Как сверхзвук влияет на самолеты и человека?
Многие наверняка слышали этот сильный хлопок, от которого могут и стекла дрожать в окнах. Подобная «неприятность» всегда сопровождает самолет, преодолевающий скорость звука. Так что же происходит в реальности и откуда берется «мини-взрыв»?
На сегодня источники подобного явления – военные самолеты и ракеты, способные летать со скоростью более 1191,6 км/ ч или 331 м/с: именно так распространяется звук в воздушной среде. Как летательный аппарат преодолевает этот барьер? Машина взлетает и начинает разгоняться: в полете вокруг нее образуется воздушный поток, сначала плавно обтекающий фюзеляж, крылья и оперение. По мере увеличения скорости перед носом самолета (а также и другими элементами конструкции) резко уплотняется воздух и образуется ударная волна. Причем, зачастую не одна: их может быть несколько.
Если говорить о визуальном восприятии, то это «облачный конус», который хорошо видно вокруг самолета в тот самый момент преодоления порога скорости. Воздушная волна, удаляясь от машины, превращается в звуковую из-за изменения давления. Громкий хлопок будет в определенной точке земной поверхности. При этом наблюдатель сначала услышит «микровзрыв» и только потом гул авиадвигателя.
Его совершил американский летчик – капитан ВВС Чак Йегер. Это случилось 14.10.1947. Чтобы добиться нужного результата, стартовать пришлось из …бомболюка специально приспособленного для такой операции B-29 (позже его переименовали в ЕВ-29А). Самолет, на котором был впервые преодолен звуковой барьер, пилот назвал в честь супруги – Glamorous Glennis (сейчас машина в музее).
В Советском Союзе, тогда разоренного войной, подобное достижение зафиксировано 26.12.1948 на истребителе, в составе экипажа которого были пилоты Федоров и Соколовский. Они спускались с высоты в 10 км, разгонялись и выходили на эшелон в 6 тыс. м. В январе следующего года на истребителе Ла-176, получившего новый движок ВК-1 было достигнуто 1,02 Маха (все официально зарегистрировано!).
Странно, однако максимальная скорость летательного аппарата была меньше звуковой на 1 %. Если же брать гражданские воздушные суда, то первым стал Douglas DC-8, достигший скорости в 1,012 Маха (1262 км/ч) 21.08.1961 в ходе испытаний, связанных с проектированием крыльев. Еще один рекорд зафиксирован при полете российской баллистической ракеты, развившей на высоте в 31200 м 6389 км/ч.
А как обстоят дела с преодолением звукового барьера на земле? Тут тоже есть свои рекордсмены: ровно через полвека после достижения Чака Йегера Энди Грин из Великобритании на автомобиле смог двигаться со скоростью более 1200 км/ч. Но и этого человеку показалось мало! Уж очень ему хотелось испытать, что чувствует своим телом Homo Sapiens без присутствия всякой там техники. Джо Киттенгер превысил скорость 1200 км/ч в свободном падении с высоты в 31500 м.
Уже в современной, новейшей истории 14.10.2012 Ф. Баумгартнер «упал» с высоты 39 км. При «полете» он достиг скорости 1342,8 км/ч, что и зафиксировали надетые на него приборы.
Обычное воздушное судно имеет плавные, даже округленные формы, которые перестают должным образом «работать» при переходе на скорость более 1200 км/ч. После преодоления звукового барьера резко увеличивается сопротивление воздуху, корпус самолета (обшивка) из-за повышающегося трения, начинает сильно нагреваться (температура достигает +300°!). В итоге машина, не рассчитанная на полеты с такой скоростью, плохо управляется, ее конструкция подвергается серьезным нагрузкам: самолет рискует просто разрушиться в воздухе.
Конечно же, это англо-французский «Конкорд» и советский Ту-144. Интересно, что американцы тоже разрабатывали свой пассажирский сверхзвуковой самолет. Однако, оценив все экономические минусы на примере упомянутой выше «парочки», в США проект так и не был реализован. А Concord и Ту-144 так и не «выдали» «потомства»: в конечном итоге машины перестали летать.
Причины банальны: при быстром преодолении расстояний выявились серьезные минусы, из-за которых подобные машины в гражданской авиации пока перестали выпускать серийно:
✅ высокий расход топлива
✅ сильный шум на аэродромах и в близлежащей местности при взлете, посадке
✅ возникновение ударной волны
✅ высокая стоимость техобслуживания
А вот в военной сфере от сверхзвуковых машин не отказались: их и сегодня достаточно много в любой солидной армии любого государства.
В первую очередь все они оснащаются достаточно мощным двигателем. Внешний облик самолета тоже становится не похожим на обычные дозвуковые летательные аппараты. Это выражается в более острых кромках, углах, стреловидном крыле.
