Avioanele supersonice sunt aeronave care sunt capabile să zboare la viteze care depășesc viteza sunetului (numărul Mach M = 1,2-5).

Poveste

Apariția avioanelor cu reacție în anii 1940 i-a provocat pe designeri să-și mărească și mai mult viteza. Viteza crescută a îmbunătățit performanța atât a bombardierelor, cât și a luptătorilor.

Un pionier în era supersonică a fost pilotul de testare american Chuck Yeager. Pe 14.10.1947, în timp ce zbura cu o aeronavă experimentală Bell X-1 cu o centrală rachetă XLR-11, a depășit viteza sunetului în zbor controlat.

Dezvoltare

Dezvoltarea rapidă a aviației supersonice a început în anii 60-70. secolul XX. Apoi au fost rezolvate problemele de eficiență aerodinamică, controlabilitate și stabilitate a aeronavelor. Viteza mare de zbor a făcut posibilă și creșterea plafonului practic cu mai mult de 20.000 m, ceea ce era o înălțime confortabilă pentru bombardiere și aeronave de recunoaștere.

Înainte de apariția instalațiilor de rachete antiaeriene și a complexelor care ar putea atinge ținte altitudini mari, principiul principal al operațiunilor de bombardare a fost menținerea avioanelor bombardiere la inaltime maxima si viteza. Apoi au fost construite și puse în producție de masă aeronave supersonice pentru diverse scopuri - bombardiere de recunoaștere, interceptoare, luptători, bombardiere interceptoare. Convair F-102 Delta Dagger a fost primul avion de recunoaștere supersonic, Convair B-58 Hustler primul bombardier supersonic cu rază lungă de acțiune.

În prezent, se desfășoară proiectarea, dezvoltarea și producția de noi aeronave, dintre care unele sunt produse folosind o tehnologie specială care le reduce radarul și vizibilitatea vizuală - „Stealth”.

Aeronavă supersonică de pasageri

În istoria aviației, au fost create doar 2 avioane supersonice de pasageri, care au efectuat zboruri regulate. Primul zbor avioane sovietice Tu-144 a avut loc la 31.12.1968, timpul funcționării acestuia este 1975-1978. Aeronava anglo-franceză „Concorde” a efectuat primul zbor pe 2 martie 1969 și a fost operat pe direcția transatlantică în perioada 1976-2003.

Utilizarea unor astfel de aeronave a făcut posibilă nu numai reducerea timpului de zbor pe distanțe lungi, ci și utilizarea liniilor aeriene neocupate la altitudini mari (aproximativ 18 km) într-un moment în care altitudinile de 9-12 km utilizate de nave erau puternic încărcate. De asemenea, aeronavele supersonice operau zboruri în afara căilor aeriene (pe rute directe).

În ciuda eșecului mai multor proiecte de aeronave transonice și supersonice (SSBJ, Tu-444, Tu-344, Tu-244, Lockheed L-2000, Boeing Sonic Cruiser, Boeing 2707) și scoaterea din serviciu a două proiecte implementate, dezvoltarea de proiecte moderne de avioane hipersonice continuă (de exemplu, SpaceLiner, ZEHST) și avioane amfibie (de transport militar) cu răspuns rapid. Avionul de afaceri supersonic Aerion AS2 a fost lansat în producție.

Întrebări teoretice

În comparație cu zborul subsonic la viteză supersonică, se efectuează conform unei legi diferite, deoarece atunci când aeronava atinge viteza sunetului, apar modificări ale modelului de flux, ca urmare, încălzirea cinetică a aparatului crește, rezistența aerodinamică crește. , și se observă o schimbare a focalizării aerodinamice. Toate acestea în total afectează deteriorarea controlabilității și stabilității aeronavei. A apărut și un fenomen necunoscut până acum de rezistență la unde.

Prin urmare, zborul eficient la atingerea vitezei sunetului necesită nu numai o creștere a puterii motorului, ci și introducerea de noi soluții de proiectare.

Prin urmare, astfel de aeronave au primit o schimbare în aspectul lor - au apărut colțuri ascuțite și linii drepte caracteristice în comparație cu forma „netedă” a aeronavelor subsonice.

Până în prezent, sarcina de a crea o aeronavă supersonică cu adevărat eficientă nu a fost rezolvată. Creatorii sunt obligați să găsească un compromis între menținerea caracteristicilor normale de decolare și aterizare și cerința de a crește viteza.

Prin urmare, realizarea de către aviația modernă a unor noi frontiere în altitudine și viteză este asociată nu numai cu introducerea de noi sisteme de propulsie și scheme de layout, ci și cu modificări ale geometriei zborului. Aceste modificări ar trebui să îmbunătățească calitatea aeronavei atunci când zboară la viteze mari, fără a le compromite performanța la viteze mici și invers. Designerii au renunțat recent la reducerea zonei aripilor și a grosimii profilurilor lor, creșterea unghiului de măturare, revenirea la aripile cu o grosime relativă mare și o mișcare mică, dacă au reușit să atingă cerințele unui plafon practic. si viteza.

Este important ca o aeronavă supersonică să aibă performanțe bune la viteze mici și să fie rezistentă la tracțiune la viteze mari, în special la altitudini la sol.

Clasificarea aeronavei:

A

B

ÎN

G

D

ȘI

LA

L

DESPRE

P

R

31 decembrie 1968 a efectuat un zbor de testare al primului avion supersonic de pasageri Tu-144 din lume. Trei ani mai târziu, în vara anului 1971, a făcut o impresie incredibilă asupra organizatorilor și oaspeților Expoziției Internaționale de Aviație de la Paris. Pentru a demonstra capacitățile „păsării sovietice”, dezvoltatorii au trimis un avion de la Moscova la ora 9 dimineața și în același timp - la ora 9 dimineața - a aterizat în capitala Bulgariei.

Proiectarea aeronavei supersonice Tu - 144.

Tu-144 este o aeronavă supersonică sovietică dezvoltată de Biroul de Proiectare Tupolev în anii 1960. Alături de Concorde, este unul dintre cele două avioane supersonice care au fost folosite vreodată de companiile aeriene în scopuri comerciale.
În anii '60, cercurile aviatice din SUA, Marea Britanie, Franța și URSS au discutat activ proiecte pentru crearea unei aeronave supersonice de pasageri cu o viteză maximă de 2500-3000 km/h, o rază de zbor de cel puțin 6-8 mii. km. În noiembrie 1962, Franța și Marea Britanie au semnat un acord privind dezvoltarea și construcția în comun a Concorde (Consimțământ).

Creatorii aeronavei supersonice.

În Uniunea Sovietică, biroul de proiectare al academicianului Andrey Tupolev a fost angajat în crearea unei aeronave supersonice. La o reuniune preliminară a Biroului de proiectare din ianuarie 1963, Tupolev a declarat:
„Gândindu-vă la viitorul transportului aerian al oamenilor de pe un continent pe altul, ajungeți la o concluzie fără echivoc: avioanele supersonice sunt, fără îndoială, necesare și nu am nicio îndoială că vor lua viață...”
Fiul academicianului, Alexei Tupolev, a fost numit proiectantul principal al proiectului. Peste o mie de specialiști din alte organizații au cooperat strâns cu biroul său de proiectare. Creația a fost precedată de lucrări teoretice și experimentale extinse, inclusiv numeroase teste în tuneluri de vânt și condiții naturale în timpul zborurilor analogice.

Concorde și Tu-144.

Dezvoltatorii au trebuit să-și dezvolte mintea pentru a găsi aspectul optim al mașinii. Viteza căptușelii proiectate este de o importanță fundamentală - 2500 sau 3000 km/h. Americanii, după ce au aflat că Concorde este proiectat pentru 2500 km/h, au spus că își vor lansa pasagerul Boeing 2707, fabricat din oțel și titan, doar șase luni mai târziu. Doar aceste materiale au rezistat la încălzirea structurii în contact cu fluxul de aer la viteze de 3000 km/h și peste fără consecințe distructive. Cu toate acestea, structurile solide din oțel și titan trebuie încă supuse unor teste tehnologice și operaționale serioase. Acest lucru va dura mult timp, iar Tupolev decide să construiască un avion supersonic din duraluminiu, pe baza unei viteze de 2500 km/h. Proiectul american Boeing a fost ulterior închis cu totul.
În iunie 1965, modelul a fost prezentat la Salonul aerian anual de la Paris. Concorde și Tu-144 s-au dovedit a fi izbitor de asemănătoare unul cu celălalt. Designerii sovietici au spus - nimic surprinzător: forma generală este determinată de legile aerodinamicii și de cerințele pentru un anumit tip de mașină.

Forma aripii unui avion supersonic.

