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

Как будущий американский самолет может доминировать в воздухе Как будущий американский самолет может доминировать в воздухе

Технологии стелс у российских Су-57, китайских J-20 и американских NGAD

Популярная механика
Компульсивное переедание: как эмоции приводят к пищевому расстройству Компульсивное переедание: как эмоции приводят к пищевому расстройству

Почему возникает компульсивное переедание и как вовремя распознать расстройство?

РБК
Искусственный интеллект и нейроморфные вычисления: второе дыхание Искусственный интеллект и нейроморфные вычисления: второе дыхание

Микрочипы постепенно приближаются к человеческому мозгу

Наука
Писатель Алексей Иванов — о литературе, внутреннем туризме и новых структурах общества Писатель Алексей Иванов — о литературе, внутреннем туризме и новых структурах общества

Писатель Алексей Иванов о влиянии литературы на туристический бизнес

СНОБ
Автобудущее Автобудущее

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

Популярная механика
«История, которую мы рассказываем, — Netflix в чистом виде» «История, которую мы рассказываем, — Netflix в чистом виде»

Василий Бархатов о «Фаусте», работе на Западе и искусстве недоговаривать

Weekend
Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники

Топ-15 инноваций, которые изменят мир микроэлектроники

РБК
«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
Дядька императора Дядька императора

В Российской империи воспитание царских отпрысков было делом политическим

Дилетант
Тягучий “Дом Gucci”.  Почему у Ридли Скотта получился вульгарный и, возможно, женоненавистнический фильм? Тягучий “Дом Gucci”.  Почему у Ридли Скотта получился вульгарный и, возможно, женоненавистнический фильм?

Новая драма Ридли Скотта получилась очень костюмной, но не совсем драматичной

Esquire
90 м² 90 м²

Квартира в старом фонде, в которую добавили цвета и естественного света

AD
C переменным успехом C переменным успехом

Как стилист и блогер Рената Харькова решила стать адептом виртуальной моды

Vogue
Неизвестные гоночные мотоциклы 1990-х Неизвестные гоночные мотоциклы 1990-х

Кастомные частные мотоциклы в мотогонках Гран-При 1990-х

Популярная механика
5 странных рождественских традиций в разных странах 5 странных рождественских традиций в разных странах

В других странах тоже существуют рождественские традиции. И довольно странные

GQ
Как банки управляют нашими деньгами (и борются за доверие клиента)? Разговор Сергея Минаева с старшим вице-президентом ВТБ Дмитрием Брейтенбихером Как банки управляют нашими деньгами (и борются за доверие клиента)? Разговор Сергея Минаева с старшим вице-президентом ВТБ Дмитрием Брейтенбихером

О том, как банки перестраиваются в цифровом мире и какое место занимает клиент

Esquire
Не переключайтесь: 23 оригинальных фильма Netflix, вышедших в 2021 году Не переключайтесь: 23 оригинальных фильма Netflix, вышедших в 2021 году

Партия оригинальных и неплохих проектов Netflix 2021 года

Правила жизни
Вызываем грузчиков: 8 признаков, что вам пора съехаться Вызываем грузчиков: 8 признаков, что вам пора съехаться

Когда же наступает время съезжаться?

Cosmopolitan
Самые модные образы зимы — 8 правил, как стильно сочетать одежду в этом сезоне Самые модные образы зимы — 8 правил, как стильно сочетать одежду в этом сезоне

Какие комбинации вещей будут наиболее актуальны этой зимой

Cosmopolitan
Зачем fashion-индустрии машинное обучение Зачем fashion-индустрии машинное обучение

От персонализации до предсказания трендов: машинное обучение в fashion-индустрии

Популярная механика
На Большой Садовой На Большой Садовой

В квартире с ярким эклектичным интерьером смешались разные стили и эпохи

SALON-Interior
Как пить дать: антипохмельный гид Esquire Как пить дать: антипохмельный гид Esquire

Как свести негативное влияние алкоголя на здоровье к минимуму?

Esquire
Программа тренировок для девушек в тренажерном зале Программа тренировок для девушек в тренажерном зале

Как составить эффективную программу тренировок для девушек

VOICE
5 реальных способов ускорить ваш компьютер 5 реальных способов ускорить ваш компьютер

Сегодня мы рассмотрим несколько реальных способов ускорения работы компьютера

CHIP
Все толстеют, а ты похудей: 7 советов, которые помогут скинуть вес за праздники Все толстеют, а ты похудей: 7 советов, которые помогут скинуть вес за праздники

А что ты скажешь, если ты не поправишься, а похудеешь?

Cosmopolitan
Миллион на любимом деле: как я в декрете и без образования создала бизнес Миллион на любимом деле: как я в декрете и без образования создала бизнес

Иногда хобби можно превратить в прибыльный бизнес

Cosmopolitan
Три в одном: 10 рецептов простых, вкусных и красивых коктейлей на Новый год Три в одном: 10 рецептов простых, вкусных и красивых коктейлей на Новый год

10 рецептов коктейлей, которые можно приготовить дома

Forbes
Татьяна Буланова: «Все сама... и уважаю себя за это» Татьяна Буланова: «Все сама... и уважаю себя за это»

Оглядываясь назад, скажу, что можно было бы выглядеть и поприличнее

Коллекция. Караван историй
Алена Водонаева: «Я живу для себя и я счастлива» Алена Водонаева: «Я живу для себя и я счастлива»

Звезда рассказала о личной жизни, новой квартире и своем проекте на Youtube

Cosmopolitan
7 когнитивных особенностей, которые нужно учесть при подготовке презентации 7 когнитивных особенностей, которые нужно учесть при подготовке презентации

Что сделать, чтобы аудитория заметила вашу презентацию

Inc.
Зимняя хандра Зимняя хандра

8 правил, которые помогут не допустить подавленного состояния

Лиза
Открыть в приложении