Коммерческая сверхзвуковая авиация сможет существовать, если изменится

НаукаHi-Tech

Пассажирский сверхзвук: каким путем пойдут новые поколения?

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

Николай Цыгикало

Сверхзвуковой пассажирский Overture от компании Boom Technology

Сверхзвуковое движение в земной природе встречается редко. Это либо падение небесных тел, проходящих сверхзвуковой этап в атмосфере. Либо вулканы со сверх звуковыми течениями парогазовых смесей и взрыва ми, бросающими породу со сверхзвуковой скоростью. Человек пришел к сверхзвуку через баллистику, когда скорости пуль и снарядов стали сверхзвуковыми. В конце XlX века наука стала изучать сверхзвуковое движение. А шведский инженер Густав Лаваль сделал сверх звуковое сопло, дающее сверхзвуковую струю пара для лопаток паровой турбины.

В начале XX века немецкий физик Людвиг Прандтль создал методы расчета сверхзвуковых течений и явлений. В 1909 году по его расчетам построена первая сверхзвуковая аэродинамическая труба. Расчеты Прандтля позволили проектировать сверхзвуковые сопла с высокой газодинамической точностью. Это открыло дорогу к ракетным двигателям. Их сопла разогнали ракеты до сверхзвуковых скоростей. Баллистическая «Фау2» стала первым управляемым сверхзвуковым аппаратом. Вскоре к сверхзвуку пришла авиация. Первым горизонтальный пилотируемый сверхзвуковой полет выполнил американский летчик-испытатель Чак Йегер в 1947 году на ракетном самолете Bell Х1. Появились боевые сверхзвуковые самолеты — советский МиГ19 и американский F100 «Супер сейбр». Позже пришел черед сверх звуковых пассажирских самолетов: советский Ту-144, возивший пассажиров в 1977–1978 годах, и англо-французский «Конкорд», работавший с 1976 по 2005 год. После него и по сегодняшний день пассажирский сверхзвук не используется.

Советский пассажирский сверхзвуковой Ту-144

Что такое сверхзвук

В любом полете важно, насколько медленнее или быстрее звука летит самолет. Это скажет число Маха, или М, главное сверхзвуковое число. Оно меряет скорость полета в скоростях звука, деля скорость полета на скорость звука: М=V/a.

При полете со скоростью звука М=1. Значения М1 — сверхзвуковые. У числа Маха есть лишь значение и нет единиц измерения. Оно безразмерно, как все аэродинамические критерии подобия, толь ко число. Единицы «один Мах» нет, в «Махах» говорят техническим жаргоном для быстроты. И раз число Маха принимает разные значения, скорость не бывает равна «двум числам Маха».

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

Зачем человеку лететь со сверхзвуковой скоростью? Для боевых самолетов или самолетов-разведчиков ответ очевиден: пилотирование ради прикладных дел сверхзвукового полета. Например, неуязвимость разведчика SR71 давала крейсерская скорость 0,9 км/с, или М=3,05. Пассажиру нужно просто перемещение. Кто-то готов лететь дороже, но быстрее. «Конкорд» шел из Лондона в Нью-Йорк три часа, а дозвуковые самолеты летят шесть часов. Короткий полет комфортнее. Сверхзвук сократит полет в разы.

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

Особенности сверхзвукового полета

Сжатие. В сверхзвуковом полете главным свойством воздуха становится его сжимаемость. Лобовые участки конструкции сжимают встречный воздух — носовой обтекатель, передние кромки крыла, киля, стабилизаторов. Сжатие идет и на всех наклонных поверхностях, встречающих поток. Конструкцию обжимают зоны высокого давления. Это требует ее упрочнения.

Нагрев. При большом сжатии рост температуры ощути мый. Передние кромки и части самолета при М=3 нагреты до 330°С. С ростом скорости температура растет. Важно обеспечить работу лобовых элементов при таком нагреве. Например, сделав их из титана или специальных сталей. Нагревается обшивка, обтекаемая сжатым горячим потоком, стекла кабины и иллюминаторов, повышая требования к прочности.