Dar care ar trebui să fie forma aripii? Ne-am așezat pe o aripă triunghiulară subțire cu un contur al muchiei de față sub forma literei „8”. Schema fără coadă - inevitabil cu un astfel de design al avionului de transport - a făcut căptușeala supersonică stabilă și bine controlată în toate modurile de zbor. Patru motoare erau amplasate sub fuzelaj, mai aproape de axă. Combustibilul este plasat în rezervoare cu aripi tip cheson. Tancurile de echilibru, situate în partea din spate a fuzelajului și a umflăturilor aripilor, sunt proiectate pentru a schimba poziția centrului de greutate în timpul tranziției de la viteza de zbor subsonică la cea supersonică. Nasul a fost ascuțit și neted. Dar, în acest caz, cum să le oferim piloților o vedere înainte? Au găsit o cale de ieșire - „nasul plecat”. Fuzelajul cu secțiune circulară avea un con de nas din cabina de pilotaj care se deviază în jos la un unghi de 12 grade în timpul decolării și 17 grade în timpul aterizării.

Un avion supersonic decolează pe cer.

Primul avion supersonic iese pe cer în ultima zi a anului 1968. Mașina a fost condusă de pilotul de testare E. Yelyan. Ca avion de pasageri, a fost primul din lume care a depășit viteza sunetului la începutul lunii iunie 1969, aflându-se la o altitudine de 11 kilometri. Aeronava supersonică a luat a doua viteză a sunetului (2M) la mijlocul anului 1970, aflându-se la o altitudine de 16,3 kilometri. Aeronava supersonică a încorporat multe inovații tehnice și de design. Aici aș dori să notez o astfel de decizie precum coada orizontală din față. La utilizarea PGO, manevrabilitatea zborului a fost îmbunătățită și viteza a fost stinsă în timpul apropierii de aterizare. Aeronava supersonică internă putea fi operată de pe două duzini de aeroporturi, în timp ce Concorde franco-englez, având o viteză mare de aterizare, putea ateriza doar pe un aeroport certificat. Designerii Biroului de Design Tupolev au făcut o treabă extraordinară. Luați, de exemplu, testele pe teren ale aripii. Au avut loc într-un laborator zburător - MiG-21I, special convertit pentru testarea designului și echipamentului aripii viitoarei aeronave supersonice.

Dezvoltare și modificare.

Lucrările privind dezvoltarea designului de bază „044” au mers în două direcții: crearea unui nou motor turborreactor economic, fără ardere, de tip RD-36-51 și o îmbunătățire semnificativă a aerodinamicii și proiectării unei aeronave supersonice. Rezultatul a fost îndeplinirea cerințelor pentru intervalul de zbor supersonic. Decizia comisiei Consiliului de Miniștri al URSS cu privire la varianta unei aeronave supersonice cu RD-36-51 a fost adoptată în 1969. Totodată, la propunerea MAP - MGA, se ia decizia, până la crearea RD-36-51 și instalarea acestora pe o aeronavă supersonică, de a construi șase avioane supersonice cu NK-144A cu consum specific redus de combustibil. . Proiectarea aeronavelor supersonice în serie cu NK-144A trebuia să fie modernizată în mod semnificativ, pentru a efectua modificări semnificative ale aerodinamicii, primind Kmax mai mult de 8 în modul de croazieră supersonică.serie pe RD-36-51.

Construcția unui avion supersonic modernizat.

Construcția Tu-144 („004”) modernizată de pre-producție a început la „Experiența” MMZ în 1968. Conform datelor calculate cu motoarele NK-144 (Cp = 2,01), intervalul supersonic estimat ar fi trebuit să fie 3275 km, iar cu NK-144A ( Ср=1,91) să depășească 3500 km Pentru a îmbunătăți caracteristicile aerodinamice în modul de croazieră M=2,2, forma aripii a fost schimbată în plan (partea măturată de-a lungul muchiei de atac a fost redusă la 76°, iar baza a fost mărită la 57°), forma aripii a devenit mai apropiată de „gotic”. În comparație cu „044”, aria aripii a crescut, a fost introdusă o răsucire conică mai intensă a vârfurilor aripilor. Cu toate acestea, cea mai importantă inovație în aerodinamica aripii a fost schimbarea în partea de mijloc a aripii, care a asigurat autoechilibrarea în modul de croazieră cu pierderi minime calitate, ținând cont de optimizarea pentru deformațiile de zbor ale aripii în acest mod. Lungimea fuzelajului a fost mărită pentru a găzdui 150 de pasageri, forma arcului a fost îmbunătățită, ceea ce a avut și un efect pozitiv asupra aerodinamicii.

Spre deosebire de „044”, fiecare pereche de motoare din nacelele duble cu prize de aer a fost depărtată, eliberând partea inferioară a fuzelajului de ele, descarcând-o de la temperaturi crescute și încărcături de vibrații, schimbând în același timp suprafața inferioară a aripii în locul zonei de compresie a curgerii calculate, crescând decalajul dintre suprafața inferioară a aripii și suprafața superioară a prizei de aer - toate acestea au făcut posibilă utilizarea mai intensă a efectului de preîncărcare a debitului la intrarea la prizele de aer la Kmax decât a fost posibil să obțineți pe „044”. Noul aspect al nacelelor motorului a necesitat modificări ale șasiului: trenul principal de aterizare a fost plasat sub nacelele motorului, cu curățarea lor în interior între canalele de aer ale motoarelor, au trecut la un boghiu cu opt roți și schema de curățare. s-a schimbat și trenul de aterizare din față. O diferență importantă între „004” și „044” a fost introducerea unei aripi de destabilizare retractabilă cu mai multe secțiuni față în zbor, care a fost extinsă de la fuzelaj în modurile de decolare și aterizare și a făcut posibilă asigurarea echilibrării necesare cu eloni deviați. -clape. Îmbunătățirile în proiectare, o creștere a sarcinii utile și a alimentării cu combustibil au condus la o creștere a greutății la decolare, care a depășit 190 de tone (pentru „044” - 150 de tone).

Pre-producție Tu-144.

Construcția aeronavei supersonice de pre-producție nr. 01-1 (coadă numărul 77101) a fost finalizată la începutul anului 1971, la 1 iunie 1971 a efectuat primul zbor. Conform programului de testare din fabrică, mașina a efectuat 231 de zboruri, cu o durată de 338 de ore, dintre care 55 de ore au zburat supersonic. Pe această mașină au fost rezolvate probleme complexe ale interacțiunii centralei electrice în diferite moduri de zbor. Pe 20 septembrie 1972, mașina a efectuat un zbor de-a lungul rutei Moscova-Tașkent, în timp ce ruta a fost finalizată în 1 oră și 50 de minute, viteza de croazieră în timpul zborului a atins 2500 km/h. Mașina de pre-producție a devenit baza pentru desfășurarea producției de masă la Voronezh fabrica de avioane(VAZ), căruia, prin decizie a guvernului, i s-a încredințat dezvoltarea unei serii de avioane supersonice.

Primul zbor al seriei Tu-144.

Primul zbor al unei aeronave supersonice în serie nr. 01-2 (numărul de coadă 77102) cu motoare NK-144A a avut loc pe 20 martie 1972. În serie, conform rezultatelor testelor mașinii de pre-producție, aerodinamica aripii a fost corectată și aria sa a fost ușor crescută din nou. Greutatea la decolare în serie a ajuns la 195 de tone. Consumul specific de combustibil al NK-144A până la momentul testării operaționale a mașinilor în serie a fost intenționat să fie crescut la 1,65-1,67 kg/kgf oră prin optimizarea duzei motorului, iar ulterior până la 1,57 kg/kgf oră, în timp ce intervalul de zbor ar trebui să crească la 3855-4250 km, respectiv 4550 km. Până în 1977, în timpul testării și perfecționării seriilor Tu-144 și NK-144A, am fost de fapt capabili să atingem Cp = 1,81 kg / kgf oră în modul de tracțiune supersonică de croazieră de 5000 kgf, Cp = 1,65 kg / kgf oră în modul de tracțiune postcombustie la decolare 20.000 kgf, Ср=0,92 kg/kgf oră în modul de tracțiune subsonică de croazieră de 3000 kgf și în modul maxim de postcombustie în modul transonic a primit 11800 kgf. Fragment de avion supersonic.

Prima etapă a testării.

Într-o perioadă scurtă de timp, în strictă concordanță cu programul, au fost efectuate 395 de zboruri cu o durată totală de zbor de 739 de ore, inclusiv mai mult de 430 de ore în moduri supersonice.

A doua etapă a testării.

În a doua etapă a testării operaționale, în conformitate cu ordinul comun al miniștrilor industriei aviatice și aviatie Civila din 13 septembrie 1977 Nr. 149-223 s-a realizat o conexiune mai activă a instalaţiilor şi serviciilor aviaţiei civile. S-a format o nouă comisie de testare, condusă de ministrul adjunct al aviației civile B.D. Stare brută. Prin decizia comisiei, apoi confirmată printr-un ordin comun din 30 septembrie - 5 octombrie 1977, au fost desemnate echipaje pentru a efectua teste operaționale:
Primul echipaj: piloții B.F. Kuznetsov (Administrația Transporturilor din Moscova a Aviației Civile), S.T. Agapov (ZhLIiDB), navigator S.P. Khramov (MTU GA), inginerii de zbor Yu.N. Avaev (MTU GA), Yu.T. Seliverstov (ZhLIiDB), inginer principal S.P. Avakimov (ZhLIiDB).
Al doilea echipaj: piloții V.P. Voronin (MGU GA), I.K. Vedernikov (ZhLIiDB), navigator A.A. Senyuk (MTU GA), ingineri de zbor E.A. Trebuntsov (MTU GA) și V.V. Solomatin (ZhLIiDB), inginer principal V.V. Isaev (GosNIIGA).
Al treilea echipaj: piloții M.S. Kuznetsov (GosNIIGA), G.V. Voronchenko (ZhLIiDB), navigatorul V.V. Vyazigin (GosNIIGA), ingineri de zbor M.P. Isaev (MTU GA), V.V. Solomatin (ZhLIiDB), inginer principal V.N. Poklad (ZhLIiDB).
Al patrulea echipaj: piloții N.I. Yurskov (GosNIIGA), V.A. Sevankaev (ZhLIiDB), navigatorul Yu.A. Vasiliev (GosNIIGA), inginer de zbor V.L. Venediktov (GosNIIGA), inginer principal I.S. Mayboroda (GosNIIGA).

