Когда заходит речь о сверхзвуковых или гиперзвуковых скоростях, вместо привычных большинству людей километров (или миль) в час начинают фигурировать какие-то странные «Махи». Например — «скорость самолета превысила 5,2 Маха».
Сверхзвук 2.0: когда появятся наследники «Конкорда» и Ту-144?
Пожаловаться Не первый раз ростовчане слышат, что причиной громкого звука стал переход самолета на сверхзвук. Пару месяцев назад мы уже спрашивали у специалиста по гидроаэродинамике Евгения Казакова, какие эффекты способен вызвать сверхзвуковой полет. Летящий на дозвуковой скорости самолет распространяет шум двигателя во все стороны, даже перед собой — поэтому мы слышим, как он приближается. Летящий на сверхзвуковой скорости самолет по-прежнему шумит — но он обгоняет собственный шум, и все издаваемые звуки, всё производимое им возмущение воздуха, собирается позади самолета в конусовидную область.
Для Concorde и Ту-144 сделали исключение, но лишь для полётов с пунктом назначения на восточном побережье США со стороны Нью-Йорка , чтобы минимизировать шум над населёнными пунктами. Звуковой удар рассматривается как импульсный шум, громкость которого можно измерить в децибелах. В крупном городе типа Москвы, Токио, Парижа фоновый шум днём соответствует уровню 65—67 дБ. Логично предположить, что этот порог и есть допустимый уровень шума, ведь пролетающий самолёт никто просто не заметит. Шум захлопывающейся двери автомобиля тоже импульсный и примерно соответствует 60—65 дБ. Многие эксперты считают, что днём звуковой удар с эквивалентной громкостью 65 дБ приемлем.
Безусловно, ночью требования должны быть жёстче. Но даже если самолёт с такими характеристиками удастся создать, этого может быть недостаточно. Технические данные показывают, что при разгоне уровень звукового удара окажется сопоставим с тем, что был у «Конкорда» на крейсерской скорости. Такой уровень шума привел к запрету полётов на сверхзвуковых скоростях над населённой местностью. И даже уменьшенный звуковой удар в крейсерском полёте может доставлять людям неудобства. Но сделать самолёт, который эффективен и на дозвуке, и на сверхзвуке, просто невозможно с точки зрения физики. На дозвуке для хорошей аэродинамики требуется длинное крыло, но с таким крылом самолёт невозможно разогнать до сверхзвуковой скорости — возникнет огромное сопротивление, и самолёт словно упрется в «стену». Для преодоления звукового барьера нужно короткое крыло с большим углом стреловидности , но на дозвуке такой самолёт неэффективен из-за высокого расхода топлива. СЗС второго поколения должен быть оптимально настроен для длительного, протяженного крейсерского полёта со сверхзвуковой скоростью, и чтобы такие самолёты получили путевку в жизнь, необходимо принять нормы по низкому звуковому удару.
Наряду с Boom Supersonic над созданием гражданского сверхзвукового самолёта работает еще одна американская компания — Aerion Supersonic. И вторая новость связана с ней. Aerion прилетел, не взлетая Компания Aerion разрабатывала бизнес-джеты AS2 с 2014 года, а его первый полёт был запланирован на 2024 год. Ожидалось, что разработка будет стоить 4 миллиарда долларов для 300 самолётов за 10 лет стоимостью по 120 миллионов долларов каждый. В мае 2014 года Aerion заключила партнерское соглашение с Airbus, инвестировала более 100 миллионов долларов в технологическое развитие и начала модернизировать свой предыдущий Aerion SBJ с большей кабиной, большей дальностью полёта и тремя двигателями. Aerion намеревалась профинансировать 3 миллиарда долларов на разработку, снизив риски для партнеров по отрасли.
На данный момент специалисты ЦАГИ определили параметры и облик двигателя для нового самолёта. Предполагается, что «Стриж» будет представлять собой бизнес-джет вместимостью шесть пассажиров.