Сопротивление полету и расход топлива на сверхзвуке резко растут. Корпус самолета, сжимая воздух, работа ет наружным компрессором. Эта работа тормозит само лет. Ударная волна (о ней ниже) уносит энергию, рождая волновое сопротивление. Сверхзвук требует роста тяги в полтора-два раза. Это форсаж с многократным расходом топлива.

Но не такие моменты создают паузу в пассажирской сверхзвуковой авиации. Они вполне решаются в летаю щей военной сверхзвуковой технике.

Британско-французский сверхзвуковой пассажирский Concorde

Прогулка в газодинамику

Как мы помним, главная особенность сверхзвука — много кратная сжимаемость воздуха. Сжатие это необычное, не постепенное, как в накачиваемой автошине. Воздух сжимается на сверхзвуке крайне быстро, динамично, мгновенно — за одну стомиллионную долю секунды. Такое сжатие назвали газодинамическим. Сжатие идет на очень тонкой — толщиной всего пару пробегов молекул — поверхности внутри потока. Она стоит в потоке косо, под углом (поток за ней остается сверхзвуковым) или перпендикулярно (поток за ней становится дозвуковым). За ней поток оказывается уплотненным — с возросшими плотно стью, давлением и температурой — и меньшей скоростью. Изменение потока происходит скачкообразно, абсолют ной ступенькой. Из-за резкого уплотнения поверхность сжатия назвали скачком уплотнения. Налетающий сверхзвуковой поток бьет по скачку всей мощью своего движения, словно молотом. Этот удар плющит воздух на скачке. Поэтому такое сжатие называется ударным. Сжатый воздух выдавливается за скачок новыми прибывающими порциями. Его объем теперь сократился, движение замедлилось пропорционально сжатию.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Кодекс поведения робота Кодекс поведения робота

В чем заключаются ключевые проблемы взаимодействия человека и ИИ

Популярная механика
10 самых дорогих мобильных телефонов в мире 10 самых дорогих мобильных телефонов в мире

Алмазы, платина, золото — представляем подборку самых дорогих мобильных

Популярная механика
Автобудущее Автобудущее

Мы находимся на пороге одних из самых быстрых перемен в работе транспорта

Популярная механика
Таштыкскую могилу с погребальными куклами и мумиями датировали III–IV веком Таштыкскую могилу с погребальными куклами и мумиями датировали III–IV веком

Археологи исследовали органические материалы из Оглахтинского могильника

N+1
Побег с аэродрома Побег с аэродрома

Циклолеты – «летающие комбайны» – становятся экономичнее квадрокоптеров

Популярная механика
«Поколение сэндвича»: почему женщины старше 45 лет живут ради других «Поколение сэндвича»: почему женщины старше 45 лет живут ради других

Тем, кто заботится одновременно и о детях, и о родителях, приходится тяжело

Cosmopolitan
Будущее из розетки: чего ждать от электромобилей Будущее из розетки: чего ждать от электромобилей

В каком направлении развивается электротранспорт?

ТехИнсайдер
Русская музыка: подкаст о главных именах современной академической сцены. Интервью с композиторами Олегом Крохалевым и Александрой Филоненко Русская музыка: подкаст о главных именах современной академической сцены. Интервью с композиторами Олегом Крохалевым и Александрой Филоненко

Русские композиторы: о Второй мировой и неуверенной в себе музыке

СНОБ
Терруар: зазеркалье Терруар: зазеркалье

Российское виноделие переживает второе рождение

Вокруг света
Инвестиционный поход Инвестиционный поход

Важен баланс между стабильностью и риском

Esquire
«Мы будем целоваться?»: принцессе Диане предлагали сыграть в «Телохранителе-2» «Мы будем целоваться?»: принцессе Диане предлагали сыграть в «Телохранителе-2»

