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

Новая «Арктика» Новая «Арктика»

Атомоходы ЛК-60Я заменят ледоколы прошлых поколений

Популярная механика
Не женское дело? Не женское дело?

Сегодня женщины все чаще выбирают профессии, которые принято считать мужскими

Лиза
Маломощные реакторы спасут мирный атом Маломощные реакторы спасут мирный атом

Репутация – главная проблема атомной энергетики в XXI веке

Популярная механика
5 причин, по которым Stripe стал самым дорогим стартапом США 5 причин, по которым Stripe стал самым дорогим стартапом США

Пять правил, которые помогли Stripe стать самым дорогостоящим стартапом США

Inc.
Чистое дыхание авиации Чистое дыхание авиации

Первые регулярные рейсы электросамолеты могут совершить в ближайшие годы

Популярная механика
Закончи это немедленно! Закончи это немедленно!

Почему ты за многое берешься и ничего не доводишь до конца

Лиза
Великое нашествие Великое нашествие

Вторжение монголов обратило русских государей в деспотов ордынского типа

Дилетант
Невесты-рекордсменки: голливудские звезды с наибольшим количеством браков Невесты-рекордсменки: голливудские звезды с наибольшим количеством браков

Эти знаменитые актрисы пробовали себя в роли жен множество раз

Cosmopolitan
Радио против видео Радио против видео

Автоматическая посадка крылатого летательного аппарата давно уже не фантастика

Популярная механика
В каких продуктах содержится белок? В каких продуктах содержится белок?

Если «здоровый образ жизни» и «сбалансированное питание» для тебя не пустой звук

Maxim
Симулятор войны Симулятор войны

Современные дети не играют в войну, зато в нее играют их родители

Популярная механика
Билет в один конец: какие технологии позволят обеспечить выживание колонистов на Марсе Билет в один конец: какие технологии позволят обеспечить выживание колонистов на Марсе

Илон Маск мечтает умереть на Марсе, и он по-своему прав

Популярная механика
Очень тяжелые носители Очень тяжелые носители

Прототипы будущей сверхтяжелой ракеты Starship продолжают испытания

Популярная механика
9 вещей, которые всем кажутся важными, но на самом деле не имеют смысла 9 вещей, которые всем кажутся важными, но на самом деле не имеют смысла

Критикуем и отменяем архаичные авторитеты

Maxim
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Отказ отказу рознь: каким бывает наше «нет» Отказ отказу рознь: каким бывает наше «нет»

Что мы имеем в виду, когда говорим «нет»?

Psychologies
Зимний город Зимний город

Эти люди разрабатывают беспилотные автомобили, пригодные для российского климата

Популярная механика
Система оценок Система оценок

Где заканчивается общество и начинаемся мы сами?

Psychologies
Алгоритмические войны Алгоритмические войны

Как битвы будущего видят по ту сторону океана

Популярная механика
«Это никогда не будет работать». Чему учит книга сооснователя Netflix «Это никогда не будет работать». Чему учит книга сооснователя Netflix

Воспоминания одного из основателей и первого генерального директора Netflix

РБК
Гидрофойл для миллионов Гидрофойл для миллионов

Гидрофойл – доска на подводных крыльях для серфинга

Популярная механика
Кредит на переезд: куда и откуда уезжают россияне при помощи ипотеки Кредит на переезд: куда и откуда уезжают россияне при помощи ипотеки

Россияне активно брали ипотеку, чтобы переехать в другое место

Forbes
Виртуальный секс Виртуальный секс

«Популярная механика» протестировала первую в мире виртуальную любовницу

Популярная механика
4 вида эпиляции, которые избавят от волос навсегда 4 вида эпиляции, которые избавят от волос навсегда

Можно ли сделать кожу идеально гладкой на всю жизнь и стоит ли игра свеч?

Cosmopolitan
...Бегом под парусом ...Бегом под парусом

Кубок «Америки» – 2021 и гонка бегущих яхт

Популярная механика
Пластическая хирургия в СССР: какие операции делали Орлова, Мордюкова, Гурченко Пластическая хирургия в СССР: какие операции делали Орлова, Мордюкова, Гурченко

С чего начиналась пластическая хирургия в нашей стране

Cosmopolitan
Невымирающий вид Невымирающий вид

Lada Niva Travel – уже не пирожок, но все еще Niva

Популярная механика
Предупреждение для игроков: о чем говорит крах фонда Archegos Capital Предупреждение для игроков: о чем говорит крах фонда Archegos Capital

Триггером краха на рынке может стать любая плохая новость

Forbes
Билет в один конец Билет в один конец

Илон Маск мечтает умереть на Марсе, и он по-своему прав

Популярная механика
Popovy sisters Popovy sisters

Эльфы-близнецы Екатерина и Елена Поповы делают невероятных кукол

Собака.ru
Открыть в приложении