Ярким примером может служить истребитель МиГ-21, развивающий на высоте до 2230 км/ч. Что касается гражданских лайнеров, можно вспомнить острый и смотрящий вниз нос Ту-144: при наборе скорости «передок» выпрямляется, чтобы уменьшить сопротивление воздушному потоку. Да и крылья многих современных самолетов, рассчитанных на сверхзвуковую скорость, при переходе на нее становятся стреловидными. А если предстоят длительные полеты, плоскости делают как можно тоньше и прочнее.
Однако стреловидное крыло имеет существенный минус – малая подъемная сила. А как это компенсировать? Есть два варианта. Первый – крыло т. н. оживальной формы: имеется в виду наплыв рядом с фюзеляжем для получения спирального завихрения, которое и обеспечивает дополнительную подъемную силу. Второй вариант можно увидеть на современном российском SSJ-100 (хотя он и не летает на скорости в 1200 км/ч): это сверхкритическое крыло. От обычного оно отличается специальным профилем с изогнутой тыльной частью. Такое техническое решение задерживает возникновение волнового кризиса, что дает экономию топлива для аппарата, летающего в дозвуковом режиме.
И еще одна характерная особенность сверхзвуковых лайнеров, которая бросается в глаза – увеличенная площадь хвостового оперения.
Такое случилось с «классическим» «Бонг-747» 19.02.1985, когда судно, принадлежащее китайскому авиаперевозчику China Airlines, летело из Тайваня в Лос-Анджелес. Однако, не долетев по пути 500 км до Сан-Франциско, самолет из-за отказа одного из двигателей свалился в пикирование с высоты в 12,5 км. Позже (в соответствии с зафиксированными показаниями приборов) было выяснено: в эти моменты падающая машина преодолела скорость звука. Экипаж сумел выровнять машину чуть ли не у самой земли: на 2,9 км. При «падении» перегрузки превышали 5,1g: самолет совсем не рассчитан на подобное: у него частично разрушилось хвостовое оперение. Тем не менее, «Боинг» сумел благополучно приземлиться: от травм пострадало только два человека.
Тем не менее тема сверхзвуковых пассажирских самолетов сегодня совсем даже не закрыта: попытки в этом направлении продолжаются. Правда, пока все ограничивается разработкой бизнес-джетов. А что будет дальше – посмотрим!
На сегодня источники подобного явления – военные самолеты и ракеты, способные летать со скоростью более 1191,6 км/ ч или 331 м/с: именно так распространяется звук в воздушной среде. Как летательный аппарат преодолевает этот барьер? Машина взлетает и начинает разгоняться: в полете вокруг нее образуется воздушный поток, сначала плавно обтекающий фюзеляж, крылья и оперение. По мере увеличения скорости перед носом самолета (а также и другими элементами конструкции) резко уплотняется воздух и образуется ударная волна. Причем, зачастую не одна: их может быть несколько.
Если говорить о визуальном восприятии, то это «облачный конус», который хорошо видно вокруг самолета в тот самый момент преодоления порога скорости. Воздушная волна, удаляясь от машины, превращается в звуковую из-за изменения давления. Громкий хлопок будет в определенной точке земной поверхности. При этом наблюдатель сначала услышит «микровзрыв» и только потом гул авиадвигателя.
Первый сверхзвуковой полет
Его совершил американский летчик – капитан ВВС Чак Йегер. Это случилось 14.10.1947. Чтобы добиться нужного результата, стартовать пришлось из …бомболюка специально приспособленного для такой операции B-29 (позже его переименовали в ЕВ-29А). Самолет, на котором был впервые преодолен звуковой барьер, пилот назвал в честь супруги – Glamorous Glennis (сейчас машина в музее).
Чак Йегер в очередной раз преодолевает сверхзвук на F-15 в возрасте 89 лет! Фото: YouTube.com
В Советском Союзе, тогда разоренного войной, подобное достижение зафиксировано 26.12.1948 на истребителе, в составе экипажа которого были пилоты Федоров и Соколовский. Они спускались с высоты в 10 км, разгонялись и выходили на эшелон в 6 тыс. м. В январе следующего года на истребителе Ла-176, получившего новый движок ВК-1 было достигнуто 1,02 Маха (все официально зарегистрировано!).
Тот самый Ла-176. Архивное фото
Странно, однако максимальная скорость летательного аппарата была меньше звуковой на 1 %. Если же брать гражданские воздушные суда, то первым стал Douglas DC-8, достигший скорости в 1,012 Маха (1262 км/ч) 21.08.1961 в ходе испытаний, связанных с проектированием крыльев. Еще один рекорд зафиксирован при полете российской баллистической ракеты, развившей на высоте в 31200 м 6389 км/ч.
