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
Ракетоплан «Аврора» совершил свой первый сверхзвуковой полет
Это первое подобное событие для гражданской авиации со времен «Конкорда». Подробнее обо всем читайте в нашем материале....
Стало известно, почему в России трудно строить самолеты
Существует несколько ключевых факторов, создающих проблемы. Но есть и положительная динамика. Все подробности читайте в нашем материале....
Революционный реактивный двигатель прошел первые огневые испытания и показал многообещающие результаты
Речь о новой турбоэлектрической установке, предназначенной для пассажирских реактивных самолетов. Подробнее о проекте читайте в нашем материале....
Новый экземпляр Ил-114-300 проходит сертификационные испытания
Параллельно с этим собирают первый серийный образец. Как проходят тестирования прототипов, и на каком этапе находятся остальные машины, читайте в нашем...
Российский самолет, оснащенный ПД-35 – появились новые подробности о проекте
Информацией о том, на каком этапе он находится и когда можно ожидать результат поделился Министр торговли и промышленности Российской Федерации. Подробности в...
Импортозамещенный Ту-214 готов к первому полету
Казанский авиазавод установил отечественные навигационные системы, а также другое важное оборудование. Все подробности читайте в нашем материале....
Вот почему современные автомобили быстро ломаются – основная причина
Современные автомобили сделаны так, что водителю практически не нужно знать их устройство. Максимум запомнить, где бачок для стеклоомывающей жидкости. Впрочем,...
Россия построит новую железную дорогу до Персидского залива
Логистическое сообщение поможет обеспечить стабильные поставки с Урала, Сибири и Поволжья. Все подробности масштабного проекта читайте в нашем материале....
Раскрыта стоимость флагманскоой модели «Москвич 8»
Также стала известна дата поступления в продажу. Все подробности и характеристики отечественного внедорожника читайте в нашем материале....
«Авиация Колымы» стала обладателем вертолетов-косаток
Уникальные машины вскоре отправятся в месте постоянной дислокации. По пути будет 11 остановок. Не исключено, что вам повезет их увидеть «вживую»....
Илон Маск нашел революционную замену самолетам
Американский предприниматель хочет отправлять пассажиров на специально подготовленной ракете. Это позволит сократить время перелетов в 15 раз, опередив даже...
Готовятся к серийному производству 13 моделей новых российских автомобилей
Компания Sollers еще пару лет назад обещала, что выпустит несколько новых моделей отечественных автомобилей. Не совсем российских, но зато в перспективе...
Что поможет окупить создание МС-21 в кратчайшие сроки
Настолько сложные и дорогие проекты должны помогать стране. В этом материале мы рассмотрим мнение эксперта НИИ по этому вопросу....
Для чего нужен режим N в АКПП
У многих новичков режим N в коробке-автомате вызывает недоумение: зачем это надо, если есть P? Однако нейтральное положение селектора зачастую необходимо....
Госдума подготовила новый метод борьбы с перекрывающими дорогу водителями
Соответствующий документ уже отправлен на рассмотрение в ответственные органы. Каким образом депутаты хотят убрать мешающие авто, читайте в нашем материале....
Новый отечественный тяговый двигатель для пассажирских поездов отправляется в серию
Это электрический 330 кВт-ный силовой агрегат, который «встанет на службу» в составе «Ласточек», «Финистов» и не только. Подробнее об этом читайте в нашем...