Înainte de începerea testelor, s-a depus multă muncă pentru a revizui toate materialele primite pentru a le folosi „pentru compensarea” îndeplinirii cerințelor specifice. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, unii experți în aviația civilă au insistat asupra implementării „Programului de teste operaționale ale unei aeronave supersonice”, dezvoltat la GosNIIGA în 1975, sub conducerea inginerului principal A.M. Teteryukov. Acest program a necesitat, de fapt, repetarea zborurilor efectuate anterior în valoare de 750 de zboruri (1200 de ore de zbor) pe rutele MGA.
Volumul total al zborurilor operaționale și al testelor pentru ambele etape se va ridica la 445 de zboruri cu 835 de ore de zbor, dintre care 475 de ore sunt în moduri supersonice. Pe ruta Moscova-Alma-Ata au fost efectuate 128 de zboruri pereche.

Etapa finală.

Etapa finală a testării nu a fost obositoare din punct de vedere tehnic. Munca ritmică în program a fost asigurată fără eșecuri grave și defecte majore. Personalul de inginerie și tehnică „s-a distrat” evaluând echipamentele casnice, pregătindu-se pentru transportul de pasageri. Însoțitorii de bord implicați în teste și specialiștii relevanți ai Institutului de Cercetare de Stat al Aviației Civile au început să efectueze instruiri la sol pentru a elabora tehnologia de deservire a pasagerilor în zbor. Asa numitul. „glume” și două zboruri tehnice cu pasageri. „Tombola” a avut loc la 16 octombrie 1977, cu o simulare completă a înregistrării biletului, înregistrării bagajelor, îmbarcarea pasagerilor, zborul de durată reală, debarcarea pasagerilor, înregistrarea bagajelor la aeroportul de destinație. Dintre „pasageri” (cei mai buni angajați ai Biroului de Proiectare, ZhLIiDB, GosNIIGA și alte organizații) nu a existat un sfârșit. Dieta în „zbor” a fost cel mai inalt nivel Așa cum a fost aprobat din meniul de primă clasă, toată lumea s-a bucurat foarte mult. „Remiza” a făcut posibilă clarificarea multor elemente și detalii importante ale serviciului de pasageri. Pe 20 și 21 octombrie 1977 au fost efectuate două zboruri tehnice pe ruta Moscova-Alma-Ata cu pasageri. Primii pasageri au fost angajați ai multor organizații care au fost direct implicați în crearea și testarea unei aeronave supersonice. Astăzi este chiar greu de imaginat atmosfera de la bord: a existat un sentiment de bucurie și mândrie, mare speranță de dezvoltare pe fundalul unui serviciu de primă clasă, cu care oamenii tehnici nu sunt absolut obișnuiți. În primele zboruri, toți șefii instituțiilor și organizațiilor de conducere au fost la bord.

Drumul pentru trafic de pasageri este deschis.

Zborurile tehnice au trecut fără observații serioase și au arătat pregătirea deplină a aeronavei supersonice și a tuturor serviciilor terestre pentru transport regulat. La 25 octombrie 1977, ministrul aviației civile al URSS B.P. Bugaev și ministrul industriei aviatice al URSS V.A. Kazakov a aprobat documentul principal: „Acționați cu privire la rezultatele testelor operaționale ale unei aeronave supersonice cu motoare NK-144” cu o concluzie și concluzii pozitive.
Pe baza tabelelor prezentate privind conformitatea Tu-144 cu cerințele Standardelor de navigabilitate interimare pentru Tu-144 civile ale URSS, întreaga cantitate de dovezi prezentate, inclusiv actele privind testele de stat și operaționale, la 29 octombrie 1977, președintele Registrului Aviației de Stat al URSS I.K. Mulkidzhanov a aprobat concluzia și a semnat primul certificat de navigabilitate al URSS de tip nr. 03-144 pentru o aeronavă supersonică cu motoare NK-144A.
drum pentru trafic de pasageri era deschis.

Drumul pentru trafic de pasageri era deschis.
Aeronava supersonică putea ateriza și decola pe 18 aeroporturi din URSS, în timp ce Concorde, a cărui viteză de decolare și aterizare era cu 15% mai mare, necesita un certificat de aterizare separat pentru fiecare aeroport.

A doua copie în serie a aeronavei supersonice.

În iunie 1973, în Franța a avut loc cel de-al 30-lea Salon Internațional de Avioane de la Paris. Interesul provocat de linia sovietică Tu-144, primul avion supersonic din lume, a fost enorm. Pe 2 iunie, mii de vizitatori ai spectacolului aerian din suburbia pariziană Le Bourget au urmărit ieșirea către pistă de decolare a doua copie în serie a aeronavei supersonice. Bubuitul a patru motoare, o decolare puternică - și acum mașina este în aer. Nasul ascuțit al căptușelii se îndreptă și îndreptă spre cer. Supersonicul Tu, pilotat de căpitanul Kozlov, a făcut primul zbor demonstrativ deasupra Parisului: după ce a câștigat înălțimea necesară, mașina a trecut dincolo de orizont, apoi s-a întors și a făcut un cerc deasupra aerodromului. Zborul s-a desfășurat în regim normal, nu au fost observate probleme tehnice.
A doua zi, echipajul sovietic a decis să arate tot ceea ce era capabil noul.

Dezastru în timpul unei demonstrații.

Dimineața însorită de 3 iunie nu părea să prezinte probleme. La început, totul a mers conform planului, - publicul, ridicând capul, a aplaudat la unison. Aeronava supersonică care arată " clasa de top, coborât. În acel moment, un luptător francez Mirage a apărut în aer (după cum s-a dovedit mai târziu, el filma un spectacol aerian). O coliziune părea inevitabilă. Pentru a nu se izbi de aerodrom și de spectatori, comandantul echipajului a decis să urce mai sus și a tras volanul spre el. Cu toate acestea, înălțimea era deja pierdută, s-au creat sarcini mari asupra structurii; ca urmare, aripa dreaptă a crăpat și a căzut. Acolo a început un incendiu, iar câteva secunde mai târziu, o aeronavă supersonică aprinsă s-a repezit la sol. O aterizare groaznică a avut loc pe una dintre străzile din suburbia pariziană Goosenville. Mașina uriașă, distrugând totul în cale, s-a prăbușit la pământ și a explodat. Întregul echipaj - șase persoane - și opt francezi la sol au fost uciși. Goosenville a avut și el de suferit - mai multe clădiri au fost distruse. Ce a dus la tragedie? Potrivit majorității experților, cauza dezastrului a fost o încercare a echipajului unei aeronave supersonice de a evita o coliziune cu Mirage. La aterizare, Tu a intrat într-o trezire de luptătorul francez Mirage.

Fotografia prezintă semnătura primului cosmonaut care a aterizat pe Lună Neil Armstrong, cosmonaut-pilot Georgy Timofeevich Beregovoy și toți membrii echipajului morți. Aeronava supersonică nr. 77102 s-a prăbușit în timpul unui zbor demonstrativ la salonul aerian de la Le Bourget. Toți cei 6 membri ai echipajului (Onorat pilot de testare erou al Uniunii Sovietice M.V. Kozlov, pilot de testare V.M. Molchanov, navigatorul G.N. Bazhenov, proiectant șef adjunct, general-maior inginer V.N. Benderov, inginer principal B.A. Pervukhin și inginer de zbor A.I. Dralin) au murit.

Potrivit angajaților A.N.Tupolev Design Bureau, cauza dezastrului a fost conectarea unui sistem de control analogic slab reglat, ceea ce a dus la o suprasarcină distructivă.
Potrivit piloților, în aproape fiecare zbor au apărut situații de urgență. Pe 23 mai 1978, a avut loc al doilea prabus al unui avion supersonic. O versiune experimentală îmbunătățită a căptușelii, Tu-144D (nr. 77111), după un incendiu de combustibil în zona nacelei motorului celei de-a 3-a centrale electrice din cauza distrugerii conductei de combustibil, fum în carlingă și oprirea a două motoare de către echipaj, comisă aterizare forțată pe un câmp lângă satul Ilyinsky Pogost, nu departe de orașul Egoryevsk.
După aterizare, comandantul echipajului V.D. Popov, copilotul E.V. Elyan și navigatorul V.V.Vyazigin au părăsit linia prin fereastra cabinei. Inginerii V. M. Kulesh, V. A. Isaev, V. N. Stolpovsky, care se aflau în cabină, au părăsit căptușeala prin ușa de la intrare. Inginerii de zbor O. A. Nikolaev și V. L. Venediktov au fost prinși la locul de muncă de structurile deformate în timpul aterizării și au murit. (Conul nasului deviat a atins mai întâi pământul, a lucrat ca un cuțit de buldozer, câștigând teren și s-a întors sub burtă, intrând în fuzelaj.) La 1 iunie 1978, Aeroflot a oprit definitiv zborurile supersonice de pasageri.

