Какая скорость у самолета при полете: На какой скорости взлетает самолет

Пассажирский самолет установил рекорд времени полета через Атлантику

Boeing 747-400

British Airways

Пассажирский самолет Boeing 747-436 британской авиакомпании British Airways в ночь с 8 на 9 февраля 2020 года установил рекорд времени полета через Атлантику среди дозвуковых самолетов. Согласно записи сервиса Flightradar24, самолет вылетел из Международного аэропорта имени Джона Кеннеди и прилетел в аэропорт Хитроу в Лондоне всего через 4 часа 56 минут.

При этом в полете путевая скорость самолета достигала 717 узлов (1328 километров в час).

Примерно через 40 минут после вылета из Нью-Йорка Boeing 747-436 попал в воздушный поток урагана «Кьяра», сформировавшегося над Атлантикой и двигавшегося в сторону Европы. Именно благодаря этому лайнер и смог преодолеть 5554 километра чуть меньше чем за 5 часов. Для сравнения, среднее время полета из Нью-Йорка в Лондон при спокойной погоде составляет 6 часов 13 минут.

Несмотря на то, что путевая скорость самолета составила 1328 километров в час, что почти на 100 километров в час больше скорости звука у земли, в реальности он звукового барьера не преодолел. Путевая скорость самолета — это его скорость относительно земной поверхности. Она определяется множеством факторов, включая и скорости воздушных потоков, в которых движется самолет.

Воздушная же скорость самолета — это скорость его движения относительно воздушного потока, в котором он находится. Крейсерской скоростью для Boeing 747-436 являются 504 узла (933 километра в час).

Вероятнее всего на такой или близкой к ней скорости пассажирский лайнер Boeing 747-436 и летел относительно воздушного потока урагана «Кьяра». Но из-за того, что сам воздушный поток урагана также имел свою скорость, путевая скорость лайнера получилась условно сверхзвуковой.

8 февраля Boeing 747-436 авиакомпании British Airways был не единственным самолетом, добравшимся из Нью-Йорка в Лондон значительно раньше срока. Два самолета Airbus A350-1041 авиакомпании Virgin Atlantic в тот день потратили на трансатлантический перелет за 4 часа 57 минут и 4 часа 59 минут. При этом самолеты, выполнявшие рейсы из Лондона в Нью-Йорк прилетели в пункт назначения в среднем на два часа позже.

Предыдущий рекорд времени трансатлантического перелета был установлен в январе 2018 года пассажирским самолетом Boeing 787-9 Dreamliner норвежской авиакомпании Norwegian. Этот лайнер провел в воздухе 5 часов 13 минут.

Абсолютный рекорд перелета через Атлантику был установлен в феврале 1996 года сверхзвуковым пассажирским самолетом Concorde авиакомпании British Airways. Этот самолет выполнил перелет из Нью-Йорка в Лондон за 2 часа 52 минуты.

Василий Сычёв

Boeing 747 установил рекорд трансатлантического перелёта по скорости

Тот факт, что самолёты тяжелее воздуха, вовсе не означает, что скорость воздушного судна не зависит от силы и направления движения воздушных потоков. На днях это наглядно доказал перелёт лайнера Boeing 747 из Нью-Йорка в Лондон, который благодаря увлёкшему его урагану «Киара» установил рекорд по скорости трансатлантического перелёта.

Три дня назад пассажирский самолёт Boeing 747-400 британской авиакомпании British Airways установил рекорд времени полета через Атлантику среди самолетов дозвуковой скорости полёта. Из аэропорта имени Джона Кеннеди лайнер проследовал в аэропорт Хитроу в Лондоне, на что ушло 4 часа 56 минут. Путевая скорость самолёта (относительно земли) достигала 1328 км/ч. Это выше скорости звука относительно земли, но лайнер двигался в быстром потоке воздушных масс, относительно которого его скорость составляла около 930 км/ч и являлась дозвуковой.

Развить относительную скорость полёта до рекордной величины лайнеру помог ураган «Киара». Судно вошло в воздушный поток урагана примерно через 40 минут после взлёта и почти весь дальнейший путь двигалось с попутным ветром. Предыдущий рекорд трансатлантического перелёта был установлен судном Boeing 787 Dreamliner норвежской авиакомпании Norwegian и равнялся 5 часов 13 минут. Итого, ураган «Киара» помог улучшить рекорд перелёта через Атлантику на 17 минут. Без помощи ветра полёт по этому же маршруту на обычной скорости занял бы около 6 часов и 13 минут (в среднем).

Рейс British Airways Boeing 747-400 был не единственным, которому ураган «Киара» позволил долететь на час быстрее из Нью-Йорка в Лондон. Два других рейса в ночь с 8 на 9 февраля также приблизились к рекордному показателю. Это были два лайнера Airbus A350-1041 авиакомпании Virgin Atlantic. Один из них преодолел расстояние между Нью-Йорком и Лондоном за 4 часа 57 минут, а другой за 4 часа 59 минут. Самолёты из Лондона в Нью-Йорк, соответственно, в среднем были в воздухе на два часа дольше. Им пришлось лететь против ветра.

Абсолютным рекордом по пересечению Атлантики остаётся февральский перелёт в 1996 году пассажирским самолётом Concorde авиакомпании British Airways. Это сверхзвуковое судно летело из Нью-Йорка в Лондон 2 часа и 52 минуты. Будет ли побит этот рекорд? Может быть. В России задумались о возрождении пассажирского сверхзвука. Если проект получит всестороннюю поддержку, это может произойти уже через 10 лет.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Сколько метров нужно для посадки? Больше, чем обещает РЛЭ!

Производители самолетов корпоративного класса уделяют самое пристальное внимание взлетно-посадочным характеристикам, поскольку потенциальные владельцы не в последнюю очередь интересуются, смогут ли они пользоваться небольшими аэродромами, ближайшими к месту базирования или назначения.

К примеру, более чем из 5000 аэродромов общественного пользования в США только 760 располагают взлетно-посадочными полосами длиной не менее 1800 м. Еще 2300 аэродромов имеют полосы длиной по меньшей мере 1200 м. Очевидно, что чем меньше полосы требуется самолету для выполнения взлета или посадки, тем шире его географические возможности и тем привлекательнее он выглядит в глазах покупателя. Поскольку на карту поставлено многое, летчики-испытатели, поднимая в воздух очередную новую модель, оттачивают технику пилотирования до тех пор, пока не смогут систематически демонстрировать невероятно короткий пробег. Затем эти данные публикуются в Руководстве по летной эксплуатации. В чем секреты тонкой настройки? «При верификации взлетно-посадочных характеристик самолета, выполняем заход на скорости Vref до высоты 50 футов над полосой. Выравнивания, по сути, нет. При касании немедленно выпускаем интерцепторы и тормозим с максимальной интенсивностью», — объясняет Пит Рейнолдс, бывший руководитель испытательных программ Learjet, отлетавший сотни часов на испытаниях различных моделей бизнес-джетов Bombardier, в том числе Global Express. Сейчас он возглавляет агентство PTR Aero, консультирующее по вопросам летных испытаний. Рейнолдс отмечает, что скорости на посадке рассчитываются в зависимости от скорости сваливания при заданной конфигурации механизации крыла и шасси. Для более старых самолетов скорость сваливания определяется через угол атаки, при котором достигается минимальная возможная скорость (при которой самолет сохраняет управляемость). Например, Vref по этой формуле высчитывается как 1,3 скорости сваливания. Для более новых самолетов скорость сваливания определяется через максимальный угол атаки, при котором самолет способен продолжать полет с перегрузкой 1g. Эта скорость, как правило, выше, чем минимальная скорость полета, но Vref оказывается равной 1,23 скорости сваливания. По сути, в результате скорость на заходе у тех и у других примерно одинаковая. Характеристики крыла — не единственный фактор, определяющий скорость сваливания. Некоторые самолеты демонстрируют очевидную тенденцию к сваливанию на крыло или деградации устойчивости по скорости при подходе к сваливанию. Для таких самолетов сертифицирующие организации требуют искусственных методов определения минимальной скорости, при которой самолет остается управляемым. Такие самолеты, в том числе ранние модели семейства Learjet, Global Express и классические модели Gulfstream класса large-cabin, оборудуются автоматом отдачи ручки, который толкает штурвал вперед для ускорения выхода из сваливания. Момент срабатывания автомата и определяется как скорость сваливания. У других самолетов, например новых Learjet, в хвостовой части устанавливается L-образный фальшкиль, который усиливает устойчивость по скорости, заставляя самолет опускать нос при таких значениях угла атаки, при которых самолет полностью управляем, но они ниже, чем фактический угол атаки крыла, при котором происходит сваливание. Момент изменения тангажа и определяется как минимальная скорость сваливания, хотя она и не коррелирует с максимальным коэффициентом подъемной силы крыла. Таким образом, если на заходе скорость самолета составляет 1,23–1,30 скорости сваливания, то подъемной силы может быть более чем достаточно, и это часто приводит к взмыванию перед касанием. Большинство РЛЭ в деталях описывают технологию, позволяющую выжать из самолета опубликованные в руководстве ВПХ. Например, в некоторых РЛЭ указывается, что до высоты 50 футов над землей необходимо выдерживать скорость Vref, затем скорость можно снижать. Пилот должен выполнять снижение по глиссаде под углом 3° практически до земли. Выравнивание необходимо лишь для того, чтобы выдерживать вертикальную скорость снижения на уровне 6 футов в секунду, при истинной скорости 120 узлов. Ниже этой скорости выравнивание не выполняется. Правда, в РЛЭ нет упоминаний о сопровождающем такую посадку лязге челюстей в тот момент, когда основные (а затем носовая) стойки впечатываются в полосу. Грубая посадка гасит несколько узлов воздушной скорости, снижает кинетическую энергию самолета, которую и поглощают тормоза, чтобы самолет мог остановиться. Да, посадка «с треском» — именно то, что нужно, чтобы точно уложиться в циферки. Где эта технология действительно хороша, так это на авианосцах. Там есть заботы поважнее, чем деликатность посадки. Для целей сертификации гражданских ВС, по словам Рейнолдса, «посадочная дистанция» рассчитывается примерно как половина расстояния от условной точки на высоте 50 футов над торцом полосы до нормальной зоны касания в 300 м от торца ВПП. Вторая половина — это пробег после того, как колеса шасси коснулись бетона. После касания применяется максимальное торможение. «Критически важно сбросить скорость, — поясняет Рейнолдс. — И тут противоюзовое оборудование тормозов — самый значительный фактор, поскольку оно компенсирует и технику посадки, и разнообразие условий». В общем, лучшее изобретение после хвостового крюка и аэрофинишeра для посадки скоростных самолетов. «Летчики-испытатели выполняют все эти маневры в строгом соответствии с руководством. Этот процесс жестко регулируется, — рассказывает Роберт Агостиньо, бывший коллега Рейнолдса по Bombardier Business Aircraft, а ныне возглавляющий летный департамент в крупной корпорации. — Выполняешь пункт по списку, оцениваешь результат. Любое отклонение — испытания прекращаются. Алгоритм повторяется столько раз, сколько необходимо, пока не получишь нужного результата». Нужный результат касательно посадочных характеристик достигается в условиях, приближенных к идеальным, включая состояние ВПП, метеоусловия и подготовку пилота. Так что более актуальна такая постановка вопроса: если вам и удастся остановить самолет в рамках указанной в РЛЭ дистанции, насколько высока вероятность, что вы сможете повторить этот подвиг?

