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

Сахаров: портрет на фоне эпохи Сахаров: портрет на фоне эпохи

Что заставило академика Сахарова вступить в противостояние с политбюро и КГБ?

Дилетант
Специалисты с синдромом самозванца работают лучше, чем уверенные в себе, показало исследование Специалисты с синдромом самозванца работают лучше, чем уверенные в себе, показало исследование

Синдром самозванца никак не влияет на производительность труда специалистов

Inc.
Триумф 57 мм Триумф 57 мм

Новое слово в разработке российских бронемашин

Популярная механика
Самые яркие цитаты Ларисы Гузеевой о мужчинах на шоу «Давай поженимся!» Самые яркие цитаты Ларисы Гузеевой о мужчинах на шоу «Давай поженимся!»

Телеведущая досконально разобралась в тонкостях семейных отношений

Cosmopolitan
Виртуальный секс Виртуальный секс

«Популярная механика» протестировала первую в мире виртуальную любовницу

Популярная механика
Закрыть гештальт: как Лев Хасис строит партнерства ради торговых и платежных сервисов «Сбера» Закрыть гештальт: как Лев Хасис строит партнерства ради торговых и платежных сервисов «Сбера»

Как Лев Хасис строит экосистему и почему раз за разом терпит неудачи?

Forbes
Радио против видео Радио против видео

Автоматическая посадка крылатого летательного аппарата давно уже не фантастика

Популярная механика
Минута релакса: 11 легких способов уменьшить напряжение в шее и плечах, вызванное стрессом Минута релакса: 11 легких способов уменьшить напряжение в шее и плечах, вызванное стрессом

Пора немного размяться

Playboy
Байкальская ловля нейтрино Байкальская ловля нейтрино

Новый глубоководный нейтринный телескоп на озере Байкале

Популярная механика
5 способов освободить память смартфона 5 способов освободить память смартфона

Топ-5 способов освободить память в смартфоне и удалить ненужные данные

Популярная механика
...Бегом под парусом ...Бегом под парусом

Кубок «Америки» – 2021 и гонка бегущих яхт

Популярная механика
Не здесь и сейчас Не здесь и сейчас

Стоит ли бороться с эскапизмом?

Grazia
Пространство новых материалов Пространство новых материалов

Как один ученый придумал альтернативу таблице Менделеева

Популярная механика
Сотворение мира Сотворение мира

Сколько на свете людей, столько и способов быть счастливыми

Cosmopolitan
Нечеловеческий секс Нечеловеческий секс

Почему мы все еще занимаемся сексом по старинке – с живыми людьми?

Популярная механика
Сериал, который вы пропустили (а зря): почему стоит посмотреть израильскую драму «Теряя Элис» Сериал, который вы пропустили (а зря): почему стоит посмотреть израильскую драму «Теряя Элис»

Сокровище для тех, кому не хватает рассказов о проблемах взрослых людей

Esquire
Силой мысли, или что обещает нам Илон Маск Силой мысли, или что обещает нам Илон Маск

Чего же Маск хотел в сфере нейроинтерфейсов, что сделал и что сможет сделать

Популярная механика
5 ошеломляющих фотографий смерти 5 ошеломляющих фотографий смерти

Тот редкий случай, когда смерть завораживает

Maxim
Человек, который придумывает будущее Человек, который придумывает будущее

Компания с российскими корнями разрабатывает уникальные технологии для авто

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
Винтокрыл против конвертоплана Винтокрыл против конвертоплана

«Вертолет» не самый подходящий термин для описания этих воздушных монстров

Популярная механика
Художник Николай Кошелев: «Мне очень нравится жить в окружении своих работ» Художник Николай Кошелев: «Мне очень нравится жить в окружении своих работ»

Николай Кошелев — о своих работах и локдауне в Москве

GQ
Гора серебряная Гора серебряная

Как добывают благородные металлы

Популярная механика
Как искусственный интеллект изменил продукты Mail.ru Group Как искусственный интеллект изменил продукты Mail.ru Group

Как ИИ пришёл в сервисы Mail.ru Group и чего ждать от ИИ в будущем

Inc.
Микробы от похмелья Микробы от похмелья

Бактерии, которые способны утилизировать алкогольный токсин в кишечнике

Популярная механика
Суперпозиция электронного состояния изменила свойства тормозного излучения Суперпозиция электронного состояния изменила свойства тормозного излучения

Физики рассчитали рассеяние электрона на атоме углерода и на нано-ондуляторе

N+1
Боевой друг Боевой друг

Что принципиально нового можно сделать с АК?

Популярная механика
Дмитрий Нагиев: «Я дорос до той стадии, когда хочу видеть свет в искусстве» Дмитрий Нагиев: «Я дорос до той стадии, когда хочу видеть свет в искусстве»

Дмитрий Нагиев — о фильмах про убийства и блокировке шоу «Везде Нагиев»

GQ
Алгоритмические войны Алгоритмические войны

Как битвы будущего видят по ту сторону океана

Популярная механика
Ланкаширский хилер Ланкаширский хилер

Ланкаширский хилер — очень забавная и симпатичная собака

Weekend
Открыть в приложении