История о том, как летал один из самых необычных сверхзвуковых самолетов

Популярная механикаОбщество

Летящая на волне

Нестандартные решения и новый тип полета, штурм трех скоростей звука и ударно-волновая газодинамика – все смешалось в этой истории о том, как летал один из самых необычных сверхзвуковых самолетов.

Текст: Николай Цыгикало

Сверхзвуковой бомбардировщик XB70 «Валькирия», созданный американской аэрокосмической компанией North American Aviation, совершил свой первый полет 21 сентября 1964 года. В США обозначение «X» принято для экспериментальных самолетов, а индекс «B» классифицирует машину как бомбардировщик (bomber).

Одно из необычных конструкторских решений самолета видно на снимках: в сверхзвуковом режиме полета концевая треть крыла опускалась вниз, что позволяло значительно увеличить подъемную силу. Чтобы понять, как это получалось, придется совершить краткую экскурсию в область сверхзвукового обтекания. Итак, как же возникает подъемная сила в полете и что необычного было в подъемной силе «Валькирии» в отличие от других сверхзвуковых самолетов?

Звук – это упругие колебания в виде несильных сжатий и разрежений воздуха, распространяющиеся посредством движения молекул газов. Движения воздуха, образуемые простым бегом молекул, например расширение, растекание, обтекание, не могут происходить быстрее звука. Если тело перемещается медленнее звука, толкаемый телом воздух успевает растекаться во все стороны.

После отказа от военного применения «Валькирии» один из двух прототипов (второй погиб в катастрофе) служил в качестве летающей лаборатории NASA, о чем свидетельствует надпись на киле

Воздух и сверхзвук

Перед телом, летящим быстрее звука, воздух уже не успевает растекаться в стороны со своей – звуковой – скоростью.

Сверхзвуковое тело нагоняет и трамбует разбегающийся воздух, не давая ему расступаться. Поэтому на сверхзвуке сжатие вокруг тела становится значительным, что приводит к многократному уплотнению воздуха. Оно происходит на особой границе в потоке – скачке уплотнения.

Сверхзвуковое сжатие проявляется в двух формах. Первая – это волна: кратковременное уплотнение воздуха с последующим расширением. Сжатие воздуха здесь многократное, гораздо более сильное, чем при обычных звуковых колебаниях. Тесная связка «сжатие-расширение» свободно распространяется в воздухе на большие расстояния в виде сверхзвуковой ударной волны.

Другая форма сжатия – поток. За скачком уплотнения воздух у поверхности сверхзвукового тела остается сжатым. Он струится по поверхности непрерывным плотным потоком: он либо все время поджимается набегающим под углом атаки воздухом, либо просто не успевает расшириться за время обтекания. Сжатый поток течет и в разных ограниченных пространствах – газодинамических каналах и проточных частях, воздухозаборниках и соплах.

Все это сильно меняет картину обтекания по сравнению с дозвуковой. На сверхзвуковом теле возникает скачок уплотнения, который расходится в потоке позади тела, образуя конус Маха. Он есть на всех передних точках и кромках – носовом обтекателе, передних кромках крыла, килях, воздухозаборниках. Дальше от самолета скачок уплотнения создает ударную волну, а у поверхности оставляет за собой поток сжатого воздуха, который и дает подъемную силу в сверхзвуковом полете. У дозвуковых летательных аппаратов подъемная сила возникает при обтекании профиля крыла, а также за счет угла атаки – небольшого угла, с которым плоскость крыла встречает набегающий поток. Профиль крыла для дозвукового полета сверху более выпуклый. Обтекающий эту выпуклость воздух ускоряется, его давление снижается, в итоге возникает местная зона разрежения, которая «подсасывает» крыло кверху. Перепад давлений между нижней и верхней частью крыла направлен вверх и образует подъемную силу.

При сверхзвуковом обтекании картина меняется. Воздух, не успевая разбегаться вокруг крыла, сжимается его клиновидной передней кромкой. Верхняя часть крыла встречает набегающий поток с очень небольшим углом атаки, слегка уплотняет его и обтекается этим сжатым воздухом. В разрежение он переходит лишь на наиболее толстой части крыла, на выпуклости которой поток поворачивает вниз, к задней кромке. В это местное разрежение течет сжатый спереди крыла воздух, «подкачивая» и ослабляя его. Разрежение в сверхзвуковом полете занимает лишь заднюю часть крыла, а потому дает меньшую часть подъемной силы.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

В ожидании космического отпуска В ожидании космического отпуска

Самые реальные варианты космического туризма

Популярная механика
Хабиб: «В Москве я кочевал по своим подписчицам» Хабиб: «В Москве я кочевал по своим подписчицам»

Хабиб о своем клипе «Ягода-малинка»

ЖАРА Magazine
Гора серебряная Гора серебряная

Как добывают благородные металлы

Популярная механика
«Хочешь есть — попей воды» и другие популярные фитнес-мифы о голоде и питании «Хочешь есть — попей воды» и другие популярные фитнес-мифы о голоде и питании

Как мифы о голоде и питании угрожают нашему здоровью?

