Ultrazvuková rovina. Nejrychlejší hypersonické letadlo na světě

23.01.2022

Nadzvuková letadla jsou letadla, která jsou schopna létat rychlostí přesahující rychlost zvuku (Machovo číslo M = 1,2-5).

Příběh

Nástup proudových stíhaček ve 40. letech 20. století vyzval konstruktéry k dalšímu zvýšení jejich rychlosti. Zvýšená rychlost zlepšila výkon jak bombardérů, tak stíhaček.

Průkopníkem v nadzvukové éře byl americký testovací pilot Chuck Yeager. Dne 14. října 1947 při letu na experimentálním letounu Bell X-1 s raketovou elektrocentrálou XLR-11 překonal v řízeném letu rychlost zvuku.

Rozvoj

Rychlý rozvoj nadzvukového letectví začal v 60.-70. XX století. Poté byly vyřešeny problémy aerodynamické účinnosti, ovladatelnosti a stability letounu. Vysoká rychlost letu také umožnila zvýšit služební strop o více než 20 000 m, což byla pohodlná výška pro bombardéry a průzkumná letadla.

Před příchodem protiletadlových raketometů a komplexů, které mohly zasáhnout cíle na vysoké nadmořské výšky, hlavním principem bombardovacích operací bylo udržet bombardovací letouny zapnuté maximální výška a rychlost. Poté byla postavena a uvedena do sériové výroby nadzvuková letadla pro různé účely - průzkumné bombardéry, stíhačky, stíhačky, záchytné bombardéry. Convair F-102 Delta Dagger byl prvním nadzvukovým průzkumným letounem a Convair B-58 Hustler byl prvním nadzvukovým bombardérem dlouhého doletu.

V současné době probíhá návrh, vývoj a výroba nových letadel, z nichž některé jsou vyráběny pomocí speciální technologie, která snižuje jejich radarový a vizuální podpis - „Stealth“.

Osobní nadzvukové letadlo

V historii letectví byla vytvořena pouze 2 osobní nadzvuková letadla, která provozovala pravidelné lety. První let Sovětské letadlo Tu-144 se uskutečnil 31. prosince 1968, doba jeho provozu byla 1975-1978. Anglo-francouzský letoun Concorde uskutečnil svůj první let 2. března 1969 a v letech 1976-2003 byl provozován transatlanticky.

Použití takových letadel umožnilo nejen zkrátit dobu letu na velké vzdálenosti, ale také využít neobsazených leteckých linek ve velkých výškách (cca 18 km) v době, kdy výšky 9-12 km, které dopravní letadla používané, byly silně zatížené. Také nadzvuková letadla provozovala off-air trasy (na přímých linkách).

Navzdory neúspěchu několika projektů transsonických a nadzvukových letadel (SSBJ, Tu-444, Tu-344, Tu-244, Lockheed L-2000, Boeing Sonic Cruiser, Boeing 2707) a vyřazení dvou dokončených projektů, vývoj moderních hypersonických pokračují projekty dopravních letadel (např. SpaceLiner, ZEHST) a přistávající (vojenská doprava) letadla rychlé reakce. Do výroby byl zahájen nadzvukový business jet Aerion AS2.

Teoretické problémy

Ve srovnání s podzvukovým letem se let nadzvukovou rychlostí provádí podle jiného zákona, protože když letadlo dosáhne rychlosti zvuku, dochází ke změnám ve schématu proudění, v důsledku toho se zvyšuje kinetické zahřívání zařízení, zvyšuje se aerodynamický odpor a je pozorována změna aerodynamického zaměření. To vše přispívá ke zhoršení ovladatelnosti a stability letadla. Objevil se i dosud neznámý jev odporu vlnění.

Efektivní let při dosažení rychlosti zvuku proto vyžaduje nejen zvýšení výkonu motoru, ale také zavedení nových konstrukčních řešení.

Proto taková letadla dostala změnu svého vzhledu - objevily se ostré rohy a charakteristické rovné linie ve srovnání s „hladkým“ tvarem podzvukových letadel.

Dodnes nebyl vyřešen úkol vytvořit skutečně efektivní nadzvukový letoun. Od tvůrců se požaduje, aby našli kompromis mezi zachováním normálních vzletových a přistávacích charakteristik a požadavkem na zvýšení rychlosti.

Proto je dobývání nových výšin a rychlostí moderním letectvím spojeno nejen se zaváděním nových pohonných systémů a schémat uspořádání, ale také se změnami geometrie letu. Tyto změny by měly zlepšit výkon letadla při vysokých rychlostech, aniž by došlo ke snížení výkonu při nízkých rychlostech a naopak. Konstruktéři v Nedávno odmítají zmenšit plochu křídel a tloušťku jejich profilů nebo zvětšit úhel vychýlení a vracet se ke křídlům s velkou relativní tloušťkou a malým vychýlením, pokud se jim podařilo dosáhnout požadavků praktického stropu a rychlosti .

Je důležité, aby měl nadzvukový letoun dobrý letový výkon při nízkých rychlostech a byl odolný vůči odporu při vysokých rychlostech, zejména v nadmořských výškách.

Klasifikace letadla:

Přesně před 15 lety uskutečnily poslední tři nadzvukové osobní letouny Concorde britské letecké společnosti British Airways svůj rozlučkový let. Toho dne, 24. října 2003, tato letadla, letící v malé výšce nad Londýnem, přistála na Heathrow a ukončila tak krátkou historii nadzvukového osobního letectví. Letečtí konstruktéři po celém světě však dnes opět přemýšlejí o možnosti rychlých letů – z Paříže do New Yorku za 3,5 hodiny, ze Sydney do Los Angeles za 6 hodin, z Londýna do Tokia za 5 hodin. Než se ale nadzvuková letadla vrátí na mezinárodní linky pro cestující, budou muset vývojáři vyřešit mnoho problémů, z nichž jedním z nejdůležitějších je snížení hluku rychlých letadel.

Krátká historie rychlých letů

Osobní letectví se začalo formovat v 10. letech 20. století, kdy se objevila první letadla speciálně určená pro leteckou přepravu lidí. Úplně první z nich byla francouzská limuzína Bleriot XXIV od Bleriot Aeronautique. To bylo používáno pro výlety vzduchem. O dva roky později se v Rusku objevil S-21 Grand, vytvořený na základě těžkého bombardéru Russian Knight Igorem Sikorským. Byl postaven v rusko-baltském přepravním závodě. Poté se letectví začalo rozvíjet mílovými kroky: nejprve začaly lety mezi městy, pak mezi zeměmi a pak mezi kontinenty. Letadla umožnila dostat se do cíle rychleji než vlakem nebo lodí.

V 50. letech se pokrok ve vývoji proudových motorů výrazně zrychlil a nadzvukový let se stal dostupným i pro vojenské letouny, i když nakrátko. Nadzvuková rychlost se obvykle nazývá pohyb až pětinásobek vyšší rychlost zvuk, který se mění v závislosti na prostředí šíření a jeho teplotě. Při normálním atmosférickém tlaku na hladině moře se zvuk šíří rychlostí 331 metrů za sekundu, neboli 1191 kilometrů za hodinu. Jak nabíráte nadmořskou výšku, hustota a teplota vzduchu klesá a rychlost zvuku klesá. Například ve výšce 20 tisíc metrů je to už asi 295 metrů za vteřinu. Ale již ve výšce kolem 25 tisíc metrů a jak stoupá do více než 50 tisíc metrů, začíná postupně narůstat teplota atmosféry oproti nižším vrstvám a s tím se zvyšuje i místní rychlost zvuku.

Nárůst teploty v těchto nadmořských výškách se vysvětluje mimo jiné vysokou koncentrací ozonu ve vzduchu, který tvoří ozonový štít a pohlcuje část sluneční energie. Výsledkem je, že rychlost zvuku ve výšce 30 tisíc metrů nad mořem je asi 318 metrů za sekundu a ve výšce 50 tisíc - téměř 330 metrů za sekundu. V letectví se Machovo číslo široce používá k měření rychlosti letu. Zjednodušeně vyjadřuje místní rychlost zvuku pro konkrétní nadmořskou výšku, hustotu a teplotu vzduchu. Rychlost konvenčního letu, která se rovná dvěma Machovým číslům, na hladině moře bude tedy 2383 kilometrů za hodinu a ve výšce 10 tisíc metrů - 2157 kilometrů za hodinu. Americký pilot Chuck Yeager poprvé prolomil zvukovou bariéru rychlostí 1,04 Mach (1066 kilometrů za hodinu) ve výšce 12,2 tisíce metrů v roce 1947. To byl důležitý krok k rozvoji nadzvukových letů.