Посадочная дистанция в РЛЭ и в жизни

Понятно, что не многие пассажиры бизнес-авиации согласятся присутствовать на борту в тот момент, когда пилот, руководствуясь инструкциями для испытателей, вознамерится достичь опубликованных в РЛЭ цифр. Большинству нравятся мягкие посадки, ничем не выделяющиеся из всего полета. Поэтому большинство корпоративных и чартерных операторов разрабатывают свои критерии идеальной посадки с заложенными резервами безопасности на основе рекомендаций регулирующих органов — в США это FAR Part 135 или Part 121. Согласно этим рекомендациям, так называемая расчетная посадочная дистанция получается путем умножения указанного в РЛЭ значения на 167%. Некоторые эксплуатанты могут запросить освобождение от данного стандарта, но им придется предоставить проверяющему инспектору очень убедительные аргументы. Резерв в 67% позволяет пилоту произвести мягкую посадку в пределах 230–450 м от начала полосы, вместо того чтобы точно «приложить» самолет в точке 300 м от торца. Оставшуюся полосу можно использовать для плавного замедления самолета путем умеренного торможения. «Лишние» метры также служат резервом безопасности на случай неидеальных метеоусловий, ветра и состояния полосы. Порывистый или боковой ветер серьезно усложняет задачу точного попадания в предполагаемую точку касания. Порывистый боковой ветер вкупе с узкой полосой потребует не только мастерства, но и максимального усилия на педали. Распространенной практикой является выдерживание на заходе скорости на 5–10 узлов выше Vref. Дополнительная скорость дает запас на случай непредвиденных обстоятельств, например сдвига ветра. Минус в том, что лишняя скорость увеличивает посадочную дистанцию. Например, на Learjet 45 каждый дополнительный узел скорости увеличивает посадочную дистанцию на 15 м (50 футов). «Если к порогу 50 футов (над полосой) вы подходите на высокой скорости, длина и воздушного и наземного участка (траектории) существенно увеличится», — подтверждает Рейнолдс. Это особенно актуально для легких бизнес-джетов, пилотируемых одним летчиком, поскольку они чаще летают в маленькие аэропорты с короткими полосами. Каждая секунда промедления на выравнивании отодвигает точку касания на полсотни метров, а то и больше, в зависимости от скорости. Замешкайтесь на 5 с — и вы «съели» 300 м, которые можно было бы использовать на плавное торможение. Более того, промедлите всего секунду после касания — и вы затормозите на те же 50–60 м дальше, чем могли бы. Аналогичные последствия — при заходе на посадку выше глиссады. По сравнению с идеальными условиями (снижением точно по глиссаде и прохождением торца полосы на высоте 50 футов) каждые дополнительные 10 футов высоты над торцом увеличивают посадочную дистанцию на 60 м. Некоторые пилоты предпочитают посадку ближе, чем намеченные 1000 футов от торца ВПП, чтобы сократить посадочную дистанцию. Это может быть приемлемо, если траектория свободна от таких препятствий, как ограждения, огни порога ВПП и растительность. Но также критично учитывать высоту посадки пилота относительно шасси. Обычно она меньше 10 футов на легких реактивных самолетах при посадке в полной конфигурации. При посадке в промежуточной конфигурации это расстояние оказывается выше, уменьшая запас высоты над порогом ВПП. На больших самолетах расстояние от уровня зрения пилота до нижней точки шасси увеличивается до 40 футов или более для самолетов с высокорасположенной кабиной. И при заходе в промежуточной конфигурации при таких 50 футах очень не рекомендуется «подныривать» под глиссаду, не имея абсолютной уверенности в отсутствии препятствий. Агостиньо припомнил случай, когда экипаж бизнес-джета класса large-cabin предпринял попытку осуществить касание в самом начале полосы (на цифрах), поскольку полоса была короткой. Самолет не дотянул буквально пары метров до гладкой полосы, колеса коснулись неподготовленной поверхности, и их просто снесло, вместе с кусками обшивки и прилегающих элементов силового набора планера. Самолет после этого не подлежал восстановлению. Есть еще ряд факторов, определяющих фактическую дистанцию торможения. Рейнолдс утверждает, что современные цифровые противоюзовые системы, особенно те, что встроены в электрическую систему управления тормозами, позволяют практически нивелировать несовершенства техники посадки. Помогают добиться систематически удовлетворительных результатов и автоматические интерцепторы. А если вы встанете на обе педали тормоза, вам наверняка удастся остановиться в заданных РЛЭ параметрах — если, конечно, позволит состояние ВПП. Полосу в идеальном состоянии — с отличным покрытием и не покрытую слоем осадков, чистую от посторонних объектов, которые могут серьезно повлиять на качество сцепления, — вы найдете разве что в крупных аэропортах. С другой стороны, в таких аэропортах на ВПП нередко накапливаются следы стертых шин, которые при намокании становятся скользкими. В РЛЭ более новых самолетов часто указываются посадочные характеристики самолета на полосах с разными типами загрязнения. Но вовсе не обязательно эти значения являются результатом испытаний. Известно, что компания Dassault действительно провела серию испытаний Falcon 7X на залитой водой полосе, однако в остальных случаях эти цифры получены дедуктивным методом. Предполагается, что скорость изменения отрицательного ускорения на мокрой ВПП будет примерно вдвое ниже, чем на сухой. Также может рассчитываться эффект от применения реверса тяги (если самолет имеет это оборудование), тогда как в сертификационных испытаниях на сухой полосе применение реверса запрещено. За очень редкими исключениями, в РЛЭ нет информации о поведении самолета на полосе, частично покрытой снегом или льдом. Если же полоса полностью покрыта плотным снегом, то гарантированно предсказать посадочную дистанцию не возьмется никто. Опять же большинство аэропортов выдает информацию о состоянии ВПП, а в некоторых даже есть специальное оборудование, позволяющее точно измерить коэффициент сцепления. Это ценная информация для пилотов, но в случае с укатанным снегом пилоты «старой школы» предпочитают иметь в своем распоряжении в два, а то и в три раза больше полосы, чем указано в РЛЭ. Опять же, пилотам легких бизнес-джетов приходится труднее, чем коллегам на более увесистых машинах, именно в силу того, что ЛТХ позволяют им выполнять полеты в маленькие аэропорты, где проблемы с ВПП встречаются чаще. И чтобы рассчитать, сколько полосы им понадобится при посадке, они полагаются только на ATIS и сообщения коллег. Кроме того, чем меньше самолет, тем меньше специального оборудования на нем установлено. Как уже упоминалось, современные самолеты, оборудованные тормозными спойлерами и совершенными тормозными системами, демонстрируют стабильное и предсказуемое поведение на посадке, позволяя хорошим пилотам в идеальных условиях вписаться в цифры, указанные в РЛЭ. Но огромное число эксплуатируемых ныне самолетов предыдущего поколения не имеют такого оборудования. Например, на ранних моделях серии Learjet 20 противоюзовая система работает следующим образом: она позволяет выжать тормоз по максимуму, затем, улавливая скольжение, полностью сбрасывает давление в тормозах и потом вновь выдает максимальное торможение. Этот цикл повторяется несколько раз, пока скорость не снизится до нормальной скорости руления. Более поздние Learjet оборудовались более продвинутой аналоговой системой, которая обеспечивает более плавное торможение. У ранних моделей Cessna Citations вообще нет противоюзовой системы, у них есть система, которая дает вибрацию на педаль тормоза, когда улавливает скольжение. На сухих полосах система вполне отрабатывала свое предназначение, но на мокрой полосе отрегулировать степень усилия на педаль тормоза, чтобы получит плавное замедление, — не банальная задача. Шины и одинарные колеса у этих самолетов более склонны к гидропланированию, чем сдвоенные колеса с шинами высокого давления у нынешних бизнес-джетов. Наконец, у ранних Citations малюсенькие спойлеры, выпускаемые вручную, которые очень неэффективно гасят скорость на пробеге. Помимо оборудования, поведение самолета на полосе определяется таким простым, но критическим для безопасности фактором, как износ и давление в шинах. РЛЭ Learjet 60/60XR, например, требует проверки уровня давления в шинах каждые 96 ч. Многие летные службы и операторы практикуют проверку шин каждый день перед первым полетом. Однако в отсутствие такого требования в документации и контроля со стороны начальства многие владельцы-пилоты оставляют проверку давления в шинах на совести техников, выполняющих плановое обслуживание, так что проходят недели между такими проверками. Между тем недостаточное давление существенно влияет на пробег, особенно на мокрой или покрытой снегом полосе.

Сколько мерить в метрах?

По словам Агостиньо, разработанные в его компании технологии (SOP) разрешают посадку на ВПП, длина которых меньше, чем 167% посадочной дистанции, указанной в РЛЭ, только если ВПП не покрыта существенным слоем осадков, притом в случае крайней производственной необходимости. При этом экипаж обязан провести анализ рисков, оценив потенциальный эффект препятствий на заходе, высоту прохождения порога ВПП, состояние ВПП, ее ширину (особенно при наличии бокового или порывистого ветра) и, разумеется, длину ВПП, потребную для взлета с топливом и пассажирами, превышение аэродрома и атмосферное давление. В любом случае, экипаж не имеет права производить посадку на ВПП, длина которой меньше, чем 145% посадочной дистанции по РЛЭ. А вот Рейнолдс не столь консервативен. Но даже у него, опытнейшего летчика-испытателя, налет которого на реактивных самолетах перевалил за 9000 ч, есть правило: не меньше, чем 125% от цифры в РЛЭ, да и то при условии гладкой, чистой, сухой полосы.

Возврат к списку

Основные параметры самолетов, указанные на плакате

Взлетная масса — масса самолета с полным запасом топлива и пр.

Дальность полета — дальность полета при допустимых изменениях во взлетной массе самолета, то есть, возможно, с неполной загрузкой и дополнительным топливом.

Дальность с максимальной нагрузкой — дальность полета при максимальной взлетной массе самолета.

Крейсерская скорость — наиболее выгодная скорость движения с максимально достижимой дальностью полета.

Максимальная взлетная масса — допустимая масса самолета с дополнительным запасом топлива, вооружением или грузом (в гражданской авиации применяется термин «максимальная пассажировместимость» или «максимальная загрузка»).

Максимальная скорость — скорость, достижимая на прямолинейном участке с постоянной высотой и заданной массой самолета.

Максимальная скорость на высоте — применяется ввиду изменения плотности воздуха и, следовательно, сопротивления самолета и изменения тяги, создаваемой двигателем, в зависимости от высоты полета.

Максимальная скорость у земли — скорость, достижимая на высоте 100–300 м от поверхности земли на прямолинейном участке.

Масса пустого самолета — масса самолета без топлива, экипажа и пассажиров; для военного — без вооружения.

Мощность/Мощность двигателя — суммарная мощность двигателя или двигательной установки.

Пассажировместимость — число пассажиров с багажом, допустимое для данного самолета.

Потолок — максимально достижимая высота полета.