Psychologies
Побег с аэродрома Побег с аэродрома

Циклолеты – «летающие комбайны» – становятся экономичнее квадрокоптеров

Популярная механика
Кодекс Вселенной Кодекс Вселенной

Какие земные или внеземные законы должны действовать за пределами нашей планеты?

Вокруг света
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Вакцина против гендерных стереотипов: как работает женское менторство в России и мире Вакцина против гендерных стереотипов: как работает женское менторство в России и мире

Как менторство помогает справиться с неуверенностью и преодолеть стереотипы

Forbes
Иллюзия успеха Иллюзия успеха

Четыре истории о талантливых мастерах пускать пыль в глаза

Популярная механика
Петр Авен — Forbes: «Я обязательно открою музей в Москве» Петр Авен — Forbes: «Я обязательно открою музей в Москве»

Миллиардер Петр Авен планирует открыть частный музей в центре Риги

Forbes
На понятном языке На понятном языке

Как появился Kotlin, и правда ли, что он идеален для программирования

Популярная механика
Почему у тебя постоянно чешутся глаза? 8 возможных причин Почему у тебя постоянно чешутся глаза? 8 возможных причин

Стоит ли насторожиться из-за раздражения глаз?

Playboy
Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
Python: Зачем социологу, лингвисту и биоинженеру знать этот язык программирования Python: Зачем социологу, лингвисту и биоинженеру знать этот язык программирования

Чем Python удобен для ученых и какие задачи с его помощью можно решать

Популярная механика
Очень тяжелые носители Очень тяжелые носители

Прототипы будущей сверхтяжелой ракеты Starship продолжают испытания

Популярная механика
Как выбрать хорошее вино: гайд по поиску идеальной бутылки для любого повода Как выбрать хорошее вино: гайд по поиску идеальной бутылки для любого повода

Основные характеристики вина и полезные советы, которые помогут при выборе

Playboy
Человек, который придумывает будущее Человек, который придумывает будущее

Компания с российскими корнями разрабатывает уникальные технологии для авто

Популярная механика
Как делать заметки и конспекты, чтобы лучше учиться Как делать заметки и конспекты, чтобы лучше учиться

Правильное ведение записей помогает эффективнее усваивать информацию

Psychologies
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
«Можем себе позволить». Колонка Гузель Яхиной о советском вчера и сегодня «Можем себе позволить». Колонка Гузель Яхиной о советском вчера и сегодня

Гузель Яхина размышляет об исторической памяти и тени советских мифов

РБК
...Бегом под парусом ...Бегом под парусом

Кубок «Америки» – 2021 и гонка бегущих яхт

Популярная механика
Квантовую динамику холодных атомов научились измерять недеструктивно Квантовую динамику холодных атомов научились измерять недеструктивно

Как атомы влияют на распространение микроволнового излучения

N+1
Новое чувство астрофизики Новое чувство астрофизики

Миссия LISA станет самым большим научным инструментом в истории человечества

Популярная механика
«Я ревнива до умопомрачения!»: Ходченкова, Брежнева и другие недоверчивые звезды «Я ревнива до умопомрачения!»: Ходченкова, Брежнева и другие недоверчивые звезды

Звезды шоу-бизнеса рассказали, как у них обстоят дела с вопросом доверия

Cosmopolitan
Созвездие рекламы Созвездие рекламы

Почему разработчики ионных двигателей занялись проектом космической рекламы

Популярная механика
Ионный канал TRPC5 заставил зубы болеть от холода Ионный канал TRPC5 заставил зубы болеть от холода

Ученые раскрыли механизм возникновения боли от холода в нездоровых зубах

N+1
Космические тоннели Космические тоннели

Существуют ли кротовые норы?

Популярная механика
Галина Юзефович: «Читать сегодня необязательно: если что-то другое кажется более увлекательным, то зачем мучиться?» Галина Юзефович: «Читать сегодня необязательно: если что-то другое кажется более увлекательным, то зачем мучиться?»

Галина Юзефович поделилась секретом привычки чтения

Grazia
Маломощные реакторы спасут мирный атом Маломощные реакторы спасут мирный атом

Репутация – главная проблема атомной энергетики в XXI веке

Популярная механика
Самые первые фильмы ужасов разных стран Самые первые фильмы ужасов разных стран

Впервые «Вий» в России был снят на кинопленку куда как раньше, чем все думают

Maxim
Открыть в приложении