Douglas DC-8: первый из гражданских самолетов, преодолевших звуковой барьер. Фото: YouTube.com
А как обстоят дела с преодолением звукового барьера на земле? Тут тоже есть свои рекордсмены: ровно через полвека после достижения Чака Йегера Энди Грин из Великобритании на автомобиле смог двигаться со скоростью более 1200 км/ч. Но и этого человеку показалось мало! Уж очень ему хотелось испытать, что чувствует своим телом Homo Sapiens без присутствия всякой там техники. Джо Киттенгер превысил скорость 1200 км/ч в свободном падении с высоты в 31500 м.
Joe Kittinger в свободном падении с высоты 31,5 км. Фото: YouTube.com
Звуковой барьер был преодолен еще в глубокой древности: придуманный китайцами хлыст мог достигать скорость звука, о чем свидетельствовал характерный щелчок. Но зафиксировать это смогли только в 1927-м году, когда изобрели моментальную фотографию.
Уже в современной, новейшей истории 14.10.2012 Ф. Баумгартнер «упал» с высоты 39 км. При «полете» он достиг скорости 1342,8 км/ч, что и зафиксировали надетые на него приборы.
Проблемы с самолетами при переходе на сверхзвук
Обычное воздушное судно имеет плавные, даже округленные формы, которые перестают должным образом «работать» при переходе на скорость более 1200 км/ч. После преодоления звукового барьера резко увеличивается сопротивление воздуху, корпус самолета (обшивка) из-за повышающегося трения, начинает сильно нагреваться (температура достигает +300°!). В итоге машина, не рассчитанная на полеты с такой скоростью, плохо управляется, ее конструкция подвергается серьезным нагрузкам: самолет рискует просто разрушиться в воздухе.
Гражданские сверхзвуковые лайнеры
Конечно же, это англо-французский «Конкорд» и советский Ту-144. Интересно, что американцы тоже разрабатывали свой пассажирский сверхзвуковой самолет. Однако, оценив все экономические минусы на примере упомянутой выше «парочки», в США проект так и не был реализован. А Concord и Ту-144 так и не «выдали» «потомства»: в конечном итоге машины перестали летать.
При взлете Ту-144 издавал шум и грохот на десятки километров вокруг. Архивное фото.
Причины банальны: при быстром преодолении расстояний выявились серьезные минусы, из-за которых подобные машины в гражданской авиации пока перестали выпускать серийно:
✅ высокий расход топлива
✅ сильный шум на аэродромах и в близлежащей местности при взлете, посадке
✅ возникновение ударной волны
✅ высокая стоимость техобслуживания
А вот в военной сфере от сверхзвуковых машин не отказались: их и сегодня достаточно много в любой солидной армии любого государства.
Особенности конструкции сверхзвуковых машин
В первую очередь все они оснащаются достаточно мощным двигателем. Внешний облик самолета тоже становится не похожим на обычные дозвуковые летательные аппараты. Это выражается в более острых кромках, углах, стреловидном крыле.
Стреловидное крыло – один из признаков сверхзвукового самолета. Архивное фото.
Ярким примером может служить истребитель МиГ-21, развивающий на высоте до 2230 км/ч. Что касается гражданских лайнеров, можно вспомнить острый и смотрящий вниз нос Ту-144: при наборе скорости «передок» выпрямляется, чтобы уменьшить сопротивление воздушному потоку. Да и крылья многих современных самолетов, рассчитанных на сверхзвуковую скорость, при переходе на нее становятся стреловидными. А если предстоят длительные полеты, плоскости делают как можно тоньше и прочнее.
Concord тоже давно не летает (на крыле впереди виден наплыв, как и у Ту-144). Фото: YouTube.com
Однако стреловидное крыло имеет существенный минус – малая подъемная сила. А как это компенсировать? Есть два варианта. Первый – крыло т. н. оживальной формы: имеется в виду наплыв рядом с фюзеляжем для получения спирального завихрения, которое и обеспечивает дополнительную подъемную силу. Второй вариант можно увидеть на современном российском SSJ-100 (хотя он и не летает на скорости в 1200 км/ч): это сверхкритическое крыло. От обычного оно отличается специальным профилем с изогнутой тыльной частью. Такое техническое решение задерживает возникновение волнового кризиса, что дает экономию топлива для аппарата, летающего в дозвуковом режиме.
Первый самолет, преодолевшим барьер – Bell X-1, совсем не походил на современные лайнеры: у него обычное крыло и переделанный жидкостный двигатель, устанавливаемый на ракеты – XLR11.
У первого самолета, преодолевшего звуковой барьер, была почти что обычная конструкция. Архивное фото.