Практическая дальность — дальность полета самолета со стандартным (штатным) запасом топлива и оборудованием. Применяется наряду с понятием «радиус действия», то есть расстояние от своего аэродрома до места выполнения задачи, с условием возвращения обратно.

Практическая дальность на высоте — допустимая дальность полета самолета со стандартным (штатным) запасом топлива и оборудованием на заданной высоте.

Практический потолок — максимально достижимая высота полета со стандартным (штатным) запасом топлива и оборудованием.

Размах крыла — расстояние от левого до правого конца (законцовки) крыла.

Статический потолок — максимальная высота для вертолета без движения вперед.

Далее: Список литературы

Тепловой барьер

Тепловой барьер

    Исследования, проведенные на рубеже 1940-1950-х годов, позволили разработать ряд аэродинамических и технологических решений, обеспечивающих безопасное преодоление звукового барьера даже серийными самолетами. Тогда казалось, что покорение звукового барьера создает неограниченные возможности дальнейшего увеличения скорости полета. Буквально за несколько лет было облетано около 30 типов сверхзвуковых самолетов, из которых значительное число было запущено в серийное производство.
    Многообразие использованных решений привело к тому, что многие проблемы, связанные с полетами на больших сверхзвуковых скоростях, были всесторонне изучены и решены. Однако встретились новые проблемы, значительно более сложные, нежели звуковой барьер. Они вызваны нагревом конструкции летательного аппарата при полете с большой скоростью в плотных слоях атмосферы. Это новое препятствие в свое время назвали тепловым барьером. В отличие от звукового новый барьер нельзя охарактеризовать постоянной, подобной скорости звука, поскольку он зависит как от параметров полета (скорости и высоты) и конструкции планера (конструктивных решений и использованных материалов), так и от оборудования самолета (системы кондиционирования, охлаждения и т.п.). Таким образом, в понятие «тепловой барьер» входит не только проблема опасного нагрева конструкции, но также такие вопросы, как теплообмен, прочностные свойства материалов, принципы конструирования, кондиционирование воздуха и т.п.
    Нагрев самолета в полете происходит главным образом по двум причинам: от аэродинамического торможения воздушного потока и от тепловыделения двигательной установки. Оба эти явления составляют процесс взаимодействия между средой (воздухом, выхлопными газами) и обтекаемым твердым телом (самолетом, двигателем). Второе явление типично для всех самолетов, и связано оно с повышением температуры элементов конструкции двигателя, воспринимающих тепло от воздуха, сжатого в компрессоре, а также от продуктов сгорания в камере и выхлопной трубе. При полете с большими скоростями внутренний нагрев самолета происходит также и от воздуха, тормозящегося в воздушном канале перед компрессором. При полете на малых скоростях воздух, проходящий через двигатель, имеет относительно низкую температуру, вследствие чего опасный нагрев элементов конструкции планера не происходит. При больших скоростях полета ограничение нагрева конструкции планера от горячих элементов двигателя обеспечивается посредством дополнительного охлаждения воздухом низкой температуры. Обычно используется воздух, отводимый от воздухозаборника с помощью направляющей, отделяющей пограничный слой, а также воздух, захватываемый из атмосферы с помощью дополнительных заборников, размещенных на поверхности гондолы двигателя. В двухконтурных двигателях для охлаждения используется также воздух внешнего (холодного) контура.
    Таким образом, уровень теплового барьера для сверхзвуковых самолетов определяется внешним аэродинамическим нагревом. Интенсивность нагрева поверхности, обтекаемой потоком воздуха, зависит от скорости полета. При малых скоростях этот нагрев так незначителен, что повышение температуры может не приниматься во внимание. При большой скорости воздушный поток обладает высокой кинетической энергией, в связи с чем повышение температуры может быть значительным. Касается это равным образом и температуры внутри самолета, поскольку высокоскоростной поток, заторможенный в воздухозаборнике и сжатый в компрессоре двигателя, приобретает настолько высокую температуру, что оказывается не в состоянии отводить тепло от горячих частей двигателя.
    Рост температуры обшивки самолета в результате аэродинамического нагрева вызывается вязкостью воздуха, обтекающего самолет, а также его сжатием на лобовых поверхностях. Вследствие потери скорости частицами воздуха в пограничном слое в результате вязкостного трения происходит повышение температуры всей обтекаемой поверхности самолета. В результате сжатия воздуха температура растет, правда, лишь локально (этому подвержены главным образом носовая часть фюзеляжа, лобовое стекло кабины экипажа, а особенно передние кромки крыла и оперения), но зато чаще достигает значений, небезопасных для конструкции. В этом случае в некоторых местах происходит почти прямое соударение потока воздуха с поверхностью и полное динамическое торможение. В соответствии с принципом сохранения энергии вся кинетическая энергия потока при этом преобразуется в тепловую и в энергию давления. Соответствующее повышение температуры прямо пропорционально квадрату скорости потока до торможения (или, без учета ветра — квадрату скорости самолета) и обратно пропорционально высоте полета.
    Теоретически, если обтекание имеет установившийся характер, погода безветренна и безоблачна и не происходит переноса тепла посредством излучения, то тепло не проникает внутрь конструкции, а температура обшивки близка к так называемой температуре адиабатического торможения.  

Зависимость температуры обшивки от числа Маха
Число Маха	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	5,0	10,0
Высота полета 0 м
Скорость полета, м/с	340,3	510	681	851	1021	1701	3403
Скорость полета, км/ч	1225	1837	2450	3062	3675	6125	12250
Температура торможения, К	346	418	519	648	807	1729	6051
Повышение температуры, К	58	130	231	360	519	1441	5763
Высота полета 11-25 км
Скорость полета, м/с	295,0	442	590	737	885	1475	2950
Скорость полета, км/ч	1062	1593	2124	2655	3186	5310	10620
Температура торможения, К	250	314	390	487	606	1300	4550
Повышение температуры, К	43	97	173	270	389	1083	4333

    В действительных условиях повышение температуры обшивки самолета от аэродинамического нагрева, т. е. разница между температурой торможения и температурой окружения, получается несколько меньшей ввиду теплообмена со средой (посредством излучения), соседними элементами конструкции и т. п. Кроме того, полное торможение потока происходит лишь в так называемых критических точках, расположенных на выступающих частях самолета, а приток тепла к обшивке зависит также от характера пограничного слоя воздуха (он более интенсивен для турбулентного пограничного слоя). Значительное снижение температуры происходит также при полетах сквозь облака, особенно когда они содержат переохлажденные капли воды и кристаллики льда. Для таких условий полета принимается, что снижение температуры обшивки в критической точке по сравнению с теоретической температурой торможения может достичь даже 20-40%.
    Тем не менее общий нагрев самолета в полете со сверхзвуковыми скоростями (особенно на малой высоте) иногда так высок, что повышение температуры отдельных элементов планера и оборудования приводит либо к их разрушению, либо, как минимум, к необходимости изменения режима полета. Например, при исследованиях самолета ХВ-70А в полетах на высотах более 21000 м со скоростью М=3 температура входных кромок воздухозаборника и передних кромок крыла составляла 580-605 К, а остальной части обшивки 470-500 К. Последствия повышения температуры элементов конструкции самолета до таких больших значений можно оценить в полной мере, если учесть тот факт, что уже при температурах около 370 К размягчается органическое стекло, повсеместно употребляемое для остекления кабин, кипит топливо, а обычный клей теряет прочность. При 400 К значительно снижается прочность дюралюминия, при 500 К происходит химическое разложение рабочей жидкости в гидросистеме и разрушение уплотнений, при 800 К теряют необходимые механические свойства титановые сплавы, при температуре выше 900 К плавятся алюминий и магний, а сталь размягчается. Повышение температуры приводит также к разрушению покрытий, из которых анодирование и хромирование могут использоваться до 570 К, никелирование — до 650 К, а серебрение — до 720 К.
    После появления этого нового препятствия в увеличении скорости полета начались исследования с целью исключить либо смягчить его последствия. Способы защиты самолета от эффектов аэродинамического нагрева определяются факторами, препятствующими росту температуры. Кроме высоты полета и атмосферных условий, существенное влияние на степень нагрева самолета оказывают:

• коэффициент теплопроводности материала обшивки;
• величина поверхности (особенно лобовой) самолета;
• время полета.

    Отсюда следует, что простейшими способами уменьшения нагрева конструкции являются увеличение высоты полета и ограничение до минимума его продолжительности. Эти способы использовались в первых сверхзвуковых самолетах (особенно в экспериментальных). Благодаря довольно высокой теплопроводности и теплоемкости материалов, употребляемых для изготовления теплонапряженных элементов конструкции самолета, от момента достижения самолетом высокой скорости до момента разогрева отдельных элементов конструкции до расчетной температуры критической точки проходит обычно достаточно большое время. В полетах, продолжающихся несколько минут (даже на небольших высотах), разрушающие температуры не достигаются. Полет на больших высотах происходит в условиях низкой температуры (около 250 К) и малой плотности воздуха. Вследствие этого количество тепла, отдаваемого потоком поверхностям самолета, невелико, а теплообмен протекает дольше, что значительно смягчает остроту проблемы. Аналогичный результат дает ограничение скорости самолета на малых высотах. Например, во время полета над землей со скоростью 1600 км/ч прочность дюралюминия снижается только на 2%, а увеличение скорости до 2400 км/ч приводит к снижению его прочности на величину до 75% в сравнении с первоначальным значением.
    Однако необходимость обеспечения безопасных условий эксплуатации во всем диапазоне используемых скоростей и высот полета вынуждает конструкторов искать соответствующие технические средства. Поскольку нагрев элементов конструкции самолета вызывает снижение механических свойств материалов, возникновение термических напряжений конструкции, а также ухудшение условий работы экипажа и оборудования, такие технические средства, используемые в существующей практике, можно разделить на три группы. Они соответственно включают применение 1) теплостойких материалов, 2) конструктивных решений, обеспечивающих необходимую теплоизоляцию и допустимую деформацию деталей, а также 3) систем охлаждения кабины экипажа и отсеков оборудования.
    В самолетах с максимальной скоростью М = 2,0-2,2 широко применяются сплавы алюминия (дюрали), которые характеризуются относительно высокой прочностью, малой плотностью и сохранением прочностных свойств при небольшом повышении температуры. Дюрали обычно дополняются стальными либо титановыми сплавами, из которых выполняются части планера, подвергающиеся наибольшим механическим или тепловым нагрузкам. Сплавы титана нашли применение уже в первой половине 50-х годов сначала в очень небольших масштабах (сейчас детали из них могут составлять до 30% массы планера). В экспериментальных самолетах с М > 3 становится необходимым применение жаропрочных стальных сплавов как основного конструкционного материала. Такие стали сохраняют хорошие механические свойства при высоких температурах, характерных для полетов с гиперзвуковыми скоростями, но их недостатками являются высокая стоимость и большая плотность. Эти недостатки в определенном смысле ограничивают развитие высокоскоростных самолетов, поэтому ведутся исследования и других материалов.
    В 70-х годах осуществлены первые опыты применения в конструкции самолетов бериллия, а также композиционных материалов на базе волокон бора или углерода. Эти материалы пока имеют высокую стоимость, но вместе с тем для них характерны малая плотность, высокие прочность и жесткость, а также значительная термостойкость. Примеры конкретных применений этих материалов при постройке планера приведены в описаниях отдельных самолетов.
    Другим фактором, существенно влияющим на работоспособность нагреваемой конструкции самолета, является эффект так называемых термических напряжений. Возникают они в результате температурных перепадов между внешними и внутренними поверхностями элементов, а особенно между обшивкой и внутренними элементами конструкции самолета. Поверхностный нагрев планера приводит к деформации его элементов. Например, может произойти такое коробление обшивки крыла, которое приведет к изменению аэродинамических характеристик. Поэтому во многих самолетах используется паяная (иногда клееная) многослойная обшивка, которая отличается высокой жесткостью и хорошими изоляционными свойствами, либо применяются элементы внутренней конструкции с соответствующими компенсаторами (например, в самолете F-105 стенки лонжерона изготовляются из гофрированного листа). Известны также опыты охлаждения крыла с помощью топлива (например, у самолета Х-15), протекающего под обшивкой на пути от бака до форсунок камеры сгорания. Однако при высоких температурах топливо обычно подвергается коксованию, поэтому такие опыты можно считать неудачными.
    Сейчас исследуются различные методы, среди которых нанесение изоляционного слоя из тугоплавких материалов путем плазменного напыления. Другие считавшиеся перспективными методы не нашли применения. Среди прочего предлагалось использовать «защитный слой», создаваемый путем вдува газа на обшивку, охлаждение «выпотеванием» посредством подачи на поверхность сквозь пористую обшивку жидкости с высокой температурой испарения, а также охлаждение, создаваемое плавлением и уносом части обшивки (абляционные материалы).
    Довольно специфичной и вместе с тем очень важной задачей является поддержание соответствующей температуры в кабине экипажа и в отсеках оборудования (особенно электронного), а также температуры топливных и гидравлических систем. В настоящее время эта проблема решается путем использования высокопроизводительных систем кондиционирования, охлаждения и рефрижерации, эффективной теплоизоляции, применения рабочих жидкостей гидросистем с высокой температурой испарения и т.д.
    Проблемы, связанные с тепловым барьером, должны решаться комплексно. Любой прогресс в этой области отодвигает барьер для данного типа самолетов в сторону большей скорости полета, не исключая его как такового. Однако стремление к еще большим скоростям приводит к созданию еще более сложных конструкций и оборудования, требующих применения более качественных материалов. Это заметным образом отражается на массе, закупочной стоимости и на затратах по эксплуатации и обслуживанию самолета.
    Поэтому в большинстве случаев рациональной считается максимальная скорость 2200-2600 км/ч. Лишь в некоторых случаях считают, что скорость самолета должна превосходить М = 2,6. К самолетам, способным развивать такие скорости, относятся экспериментальные машины Х-2, ХВ-70А, Т.188, Т-4(«100»), разведывательные A-12 и SR-71, а также перехватчики XF-103, XF-108, YF-12A и МиГ-25 (Е-266).

