Överljudsflygplan är flygplan som kan flyga i hastigheter som överstiger ljudets hastighet (Machtal M = 1,2-5).

Berättelse

Tillkomsten av jetjager på 1940-talet utmanade designers att ytterligare öka sin hastighet. Den ökade hastigheten förbättrade prestandan för både bombplan och jaktplan.

Pionjären i överljudseran var den amerikanske testpiloten Chuck Yeager. Den 14 oktober 1947, när han flög ett experimentellt Bell X-1-flygplan med ett XLR-11-raketkraftverk, överskred han ljudets hastighet under kontrollerad flygning.

Utveckling

Den snabba utvecklingen av överljudsflyget började på 60-70-talet. XX-talet. Då löstes problemen med aerodynamisk effektivitet, styrbarhet och stabilitet hos flygplan. Den höga flyghastigheten gjorde det också möjligt att öka servicetaket med mer än 20 000 m, vilket var en behaglig höjd för bombplan och spaningsflygplan.

Innan tillkomsten av luftvärnsmissiler och komplex som kunde träffa mål på höga höjder, var huvudprincipen för bombningsoperationer att hålla bombplan på maxhöjd och hastighet. Sedan byggdes de och sattes i massproduktion överljudsflygplan för olika ändamål - spaningsbombplan, interceptor, jaktplan, interceptor bombplan. Convair F-102 Delta Dagger var det första överljudsspaningsflygplanet, och Convair B-58 Hustler var det första överljudsbombplanet med lång räckvidd.

För närvarande utförs design, utveckling och produktion av nya flygplan, av vilka en del tillverkas med en speciell teknik som minskar deras radar och visuella signatur - "Stealth".

Överljudsflygplan för passagerare

I luftfartens historia skapades endast 2 passageraröverljudsflygplan som genomfördes reguljära flygningar. Första flygningen sovjetiskt plan Tu-144 ägde rum den 31 december 1968, dess driftperiod var 1975-1978. Det anglo-franska Concorde-flygplanet gjorde sin första flygning den 2 mars 1969 och opererades transatlantiskt 1976-2003.

Användningen av sådana flygplan gjorde det möjligt att inte bara minska flygtiden över långa avstånd, utan också att använda lediga flyglinjer på höga höjder (ca 18 km) vid en tidpunkt då höjderna på 9-12 km, vilket flygplanen begagnade, var tungt belastade. Dessutom opererade överljudsflygplan rutter utanför luften (på direkta rutter).

Trots misslyckandet med flera transoniska och överljudsflygplansprojekt (SSBJ, Tu-444, Tu-344, Tu-244, Lockheed L-2000, Boeing Sonic Cruiser, Boeing 2707) och avvecklingen av två avslutade projekt, utvecklingen av modern hypersonisk flygplansprojekt fortsätter (till exempel SpaceLiner, ZEHST) och landning (militär transport) snabbinsatsflygplan. Aerion AS2 supersonic affärsjet har lanserats i produktion.

Teoretiska frågeställningar

Jämfört med subsonisk flygning utförs flygning med överljudshastighet enligt en annan lag, för när flygplanet når ljudhastigheten uppstår förändringar i flödesmönstret, som ett resultat ökar den kinetiska uppvärmningen av enheten, det aerodynamiska motståndet ökar , och en förändring i det aerodynamiska fokuset observeras. Allt detta leder till en försämring av flygplanets styrbarhet och stabilitet. Ett hittills okänt fenomen med vågmotstånd uppträdde också.

Därför kräver effektiv flygning när ljudhastigheten uppnås inte bara en ökning av motoreffekten, utan också införandet av nya designlösningar.

Därför fick sådana flygplan en förändring i sitt utseende - skarpa hörn och karakteristiska raka linjer dök upp jämfört med den "släta" formen av subsoniska flygplan.

Hittills har uppgiften att skapa ett verkligt effektivt överljudsflygplan inte lösts. Skaparna måste hitta en kompromiss mellan att bibehålla normala start- och landningsegenskaper och kravet att öka hastigheten.

Därför är erövringen av nya höjder och hastigheter av modern luftfart inte bara förknippad med införandet av nya framdrivningssystem och layoutscheman, utan också med förändringar i flyggeometrin. Dessa förändringar bör förbättra flygplanets prestanda när de flyger kl höga hastigheter utan att kompromissa med deras prestanda vid låga hastigheter, och vice versa. Designers har nyligen övergett att minska vingarnas yta och tjockleken på deras profiler, öka svepvinkeln, återgå till vingar med stor relativ tjocklek och lågt svep, om de har lyckats uppnå kraven på det praktiska taket och hastigheten.

Det är viktigt att ett överljudsflygplan har bra flygprestanda vid låga hastigheter och är motståndskraftigt mot drag i höga hastigheter, särskilt på ythöjder.

Flygplansklassificering:

A

B

I

G

D

OCH

TILL

L

HANDLA OM

P

R

Den 31 december 1968 gjorde världens första överljudspassagerarflygplan, Tu-144, en testflygning. Tre år senare, sommaren 1971, gjorde han ett otroligt intryck på arrangörerna och gästerna av den internationella luftfartsutställningen i Paris. För att demonstrera förmågan hos den "sovjetiska fågeln" skickade utvecklarna planet från Moskva klockan 9 och samtidigt, klockan 9, landade det i Bulgariens huvudstad.

Design av överljudsflygplanet Tu - 144.

Tu-144 är ett sovjetiskt överljudsflygplan utvecklat av Tupolev Design Bureau på 1960-talet. Tillsammans med Concorde är det ett av endast två överljudsflygplan som någonsin använts av flygbolag för kommersiella resor.
På 60-talet diskuterades aktivt projekt för att skapa ett passageraröverljudsflygplan med en maximal hastighet på 2500-3000 km/h och en flygräckvidd på minst 6-8 tusen km i flygkretsar i USA, Storbritannien, Frankrike och USA. USSR. I november 1962 undertecknade Frankrike och Storbritannien ett avtal om gemensam utveckling och konstruktion av Concorde (Concord).

Skapare av ett överljudsflygplan.

I Sovjetunionen var designbyrån för akademiker Andrei Tupolev involverad i skapandet av ett överljudsflygplan. Vid ett preliminärt möte med designbyrån i januari 1963 uttalade Tupolev:
"När du reflekterar över framtiden för flygtransporter av människor från en kontinent till en annan kommer du till en tydlig slutsats: överljudsflygplan behövs utan tvekan, och jag tvivlar inte på att de kommer att användas ..."
Akademikerns son, Alexey Tupolev, utsågs till projektledaren för projektet. Mer än tusen specialister från andra organisationer arbetade nära hans designbyrå. Skapandet föregicks av ett omfattande teoretiskt och experimentellt arbete, som innefattade många tester i vindtunnlar och naturliga förhållanden under analoga flygningar.

Concorde och Tu-144.

Utvecklarna var tvungna att racka ihop sina hjärnor för att hitta den optimala designen för maskinen. Hastigheten på det designade flygplanet är fundamentalt viktigt - 2500 eller 3000 km/h. Amerikanerna, efter att ha fått veta att Concorde är designad för 2500 km/h, meddelade att de bara sex månader senare skulle släppa sin passagerare Boeing 2707, gjord av stål och titan. Endast dessa material kunde motstå uppvärmningen av strukturen när de kom i kontakt med luftflödet vid hastigheter på 3000 km/h och över utan destruktiva konsekvenser. Men solida stål- och titanstrukturer måste fortfarande genomgå seriösa tekniska och operativa tester. Detta kommer att ta mycket tid, och Tupolev bestämmer sig för att bygga ett överljudsflygplan av duraluminium, designat för en hastighet på 2500 km/h. Det amerikanska Boeing-projektet stängdes därefter helt.
I juni 1965 visades modellen på den årliga flygmässan i Paris. Concorde och Tu-144 visade sig vara slående lika varandra. Sovjetiska designers sa - inget förvånande: den allmänna formen bestäms av aerodynamikens lagar och kraven för en viss typ av maskin.

Supersonisk flygplansvingform.