Îmbunătățirea aeronavelor supersonice.

Lucrările de îmbunătățire a aeronavei supersonice au continuat încă câțiva ani. Cinci eliberați aeronave de producție; încă cinci erau în construcție. A fost dezvoltată o nouă modificare - Tu-144D (rază lungă). Totuși, alegerea unui nou motor (mai economic), RD-36-51, a necesitat o reproiectare semnificativă a aeronavei, în special a centralei electrice. Lacune serioase de proiectare în această zonă au dus la o întârziere a lansării noii căptușeală. Abia în noiembrie 1974, seria Tu-144D (număr de coadă 77105) a decolat, iar la nouă (!) ani de la primul zbor, la 1 noiembrie 1977, aeronava supersonică a primit un certificat de navigabilitate. În aceeași zi, au fost deschise zborurile de pasageri. În timpul scurtei lor operațiuni, navele au transportat 3194 de pasageri. Pe 31 mai 1978, zborurile au fost oprite: un incendiu a izbucnit pe unul dintre Tu-144D-urile în serie, iar linia s-a prăbușit, prăbușindu-se în timpul unei aterizări de urgență.
Catastrofele de la Paris și Egorievsk au dus la faptul că interesul statului pentru proiect a scăzut. Din 1977 până în 1978, au fost identificate 600 de probleme. Drept urmare, deja în anii 80, s-a decis eliminarea aeronavei supersonice, explicând acest lucru prin „efecte negative asupra sănătății oamenilor la trecerea barierei sunetului”. Cu toate acestea, patru dintre cele cinci Tu-144D care erau în producție au fost totuși finalizate. Mai târziu, au avut sediul la Jukovski și au plecat în aer ca laboratoare zburătoare. În total, au fost construite 16 avioane supersonice (inclusiv modificări cu rază lungă de acțiune), care au făcut un total de 2556 de ieșiri. Până la mijlocul anilor '90, zece dintre ei supraviețuiseră: patru în muzee (Monino, Kazan, Kuibyshev, Ulyanovsk); unul a rămas la uzina din Voronezh, unde a fost construită; un altul a fost în Jukovsky împreună cu patru Tu-144D.

Ulterior, Tu-144D a fost folosit doar pentru transportul de mărfuri între Moscova și Khabarovsk. În total, aeronava supersonică a efectuat 102 zboruri sub pavilionul Aeroflot, dintre care 55 au fost zboruri de pasageri (au fost transportați 3.194 de pasageri).
Mai târziu, avioanele supersonice au făcut doar zboruri de probă și câteva zboruri cu scopul de a stabili recorduri mondiale.
Pe motoarele Tu-144LL, NK-32 au fost instalate din cauza lipsei de funcționare a NK-144 sau RD-36-51, similare cu cele utilizate pe Tu-160, diverși senzori și echipamente de control și înregistrare de testare.
Au fost construite în total 16 nave Tu-144, care au efectuat un total de 2.556 de ieşiri şi au zburat 4.110 ore (dintre acestea, 77144 au zburat cel mai mult, 432 de ore). Construcția a încă patru nave nu a fost niciodată finalizată.

M = 1,2-5).

YouTube enciclopedic

• 1 / 5

  În zilele noastre apar avioane noi, inclusiv cele realizate folosind tehnologia Stealth de reducere a vizibilității.

  Aeronavă supersonică de pasageri

  Sunt cunoscute doar două avioane supersonice de pasageri produse în serie care au efectuat zboruri regulate: aeronava sovietică Tu-144, care a făcut primul zbor la 31 decembrie 1968 și a fost în funcțiune din 1978 până în 1978 și a efectuat două luni mai târziu - pe 2 martie, 1969 - primul său zbor francezul "Concorde" (fr. Concorde - "consimțământul"), care a efectuat zboruri transatlantice din 2003 până în 2003. Funcționarea lor a făcut posibilă nu numai reducerea semnificativă a timpului de zbor la zborurile pe distanțe lungi, ci și utilizarea spațiului aerian descărcat la altitudini mari (≈18 km), în timp ce principalul spațiu aerian utilizat de navele de linie (înălțimi de 9-12 km) a fost deja în acei ani încărcat. De asemenea, avioanele supersonice au zburat de-a lungul rutelor îndreptate (în afara căilor aeriene).

  În ciuda eșecului mai multor proiecte anterioare și existente de aeronave supersonice și transonice de pasageri (Boeing 2707, Boeing Sonic Cruiser, Douglas 2229, Lockheed L-2000, Tu-244, Tu-344, Tu-444, SSBJ etc.) și retragerea din exploatare a aeronavelor celor două proiecte implementate, au fost dezvoltate anterior și există proiecte moderne de avioane de pasageri hipersonice (inclusiv suborbitale) (de exemplu, ZEHST, SpaceLiner) și aeronave de răspuns rapid de transport militar (aterizare). Avionul de afaceri de pasageri Aerion AS2 în curs de dezvoltare a primit o comandă fermă pentru 20 de unități în noiembrie 2015, pentru un cost total de 2,4 miliarde de dolari, livrările începând din 2023.

  Probleme teoretice

  Zborul la viteză supersonică, spre deosebire de viteza subsonică, se desfășoară în condiții de aerodinamică diferită, deoarece atunci când aeronava atinge viteza sunetului, aerodinamica fluxului în jur se modifică calitativ, din cauza căreia rezistența aerodinamică crește brusc, iar încălzirea cinetică. a structurii de la frecarea aerului de intrare crește și el. de mare viteză fluxul de aer, focalizarea aerodinamică este deplasată, ceea ce duce la o pierdere a stabilității și controlabilității aeronavei. În plus, a apărut un astfel de fenomen, necunoscut înainte de crearea primei aeronave supersonice, ca „wave drag”.

  Prin urmare, atingerea vitezei sunetului și a zborului stabil efectiv la viteze apropiate și supersonice au fost imposibile din cauza unei simple creșteri a puterii motorului - erau necesare noi soluții de proiectare. Ca urmare, aspectul aeronavei s-a schimbat: au apărut linii drepte caracteristice și colțuri ascuțite, în contrast cu formele „netede” ale aeronavelor subsonice.

  De menționat că problema creării unei aeronave supersonice eficiente nu poate fi considerată rezolvată până acum. Creatorii trebuie să facă compromisuri între cerința de a crește viteza și de a menține caracteristici acceptabile de decolare și aterizare. Astfel, realizarea de noi frontiere de către aviație în ceea ce privește viteza și altitudinea este asociată nu numai cu utilizarea unui sistem de propulsie mai avansat sau fundamental nou și cu o nouă dispunere structurală a aeronavelor, ci și cu modificări ale geometriei acestora în zbor. Astfel de modificări, în timp ce îmbunătățesc caracteristicile aeronavei la viteze mari, nu ar trebui să le înrăutățească calitățile la viteze mici și invers. Recent, creatorii refuză să reducă aria aripii și grosimea relativă a profilurilor lor, precum și să mărească unghiul de măturare al aripii pentru aeronave cu geometrie variabilă, revenind la aripile de măturare mică și grosime relativă mare. , dacă au fost deja atinse valori satisfăcătoare ale vitezei maxime și plafonului practic. În acest caz, se consideră important ca aeronavele supersonice să aibă performanțe bune la viteze mici și rezistență redusă la viteze mari, în special la altitudini mici.

  Una dintre cele mai importante sarcini ale tuturor specialiștilor din industria aviației și transporturilor este crearea supersonicului aeronave de pasageri. Analiza aeronavelor supersonice de pasageri deja existente a făcut posibilă dezvoltarea fundamentală de noi, rentabile și care respectă standardele de mediu. Luați în considerare o serie de invenții care vizează crearea de avioane supersonice universale de pasageri care ar putea fi utilizate la altitudini de zbor în afara coridoarelor aeriene moderne, la viteze supersonice.

  Aeronava supersonică, proiectată de Korabef Johann și Prampolini Marko, a îmbunătățit performanța aeronavelor Concorde și Tupolev TU-144. În special, reducerea nivelului de zgomot care însoțește depășirea barierei fonice.

  Prezenta invenţie cuprinde un fuzelaj (Figura 1) care este format dintr-o secţiune din faţă sau un nas CN, o secţiune din mijloc sau cabină P şi o secţiune din spate. Fuzelajul aeronavei are o secțiune constantă, care, pornind de la secțiunea cabinei de pasageri, se extinde treptat și se îngustează în direcția din spate a aeronavei.