Э.Цихош. «Сверхзвуковые самолеты»

• *) Рефрижерацией называется принудительный перенос тепла от холодного источника к среде с высокой температурой при искусственном противодействии естественному направлению движения тепла (от теплого тела к холодному, когда имеет место процесс охлаждения). Простейшим рефрижератором является бытовой холодильник.

Гонка в создании гиперзвуковых самолетов. Кто впереди всех?

• Майкл Демпси
• Би-би-си

6 сентября 2020

Автор фото, Reaction

Подпись к фото,

В военной авиации в последние годы отмечается бурный интерес к гиперзвуковым технологиям

«Я всю свою жизнь занимаюсь тем, что быстро летает», — говорит Адам Диссель, возглавляющий американский отдел британской компании Reaction Engines («Реактивные двигатели»).

Эта компания создает авиационные двигатели, способные развивать головокружительные скорости и работать в таких условиях, когда существующие модели просто расплавились бы.

Задача — достичь гиперзвуковой скорости в 6400 км/ч, или примерно пять Махов [Число Маха — меняющаяся единица, показывающая скорость звука в зависимости от плотности воздуха, в которой находится летящее тело].

Компания планирует построить высокоскоростной пассажирский самолет к 2030 году. «Это необязательно должно быть 5 Махов. Может быть 4,5 Маха, что более достижимо с точки зрения физики», — говорит Диссель.

На таких скоростях можно за четыре часа долететь из Лондона в Сидней и всего за два — из Лос-Анджелеса в Токио.

Однако большая часть подобных разработок делается не для гражданской авиации, а для военной, где в последние годы отмечается бурный интерес к этим технологиям.

«Зоопарк гиперзвуковых систем»

Джеймс Эктон — британский физик, работающий в Фонде Карнеги в Вашингтоне. Изучив, что предпринимают США, Китай и Россия в области гиперзвукового оружия, он пришел к выводу, что там сейчас проектируется целый «зоопарк гиперзвуковых систем».

Созданы специальные материалы, могущие выдержать высочайшие температуры, возникающие при скорости в 5 Махов, и целый ряд других технологий, делающих возможными гиперзвуковые полеты в земной атмосфере.

Эксперименты в области пилотируемых гиперзвуковых полетов начались в Америке еще в 1960-х годах, когда был создан самолет-ракетоплан X-15. Межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) также входят в атмосферу на очень высоких гиперзвуковых скоростях.

Теперь конкурирующие державы стремятся создать оружие, которое может на протяжении всего полета оставаться в атмосфере без выхода для охлаждения в открытый космос, и маневрировать, чтобы поражать движущиеся объекты, а не только стационарные, как МБР, нацеленные на города.

«Убийцы авианосцев»

В военных бюджетах трех держав увеличиваются траты на гиперзвуковые технологии.

На пресс-брифинге в Пентагоне 2 марта помощник директора управления минобороны США по научным разработкам Майк Уайт, отвечающий за гиперзвуковые технологии, заявил, что «конкуренты пытаются бросить вызов нашему доминированию в данной сфере».

Главная проблема гиперзвукового оружия — точность.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

КНР показал свое гиперзвуковое оружие на параде 2019 года

Сам факт обладания гиперзвуковыми ракетами, заранее прозванными «убийцами авианосцев», способен заставить американские авианосцы держаться в отдалении от побережья Китая.

Однако, чтобы попасть в атомный авианосец, идущий со скоростью 30 узлов (56 км/ч) и выше, требуются очень точные коррекции курса ракеты, чего сложно достичь на скорости в 5 Махов.

Тепло, возникающее на обшивке ракеты из-за трения о воздух, создает вокруг нее как бы футляр из плазмы.

Он может блокировать сигналы от внешних источников, например, спутников связи, и дезориентировать встроенную систему наведения, которая должна обнаружить движущуюся цель.

Автор фото, USAF

Подпись к фото,

Нос гиперзвукового самолета должен выносить экстремально высокие температуры

Плазма образуется там, где возникает самая высокая температура.

Конусообразная ракета окуталась бы слоем плазмы по всей своей поверхности, но ракета, имеющая форму дротика с небольшими крылышками, может сместить его подальше от частей, где расположены наиболее чувствительные антенны.

Акулья пасть

Гиперзвуковой полет и без того непрост, но проблему усугубляет химический распад. На крайне высоких скоростях и при огромных температурах молекулы кислорода начинают разлагаться на атомы, и это осложняет химические процессы, на которых основана работа любого потребляющего воздух двигателя.

Тем не менее, прогресс в гонке гиперзвуковых вооружений впечатляет.

Автор фото, USAF

Подпись к фото,

Гиперзвуковой X-51A развил скорость в 4,5 Маха

В 2010 году США запустили напоминающий формой акулью пасть беспилотный летательный аппарат, который продержался на гиперзвуковой скорости над Тихим океаном пять минут.

Целью была не столько скорость, сколько время.

Пять минут, возможно, не покажутся чем-то особенным, но в смысле преодоления преград на пути к гиперзвуковым полетам это был триумф.

Аппарат под названием X-51A был сброшен с летевшего на большой высоте бомбардировщика B-52 и с помощью ракетного ускорителя достиг скорости в 4,5 Маха до того, как включился его основной двигатель.

Автор фото, Dean Conger/Corbis/Getty

Подпись к фото,

Самолет-ракетоплан X-15, который США разрабатывали в 1960-е

Известный как прямоточный реактивный двигатель, он достигает гиперзвуковых скоростей за счет забора воздуха в топливную форсунку, выглядящую как акулья пасть, где он смешивается с топливом.

Чтобы поток всасываемого воздуха оказался достаточным, предварительная скорость должна быть высока. Температура воздуха, поступающего в форсунку, через несколько минут достигает тысячи градусов.

В 2010-13 годах четыре X-51A перелетели таким образом Тихий океан в одну сторону.

Ударная волна

Над созданием X-51A работала калифорнийская фирма Aerojet Rocketdyne, специализирующаяся на двигателях для космических кораблей. Степень секретности была такова, что даже спустя семь лет после завершения программы сотрудники компании соглашаются говорить с прессой исключительно на условиях анонимности.

«Главная фишка этой машины находилась в ее носовой части, где формируется ударная волна. Главные инвестиции пошли на разработку материалов», — рассказал один из создателей гиперзвукового аппарата.

По его словам, конструкторы многому научились на опыте ракетоплана X-15 1960-х годов и космических «шаттлов».

Автор фото, Reaction

Подпись к фото,

Reaction Engines создал двигатель, способный поглощать в полете раскаленный воздух

Reaction Engines недавно продемонстрировала гиперзвуковой прямоточный двигатель Sabre («Сабля»). Он способен поглощать в полете раскаленный воздух без перебоев, которые специалисты называют «икотой».

Новый двигатель включает в себя некое устройство для предварительного охлаждения, куда первым делом попадает раскаленный наружный воздух.

Дальнейшая задача заключается в том, чтобы смешать его с топливом для создания тяги.

Горячий, как лава

В октябре 2019 года компания Reaction Engines провела интенсивные стеновые испытания двигателя Sabre на полигоне в штате Колорадо. Имитировались условия гиперзвукового полета.

Поток раскаленного воздуха и сопла обычного сверхзвукового реактивного двигателя, закрепленного на стенде, направлялся в форсунку Sabre.

Устройство для охлаждения справилось с задачей, впрыскивая в систему под большим давлением охлаждающий агент, снижая температуру воздуха и позволяя смешивать его с топливом.

Нужные для этого двигателя материалы необычны.

Автор фото, Hermeus

Подпись к фото,

Будет ли американский президент летать с гиперзвуковой скоростью?

«Шаттлы» защищала от разогрева при вхождении в атмосферу оболочка из композитных плиток. Но после каждого полета они осыпались, что требовало интенсивного и дорогостоящего техобслуживания перед следующим полетом. Для коммерческих летательных аппаратов это не годится.

В качестве альтернативы в двигателе Sabre использован никелевый сплав под названием «инконел», выдерживающий температуру вулканической лавы.

«Это наше решение на данный момент. Мы также работаем над усовершенствованием отводных каналов, поглощающих тепло», — говорит Адам Диссель.

Таким образом, речь идет о сочетании сверхжаростойкого сплава со сложной системой регулировки температуры.

Гиперзвуковой борт № 1

Если это сработает, пассажирские полеты с гиперзвуковой скоростью могут стать реальностью лет через пятнадцать.