Men hur ska vingformen vara? Vi slog oss ner på en tunn deltavinge med framkanten formad som bokstaven "8". Den svanslösa designen - oundviklig med en sådan design av det bärande planet - gjorde det överljudsflygplan stabilt och väl kontrollerbart i alla flyglägen. Fyra motorer var placerade under flygkroppen, närmare axeln. Bränslet placeras i kapslade vingtankar. Trimtankarna, placerade i den bakre flygkroppen och vingsvällningarna, är utformade för att ändra tyngdpunktens position under övergången från subsoniska till överljudsflyghastigheter. Näsan gjordes skarp och slät. Men hur kan piloter se framåt i det här fallet? De hittade en lösning - den "böjande näsan." Flygkroppen hade ett cirkulärt tvärsnitt och hade en cockpitnoskon som lutade nedåt i en vinkel på 12 grader under start och 17 grader under landning.

Ett överljudsplan tar sig till himlen.

Det första överljudsflygplanet tog till himlen den sista dagen av 1968. Bilen flögs av testpiloten E. Elyan. Som passagerarflygplan var det det första i världen att övervinna ljudets hastighet i början av juni 1969, på 11 kilometers höjd. Det överljudsflygplan nådde den andra ljudhastigheten (2M) i mitten av 1970, på en höjd av 16,3 kilometer. Det överljudsflygplan innehåller många design- och tekniska innovationer. Här skulle jag vilja notera en sådan lösning som den främre horisontella svansen. Vid användning av PGO förbättrades flygmanövrerbarheten och hastigheten minskade under landning. De inhemska överljudsflygplanen kunde manövreras från två dussin flygplatser, medan den fransk-engelska Concorde, med hög landningshastighet, endast kunde landa på en certifierad flygplats. Formgivarna av Tupolev Design Bureau gjorde ett kolossalt jobb. Ta till exempel fullskaletester av en vinge. De ägde rum på ett flygande laboratorium - MiG-21I, modifierad specifikt för att testa designen och utrustningen av vingen på det framtida överljudsflygplanet.

Utveckling och modifiering.

Arbetet med utvecklingen av den grundläggande designen av "044" gick i två riktningar: skapandet av en ny ekonomisk efterbrännande turbojetmotor av typen RD-36-51 och en betydande förbättring av aerodynamiken och designen av supersoniska flygplan. Resultatet av detta var att uppfylla kraven på överljudsflygräckvidd. Beslutet från Sovjetunionens ministerråds kommission om versionen av överljudsflygplanet med RD-36-51 fattades 1969. Samtidigt, på förslag av MAP - MGA, fattas ett beslut, innan skapandet av RD-36-51 och deras installation på ett överljudsflygplan, om konstruktion av sex överljudsflygplan med NK-144A med minskad specifik bränsleförbrukning. Utformningen av seriella överljudsflygplan med NK-144A var tänkt att moderniseras avsevärt, betydande förändringar i aerodynamiken skulle göras, och erhålla en Kmax på mer än 8 i supersonisk cruising-läge. Denna modernisering var tänkt att säkerställa uppfyllandet av kraven för den första etappen när det gäller räckvidd (4000-4500 km), och i framtiden var det planerat att övergå till serie på RD-36-51.

Konstruktion av ett moderniserat överljudsflygplan.

Konstruktionen av den förproduktionsmoderniserade Tu-144 ("004") började vid MMZ "Experience" 1968. Enligt beräknade data med NK-144-motorer (Cp = 2,01) skulle den uppskattade överljudsräckvidden vara 3275 km, och med NK-144A (Genomsnitt = 1,91) överstiga 3500 km. För att förbättra de aerodynamiska egenskaperna i kryssningsläge M = 2.2, ändrades vingplanformen (svepet av den flytande delen längs framkanten reducerades till 76°, och basen ökades till 57°), formen på vingen blev närmare den "gotiska". Jämfört med "044" ökade vingytan, en mer intensiv konisk vridning av vingens änddelar infördes Den viktigaste innovationen i vingens aerodynamik var dock förändringen i mitten av vingen, vilket säkerställde självbalansering i cruising-läge med minimala förluster kvalitet, med hänsyn till optimering för flygdeformationer av vingen i detta läge. Längden på flygkroppen utökades för att rymma 150 passagerare, och formen på nosen förbättrades, vilket också hade en positiv effekt på aerodynamiken.

Till skillnad från "044" flyttades varje par motorer i parade motorgondoler med luftintag isär, vilket befriade den nedre delen av flygkroppen från dem, lossade den från ökade temperatur- och vibrationsbelastningar, samtidigt som den nedre ytan på vingen ändrades på plats av det beräknade området för flödeskompression, vilket ökar gapet mellan den nedre ytvingen och den övre ytan av luftintaget - allt detta gjorde det möjligt att mer intensivt använda effekten av att komprimera flödet vid ingången till luftintagen på Kmax än vad som var möjligt att uppnå på "044". Den nya layouten av motorgondolerna krävde förändringar av chassit: huvudlandningsstället placerades under motorgondolerna, med dem indragna inuti mellan motorernas luftkanaler, de bytte till en åttahjulig vagn och schemat för indragning näslandningsstället ändrades också. En viktig skillnad mellan "004" och "044" var introduktionen av en främre flersektions destabilisatorvinge, infällbar under flygning, som sträckte sig från flygkroppen under start- och landningslägen, och gjorde det möjligt att säkerställa den nödvändiga balanseringen när höjderna- klaffarna avböjdes. Designförbättringar, en ökning av nyttolasten och bränslereserverna ledde till en ökning av startvikten, som översteg 190 ton (för "044" - 150 ton).

Förproduktion Tu-144.

Konstruktionen av pre-produktion överljudsflygplan nr 01-1 (svans nr 77101) slutfördes i början av 1971 och gjorde sin första flygning den 1 juni 1971. Enligt fabrikens testprogram genomförde fordonet 231 flygningar, som varade i 338 timmar, varav 55 timmar flög i överljudshastighet. På denna maskin utarbetades komplexa frågor om samverkan mellan kraftverket i olika flyglägen. Den 20 september 1972 flög bilen längs motorvägen Moskva-Tashkent, medan rutten täcktes på 1 timme och 50 minuter, marschhastigheten under flygningen nådde 2500 km/h. Förproduktionsfordonet blev grunden för utbyggnaden av massproduktion i Voronezh flygplansfabrik(VAZ), som genom regeringsbeslut fick förtroendet att utveckla ett överljudsflygplan i en serie.

Första flygningen av produktionen Tu-144.

Den första flygningen av seriella överljudsflygplan nr 01-2 (svans nr 77102) med NK-144A-motorer ägde rum den 20 mars 1972. I serien, baserat på resultaten från tester av förproduktionsfordonet, justerades vingens aerodynamik och dess yta ökades återigen något. Startvikten i serien nådde 195 ton. Vid tidpunkten för drifttestning av produktionsfordon var den specifika bränsleförbrukningen för NK-144A avsedd att ökas till 1,65-1,67 kg/kgf/timme genom att optimera motormunstycket, och därefter till 1,57 kg/kgf/timme, medan räckvidden bör ökas till 3855-4250 km respektive 4550 km. I verkligheten kunde de uppnå 1977, under testning och utveckling av Tu-144- och NK-144A-serien, medel = 1,81 kg/kgf timme i cruising supersonic thrust mode 5000 kgf, medel = 1,65 kg/kgf timme vid start efterbrännare dragkraftsläge 20000 kgf, Av = 0,92 kg/kgf timme i cruising subsonic mode av dragkraft 3000 kgf och i det maximala efterbränningsläget i transonic mode fick vi 11800 kgf. Ett fragment av ett överljudsflygplan.

Första steget av testning.

På kort tid, i strikt enlighet med programmet, genomfördes 395 flygningar med en total flygtid på 739 timmar, inklusive mer än 430 timmar i överljudslägen.

Andra steget av testning.