И еще одна характерная особенность сверхзвуковых лайнеров, которая бросается в глаза – увеличенная площадь хвостового оперения.
Необычные происшествия с преодолением сверхзвука
Такое случилось с «классическим» «Бонг-747» 19.02.1985, когда судно, принадлежащее китайскому авиаперевозчику China Airlines, летело из Тайваня в Лос-Анджелес. Однако, не долетев по пути 500 км до Сан-Франциско, самолет из-за отказа одного из двигателей свалился в пикирование с высоты в 12,5 км. Позже (в соответствии с зафиксированными показаниями приборов) было выяснено: в эти моменты падающая машина преодолела скорость звука. Экипаж сумел выровнять машину чуть ли не у самой земли: на 2,9 км. При «падении» перегрузки превышали 5,1g: самолет совсем не рассчитан на подобное: у него частично разрушилось хвостовое оперение. Тем не менее, «Боинг» сумел благополучно приземлиться: от травм пострадало только два человека.
Свалившись в пике, 747-й преодолел звуковой барьер. Фото: YouTube.com (реконструкция)
Тем не менее тема сверхзвуковых пассажирских самолетов сегодня совсем даже не закрыта: попытки в этом направлении продолжаются. Правда, пока все ограничивается разработкой бизнес-джетов. А что будет дальше – посмотрим!
- Сергей М.
- https://youtube.com
Рекомендуем для вас
«Бетонки»: в России тоже хотят строить «вечные» дороги
Недавно из Краснодарского края пришло сообщение о введении в эксплуатацию опытного участки бетонной автодороги. Подобные покрытия в СССР и РФ почти не...
МС-21 получил еще одну важную деталь отечественного производства
Набор деталей успешно прошел тестирование на скорости свыше 600 км/час. До 2028 года ожидается увеличение поставок в 11 раз. Все подробности читайте в нашем...
Lada Niva получит новый мотор в 2025 году – более объемный и мощный, но простой и надежный
Этим двигателям планируют оснащать все модификации легендарного внедорожника. Похоже, от старого мотора решили отказаться....
Твердотельные аккумуляторы – 1200 км и 10 минут зарядки: когда будет массовое производство?
О производстве этих батарей говорят давно – а «воз и ныне там». Есть ли какие сдвиги в этом направлении сегодня?...
Boeing 737: посадки в исполнении современных пилотов или в СССР учили лучше
Авиалайнеры Boeing 737 считаются одними из самых массовых и удачных в мире. Выпускается семейство серийно с 1967 года. Неудивительно, что за это время...
Sollers Atlant – почти российский, но все еще недоработанный
Обзор нового легкого грузовика из Елабуги. Расскажем, почему его можно считать почти отечественным, и как отзываются о нем владельцы....
Остров Свободы получил новых «Патриотов»
Они помогут справиться с последствиями природных катаклизмов, а затем перейдут на службу в администрации провинций. Все подробности читайте в нашем материале....
Отсоединять или нет клеммы АКБ при подзарядке
В холода многие подзаряжают аккумулятор: а нужно ли при этом снимать клеммы? Есть разные варианты ответа....
Четыре иномарки и одна «россиянка»: выбраны 5 лучших автомобилей 2024 года
В интересное время живем, товарищи! Кому не лень, или нужен масштабный пиар раздают Национальные премии «Автомобиль года России». Только «нацию», похоже,...
Ждем в электромобилях – в Великобритании создали «вечную» батарею
Похоже, будущее наступило. Первый экземпляр создан, осталось дождаться серийного производства, и можно будет забыть о зарядных устройствах....
Audi 100 C2 против АЗЛК-2141 – модели бизнес-класса из разных стран и эпох
История автомобилей и их технические особенности. В итоге решим, какая модель лучше сейчас....
КАМАЗ-54902 в сравнении с предшественником: подробности
Запущенный в серийное производство КАМАЗ-54902 очень похож на предшественника. Но отличия есть: они касаются двигателя, кабины, некоторых иных узлов и деталей...
Самолет-телескоп Boeing 747SP: как навечно приземлили «звездолет Энтерпрайз»
Последняя в мире летающая обсерватория проекта SOFIA была закрыта в 2022 году. Что это за программа и почему ее не возобновляют?...
Реконструкция «Чуйского тракта» завершилась раньше срока
Проект должны были сдать в 2026 году. Слаженная работа и современные методики позволили ускорить процесс. Все подробности читайте в нашем материале....
Стартовало производство новых версий Lada Largus Cross
Купить такие автомобили у дилеров пока нельзя. Но скоро они появятся в продаже....
Горные дороги Китая: попробуй проедь!
Когда мы говорим о горной трассе, сразу представляется узкий серпантин: одно неверное движение рулем, и вот она – бездонная пропасть. Но, оказывается, в Китае...