Как считают эксперты, разработка СГС является сложной, но выполнимой задачей для отечественной промышленности. На текущий момент специалисты ЦАГИ определили параметры и облик двигателя для сверхзвукового самолёта. По словам Сыпало, в новой силовой установке необходимый уровень тяги будет обеспечиваться при относительно низком удельном расходе топлива. К 2024 году российские инженеры планируют разработать газогенератор для СГС — основной элемент нового авиационного двигателя, способного выполнять крейсерский полёт на сверхзвуке. О таких планах в сентябре прошлого года рассказал генеральный конструктор Объединённой двигателестроительной корпорации ОДК Юрий Шмотин. По данному классу двигателей мы формируем решения, которые сможем предложить заказчику. Мы понимаем, что на рубеже 2023—2024 годов мы должны будем предложить новый базовый газогенератор, который по своим характеристикам может быть сертифицирован по современным нормам. Сегодня мы находимся на этапе поисковых научно-исследовательских работ», — сказал Шмотин.
В натуральную величину длина «Стрижа» составит 38 м. Самолёт должен развивать скорость в 1,8 Маха примерно 1,9—2,2 тыс. Машина сможет вместить двух лётчиков и шестерых пассажиров. Прежде всего, такой самолёт подойдёт для рейсов через Атлантику или на другой континент.
Пару месяцев назад мы уже спрашивали у специалиста по гидроаэродинамике Евгения Казакова, какие эффекты способен вызвать сверхзвуковой полет. Летящий на дозвуковой скорости самолет распространяет шум двигателя во все стороны, даже перед собой — поэтому мы слышим, как он приближается.
Летящий на сверхзвуковой скорости самолет по-прежнему шумит — но он обгоняет собственный шум, и все издаваемые звуки, всё производимое им возмущение воздуха, собирается позади самолета в конусовидную область. Сам самолет при этом находится в вершине этого конуса и словно тянет его за собой, образуя фронт ударной волны.
NASA представило бесшумный сверхзвуковой самолёт X-59 для гражданской авиации
Скорость самолета, при которой у его поверхности появляются сверхзвуковые потоки, назвали критической. Росавиация подтвердила пролет сверхзвуковых самолетов, — сообщил губернатор Калужской области Владислав Шапша. Например, европейский проект сверхзвукового/гиперзвукового (гиперзвуковыми называются самолеты, которые развивают скорость в районе 5 числа Маха) лайнера Zero Emission HyperSonic Transport (ZEHST) будет использовать два типа двигателей. «Новый Конкорд»: сверхзвуковой самолет с максимальной скоростью 2700 км/ч уже готов к испытаниям 1. О концепте сверхзвукового самолета Virgin Galactic для перевозки пассажиров было рассказано на официальном сайте компании.
Гиперзвук: недостижимая мечта авиации
Спустя 45 лет после прекращения эксплуатации Ту-144 на пассажирских авиалиниях, в России вновь на официальном уровне говорят о необходимости создания гражданского сверхзвукового самолета. рынок пассажирского сверхзвука как бы слегка мертв, на нем примерно ноль самолетов, только проекты по конской цене как самолета, так и обслуживания. Главная цель разработчиков амбициозных проектов по запуску сверхзвуковых самолетов состояла в том, чтобы понять, как машине нового поколения перевозить до 300 пассажиров на скорости 2500 км/час.
Наследник Ту-144: как развивается проект российского гражданского сверхзвукового самолёта
Дозвуковые самолеты отличаются более плавными и округленными формами. А при полете на сверхзвуковой скорости возникают иные аэродинамические условия. Резко увеличивается сопротивление воздуха, корпус самолета нагревается из-за трения. В результате обычный самолет потеряет стабильное управление и может начать разрушаться прямо в воздухе.