  

  Figura 1. Vedere în secțiune longitudinală a unui avion de mare viteză

  În interiorul secțiunii din spate a fuzelajului se află unul sau mai multe rezervoare cu oxigen lichid R01 și un rezervor cu hidrogen sub formă lichidă sau nămol Rv, destinate să alimenteze motorul rachetei.

  Aeronava are o aripă gotică triunghiulară, așa cum se arată în (fig. 2), a cărei rădăcină își are originea la nivelul de unde începe extinderea fuzelajului înainte. Aripa deltă este echipată cu două clapete pe fiecare parte a fuzelajului.

  

  Figura 2. Vedere în perspectivă a unui avion de mare viteză

  Cu ajutorul unei piese cilindrice, la fiecare capăt exterior al muchiei de fugă a aripii deltei este fixată o mică aripă a1,a2. În (Fig. 3) această invenţie este ilustrată.

  

  Figura 3. Aripă mică în perspectivă

  Aripa mică mobilă este formată din două elemente în formă de trapez, care sunt situate pe ambele părți ale părții cilindrice. Partea cilindrică, a cărei axă este paralelă cu axa fuselajului, poate fi rotită în jurul axei sale pentru a instala o aripă mică, în funcție de viteza aeronavei. Poziția aripilor mici este orizontală la viteze sub 1 Max și verticală la viteze peste 1 Max. Schimbarea pozițiilor aripii mici este necesară pentru a rezolva problema combinării aplicării centrului de greutate și a centrului de tracțiune la orice viteză a aeronavei.

  Aeronava este echipată cu un sistem de motor (Figura 1). Acest sistem conține două motoare turborreactor TB1(TB2), două motoare ramjet ST1(ST2) și motorul rachetă Mf.

  Două motoare turborreactor TB1(TB2) sunt situate în zona de tranziție dintre cabina pasagerilor P și secțiunea fuzelajului din spate. Motoarele turboreactor sunt proiectate pentru faza de rulare a aeronavei și faza de decolare. Cu puțin timp înainte de a intra în regiunea de zbor transonic, motoarele turboreactor sunt oprite și retractate în interiorul fuzelajului. De îndată ce începe faza de aterizare a aeronavei și viteza aeronavei scade sub 1 Max, motoarele turboreactor sunt extinse și aprinse. Această soluție face posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii și greutății motoarelor cu turboreacție în comparație cu motoarele cu turboreacție convenționale.

  În timpul fazei de decolare, aeronava este propulsată nu numai de motoarele cu turboreacție TB1(TB2), ci și de motorul rachetă. Motorul rachetă poate fi (Fig. 4) fie un singur motor cu tracțiune variabilă, fie o combinație a motorului principal Mp cu mai multe motoare auxiliare Ma1,Ma2 cu tracțiune separată.

  

  Figura 4. Vedere din spate a motorului rachetă

  Motorul rachetă, situat în partea din spate a fuzelajului, are capacitatea de a se deschide și închide în fuzelaj folosind trapa din spate P a aeronavei, așa cum se arată în (Fig. 5).

  

  Figura 5. Vedere din spate a unui avion de mare viteză

  În timpul fazei de decolare, trapa este complet deschisă, dar de îndată ce aeronava este pornită altitudine inalta, motorul rachetei este oprit, iar trapa este închisă, ceea ce conferă o formă simplificată fuzelajului. Începe faza de zbor la viteza de croazieră.

  Faza de zbor la viteza de croaziera are loc cu pornirea motoarelor ramjet ST1 (ST2) si oprirea motorului racheta Mf. Două motoare ramjet sunt plasate simetric în jurul axei longitudinale a aeronavei și sunt proiectate pentru a crea viteza de croazieră. Motoarele Scramjet au o geometrie fixă, care le reduce masa și le simplifică proiectarea. Forța motoarelor ramjet este modulată în timpul zborului prin modificarea debitului de hidrogen.

  Aeronava conform prezentei invenţii poate transporta aproximativ douăzeci de pasageri. Altitudinea de zbor a aeronavei este de la 30.000 m până la 35.000 m și poate atinge viteze de la Mach 4 la Mach 4,5.

  De interes deosebit este o aeronavă supersonică de pasageri, care se propune să fie realizată în conformitate cu configurația aerodinamică „rață”. În conformitate cu soluția tehnică revendicată, aeronava conține un fuselaj, așa cum se arată în (Fig. 6), care este conectat la aripa 1 cu ajutorul unui aflux 2. În partea centrală a fuzelajului este plasat habitaclu. În secțiune transversală, nasul și părțile centrale ale fuzelajului sunt rotunjite. Există o adâncitură în secțiunea de coadă a fuzelajului.

  

  Figura 6. Vedere generală a aeronavei

  Aeronava este echipată cu motoare plasate în nacela motorului 3, care sunt combinate într-un „pachet” cu două prize de aer 4. Acest „pachet” este instalat de sus, în spatele adâncirii fuselajului din spate, ceea ce permite reducerea rezistenței navei, îmbunătățirea echilibrării în cazul defecțiunii unui motor.

  Adâncirea fuzelajului din spate are ca scop reducerea denivelărilor debitului supersonic furnizat prizelor de aer. Această soluție tehnică este limitată la prima platformă 6 și o pereche de a doua platformă 7, așa cum se arată în (Fig. 7).

  

  Figura 7. Vedere de sus a fuzelajului din spate

  Prima platformă 6, realizată plată, formează o tăietură oblică a fuzelajului. Locația poate fi orientată pe direcția de alimentare cu aer la admisia de aer a vasului la un unghi ascuțit, a cărui valoare se află în intervalul de la 2 la 10 grade. Cu pielea fuselajului, prima platformă este conectată într-un unghi fără o tranziție lină, ceea ce asigură prezența unei margini ascuțite 9 la joncțiunea platformei cu pielea, care formează un flux vortex de-a lungul marginilor ascuțite ale îmbinării. Fluxul supersonic vortex asigură îndepărtarea stratului limită în creștere, format ca urmare a deplasării fluxului peste pad-uri, din zonele periferice ale pad-urilor și curgerea acestuia departe de fuzelaj.

  Cea de-a doua platformă 7, realizată plată, este plasată între prizele de aer 4 și prima platformă 6. Acestea sunt amplasate în unghi una față de cealaltă, ceea ce este indicat să alegeți mai mult de 150 de grade. Pentru a preveni o creștere a rezistenței aerodinamice, unghiul dintre direcția de alimentare cu aer la priza de aer și marginea de conectare a celei de-a doua platforme 10 nu trebuie să depășească 20 de grade.

  Prezența celui de-al doilea site vă permite să eliminați stratul limită din zonele apropiate de planul de simetrie al aeronavei, datorită formării unui vortex intens. Se formează un flux intens de vortex în zona de plasare a aripioarelor dintre cele de-a doua platforme. Îndepărtarea stratului limită din zonele apropiate de planul de simetrie al aeronavei face posibilă reducerea grosimii stratului limită înainte de intrarea în prizele de aer.

  De remarcat faptul că îndepărtarea stratului limită imediat înainte de tăierea prizei de aer este asigurată prin extinderea celor de-a doua platforme dincolo de această tăietură. (Fig. 8) ilustrează această soluție.

  

  Figura 8. Vedere a uneia dintre cele de-a doua zone plane în locul extinderii acesteia dincolo de secțiunea de admisie a aerului

  Diferența dintre brevetul lui Valeriy Nikolayevich Sirotin și ceilalți este că acesta propune o aeronavă supersonică de pasageri cu aripi inversate, care are module de salvare de urgență (prezentate în Fig. 9).

  Aeronava, conform brevetului, conține un fuselaj 1, în prova căruia se află cabina de pilotaj 11. În partea din mijloc sunt amplasate modulele de salvare în caz de urgență 2, care formează conturul exterior al fuzelajului, datorită izolației termice. ziduri. Aeronava supersonică include, de asemenea, aripi stânga și dreapta 3, care sunt rotative în raport cu axa fuselajului. Centrala electrică conform invenției include patru motoare turborreactor 9.

  

  Figura 9. Vedere a aeronavei de sus înainte de a întoarce aripile dreapta și stânga către mânerele de fixare a fuzelajului

  Este de remarcat faptul că aeronava are stabilizatori verticali 6 și orizontali 7. Coada orizontală față 8, cu ajutorul motoarelor speciale, este instalată cu posibilitatea de rotație în jurul axei de-a lungul orizontalei fuselajului.

  Atât aripa dreaptă, cât și cea stângă 3 sunt atașate cu posibilitatea de rotație în jurul axei orizontale a fuzelajului.Pentru a fixa pozițiile aripilor drepte și stângi la viteză supersonică, există mânere de prindere în partea inferioară a fuzelajului. Sunt prevăzute motoare speciale pentru rotirea aripilor. Cantitatea de rotație a aripilor este de 53 de grade față de axa orizontală a fuzelajului. Această valoare oferă o deplasare a zonei în care începe blocarea fluxului de la capetele aripilor la rădăcină.