V padesátých letech minulého století začali konstruktéři letadel v několika zemích po celém světě pracovat na návrzích nadzvukových osobních letadel. V důsledku toho se v 70. letech objevil francouzský Concorde a sovětský Tu-144. Jednalo se o první a dosud jediná osobní nadzvuková letadla na světě. Oba typy letadel využívaly konvenční proudové motory optimalizované pro dlouhodobý provoz v nadzvukovém letu. Tu-144 byly v provozu až do roku 1977. Letouny létaly rychlostí 2,3 tisíce kilometrů za hodinu a mohly přepravit až 140 cestujících. Letenky na jejich lety však stojí v průměru 2,5–3krát více než obvykle. Nízká poptávka po rychlých, ale drahých letech, stejně jako obecné potíže s provozem a údržbou Tu-144, vedly k jejich vyřazení z osobních letů. Letouny však byly nějakou dobu používány při zkušebních letech, mimo jiné na základě smlouvy s NASA.

Concorde sloužil mnohem déle - až do roku 2003. Lety francouzskými dopravními letadly byly také drahé a nebyly příliš populární, ale Francie a Velká Británie je nadále provozovaly. Náklady na jednu letenku na takový let byly v přepočtu na dnešní ceny asi 20 tisíc dolarů. Francouzský Concorde letěl rychlostí něco málo přes dva tisíce kilometrů za hodinu. Letadlo dokázalo překonat vzdálenost z Paříže do New Yorku za 3,5 hodiny. V závislosti na konfiguraci mohl Concorde přepravit 92 až 120 lidí.

Příběh Concordu skončil nečekaně a rychle. V roce 2000 došlo k havárii letadla Concorde, při které zemřelo 113 lidí. O rok později začala krize osobní letecké dopravy způsobená teroristickými útoky z 11. září 2001 (dvě letadla s pasažéry unesenými teroristy narazila do věží 2. světové války nákupní centrum v New Yorku, další, třetí, spadl do budovy Pentagonu v Arlington County a čtvrtý spadl na pole poblíž Shanksville v Pensylvánii). Pak vypršela záruční doba na letouny Concorde, které odbavoval Airbus. Všechny tyto faktory dohromady způsobily, že provoz nadzvukových osobních letadel byl extrémně nerentabilní a v létě a na podzim roku 2003 letecké společnosti Air Francie a British Airways se střídaly ve vyřazování všech Concordů.

Po uzavření programu Concorde v roce 2003 stále existovala naděje na návrat nadzvukových osobních letadel do provozu. Konstruktéři doufali v nové účinné motory, aerodynamické výpočty a počítačem podporované konstrukční systémy, které by mohly učinit nadzvukové lety ekonomicky dostupnými. Ale v letech 2006 a 2008 Mezinárodní organizace civilní letectví přijala nové normy hluku letadel, které mimo jiné zakazovaly všechny nadzvukové lety nad obydlenými pozemními oblastmi v Poklidný čas. Tento zákaz se nevztahuje na letecké koridory speciálně určené pro vojenské letectví. Práce na projektech nových nadzvukových letadel se zpomalily, ale dnes začaly opět nabírat na obrátkách.

Tichý nadzvukový

Dnes několik podniků a vládních organizací na světě vyvíjí nadzvuková osobní letadla. Takové projekty zejména vedou ruské společnosti Suchoj a Tupolev, Zhukovsky Central Aerohydrodynamic Institute, francouzský Dassault, Japonská agentura pro výzkum letectví, evropský koncern Airbus, americký Lockheed Martin a Boeing a také několik startupů, včetně Aerion a Boom Technologies. Obecně jsou návrháři podmíněně rozděleni do dvou táborů. Zástupci prvního z nich se domnívají, že v blízké budoucnosti nebude možné vyvinout „tiché“ nadzvukové letadlo, které by odpovídalo hladině hluku podzvukových dopravních letadel, což znamená, že je nutné postavit rychlé osobní letadlo, které přejde na nadzvukové tam, kde je to povoleno. Tento přístup, jak se konstruktéři z prvního tábora domnívají, stále zkrátí dobu letu z jednoho bodu do druhého.

Designéři z druhého tábora se primárně zaměřili na boj s rázovými vlnami. Při letu nadzvukovou rychlostí generuje kostra letadla mnoho rázových vln, z nichž nejvýznamnější se vyskytují v oblasti nosu a ocasu. Kromě toho se rázové vlny typicky vyskytují na náběžné a odtokové hraně křídla, na náběžné hraně ocasní plochy, v oblastech víření a na okrajích sání vzduchu. Rázová vlna je oblast, ve které tlak, hustota a teplota média zaznamenají náhlý a silný skok. Pozorovatelé na zemi jsou takové vlny vnímány jako hlasitý třesk nebo dokonce výbuch - kvůli tomu jsou nadzvukové lety nad obydlenou zemí zakázány.

Efekt exploze nebo velmi hlasité rány vyvolávají tzv. rázové vlny typu N, které se tvoří při výbuchu bomby nebo na kluzáku nadzvukové stíhačky. Na grafu růstu tlaku a hustoty se takové vlny podobají písmenu N latinské abecedy v důsledku prudkého nárůstu tlaku na čelu vlny s prudkým poklesem tlaku po něm a následnou normalizací. V laboratorních experimentech výzkumníci z Japan Aerospace Exploration Agency zjistili, že změna tvaru draku letadla může vyhladit vrcholy v grafu rázové vlny a přeměnit ji na vlnu typu S. Taková vlna má hladký pokles tlaku, který není tak významný jako N-vlna. Experti NASA se domnívají, že S-vlny budou pozorovatelé vnímat jako vzdálené zabouchnutí dveří auta.

N-vlna (červená) před aerodynamickou optimalizací nadzvukového kluzáku a podobnost s S-vlnou po optimalizaci

V roce 2015 japonští konstruktéři sestavili bezpilotní kluzák D-SEND 2, jehož aerodynamický tvar byl navržen tak, aby snížil počet rázových vln na něm generovaných a jejich intenzitu. V červenci 2015 vývojáři testovali kostru letadla na zkušebním místě střel Esrange ve Švédsku a zaznamenali výrazné snížení počtu rázových vln generovaných na povrchu nového draku. Během testu vypadl D-SEND 2, který nebyl vybaven motory horkovzdušný balón z výšky 30,5 tisíce metrů. Při pádu nabral 7,9 metru dlouhý kluzák rychlost 1,39 Mach a proletěl kolem upoutaných balónů vybavených mikrofony umístěnými v různých výškách. Vědci přitom měřili nejen intenzitu a počet rázových vln, ale analyzovali i vliv stavu atmosféry na jejich časný výskyt.

Podle japonské agentury bude sonický třesk z letadel velikostí srovnatelných s nadzvukovými osobními letouny Concorde a navrženými podle konstrukce D-SEND 2 při letu nadzvukovou rychlostí o polovinu silnější než dosud. Japonský D-SEND 2 se od kluzáků běžných moderních letadel liší nesymetrickým uspořádáním přídě. Kýl zařízení je posunut směrem k přídi a horizontálně ocasní jednotka je vyroben jako všepohyblivý a má negativní montážní úhel vzhledem k podélné ose draku letadla, to znamená, že ocasní konce jsou umístěny pod připojovacím bodem a ne nad, jako obvykle. Křídlo kluzáku má normální sklon, ale je stupňovité: plynule zapadá do trupu a část jeho náběžné hrany je umístěna v ostrém úhlu k trupu, ale blíže k odtokové hraně se tento úhel prudce zvětšuje.

Podle podobného schématu právě vzniká nadzvukový americký startup Aerion, který pro NASA vyvíjí Lockheed Martin. Ruský (Supersonic Business Aircraft/Supersonic Passenger Aircraft) je rovněž konstruován s důrazem na snížení počtu a intenzity rázových vln. Některé z projektů rychlých osobních letadel mají být dokončeny v první polovině roku 2020, ale do té doby ještě nebudou revidovány letecké předpisy. To znamená, že nový letoun bude zpočátku provádět nadzvukové lety pouze nad vodou. Faktem je, že za účelem zrušení omezení nadzvukových letů nad obydlenou zemí budou muset vývojáři provést mnoho testů a své výsledky předložit leteckým úřadům, včetně Federálního úřadu pro letectví USA a Evropské agentury pro bezpečnost letectví.