Активно развиваться сверхзвуковая авиация начала в 50-60-х годах. Первым сверхзвуковым самолетом, который выпускался серийно, стал истребитель North American F-100 Super Sabre. Данная модель впервые совершила полет в 1953 году.
Создавались и пассажирские сверхзвуковые самолеты, которые выполняли регулярные рейсы. Но их было всего 2: советский Ту-144 и англо-французский Concorde. Сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144 Преимущество таких самолетов — это преодоление больших расстояний за короткий промежуток времени.
Также сверхзвуковой самолет перемещается на большей высоте по сравнению с обычными. Соответственно, воздушное пространство не загружено. Но от их использования вскоре отказались из-за нескольких недостатков: ударная волна; сложность эксплуатации; шум над аэродромом.
Громкий хлопок — это резкий скачок давления перед самолетом, образующийся в момент, когда самолет начинает двигаться со сверхзвуковой скоростью преодолевает звуковой барьер. Ударная волна, возникающая перед самолетом, распространяется конусообразно.
Пилоту приходилось постоянно держать включенный форсаж, что усиливало уровень шума, а также выводило показатели расхода топлива на совершенно невероятные отметки. Высокая температура Расположенные друг к другу вплотную, двигатели имели плохой отвод тепла, что приводило к сильному нагреву оболочки и всего хвоста. Их близость вызывала сильные вибрации, передающиеся в фюзеляж. Небольшая дальность полета Проблема расхода топлива оказалась куда сложнее. Емкость баков была не бесконечной. При таком расходе дальность полета едва дотягивала до 3000 км. Баки при модернизации увеличивали, но и этого было недостаточно.
Инженеры модернизировали моторы до версии НК-144А, что незначительно улучшило показатели, поскольку эта модель развивала максимальную тягу до 18 тонн сил — рекорд для того времени. Но бесфорсажный режим давал лишь около 15 тон сил. В итоге, лайнер так и не вышел на экономичный крейсерский полет. Решением стало разработать новый бесфорсажный двигатель. Таким стал РД-36. Невостребованность сверхзвуковых авиалайнеров у авиакомпаний Летом 1973 года над парижским небом разбился Ту-144. Это был сокрушительный удар по проекту и престижу всех отечественных и зарубежных гиперзвуковых машин. Авиакомпании сделали вывод, что такие лайнеры трудно управляемы, ненадежны и опасны для путешествий. Высокий расход топлива, выбросы в атмосферу и звуковые удары дополняли отрицательный темп на продвижение этих лайнеров.
Несмотря на то, что серийные самолеты уже летали, рейсы имели множество ограничений. Некоторое время пассажирские перелеты были отменены в СССР. Ту-144 перевозил лишь грузы и почту. Экологические последствия Большинство представителей современной авиаиндустрии делают ставки на водород. Благодаря своей энергоемкости, он обгоняет электрические батареи в гонке за экологичные полеты. Все эти изменения предназначены для того, чтобы авиация перешла на экологически чистый уровень, чего не скажешь о сверхзвуковых самолетах: из-за сжигания дополнительного топлива и увеличения максимальной тяги скорость увеличения отработавших газов возросла вдвое. У супер транспорта возникала еще одна проблема — экологический шум. Гиперзвуковой воздушный транспорт На сегодняшний день продолжается модернизацию российской и американской авиации.
Как далеко разносится звук? Звук будет слышим там, где человек может уловить его своим ухом. Если брать за специфику, что переход на сверхзвуковую скорость осуществляется на высотах не менее 10 тысяч метров, то определить — со стороны Молькино или со стороны Краснодарского водохранилища — тяжеловато. Он влияет на жизнь граждан? Это вы можете видеть на примере громко играющей музыки у кого-то дома или в проезжающей машине. Человек, улавливая ухом данный громкий звук, испытывает некоторый дискомфорт. Опасности для граждан они не составляют.
