. НАСА , сказал мне, что он думает, что С.С.Т. может сократить время полета вдвое. Но, по его словам, сверхзвуковой полет не сократит пропорционально общее время в пути, пока мы не исправим нашу инфраструктуру: насколько лучше летать из Лос-Анджелеса? в J. F.K. через два-три часа, если вы проведете вдвое больше времени в аэропортах и ​​пробках?

В течение большей части лет, когда «Конкорд» летал, путешественник мог пройти в аэропорт пешком и сразу пройти к выходу на посадку. В 2013 году Дуг Робинсон, обозреватель газеты из Юты, вспоминал о скорости до-9/11 аэропортов: «Совершив один из величайших спортивных подвигов в моей жизни, я однажды подъехал к бордюру аэропорта за три минуты до вылета моего самолета и помчался вверх по лестнице и вниз по вестибюлю к выходу на посадку. за несколько секунд до того, как они закрыли дверь в самолет», — написал он. Сегодня, в условиях повышенной безопасности, авиакомпании рекомендуют пассажирам прибывать на два часа раньше для внутренних рейсов и на три часа раньше для международных рейсов — примерно то время, которое могут сэкономить сверхзвуковые скорости. Таким образом, сверхзвуковой полет — это возвращение в прошлое во многих смыслах. С Причудливая технология НАСА , мы вернемся туда, где были двадцать лет назад.


  • Ошибки и борьба за трагедию американского коронавируса.
  • Нас уже посещали инопланетяне?
  • Странная, ужасная история гренландской акулы, самого долгоживущего позвоночного на Земле.
  • Что, если вы начнете чесаться и не сможете остановиться?
  • Электронная почта делает нас несчастными, а Slack — правильный инструмент для неправильного способа работы.
  • Почему мы так заботимся о конфиденциальности?

НАСА делает завораживающие снимки взаимодействия сверхзвуковых ударных волн в полете

Си-Эн-Эн —

НАСА зафиксировало новаторские изображения ударных волн от сверхзвукового самолета, сообщает космическое агентство, в рамках усилий по созданию реактивного самолета, который летит быстрее скорости звука, не создавая звукового удара.

Используя недавно модернизированную технологию фотографии «воздух-воздух», на разработку которой ушло 10 лет, эфирные изображения НАСА впервые показывают взаимодействие ударных волн от двух сверхзвуковых самолетов в полете.

На изображениях изображены два сверхзвуковых самолета Т-38 ВВС США во время испытательного полета из исследовательского центра на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии.

«Что интересно, если вы посмотрите на заднюю часть Т-38, вы увидите, что эти толчки как бы взаимодействуют по кривой», — сказал Нил Смит, инженер-исследователь НАСА. «Это связано с тем, что замыкающий Т-38 летит вслед за ведущим самолетом, поэтому толчки будут иметь другую форму. Эти данные действительно помогут нам лучше понять, как взаимодействуют эти потрясения».

Ударные волны, создаваемые сверхзвуковыми самолетами, несут ответственность за создание сверхзвуковых ударов, когда они сливаются во время прохождения через атмосферу, что привело к ограничениям на преодоление звукового барьера над землей. Возможность летать на сверхзвуке без звукового удара может однажды привести к снятию существующих ограничений на сверхзвуковой полет над землей.

Модернизированная фотографическая технология НАСА позволила исследователям снимать 1400 кадров в секунду.

НАСА

«Я в восторге от того, какими получились эти изображения», — Дж. Т. Об этом заявил ученый из Исследовательского центра Эймса НАСА Хайнек. «Мы никогда не мечтали, что это будет так ясно, так красиво».

«Благодаря этой модернизированной системе мы на порядок улучшили как скорость, так и качество наших изображений по сравнению с предыдущими исследованиями».

НАСА будет использовать данные, собранные в рамках разработки X-самолета X-59 Quiet SuperSonic Technology, который, как они надеются, будет производить только тихий грохот, а не звуковой удар.