S-512 / Spike Aerospace

Nové motory

Další vážnou překážkou pro vytvoření sériového osobního nadzvukového letadla jsou motory. Konstruktéři již našli mnoho způsobů, jak učinit proudové motory hospodárnějšími, než byly před deseti až dvaceti lety. To zahrnuje použití převodovek, které odstraňují tuhou spojku ventilátoru a turbíny v motoru, a použití keramických kompozitních materiálů, které umožňují optimalizaci teplotní rovnováhy v horké zóně elektrárny, a dokonce i zavedení další třetiny vzduchový okruh navíc k již existujícím dvěma, vnitřnímu a vnějšímu. V oblasti vytváření ekonomických podzvukových motorů již konstruktéři dosáhli úžasných výsledků a pokračující nový vývoj slibuje značné úspory. Více o slibném výzkumu si můžete přečíst v našem materiálu.

Ale navzdory všemu tomuto vývoji je stále obtížné označit nadzvukový let za ekonomický. Například nadějné nadzvukové osobní letadlo od startupu Boom Technologies dostane tři turboventilátorové motory rodiny JT8D od Pratt & Whitney nebo J79 od GE Aviation. Při cestovním letu je měrná spotřeba paliva těchto motorů asi 740 gramů na kilogram síly za hodinu. V tomto případě může být motor J79 vybaven přídavným spalováním, které zvyšuje spotřebu paliva na dva kilogramy na kilogram síly za hodinu. Tato spotřeba je srovnatelná se spotřebou paliva motorů například stíhačky Su-27, jejíž úkoly se výrazně liší od přepravy cestujících.

Pro srovnání, měrná spotřeba paliva jediných sériových turboventilátorových motorů D-27 na světě, instalovaných na ukrajinském dopravním letounu An-70, je pouze 140 gramů na kilogram síly za hodinu. Americký motor CFM56, „klasika“ dopravních letadel Boeing a Airbus, má specifickou spotřebu paliva 545 gramů na kilogram síly za hodinu. To znamená, že bez zásadního přepracování motorů proudových letadel se nadzvukové lety nezlevní natolik, aby se rozšířily, a budou žádané pouze v obchodním letectví – vysoká spotřeba paliva vede k vyšším cenám letenek. Objemově také nebude možné snižovat vysoké náklady na nadzvukovou leteckou dopravu - dnes konstruovaná letadla jsou navržena pro přepravu 8 až 45 cestujících. Do konvenčních letadel se vejde více než sto lidí.

Začátkem října tohoto roku však společnost GE Aviation navrhla nový proudový motor Affinity s turbodmychadlem. Tyto elektrárny mají být instalovány na slibném nadzvukovém osobním letounu AS2 společnosti Aerion. Nový napájecí bod konstrukčně kombinuje vlastnosti proudových motorů s nízkým obtokovým poměrem pro bojová letadla a elektrárny s vysokým obtokovým poměrem pro osobní letadla. Zároveň v Affinity nejsou žádné nové nebo průlomové technologie. Nový motor GE Aviation klasifikuje elektrárny se středním obtokovým poměrem.

Motor je založen na upraveném plynovém generátoru z turbodmychadlového motoru CFM56, který zase konstrukčně vychází z plynového generátoru z F101, elektrárny pro nadzvukový bombardér B-1B Lancer. Elektrárna dostane modernizovaný elektronický digitální systém řízení motoru s plnou odpovědností. O designu slibného enginu vývojáři neprozradili žádné podrobnosti. GE Aviation však očekává, že měrná spotřeba paliva motorů Affinity nebude o mnoho vyšší nebo dokonce srovnatelná se spotřebou paliva moderních turboventilátorových motorů běžných podzvukových osobních letadel. Jak toho lze dosáhnout pro nadzvukový let, není jasné.

Boom / Boom Technologies

Projekty

Navzdory mnoha projektům nadzvukových dopravních letadel ve světě (včetně nerealizovaného projektu přestavby strategického bombardéru Tu-160 na nadzvukové dopravní letadlo navrženého ruským prezidentem Vladimirem Putinem), AS2 amerického start-upu Aerion, S-512, se v roce 2012 podařilo prosadit. lze považovat za nejbližší letovým zkouškám a malosériové výrobě Spanish Spike Aerospace a Boom American Boom Technologies. První je plánován létat rychlostí 1,5 Mach, druhý rychlostí 1,6 Mach a třetí rychlostí 2,2 Mach. Letoun X-59, který vytvořil Lockheed Martin pro NASA, bude technologickým demonstrátorem a létající laboratoří, jeho uvedení do výroby se neplánuje.

Společnost Boom Technologies již oznámila, že se pokusí lety na nadzvukových letadlech velmi zlevnit. Například náklady na let na trase New York – Londýn odhadla společnost Boom Technologies na pět tisíc dolarů. Tolik dnes stojí let na této trase v business třídě běžným podzvukovým dopravním letadlem. Dopravní letadlo Boom bude létat podzvukovou rychlostí nad obydlenou zemí a přepne se na nadzvukovou rychlost nad oceánem. Letoun o délce 52 metrů a rozpětí křídel 18 metrů bude schopen přepravit až 45 cestujících. Do konce roku 2018 plánuje Boom Technologies vybrat jeden z několika nových leteckých projektů pro realizaci v kovu. První let dopravního letadla je plánován na rok 2025. Společnost tyto termíny posunula; Boom měl původně létat v roce 2023.

Podle předběžných propočtů bude délka letadla AS2, určeného pro 8-12 cestujících, 51,8 metru, rozpětí křídel bude 18,6 metru. Maximum vzletová hmotnost nadzvukových letadel bude 54,8 tuny. AS2 poletí nad vodou cestovní rychlostí 1,4-1,6 Mach, nad pevninou zpomalí na Mach 1,2. Poněkud nižší rychlost letu nad pevninou ve spojení se speciálním aerodynamickým tvarem draku letadla, jak vývojáři očekávají, téměř zcela zabrání vzniku rázových vln. Dolet letadla při rychlosti 1,4 Mach bude 7,8 tisíce kilometrů a 10 tisíc kilometrů při rychlosti 0,95 Mach. První let letadla je plánován na léto 2023 a první transatlantický let se uskuteční v říjnu téhož roku. Jeho vývojáři oslaví 20. výročí posledního letu Concordu.

Nakonec Spike Aerospace plánuje zahájit letové testování úplného prototypu S-512 nejpozději v roce 2021. Dodávky prvních sériově vyráběných letadel zákazníkům jsou naplánovány na rok 2023. Podle projektu bude S-512 schopen přepravit až 22 cestujících rychlostí až 1,6 Mach. Dolet tohoto letadla bude 11,5 tisíce kilometrů. Od října loňského roku uvedla společnost Spike Aerospace na trh několik zmenšených modelů nadzvukových letadel. Jejich účelem je otestovat konstrukční řešení a účinnost prvků řízení letu. Všechny tři nadějné osobní letouny vznikají s důrazem na speciální aerodynamický tvar, který sníží intenzitu rázových vln vznikajících při nadzvukovém letu.

V roce 2017 dosáhl objem letecké osobní dopravy po celém světě čtyři miliardy lidí, z toho 650 milionů uskutečnilo dálkové lety v rozmezí od 3,7 do 13 tisíc kilometrů. První a business třídou letělo 72 milionů cestujících na dlouhé vzdálenosti. Právě na těchto 72 milionů lidí se vývojáři nadzvukových dopravních letadel zaměřují jako první a věří, že za možnost strávit ve vzduchu zhruba o polovinu méně času než obvykle, rádi zaplatí o něco více peněz. Nadzvukové osobní letectví se však s největší pravděpodobností začne aktivně rozvíjet po roce 2025. Faktem je, že výzkumné lety laboratoře X-59 začnou až v roce 2021 a potrvají několik let.

Výsledky výzkumu získané během letů X-59, včetně nad dobrovolnickými osadami (jejich obyvatelé souhlasili s tím, aby nad nimi ve všední dny létala nadzvuková letadla; po přeletech pozorovatelé řeknou výzkumníkům, jak vnímají hluk), se plánuje přenos na recenzi FAA. Očekává se, že na jejich základě může revidovat zákaz nadzvukových letů nad obydlenou zemí, ale nestane se tak dříve než v roce 2025.

Vasilij Syčev

6. února 1950 při dalším testu sovětská proudová stíhačka MiG-17 překonala v horizontálním letu rychlost zvuku a zrychlila téměř na 1070 km/h. Tím se stal prvním sériově vyráběným nadzvukovým letounem. Vývojáři Mikoyan a Gurevich byli na své duchovní dítě zjevně hrdí.