Vid det andra steget av operativ testning, i enlighet med den gemensamma ordern från ministrarna för flygindustrin och civil luftfart daterad 13 september 1977 nr 149-223 fanns en mer aktiv koppling av civila luftfartsanläggningar och tjänster. En ny testkommission bildades, ledd av viceminister för civil luftfart B.D. Oförskämd. Genom beslut av kommissionen, sedan bekräftat av en gemensam order daterad 30 september - 5 oktober 1977, utsågs besättningar för att utföra operativa tester:
Första besättningen: piloterna B.F. Kuznetsov (Moscow State Transport Administration), S.T. Agapov (ZhLIiDB), navigatör S.P. Khramov (MTU GA), flygingenjörer Yu.N. Avaev (MTU GA), Yu.T. Seliverstov (ZhLIiDB), ledande ingenjör S.P. Avakimov (ZhLIiDB).
Andra besättningen: piloter V.P. Voronin (MSU GA), I.K. Vedernikov (ZhLIiDB), navigatör A.A. Senyuk (MTU GA), flygingenjörer E.A. Trebuntsov (MTU GA) och V.V. Solomatin (ZhLIiDB), ledande ingenjör V.V. Isaev (GosNIIGA).
Tredje besättningen: piloterna M.S. Kuznetsov (GosNIIGA), G.V. Voronchenko (ZhLIiDB), navigatör V.V. Vyazigin (GosNIIGA), flygingenjörer M.P. Isaev (MTU GA), V.V. Solomatin (ZhLIiDB), ledande ingenjör V.N. Poklad (ZhLIiDB).
Fjärde besättningen: piloterna N.I. Yurskov (GosNIIGA), V.A. Sevankaev (ZhLIiDB), navigatör Yu.A. Vasiliev (GosNIIGA), flygingenjör V.L. Venediktov (GosNIIGA), ledande ingenjör I.S. Mayboroda (GosNIIGA).

Innan teststarten gjordes mycket arbete för att granska allt material som mottagits för att kunna använda det "för kredit" för att uppfylla specifika krav. Men trots detta insisterade vissa civila luftfartsspecialister på att implementera "Operational Test Program for Supersonic Aircraft", utvecklat på GosNIIGA redan 1975 under ledning av den ledande ingenjören A.M. Teteryukov. Detta program krävde i huvudsak upprepning av tidigare genomförda flygningar i mängden 750 flygningar (1200 flygtimmar) på MGA-rutter.
Den totala volymen av operativa flygningar och tester för båda etapperna kommer att vara 445 flygningar med 835 flygtimmar, varav 475 timmar i överljudslägen. 128 parade flygningar utfördes på rutten Moskva-Alma-Ata.

Sista etappen.

Det sista steget av testningen var inte stressande ur teknisk synvinkel. Rytmiskt arbete enligt schema säkerställdes utan allvarliga misslyckanden eller större defekter. De tekniska och tekniska besättningarna "hade kul" genom att bedöma hushållsutrustning som förberedelse för passagerartransport. Flygvärdinnor och relevanta specialister från GosNIIGA, som var involverade i testerna, började genomföra markträning för att utveckla tekniken för att serva passagerare under flygning. Den så kallade ”pranks” och två tekniska flygningar med passagerare. "Tomlottningen" hölls den 16 oktober 1977 med en komplett simulering av cykeln för incheckning av biljetter, incheckning av bagage, ombordstigning av passagerare, flyg av faktisk varaktighet, avstigning av passagerare, incheckning av bagage på destinationsflygplatsen. Det fanns inget slut på "passagerarna" (de bästa arbetarna i OKB, ZhLIiDB, GosNIIGA och andra organisationer). Dieten under "flygningen" var högsta nivån, eftersom det bekräftades enligt den första klassens meny, njöt alla av det. "Tomlottningen" gjorde det möjligt att klargöra många viktiga delar och detaljer om passagerarservice. Den 20 och 21 oktober 1977 genomfördes två tekniska flygningar längs motorvägen Moskva-Alma-Ata med passagerare. De första passagerarna var anställda i många organisationer som var direkt involverade i skapandet och testningen av överljudsflygplanet. Idag är det till och med svårt att föreställa sig atmosfären ombord: det fanns en känsla av glädje och stolthet, stort hopp om utveckling mot bakgrund av förstklassig service, som tekniska människor absolut inte är vana vid. På de första flygningarna var alla chefer för moderinstituten och organisationerna ombord.

Vägen är öppen för persontrafik.

De tekniska flygningarna ägde rum utan allvarliga kommentarer och visade överljudsflygplanets fulla beredskap och all marktjänst för regelbunden transport. Den 25 oktober 1977, ministern för civil luftfart i USSR B.P. Bugaev och Sovjetunionens luftfartsminister V.A. Kazakov godkände huvuddokumentet: "Aktera om resultaten av operativa tester av ett överljudsflygplan med NK-144-motorer" med en positiv slutsats och slutsatser.
Baserat på de presenterade tabellerna över överensstämmelse för Tu-144 med kraven i de tillfälliga luftvärdighetsnormerna för civila Tu-144 i USSR, hela volymen av inlämnad bevisdokumentation, inklusive handlingar om statliga och operativa tester, den 29 oktober 1977 , ordförande för USSR:s statliga luftfartsregister I.K. Mulkijanov godkände slutsatsen och undertecknade det första luftvärdighetsbeviset i USSR, typ nr 03-144, för ett överljudsflygplan med NK-144A-motorer.
väg för passagerartransporter var öppen.

Vägen var öppen för persontrafik.
Överljudsflygplanet kunde landa och starta på 18 flygplatser i Sovjetunionen, medan Concorde, vars start- och landningshastighet var 15 % högre, krävde ett separat landningscertifikat för varje flygplats.

Det andra produktionsexemplaret av ett överljudsflygplan.

I juni 1973 ägde den 30:e internationella flygmässan i Paris rum i Frankrike. Intresset som genererades av det sovjetiska flygplanet Tu-144, världens första överljudsflygplan, var enormt. Den 2 juni såg tusentals besökare på flyguppvisningen i Parisförorten Le Bourget utgången till landningsbanan det andra produktionsexemplaret av ett överljudsflygplan. Dåret från fyra motorer, ett kraftfullt start - och nu är bilen i luften. Flygplanets vassa nos rätades ut och siktade mot himlen. Den överljudsliga Tu, ledd av kapten Kozlov, gjorde sin första demonstrationsflygning över Paris: efter att ha uppnått den nödvändiga höjden gick bilen bortom horisonten, återvände sedan och cirklade över flygfältet. Flygningen fortgick normalt, inga tekniska problem noterades.
Nästa dag bestämde sig den sovjetiska besättningen för att visa allt som den nya var kapabel till.

Katastrof under en demonstration.

Den soliga morgonen den 3 juni verkade inte förutsäga några problem. Till en början gick allt enligt planerna – publiken höjde huvudet och applåderade unisont. Överljudsflygplan som visar " toppklass", gick ner. I det ögonblicket dök en fransk Mirage-fighter upp i luften (som det senare visade sig spelade den in en flygshow). En kollision verkade oundviklig. För att inte krascha in på flygfältet och åskådare bestämde sig besättningschefen för att höja sig och drog ratten mot sig. Men höjden hade redan gått förlorad, vilket skapade stora belastningar på strukturen; Som ett resultat sprack högervingen och ramlade av. En brand startade där och några sekunder senare rusade det flammande överljudsplanet till marken. En fruktansvärd landning inträffade på en av gatorna i den parisiska förorten Goussainville. Den gigantiska maskinen, som förstörde allt i sin väg, kraschade till marken och exploderade. Hela besättningen - sex personer - och åtta fransmän på marken dödades. Goosenville led också - flera byggnader förstördes. Vad ledde till tragedin? Enligt de flesta experter var orsaken till katastrofen försöket från besättningen på ett överljudsflygplan att undvika en kollision med Mirage. Under landningen fångades Tu i ett kölvatten från den franska Mirage-jaktplanen.

Fotografiet innehåller signaturen av den första kosmonauten som landade på månen, Neil Armstrong, pilotkosmonauten Georgiy Timofeevich Beregovoy och alla döda besättningsmedlemmar. Överljudsflygplan nr 77102 kraschade under en demonstrationsflygning på flygmässan i Le Bourget. Alla 6 besättningsmedlemmar (Honored Test Pilot Hero Sovjetunionen M.V. Kozlov, testpilot V.M. Molchanov, navigatör G.N. Bazhenov, biträdande chefsdesigner, ingenjör generalmajor V.N. Benderov, ledande ingenjör B.A. Pervukhin och flygingenjör A.I. Dralin ) dog.