Длина X-59 составляет 30 м, размах крыльев - 9 м, а взлетная масса достигает 14,7 тонны. Технологии, использованные при разработке X-59, должны способствовать созданию перспективных сверхзвуковых пассажирских самолетов нового поколения. Если предстоящие летные испытания пройдут успешно, то это позволит авиастроительным компаниям впервые за последние 50 лет вернуться к идее гражданской сверхзвуковой авиации.
Сверхзвуковая гонка
- МиГ-35 Fulcrum-F — 2.25 Маха
- Эра безграничных надежд
- Звуковой удар похож на взрыв. Эксперт объяснил процесс перехода самолета на сверхзвук
- Ту-144: опережая звук и весь мир
- Красота скорости
«Новый Конкорд»: сверхзвуковой самолет с максимальной скоростью 2700 км/ч уже готов к испытаниям
«При работе ТРД, использующего криогенное топливо, происходит разгон самолета до гиперзвуковой скорости. Грохот в небе, от которого задрожали стекла и взвыли автомобильные сигнализации в Ростове и Батайске, — это следствие пролета над городами военного самолета на сверхзвуковой скорости. РИА Новости, 21.10.2019. Феномен Ту-144: инженерные особенности и его отличия от британо-французского сверхзвукового самолета Concorde.
Над Краснодаром раздался сильный хлопок. Рассказываем, что такое «сверхзвук»
Диапазон скоростей очень широкий — от дозвуковых и трансзвуковых режимов полёта до сверхзвуковых и гиперзвуковых, от 5 Махов до 20. Росавиация подтвердила пролет сверхзвуковых самолетов, — сообщил губернатор Калужской области Владислав Шапша. Гиперзвуковой полет займет диапазон высот 30–35 км, намного выше, чем у сверхзвуковых самолетов.
Самые быстрые пассажирские и военные самолеты в мире
| Вы точно человек? | Уже 14 октября 1947 года на экспериментальном самолете Bell X-1 с ракетным двигателем XLR-11 была достигнута сверхзвуковая скорость в управляемом полете. |
| Ту-144: опережая звук и весь мир | Обычно крейсерская скорость пассажирского самолета составляет примерно 925 км/ч. |
| NASA представило бесшумный сверхзвуковой самолёт X-59 для гражданской авиации | Главная цель разработчиков амбициозных проектов по запуску сверхзвуковых самолетов состояла в том, чтобы понять, как машине нового поколения перевозить до 300 пассажиров на скорости 2500 км/час. |
| «Туполев» запатентовал гиперзвуковой самолет с комбинированным двигателем - Новости | Сегодня в 00:00 по московскому времени NASA и Lockheed Martin впервые показали экспериментальный сверхзвуковой самолёт проекта X-59. |
Гиперзвук: недостижимая мечта авиации
| Сверхзвуковые пассажирские самолёты – вчера, сегодня, завтра | Новый гиперзвуковой самолет впервые испытан в полете и почти в пять раз превысил скорость звука. |
| Когда мы будем летать на сверхзвуковых самолётах? Это в 2 раза быстрее обычного | Спустя 45 лет после прекращения эксплуатации Ту-144 на пассажирских авиалиниях, в России вновь на официальном уровне говорят о необходимости создания гражданского сверхзвукового самолета. |
В США представили экспериментальный сверхзвуковой самолет X-59
Все это уменьшает интенсивность скачка уплотнения перепада давлений на нем и снижает волновое сопротивление. В итоге на сверхкритическом профиле можно реализовать дальнейшее продвижение по скорости полета, т. Важной эксплуатационной характеристикой сверхкритических профилей второго поколения является их независимость от величины подъемной силы. На графиках распределения коэффициента давления по верхней поверхности различных профилей и зависимости коэффициента их волнового сопротивления от числа Маха показана эволюция распределения коэффициента давления и коэффициента волнового сопротивления при переходе от обычных профилей крыла к сверхкритическим. Другим направлением использования сверхкритических профилей, получившим широкое распространение в практике современного и перспективного самолетостроения, является возможность повышения относительной толщины профиля крыла при сохранении величины. Топливо, используемое во время полета, заливается в баки, расположенные в крыльях, поэтому толщина крыльев является очень важным конструктивным параметром. Использование сверхкритических профилей в компоновке стреловидных крыльев на сегодняшний день можно назвать одним из основных направлений совершенствования аэродинамики пассажирских и транспортных самолетов.