Pro bojové lety byl MiG-17 považován za transonic, protože jeho cestovní rychlost nepřesáhla 861 km/h. To však nezabránilo tomu, aby se bojovník stal jedním z nejběžnějších na světě. V jiný čas byl v provozu s Německem, Čínou, Koreou, Polskem, Pákistánem a desítkami dalších zemí. Toto monstrum se dokonce zúčastnilo bojů ve vietnamské válce.

MiG-17 není zdaleka jediným zástupcem žánru nadzvukových letadel. Řekneme vám o desítce dalších dopravních letadel, která také překonala zvukovou vlnu a proslavila se po celém světě.

Zvonek X-1

Americké letectvo speciálně vybavilo Bell X-1 raketovým motorem, protože jej chtělo využít ke studiu problematiky nadzvukového letu. 14. října 1947 zařízení zrychlilo na 1541 km/h (Machovo číslo 1,26), překonalo danou bariéru a proměnilo se ve hvězdu na obloze. Rekordní model dnes odpočívá ve Smithsonian Museum ve Spojených státech.

Zdroj: NASA

North American X-15

North American X-15 je také vybaven raketovými motory. Na rozdíl od svého amerického protějšku Bell X-1 však tento letoun dosáhl rychlosti 6167 km/h (Machovo číslo 5,58) a stal se tak prvním a na 40 let jediným pilotovaným hypersonickým letounem v historii lidstva (od roku 1959). pilotované vesmírné lety. S jeho pomocí dokonce zkoumali reakci atmosféry na vstup okřídlených těles do ní. Celkem byly vyrobeny tři jednotky raketových letounů typu X-15.

Zdroj: NASA

Lockheed SR-71 Blackbird

Byl by hřích nevyužít nadzvuková letadla pro vojenské účely. Americké letectvo proto navrhlo Lockheed SR-71 Blackbird, strategický průzkumný letoun s maximální rychlostí 3 700 km/h (Machovo číslo 3,5). Hlavními výhodami jsou rychlé zrychlení a vysoká manévrovatelnost, která mu umožňovala vyhýbat se střelám. SR-71 byl také prvním letounem, který byl vybaven technologiemi redukce radarové signatury.

Bylo vyrobeno pouze 32 kusů, z nichž 12 havarovalo. V roce 1998 byl vyřazen z provozu.

Zdroj: af.mil

MiG-25

Nemůžeme si nevzpomenout na domácí MiG-25 - nadzvukový výškový stíhací stíhač 3. generace s maximální rychlostí 3000 km/h (číslo Mach 2,83). Letadlo bylo tak cool, že po něm zatoužili i Japonci. Proto musel 6. září 1976 sovětský pilot Viktor Belenko unést MiG-25. Poté, po mnoho let v mnoha částech Unie, letadla začala být neúplně doplňována. Cílem je zabránit tomu, aby letěli na nejbližší zahraniční letiště.

Zdroj: Alexey Beltyukov

MiG-31

Sovětští vědci nepřestali pracovat pro vzdušný prospěch vlasti. Proto se v roce 1968 začalo s konstrukcí MiGu-31. A 16. září 1975 byl poprvé na obloze. Tento dvoumístný nadzvukový stíhač s dlouhým doletem za každého počasí zrychlil na rychlost 2500 km/h (číslo Mach 2,35) a stal se prvním sovětským bojovým letounem čtvrté generace.

MiG-31 je určen k zachycení a ničení vzdušných cílů v extrémně nízkých, nízkých, středních a vysokých nadmořských výškách, ve dne i v noci, za jednoduchých a nepříznivých povětrnostních podmínek, s aktivním i pasivním radarovým rušením, stejně jako falešné tepelné cíle. Čtyři MiGy-31 mohou ovládat vzdušný prostor délka až 900 kilometrů. To není letadlo, ale pýcha Unie, která je stále v provozu s Ruskem a Kazachstánem.

Zdroj: Vitalij Kuzmin

Lockheed/Boeing F-22 Raptor

Nejdražší nadzvuková letadla postavili Američané. Vymodelovali víceúčelovou stíhačku páté generace, která se mezi jejich kolegy stala nejdražší. Lockheed/Boeing F-22 Raptor je v současnosti jedinou stíhačkou páté generace ve službě a první sériovou stíhačkou s nadzvukovou cestovní rychlostí 1890 km/h (1,78 Mach). Maximální rychlost 2570 km/h (2,42 Mach). Ve vzduchu ho ještě nikdo nepřekonal.

Zdroj: af.mil

Su-100/T-4

Su-100/T-4 („tkaní“) byl vyvinut jako stíhačka letadlových lodí. Ale inženýrům Suchojského konstrukčního úřadu se podařilo nejen dosáhnout svého cíle, ale také vymodelovat skvělý úderný a průzkumný bombardér-raketový nosič, který později chtěli dokonce použít jako osobní letadlo a posilovač pro letecký systém Spiral. Maximální rychlost T-4 je 3200 km/h (3 Mach).

Nadzvuková rychlost je rychlost, kterou se objekt pohybuje rychleji než zvuk. Rychlost letu nadzvukového letadla se měří v Machech - rychlost letadla v určitém bodě prostoru vzhledem k rychlosti zvuku ve stejném bodě. V dnešní době je docela těžké překvapit takovou rychlostí pohybu, ale ještě před nějakými 80 lety to byl jen sen.

Kde to všechno začalo

Ve čtyřicátých letech dvacátého století, během druhé světové války, němečtí konstruktéři aktivně pracovali na vyřešení tohoto problému a doufali, že pomocí těchto letadel zvrátit vývoj války. Jak víme, neuspěli, válka skončila. Nicméně v roce 1945, blíže svému dokončení, německý pilot L. Hoffmann, testující první proudový stíhač na světě Me-262, dokázal ve výšce 7200 m dosáhnout rychlosti asi 980 km/h.

První, kdo uskutečnil sen všech pilotů o prolomení nadzvukové bariéry, byl americký testovací pilot Chuck Yeager. V roce 1947 tento pilot jako první v historii překonal rychlost zvuku v pilotovaném vozidle. Létal na prototypu letadla Bell X-1 s raketovým pohonem. Mimochodem, němečtí vědci a jejich vývoj zachycený za války velkou měrou přispěli ke vzhledu tohoto zařízení a vlastně i celému dalšímu vývoji letových technologií.

Rychlosti zvuku bylo dosaženo v Sovětském svazu 26. prosince 1948. Jednalo se o experimentální letoun LA-176, ve výšce letu 9060 m, pilotovaný I.E. Fedorov a O.V. Sokolovský. Zhruba o měsíc později byla na tomto letounu, ale s pokročilejším motorem, rychlost zvuku nejen dosažena, ale i překročena o 7000 m. Projekt LA-176 byl velmi slibný, ale vzhledem k tragické smrti O.V. Sokolovského, který tento aparát ovládal, byl vývoj uzavřen.

Následně se vývoj tohoto odvětví poněkud zpomalil, protože se objevilo značné množství fyzických potíží spojených s ovládáním letadla nadzvukovou rychlostí. Při vysokých rychlostech se začíná projevovat taková vlastnost vzduchu, jako je stlačitelnost, a aerodynamické proudění se stává úplně jiným. Objeví se vlnový odpor a pro každého pilota tak nepříjemný jev, jako je flutter - letadlo se začne velmi zahřívat.

Tváří v tvář těmto problémům začali designéři hledat radikální řešení, které by obtíže překonalo. Toto rozhodnutí se ukázalo jako kompletní revize konstrukce letadel určených pro nadzvukové lety. Aerodynamické tvary dopravních letadel, které nyní vidíme, jsou výsledkem mnoha let vědeckého výzkumu.

Další vývoj

V té době, kdy právě skončila druhá světová válka a začala korejská a vietnamská válka, mohl rozvoj průmyslu nastat pouze prostřednictvím vojenských technologií. Proto prvními sériovými letouny schopnými létat rychleji, než je rychlost zvuku, byly sovětské Mig-19 (NATO Farmer) a americké F-100 Super Sabre. Rychlostní rekord držel americký letoun - 1215 km/h (stanoveno 29. října 1953), ale již koncem roku 1954 dokázal Mig-19 zrychlit na 1450 km/h.

Zajímavý fakt. Přestože SSSR a Spojené státy americké neprováděly oficiální vojenské operace, skutečné opakované bojové střety během korejské a vietnamské války ukázaly nepopiratelnou výhodu sovětské techniky. Například naše Mig-19 byly mnohem lehčí, měly motory s lepšími dynamickými vlastnostmi a v důsledku toho s vyšší rychlostí stoupání. Poloměr možného bojového použití letounu byl o 200 km větší než u Mig-19. Američané proto opravdu chtěli dostat do rukou neporušený vzorek a za splnění takového úkolu dokonce vypsali odměnu. A bylo to realizováno.

