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

За кулисами пуска За кулисами пуска

Старт космической ракеты – зрелище без преувеличения грандиозное

Популярная механика
18 любимых фильмов Киану Ривза — от «Большого Лебовски» до «Заводного апельсина» 18 любимых фильмов Киану Ривза — от «Большого Лебовски» до «Заводного апельсина»

Киану Ривз поделился своим списком любимых фильмов в интервью

Esquire
Автобудущее Автобудущее

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

Популярная механика
Эксклюзивное интервью Стаса Пьехи о проекте «Суперстар! Возвращение» Эксклюзивное интервью Стаса Пьехи о проекте «Суперстар! Возвращение»

Стас Пьеха рассказал об отношении к популярному шоу и творческих планах

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

Микрочипы постепенно приближаются к человеческому мозгу

Наука
«Мы с мужем инфицированы, а наши дети — здоровы»: как я 20 лет живу с ВИЧ «Мы с мужем инфицированы, а наши дети — здоровы»: как я 20 лет живу с ВИЧ

Удивительная история нашей героини, которая живет с положительным ВИЧ-статусом

Cosmopolitan
Стратосферный турист Стратосферный турист

Звездное небо над головой и далекая Земля внизу – вид из стратосферы

Популярная механика
Синдром мертвых ягодиц: реальная опасность сидячей работы Синдром мертвых ягодиц: реальная опасность сидячей работы

Какая реальная проблема развивается у тех, кто долго сидит?

Cosmopolitan
«Спасибо смерти…» «Спасибо смерти…»

Какой была Эльза Триоле, младшая сестра Лили Брик?

Дилетант
Анна Хилькевич: «Я готова сниматься в «Универе» всю жизнь!» Анна Хилькевич: «Я готова сниматься в «Универе» всю жизнь!»

Актриса рассказала о съемках в сериале «Универ.10 лет спустя» и секретах красоты

Cosmopolitan
Канадские мамонты пережили ледниковый период Канадские мамонты пережили ледниковый период

Палеогенетики обнаружили ДНК животных в образцах моложе 10000 лет

N+1
На месте ядерных катастроф принято высаживать подсолнухи. Но зачем? На месте ядерных катастроф принято высаживать подсолнухи. Но зачем?

Как подсолнухи помогают собирать радиацию?

Популярная механика
Как запустить процесс коллективного воображения и эффективно генерировать идеи Как запустить процесс коллективного воображения и эффективно генерировать идеи

Отрывок из книги «Машина воображения» — о том, как генерировать идеи

СНОБ
Дикие повадки: чем человек отличается от шимпанзе Дикие повадки: чем человек отличается от шимпанзе

Чем на самом деле человек отличается от шимпанзе?

Популярная механика
30 м² 30 м²

“Инстаграмный” интерьер, который будет эффектно выглядеть и привлекать туристов

AD
Теоретики исследовали влияние неоднородностей на расширение Вселенной Теоретики исследовали влияние неоднородностей на расширение Вселенной

Возможно, в будущем расширение Вселенной замедлится

N+1
Признания вежливых людей: “Садоводы” — история любви в декорациях тру-крайм Признания вежливых людей: “Садоводы” — история любви в декорациях тру-крайм

Мини сериал “Садоводы” о милейшей английской паре, сбежавшей во Францию

Esquire
Как убрать морщины у глаз при помощи массажа: честный эксперимент Cosmo Как убрать морщины у глаз при помощи массажа: честный эксперимент Cosmo

Действительно ли массаж может творить чудеса?

Cosmopolitan
Одинокий изобретатель против автогигантов: история Роберта Кернса, у которого Ford cкопировала «дворники» Одинокий изобретатель против автогигантов: история Роберта Кернса, у которого Ford cкопировала «дворники»

Создатель современных стеклоочистителей для машин десятки лет судился с Ford

VC.RU
От «Фаворитки» до «Железной леди»: байопики о женщинах в политике От «Фаворитки» до «Железной леди»: байопики о женщинах в политике

Женщин в политике меньшинство, и биографических фильмов о них тоже немного

Forbes
Операция «Карусель: как работает ноу-хау от инспекторов ГИБДД Операция «Карусель: как работает ноу-хау от инспекторов ГИБДД

Инспекторы ГИБДД рассказали про хитрую схему наказания водителей

РБК
Развод по-французски Развод по-французски

Марта Ришар осталась в истории как человек, закрывший все публичные дома

Playboy
Чистка экосистемы, диалог с ЦБ и борьба с «Яндексом»: что «Сбер» рассказал инвесторам Чистка экосистемы, диалог с ЦБ и борьба с «Яндексом»: что «Сбер» рассказал инвесторам

Сбербанк подвел итоги первого года работы с новой трехлетней стратегией

Forbes
35 м² 35 м²

Бетонная квартира основателя студии Geometrium Алексея Иванова

AD
Опять начинается Опять начинается

Новая и лучшая жизнь не с понедельника и даже не с 1 января

Cosmopolitan
Гоминины из Колыбели человечества поели мяса более миллиона лет назад Гоминины из Колыбели человечества поели мяса более миллиона лет назад

Палеозоологи обнаружили кости животных со следами разделки

N+1
Саманта против: как Ким Кэтролл пошла наперекор проекту, сделавшему ее звездой Саманта против: как Ким Кэтролл пошла наперекор проекту, сделавшему ее звездой

Почему Ким Кэтролл, сыгравшая Саманту, так ненавидит «Секс в большом городе»

VOICE
Почему не стоит менять полосу движения в пробке, чтобы быстрее добраться до места - ответ ученых Почему не стоит менять полосу движения в пробке, чтобы быстрее добраться до места - ответ ученых

Исследование, которое помогло объяснить, почему лучше не менять полосу в пробке

Популярная механика
Интим предлагать Интим предлагать

Когда женщина выбирает отношения без обязательств

Лиза
История компании «Ценципер» История компании «Ценципер»

От культовой реновации Парка Горького до фотовыставок в «Пятерочке»

Inc.
Открыть в приложении