Начнется, вероятно, с небольших бизнес-джетов для VIP-персон.

Их потенциал уже оценило подразделение ВВС США, обслуживающее Белый дом. Оно заказало находящемуся в Атланте стартапу Hermeus предварительную оценку возможности создания и основных параметров самолета с вместимостью 20 пассажиров и скоростью 5 Махов.

Возможно, однажды и президент США присоединится к очень привилегированному клубу людей, путешествующих с гиперзвуковой скоростью.

Ученые оценили попытки создать сверхзвуковой самолет

«Сейчас ни у кого нет нужного двигателя, да и проблема его размещения на планере не изучена до конца. Но прогресс есть. Современные модели раза в два экономичнее, чем те, что были пятьдесят лет назад, у них более горячие камеры сгорания, более высокая температура на турбинах за счет применения новых жаропрочных материалов. У нас скоро поступит в эксплуатацию двигатель ПД-14, базовый для нашего среднемагистрального самолета МС-21. Вот его горячую часть вполне можно взять за основу для сверхзвукового двигателя», — отмечает Сергей Чернышев.

Скелет как у птицы

Самолет летит в атмосфере, толкая перед собой и увлекая за собой огромную массу вещества. Чем выше скорость, тем сильнее сопротивление воздушной среды. Представьте, что человек с берега забегает в воду: сначала легко, а потом ноги вязнут, словно на них гири. Так же и с самолетом при переходе на сверхзвуковую скорость. Один из способов решить проблему — увеличить высоту полета до 15 или даже 18 километров. Там атмосфера менее плотная.

Чем быстрее движется самолет, тем сильнее нагревается его корпус, особенно заостренные части — носовая, передние кромки крыла, кромки воздухозаборника. Ту-144 с числом Маха крейсерского полета 2,2 нагревался до 120-150 градусов. Чуть выше — и алюминиевый сплав, из которого сделан корпус, потек бы.

Сейчас есть жаропрочные композитные материалы, в том числе полимерные на основе углеволокна. Они легче алюминия, а модуль прочности выше, чем у стали.

«Здесь важна конструктивно-силовая схема. Сегодня авиастроители всего мира используют концепцию «blackmetal» или «black aluminum» — когда скелет фюзеляжа выполнен из композитов по традиционной схеме с продольными стрингерами и поперечными шпангоутами. В новых сверхзвуковых самолетах она не годится, мы предлагаем сеточную конструкцию, причем с неравномерной ячейкой сетки: где нагрузка больше, например на крыле, там сетка гуще, в носовой части, где нагрузка меньше, — сетка редкая. Это бионическая силовая конструкция летательного аппарата, то есть как в природе. Как скелеты у птиц, человека», — подчеркивает академик Чернышев.

В беспилотном режиме

У сверхзвукового самолета должна быть иная аэродинамическая компоновка, чтобы обеспечить высокую скорость, устойчивость полета, посадку на обычные полосы. Традиционный подход, использовавшийся в Ту-144 и «Конкорде», — треугольное крыло большой стреловидности, для уменьшения лобового сопротивления воздуха и снижения звукового удара.

«В нашей модели крыло сделано в виде двойного поперечного V. Это снижает сопротивление, звуковой удар и улучшает аэродинамику», — говорит ученый.

Журавлиный нос Ту-144 стал его визитной карточкой. В полете он прямой, а при посадке опускается вниз, чтобы не загораживать пилотам обзор. Для управления им добавляли гидравлические приводы, а это лишний вес. Инженеры ЦАГИ предлагают убить сразу двух зайцев — сделать цельный фюзеляж без окон, их не будет даже в кабине пилотов. Вместо них — жидкокристаллические экраны, на которые выводится картинка с внешних камер. Таким образом проблема обзора при посадке решается сама собой.

«В салоне по бокам и на потолке ЖК-экраны. Пассажиры видят, что происходит за бортом благодаря цифровому зрению самолета, чувствуют себя комфортно. Пилоты ведут по приборам, которые сейчас куда совершеннее, чем органы чувств человека. Труба корпуса без вырезов — более прочная, за счет этого мы уменьшим толщину стенок и снизим вес конструкции», — уточняет он.

Не исключено, что сверхзвуковой самолет вообще станет беспилотным. Современный уровень автоматики это позволяет. Летчиков уже критикуют за то, что они превратились в операторов ЭВМ, но это отражает технологический тренд: вскоре самолетом будет управлять только автоматика, а на борту останется один пилот-контролер.

Как образуются ударные волны

Летящий самолет генерирует в атмосфере ударные волны. Но если огромные пассажирские лайнеры неслышно пролетают у нас над головами на большой высоте, то летящий на той же высоте сверхзвуковой легкий истребитель бесшумным никак не покажется.

Дело в том, что ударные волны движутся впереди дозвукового самолета, расходятся от носа во все стороны и быстрее рассеиваются с высотой.

На сверхзвуковой скорости самолет обгоняет созданное им возмущение среды, ударная волна огибает его и формирует позади воронку — конус Маха. Подходя к земле, она создает скачок давления — звуковой удар.

Перепад давления достигает ста паскалей для самолетов массой до 150 тонн. Это безопасно для здоровья, но дискомфортно для уха. Действует и фактор внезапности — люди просто пугаются. Регулярные же звуковые удары способны со временем повредить наземные сооружения. По этой причине, к примеру, над США летать на сверхзвуке запрещено. В Европе авиакомпаниям также предписано избегать звукового удара.

Бытует мнение, что он происходит один раз при переходе самолета на сверхзвук. В реальности лайнер формирует коридор до земли на всем протяжении полета шириной десятки и сотни километров, в зависимости от числа Маха и высоты.

Есть еще интересный эффект. Отраженная от поверхности звуковая волна достигает верхних слоев атмосферы — стратосферы или мезосферы, отражается, направляется вниз и возвращается к земле, создавая вторичный звуковой удар — порой в сотнях километров перед самолетом или сбоку от трассы полета.

Это явление объяснили советские ученые еще в 1940-х годах, изучая распространение ударных волн от взрыва снарядов. Интенсивность вторичного звукового удара ниже, но он протяжнее, ощущается как раскат грома. И это было проблемой при эксплуатации «Конкордов».

«Жители Европы жаловались на шум приближающегося самолета, хотя вроде бы он тормозил задолго до приближения к населенным районам и не должен был создавать звукового удара. Кроме первичного звукового удара, обусловленного пересечением конусом Маха поверхности океана (при приближении к земле конус исчезал, так как самолет замедлялся до дозвуковой скорости), создавался вторичный удар, устилающий, как ковром, значительные территории», — уточняет Сергей Чернышев.  

Борьба со звуковым ударом

Совершенно избавиться от звукового удара при сверхзвуке невозможно — законы физики неумолимы. Остается подавлять его активными или пассивными способами. Тут многое зависит от массы и размеров самолета, высоты и скорости полета. Например, ударная волна от небольшого легкого аппарата с числом Маха 1,1 на высоте десять километров может не достигать земли. Совсем другое дело — пассажирский лайнер с числом Маха 2,2.

«Во времена Ту-144 проблема звукового удара так остро не стояла. Самолет летал только в Алма-Ату, а «Конкорд» при подлете к Европе или США переходил на дозвуковую скорость», — рассказывает РИА Новости Татьяна Киселева, кандидат физико-математических наук, сотрудник лаборатории № 5 Института теоретической и прикладной механики имени С. А. Христиановича СО РАН, где исследуют звуковой удар.

Один из вариантов — ограничить скорость полета, например до числа Маха 1,6. Этим путем идут в ЦАГИ и NASA.

«Когда инженеры определились с параметрами полета, позволяющими минимизировать звуковой удар, можно заняться корректировкой формы летательного аппарата. Чем он длиннее и чем меньше диаметр корпуса, тем по большей поверхности самолета распределяются возмущения и меньше ударные волны», — излагает исследовательница общие правила.

Отдельная задача, которой занимаются в ИТПМ СО РАН, — как исследовать сами ударные волны, когда расчетная область занимает не две-три длины лайнера, а целый коридор высотой 15-18, шириной — десятки-сотни и длиной — тысячи километров. Для этого нужны огромные вычислительные и экспериментальные ресурсы.

Ученые действуют по двум направлениям. Смотрят, как в аэродинамической трубе поток огибает самолет, формируются скачки давления в ближнем поле, и затем численно моделируют распространение их до земли. Кроме того, изучают, как на перераспределение давления по поверхности самолета влияют форма крыла, носа, оперения и других элементов.

«Допустим, на крыле есть излом или у него определенная стреловидность. Мы исследуем, как оно будет обтекаться, как генерируются ударные волны, в какую сторону уходят, как взаимодействуют с другими частями самолета, в каком виде доходят до поверхности земли», — продолжает Киселева.

Изменение формы различных частей планера самолета, расположения двигателей, — это пассивные способы борьбы со звуковым ударом. А можно активно воздействовать на набегающий поток.

«К примеру, мы фокусировали излучение мощного лазера в определенную область в потоке, получали плазму и таким образом локально заменяли набегающий на крыло или нос самолета воздух. В принципе, это возможно, но не на данном этапе развития лазерной техники, когда она слишком громоздка, чтобы брать ее на борт. Другой вариант— охладить поток выдувом в нос самолета жидкого азота. В этом случае придется брать на борт его запас, чтобы использовать на всем протяжении полета, а это лишний вес», — рассуждает ученый.

В общем, победить звуковой удар сейчас нельзя, можно только ослабить его до какой-то величины.

Драйверы сверхзуковой авиации

«Требования по авиационному шуму за последние полвека сильно изменились. Раньше аэропорты строили вдали от городов, но мегаполисы разрастаются. Самолеты мешают людям, это вызывает обеспокоенность во всем мире, так что ограничения будут только ужесточаться», — говорит академик Чернышев.

Норм по шуму специально для сверхзвуковых гражданских самолетов не существует. Сейчас есть только глава 14 Приложения 16 к конвенции Международной организации гражданской авиации (ICAO) «Авиационный шум». Тем не менее этим занимаются. Специалисты ЦАГИ участвуют в работе ICAO и проекте ЕС. В Европе эта проблема особенно сложна из-за высокой плотности населения, необходимости согласовывать нормы со множеством стран.

«Если мы скажем людям: «Давай будем летать на сверхзвуке, но шуметь чуть-чуть побольше», нас не поймут. Все согласны только на уровень, зафиксированный в главе 14. Через пять лет его снизят еще на семь децибел. Это постоянная гонка, потому что человечество хочет комфорта и не желает терпеть шум у себя в доме», — отмечает академик.

Никто не будет строить новые аэропорты вдали от городов специально для сверхзвуковых лайнеров. Даже отдельная полоса — это слишком затратно. Самолет должен вписываться в общепринятые рамки практически по всем параметрам: уровню шума, длине полосы, толщине покрытия, составу топлива, обслуживанию. Одна из причин, по которой 600-местный лайнер А-380 компании Airbus так и не получил широкого распространения, — необходимость двухэтажного причала для пассажиров. Из-за этого не каждый аэропорт готов его принять.

«Самолету также нужна очень хорошая аэродинамика. Иначе он будет садиться с большой скоростью и не успеет затормозить на стандартной взлетно-посадочной полосе. Никаких парашютов для торможения не должно быть», — добавляет ученый.