Po skončení korejské války byl 1 letoun Mig-19 unesen z letecké základny důstojníkem korejského letectva No Geum Seok. Za což mu Američané zaplatili požadovaných 100 000 dolarů jako odměnu za dodání nepoškozeného letadla.

Zajímavý fakt. První pilotkou, která dosáhla rychlosti zvuku, je Američanka Jacqueline Cochranová. Při pilotování letounu F-86 Sabre dosáhla rychlosti 1 270 km/h.

Rozvoj civilního letectví

V 60. letech minulého století, po objevení se technického vývoje testovaného během válek, se letectví začalo rychle rozvíjet. Byla nalezena řešení stávajících problémů nadzvukových rychlostí a poté začala tvorba prvního nadzvukového osobního letadla.

Vůbec první let civilního dopravního letadla rychlejšího než rychlost zvuku se odehrál 21. srpna 1961 na Douglasu DC-8. V době letu nebyli v letadle kromě pilotů žádní cestující a byla umístěna zátěž, aby za těchto experimentálních podmínek pojala plnou zátěž letadla. Při sestupu z nadmořské výšky 15877 m do 12300 m bylo dosaženo rychlosti 1262 km/h.

Zajímavý fakt. 19. února 1985 se Boeing 747 SP-09 společnosti China Airlines dostal při letu z tchajwanské Tchaj-peje do Los Angeles do nekontrolovatelného střemhlavého letu. Důvodem byly poruchy motoru a následné nekvalifikované jednání personálu. Při střemhlavém letu z výšky 12 500 m do 2 900 m, kde se posádce podařilo stabilizovat letoun, byla překročena rychlost zvuku. Současně dopravní letadlo, které nebylo navrženo pro taková přetížení, utrpělo vážné poškození ocasní části. Při tom všem však byli vážně zraněni pouze 2 lidé na palubě. Letadlo přistálo v San Franciscu, bylo opraveno a následně opět provádělo osobní lety.

Byly však navrženy a vyrobeny všechny dva typy skutečně skutečných nadzvukových osobních letadel (SPS), schopných pravidelných letů rychlostí nad rychlostí zvuku:

sovětské dopravní letadlo Tu-144;
Anglo-francouzský letoun Aérospatiale-BAC Concorde.

Pouze tyto dva letouny byly schopny udržet nadzvukovou cestovní rychlost. V té době předčily i většinu bojových letadel, konstrukce těchto dopravních letadel byla na svou dobu jedinečná. Bylo jen pár typů letadel schopných supercruise, dnes je takovými schopnostmi vybavena většina moderních vojenských vozidel.

Letectví SSSR

Sovětský Tu-144 byl postaven o něco dříve než jeho evropský protějšek, takže jej lze považovat za první nadzvukové dopravní letadlo pro cestující na světě. Vzhled tyto letouny, jak Tu-144, tak Concorde, ani nyní nenechají jediného člověka lhostejným. Je nepravděpodobné, že by v historii výroby letadel existovala krásnější letadla.

Tu-144 má atraktivní vlastnosti, s výjimkou rozsahu praktického použití: vyšší cestovní rychlost a nižší přistávací rychlost, vyšší letový strop, ale historie našeho dopravního letadla je mnohem tragičtější.

Důležité! Tu-144 je nejen prvním létajícím, ale také prvním havarovaným nadzvukovým dopravním letadlem. Havárie na letecké přehlídce Le Bourget 3. června 1973, při níž zemřelo 14 lidí, byla prvním krokem ke konci letů Tu-144. Jednoznačné příčiny nebyly nikdy zjištěny a konečná verze katastrofy vyvolává mnoho otázek.

Druhá havárie u Jegorjevska v Moskevské oblasti 23. května 1978, kde během letu došlo k požáru a při přistání zahynuli 2 členové posádky, se stala definitivní tečkou za rozhodnutím ukončit provoz těchto letadel. Navzdory skutečnosti, že po analýze bylo zjištěno, že k požáru došlo v důsledku závady na palivovém systému testovaného nového motoru a samotný letoun vykazoval výbornou ovladatelnost a spolehlivost konstrukce, když hořící byl schopen k přistání byla letadla vyřazena z letů a vyřazena z komerčního provozu.

Jak to dopadlo v zahraničí

Evropský Concorde zase létal mnohem déle, od roku 1976 do roku 2003. Kvůli nerentabilnosti (letadlo se nepodařilo dostat na minimální návratnost) byl ale nakonec i provoz omezen. To bylo z velké části způsobeno havárií letadla v Paříži 25. července 2000: při vzletu z letiště Charlese De Gaulla vzplál motor a letoun se zřítil k zemi (zemřelo 113 lidí, z toho 4 na zemi), stejně jako teroristické útoky z 11. září 2001 Přestože se jednalo o jedinou havárii letadla za 37 let provozu a teroristické útoky přímo nesouvisely s Concordem, celkový pokles toku cestujících snížil již tak nedostatečnou rentabilitu letů a vedly k tomu, že tento letoun uskutečnil svůj poslední let na trase Heathrow - Filton 26. listopadu 2003

Zajímavý fakt. Letenka na let Concordem v 70. letech stála nejméně 1500 dolarů za jednu cestu, koncem devadesátých let cena vzrostla na 4000 dolarů. Letenka na místo na posledním letu této linky už stála 10 000 dolarů.

Momentálně nadzvukové letectví

K dnešnímu dni se neočekávají řešení podobná Tu-144 a Concorde. Ale pokud jste typ člověka, který se nestará o cenu letenek, existuje řada novinek v oblasti obchodních letů a malokapacitních letadel.

Nejslibnějším vývojem je letoun XB-1 Baby Boom od americké společnosti Boom technology z Colorada. Je to malé letadlo, dlouhé asi 20 m s rozpětím křídel 5,2 m. Je vybaveno 3 motory vyvinutými v padesátých letech pro řízené střely.

Kapacita je plánována na cca 45 osob s letovým dosahem 1800 km při rychlostech až 2 Mach. Na tento moment Jedná se zatím o vývoj, ale první let prototypu je plánován na rok 2018 a samotný letoun musí být certifikován do roku 2023. Vývoj plánují tvůrci využít jak jako business jet pro soukromou přepravu, tak i pravidelné lety malá kapacita. Plánované náklady na let v tomto voze budou asi 5000 dolarů, což je poměrně hodně, ale srovnatelné s náklady na let v business třídě.

Pokud se však podíváte na celý průmysl civilního letectví jako celek, pak s dnešní úrovní technologického rozvoje vše nevypadá příliš slibně. Velké společnosti se více zabývají ziskovostí a ziskovostí projektů než novým vývojem v oblasti nadzvukových letů. Důvodem je, že v celé historii letectví nedošlo k dostatečně úspěšným realizacím úkolů tohoto druhu, bez ohledu na to, kolik pokusů o dosažení cílů bylo učiněno, všechny v té či oné míře selhaly.

Obecně platí, že ti designéři, kteří se podílejí na současných projektech, jsou spíše nadšenci optimističtí do budoucna, kteří samozřejmě očekávají zisk, ale jsou docela realističtí ohledně výsledků a většina z projekty zatím existují pouze na papíře a analytici jsou k možnosti jejich realizace značně skeptičtí.

Jedním z mála skutečně velkých projektů je nadzvukový letoun Concorde-2 patentovaný loni společností Airbus. Konstrukčně se bude jednat o letoun se třemi typy motorů:

Turboventilátorové proudové motory. Bude instalován v přední části letadla;
Hypersonické motory dýchající vzduch. Budou namontovány pod křídly dopravního letadla;
Raketové motory. Instalováno v zadní části trupu.

Tento konstrukční prvek zahrnuje provoz různých motorů v určitých fázích letu (vzlet, přistání, pohyb cestovní rychlostí).

Vzhledem k jednomu z hlavních problémů civilní letecké dopravy - hluku (normy organizace letový provoz Ve většině zemí stanovují omezení hladiny hluku, pokud se letiště nachází v blízkosti obytných oblastí, omezuje to možnost nočních letů), Airbus vyvinul pro projekt Concorde-2 speciální technologii, která umožňuje vertikální vzlet . Tím se prakticky zabrání dopadu rázových vln na zemský povrch, což zase nezajistí žádné nepohodlí pro lidi pod ním. Také díky podobné konstrukci a technologii bude let dopravního letadla probíhat ve výšce cca 30-35 000 m (v současnosti civilní letectví létá maximálně ve výšce 12 000 m), což pomůže snížit hluk nejen při startu, ale po celou dobu letu, protože V takové výšce se rázové vlny nedostanou na povrch.