НАСА

Новая фотографическая технология позволила исследователям собрать в три раза больше данных по сравнению с предыдущими тестами, что сыграет ключевую роль в разработке NASA X-59. Тихая технология SuperSonic X-plane.

Ударные волны удаляются от самолетов, когда они движутся со скоростью, превышающей скорость звука, что можно услышать с земли в виде звуковых ударов.

НАСА

Этот самолет позволит НАСА летать на сверхзвуке, производя ударные волны таким образом, чтобы они производили «лишь тихий грохот», а не звуковой удар.

Дэн Бэнкс, старший инженер-исследователь НАСА, сообщил CNN, что самолет в настоящее время находится в разработке в Lockheed Martin, и его первые испытательные полеты запланированы на 2021 год.

Он отметил, что модернизированная фотографическая технология «очень важна» и позволяет исследователям моделировать истинные модели ударных волн, а не полагаться на компьютерные модели, которые всегда содержат «некоторые различия».

«Мы видим здесь такой уровень физической детализации, которого, я думаю, никто никогда раньше не видел», — сказал Бэнкс. «Просто взглянув на данные в первый раз, я думаю, что все получилось лучше, чем мы предполагали. Это очень большой шаг».

Двое астронавтов отправятся в первый в истории женский выход в открытый космос

Изображения требовали точного полета от пилотов ВВС США, поскольку сверхзвуковые самолеты летели на расстоянии примерно 30 футов друг от друга, чтобы ударные волны от их самолетов взаимодействовали.

cnn.com/_components/paragraph/instances/[email protected]» data-editable=»text» data-component-name=»paragraph»> Изображения были получены с самолета НАСА B-200 King Air с использованием фотографической технологии, которая позволила исследователям собирать 1400 кадров в секунду, когда он летел по схеме на высоте около 30 000 футов, наблюдая, как Т-38 проходят примерно на 2000 футов ниже него.

НОВА | сверхзвуковая мечта | Шоковая терапия


Домашняя страница Supersonic Dream

Есть ли способ вытащить бум из звукового бума?

Между 1976 годом, когда «Конкорд» начал полеты в США, и 2003 годом, когда самолет был списан, возможно, вам, как и мне однажды, посчастливилось увидеть взлет Конкорда. Я заметил это издалека, приземляясь в Нью-Йорке. Йоркский аэропорт имени Джона Кеннеди в другом самолете. Но он безошибочно выделялся среди других ближайший самолет, словно гигантский белый лебедь среди множества гусей и уток. Как это поднятый с асфальта, он действительно выглядел как лебедь, поднимающийся с полосы неподвижная вода, его широко раскинутые крылья под крутым углом, характерная стройная голова наклонился вперед, как будто не желая терять землю из виду ни на мгновение.

Но ни вы, ни я, ни кто-либо другой в Соединенных Штатах никогда не видели «Конкорд» во всей красе, то есть летящий с крейсерской скоростью 1350 км/ч. миль в час, что примерно вдвое превышает скорость звука. Это потому, что в своем четверть века полетов в Америку, Конкорду так и не разрешили летать сверхзвуковой или быстрее скорости звука над любой частью США. Аналогичные ограничения были и в других странах.

Почему? Из-за оглушительного звукового удара Конкорд следовал за ним всякий раз, когда он летел быстрее 1 Маха, скорости звука. Насколько американцы обнимаются скорость и удобство, нервный треск Конкорда был неприемлем, тем более, что большинство никогда не могли позволить себе летать на нем.

Тем не менее стремление к скорости и удобству никуда не делось. Национальный 1997 г. В отчете Исследовательского совета говорится, что потенциальный рынок для большого пассажирского авиалайнер, который может летать на сверхзвуке, насчитывает порядка 1000 самолетов. И несколько компании уже объявили о планах по меньшему сверхзвуковому бизнесу струи. Задача производителей состоит в том, чтобы выяснить, как подавить звуковой бума достаточно, чтобы широкая публика потерпела это, и Федеральная авиация Администрация снимет запрет.

Что такое звуковой удар?