Инженеры ЦАГИ скептически относятся к заявлениям компании Boom Airliner, разрабатывающей самолет Overture и его демонстратор XB-1 Baby Boom.

«Крейсерскую скорость 2,2 Маха очень трудно обеспечить. Нужны компактные двигатели, а значит, возникает проблема шума при взлете. Компоновка, пассажиров больше пятидесяти — это большой вес. Вряд ли они впишутся в требования по шуму. Не исключено, что это лишь рекламный ход для привлечения инвестиций», — говорит Сергей Чернышев.

Проект Aerion с прямым стреловидным крылом более перспективен.

«Такое крыло лучше на дозвуке, и Aerion мог бы летать над населенными территориями. Но здесь опять палка о двух концах: сделать самолет эффективным в обоих режимах нереально, слишком противоречивые требования. К тому же крейсерская скорость с числом Маха 1,4 дает небольшой выигрыш по времени, притом что предстоит решить множество технических проблем», — комментирует академик.

NASA заявляет для своего демонстратора X-59 скорость с числом Маха 1,6 — это в два раза больше крейсерской скорости дозвуковых самолетов. Скакнуть сразу на 2,2 Маха, как это было с Ту-144, и при этом вписаться в современные экологические требования — это практически исключено.

«Двигатели должны создавать сумасшедшую тягу, чтобы самолет разрывал воздушное пространство, преодолевал сопротивление. Он будет нагреваться, генерировать ударные волны огромной энергии. Удивляюсь, что некоторые пытаются идти по этому пути», — говорит ученый.

Российская школа сверхзвуковой авиации лидирует в мире. Ее представители прекрасно понимают, какой технологический вызов брошен, поэтому считают, что эксплуатация сверхзвуковых самолетов начнется не ранее 2030 года.

Прежде всего нужен демонстратор — уменьшенная копия реального самолета. Таким была «сотка», или «изделие 100» для Ту-144. Прототип обычно рассчитан на одного-двух пилотов, а может, будет беспилотным — так собираются сделать в Японии. Задача — показать правильность технических решений по аэродинамике, управлению, работе двигателей, материалам, визуализации, отработать взлет и посадку, просчитать траекторию.

«Сейчас мы на этапе создания технологического демонстратора, нас поддерживает Минпромторг. Рассчитываем, что к концу 2023 года у нас уже будет все необходимое для запуска «летающей лаборатории». Одновременно разворачиваем работы над прототипом реального самолета. В планах до 2050 года — проект гиперзвукового пассажирского аппарата на жидком водороде с числом Маха 5″, — заключает Сергей Чернышев.

Дикая физика пассажирского самолета, который только что разогнался до 800 миль в час

Изображения SOPA / Автор

Во вторник тихим вечером в центральной Пенсильвании самолет Boeing 787-9 пролетел в воздухе на одной из самых высоких скоростей, когда-либо достигнутых коммерческим авиалайнером.

Скорость 801 миль в час, достигнутая рейсом Virgin Atlantic из Лос-Анджелеса в Лондон, который обычно курсирует со скоростью 561 миль в час, была связана с другим рекордом, установленным на высоте 36000 футов над Лонг-Айлендом, штат Нью-Йорк: трансатлантический реактивный поток, дующий на большой скорости. 230 миль / ч.Самолет просто прицепился к этому необычно быстрому реактивному потоку и тронулся.

Так что же происходило?

Во-первых, необходимо точно объяснить, что подразумевается под термином «струйный поток». По сути, это быстро текущие воздушные потоки, которые змеятся в атмосфере Земли на высоте нескольких миль над землей. «[Они] постоянная особенность, вызванная глобальной циркуляцией воздуха». говорит представитель Метеорологического бюро Ричард Майлз. Сотни километров в ширину и несколько километров в глубину, их движение и давление могут существенно повлиять на нашу погоду.Например, более медленная, более извилистая струя может сделать небо суше и уменьшить количество штормов.

Хотя их средняя скорость составляет 110 миль в час, реактивные струи могут достигать скорости выше 200; именно эта жестокость так полезна для самолетов. «Авиалайнеры очень часто пользуются реактивным двигателем, когда летят с запада на восток через Атлантику в том же направлении, что и полярное реактивное течение. Он действует на самолет так же, как любой другой попутный ветер ». — говорит Майлз. Вот почему рейс в восточном направлении, например, из Нью-Йорка в Лондон, занимает меньше времени и экономит топливо и деньги.

«Люди управляют реактивным потоком практически так же долго, как люди летают на самолетах», — говорит Стив Райт, доцент аэрокосмической техники в UWE. Этот трюк восходит к некоторым историческим полетам в истории авиаперелетов. «Дух Сент-Луиса», первый полет, совершенный через Атлантику, шел с запада на восток, в основном в направлении струйных струй. «Вы заметите, что в истории всякий раз, когда кто-то совершал первый полет через Атлантику, это всегда с запада на восток.- говорит Райт. Он отмечает, что реактивный поток настолько силен, что еще в 2003 году модель самолета «The Spirit of Butts’ Farm »смогла пересечь Атлантику.

Для тех, кто работает в аэрокосмической отрасли, струйный поток — это ежедневный интерес, особенно для людей, летящих из США в Европу. «Это имеет колоссальное значение для скорости и расхода топлива, которые используют эти самолеты, до такой степени, что авиакомпании фактически учитывают влияние реактивного потока в своих расчетах расписания. — говорит Райт.

В этом конкретном случае полет был способен «запутаться» на особенно скоростном трансатлантическом реактивном потоке. «Бесполезно говорить об идеальных условиях, поскольку это говорит о том, что они более предсказуемы, чем есть на самом деле», — говорит Майлз. Но скорость струи, по его словам, связана с разницей температур между «воздушными массами» — большим объемом воздуха с однородной температурой и влажностью.

Чем больше разница температур между этими массами, тем быстрее может двигаться струя.«Поскольку экваториальная воздушная масса остается относительно одинаковой по температуре круглый год, струя, вероятно, будет быстрее северной зимой, когда полярная масса холоднее. Кроме того, спокойная струя, а не «извилистая», сможет течь быстрее », — говорит Майлз.

Важно отметить, что скорость 801 миль в час, на которой летит самолет, относится к его путевой скорости: насколько быстро самолет движется относительно земли. Представьте себе скорость его тени. Скорость полета бывает разной: она указывает на то, насколько быстро воздух проходит над крыльями самолета.«Это немного похоже на греблю на лодке по очень быстрой реке: вас очень быстро несет вниз по течению, но вы почти не двигаетесь с водой, так что вы не чувствуете скорость», — говорит Райт. Таким образом, хотя путевая скорость была необычно высокой, «воздушная скорость оставалась нормальной крейсерской скоростью».

В результате коммерческому авиалайнеру не угрожала опасность, и он не преодолевал звуковой барьер (это происходит только при прохождении определенной воздушной скорости: примерно 670 миль в час на высоте от 30 000 до 40 000 футов.Хотя самолет двигался со скоростью чуть более 800 миль в час, его воздушная скорость составляла всего 562 миль в час — это примерно 0,84 Маха, что значительно ниже скорости полета, которую самолет должен был поразить, чтобы преодолеть звуковой барьер.

Мы испытываем аналогичный эффект, когда путешествуем на самолетах, — отмечает Райт. Если вы повернетесь, чтобы поговорить с человеком, сидящим рядом с вами, ваш голос и вы технически двигаетесь со скоростью 564 миль в час относительно земли, но это не кажется таким образом всем остальным в самолете, который уже движется в такая же скорость, как и у вас.

Райт действительно указывает, что, хотя сами самолеты не изменились, сложность систем, которые самолет использует для планирования своего полета, улучшилась. Современные самолеты невероятно хороши в расчетах с использованием спутников и GPS, где находится реактивный поток и как им воспользоваться. Однако в большинстве случаев появление этой феноменальной скорости было «счастливым совпадением».

Еще больше замечательных историй из WIRED

— Внутри уязвимой славы дочерних звезд ASMR на YouTube

— Я пытался сохранить своего ребенка в секрете от Facebook и Google

— Как SoftBank стал самой мощной компанией в сфере технологий

— Что произойдет, если вы пьете Huel и Soylent в течение месяца?

— Почему ваш стоячий стол не решает вашу проблему с сидением

Получайте WIRED Weekly, чтобы быть в курсе самых важных, интересных и необычных историй WIRED за последние семь дней. Это сделка раз в неделю, поэтому не беспокойтесь о том, что мы забьем ваш почтовый ящик.

, введя свой адрес электронной почты, вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности

Спасибо. Вы успешно подписались на нашу рассылку новостей. Вы скоро услышите от нас.

Извините, вы ввели неверный адрес электронной почты. Обновите страницу и попробуйте еще раз.

Как рассчитать скорость полета самолета — пока вы на нем

Мне нравится использовать, казалось бы, случайные данные, чтобы выяснить то, о чем я иначе не узнал бы. Вы можете делать это со всеми видами вещей, но в этом примере я использую видео, которое я записал с самолета, чтобы выяснить, насколько высоко и как быстро он летел. Да, и это объясняет, почему я люблю сиденья у окна во время коротких перелетов.

Позвольте мне начать с кадра из видео:

Я снимал это при приближении к Новому Орлеану, поэтому я знаю примерное местоположение.Вы можете увидеть это на Google Maps. Нет, я не знаю точное местоположение или высоту, но я знаю угловой размер объектов на видео и фактический размер объектов, таких как дороги и т. Д., По измерениям на Google Maps. Здесь пригодится знание самого основного уравнения для углового размера. Предположим, у меня есть объект длиной L и расстоянием r от моей камеры. Это дает мне следующее соотношение (при условии, что L намного меньше, чем r ):

Да, это, по сути, то же уравнение, которое используется для определения длины окружности, если θ измеряется в радианах (что должно быть).Если вы сделаете θ равным 2π, то длина будет равна длине окружности. Конечно, это означает, что объект не является прямой линией, но это уравнение по-прежнему неплохо работает с небольшими углами.

Я могу определить реальный размер предметов с помощью Google Maps, и я могу использовать видео, чтобы измерить их угловой размер. Для этого я должен знать угловое поле зрения камеры. Хорошо, что я уже знаю это из более раннего эксперимента. Да, в этом эксперименте использовался iPhone 6, но я предполагаю, что видеокамера на iPhone 7 имеет такое же горизонтальное угловое поле зрения, равное 1.109 радиан. Чтобы определить фактические измерения углового размера, я буду использовать Tracker Video Analysis — он работает с видео и фотографиями .

Используя угловой размер для определения расстояния до различных объектов, а также фактическое расстояние вдоль земли, я могу определить как высоту, так и истинное местоположение. Позвольте мне пояснить диаграмму. Предположим, что самолет находится на высоте ( h ) и удалении ( s ) от известной точки. После измерения расстояния ( r ) и местоположения объекта ( x ) на земле я получаю:

Поскольку это прямоугольный треугольник, я могу использовать теорему Пифагора, чтобы найти связь между тремя сторон:

Помните, я не знаю h и не знаю s , но я могу найти несколько значений для r и x . Итак, план такой: составьте график r ² и x . Это должно быть параболическое уравнение. Если я подгоню параболу к этим данным, коэффициенты должны дать мне как h , так и s :

Технически коэффициент перед членом x ² должен быть 1,0, но я не буду беспокоиться об этом прямо сейчас. Вместо этого я посмотрю на коэффициент перед членом x . Это должно быть равно 2s , и я получаю подходящее значение 4101.8 мес. Это означает, что s должно быть вдвое меньше значения на 2050,9 м. Я могу использовать это, чтобы определить точное местоположение самолета. А как насчет постоянного члена от подгонки? Это должно быть равно h ² таким образом, чтобы высота самолета составляла 3283 метра.

