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

Никогда такого не было Никогда такого не было

Самый большой неатомный ледокол России может крутиться на месте

Популярная механика
Звезда Немезида: тайный близнец Солнца мог привести к массовому вымиранию и гибели динозавров Звезда Немезида: тайный близнец Солнца мог привести к массовому вымиранию и гибели динозавров

Где-то на задворках нашей звездной системы прячется "отторгнутый" близнец Солцна

Популярная механика
Роботы в лабиринте Роботы в лабиринте

SubT — конкурс между роботами, способными самостоятельно исследовать подземелья

Популярная механика
Круче микроскопа: как отсканировать рельеф молекулы Круче микроскопа: как отсканировать рельеф молекулы

Что модно рассмотреть через атомный силовой микроскоп?

Популярная механика
Побег с аэродрома Побег с аэродрома

Циклолеты – «летающие комбайны» – становятся экономичнее квадрокоптеров

Популярная механика
70 м² 70 м²

Визуальные хитрости в квартире по проекту Анастасии Кузнецовой

AD
Диван желаний Диван желаний

Татьяна Бабенкова из сериала и фильма «Полицейский с Рублевки»

Maxim
«Теория разбитых окон» в здравоохранении: как порядок влияет на эффективность лечения «Теория разбитых окон» в здравоохранении: как порядок влияет на эффективность лечения

Как хаос влияет на здравоохранение и причем здесь теория разбитых окон

Inc.
Шоу должно продолжаться Шоу должно продолжаться

Самые интересные премьеры Женевского автосалона

Популярная механика
Нео на пенсии или пародия на современный Голливуд: какой получилась новая «Матрица» Нео на пенсии или пародия на современный Голливуд: какой получилась новая «Матрица»

Как новая «Матрица» стала одновременно пародией и оммажем оригинальной серии

Forbes
Планетологи отказались от модели экстремального испарения океана магмы на молодом Меркурии Планетологи отказались от модели экстремального испарения океана магмы на молодом Меркурии

Модель эволюции магматического океана и первичной атмосферы на молодом Меркурии

N+1
50 м² 50 м²

Сочинская квартира для сдачи в аренду по дизайну Анастасии Комаровой

AD
Анатолий Зверев: вечная любовь Анатолий Зверев: вечная любовь

Анатолия Зверева любят многие и по-разному

СНОБ
Как почистить стиральную машину от грязи и накипи: подробная инструкция Как почистить стиральную машину от грязи и накипи: подробная инструкция

Как почистить фильтр, ТЭН, манжету и кассетный приемник стиральных средств

CHIP
Если девушка прислала тебе нюдсы. Как реагировать, чтобы все не испортить Если девушка прислала тебе нюдсы. Как реагировать, чтобы все не испортить

Просто поразительно, какие проблемы стоят перед современными мужчинами

Maxim
Синий тигровый попугай Синий тигровый попугай

Но тут на нашем жизненном пути попался идеальный вариант: синий тигровый попугай

Weekend
Дарсонваль для лица: как им правильно пользоваться Дарсонваль для лица: как им правильно пользоваться

Что такое Дарсонваль и как его использовать?

Cosmopolitan
Гармония в несовершенстве Гармония в несовершенстве

Неидеальные отношения – залог счастливого брака

Лиза
По ту сторону: городские легенды, которую помогут понять Россию По ту сторону: городские легенды, которую помогут понять Россию

Городской фольклор таит в себе многое, о чем умалчивают официальные гиды

Esquire
Ученые рассказали, почему содержательные разговоры с коллегами лучше светских бесед Ученые рассказали, почему содержательные разговоры с коллегами лучше светских бесед

Почему люди избегают содержательных бесед вне своего привычного круга общения

Inc.
Забытые советские марки: КАГ Забытые советские марки: КАГ

Вспоминаем забытые советские марки автомобилей

Популярная механика
«Meta явно не будет одна в этом забеге»: как работает китайская метавселенная от Baidu «Meta явно не будет одна в этом забеге»: как работает китайская метавселенная от Baidu

Виртуальными мирами занялись не только в США

VC.RU
Анна Виленская Анна Виленская

Анна Виленская — автор нескучных лекций о музыке

Собака.ru
«Пускай помучается»: Костин и Авен оценили покупку банка богатейшей женщиной России «Пускай помучается»: Костин и Авен оценили покупку банка богатейшей женщиной России

Банкиры скептически оценили решение Татьяны Бакальчук купить банк

Forbes
49 м² 49 м²

Квартира с панорамным видом на Серебряный Бор

AD
Блондинка в шоколаде Блондинка в шоколаде

Принцесса гламура 2000-х Пэрис Хилтон вновь оказалась в центре внимания!

Grazia
Заархивировать интернет, чтобы помочь студентам, журналистам и исследователям: зачем создавался сервис Wayback Machine Заархивировать интернет, чтобы помочь студентам, журналистам и исследователям: зачем создавался сервис Wayback Machine

Зачем Брюстер Кейл придумал сервис, чтобы сохранять веб-страницы

VC.RU
Перемещает курсор и так помогает обхитрить программы мониторинга: как изобрели «двигатель мышки» Перемещает курсор и так помогает обхитрить программы мониторинга: как изобрели «двигатель мышки»

Вырос рынок приспособлений, которые помогают обмануть корпоративные трекеры

VC.RU
Пчелы запечатали ульи прополисом и пережили извержение вулкана Кумбре-Вьеха Пчелы запечатали ульи прополисом и пережили извержение вулкана Кумбре-Вьеха

Пчелы способны переживать опасные стихийные бедствия

N+1
Как учатся современные дети в России и что происходит с отечественной системой образования? Заменит ли дистанционное обучение офлайн? Отвечают учителя Как учатся современные дети в России и что происходит с отечественной системой образования? Заменит ли дистанционное обучение офлайн? Отвечают учителя

Esquire расспросил учителей о настоящем и будущем школьного образования

Esquire
Открыть в приложении