Намордник стрелы имеет прямое отношение к знанию того, как она формируется. Каждый самолет отталкивает молекулы воздуха с большой силой во время полета, как лодка отталкивает вода прочь. Но когда самолет превышает скорость звука, эти молекулы не могут убраться с дороги достаточно быстро, и они начинают скапливаться вокруг спереди и по бокам самолета, как вода в носовой волне. Это приводит к шоку волна молекул сжатого воздуха, которые образуют конусообразную оболочку вокруг и за самолетом.

Эта конусообразная ударная волна не была бы проблемой, если бы она теряла свою силу по мере отошел от самолета. Но это не так. С обычным сверхзвуком самолета, он сохраняет большую часть своей формы вплоть до земли. И когда что ударная волна, движущаяся со скоростью звука, проносится мимо вас по поверхность, вы слышите и чувствуете сброс давления ударной волны построен как большой БУМ-БУМ. (Двойной бум возникает из-за различные ударные волны, создаваемые носовой частью самолета, воздухозаборниками и другими особенности имеют тенденцию сливаться в одну большую ударную волну от передней части самолета и еще один большой с хвоста.)

Изменение атмосферного давления, которое вы чувствуете на земле, составляет всего несколько фунтов в секунду. квадратный фут (psf) выше нормального атмосферного давления, которое окружает нас на уровне моря, что составляет примерно 2000 фунтов на квадратный фут. Это о том, что вы почувствуете, спускаясь два или три этажей в лифте. Беда в том, что это происходит сразу, через несколько тысячные доли секунды.

Несколько факторов определяют, насколько большим будет бум, в том числе самолет. размер, вес и форма, а также его высота, положение и траектория полета. Атмосферные условия, такие как температура воздуха и турбулентность, также играют важную роль. роль.

Форма будущего

Авиаконструкторы десятилетиями знали, что они могут работать с одним из этих факторы — и, по сути, только один — для значительно улучшить звуковой удар. В 1971 году, основываясь на работе, проделанной в 1960-е годы, Эд Маклин и Гарри Карлсон из НАСА, профессора Корнельского университета. Альберт Джордж и Ричард Сибасс опубликовали статью, описывающую, как распространять изменение давления во всем корпусе сверхзвукового самолета может изменить форму волны звукового удара так, чтобы получившийся удар был упакован намного более мягкий удар. Это будет сделано в первую очередь путем притупления носа. самолет.

Единственный вопрос, который возник у некоторых экспертов, заключался в том, будет ли ударная волна «сформирована» таким новый дизайн сохраняет свою форму вплоть до земли в реальных атмосферных условиях и условия эксплуатации? Или он вернется к стандартному типу ударная волна, вызывающая бум, известная как N-волна?

«Еще есть бум-бум , но он какой-то унылый насос-насос . Большинство людей даже не заметят этого».

Идея была окончательно проверена в августе 2003 года во время проведения оборонных перспективных исследований. Программа Проектного агентства «Тихая сверхзвуковая платформа». Инженеры в Нортроп Компания Grumman радикально изменила носовую часть истребителя F-5E, заменив его аистовидный вид. клюв с еще одним, как у пеликана. В тестах пиковое избыточное давление отключено нос самолета был примерно на треть меньше, чем у носа немодифицированный F-5E, и фигурная стрела держалась до земли, полет за полетом.

«Shaped Sonic Boom Demonstrator не задумывался как бесшумный самолет, просто тише, чтобы доказать, что мы можем изменить форму стрелы и уменьшить интенсивность, которую мы доказали», — говорит Эд Херинг из NASA Dryden Flight Research. Центр, который был главным исследователем проекта.

Однако формировать сложно. Чем больше вы затупите нос самолета, тем больше это может увеличить сопротивление. Чем больше лобовое сопротивление, тем больше требуется мощность двигателя. Чем мощнее двигатели, тем больше вес. И чем больше вес, тем большая ударная волна, вызывающая бум. То, что вы хотите, это способ получить свой торт И ешьте его тоже», — говорит Питер Коэн, Сектор сверхзвуковых транспортных средств. менеджер НАСА, которое проводит исследования для поддержки компаний, заинтересованных в разработка сверхзвукового самолета. «Мы рассматриваем, — говорит Коэн, — как можно мы используем вычислительные инструменты и методы оптимизации для создания самолета это и низкая стрела, и низкое сопротивление?»