Есть ли у пассажирских самолетов ограничения скорости?

Airbus A380, самый большой в мире пассажирский самолет, на крейсерской высоте может двигаться со скоростью около 900 км / ч. Фото: Bloomberg

ИМЕЮТ ЛИ САМОЛЕТЫ ОГРАНИЧЕНИЕ СКОРОСТИ ПО ЗЕМЛЕ ИЛИ В ВОЗДУХЕ?

М.И М. ДЖОЙС, МУР КРИК

В воздухе ответ — нет и да.

Современный самолет, такой как Airbus A380, летает с крейсерской скоростью около 900 км / ч. Его фактическая скорость относительно земли может довольно сильно варьироваться в зависимости от того, движется ли самолет с попутным ветром или против него. При движении с запада на восток из-за преобладающих ветров самолет обычно движется с более высокой скоростью над землей, иногда достигая около 1000 км / ч.

Однако коммерческий самолет может летать намного быстрее.

Летая на высоте 60 000 футов, «Конкорд» с треугольным крылом развивал скорость 2,04 Маха, то есть почти 2500 км / ч. Если бы «Конкорд» продолжал летать из Мельбурна и Сиднея в Лондон, время полета было бы менее 12 часов, даже с учетом двух остановок для дозаправки.

Получайте последние новости и обновления по электронной почте прямо на свой почтовый ящик.

Несмотря на то, что «Конкорд» был быстрым, его эксплуатация была неэкономичной. Его также мешал другой фактор, ограничивающий скорость самолета над населенными пунктами, — звуковой барьер.Когда самолет превышает 1236 км / ч, он «преодолевает» звуковой барьер и создает звуковой удар, который вызывает вой собак и раздражает людей внизу. Если вы испытали звуковой удар на военном авиасалоне, это не то, что вы забудете в спешке. По этой причине невозможно управлять коммерческими самолетами на сверхзвуковых скоростях, кроме как над океанами, а именно по маршрутам, по которым летал Конкорд.

При рулении между выходом на посадку и взлетно-посадочной полосой коммерческие воздушные суда ограничены максимальной скоростью 20 узлов, или 37 км / ч, и 15–22 км / ч на поворотах.

См. Также: Самая роскошная авиакомпания в мире прибывает в Австралию
См. Также: Летные испытания: необычные апартаменты первого класса Эмирейтс

Относительная скорость — наземный ориентир

Интерактивная версия эта страница также доступна.

Одно из самых запутанных понятий для молодых ученых — это относительная скорость между объектами. Аэродинамические силы создаются объектом, движущимся в жидкости (жидкости или газе).А неподвижный объект в статической жидкости не создает аэродинамических сил. Воздушные шары «поднимаются» за счет выталкивающей силы и некоторые самолеты, такие как Harrier, используют тягу для «поднять» транспортное средство, но это не примеры аэродинамического подъема. Для создания подъемной силы объект должен двигаться по воздуху, иначе воздух должен пройти мимо объекта. Аэродинамический подъемник зависит от квадрата скорости между объект и воздух. Теперь все запутывается, потому что не только может объект перемещается по воздуху, но сам воздух может двигаться.К правильно определить относительную скорость, необходимо выбрать фиксированную контрольной точки и измерить скорости относительно фиксированной точки. На этом слайде ориентир зафиксирован на земле, но он можно так же легко исправить к самому самолету. Важно понимать зависимость скорости ветра от путевая скорость и воздушная скорость.

Скорость ветра

Для контрольной точки, выбранной на земле, воздух перемещается на относительных к контрольной точке на скорости ветров .Обратите внимание, что ветер скорость векторная величина и имеет как величину, так и направление. Направление важно. Ветер со скоростью 20 миль в час с запада отличается от ветра со скоростью 20 миль в час с Восток. Ветер составные части по всем трем основным направлениям (север-юг, восток-запад и вверх-вниз). На этом рисунке мы учитывая только скорости на траектории полета ЛА. А положительная скорость определяется как направление полета самолета. движение. Мы пренебрегаем боковыми ветрами, которые происходят перпендикулярно траектории полета, но параллельно земле, и восходящие и нисходящие потоки, которые происходят перпендикулярно земле.

Скорость хода

Для контрольной точки, выбранной на земле, самолет перемещается на относительно контрольной точки при путевой скорости . Путевая скорость также является векторная величина поэтому сравнение скорости относительно земли со скоростью ветра должно быть сделано в соответствии с правилами для векторные сравнения.

Скорость полета

Важным элементом в производстве лифтов является родственник . скорость между объектом и воздухом, которая называется , воздушная скорость .Скорость полета не может быть измерена напрямую с земли. положение, но должно быть рассчитано на основе скорости движения и ветра скорость. Скорость полета — это векторная разница между путевой скоростью и скоростью ветра.

Скорость полета = Скорость относительно земли — Скорость ветра

В совершенно тихий день скорость полета равна путевая скорость. Но если ветер дует в том же направлении что самолет движется, скорость полета будет меньше путевая скорость.

Примеры

Предположим, у нас есть самолет, который может взлететь в безветренный день. на скорости 100 миль в час (скорость взлета — 100 миль в час).Мы находимся в аэропорту с взлетно-посадочной полосой с востока на запад, протяженностью 1 милю. Ветер дует на западе со скоростью 20 миль в час. самолет взлетает на восток. Ветер дует в сторону самолета, который мы называем встречный ветер . Поскольку мы определили положительную скорость как направление движения самолета, встречный ветер отрицательный скорость. Пока самолет стоит на взлетно-посадочной полосе, у него есть путевая скорость 0 и воздушная скорость 20 миль / ч:

Скорость полета = Скорость относительно земли (0) — Скорость ветра (-20) = 20 миль в час.

Самолет начинает разбег при взлете и имеет постоянное ускорение –.2

Для взлетно-посадочной полосы фиксированной длины это определяет время, которое будет использоваться в уравнение скорости. Предположим, что на высоте 5000 футов ниже взлетно-посадочной полосы скорость 80 миль в час. Тогда воздушная скорость определяется как

Скорость полета = путевая скорость (80) — скорость ветра (-20) = 100 миль в час.

и самолет начинает лететь. Теперь другой пилот, с ровно тот же самолет решает взлететь на запад. Ветер теперь в том же направлении, что и движение, и это называется попутный ветер .Знак скорости ветра теперь положительный, не отрицательно, как при встречном ветре. Ускорение по земле такое же, Таким образом, на высоте 5000 футов по взлетно-посадочной полосе путевая скорость снова составляет 80 миль в час. Тогда воздушная скорость определяется как:

Скорость полета = путевая скорость (80) — скорость ветра (20) = 60 миль в час.

Этому самолету не хватает скорости для полета. Он убегает конец взлетно-посадочной полосы!

Важность понимания относительной скорости

Важность относительной скорости объясняет, почему самолеты взлетать и приземляться на разных взлетно-посадочных полосах в разные дни.Самолеты всегда старайтесь взлететь и приземлиться против ветра. Это требует более низкого скорость относительно земли, чтобы подняться в воздух, что означает, что самолет может взлетать или приземляться на кратчайшее расстояние, пройденное по земля. Поскольку взлетно-посадочные полосы имеют фиксированную длину, вы хотите подняться в воздух. как можно быстрее на взлете и как можно скорее остановился на посадка. В старину возле дома вешали большой «ветряк». взлетно-посадочная полоса для пилотов, чтобы увидеть, в какую сторону дует ветер, чтобы отрегулировать направления их взлета и посадки.Теперь механический или электронный устройства предоставляют информацию, которая передается по радио в кабину.

Взаимосвязь между воздушной скоростью, скоростью ветра и путевой скоростью объясняет, почему испытания в аэродинамической трубе возможно и как воздушные змеи летать.

• В аэродинамической трубе скорость относительно земли равна нулю, поскольку модель крепится к стенам туннеля. Тогда воздушная скорость будет отрицательное значение скорости ветра, создаваемого в туннеле. Движется ли объект по воздуху, или воздух движется над объект, силы те же.
• У воздушного змея обычно нет скорости относительно земли, потому что кайт удерживается конец нить. Но воздушный змей по-прежнему имеет скорость, равную к скорости ветра. Вы можете летать воздушный змей только с ветром на вашем назад.

---

Деятельность:

---

Экскурсии с гидом

• На ветер:

---

Навигация ..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

• Образование
• Исследование
• Инновации
• Прием + помощь
• Студенческая жизнь
• Новости
• Выпускников
• О MIT
• Подробнее ↓
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT

Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

Скорость самолета — FlightGear wiki

Скорость объединяет два фактора: расстояние , пройденное за определенное количество времени раз . В авиации скорость чаще всего выражается в узлах (уз). Один узел — это одна морская миля в час. В самолете скорость «измеряется» трубкой Пито. Вместе со статическим давлением можно определить не скорость самолета, а скорость воздуха, обтекающего его, воздушную скорость . Таким образом, скорость самолета относительно воздушной массы, в которой он летит.

Скорость полета может указываться в узлах, км / ч или даже м / с. Однако, как правило, используются узлы.Но в некоторых странах (например, в России и Китае) используется км / ч. На старых самолетах, особенно немецких истребителях времен Второй мировой войны, скорость указывается в километрах в час (км / ч), что до сих пор используется в современных европейских планерах. Коэффициент преобразования составляет 1,852, то есть вы можете примерно разделить показание в км / ч на два, чтобы получить значение в узлах.

Если скорость указана в узлах, иногда перед аббревиатурой ставится буква «K», поэтому KEAS означает «эквивалентная воздушная скорость в узлах».

Для (почти) сверхзвуковых самолетов скорость может быть выражена в Махах.

Скорость выдавливания

Путевая скорость

• Наземная скорость (GS) — это горизонтальная скорость, с которой летательный аппарат движется относительно фиксированной точки на земле.

Чтобы узнать, сколько времени на самом деле занимает полет из пункта А в пункт Б, необходимо знать GS. В настоящее время GS можно напрямую измерить с помощью системы GPS, и некоторые самолеты, оснащенные такой системой, имеют индикатор GS. GS можно рассчитать из TAS, скорректировав его с учетом преобладающего ветра на высоте или путем измерения времени между прохождением двух точек на наземных радиомаяках с известным расстоянием, но в Flightgear вы всегда можете обмануть и получить его из браузера свойств под скорости / земная скорость-кт.

GS — скорость самолета в горизонтальном направлении. Т.е. в крутом пикировании летательный аппарат может двигаться очень быстро, но поскольку движение в основном вертикальное, путевая скорость может быть в то же время очень маленькой. В этом GS отличается от путевой скорости автомобиля.