  (Fig. 10) arată cum, în timpul decolării, motoarele mecanismelor 15 rotesc aripile dreapta și stânga la un unghi de 53 de grade în direcția față de fuzelaj, iar ansamblul coadă orizontală din față se rotește la un unghi de 85 de grade. Această configurație aerodinamică măturată înainte permite aeronavei să decoleze.

  

  Figura 10. Vedere de sus a schemei mecanismului de rotire a aripii

  La atingerea unei viteze subsonice mari, motoarele mecanismelor rotesc aripile spre interior spre axa fuselajului, unde sunt fixate cu mânere de prindere. Există o viraj și coada orizontală din față. Datorită acestor acțiuni, aeronava își schimbă configurația aerodinamică (Fig. 11), ceea ce îi permite să dezvolte viteza supersonică.

  

  Figura 11. Vedere a aeronavei de sus după întoarcerea aripilor dreapta și stânga către mânerele de susținere ale fuselajului

  În caz de urgență, nava este prevăzută cu module de salvare (Fig. 12). Fiecare modul este echipat cu unități de ejecție 21, care sunt activate la comanda piloților, o parașută 22, un tren de aterizare 23 și un sistem autonom de alimentare cu energie.

  

  Figura 12. Coborârea modulului locuibil

  Autorii brevetului nr. 2391254 ne oferă o navă supersonică, care este realizată după schema aerodinamică „fără coadă cu GO”. Conform brevetului, așa cum se arată în (Fig. 13), aeronava conține un fuselaj 1, a cărui parte frontală include cabina de pilotaj și compartimentul pentru pasageri 8. O atenție deosebită trebuie acordată faptului că nasul fuselajului este turtit. 7. În plan vertical, se realizează cu raza de 0, 1 ... 5 mm, iar în orizontală 300 ... 1500 mm.

  

  Figura 13. Vedere generală a aeronavei

  Boom-ul sonic minim se realizează prin faptul că forma secțiunii transversale, care este apropiată de o formă circulară, are o creștere a razei fuselajului frontal.

  Conform acestui brevet, pentru a asigura o eficiență ridicată a controlului longitudinal, pentru a crea un moment favorabil de tanare la viteze supersonice, partea inferioară a cozii a fuzelajului trece fără probleme într-o suprafață plană în direcția transversală. Secțiunea inferioară a cozii a fuzelajului se termină cu liftul.

  Pentru a asigura perturbări minime de curgere și rezistență la val, autorii propun să se realizeze un unghi mare de măturare de ordinul 78 ... 84 pe secțiunea rădăcină a aripii măturate la joncțiunea aripii și fuselajului 14. Iar profilul marginii anterioare 9 ar trebui realizat cu o rază de curbură de 5 ... 40 mm, pentru a crește volumul aripii și valoarea unghiului maxim admisibil de atac.

  O atenție deosebită trebuie acordată prizelor de aer ale motorului 4, care sunt situate pe părțile laterale ale fuzelajului deasupra suprafeței superioare a rădăcinii aripii, ceea ce reduce efectul lor negativ asupra mărimii boom-ului sonic. Deoarece curgerea încetinește în fața prizelor de aer, stratul limită este îndepărtat prin secțiuni perforate 16 (prezentate în (Fig. 14)), care sunt realizate pe planurile din fața prizelor de aer și în ele însele.

  

  Figura 14. Schema de preîncărcare a aripii (fuselajului) în fața prizelor de aer și schema de ocolire a stratului limită

  Descărcarea acestui strat limită are loc pe suprafața superioară a fuselajului și a aripii, prin conducta de scurgere 17. Dar pentru a furniza cantitatea necesară de aer în diferite moduri, prizele de aer supersonice conțin un mecanism de ocolire controlată a aerului 18 din stratul limită. canal de scurgere în canalul de conductă de aer 19 de la prizele de aer la motor.

  Implementat pe timp dat aeronavele supersonice dintr-un motiv sau altul au fost retrase din utilizare. Invențiile prezentate în acest articol au ca scop crearea de aeronave supersonice care au performanțe ridicate de zbor și performanțe de mediu.

  Principalele sarcini tehnice pentru crearea unor astfel de dispozitive sunt:

  Reducerea rezistenței aerodinamice a navei;

  Reducerea nivelului de zgomot care însoțește spargerea barierei fonice;

  Reducerea emisiilor de substanțe nocive în atmosferă, care se realizează prin reducerea consumului de combustibil prin îmbunătățirea performanței prizelor de aer.

  Cele mai multe avioane supersonice patentate au o altitudine mai mare decât cea a unui avion de linie convențional. Acest avantaj permite utilizarea aeronavei în aproape toate condițiile meteorologice, deoarece zborul se efectuează la altitudini unde nu există fenomene meteorologice care să afecteze pilotarea normală.

  Bibliografie:

  1. Babulin A.A., Vlasov S.A., Subbotin V.V., Titov V.N., Tyurin S.V. Pat. Nr. 2517629 (RF). IPC B 64 D 33/02, B 64 D 27/20, B 64 C 30/00. Avioane.
  2. Bakhtin E.Yu., Zhitenev V.K., Kazhan A.V., Kazhan V.G., Mironov A.K., Polyakov A.V., Remeev N.Kh. Pat. Nr. 2391254 (RF). IPC B 64 D 33/02, B 64 D 27/16, B 64 C 3/10, B 64 C 1/38, B 64 C30. Aeronavă supersonică (opțiuni).
  3. Korabef Johann, Prampolini Marco, brevet nr. 2547962 (RF). IPC B 64 C 30/00, B 64 D 27/020, B 64 C 5/10, B 64 C 5/08. Aeronave de mare viteză și metoda corespunzătoare de mișcare a aerului
  4. Sirotin V.N. Pat. Nr. 2349506 (RF). IPC B 64 C 3/40, B 64 C30. Aeronavă supersonică de pasageri cu aripi inversate și module de salvare.

  Acum exact 15 ani, ultimele trei supersonice aeronave de pasageri Compania aeriană britanică Concorde căile aeriene britanice a făcut un zbor de rămas bun. În acea zi, 24 octombrie 2003, aceste aeronave, zburând la joasă altitudine deasupra Londrei, au aterizat la Heathrow și, astfel, au încheiat scurta istorie a aviației supersonice de pasageri. Cu toate acestea, astăzi designerii de avioane din întreaga lume se gândesc din nou la posibilitatea unor zboruri rapide - de la Paris la New York în 3,5 ore, de la Sydney la Los Angeles - în 6 ore, de la Londra la Tokyo - în 5 ore. Dar înainte ca aeronavele supersonice să revină pe rutele internaționale de pasageri, dezvoltatorii vor trebui să rezolve multe probleme, printre care una dintre cele mai importante este reducerea zgomotului rapid. aeronave.

  O scurtă istorie a zborurilor rapide

  Aviația de pasageri a început să prindă contur în anii 1910, când a apărut primul avion special conceput pentru a transporta oameni prin aer. Prima dintre acestea a fost limuzina franceză Bleriot XXIV de la Bleriot Aeronautique. A fost folosit pentru plimbări cu aer de plăcere. Doi ani mai târziu, în Rusia a apărut S-21 Grand, creat pe baza bombardierului greu rusesc Knight Igor Sikorsky. A fost construit la Fabrica de trăsuri ruso-baltice. Apoi, aviația a început să se dezvolte treptat: mai întâi au început zborurile între orașe, apoi între țări și apoi între continente. Avioanele au făcut posibilă ajungerea la destinație mai rapid decât cu trenul sau vaporul.

  În anii 1950, progresul în dezvoltarea motoarelor cu reacție s-a accelerat semnificativ, iar zborurile cu viteză supersonică au devenit disponibile pentru aeronavele militare, deși pentru o perioadă scurtă de timp. Viteza supersonică este de obicei numită mișcare de până la cinci ori mai mare decât viteza sunetului, care variază în funcție de mediul de propagare și de temperatura acestuia. La presiunea atmosferică normală la nivelul mării, sunetul circulă cu o viteză de 331 de metri pe secundă sau 1.191 de kilometri pe oră. Pe măsură ce altitudinea crește, densitatea și temperatura aerului scade, iar viteza sunetului scade și ea. De exemplu, la o altitudine de 20 de mii de metri, este deja aproximativ 295 de metri pe secundă. Dar deja la o altitudine de aproximativ 25 de mii de metri și pe măsură ce se ridică la peste 50 de mii de metri, temperatura atmosferei începe să crească treptat în comparație cu straturile inferioare și, odată cu aceasta, viteza locală a sunetului crește.

  Creșterea temperaturii la aceste altitudini se explică, printre altele, prin concentrația mare de ozon din aer, care formează un scut de ozon și absoarbe o parte din energia solară. Drept urmare, viteza sunetului la o altitudine de 30.000 de metri deasupra mării este de aproximativ 318 metri pe secundă, iar la o altitudine de 50.000 - aproape 330 de metri pe secundă. În aviație, numărul Mach este utilizat pe scară largă pentru a măsura viteza aerului. În termeni simpli, exprimă viteza locală a sunetului pentru o anumită altitudine, densitatea aerului și temperatură. Astfel, o viteză convențională de zbor egală cu două numere Mach la nivelul mării va fi de 2383 de kilometri pe oră, iar la o altitudine de 10 mii de metri - 2157 de kilometri pe oră. Pentru prima dată, bariera sunetului cu o viteză de 1,04 Mach (1066 de kilometri pe oră) la o altitudine de 12,2 mii de metri a fost depășită de pilotul american Chuck Yeager în 1947. Acesta a fost un pas important spre dezvoltarea zborurilor supersonice.