Звук сердцебиения

Одна компания считает, что именно это она и сделала, разработав сверхзвуковой бизнес-джет. Лос Анхелесская компания Supersonic Aerospace International (SAI) наняла легендарную компанию Lockheed Martin. «Skunk Works» — известна созданием одних из самых передовых в мире самолетов, от разведчика SR-71 Blackbird до Joint Strike Истребитель — разработать сверхзвуковой бизнес-джет. По замыслу, Тихий Небольшой сверхзвуковой транспорт доставит вас из Нью-Йорка в Лос-Анджелес примерно за половину время обычного дозвукового бизнес-джета.

Работа с теорией Джорджа и Сибасса для минимизации звукового удара, далее усиленный работой аэрокосмического инженера НАСА Кристин Дарден, Skunk Works, при финансировании SAI разработала самолет, который, как утверждается, будет производить стрелу со скоростью 100 В 400 раз тише, чем у Concorde. Все дело в том, как самолет формирует образуется неизбежная ударная волна. «Для достижения минимальной силы удара на землю из транспортного средства, вы на самом деле хотите создать довольно большой нарушение прямо в носу, сопровождаемое очень небольшим, как правило, постоянное давление, — говорит Джон Моргенштерн из Skunk Works. — Затем вы переключаетесь на расширение на задний конец примерно той же прочности, что и сжатие в переднем конце».0003

Результатом, по его словам, является форменный звуковой удар, который на 20-25 децибел ниже. чем Конкорд. «Потому что вы убрали высокие частоты и понизили звуковое давление вообще несколько, у него еще бум-бум , но это какой-то унылый насос-насос , — говорит Моргенштерн. — На самом деле это звучит вроде как сердцебиение для транспортных средств размера, о которых мы говорим. Самый люди даже не заметят этого.»

Выдвигались и другие идеи по сдерживанию бума, но пока ни одна из них не показала обещание формировать. «Большинство уникальных идей, как правило, очень непрактичны, или нарушать законы физики, или нарушать законы здравомыслия», — говорит Кен Плоткин, эксперт по акустическим ударам из Wyle Laboratories в Арлингтоне, штат Вирджиния.

Вниз по взлетно-посадочной полосе

Даже если Quiet SST и другие сверхзвуковые бизнес-джеты находятся в разработке, например, анонсированный компанией Корпорация Aerion из Рино, штат Невада, умудрилась снять удар с стрелы, остается одно серьезное препятствие: убедить FAA изменить свои правила, чтобы разрешить сверхзвуковой полет над землей. В ожидании, FAA уже началось психоакустическое тестирование в симуляторах звукового удара, чтобы выяснить, люди бы смирились. Большинство экспертов сходятся во мнении, что максимальное избыточное давление должно быть не выше 0,3 фунта на квадратный фут (у Concorde было 2 фунта на квадратный фут).

Эксперты, с которыми я разговаривал, считают, что производители преодолеют и это препятствие. как те, что связаны с заботой об окружающей среде, шумом двигателя и высокой стоимостью летать на сверхзвуке. В течение 10-15 лет, прогнозируют они, сверхзвуковой бизнес самолеты, вероятно, будут пересекать США, а за ними последуют сверхзвуковые авиалайнеры. в течение нескольких десятков лет. Чтобы услышать их звуковые удары, вам нужно быть начеку.

В тот самый момент этот F/A-18 Hornet преодолел звуковой барьер, в результате чего произошло изменение давления вода в воздухе конденсируется, образуя мгновенное облако пара. Давление изменение также вызвало звуковой удар, который слышен всякий раз, когда летит самолет. быстрее скорости звука.