Enligt de anställda på A.N. Tupolev Design Bureau var orsaken till katastrofen anslutningen av ett opegat analogt block av kontrollsystemet, vilket ledde till en destruktiv överbelastning.
Enligt piloterna inträffade nödsituationer på nästan varje flygning. Den 23 maj 1978 störtade det andra överljudsplanet. En förbättrad experimentell version av flygplanet, Tu-144D (nr 77111), efter en bränslebrand i motorgondolområdet på det 3:e kraftverket på grund av förstörelsen av bränsleledningen, rök i kabinen och besättningens svängning av två motorer, nödlandning på ett fält nära byn Ilyinsky Pogost, inte långt från staden Yegoryevsk.
Efter landning lämnade besättningsbefälhavaren V.D. Popov, biträdande piloten E.V. Elyan och navigatören V.V. Vyazigin planet genom cockpitfönstret. Ingenjörerna V.M. Kulesh, V.A. Isaev, V.N. Stolpovsky, som var i kabinen, lämnade flygplanet genom den främre ingångsdörren. Flygingenjörer O. A. Nikolaev och V. L. Venediktov fann sig instängda på sin arbetsplats av strukturer som deformerades under landningen och dog. (Den avböjda noskonen berörde marken först, fungerade som ett bulldozerblad, plockade upp smuts och roterade under sin mage och gick in i flygkroppen.) Den 1 juni 1978 stoppade Aeroflot överljudsflyg för passagerare för alltid.

Förbättring av överljudsflygplan.

Arbetet med att förbättra överljudsflygplanet fortsatte i flera år till. Fem släpptes serieflygplan; ytterligare fem var under uppbyggnad. En ny modifiering har utvecklats - Tu-144D (lång räckvidd). Valet av en ny motor (mer ekonomisk), RD-36-51, krävde dock en betydande omkonstruktion av flygplanet, särskilt kraftverket. Allvarliga designluckor i detta område ledde till en försening av lanseringen av det nya flygplanet. Först i november 1974 lyfte seriellen Tu-144D (svansnummer 77105) och nio (!) år efter sin första flygning, den 1 november 1977, fick överljudsflygplanet ett luftvärdighetsbevis. Passagerarflygen öppnade samma dag. Under sin korta drift transporterade linjefartygen 3 194 passagerare. Den 31 maj 1978 stoppades flygningar: en brand bröt ut på en av de tillverkade Tu-144D och flygplanet drabbades av en katastrof och kraschade under en nödlandning.
Katastroferna i Paris och Yegoryevsk ledde till att intresset för projektet minskade från statens sida. Från 1977 till 1978 identifierades 600 problem. Som ett resultat, redan på 80-talet, beslutades det att ta bort överljudsflygplanet, vilket förklarade detta med "en dålig effekt på människors hälsa när de korsar ljudbarriären." Trots det var fyra av fem Tu-144D i produktion fortfarande färdigställda. Därefter var de baserade i Zjukovsky och tog till luften som flyglaboratorier. Totalt byggdes 16 överljudsflygplan (inklusive långdistansmodifieringar), som gjorde totalt 2 556 sorteringar. Vid mitten av 90-talet hade tio av dem överlevt: fyra på museer (Monino, Kazan, Kuibyshev, Ulyanovsk); en stannade vid fabriken i Voronezh, där den byggdes; en annan var i Zhukovsky tillsammans med fyra Tu-144D.

Därefter användes Tu-144D endast för lasttransport mellan Moskva och Khabarovsk. Totalt gjorde överljudsflygplanet 102 flygningar under Aeroflot-flaggan, varav 55 var passagerarflygningar (3 194 passagerare transporterades).
Senare gjorde överljudsflygplan bara testflygningar och några få flygningar för att sätta världsrekord.
Tu-144LL var utrustad med NK-32-motorer på grund av bristen på funktionsdugliga NK-144 eller RD-36-51, liknande de som används på Tu-160, olika sensorer och testövervaknings- och registreringsutrustning.
Totalt byggdes 16 Tu-144 flygplan, som gjorde totalt 2 556 sorteringar och flög 4 110 timmar (bland dem flög flygplan 77144 mest, 432 timmar). Bygget av ytterligare fyra flygplan slutfördes aldrig.

M = 1,2-5).

Encyklopedisk YouTube

• 1 / 5

  Nuförtiden dyker det upp nya flygplan, inklusive de som är tillverkade med Stealth-teknik för att minska sikten.

  Överljudsflygplan för passagerare

  Det finns bara två kända masstillverkade passageraröverljudsflygplan som utförde reguljära flygningar: det sovjetiska flygplanet Tu-144, som gjorde sin första flygning den 31 december 1968 och var i drift från 1978 till 1978 och utförde sin första engelska flygning två månader senare - den 2 mars 1969. Franska Concorde (franska Concorde - "avtal"), som gjorde transatlantiska flygningar från 2003 till 2003. Deras verksamhet gjorde det möjligt att inte bara avsevärt minska flygtiden på långdistansflygningar, utan också att använda obegränsat luftrum på hög höjd (≈18 km), medan det huvudsakliga luftrummet som används av flygplan (höjder 9-12 km) redan var i de åren laddade. Dessutom flög överljudsflygplan längs raka rutter (utanför flygrutter).

  Trots misslyckandet med flera andra tidigare och befintliga projekt för passageraröverljuds- och transoniska flygplan (Boeing 2707, Boeing Sonic Cruiser, Douglas 2229, Lockheed L-2000, Tu-244, Tu-344, Tu-444, SSBJ, etc.) och tillbakadragande från drift av flygplan av två genomförda projekt, utvecklades tidigare och det finns moderna projekt av hypersoniska (inklusive suborbitala) passagerarflygplan (till exempel ZEHST, SpaceLiner) och militära transporter (landande) snabbresponsflygplan. En fast order på 20 enheter gjordes i november 2015 för affärsjet Aerion AS2 under utveckling, med en total kostnad på 2,4 miljarder USD, med leveranser som ska börja 2023.

  Teoretiska problem

  Flygning med överljudshastighet, i motsats till underljudshastighet, sker under olika aerodynamiska förhållanden, eftersom när flygplanet når ljudhastigheten förändras flödets aerodynamik kvalitativt, på grund av vilket det aerodynamiska motståndet ökar kraftigt, och den kinetiska uppvärmningen av strukturen från friktionen av den mötande luften ökar också. hög hastighet luftflödet skiftar det aerodynamiska fokuset, vilket leder till förlust av stabilitet och styrbarhet hos flygplanet. Dessutom uppträdde ett sådant fenomen, okänt före skapandet av det första överljudsflygplanet, som "vågdrag".

  Därför var det omöjligt att uppnå ljudhastigheten och en effektiv stabil flygning vid nära- och överljudshastigheter genom att bara öka motoreffekten - nya designlösningar krävdes. Som ett resultat förändrades flygplanets utseende: karakteristiska raka linjer och skarpa hörn dök upp, i motsats till de "släta" formerna av subsoniska flygplan.

  Det bör noteras att problemet med att skapa ett effektivt överljudsflygplan fortfarande inte kan anses löst. Skaparna måste göra en kompromiss mellan kravet att öka hastigheten och bibehålla acceptabla start- och landningsegenskaper. Således är erövringen av nya gränser i hastighet och höjd av flyg inte bara förknippad med användningen av ett mer avancerat eller i grunden nytt framdrivningssystem och en ny strukturell layout av flygplan, utan också med förändringar i deras geometri under flygning. Sådana förändringar, samtidigt som de förbättrar flygplanets prestanda vid höga hastigheter, bör inte försämra deras prestanda vid låga hastigheter, och vice versa. Nyligen har kreatörer övergett att minska vingarean och den relativa tjockleken på sina profiler, samt att öka vingsvepvinkeln för flygplan med variabel geometri, återgå till lågsvepande vingar och en stor relativ tjocklek, om tillfredsställande maximal hastighet och servicetak. värden har redan uppnåtts. I det här fallet anses det viktigt att ett överljudsflygplan har bra prestanda vid låga hastigheter och lågt luftmotstånd vid höga hastigheter, särskilt på låga höjder.

  En av de viktigaste uppgifterna för alla specialister inom flygtransportproduktion är skapandet av överljud passagerarflygplan. Analys av befintliga överljudspassagerarflygplan gjorde det möjligt att utveckla i grunden nya flygplan som är ekonomiskt lönsamma och uppfyller miljökrav. Låt oss överväga ett antal uppfinningar som syftar till att skapa universella överljudspassagerarflygplan som skulle kunna användas på flyghöjder utanför moderna luftkorridorer i överljudshastigheter.

  Överljudsflygplanet, utvecklat av Korabef Johann och Prampolini Marco, har förbättrat prestandan hos Concorde- och Tupolev TU-144-flygplanen. I synnerhet minskar ljudnivån som följer med att bryta ljudbarriären.