  În anii 1950, designerii de aeronave din mai multe țări din lume au început să lucreze la proiecte pentru avioane supersonice de pasageri. Drept urmare, în anii 1970, au apărut Concorde-ul francez și Tu-144 sovietic. Acestea au fost primele și până acum singurele aeronave supersonice de pasageri din lume. Ambele tipuri de aeronave au folosit motoare turborreactor convenționale optimizate pentru zboruri supersonice pe termen lung. Tu-144 au fost operate până în 1977. Avioanele zburau cu o viteză de 2,3 mii de kilometri pe oră și puteau transporta până la 140 de pasageri. Cu toate acestea, biletele pentru zborurile lor costă în medie de 2,5-3 ori mai mult decât de obicei. Cererea scăzută pentru zboruri rapide, dar costisitoare, precum și dificultățile generale în operarea și întreținerea Tu-144, au dus la faptul că acestea au fost pur și simplu eliminate din zborurile de pasageri. Cu toate acestea, aeronavele au fost folosite de ceva timp în zboruri de testare, inclusiv sub contract cu NASA.

  Concorde a servit mult mai mult - până în 2003. Zborurile pe navele franceze erau, de asemenea, scumpe și nu foarte populare, dar Franța și Marea Britanie au continuat să le opereze. Costul unui bilet pentru un astfel de zbor a fost, din punct de vedere al prețurilor de astăzi, de aproximativ 20 de mii de dolari. Concordeul francez a zburat cu o viteză de puțin peste două mii de kilometri pe oră. Avionul ar putea acoperi distanța de la Paris la New York în 3,5 ore. În funcție de configurație, Concorde putea transporta de la 92 la 120 de persoane.

  Istoria Concorde s-a încheiat pe neașteptate și rapid. În 2000, a avut loc prăbușirea avionului Concorde în care au murit 113 persoane. Un an mai târziu în transportul aerian de pasageri a început criza provocată de atacurile teroriste din 11 septembrie 2001 (două avioane cu pasageri deturnați de teroriști s-au prăbușit în turnurile Lumii centru comercialîn New York, un altul, o treime a lovit Pentagonul din comitatul Arlington, iar un al patrulea a căzut într-un câmp de lângă Shanksville, Pennsylvania). Apoi perioada de garanție pentru aeronavele Concorde, care a fost efectuată de Airbus. Toți acești factori împreună au făcut ca exploatarea aeronavelor supersonice de pasageri să fie extrem de neprofitabilă, iar în vara și toamna anului 2003 companii aeriene Air Franța și British Airways au dezafectat pe rând toate Concorde-urile.

  
  

  După închiderea programului Concorde în 2003, mai existau speranțe pentru revenirea în funcțiune a aviației supersonice de pasageri. Designerii au sperat în noi motoare eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil, calcule aerodinamice și sisteme de proiectare asistate de computer care ar putea face zborul supersonic accesibil din punct de vedere economic. Dar în 2006 și 2008, Organizația Aviației Civile Internaționale a adoptat noi standarde de zgomot a aeronavelor care, printre altele, au interzis toate zborurile supersonice peste pământ populat în timp de pace. Această interdicție nu se aplică coridoarelor aeriene special alocate aviației militare. Lucrările la proiectele de noi avioane supersonice au încetinit, dar astăzi au început să capete din nou avânt.
  

  Supersonic liniștit

  Astăzi, mai multe întreprinderi și organizații guvernamentale din lume dezvoltă avioane supersonice de pasageri. Astfel de proiecte, în special, sunt realizate de companiile rusești Sukhoi și Tupolev, Institutul Central Aerohidrodinamic numit după Jukovski, francezul Dassault, Agenția Japoneză de Cercetare Aerospațială, concernul european Airbus, americanul Lockheed Martin și Boeing, precum și ca mai multe startup-uri, inclusiv tehnologiile Aerion și Boom. În general, designerii sunt împărțiți condiționat în două tabere. Reprezentanții primului dintre ei cred că nu va fi posibilă dezvoltarea unei aeronave supersonice „liniștite” corespunzătoare în termeni de zgomot avioanelor subsonice în viitorul apropiat, ceea ce înseamnă că este necesar să se construiască o aeronavă rapidă de pasageri care să treacă la supersonic acolo unde este permis. O astfel de abordare, cred designerii din prima tabără, tot va reduce timpul de zbor de la un punct la altul.

  Designerii din a doua tabără s-au concentrat în principal pe lupta împotriva undelor de șoc. În zbor cu viteză supersonică, corpul aeronavei generează multe unde de șoc, dintre care cele mai semnificative apar în nas și în zona cozii. În plus, undele de șoc apar, de obicei, pe marginile de sus și de mers ale aripii, pe marginile de avans ale cozii, în zonele de turbionare ale fluxului și pe marginile prizelor de aer. O undă de șoc este o regiune în care presiunea, densitatea și temperatura mediului se confruntă cu un salt brusc și puternic. Observatorii de la sol percep astfel de valuri ca o bubuitură puternică sau chiar o explozie - din acest motiv sunt interzise zborurile supersonice deasupra părții populate a pământului.

  Efectul unei explozii sau al unui pop foarte puternic este produs de undele de șoc ale așa-numitului N-tip, care se formează în timpul exploziei unei bombe sau pe corpul unui avion de luptă supersonic. Pe graficul creșterii presiunii și a densității, astfel de valuri seamănă cu litera N a alfabetului latin datorită creșterii puternice a presiunii la frontul de undă, cu o scădere bruscă a presiunii după aceasta și normalizarea ulterioară. În experimente de laborator, cercetătorii de la Agenția Japoneză de Explorare Aerospațială au descoperit că schimbarea formei unui planor poate netezi vârfurile într-un grafic al undelor de șoc, transformându-l într-o undă de tip S. O astfel de undă are o cădere lină de presiune, care nu este la fel de semnificativă ca cea a undei N. Experții NASA cred că undele S vor fi percepute de observatori ca trântirea îndepărtată a ușii unei mașini.

  
  

  Undă N (roșu) înainte de optimizarea aerodinamică a unei celule supersonice și similitudinea undei S după optimizare

  În 2015, designerii japonezi au asamblat planorul fără pilot D-SEND 2, a cărui formă aerodinamică a fost concepută pentru a reduce numărul și intensitatea undelor de șoc generate pe acesta. În iulie 2015, dezvoltatorii au testat corpul aeronavei la poligonul de rachete Esrange din Suedia și au observat o reducere semnificativă a numărului de unde de șoc generate pe suprafața noii aeronave. În timpul testului, D-SEND 2, care nu este echipat cu motoare, a fost scăpat din balon cu aer cald de la o înălțime de 30,5 mii de metri. În timpul căderii, planorul, lung de 7,9 metri, a luat o viteză de Mach 1,39 și a zburat pe lângă baloane prinse echipate cu microfoane situate la diferite înălțimi. În același timp, cercetătorii au măsurat nu numai intensitatea și numărul undelor de șoc, ci au analizat și influența stării atmosferei asupra apariției lor timpurii.

  Potrivit agenției nipone, boom-ul sonic de la aeronave comparabile ca dimensiuni cu aeronavele supersonice de pasageri Concorde și realizate conform schemei D-SEND 2, atunci când zboară la viteze supersonice, va fi la jumătate mai intens ca înainte. Japonezul D-SEND 2 se deosebește de planoarele aeronavelor moderne convenționale prin aranjamentul non-aximetric al arcului. Chila dispozitivului este deplasată spre prova, iar unitatea de coadă orizontală se rotește complet și are un unghi de instalare negativ în raport cu axa longitudinală a corpului aeronavei, adică vârfurile aripioarelor sunt sub punctul de atașare și nu mai sus, ca de obicei. Aripa corpului aeronavei are o înclinare normală, dar este făcută în trepte: se împerechează lin cu fuzelaj, iar o parte din marginea sa anterioară este situată într-un unghi ascuțit față de fuzelaj, dar mai aproape de marginea de fuziune, acest unghi crește brusc.

  Conform unei scheme similare, startup-ul american supersonic Aerion este în prezent creat și este dezvoltat de Lockheed Martin la ordinul NASA. Cu accent pe reducerea numărului și intensității undelor de șoc, se proiectează și aeronavă rusească (Avioane Supersonice de Afaceri/Avioane Supersonice de Pasageri). Unele dintre proiectele de avioane rapide de pasageri sunt programate să fie finalizate în prima jumătate a anilor 2020, dar reglementările aviației încă nu vor fi revizuite până atunci. Aceasta înseamnă că noua aeronavă va efectua inițial zboruri supersonice doar pe apă. Cert este că, pentru a elimina restricția privind zborurile supersonice deasupra părții populate a terenului, dezvoltatorii vor trebui să efectueze multe teste și să își prezinte rezultatele autorităților aviatice, inclusiv Administrației Federale a Aviației din SUA și Agenției Europene pentru Siguranța Aviației.