Как волны от лодки, от Т-38 расходятся ударные волны. самолет, летящий со скоростью 1,1 Маха или чуть выше скорости звука. Фотограф был взят в 1993 с помощью специальной камеры, фиксирующей изменения плотности, и таким образом, ударные волны в потоке жидкости.

F-15B летит в сверхзвуковой ударной волне модифицированный F-5E (справа), использовавшийся во время демонстрационного проекта Shaped Sonic Boom в августе 2003 года.

Сверхзвуковой с низкой стрелой бизнес-джеты, подобные этим двум, анонсированным осенью 2004 года компанией Supersonic Aerospace. International (вверху) и Aerion Corp. могут выполнять коммерческие полеты в течение десятилетие.

Shock Treatment
Могут ли инженеры заглушить звуковой удар?

Flying High
Брайан Калверт вспоминает о пилотировании Concorde.

Анатомия Concorde
Изучите подробный разрез самолета.

Инновационный самолет
См. самолеты, в том числе Concorde, которые сломали стереотипы.

Питер Тайсон — главный редактор NOVA Online.

   

Сверхзвуковые полеты и звуковые стрелы — Spike Aerospace

Перейти к содержимому

Предыдущий Следующий

Каким бы невероятным ни был Конкорд, звуковые удары, создаваемые его сверхзвуковыми полетами, были настолько разрушительными, что большинство стран ограничили или полностью запретили полеты самолетов над землей.

Звуковой удар, в худшем случае, был бы слышен как очень громкий раскат грома прямо над головой. От удара стрелы загрохотали окна и отвалилась черепица крыши. Но даже когда звуковой удар звучал как «более мягкий» отдаленный раскат грома, он отвлекал людей и вызывал нарушение сна и перебои в деятельности.

Представьте, что вы едете по дороге на работу и при ясном небе над головой вдруг слышите раскаты грома. Ваша немедленная реакция, скорее всего, будет удивлением, шоком и инстинктивным поиском источника. Быть застигнутым врасплох в одних ситуациях довольно неприятно, а в других потенциально опасно.

В 1964 году FAA и НАСА провели шестимесячный исследовательский проект звукового удара в Оклахома-Сити, не предупредив жителей заранее. Эксперимент состоял из восьми звуковых ударов каждый день в течение шести месяцев. Было подано 15 000 жалоб и коллективный иск. Правительство проиграло апелляции. Отличная идея, ребята, просто блестящая.

В начале 1960-х годов, когда был разработан Concorde, правительства и авиакомпании по всему миру выстроились в очередь, чтобы разместить заказы. Самолет совершил кругосветное рекламное путешествие и был хорошо принят. Но по мере роста осведомленности об эффекте звукового удара почти во всех странах самолеты были запрещены. Только США, Великобритания и Франция разрешили «Конкорду» войти в свое воздушное пространство, и то только в города, находящиеся в непосредственной близости от океана — Нью-Йорк, Лондон, Париж и Вашингтон, округ Колумбия.

Конкорд был специально разработан для сверхзвуковых полетов (в частности, 2 Маха) и был очень неэкономичным на дозвуковых скоростях (менее 1 Маха). К сожалению, таким образом было невозможно летать со сверхзвуковой скоростью над водой, а затем с дозвуковой скоростью над землей.

Итак, два вопроса. Во-первых, что вызывает звуковой удар? Во-вторых, как его устранить?

Что вызывает звуковой удар?

Когда любой объект движется, он создает волны впереди и позади себя. Подумайте о волнах, которые лодка создает носом и кормой. Впереди волны сжимаются вместе, когда лодка плывет вперед. Сзади волны разбегались от лодки. В этом случае вы видите только волны на поверхности воды, и она кажется двухмерной.

Аналогичные принципы действуют и в самолетах. Перед носом самолета воздух сжимается и сжимается, когда самолет летит вперед. Позади самолета воздух создает волны, которые расходятся в стороны в форме конуса — трехмерно.

 

Когда самолет летит на дозвуковой скорости, нос самолета всегда находится за волнами перед самолетом — так же, как передняя часть лодки всегда находится за волнами перед носом.