  Denna uppfinning innehåller en flygkropp (figur 1), som är bildad av en främre sektion eller nos CN, en mittsektion eller passagerarhytt P och en bakre sektion. Flygplanskroppen har ett konstant tvärsnitt, som med utgångspunkt från passagerarkabinsektionen gradvis vidgas och smalnar av mot flygplanets bakre del.

  

  Figur 1. Längdsnitt av ett höghastighetsflygplan

  Inuti den bakre delen av flygkroppen finns en eller flera tankar med flytande syre R01 och en tank med väte i flytande eller slamtillstånd Rv, avsedda att driva raketmotorn.

  Flygplanet har en deltagotisk vinge, som visas i (fig. 2), vars rot har sitt ursprung i den nivå där förlängningen av den främre flygkroppen börjar. Deltavingen är utrustad med två klaffar på varje sida av flygkroppen.

  

  Figur 2. Perspektivvy av ett höghastighetsflygplan

  En liten vinge a1, a2 är fäst vid varje yttre ände av deltavingens bakkant med hjälp av ett cylindriskt stycke. Denna uppfinning illustreras i (fig. 3).

  

  Figur 3. Liten vinge i perspektiv

  Den rörliga lilla vingen består av två trapetsformade element, som är placerade på båda sidor av den cylindriska delen. Den cylindriska delen, vars axel är parallell med flygkroppens axel, kan roteras runt sin axel för att installera en liten vinge beroende på flygplanets hastighet. Placeringen av de små vingarna är horisontell vid hastigheter under 1Mach och vertikal vid hastigheter över 1Mach. Att ändra positionerna för den lilla vingen är nödvändigt för att lösa problemet med att kombinera tyngdpunkten och dragkraftscentrumet vid vilken flygplanshastighet som helst.

  Flygplanet är utrustat med ett motorsystem (Figur 1). Detta system innehåller två turbojetmotorer TB1(TB2), två ramjetmotorer ST1(ST2) och en raketmotor Mf.

  Två turbojetmotorer TB1(TB2) är placerade i övergångszonen mellan passagerarhytten P och den bakre flygkroppsdelen. Turbojetmotorer är designade för flygplanets taxnings- och startfaser. Strax innan de går in i det transoniska flygområdet stängs turbojetmotorerna av och dras in i flygkroppen. När väl landningsfasen för flygplanet börjar och flygplanets hastighet sjunker under Mach 1 frigörs turbojetmotorerna och tänds. Denna lösning gör det möjligt att avsevärt minska storleken och vikten på turbojetmotorer jämfört med standardturbojetmotorer.

  I startskedet rör sig flygplanet inte bara på grund av turbojetmotorerna TB1(TB2), utan också på grund av raketmotorn. Raketmotorn kan vara (fig. 4) antingen en enkelmotor med en jämnt varierande dragkraft, eller en kombination av huvudmotorn Mp med flera hjälpmotorer Ma1, Ma2 med separat dragkraft.

  

  Figur 4. Bakifrån av raketmotorn

  Raketmotorn, placerad på baksidan av flygkroppen, kan öppnas och stängas i flygkroppen med hjälp av den bakre luckan P på flygplanet, som visas i (fig. 5).

  

  Figur 5. Bakifrån av ett höghastighetsflygplan

  Under start är luckan helt öppen, men så fort flygplanet är på hög höjd, raketmotorn stängs av och luckan stängs, vilket ger en strömlinjeformad form till flygkroppen. Flygfasen i marschfart börjar.

  Flygfasen vid marschfart inträffar med införandet av ramjetmotorer ST1 (ST2) och avstängning av Mf-raketmotorn. Två ramjetmotorer är placerade symmetriskt i förhållande till flygplanets längdaxel och är designade för att skapa marschhastighet. Ramjet-motorer har en fast geometri, vilket minskar deras vikt och förenklar designen. Dragkraften hos ramjetmotorer moduleras under flygning genom att ändra vätgasflödet.

  Flygplanet enligt denna uppfinning kan bära ett tjugotal passagerare. Flygplanets flyghöjd sträcker sig från 30 000 m till 35 000 m och kan nå hastigheter från 4Mach till 4,5Mach.

  Av särskilt intresse är ett överljudspassagerarflygplan, som föreslås utföras med en aerodynamisk konfiguration av canard. I enlighet med den påstådda tekniska lösningen innehåller flygplanet en flygkropp, som visas i (fig. 6), som är ansluten till vingen 1 med hjälp av inflödet 2. I den centrala delen av flygkroppen är placerad passagerarutrymmet. I tvärsnitt är nosen och centrala delar av flygkroppen runda till formen. Det finns ett urtag i den bakre flygkroppen.

  

  Figur 6. Översikt över flygplanet

  Flygplanet är utrustat med motorer placerade i motorgondol 3, som kombineras till ett "paket" med två luftintag 4. Detta "paket" är installerat ovanpå bakom urtaget i den bakre flygkroppen, vilket minskar fartygets motstånd och förbättrar balanseringen i händelse av fel på en motor.

  Fördjupningen av den bakre flygkroppen syftar till att minska ojämnheten i det överljudsflöde som tillförs luftintagen. Denna tekniska lösning är begränsad till den första plattformen 6 och ett par andra plattformar 7, såsom visas i (fig. 7).

  

  Figur 7. Ovanifrån av den bakre flygkroppen

  Den första plattformen 6, som är gjord platt, bildar ett snett snitt av flygkroppen. Plattformen kan orienteras mot lufttillförselriktningen in i fartygets luftintag i en spetsig vinkel, vars värde ligger i intervallet från 2 till 10 grader. Den första plattformen är ansluten till flygkroppens hud i en vinkel utan en mjuk övergång, vilket säkerställer närvaron av en skarp kant 9 vid plattformens förbindelse med huden, som bildar ett virvelflöde längs de skarpa kanterna av fogen. Vortex-överljudsflödet säkerställer att det växande gränsskiktet, som bildas genom att flytta flödet över plattformarna, avlägsnas från plattformarnas perifera områden och flyter bort till sidorna av flygkroppen.

  De andra plattformarna 7, gjorda plana, är placerade mellan luftintagen 4 och den första plattformen 6. De är placerade mot varandra i en vinkel som det är tillrådligt att välja över 150 grader. För att förhindra en ökning av det aerodynamiska motståndet bör vinkeln mellan lufttillförselriktningen in i luftintaget och kanten av anslutningen av de andra plattformarna 10 inte överstiga 20 grader.

  Närvaron av andra platser gör det möjligt att ta bort gränsskiktet från områden nära flygplanets symmetriplan på grund av bildandet av en intensiv virvel. Ett intensivt virvelflöde bildas i området där fenan är placerad mellan de andra plattformarna. Att ta bort gränsskiktet från områden nära flygplanets symmetriplan gör att tjockleken på gränsskiktet kan minskas innan det går in i luftintagen.

  Det är värt att notera att gränsskiktet tas bort omedelbart före snittet av luftintaget, på grund av förlängningen av de andra plattformarna bortom detta snitt. Denna lösning illustreras i (Figur 8).

  

  Figur 8. Vy av en av de andra plana plattformarna vid den punkt där den sträcker sig bortom luftintagets snitt

  Skillnaden mellan Valery Nikolaevich Sirotins patent och de andra är att han föreslår ett passageraröverljudsflygplan med en framåtsvept vinge, med nödräddningsmoduler (visas i fig. 9).

  Flygplanet innehåller enligt patentet en flygkropp 1, i vars fören det finns en sittbrunn 11. I mittdelen finns räddningsmoduler 2, som bildar den yttre konturen av flygkroppen på grund av värmeisolerade väggar. Dessutom innehåller överljudsflygplanet vänster och höger vingar 3, som är utformade för att rotera i förhållande till flygkroppens axel. Kraftverket enligt uppfinningen inkluderar fyra turbojetmotorer med lyftkraft 9.

  

  Figur 9. Ovanifrån av flygplanet innan du vrider höger och vänster vingar mot flygkroppens hållargrepp

  Det är värt att notera att flygplanet har vertikala 6 och horisontella 7 stabilisatorer. Den främre horisontella svansen 8, med hjälp av speciella motorer, är installerad med förmågan att rotera i förhållande till flygkroppens horisontella axel.

  Både höger och vänster vinge 3 är fästa med rotationsmöjlighet i förhållande till flygkroppens horisontella axel. För att säkerställa att positionerna för höger och vänster vinge fixeras i överljudshastighet finns hållgrepp i nedre delen av flygkropp. Specialmotorer finns för att rotera vingarna. Mängden rotation av vingarna är 53 grader i förhållande till flygkroppens horisontella axel. Detta värde säkerställer en förskjutning i zonen där flödesseparationen börjar från vingarnas ändar till roten.

