Сверхзвук без звука

Все, интересующиеся последними новостями мировой авиации, наверняка знают о том, что компании Boom Supersonic совсем недавно удалось преодолеть звуковой барьер во время очередного этапа летных испытаний своего демонстратора XB-1. Примечательно, но во время этого полета на земле никто ничего не услышал.

Начало начал

Сверхзвуковые пассажирские перевозки обрели пик популярности в середине 1970-х годов, когда британо-французский гражданский самолет «Конкорд» «обслуживал» коммерческие рейсы авиалиний, пролетая через океан на головокружительной скорости, превышающей 2 Маха (около 2180 км/ч).


Однако, несмотря на очевидные плюсы подобных проектов, у них есть и явная проблема. И заключается она в том, что сверхзвуковой полет означает сильные звуковые удары. И, одно дело, слышать их, находясь на авиационном шоу, и, совсем другое, когда ударная волна пугает своей неожиданностью и даже наносит повреждения имуществу и инфраструктуре.

Это послужило главным поводом тому, что в 1973 году FAA ввело запрет на полеты сверхзвуковых судов над сушей. Собственно это произошло еще до того, как гражданские самолеты, преодолевающие звуковой барьер, вообще стали реальностью.

Амбиции

И вот на горизонте появляется молодой и амбициозный стартап – Boom, главной задачей которого является создание современного коммерческого сверхзвукового лайнера, который будет отвечать всем сегодняшним вызовам. Их разработка получила звучное название Overture («Увертюра») и она способна сократить время перелета через Атлантику практически вдвое. Таким образом, например, рейс Москва – Нью-Йорк, с расстоянием порядка 7500 км, сократится с 10,5 часов до 5,5 ч. А время в пути по самому длинному маршруту Сингапур – Нью-Йорк (в 15350 км) вместо 19-20 часов займет всего около 11 ч.

«Беззвучный» сверхзвук

Свой первый полет демонстрационный образец Boom XB-1 совершил в марте 2024 года, а в октябре 2024 года XB-1 впервые набрал скорость, превышающую звуковую. На крайнем этапе летных испытаний, который проходил над пустыней Мохаве, этот самолет достиг показателя в 1,122 Маха, что сделало его первым частным сверхзвуковым воздушным судном в истории. Но самым примечательным стал тот факт, что сделал это он очень тихо.


В ходе недавних испытаний XB-1 в общей сложности трижды выходил на сверхзвуковую скорость, и в это время на земле, вдоль траектории его полета, был установлен ряд микрофонов, чтобы иметь возможность доказать, что «звуковой удар» от Boom не достиг земли. Гендиректор Boom Supersonic – Блейк Шолл подтверждает, что в ходе тестирования никакого гула слышно не было, и это означает, что сверхзвуковые авиаперелеты могут быть вполне комфортными и для пассажиров, находящихся на борту, и для тех, кто на земле.

Что стоит за «тишиной»

Производитель раскрывает некоторые подробности, которые способствуют такому успеху. Как сообщается, в Overture будет использоваться уникальная турбовентиляторная двигательная система, разработанная специально для Overture. Она также получила «музыкальное» название – Symphony. Это двухвальный двигатель средней степени двухконтурности, который не использует форсажную камеру. Он может выдавать 35 000 фунтов (15 876 кг) тяги на взлете и поддерживать скорость 1,7 Маха.


Согласно официальной информации, новая силовая установка получит сверхзвуковой впускной коллектор собственной разработки компании, малошумное выхлопное сопло с изменяемой геометрией и турбину высокого давления с пассивным охлаждением.

Что касается демонстрационного образца XB-1, который представляет собой конструкцию в масштабе одной трети от Overture и получивший за это прозвище «Baby Boom», то он использует три двигателя General Electric J85. Они обеспечивают ему почти 13 000 фунтов (около 5900 кг) тяги.

Такая компоновка дает этому самолету возможность преодолевать звуковой барьер, когда он находится на уровне 30 000 футов (9 144 м). Это играет огромную роль в «звуковом сопровождении», так как именно на такой высоте изменения плотности и температуры воздуха создают явление, известное как отсечка Маха.


Когда самолет превышает скорость звука, известную как число Маха 1 и которая сильно зависит от набранной высоты, температуры и давления воздуха, он генерирует ударную волну, уходящую вниз. Однако, если судно в этот момент превышает отметку в 9100 метров – «точку отсечки Маха», тогда весь этот «звуковой эффект» устремляется вверх и рассеивается в атмосфере.

Давно известный факт

Специалисты по аэродинамике еще в 1930-х годах моделировали теоретическое распространение ударной волны и то, как атмосферные условия будут влиять на звуковые удары. Первое практическое подтверждение расчетов было получено в 1947 году, когда Чак Йегер впервые в истории преодолел звуковой барьер на своем X-1. И к 1960-м гг. прошлого столетия уже сложилось полное понимание того, как высота, температура и ветровые слои будут влиять на рефракцию ударной волны.

При этом технологии не позволяли до определенного времени воспользоваться этими знаниями в полной мере и получить максимально эффективный результат. Так, например, создатели того же Concorde полагались исключительно на силу турбореактивных двигателей, форсируя свой путь к 2 Махам. При этом удержание этого самолета в пределах диапазона отсечки Маха было невозможным. Кроме того, он был «неудержим» в плане потребления топлива – «Конкорд» сжигал сотни галлонов керосина в минуту во время полета и еще больше во время взлета.

Сегодня, благодаря таким технологиям, как автоматизированное управление полетом, моделирование атмосферы и гораздо более эффективные решения в конструкции двигателей, авиастроительные компании с успехом применяют эти достижения на практике. И Boom Supersonic первым удалось на примере своего демонстратора доказать, что сверхзвуковой полет может быть и более экономичным и тихим. Как результат – их разработка заинтересовала таких крупных «игроков» авиационной отрасли, как Japan Airlines, United Airlines и American Airlines. Они готовы приобрести Overture, как только он будет готов к запуску и уже, в общей сложности, оформили около 130 заказов на самолет.


Boom в свою очередь уже построил современную производственную площадку в северной Каролине – Overture Superfactory. Площадь нового предприятия составляет порядка 37 000 м² и она рассчитана на строительство до 66 самолетов в год. Стоимость сверхзвукового воздушного судна будет озвучена скорее всего ближе к запуску серийного производства.