Диане Спенсер сулили блестящую карьеру в Голливуде

Cosmopolitan
50-летние и роскошные! 5 звезд, которые научат быть стильной в любом возрасте 50-летние и роскошные! 5 звезд, которые научат быть стильной в любом возрасте

Для героинь нашей подборки возраст — всего лишь цифра в паспорте

Cosmopolitan
Старомодная женственность — способ (не) похоронить отношения: мнение женщин Старомодная женственность — способ (не) похоронить отношения: мнение женщин

Женственность в мире, где многие больше не хотят следовать стереотипам

Psychologies
Картошка — плод разврата, или пошлые и странные легенды старообрядцев Картошка — плод разврата, или пошлые и странные легенды старообрядцев

Кто такие старообрядцы, почему некоторые из них не едят конину?

Playboy
«Уравнение Бога: В поисках теории всего» «Уравнение Бога: В поисках теории всего»

Отрывок из книги «Уравнение Бога» — о квантовой теории

N+1
Как снизить риски энергоперехода для России Как снизить риски энергоперехода для России

Нужна программа по привлечению частных инвестиций в производство зеленой энергии

Forbes
Модельный комплекс железа позволил изучить механизм процесса Габера — Боша Модельный комплекс железа позволил изучить механизм процесса Габера — Боша

Первый нитридный комплекс, выделяющий аммиак с высоким выходом

N+1
Прогулки по Переделкино Прогулки по Переделкино

Сегодня мы отправимся на прогулку в городок писателей Переделкино

Отдых в России
7 причин, почему трескаются губы – и как их быстро залечить 7 причин, почему трескаются губы – и как их быстро залечить

Потрескавшиеся губы – самая, кажется, распространенная «зимняя» проблема

Cosmopolitan
Эффективные упражнения на общую и силовую выносливость: видео Эффективные упражнения на общую и силовую выносливость: видео

С помощью каких несложных упражнений можно улучшить физическую форму

РБК
От железного фаллоса до шествия в гробах: 12 самых диких праздников мира От железного фаллоса до шествия в гробах: 12 самых диких праздников мира

Приготовься к культурному шоку, мы подобрали топ самых безумных праздников мира

Playboy
15 самых любопытных хитростей и розыгрышей всех времен 15 самых любопытных хитростей и розыгрышей всех времен

Почему танки так называются и в чем заключается коварство белок?

Maxim
Если завтра в поход. Пора ли нам начинать бояться большой войны Если завтра в поход. Пора ли нам начинать бояться большой войны

Станет ли взаимный страх тормозом для лидеров стран?

СНОБ
EdTech-стартап основателя Softline привлек $4 млн на экспансию за рубежом EdTech-стартап основателя Softline привлек $4 млн на экспансию за рубежом

Платформа для дистанционного обучения Educate Online привлекла $4 млн

Forbes
Астрономы построили карту релятивистских джетов радиогалактики Центавр А Астрономы построили карту релятивистских джетов радиогалактики Центавр А

Изображение релятивистских джетов активной галактики Центавр А в радиодиапазоне

N+1
Новгородцам XI века приглянулось катание на костяных коньках Новгородцам XI века приглянулось катание на костяных коньках

Катание на коньках было популярно во второй половине XI — начале XIII века

N+1
Астрологические близнецы: что объединяет таких разных Айзу и Варнаву Астрологические близнецы: что объединяет таких разных Айзу и Варнаву

При всех своих различиях Айза Долматова и Екатерина Варнава всё-таки похожи

Cosmopolitan
Атака на «Озеро» Атака на «Озеро»

Прельжокаж начинал как варвар — переиначивал классику, а сегодня — сам классик

Seasons of life
Юркие люди Юркие люди

Своих героев Анна Лужбина называет юркими людьми

Esquire
Святой Неаполь: каким получился фильм «Рука Бога» Святой Неаполь: каким получился фильм «Рука Бога»

О чем, о ком и зачем снял свой новый фильм «Рука Бога» Паоло Соррентино

РБК
Открыть в приложении