  (Fig. 10) visar hur motorerna i mekanismerna 15 under start roterar höger och vänster vingar i en vinkel på 53 grader i riktning från flygkroppen och roterar den främre horisontella svansen i en vinkel av 85 grader. Denna framåtsvepta aerodynamiska design gör att flygplanet kan lyfta.

  

  Figur 10. Ovanifrån av diagrammet över vingrotationsmekanismen

  När en hög subsonisk hastighet uppnås, roterar mekanismmotorerna vingarna inåt mot flygkroppens axel, där de fixeras med hållare. Den främre horisontella svansen roterar också. På grund av dessa åtgärder ändrar flygplanet sin aerodynamiska konfiguration (fig. 11), vilket gör att det kan utveckla överljudshastighet.

  

  Figur 11. Ovanifrån av flygplanet efter att ha vridit höger och vänster vingar mot flygkroppens hållargrepp

  I händelse av en nödsituation är fartyget utrustat med nödräddningsmoduler (fig. 12). Varje modul är utrustad med utstötningsenheter 21, som aktiveras på piloternas kommando, en fallskärm 22, en landningsanordning 23 och ett autonomt kraftförsörjningssystem.

  

  Figur 12. Nedstigning av den beboeliga modulen

  Författarna till patent nr 2391254 erbjuder oss ett överljudsfartyg, som är tillverkat enligt den aerodynamiska designen "svanslös med GO". Enligt patentet, som visas i (fig. 13), innehåller flygplanet en flygkropp 1, vars främre del inkluderar cockpit och passagerarutrymme 8. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt det faktum att nosen på flygkroppen är tillplattad 7. I vertikalplanet är den gjord med en radie på 0, 1...5 mm, och i horisontell 300...1500 mm.

  

  Figur 13. Översikt över flygplanet

  Den minsta ljudbommen uppnås genom att tvärsnittsformen, nära cirkulär, har en ökande radie av den främre delen av flygkroppen.

  Enligt detta patent, för att säkerställa hög effektivitet av longitudinell styrning och skapa ett gynnsamt stigningsmoment vid överljudshastigheter, förvandlas den nedre bakre delen av flygkroppen smidigt till en yta som är plan i tvärriktningen. Den nedre bakdelen av flygkroppen slutar med hissen.

  För att säkerställa minimala flödesstörningar och vågmotstånd föreslår författarna att man gör en stor svepvinkel i storleksordningen 78...84 på rotsektionen av den svepande vingen vid korsningen mellan vingen och flygkroppen 14. Och profilen på framkanten 9 bör göras med en krökningsradie på 5...40 mm, för att öka vingens volym och värdet på den maximalt tillåtna attackvinkeln.

  Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt luftintagen på motorer 4, som är placerade på sidorna av flygkroppen ovanför den övre ytan av vingroten, vilket minskar deras negativa inverkan på storleken på ljudbommen. Eftersom flödet bromsas framför luftintagen, avlägsnas gränsskiktet genom perforerade sektioner 16 (visade i (fig. 14)), som är gjorda på planen framför luftintagen och i dem själva.

  

  Figur 14. Schema för ving (flygkropp) kompression framför luftintagen och gränsskiktsbypassschema

  Detta gränsskikt dräneras på den övre ytan av flygkroppen och vingen, genom dräneringskanalen 17. Men för att tillföra den erforderliga mängden luft i olika lägen innehåller överljudsluftintag en mekanism för kontrollerad luftbypass 18 från gränsskiktets dräneringskanal in i luftkanalkanalen 19 från luftintagen till motorn.

  Implementerad på given tidöverljudsflygplan togs ur bruk av en eller annan anledning. Uppfinningarna som presenteras i den här artikeln syftar till att skapa överljudsflygplan som har höga flygegenskaper och miljöprestanda.

  De viktigaste tekniska uppgifterna för att skapa sådana enheter är:

  Minska fartygets aerodynamiska motstånd;

  Minska ljudnivån som följer med att bryta ljudbarriären;

  Minskade utsläpp av skadliga ämnen till atmosfären, vilket uppnås genom minskad bränsleförbrukning genom att förbättra egenskaperna hos luftintag.

  De flesta patenterade överljudsflygplan har en flyghöjd som är högre än för ett konventionellt flygplan. Denna fördel gör att flygplanet kan användas i nästan alla väderförhållanden, eftersom flygningen genomförs på höjder där det inte finns några meteorologiska fenomen som påverkar normal pilotering.

  Bibliografi:

  1. Babulin A.A., Vlasov S.A., Subbotin V.V., Titov V.N., Tyurin S.V. Klappa. nr 2517629 (RF). IPC B 64 D 33/02, B 64 D 27/20, B 64 C 30/00. Flygplan.
  2. Bakhtin E.Yu., Zhitenev V.K., Kazhan A.V., Kazhan V.G., Mironov A.K., Polyakov A.V., Remeev N.Kh. Klappa. 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. Överljudsflygplan (tillval).
  3. Korabef Johann, Prampolini Marco, patent nr 2547962 (RF). IPC B 64 C 30/00, B 64 D 27/020, B 64 C 5/10, B 64 C 5/08. Höghastighetsflygplan och tillhörande flygresesätt
  4. Sirotin V.N. Klappa. nr 2349506 (RF). IPC B 64 C 3/40, B 64 C30. Passageraröverljudsflygplan med framåtsvepta vingar och nödräddningsmoduler.

  För exakt 15 år sedan, de tre senaste överljuds passagerarflygplan Brittiska flygbolaget Concorde British Airways gjorde ett avskedsflyg. Den dagen, den 24 oktober 2003, landade dessa plan, som flög på låg höjd över London, på Heathrow, vilket avslutade den korta historien om överljudspassagerarflyg. Men idag funderar flygplansdesigners runt om i världen igen på möjligheten till snabba flygningar - från Paris till New York på 3,5 timmar, från Sydney till Los Angeles på 6 timmar, från London till Tokyo på 5 timmar. Men innan överljudsflygplan återvänder till internationella passagerarvägar måste utvecklarna lösa många problem, bland vilka ett av de viktigaste är att minska bullret från snabba flygplan.

  En kort historik om snabba flygningar

  Passagerarflyget började ta form på 1910-talet, när de första flygplanen speciellt konstruerade för att transportera människor med flyg dök upp. Den allra första av dem var den franska Bleriot XXIV Limousine från Bleriot Aeronautique. Den användes för nöjesflygturer. Två år senare dök S-21 Grand upp i Ryssland, skapad på basis av den ryska riddarens tunga bombplan av Igor Sikorsky. Den byggdes vid den rysk-baltiska transportfabriken. Sedan började flyget utvecklas med stormsteg: först började flygningar mellan städer, sedan mellan länder och sedan mellan kontinenter. Flygplan gjorde det möjligt att ta sig till din destination snabbare än med tåg eller fartyg.

  På 1950-talet accelererade framstegen i utvecklingen av jetmotorer avsevärt, och överljudsflygning blev tillgänglig för militära flygplan, om än kortvarigt. Överljudshastighet brukar kallas rörelse upp till fem gånger snabbare hastighet ljud, som varierar beroende på förökningsmediet och dess temperatur. Vid normalt atmosfärstryck vid havsnivån färdas ljud med en hastighet av 331 meter per sekund, eller 1191 kilometer i timmen. När du når höjd minskar luftens densitet och temperatur, och ljudets hastighet minskar. Till exempel, på en höjd av 20 tusen meter är det redan cirka 295 meter per sekund. Men redan på en höjd av cirka 25 tusen meter och när den stiger till mer än 50 tusen meter, börjar atmosfärens temperatur att gradvis öka jämfört med de lägre lagren, och med det ökar den lokala ljudhastigheten.

  Temperaturökningen på dessa höjder förklaras bland annat av den höga koncentrationen av ozon i luften, som bildar ozonskölden och absorberar en del av solenergi. Som ett resultat är ljudhastigheten på en höjd av 30 tusen meter över havet cirka 318 meter per sekund och på en höjd av 50 tusen - nästan 330 meter per sekund. Inom flyget används Mach-tal ofta för att mäta flyghastighet. Enkelt uttryckt uttrycker det den lokala ljudhastigheten för en specifik höjd, densitet och lufttemperatur. Således kommer hastigheten för en konventionell flygning, lika med två Mach-tal, vid havsnivån att vara 2383 kilometer i timmen och på en höjd av 10 tusen meter - 2157 kilometer i timmen. För första gången bröt den amerikanske piloten Chuck Yeager ljudbarriären med en hastighet av Mach 1,04 (1066 kilometer i timmen) på en höjd av 12,2 tusen meter 1947. Detta var ett viktigt steg mot utvecklingen av överljudsflyg.