Все становится интереснее и сложнее, когда вы летите быстрее скорости звука – сверхзвуковой полет. Нос сверхзвукового самолета упирается в поступательные волны. Эти волны мешают самолету, вызывая сжатие, которое приводит к ударной волне. На самом деле это создает два толчка: один формируется, когда самолет проходит фронт волны, а другой — когда он покидает волну. Созданная ударная волна остается в основном позади самолета и распространяется в виде конуса.

Когда ударная волна достигнет земли, любой человек в пределах слышимости услышит двойной удар грома. Эта ударная волна будет следовать за самолетом, пока он летит со сверхзвуковой скоростью. Эффект возникает не один раз, когда самолет достигает и превышает скорость звука. Наблюдатели на земле по всей траектории полета самолета услышат звуковой удар через 1–60 секунд после того, как самолет пролетит над головой.

Удивительно, но как бы высоко ни взлетел самолет — ударная волна все равно будет слышна и ощутима на земле. Чем выше поднимается самолет, он становится немного менее заметно интенсивным, но ненамного.

Интенсивность и дальность звукового удара зависит от множества факторов, включая скорость самолета, температуру, влажность и состояние поверхности земли. На это также влияет то, что делает самолет: набор высоты, снижение, поворот, ускорение и т. д.

Для аэрокосмических инженеров это серьезная и довольно раздражающая проблема, э-э, вызов.

Как устранить эффект звукового удара?

НАСА, ВВС США и ряд частных компаний исследовали звуковые удары в течение последних 40 с лишним лет. Несмотря на то, что они нашли некоторые способы уменьшить гул, продукты их усилий по-прежнему слишком громкие и не соответствуют правилам FAA в отношении акустических хлопков. Некоторые инновации, появившиеся в результате этого исследования, включают:

  • Выдвижение носовой части самолета далеко вперед от фюзеляжа, что, кажется, растягивает волны и, таким образом, уменьшает звуковые удары
  • Более длинный и тонкий фюзеляж или фюзеляж особой формы, который также немного уменьшает ударную волну
  • Добавление канавок вдоль нижней части самолета, что, как было установлено, уменьшает ударные волны на 1/3, но этого недостаточно для соблюдения правил
  • .
  • В настоящее время проводятся исследования по изменению конструкции воздухозаборников реактивных двигателей

Устранение звуковых ударов или снижение их до приемлемого уровня является огромной проблемой. Решение этой проблемы необходимо, прежде чем сверхзвуковые самолеты смогут летать в населенные пункты, например между Нью-Йорком и Лос-Анджелесом или Парижем и Римом. Некоторые компании предсказывают, что мы не увидим сверхзвуковых авиалайнеров раньше 2030 или 2040 года. звукового удара. Это возможность, на которой Spike Aerospace сосредоточена.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Spike Team2022-09-14T17:48:40-04:00

Последние сообщения

  • Космические путешествия и прыжки с астероидов
  • Илон Маск выделил 100 миллионов долларов на конкурс XPRIZE по удалению углерода
  • Aerion Supersonic закрывается через 20 лет
  • Spike Aerospace и Tech Mahindra подписали меморандум о взаимопонимании для сверхзвуковых полетов
  • Билл Бойстюр, пилот «Лучший стрелок» и бывший президент Gulfstream и NetJets, присоединяется к Spike Aerospace
  • Рэй Бенвенути присоединяется к исполнительной команде Spike Aerospace
  • Брайан Фоули поделится опытом авиационного маркетинга в Spike Aerospace
  • Джон Томас, бывший генеральный директор Virgin Australia Airlines, присоединяется к исполнительной команде Spike Aerospace
  • Почему у нас не было сверхзвуковых коммерческих самолетов со времен Concorde
  • К сверхзвуку и дальше — новая эра быстрых полетов манит, The National
Ссылка для загрузки страницы Перейти к началу

Это реальная фотография ударных волн от сверхзвуковых струй, взаимодействующих друг с другом

После более чем 10 лет напряженной работы НАСА достигло еще одной вехи. Мы привыкли к тому, что НАСА достигает вех, но это немного другое. Это все о типе фотографии, которая захватывает изображения потока жидкости.