Budoucnost nadzvukového letu

Ne všechno je tak smutné, jak by se na první pohled mohlo zdát. Kromě civilního letectví existuje a vždy bude existovat vojenský průmysl. Bojové potřeby státu hnaly rozvoj letectví jako dosud a budou v tom pokračovat. Armády všech států potřebují stále vyspělejší letadla. Rok od roku se tato potřeba jen zvyšuje, což s sebou nese vytváření nových designových a technologických řešení.

Dříve nebo později se vývoj dostane na úroveň, kdy se využití vojenských technologií může stát ziskovým pro mírové účely.

Video

"Zapněte nadzvuk!"

Nadzvuková osobní letadla – co o nich víme? Alespoň, že vznikly poměrně dávno. Ale z různých důvodů nebyly používány tak dlouho a ne tak často, jak by mohly. A dnes existují pouze jako designové modely.

proč tomu tak je? Jaká je zvláštnost a „tajemství“ nadzvukového zvuku? Kdo vytvořil tuto technologii? A také – jaká bude budoucnost? nadzvukové letadlo ve světě a samozřejmě – v Rusku? Na všechny tyto otázky se pokusíme odpovědět.

"let na rozloučenou"

Uplynulo tedy patnáct let, co poslední tři fungující nadzvuková osobní letadla uskutečnila poslední lety, po kterých byla odepsána. To bylo v roce 2003. Poté, 24. října, se všichni společně „rozloučili s nebem“. Naposledy jsme letěli v malé výšce nad hlavním městem Velké Británie.

Poté jsme přistáli na londýnském letišti Heathrow. Jednalo se o letouny typu Concorde vlastněné leteckou společností British Airways. A takovým „letem na rozloučenou“ ukončili velmi krátkou historii přepravy cestujících rychlostí přesahující zvuk...

To jste si možná před pár lety mysleli. Ale nyní je již možné s jistotou říci. Toto je finále pouze první fáze tohoto příběhu. A pravděpodobně všechny jeho světlé stránky teprve přijdou.

Dnes - příprava, zítra - let

Dnes mnoho společností a konstruktérů letadel přemýšlí o vyhlídkách nadzvukového osobního letectví. Někteří plánují její oživení. Jiní se na to již ze všech sil připravují.

Koneckonců, pokud mohl existovat a efektivně fungovat ještě před několika desítkami let, dnes, s technologiemi, které vážně postoupily vpřed, je docela možné jej nejen oživit, ale také vyřešit řadu problémů, které donutily přední letecké společnosti opustit to.

A vyhlídky jsou příliš lákavé. Velmi zajímavě se zdá možnost letět řekněme z Londýna do Tokia za pět hodin. Překonat vzdálenost ze Sydney do Los Angeles za šest hodin? A dostat se z Paříže do New Yorku za tři a půl? U osobních letadel, která jsou schopna letět vyšší rychlostí než zvuk, to není vůbec obtížné.

Ale samozřejmě před jeho triumfálním „návratem“ do vzdušného prostoru čeká vědce, inženýry, konstruktéry a mnoho dalších ještě hodně práce. Není to jen o obnovení toho, co kdysi bylo, nabídkou nového modelu. Vůbec ne.

Cílem je vyřešit mnoho problémů spojených s osobním nadzvukovým letectvím. Vytvoření letadel, která nebudou demonstrovat pouze schopnosti a sílu zemí, které je postavily. Ale také se ukážou jako opravdu účinné. Natolik, že zaujímají důstojné místo v letectví.

Historie "nadzvukového" Část 1. Co se stalo na začátku...

Kde to všechno začalo? Vlastně z jednoduchého osobního letectví. A je takový už více než století. Jeho design začal v roce 1910 v Evropě. Když mistři nej rozvinuté země svět vytvořil první letadlo, jehož hlavním účelem byla přeprava cestujících na různé vzdálenosti. Tedy let s mnoha lidmi na palubě.

První mezi nimi je francouzská limuzína Bleriot XXIV. Patřil letecké výrobní společnosti Bleriot Aeronautique. Sloužil však především k pobavení těch, kteří si na něm platili zábavné „procházky“-lety. Dva roky po svém vzniku se v Rusku objevuje analog.

Byl to S-21 Grand. Byl navržen na základě ruského rytíře, těžkého bombardéru vytvořeného Igorem Sikorským. A stavbu tohoto osobního letadla provedli pracovníci Baltského přepravního závodu.

No a poté už pokrok nešlo zastavit. Letectví se rychle rozvíjelo. A ten cestující obzvlášť. Nejprve se létalo mezi konkrétními městy. Poté byla letadla schopna překonat vzdálenosti mezi státy. Konečně letadla začala překračovat oceány a létat z jednoho kontinentu na druhý.

Vyvíjející se technologie a všechno velké množství inovace umožnily letectví cestovat velmi rychle. Mnohem dříve než vlaky nebo lodě. A pro ni neexistovaly prakticky žádné překážky. Nebylo potřeba přestupovat z jednoho dopravního prostředku do druhého, a to nejen řekněme při cestování na nějaký zvlášť vzdálený „konec světa“.

A to i tehdy, když je potřeba přejít zemi a vodu najednou. Letadla nic nezastavilo. A to je přirozené, protože létají nad vším – kontinenty, oceány, zeměmi...

Ale čas rychle utíkal, svět se měnil. Rozvíjel se samozřejmě i letecký průmysl. Letadla se během několika příštích desetiletí, až do 50. let minulého století, ve srovnání s těmi, která létala na počátku 20. a 30. let, natolik změnila, že se stala něčím úplně jiným, zvláštním.

A tak v polovině dvacátého století začal vývoj proudového motoru velmi rychlým tempem, a to i ve srovnání s předchozími dvaceti až třiceti lety.

Malá informační odbočka. Nebo - trochu fyziky

Pokročilý vývoj umožnil letadlům „zrychlit“ na rychlosti vyšší, než je rychlost, kterou se šíří zvuk. Samozřejmě se to v prvé řadě uplatňovalo ve vojenském letectví. Přeci jen mluvíme o dvacátém století. Což, bohužel, bylo stoletím konfliktů, dvou světových válek, „studeného“ boje mezi SSSR a USA...

A skoro každý nová technologie, vytvořený předními státy světa, byl primárně zvažován z hlediska využití v obraně či útoku.

Letadla tak nyní mohla létat bezprecedentní rychlostí. Rychlejší než zvuk. Jaká je jeho specifika?

Předně je zřejmé, že jde o rychlost, která převyšuje rychlost, kterou se šíří zvuk. Ale při vzpomínce na základní fyzikální zákony můžeme říci, že v různé podmínky, může se lišit. A „překračuje“ je velmi volný pojem.

A proto existuje zvláštní standard. Nadzvuková rychlost je rychlost, která až pětkrát převyšuje rychlost zvuku, přičemž se bere v úvahu skutečnost, že v závislosti na teplotě a dalších faktorech životní prostředí, může se změnit.

Například - pokud vezmeme normální atmosférický tlak na hladině moře, pak se v tomto případě rychlost zvuku bude rovnat působivému číslu - 1191 km/h. To znamená, že 331 metrů je překonáno za sekundu.
Co je ale zvláště důležité při navrhování nadzvukových letadel, je to, že jak nabíráte výšku, teplota klesá. To znamená, že rychlost, kterou se zvuk šíří, je poměrně významná.

Řekněme, že pokud se zvednete do výšky 20 tisíc metrů, pak zde již bude 295 metrů za sekundu. Ale je tu ještě jeden důležitý bod.

Ve výšce 25 tisíc metrů nad mořem začíná teplota stoupat, protože to již není spodní vrstva atmosféry. A tak to jde dál. Nebo spíše vyšší. Řekněme, že ve výšce 50 000 metrů bude ještě větší horko. V důsledku toho se tam rychlost zvuku ještě zvýší.

Zajímalo by mě - na jak dlouho? Po zvednutí 30 kilometrů nad mořem se ocitnete v „zóně“, kde se zvuk šíří rychlostí 318 metrů za sekundu. A na 50 000 metrech – 330 m/s.

O Machově čísle

Mimochodem, je zajímavé, že pro zjednodušení pochopení vlastností letu a práce v takových podmínkách se v letectví používá Machovo číslo. Obecný popis toho lze zredukovat na následující závěry. Vyjadřuje rychlost zvuku, který vzniká za daných podmínek, v konkrétní výšce, při dané teplotě a hustotě vzduchu.