  På 1950-talet började flygplansdesigners i flera länder runt om i världen arbeta med konstruktioner för överljudspassagerarflygplan. Som ett resultat dök den franska Concorde och den sovjetiska Tu-144 upp på 1970-talet. Dessa var det första och hittills enda överljudsflygplan för passagerare i världen. Båda typerna av flygplan använde konventionella turbojetmotorer optimerade för långvarig drift i överljudsflygning. Tu-144 var i drift fram till 1977. Planen flög med en hastighet av 2,3 tusen kilometer i timmen och kunde ta upp till 140 passagerare. Biljetter till deras flyg kostar dock i genomsnitt 2,5–3 gånger mer än vanligt. Låg efterfrågan på snabba men dyra flyg, såväl som allmänna svårigheter att använda och underhålla Tu-144, ledde till att de togs bort från passagerarflyg. Flygplanen användes dock under en tid i testflygningar, bland annat under ett kontrakt med NASA.

  Concorde tjänade mycket längre - fram till 2003. Flyg med franska flygplan var också dyra och var inte särskilt populära, men Frankrike och Storbritannien fortsatte att trafikera dem. Kostnaden för en biljett för en sådan flygning var, sett till dagens priser, cirka 20 tusen dollar. Franska Concorde flög i en hastighet av drygt två tusen kilometer i timmen. Planet skulle kunna klara sträckan från Paris till New York på 3,5 timmar. Beroende på konfiguration kan Concorde bära från 92 till 120 personer.

  Berättelsen om Concorde slutade oväntat och snabbt. År 2000 inträffade Concorde-plankraschen, där 113 människor dog. Ett år senare passagerarflyg krisen började orsakad av terrorattackerna den 11 september 2001 (två plan med passagerare kapade av terrorister kraschade in i världens torn köpcentrum i New York föll en annan, den tredje, in i Pentagon-byggnaden i Arlington County, och den fjärde föll på ett fält nära Shanksville i Pennsylvania). Sedan garantitiden för Concorde-flygplan, som sköttes av Airbus företag. Alla dessa faktorer tillsammans gjorde driften av överljudspassagerarflygplan extremt olönsam, och sommaren och hösten 2003 flygbolagen Air France och British Airways turades om att avveckla alla Concordes.

  
  

  Efter avslutandet av Concorde-programmet 2003 fanns det fortfarande hopp om att överljudspassagerarflygplanen skulle återvända till tjänst. Designers hoppades på nya effektiva motorer, aerodynamiska beräkningar och datorstödda designsystem som skulle kunna göra överljudsflygningar ekonomiskt överkomliga. Men 2006 och 2008 antog International Civil Aviation Organization nya flygbullerstandarder som förbjöd bland annat alla överljudsflygningar över befolkat land i fredstid. Detta förbud gäller inte särskilt utsedda militär luftfart luftkorridorer. Arbetet med projekt för nya överljudsflygplan har avtagit men idag har de börjat ta fart igen.
  

  Tyst överljud

  Idag utvecklar flera företag och statliga organisationer i världen överljudspassagerarflygplan. Sådana projekt utförs i synnerhet av de ryska företagen Sukhoi och Tupolev, Zhukovsky Central Aerohydrodynamic Institute, franska Dassault, Japan Aerospace Exploration Agency, det europeiska företaget Airbus, amerikanska Lockheed Martin och Boeing, samt flera startups. , inklusive Aerion och Boom Technologies. I allmänhet var designers uppdelade i två läger. Företrädare för de första av dem tror att det inte kommer att vara möjligt att utveckla ett "tyst" överljudsflygplan som matchar ljudnivån för subsoniska flygplan inom en snar framtid, vilket innebär att det är nödvändigt att bygga ett snabbt passagerarflygplan som kommer att byta till överljud där det är tillåtet. Detta tillvägagångssätt, tror formgivarna från det första lägret, fortfarande kommer att minska flygtiden från en punkt till en annan.

  Designers från det andra lägret fokuserade främst på att bekämpa chockvågor. När man flyger i överljudshastighet genererar ett flygplans skrov många stötvågor, av vilka de viktigaste uppstår i nos- och svansområdet. Dessutom uppstår chockvågor typiskt vid vingens främre och bakre kanter, vid svansens framkanter, vid virvelområdena och vid kanterna av luftintagen. En stötvåg är ett område där trycket, densiteten och temperaturen hos ett medium upplever ett plötsligt och kraftigt hopp. Av observatörer på marken uppfattas sådana vågor som en hög smäll eller till och med en explosion - det är på grund av detta som överljudsflyg över befolkat land är förbjudna.

  Effekten av en explosion eller en mycket hög smäll produceras av så kallade N-typ stötvågor, som bildas när en bomb exploderar eller på ett överljudsjaktflygplan. På en graf över tryck- och täthetstillväxt liknar sådana vågor bokstaven N i det latinska alfabetet på grund av en kraftig ökning av trycket vid vågfronten med ett kraftigt tryckfall efter det och efterföljande normalisering. I laboratorieexperiment fann forskare vid Japan Aerospace Exploration Agency att om man ändrar formen på flygplanet kan man jämna ut topparna i chockvågsdiagrammet och förvandla det till en våg av S-typ. En sådan våg har ett jämnt tryckfall som inte är lika signifikant som det för en N-våg. NASA-experter tror att S-vågor kommer att uppfattas av observatörer som ett avlägset smällande av en bildörr.

  
  

  N-våg (röd) före aerodynamisk optimering av ett överljudsflygplan och en likhet med S-vågen efter optimering

  2015 satte japanska designers ihop det obemannade segelflygplanet D-SEND 2, vars aerodynamiska form utformades för att minska antalet stötvågor som genereras på den och deras intensitet. I juli 2015 testade utvecklarna flygplanet på Esrange-missiltestplatsen i Sverige och noterade en betydande minskning av antalet stötvågor som genererades på ytan av det nya flygplanet. Under testet tappades D-SEND 2, ej utrustad med motorer luftballong från en höjd av 30,5 tusen meter. Under hösten fick det 7,9 meter långa segelflygplanet en hastighet på Mach 1,39 och flög förbi tjudrade ballonger utrustade med mikrofoner placerade på olika höjder. Samtidigt mätte forskarna inte bara intensiteten och antalet stötvågor, utan analyserade också påverkan av atmosfärens tillstånd på deras tidiga förekomst.

  Enligt den japanska byrån kommer ljudboomen från flygplan i storlek jämförbara med Concordes överljudspassagerarjetplan och designade enligt D-SEND 2-designen, när de flyger i överljudshastigheter, att vara hälften så intensiv som tidigare. Den japanska D-SEND 2 skiljer sig från segelflygplanen i konventionella moderna flygplan i det icke-axisymmetriska arrangemanget av nosen. Fordonets köl förskjuts mot fören och den horisontella bakdelen är helt rörlig och har en negativ installationsvinkel i förhållande till flygplanets längdaxel, det vill säga spetsarna på empennage är belägna under fästpunkten, och inte över, som vanligt. Segelflygplanets vinge har en normal svepning, men är stegad: den parar sig smidigt med flygkroppen, och en del av dess framkant är belägen i en spetsig vinkel mot flygkroppen, men närmare bakkanten ökar denna vinkel kraftigt.

  Enligt ett liknande schema skapas för närvarande en överljudsamerikansk startup Aerion och utvecklas av Lockheed Martin för NASA. Det ryska (Supersonic Business Aircraft/Supersonic Passenger Aircraft) designas också med tonvikt på att minska antalet och intensiteten av stötvågor. Några av projekten för snabba passagerarflygplan planeras att slutföras under första halvan av 2020-talet, men då kommer flygreglerna ännu inte att revideras. Det betyder att det nya flygplanet till en början endast kommer att utföra överljudsflygningar över vatten. Faktum är att för att häva begränsningen för överljudsflyg över befolkat land måste utvecklarna utföra många tester och lämna in sina resultat till luftfartsmyndigheter, inklusive US Federal Aviation Administration och European Aviation Safety Agency.