Христиановича СО РАН были спроектированы серии крыловых профилей, характеризующихся максимальным критическим числом Маха полета. Характерной особенностью таких профилей является достаточно протяженный участок верхней поверхности профиля, вдоль которого поток движется со скоростью звука, т. Это позволяет сместить замыкающий скачок уплотнения на заднюю кромку крыла, в результате чего волновое сопротивление максимально понижается. Следует отметить, что задачи аэродинамического проектирования требуют комплексного подхода. Так, задачи обтекания должны решаться точно и быстро, при том что проблема оптимизации требует многократного решения этих задач для различных конфигураций. Методы оптимизации должны позволять получать решение с учетом аэродинамических и геометрических ограничений за вполне обозримое время.
Эти особенности потребовали разработки новых методов. На основе вышеперечисленных требований были разработаны методы для решения уравнений течений газа, генерации вычислительной сетки, представления геометрии варьируемой границы и метод оптимизации. В ИТПМ им. Христиановича СО РАН на их основе был создан пакет прикладных программ для проектирования оптимальных крыловых профилей, удовлетворяющих заданным аэродинамическим и геометрическим ограничениям. Впервые благодаря решению прямой проблемы оптимизации, которую удалось свести к задаче нелинейного программирования при произвольных начальных условиях, были получены конфигурации дозвуковых профилей, обтекаемых с максимальным критическим числом Маха. На «горячих» крыльях В настоящее время с целью управления потоком используются новые принципы и современные технические средства, например подвод энергии в поток.
Подобный подвод энергии может быть осуществлен при помощи комбинации лазерного и СВЧ-излучения. Лазерное излучение при этом инициирует незначительную, но достаточную для эффективного поглощения СВЧ-излучения, ионизацию потока. Для выяснения причин столь существенного снижения сопротивления необходимо рассмотреть как динамику процесса, так и установившийся периодический режим течения воздушного потока. На серии графиков, демонстрирующих изменение размеров сверхзвуковой зоны и интенсивности замыкающего скачка при подводе энергии, показано поле чисел Маха при обтекании симметричного профиля. Интенсивность замыкающего скачка оказывается меньше интенсивности скачка в случае, когда энергия не подводится, поскольку он формируется при меньших числах Маха. Этим обусловлено и то, что газ, проходя через скачок уплотнения, теряет меньше кинетической энергии.
Тем самым обеспечивается большее значение полного давления в хвостовой части профиля, что позволяет снизить лобовое сопротивление. Подвод энергии способствует не только описанной перестройке течения, но и не зависящему от нее повышению полного давления газа p01 , за счет мгновенного повышения температуры в объеме. Оценки показывают, что требуемая мощность подводимой энергии мала по сравнению с мощностью набегающего потока. Это обстоятельство представляется чрезвычайно важным, так как гарантирует высокую эффективность подобного способа управления обтеканием профиля. Физический механизм уменьшения волнового сопротивления профиля при подводе энергии отличается от механизма сверхкритических профилей.
Ту-144 продержался в небе всего ничего: с 1975 по 1978 год, да и то первые два года он перевозил только грузы. Считается, что советский самолёт погубила низкая надёжность конструкции и отсутствие рынка, то есть маршрутов с соответствующей инфраструктурой. Французская машина летала 27 лет, но всё равно перелёт стоил дороже обычных рейсов в несколько раз из-за огромного по меркам традиционных лайнеров расхода топлива. При этом самолёт был слишком большим — при таких ценах не получалось полной загрузки рейсов, к которой стремится каждый авиаперевозчик. Добили каждый из суперсамолётов 70-х громкие катастрофы, в которых отметились и «Тушка» 1973 и 1978 , и «Конкорд» — в 2000.