Například rychlost letu, která se rovná dvěma Machovým číslům, bude ve výšce deset kilometrů nad zemí za normálních podmínek rovna 2 157 km/h. A na hladině moře - 2 383 km/h.

Historie "nadzvukového" Část 2. Překonávání bariér

Mimochodem, pilot z USA Chuck Yeager poprvé dosáhl letové rychlosti vyšší než 1 Mach. Stalo se tak v roce 1947. Poté své letadlo letící ve výšce 12,2 tisíce metrů nad zemí „zrychlil“ na rychlost 1066 km/h. Tak proběhl první nadzvukový let na zemi.

Již v 50. letech se začalo pracovat na návrhu a přípravě sériové výroby. osobní letadla, schopný létat rychlostí vyšší než zvuk. Vedou je vědci a letečtí konstruktéři z nejmocnějších zemí světa. A daří se jim uspět.

Stejný Concorde, model, který bude nakonec opuštěn v roce 2003, byl vytvořen v roce 1969. Jedná se o společný britsko-francouzský vývoj. Symbolicky zvolené jméno je „Concorde“, z francouzštiny, v překladu „svornost“.

Jednalo se o jeden ze dvou existujících typů nadzvukových osobních letadel. No, vytvoření druhého (nebo spíše chronologicky prvního) je zásluhou leteckých konstruktérů SSSR. Sovětský ekvivalent Concordu se nazývá Tu-144. Byl navržen v 60. letech a svůj první let uskutečnil 31. prosince 1968, rok před britsko-francouzským modelem.

Do dnešního dne nebyly realizovány žádné jiné typy nadzvukových osobních letadel. Concorde i Tu-144 létaly díky proudovým motorům, které byly speciálně přestavěny tak, aby dlouhodobě fungovaly nadzvukovou rychlostí.

Sovětská obdoba Concordu byla provozována podstatně kratší dobu. Již v roce 1977 byl opuštěn. Letadlo letělo průměrnou rychlostí 2300 kilometrů za hodinu a najednou mohlo přepravit až 140 cestujících. Ale zároveň byla cena letenky na takový „nadzvukový“ let dva, dva a půl nebo dokonce třikrát vyšší než za obyčejný.

Samozřejmě, že takové věci nebyly mezi sovětskými občany příliš žádané. A údržba Tu-144 nebyla jednoduchá a nákladná. Proto byly v SSSR tak rychle opuštěny.

Concordy vydržely déle, i když letenky na lety, kterými létaly, byly také drahé. A poptávka také nebyla velká. Ale i přes to byly nadále vykořisťovány, a to jak ve Velké Británii, tak ve Francii.

Když si dnešním kurzem přepočítáte cenu jízdenky na Concorde v 70. letech, budou to asi dvě desítky tisíc dolarů. Za jednosměrnou letenku. Lze pochopit, proč byla poptávka po nich poněkud menší než po letech s letadly, která nedosahují nadzvukové rychlosti.

Concorde mohl vzít na palubu 92 až 120 cestujících najednou. Letěl rychlostí více než 2 tisíce km/h a vzdálenost z Paříže do New Yorku urazil za tři a půl hodiny.

Takto uplynulo několik desetiletí. Až do roku 2003.

Jedním z důvodů odmítnutí provozu tohoto modelu byla letecká nehoda, ke které došlo v roce 2000. Na palubě havarovaného Concordu se tehdy nacházelo 113 lidí. Všichni zemřeli.

Později začala mezinárodní krize cestujících. letecká doprava. Jeho příčinou jsou teroristické útoky, ke kterým došlo 11. září 2001 ve Spojených státech.

Navíc na Concorde končí záruční doba. Letecká společnost Airbus. To vše dohromady způsobilo, že další provoz nadzvukových osobních letadel byl extrémně nerentabilní. A v roce 2003 byly všechny Concordy jeden po druhém odepsány, a to jak ve Francii, tak ve Spojeném království.

naděje

Poté ještě existovaly naděje na rychlý „návrat“ nadzvukových osobních letadel. Konstruktéři letadel hovořili o vytvoření speciálních motorů, které by šetřily palivo, navzdory rychlosti letu. Mluvili jsme o zlepšení kvality a optimalizaci hlavních avionických systémů na takových letadlech.

V letech 2006 a 2008 však byly vydány nové předpisy Mezinárodní organizace pro civilní letectví. Určili nejnovější (mimochodem v současnosti stále platné) normy pro přípustný hluk letadel za letu.

A nadzvuková letadla, jak víte, neměla právo létat nad obydlenými oblastmi, proto. Koneckonců, když se pohybovaly maximální rychlostí, vytvářely silné praskání hluku (také kvůli fyzikálním vlastnostem letu).

To byl důvod, proč bylo „plánování“ „obrody“ nadzvukového osobního letectví poněkud zpomaleno. Ve skutečnosti však po zavedení tohoto požadavku začali konstruktéři letadel přemýšlet, jak tento problém vyřešit. Koneckonců to také proběhlo dříve, jen na to „zákaz“ zaměřil pozornost – „problém hluku“.

Co takhle dnes?

Od posledního „zákazu“ ale uplynulo deset let. A plánování se plynule změnilo v design. Dnes se několik společností a vládních organizací zabývá vytvářením osobních nadzvukových letadel.

Které přesně? Rus: Centrální aerohydrodynamický institut (stejný, který se jmenuje po Žukovského), společnosti Tupolev a Suchoj. Ruští letečtí konstruktéři mají neocenitelnou výhodu.

Zkušenosti sovětských konstruktérů a tvůrců Tu-144. Je však lepší hovořit o domácím vývoji v této oblasti samostatně a podrobněji, což navrhujeme udělat dále.

Ale nejsou to jen Rusové, kdo vytváří novou generaci nadzvukových osobních letadel. Jde také o evropský koncern – Airbus a francouzskou společnost Dassault. Mezi společnosti ve Spojených státech amerických, které pracují tímto směrem, jsou Boeing a samozřejmě Lockheed Martin. V zemi vycházejícího slunce je hlavní organizací navrhující takový letoun Aerospace Research Agency.

A tento seznam není v žádném případě úplný. Je důležité si ujasnit, že drtivá většina profesionálních leteckých konstruktérů působících v této oblasti se dělí do dvou skupin. Bez ohledu na zemi původu.

Někteří věří, že na současné úrovni technologického rozvoje lidstva není v žádném případě možné vytvořit „tiché“ nadzvukové dopravní letadlo.

Jediným východiskem je proto navrhnout „jednoduše rychlé“ dopravní letadlo. V místech, kde je to povoleno, to zase přejde na nadzvukovou rychlost. A při letu například nad obydlenými oblastmi se vraťte do podzvuku.

Takové „skoky“ podle této skupiny vědců a konstruktérů zkrátí dobu letu na minimum a neporuší požadavky na hlukové efekty.

Jiní jsou naopak plní odhodlání. Věří, že s příčinou hluku je možné bojovat už nyní. A vynaložili mnoho úsilí, aby dokázali, že je docela možné postavit nadzvukové dopravní letadlo, které bude v příštích letech tiše létat.

A ještě trochu zábavnější fyziky

Takže při letu rychlostí vyšší než Mach 1,2 kluzák letadlo vytváří rázové vlny. Nejsilnější jsou v oblasti ocasu a přídě, stejně jako v některých dalších částech letadla, jako jsou okraje přívodů vzduchu.

Co je to rázová vlna? Jedná se o oblast, kde dochází k náhlým změnám hustoty vzduchu, tlaku a teploty. Vyskytují se při pohybu vysokou rychlostí, vyšší než je rychlost zvuku.

Lidem, kteří stojí nohama na zemi, se navzdory vzdálenosti zdá, že dochází k nějakému výbuchu. Samozřejmě mluvíme o těch, kteří jsou v relativní blízkosti – pod místem, kde letadlo letí. Proto byly lety nadzvukových letadel nad městy zakázány.

Právě proti takovým rázovým vlnám bojují zástupci „druhého tábora“ vědců a konstruktérů, kteří věří v možnost tento hluk vyrovnat.

Pokud půjdeme do detailu, důvodem je doslova „srážka“ se vzduchem při velmi vysoké rychlosti. Na čelu vlny dochází k prudkému a silnému nárůstu tlaku. Současně bezprostředně po něm dochází k poklesu tlaku a poté k přechodu na normální indikátor tlaku (stejný jako před „kolizí“).

Klasifikace typů vln však již byla provedena a byla nalezena potenciálně optimální řešení. Nezbývá než dokončit práci v tomto směru a provést potřebné úpravy návrhů letadel, případně je vytvořit od základů s přihlédnutím k těmto úpravám.