Это называется шлирен-фотография, а шлирен в переводе с немецкого означает «полосы». Впервые он был разработан в 1864 году немецким физиком Августом Топлером для изучения сверхзвукового движения. Теперь НАСА использует его, чтобы увидеть, что происходит, когда реактивный самолет преодолевает звуковой барьер, чтобы устранить сопровождающий его звуковой удар. И изображения, которые они получают, довольно крутые.


«Мы и не мечтали, что будет так ясно, так красиво».

– Ученый-физик Дж.Т. Хайнек из NASA’s Ames Research.

Это нечто большее, чем просто приятное зрелище. Все это является частью усилий по созданию более тихих сверхзвуковых самолетов. Прямо сейчас существуют строгие правила полетов сверхзвуковых самолетов над землей, потому что шум очень громкий. Но если проблема шума будет решена, это позволит быстрее путешествовать по воздуху.

Эти шлирен-снимки были сделаны другим самолетом, когда он наблюдал за двумя истребителями Т-38 с авиабазы ​​Эдвардс. Самолет с камерой — это B-200, и все это часть программы НАСА AirBOS (фоново-ориентированный шлирен «воздух-воздух»). Сам AirBOS является частью коммерческого проекта НАСА по сверхзвуковым технологиям.

Эти новейшие изображения получены с помощью модернизированной шлирен-системы визуализации, которая может получать более качественные изображения ударных волн, чем когда-либо прежде. Звуковой удар создается, когда ударные волны от разных частей самолета сливаются вместе и проходят через атмосферу. Детальные изображения, подобные этим, продвинут изучение феномена звукового удара.

Еще одна приятная для глаз ударная волна от шлирен-системы визуализации НАСА. «Острый» снимок Т-38 в сверхзвуковом полете. Изображение предоставлено: NASA

«Мы никогда не мечтали, что это будет так ясно, так красиво. Я в восторге от того, какими получились эти изображения», — сказал Дж. Т. Хайнек, ученый-физик Исследовательского центра Эймса НАСА. «Благодаря этой модернизированной системе мы на порядок улучшили как скорость, так и качество наших изображений по сравнению с предыдущими исследованиями».

Данные этих шлирен-изображений будут использованы для проектирования испытательного самолета. Самолет, получивший название X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane, будет представлять собой однореактивный самолет длиной 94 фута и шириной 29,5 фута. X-59 является частью того, что НАСА называет демонстрационным полетом с низкой стрелой (LBFD). Планируемая дата завершения — где-то в 2021 году. (Лучше поторопитесь, НАСА.)

Иллюстрация демонстрационного полета с низкой стрелой X-59 ( LBFD) автомобиль. Кредит изображения: НАСА.

Пара Т-38 летит плотным строем на сверхзвуковой скорости. Ведущий самолет находится примерно в 30 футах впереди хвостового самолета, и они смещены по вертикали примерно на 10 футов. Это не имеет большого значения для высококвалифицированных пилотов ВВС США, но здесь есть один нюанс. B-200 находился на высоте около 30 000 футов, а Т-38 — на 2000 футов ниже, ближе, чем позволяла предыдущая система визуализации. И Т-38 должны были достичь сверхзвуковой скорости именно в тот момент, когда они пролетели под B-200 и его шлирен-системой визуализации.


Одной из самых больших проблем серии полетов был расчет времени. Чтобы получить это изображение, первоначально монохромное и показанное здесь как раскрашенное составное изображение, НАСА подняло в воздух B-200, оснащенный обновленной системой обработки изображений, на высоте около 30 000 футов, в то время как пара Т-38 должна была не только оставаться в воздухе. строя, но лететь на сверхзвуковой скорости именно в тот момент, когда они находятся прямо под B-200. Изображения были получены в результате того, что все три самолета оказались в нужном месте в нужное время, указанное оперативной группой НАСА.
Кредиты: NASA Photo


«Самая большая проблема заключалась в том, чтобы правильно рассчитать время, чтобы убедиться, что мы сможем получить эти изображения». Хизер Малиска, руководитель подпроекта AirBOS.