Истинная воздушная скорость

Индикатор воздушной скорости от Cessna_182S, показывающий разницу между IAS (118 узлов) и TAS (134 узла). Обратите внимание, что белый диск TAS был повернут, чтобы соответствовать OAT и барометрической высоте (+ 10 ° / 8000 футов)

Разница между TAS и GS заключается в том, что сам воздух может двигаться относительно земли (это ветер), и в зависимости от курса относительно направления ветра возникает несоответствие между TAS и GS.На самом деле TAS не может быть измерен напрямую, но должен быть рассчитан, если только он не стоит неподвижно на земле, где TAS может быть «виден» болтуном.

Знать TAS во время полета на удивление бесполезно — для навигации необходима путевая скорость, а аэродинамические ограничения зависят не от TAS, а от IAS. Основная ценность TAS — это измерение летно-технических характеристик воздушного судна и предполетное планирование до учета влияния ветра.

TAS может быть рассчитан на основе CAS, температуры воздуха и барометрической высоты и является вторым шагом для расчета GS на основе IAS для навигации.

Часто предполагается (путают), что TAS и GS — это одно и то же, но это не так.

Некоторые индикаторы воздушной скорости самолетов имеют диск, который можно вращать для получения ТАС. Обычно вам нужно установить высотомер на высоту по давлению (29,92 дюйма ртутного столба / 1013,25 гПа) и повернуть диск так, чтобы высота и температура наружного воздуха совпадали. Затем игла укажет на ТАС. Различия могут быть весьма значительными.

Скорость полета указанная

Указанная воздушная скорость определяется по общему давлению (измеренному с помощью трубки # Пито) и статическому давлению.Из-за ошибок измерения IAS обычно выходит из строя. Без этого сбоя вы получите CAS. IAS не является TAS, поскольку давление сильно зависит от высоты (точнее, от плотности воздуха). Чем выше высота, тем ниже IAS при полете на том же TAS.

Несмотря на эту зависимость от высоты, IAS — очень полезная величина в полете. Многие аэродинамические свойства, например лобовое сопротивление, подъемная сила, нагрузка на планер, скорость сваливания или силы на управляющих поверхностях, зависят от динамического давления, создаваемого воздушным потоком, а не от фактической скорости самолета. Скорость сваливания самолета на уровне моря сильно отличается от скорости сваливания (в TAS) на высоте 30 000 футов, но они соответствуют тем же показаниям IAS.

По определению CAS = TAS в стандартных условиях ISA и на уровне моря. На высоте 80 000 футов (крейсерская высота SR-71) IAS в 400 узлов соответствует TAS, превышающему 1600 узлов (что соответствует примерно 3 Махам на этой высоте).

Калиброванная воздушная скорость

Современное оборудование чаще всего может указывать на CAS.Для навигации CAS — это первый шаг для расчета GS.

Эквивалентная воздушная скорость

• Эквивалентная воздушная скорость (EAS) учитывает другую поправку (выше #Calibrated airspeed, на этот раз имеющую отношение к свойствам воздуха, а не к ошибкам датчика. EAS на малой высоте и малых скоростях очень близка к CAS, но CAS включает сжимаемость Эффекты EAS не предполагают сжимаемости

На большой высоте сжимаемость воздуха меняется, поэтому даже CAS становится все более и более ненадежной. Для SR-71 Blackbird с потолком 85 000 футов CAS становится очень ненадежной, и самолет должен управляться на основе EAS. Для более обычных самолетов EAS не используется. Таким образом, EAS — это то, что показал бы идеальный датчик динамического давления при правильной калибровке с учетом сжимаемости воздуха на текущей высоте.

Число Маха

• Число Маха (М) — это скорость самолета, деленная на скорость звука (при этой температуре). Обычно он рассчитывается, но также может быть определен напрямую с помощью удара и статического давления.У Маха нет измерения.

Поведение самолета на скорости 1 Мах на уровне моря примерно такое же, как поведение самолета на высоте 60000 футов. Число Маха ниже 1 означает, что самолет движется дозвуково. Число Маха выше 1 указывает на сверхзвуковой полет. Число Маха имеет решающее значение, потому что ряд явлений имеет место около 1 Маха (околозвуковая скорость), например, внезапное увеличение сопротивления, вызванное генерацией ударной волны (звуковой удар). Самолеты, не предназначенные для сверхзвуковых полетов, разваливаются на скорости 1 Мах.Форма самолета может привести к тому, что части самолета будут иметь скорость 1 или выше, в то время как фюзеляж является дозвуковым. Полет на скорости около 1 Маха может быть довольно опасным, для большинства быстрых (но дозвуковых) самолетов предел составляет 0,83 Маха. Высоко летящие самолеты, как и пассажирские, могут легко достичь этого предела при снижении.

Скорость звука изменяется в зависимости от сжимаемости (и, следовательно, температуры) воздуха, число Маха зависит от высоты (поскольку температура воздуха падает на больших высотах).Это означает, что 2 Маха на уровне моря соответствует более высокой скорости TAS, чем 2 Маха на высоте 30 000 футов. Точная связь между TAS, числом Маха и высотой представляет собой сложную формулу и, по сути, зависит от местной погоды, определяющей градиенты давления и температуры атмосфера. Число Маха измеряется / вычисляется на основе той же информации, что и EAS (трубка Пито и высотомер).

V скорости

Полный список «определений» скорости V можно найти в Википедии.Вот небольшая аннотация. Обратите внимание, что определение скорости V может зависеть от местных правил полета. Большинство скоростей V зависят от конфигурации самолета (его веса и т. Д.), Поэтому их следует рассчитывать заранее и включать в план полета. Скорости V используются для сравнения характеристик самолета и будут упомянуты в руководстве по летной эксплуатации самолета (AFM).

• Скорость M выражена в Махах.

В 1	Скорость принятия решения о взлете и скорость распознавания критического отказа двигателя. Во время взлета — скорость, с которой самолет может безопасно взлетать, даже если один (или несколько) двигателей выходит из строя («съедает птицу»). Второй пилот (FO) вызовет V 1 во время взлета, пилот проверит, все ли двигатели работают, и решит продолжить или прервать взлет.
В 2	Взлетная безопасная скорость.
В 3	Скорость втягивания закрылка.
В А	Расчетная скорость маневрирования.С превышением этой скорости резкие маневры — плохая идея.
В С	Расчетная крейсерская скорость аналогична V A и связана с нагрузками на конструкцию самолета. Для самолетов, не совершающих возвратно-поступательное движение, это красная линия на индикаторе воздушной скорости.
В Д	Максимальная скорость погружения (только для сертификации). Оно всегда выше, чем V C , и имеет запас в сторону скорости, при которой самолет не подвержен флаттерам.
В FE	Максимальная скорость выдвижения закрылков.
В LE	Максимальная скорость в выдвинутом состоянии.
В LO	Максимальная рабочая скорость шасси.
V MO / M MO	Максимальная эксплуатационная предельная скорость (турбинный самолет). Обычно то же самое, что и V C и красная линия на индикаторе воздушной скорости.
В NE	Никогда не превышайте скорость (Поршневой самолет).Красная линия на индикаторе вашей воздушной скорости.
В НЕТ	Максимальная крейсерская скорость конструкции или максимальная скорость для нормальных полетов (поршневые самолеты). Обычно то же, что и V C . скорость на индикаторе воздушной скорости, где зеленая дуга меняется на желтую.
В R	Скорость взлета носового колеса. Скорость, с которой носовое колесо отрывается (должно отрываться) от земли. По мере увеличения скорости вилки будут натянуты на V r .Это также скорость, с которой самолет все еще может быть остановлен в случае критического отказа. Второй пилот (FO) будет выкрикивать команду «повернуть» во время взлета. V R очень похож на V ROT и V REF .
V Ссылка	Контрольная скорость посадки или скорость пересечения порога.
В С	Скорость сваливания или минимальная установившаяся скорость полета, при которой самолет все еще управляем.
В S 0	Скорость сваливания или минимальная скорость полета в посадочной конфигурации.
В S 1	Скорость остановки в заданной конфигурации
В X	Лучший угол подъема скорости
В X SE	Наилучший угол набора высоты при выключенном одном двигателе
В Y	Лучшая скороподъемность
V Y SE	Лучшая скороподъемность при одном неработающем двигателе

• Незнание (полного списка) скоростей V привело к драматическим авариям. Оказалось, что пилот и второй пилот не знали о минимальной скорости самолета во время посадки с поврежденным одним двигателем, что привело к потере управления непосредственно перед приземлением (пилот дал полный газ, надеясь набрать скорость, ожидая восстановления управления. заставляя левый двигатель толкать самолет в сторону).

Трубка Пито

Трубка Пито — это инструмент для измерения общего давления. Это трубка, направленная вперед и попадающая в воздушный поток. Воздух выталкивается внутрь (набивается) движением самолета, и измеряется (ударное) давление.Указанная воздушная скорость определяется ударным давлением, которое согласно определению: полное давление — статическое давление. Ударное давление НЕ является динамическим давлением, поскольку ударное давление включает в себя эффекты сжимаемости. У более крупных самолетов есть две (или даже три) трубки Пито.

Трубка Пито может быть легко заблокирована, если она заблокирована или, что еще хуже, частично заблокирована, IAS не будет иметь никакого отношения к скорости самолета. Эта ситуация усугубляется, если трубка Пито, управляющая автопилотом, заблокирована.

Лед — известная причина закупоривания трубки Пито, поэтому существуют нагреватели Пито, которые должны предотвращать образование льда. Еще одна известная причина засорения — насекомые. Закупорка трубок Пито — известная причина некоторых очень серьезных аварий, и каждый пилот должен научиться справляться со странными индикаторами скорости и автопилотами.

Дополнительная информация

Внешние ссылки

В чем разница между воздушной скоростью и путевой скоростью?

Еще в феврале 2019 года самолет Boeing 787 компании Virgin Atlantic, пролетавший над Пенсильванией по маршруту Лос-Анджелес — Лондон, достиг невероятной скорости в 801 милю в час (1289 километров в час), сообщает CBS News.

Но рекорд скорости был не потому, что сам самолет Virgin Atlantic был исключительно быстрым. Подобно спринтеру, бегущему с ветром за спиной, самолет выигрывал от исключительно быстрого реактивного потока, высокоскоростного ветра, движущегося со скоростью 231 миля в час (371,7 километра в час). Это была самая быстрая струя за более чем 60 лет.

Как пояснил CBS News, в результате 787 летел значительно быстрее, чем типичная крейсерская скорость самолета, составляющая 561 милю в час (902.8 километров в час).

В этом разница между воздушной скоростью и путевой скоростью.

Как подробно объясняется на веб-сайте НАСА, путевая скорость — это скорость полета самолета относительно фиксированной точки на земле. Подумайте об этом так: путевая скорость — это скорость, с которой тень от самолета будет перемещаться по земле. Если самолет толкает сильный ветер, это отражается на путевой скорости.

Скорость полета, напротив, — это скорость, с которой самолет действительно летит строго за счет собственной мощности, которая рассчитывается путем вычитания скорости ветра из скорости относительно земли. НАСА объясняет:

В совершенно тихий день скорость полета равна скорости земли. Но если ветер дует в том же направлении, что и самолет, скорость полета будет меньше скорости относительно земли.