  
  

  S-512/Spike Aerospace

  Motoare noi

  Un alt obstacol serios în calea creării unei aeronave supersonice de pasageri produse în masă sunt motoarele. Designerii de astăzi au găsit multe modalități de a face motoarele cu turboreacție mai economice decât erau acum zece sau douăzeci de ani. Aceasta include utilizarea cutiilor de viteze care îndepărtează cuplajul rigid al ventilatorului și turbinei din motor și utilizarea materialelor compozite ceramice pentru a optimiza echilibrul temperaturii în zona fierbinte a centralei electrice și chiar introducerea unei treimi suplimentare. - circuit de aer pe lângă cele două deja existente, intern și extern. În domeniul creării de motoare subsonice economice, designerii au obținut deja rezultate uimitoare, iar noile dezvoltări în curs promit economii semnificative. Puteți citi mai multe despre cercetarea avansată în materialul nostru.

  Dar, în ciuda tuturor acestor evoluții, este încă dificil să numim zborul supersonic economic. De exemplu, promițătoarea aeronavă supersonică de pasageri a startup-ului Boom Technologies va primi trei motoare turboventilatoare din familia JT8D de la Pratt & Whitney sau J79 de la GE Aviation. În zborul de croazieră, consumul specific de combustibil al acestor motoare este de aproximativ 740 de grame pe kilogram-forță pe oră. În același timp, motorul J79 poate fi echipat cu un post-ardere, care crește consumul de combustibil cu până la două kilograme pe kilogram-forță pe oră. O astfel de cheltuială este comparabilă cu consumul de combustibil al motoarelor, de exemplu, al avionului de luptă Su-27, ale cărui sarcini diferă semnificativ de transportul de pasageri.

  Pentru comparație, consumul specific de combustibil al singurelor motoare turbopropfan D-27 în serie din lume instalate pe transportorul ucrainean An-70 este de numai 140 de grame pe kilogram-forță pe oră. Motorul american CFM56, „clasicul” navelor Boeing și Airbus, are un consum specific de combustibil de 545 de grame pe kilogram-forță pe oră. Aceasta înseamnă că fără o reproiectare majoră a motoarelor de avioane cu reacție, zborurile supersonice nu vor deveni suficient de ieftine pentru a fi adoptate pe scară largă și vor fi solicitate doar în aviația de afaceri - consumul mare de combustibil duce la prețuri mai mari ale biletelor. Nici în volume nu va fi posibil să se reducă costul ridicat al transportului aerian supersonic - aeronavele proiectate astăzi sunt concepute pentru a transporta de la 8 la 45 de pasageri. Avioanele obișnuite pot găzdui mai mult de o sută de persoane.

  Cu toate acestea, la începutul lunii octombrie a acestui an, GE Aviation a proiectat un nou motor cu reacție cu turboventilator Affinity. Aceste centrale electrice sunt planificate să fie montate pe o aeronavă supersonică promițătoare de pasageri AS2 de la Aerion. Noua centrală electrică combină structural caracteristicile motoarelor cu reacție cu un raport de bypass scăzut pentru avioanele de luptă și centralele electrice cu un raport de bypass ridicat pentru aeronavele de pasageri. În același timp, nu există tehnologii noi și inovatoare în Affinity. Noul motor GE Aviation este clasificat ca motor de ocolire medie.

  Baza motorului este un generator de gaz cu turbofan CFM56 modificat, care, la rândul său, se bazează structural pe generatorul de gaz de la F101, centrala electrică pentru bombardierele supersonice B-1B Lancer. Centrala electrică va primi un sistem de management al motorului electronic-digital modernizat cu responsabilitate deplină. Dezvoltatorii nu au dezvăluit niciun detaliu despre designul motorului promițător. Cu toate acestea, GE Aviation se așteaptă ca consumul specific de combustibil al motoarelor Affinity să nu fie cu mult mai mare sau chiar comparabil cu consumul de combustibil al motoarelor moderne cu turboventilator în aeronavele subsonice convenționale de pasageri. Cum se poate realiza acest lucru pentru zborul supersonic nu este clar.

  
  

  Tehnologii Boom / Boom

  Proiecte

  În ciuda numeroaselor proiecte de avioane supersonice de pasageri din lume (inclusiv chiar și proiectul nerealist de transformare a bombardierului strategic Tu-160 într-o linie supersonică de pasageri, propus de președintele rus Vladimir Putin), AS2 al startup-ului american Aerion, S-512 , poate fi considerat cel mai apropiat de testarea în zbor și producția la scară mică.Spaniol Spike Aerospace și American Boom Technologies Boom. Este planificat ca primul să zboare la Mach 1,5, al doilea la Mach 1,6 și al treilea la Mach 2,2. Aeronava X-59, creată de Lockheed Martin la ordinul NASA, va fi un demonstrator de tehnologie și un laborator zburător; nu este planificată lansarea lui într-o serie.

  Boom Technologies a spus deja că va încerca să facă zboruri supersonice foarte ieftine. De exemplu, costul unui zbor de la New York la Londra a fost estimat la Boom Technologies la cinci mii de dolari. Cât costă astăzi un zbor pe această rută în clasa business a unui avion de linie subsonic obișnuit. Linia Boom va zbura cu viteze subsonice peste terenuri populate și va deveni supersonică peste ocean. Aeronava, cu o lungime de 52 de metri și o anvergură a aripilor de 18 metri, poate transporta până la 45 de pasageri. Până la sfârșitul anului 2018, Boom Technologies intenționează să selecteze unul dintre câteva proiecte noi de avioane pentru implementare în metal. Primul zbor al aeronavei este programat pentru 2025. Compania a amânat aceste termene limită; Boom a fost programat inițial să iasă în aer în 2023.

  Conform calculelor preliminare, lungimea aeronavei AS2, proiectată pentru 8-12 pasageri, va fi de 51,8 metri, iar anvergura aripilor va fi de 18,6 metri. Greutatea maximă la decolare a aeronavei supersonice va fi de 54,8 tone. AS2 va zbura deasupra apei cu o viteză de croazieră de Mach 1,4-1,6, decelerând până la Mach 1,2 pe uscat. O viteză de zbor puțin mai mică pe uscat, cuplată cu o formă aerodinamică specială a corpului aeronavei, va evita, așa cum se așteaptă dezvoltatorii, aproape complet formarea undelor de șoc. Raza de zbor a aeronavei la o viteză de Mach 1,4 va fi de 7,8 mii de kilometri și 10 mii de kilometri la o viteză de Mach 0,95. Primul zbor al aeronavei este planificat pentru vara anului 2023, iar pentru octombrie a aceluiași an - primul zbor transatlantic. Dezvoltatorii săi vor coincide cu împlinirea a 20 de ani de la ultimul zbor al lui Concorde.

  În cele din urmă, Spike Aerospace intenționează să înceapă testarea în zbor a prototipului S-512 complet până în 2021. Livrările primelor aeronave de producție către clienți sunt programate pentru 2023. Potrivit proiectului, S-512 va putea transporta până la 22 de pasageri la viteze de până la Mach 1,6. Raza de zbor a acestei aeronave va fi de 11,5 mii de kilometri. Din octombrie anul trecut, Spike Aerospace are mai multe modele mai mici de avioane supersonice. Scopul lor este de a testa soluții de proiectare și eficacitatea comenzilor de zbor. Toate cele trei aeronave promițătoare de pasageri sunt create cu accent pe o formă aerodinamică specială care va reduce intensitatea undelor de șoc generate în timpul zborului supersonic.

  În 2017, au existat patru miliarde de trafic aerian de pasageri la nivel mondial, dintre care 650 de milioane au fost zboruri lungi lungime de la 3,7 la 13 mii de kilometri. 72 de milioane de pasageri „pe distanțe lungi” au zburat în clasa întâi și în clasa business. Pe acești 72 de milioane de oameni îi vizează primii dezvoltatorii de avioane supersonice de pasageri, crezând că vor plăti cu plăcere ceva mai mulți bani pentru oportunitatea de a petrece aproximativ jumătate din timp în aer decât de obicei. Cu toate acestea, supersonic aviația de pasageri, cel mai probabil, va începe să se dezvolte activ după 2025. Cert este că zborurile de cercetare ale laboratorului X-59 vor începe abia în 2021 și vor dura câțiva ani.

  Rezultatele cercetării obținute în timpul zborurilor X-59, inclusiv peste aşezări- voluntari (rezidenții lor au fost de acord ca aeronave supersonice să survoleze peste ei în zilele lucrătoare; după zboruri, observatorii vor spune cercetătorilor despre percepția lor asupra zgomotului), este planificat să fie înaintat Administrației Federale a Aviației din SUA. Așa cum era de așteptat, pe baza acestora, poate revizui interdicția zborurilor supersonice deasupra părții populate a pământului, dar acest lucru nu se va întâmpla până în 2025.

  
  

  Vasily Sychev