— Хизер Малиска, руководитель подпроекта AirBOS.

«Самая большая проблема заключалась в том, чтобы правильно рассчитать время, чтобы мы могли получить эти изображения», — сказала Хизер Малиска, руководитель подпроекта AirBOS. Камеры могут записывать только около трех секунд, и это короткое окно записи должно было точно совпадать с тремя секундами, когда Т-38 находились под Б-200. «Я абсолютно доволен тем, как команда смогла это осуществить. Наша оперативная группа уже делала подобные маневры раньше. Они знают, как организовать маневр, и наши пилоты НАСА и пилоты ВВС проделали отличную работу, оказавшись там, где им нужно было быть».

«Что интересно, если вы посмотрите на заднюю часть Т-38, вы увидите, как эти толчки взаимодействуют по кривой», — сказал он. «Это связано с тем, что замыкающий Т-38 летит вслед за ведущим самолетом, поэтому толчки будут иметь другую форму. Эти данные действительно помогут нам лучше понять, как взаимодействуют эти потрясения».

«Мы видим здесь такой уровень физической детализации, которого я не думаю, что кто-либо когда-либо видел раньше», — сказал Дэн Бэнкс, старший инженер-исследователь NASA Armstrong. «Просто взглянув на данные в первый раз, я думаю, что все получилось лучше, чем мы предполагали. Это очень большой шаг».

Новая шлирен-система визуализации имеет некоторые улучшения по сравнению с предыдущими версиями. У него более широкий угол обзора, чем у предыдущих систем, что позволяет более точно позиционировать дрон. Он также имеет более высокую частоту кадров. При 1400 кадрах в секунду гораздо легче увидеть детали звуковых волн. Он также имеет более быстрые системы хранения данных, а также увеличенную частоту кадров.

Более старое изображение из предыдущей системы обработки изображений показывает одиночный Т-38 в так называемом «околозвуковом полете» — точный момент перехода самолета от дозвукового к сверхзвуковому полету. Кредит изображения: НАСА

B200 также получил некоторые обновления с новой системой обработки изображений. Инженеры авионики разработали новую систему установки камеры, чтобы сделать ее проще и быстрее.

«С предыдущими версиями AirBOS на интеграцию системы камер в самолет и ее работу уходило до недели или больше. На этот раз мы смогли установить и запустить его в течение дня», — сказала Тиффани Титус, инженер по производству полетов. «Это время, которое исследовательская группа может использовать, чтобы отправиться в полет и получить эти данные».

Т-38 и шлирен-система визуализации являются лишь частью проекта НАСА по сверхзвуковым коммерческим технологиям. На изображении выше летчик-испытатель НАСА выполняет тихий маневр сверхзвукового погружения у побережья Галвестона, штат Техас, чтобы создать более тихую версию звукового удара, чтобы получить данные отзывов набранных сообществ. Летчик-испытатель поднимается на высоту около 50 000 футов, после чего совершает сверхзвуковое перевернутое пикирование. Это создает ударные волны звукового удара таким образом, что они становятся тише в определенной области. Между тем, исследователи НАСА сопоставляют отзывы сообщества с уровнями шума полетов, используя электронные станции наблюдения и микрофоны на земле. Это готовит НАСА к моделям реагирования сообщества на будущий X-59.QueSST.

НАСА уже давно работает над бесшумным сверхзвуковым полетом, и они использовали различные способы для его изучения. Аэродинамические трубы использовались, как и во всех конструкциях самолетов, но НАСА придумало другой способ. Около трех лет назад они использовали Солнце в качестве фона для изображения звуковых волн сверхзвуковых самолетов. Посмотрите видео ниже от CNN.

Проект коммерческих сверхзвуковых технологий направлен не только на снижение шума звуковых ударов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены. Карта сайта