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

Байкальская ловля нейтрино Байкальская ловля нейтрино

Новый глубоководный нейтринный телескоп на озере Байкале

Популярная механика
В чем разница между любовью и дружбой? В чем разница между любовью и дружбой?

Как понять, что мы испытываем к другому — любовь или дружбу?

Psychologies
Иллюзия успеха Иллюзия успеха

Четыре истории о талантливых мастерах пускать пыль в глаза

Популярная механика
Как сохранить любовь: 9 советов от 93-летнего психолога Как сохранить любовь: 9 советов от 93-летнего психолога

Как не растратить чувство в череде бытовых проблем и собственных сомнений?

Psychologies
«Глаза» для беспилотников «Глаза» для беспилотников

Автомобили с круглой нашлепкой на крыше сегодня на дорогах уже не редкость

Популярная механика
Введение к книге Владислава Иноземцева «Экономика без догм» Введение к книге Владислава Иноземцева «Экономика без догм»

О «новой экономике» и ее признаках, а также прогнозы основных трендов финсистемы

СНОБ
Добро пожаловать в черную дыру Добро пожаловать в черную дыру

Как насчет визита к одной из черных дыр?

Популярная механика
Каким получился «Я не шучу» — первый российский сериал о стендапе и жизни Каким получился «Я не шучу» — первый российский сериал о стендапе и жизни

«Я не шучу» — сериала о женщине, которая горько смеется над жизнью женщин

РБК
Щит от гиперзвука Щит от гиперзвука

Они быстро настигнут врага в любой точке мира

Популярная механика
7 привычек по-настоящему интересных людей 7 привычек по-настоящему интересных людей

Привычки, которые отличают действительно интересных собеседников

Psychologies
Винтокрыл против конвертоплана Винтокрыл против конвертоплана

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

Популярная механика
А он мне нравится А он мне нравится

Психолог: как решиться заговорить с мужчиной и обратить на себя внимание

Лиза
К баллистическому будущему К баллистическому будущему

Траектория движения космических аппаратов строится с учетом разных соображений

Популярная механика
Таежные приключения Владимира и Сергея. Кого и зачем троллил Путин во время поездки в Сибирь Таежные приключения Владимира и Сергея. Кого и зачем троллил Путин во время поездки в Сибирь

Путин опять послал предупредительный сигнал — Байдену, Украине и всем россиянам

СНОБ
Не рокот космодрома Не рокот космодрома

Как и зачем строят космодромы

Популярная механика
Светящиеся утконосы и еще 8 внезапных фактов, чтобы блеснуть в разговоре Светящиеся утконосы и еще 8 внезапных фактов, чтобы блеснуть в разговоре

Сборник фактов на все случаи и разговоры в жизни!

Maxim
Игровое кино Игровое кино

Тимур Бекмамбетов — о технологии съемки воздушного боя внутри компьютерной игры

Популярная механика
Все автомобили Джеймса Бонда Все автомобили Джеймса Бонда

Чем рулил самый верный подданный Ее Величества на протяжении всех фильмов

GQ
Маломощные реакторы спасут мирный атом Маломощные реакторы спасут мирный атом

Репутация – главная проблема атомной энергетики в XXI веке

Популярная механика
Идеи подарков на 8 Марта маме, которая сечет фишку: современные и технологичные штуковины специально для нее Идеи подарков на 8 Марта маме, которая сечет фишку: современные и технологичные штуковины специально для нее

Подборка девайсов, которые можно преподнести в подарок маме не только на 8 Марта

Playboy
Компьютерный мозг Компьютерный мозг

Как работают настоящие нейроморфные микросхемы

Популярная механика
Не «АвтоВАЗом» единым: малоизвестные российские автопроизводители Не «АвтоВАЗом» единым: малоизвестные российские автопроизводители

В СССР и России было значительно больше автопроизводителей, чем вы представляете

Популярная механика
Лучше, чем жизнь Лучше, чем жизнь

Традиционно самыми ресурсоемкими считались спецэффекты для кино

Популярная механика
Кровавый водопад в Антарктиде и еще 5 удивительных загадок, разгаданных современной наукой Кровавый водопад в Антарктиде и еще 5 удивительных загадок, разгаданных современной наукой

Природа продолжает подкидывать нам загадки, а ученые — их разгадывать!

Maxim
Виртуальный секс Виртуальный секс

«Популярная механика» протестировала первую в мире виртуальную любовницу

Популярная механика
6 секретов, которые помогают облегчить головную боль и спокойно работать из дома 6 секретов, которые помогают облегчить головную боль и спокойно работать из дома

Хватит пить горстями обезболивающее

Playboy
Алгоритмические войны Алгоритмические войны

Как битвы будущего видят по ту сторону океана

Популярная механика
Лексика слабаков: как «бесхребетные» слова снижают эффективность Лексика слабаков: как «бесхребетные» слова снижают эффективность

Дэйв Эспри: от того, как вы излагаете мысли, зависит, какой будет ваша жизнь

Forbes
Истребитель дронов Истребитель дронов

Российская компания представила первый в мире беспилотный истребитель дронов

Популярная механика
«Проблемы с эмпатией». Возможна ли российская оппозиция без Навального «Проблемы с эмпатией». Возможна ли российская оппозиция без Навального

Получится ли у оставшихся лидеров ФБК* справится с ролью публичных политиков

СНОБ
Открыть в приложении