Ещё одна проблема сверхзвука — это шум, который создают такие самолёты. Когда летательный аппарат движется быстрее звука, он создаёт в атмосфере постоянную ударную волну, которая на земле слышна громким хлопком вроде взрыва. Это причиняет дискомфорт людям и животным на обитаемых территориях. Поэтому сверхзвуковые полёты над территорией Америки и ряда других стран запрещены с 1973 года, но в октябре прошлого года Трамп дал предписание регулирующему органу рассмотреть возможность снятия запрета. А международные авиационные организации сейчас изучают возможность создания новых стандартов шума и выбросов отдельно для сверхзвуковой техники. Кроме того, аэродинамика на сверхзвуковой скорости работает несколько иначе, чем на дозвуковой. Конструкторам приходится решать сложные задачи, чтобы планер такого самолёта вёл себя стабильно и обеспечивал уверенную управляемость как на сверхзвуке, так и на низких скоростях при взлётах и посадках. Меняются и свойства потока, в том числе температура, которая может повредить корпус. Всё это требует дорогих материалов и колоссальных усилий при разработке. Но человечество не отказалось от мечты о сверхзвуке, и вот какие проекты находятся сейчас в разработке сверхбыстрых лайнеров принципиально нового поколения.
Билет планируется продавать по цене бизнес-класса в нынешних самолётах около 5000 долларов по маршруту Лондон-Нью Йорк , но при этом обеспечивать всем пассажирам схожий уровень комфорта. В разработку уже инвестировали 85 миллионов долларов несколько венчурных фондов, а также два авиаоператора: Japan Airlines и Virgin Group.
Они достаточно длительное время активно обсуждаются на различных площадках, но не могут быть сформированы без наличия фактического материала по характеристикам распространения ударных волн малой интенсивности в реальной атмосфере. Такие данные могут быть получены только в ходе лётных испытаний специализированных демонстраторов технологий СГС, реализующих принципы формирования аэродинамических компоновок с низким звуковым ударом. Учреждение ООН, устанавливающее международные нормы гражданской авиации и координирующее её развитие.
Это замкнутый круг? Необходимо планомерное развитие технологий до высокого уровня готовности, включая создание и испытания близких к натурным демонстраторам технологий. После подтверждения эффективности и реализуемости интегрированного комплекса технологий на таких демонстраторах и валидации расчётных методов проектирования возможна разработка первых нормативных документов. В дальнейшем разработка серийных самолётов тоже должна быть поэтапной. Это число Маха, соответствующее крейсерской скорости полёта.
Планер с удлинённой носовой частью — Для сверхзвуковых самолётов, наверное, нужны особые аэродромы? Принципиальное значение для перспективных СГС имеет эффективность интеграции новых технических решений в едином техническом облике. В этом смысле используемые компоновочные решения являются уникальными и нетрадиционными. Например, для снижения звукового удара необходимо разместить воздухозаборники силовой установки на верхней поверхности планера. Задача обеспечения высоких характеристик потока на входе в двигатель при таком расположении является достаточно сложной, это потребовало большого объёма расчётных и экспериментальных исследований.
Для снижения звукового удара также необходимо существенно удлинить носовую часть планера, увеличить стреловидность и угол поперечной V-образности крыла и выполнить множество локальных деформаций нижней поверхности планера. Жуковского» выиграл госконтракт на создание демонстраторов СГС. Что предстоит сделать? В научных организациях ведутся поисковые и прикладные исследования в обеспечение создания СГС нового поколения. Жуковского», который управляет отечественной прикладной наукой в области авиастроения.
Москва, ул. Полковая, дом 3 строение 1, помещение I, этаж 2, комната 21.