  
  

  S-512 / Spike Aerospace

  Nya motorer

  Ett annat allvarligt hinder för skapandet av ett seriepassageraröverljudsflygplan är motorerna. Designers idag har redan hittat många sätt att göra turbojetmotorer mer ekonomiska än de var för tio till tjugo år sedan. Detta inkluderar användningen av växellådor som tar bort den styva kopplingen mellan fläkten och turbinen i motorn, och användningen av keramiska kompositmaterial som möjliggör optimering av temperaturbalansen i den varma zonen i kraftverket, och till och med införandet av ytterligare en tredjedel luftkrets utöver de redan befintliga två, intern och extern. Inom området för att skapa ekonomiska underljudsmotorer har designers redan uppnått fantastiska resultat, och pågående nyutveckling lovar betydande besparingar. Du kan läsa mer om lovande forskning i vårt material.

  Men trots all denna utveckling är det fortfarande svårt att kalla överljudsflygning ekonomiskt. Till exempel kommer ett lovande överljudspassagerarflygplan från startupen Boom Technologies att få tre turbofläktmotorer från JT8D-familjen från Pratt & Whitney eller J79 från GE Aviation. Vid kryssningsflyg är den specifika bränsleförbrukningen för dessa motorer cirka 740 gram per kilogram-kraft per timme. I det här fallet kan J79-motorn utrustas med en efterbrännare, vilket ökar bränsleförbrukningen till två kilogram per kilogram-kraft per timme. Denna förbrukning är jämförbar med bränsleförbrukningen för motorer, till exempel för Su-27-jaktplanet, vars uppgifter skiljer sig väsentligt från att transportera passagerare.

  Som jämförelse är den specifika bränsleförbrukningen för världens enda seriella turbofläktmotorer D-27, installerade på det ukrainska transportflygplanet An-70, endast 140 gram per kilogram-kraft per timme. Den amerikanska CFM56-motorn, en "klassiker" av flygplan från Boeing och Airbus, har en specifik bränsleförbrukning på 545 gram per kilogram-kraft per timme. Detta innebär att utan en större omkonstruktion av jetflygplansmotorer kommer överljudsflyg inte att bli tillräckligt billigt för att bli utbrett, utan kommer bara att efterfrågas i affärsflyg– hög bränsleförbrukning leder till högre biljettpriser. Det kommer inte heller att vara möjligt att minska de höga kostnaderna för överljudsflygtransporter i volym – flygplanen som designas idag är designade för att ta från 8 till 45 passagerare. Konventionella flygplan kan ta emot mer än hundra personer.

  Men i början av oktober i år projicerade GE Aviation en ny Affinity turbofanjetmotor. Dessa kraftverk är planerade att installeras på Aerions lovande AS2 överljudspassagerarflygplan. Det nya kraftverket kombinerar strukturellt egenskaperna hos jetmotorer med ett lågt bypassförhållande för stridsflygplan och kraftverk med ett högt bypassförhållande för passagerarflygplan. Samtidigt finns det inga nya eller banbrytande teknologier i Affinity. GE Aviation klassar den nya motorn som ett kraftverk med ett medium bypass-förhållande.

  Motorn är baserad på en modifierad gasgenerator från turbofläktmotorn CFM56, som i sin tur är strukturellt baserad på gasgeneratorn från F101, kraftverket för B-1B Lancer överljudsbombplan. Kraftverket kommer att få ett uppgraderat elektroniskt digitalt motorstyrsystem med fullt ansvar. Utvecklarna avslöjade inga detaljer om designen av den lovande motorn. GE Aviation förväntar sig dock att den specifika bränsleförbrukningen för Affinity-motorerna inte kommer att vara mycket högre än eller ens jämförbar med bränsleförbrukningen för moderna turbofläktmotorer i konventionella subsoniska passagerarflygplan. Hur detta kan uppnås för överljudsflygning är inte klart.

  
  

  Boom / Boom Technologies

  Projekt

  Trots de många projekten av överljudspassagerarflygplan i världen (inklusive till och med det orealiserade projektet att omvandla Tu-160 strategiska bombplan till ett överljudspassagerarflygplan som föreslagits av Rysslands president Vladimir Putin), AS2 från den amerikanska startupen Aerion, S-512, kan anses vara närmast flygtestning och småskalig produktion spanska Spike Aerospace och Boom American Boom Technologies. Den första är planerad att flyga vid Mach 1,5, den andra vid Mach 1,6 och den tredje vid Mach 2,2. X-59-flygplanet, skapat av Lockheed Martin för NASA, kommer att vara en teknikdemonstrator och ett flygande laboratorium; det finns inga planer på att lansera det i produktion.

  Boom Technologies har redan meddelat att de kommer att försöka göra flygningar på överljudsflygplan väldigt billiga. Till exempel uppskattades kostnaden för ett flyg på rutten New York - London av Boom Technologies till fem tusen dollar. Så mycket kostar det idag att flyga på denna rutt i business class på ett vanligt subsoniskt flygplan. Flygplanet Boom kommer att flyga med subsonisk hastighet över befolkat land och växla till överljudshastighet över havet. Flygplanet, med en längd på 52 meter och ett vingspann på 18 meter, kommer att kunna ta upp till 45 passagerare. I slutet av 2018 planerar Boom Technologies att välja ett av flera nya flygplansprojekt för implementering i metall. Flygplanets första flygning är planerad till 2025. Företaget sköt upp dessa tidsfrister; Boom var ursprungligen planerad att flyga 2023.

  Enligt preliminära beräkningar kommer längden på AS2-flygplanet, designat för 8-12 passagerare, att vara 51,8 meter och vingbredden 18,6 meter. Den maximala startvikten för överljudsflygplanet kommer att vara 54,8 ton. AS2 kommer att flyga över vatten med en marschhastighet på Mach 1,4-1,6, sakta ner till Mach 1,2 över land. Den något lägre flyghastigheten över land, tillsammans med den speciella aerodynamiska formen på flygkroppen, kommer, som utvecklarna förväntar sig, nästan helt undvika bildandet av stötvågor. Flygplanets flygräckvidd vid en hastighet av Mach 1,4 kommer att vara 7,8 tusen kilometer och 10 tusen kilometer med en hastighet av Mach 0,95. Flygplanets första flygning är planerad till sommaren 2023, och den första transatlantiska flygningen kommer att äga rum i oktober samma år. Dess utvecklare kommer att markera 20-årsdagen av Concordes sista flygning.

  Slutligen planerar Spike Aerospace att börja flygtesta en fullständig prototyp av S-512 senast 2021. Leveranser av det första produktionsflygplanet till kunder är planerade till 2023. Enligt projektet kommer S-512 att kunna ta upp till 22 passagerare i hastigheter upp till Mach 1,6. Flygräckvidden för detta flygplan kommer att vara 11,5 tusen kilometer. Sedan oktober förra året har Spike Aerospace lanserat flera nedskalade modeller av överljudsflygplan. Deras syfte är att testa designlösningarna och effektiviteten hos flygkontrollelement. Alla tre lovande passagerarflygplan skapas med betoning på en speciell aerodynamisk form som kommer att minska intensiteten av stötvågor som genereras under överljudsflygning.

  2017 uppgick flygpassagerartrafiken världen över till fyra miljarder människor, varav 650 miljoner reste långa flygresor längd från 3,7 till 13 tusen kilometer. 72 miljoner långdistanspassagerare flög första- och businessklass. Det är dessa 72 miljoner människor som utvecklare av överljudspassagerarplan riktar sig först, och tror att de gärna betalar lite mer pengar för möjligheten att spendera ungefär hälften så mycket tid i luften som vanligt. Däremot överljud passagerarflyg, troligen, kommer att börja aktivt utvecklas efter 2025. Faktum är att forskningsflygningar från X-59-laboratoriet kommer att börja först 2021 och kommer att pågå i flera år.

  Forskningsresultat erhållna under X-59-flygningar, inklusive över avräkningar- frivilliga (deras invånare gick med på att låta överljudsplan flyga över dem på vardagar; efter flygningarna kommer observatörer att berätta för forskare om deras uppfattning om buller), det är planerat att lämna in det till US Federal Aviation Administration. Det förväntas att den på grundval av dem kan revidera förbudet mot överljudsflyg över befolkat land, men detta kommer inte att ske före 2025.

  
  

  Vasilij Sychev