Zejména specialisté NASA si uvědomili potřebu strukturálních změn za účelem reformy charakteristik letu jako celku.

Totiž změna specifičnosti rázových vln, jak jen je to na současné technologické úrovni možné. Čeho je dosaženo restrukturalizací vlny, prostřednictvím konkrétních změn designu. V důsledku toho je standardní vlna považována za typ N a vlna, která se vyskytuje během letu, s ohledem na inovace navržené odborníky, za typ S.

A s tím druhým se výrazně snižuje „výbušný“ účinek změn tlaku a lidé nacházející se níže, například ve městě, když nad nimi přeletí letadlo, i když takový účinek slyší, je to jen jako „ vzdálené zabouchnutí dveří auta."

Důležitý je také tvar

Kromě toho například japonští letečtí konstruktéři, není to tak dávno, v polovině roku 2015, vytvořili bezpilotní kluzák model D-SEND 2. Jeho tvar je navržen speciálním způsobem, což umožňuje výrazně snížit intenzitu a počet rázových vln které nastanou, když zařízení letí nadzvukovou rychlostí.

Efektivitu takto navržených inovací japonských vědců prokázaly testy D-SEND 2. Ty proběhly ve Švédsku v červenci 2015. Průběh akce byl poměrně zajímavý.

Větroň, který nebyl vybaven motory, byl zvednut do výšky 30,5 kilometru. S balonem. Pak byl shozen dolů. Během pádu „zrychlil“ na rychlost Mach 1,39. Délka samotného D-SEND 2 je 7,9 metru.

Po testech mohli japonští letečtí konstruktéři sebevědomě prohlásit, že intenzita rázových vln, když jejich duchovní dítě letí rychlostí přesahující rychlost šíření zvuku, je dvakrát menší než u Concordu.

Jaké jsou funkce D-SEND 2? Za prvé – jeho luk není osově symetrický. K ní je posunutý kýl a zároveň je horizontální ocasní jednotka instalována jako všepohyblivá. Je také umístěn v negativním úhlu k podélné ose. A zároveň jsou špičky ocasu umístěny níže než upevňovací bod.

Křídlo, hladce spojené s trupem, je vyrobeno s normálním rozmítáním, ale stupňovité.

Podle přibližně stejného schématu se nyní, od listopadu 2018, navrhuje nadzvukový pasažér AS2. Pracují na tom profesionálové z Lockheed Martin. Zákazníkem je NASA.

Také ruský projekt SDS/SPS je nyní ve fázi vylepšování své podoby. Plánuje se, že vznikne s důrazem na snížení intenzity rázových vln.

Certifikace a... další certifikace

Je důležité pochopit, že některé projekty osobních nadzvukových letadel budou realizovány na začátku roku 2020. Zároveň budou stále v platnosti pravidla stanovená Mezinárodní organizací pro civilní letectví v letech 2006 a 2008.

To znamená, že pokud do té doby nedojde k vážnému technologickému průlomu v oblasti „tichého nadzvuku“, pak je pravděpodobné, že budou vytvořena letadla, která budou dosahovat rychlosti nad jeden Mach pouze v zónách, kde je to povoleno.

A poté, když se objeví potřebné technologie, v takovém scénáři bude muset být provedeno mnoho nových testů. Aby letadla získala povolení k přeletu obydlených oblastí. Ale to jsou jen spekulace o budoucnosti, dnes je velmi těžké k tomu říci něco s jistotou.

Otázka ceny

Dalším problémem zmíněným výše je vysoká cena. Samozřejmě dnes již vzniklo mnoho motorů, které jsou mnohem hospodárnější než ty, které se používaly před dvaceti nebo třiceti lety.

Nyní se konstruují zejména ty, které dokážou zajistit pohyb letadla nadzvukovou rychlostí, ale zároveň „nežerou“ tolik paliva jako Tu-144 nebo Concorde.

Jak? V prvé řadě se jedná o použití keramických kompozitních materiálů, které snižují teploty, a to je důležité zejména v horkých zónách elektráren.

Navíc zavedení dalšího, třetího, vzduchového okruhu – vedle toho vnějšího a vnitřního. Vyrovnání tuhé spojky turbíny s ventilátorem, uvnitř leteckého motoru atd.

Ale přesto, ani díky všem těmto inovacím, nelze říci, že nadzvukový let je v dnešní realitě ekonomický. Proto, aby se stal dostupným a atraktivním pro širokou veřejnost, je práce na vylepšení motorů nesmírně důležitá.

Možná by současným řešením byl kompletní redesign designu, říkají odborníci.

Mimochodem, také nebude možné snížit náklady zvýšením počtu cestujících na let. Protože ta letadla, která se dnes konstruují (myšleno samozřejmě nadzvuková letadla), jsou určena pro přepravu malého počtu lidí – od osmi do pětačtyřiceti.

Nový motor je řešením problému

Mezi nejnovější inovace v této oblasti stojí za zmínku inovativní proudová turboventilátorová elektrárna vytvořená v letošním roce 2018 společností GE Aviation. V říjnu byl představen pod názvem Affinity.

Tento motor se plánuje namontovat na zmíněný osobní model AS2. V tomto typu elektráren nejsou žádné významné technologické „novinky“. Ale zároveň kombinuje vlastnosti proudových motorů s vysokým a nízkým obtokovým poměrem. Což dělá model velmi zajímavým pro instalaci na nadzvukové letadlo.

Tvůrci motoru mimo jiné tvrdí, že během testování prokáže svou ergonomii. Spotřeba paliva elektrárny bude přibližně stejná jako u běžných motorů dopravních letadel, které jsou v současné době v provozu.

To znamená, že se jedná o tvrzení, že elektrárna nadzvukového letadla spotřebuje přibližně stejné množství paliva jako konvenční dopravní letadlo, které není schopno zrychlit na rychlosti nad jeden Mach.

Jak to dopadne, je zatím těžké vysvětlit. Vzhledem k tomu, že konstrukční vlastnosti motoru, jeho tvůrci v současné době nezveřejněno.

Co by to mohlo být - ruská nadzvuková letadla?

Samozřejmě dnes existuje mnoho konkrétních projektů pro nadzvuková osobní letadla. Ne všechny se však blíží realizaci. Podívejme se na ty nejslibnější.

Zvláštní pozornost si tedy zaslouží ruští výrobci letadel, kteří zdědili zkušenosti sovětských mistrů. Jak již bylo zmíněno dříve, dnes, ve zdech TsAGI pojmenované po Žukovském, podle jeho zaměstnanců, vytvoření konceptu nadzvukového osobní letadlo nová generace.

Oficiální popis modelu, poskytnutý tiskovou službou ústavu, zmiňuje, že jde o „lehké, administrativní“ letadlo „s nízkou úrovní zvukového třesku“. Návrh provádějí specialisté, zaměstnanci této instituce.

Ve zprávě tiskové služby TsAGI se také uvádí, že díky speciálnímu uspořádání trupu letadla a speciální trysce, na které je nainstalován systém potlačení hluku, tento model předvede nejnovější úspěchy v technologickém vývoji ruské letecký průmysl.

Mimochodem, je důležité zmínit, že mezi nejslibnější projekty TsAGI patří kromě popsaného i nová konfigurace dopravní letadla pro cestující, nazývané „létající křídlo“. Zavádí několik zvláště důležitých vylepšení. Konkrétně umožňuje zlepšit aerodynamiku, snížit spotřebu paliva atd. Ale pro nadzvuková letadla.

Mimo jiné tento ústav opakovaně zastupoval hotové projekty, která přilákala pozornost leteckých nadšenců z celého světa. Řekněme jeden z nejnovějších, model nadzvukového business jetu, který dokáže ujet až 7000 kilometrů bez doplňování paliva a dosahuje rychlosti 1,8 tisíce km/h. To bylo představeno na výstavě „Gidroaviasalon-2018“.

"...design se děje po celém světě!"

Kromě výše zmíněných ruských jsou nejslibnější také následující modely. Americký AS2 (schopný rychlosti až Mach 1,5). Španělský S-512 (rychlostní limit - Mach 1,6). A také, v současné době ve fázi návrhu v USA, Boom, od Boom Technologies (dobře, bude schopen létat maximální rychlostí Mach 2,2).

Existuje také X-59, který pro NASA vytváří Lockheed Martin. Ale bude to létající vědecká laboratoř, ne osobní letadlo. A uvedení do sériové výroby zatím nikdo neplánoval.

Zajímavé jsou plány Boom Technologies. Zaměstnanci této společnosti říkají, že se budou snažit co nejvíce snížit náklady na lety na nadzvukových dopravních letadlech vytvořených společností. Mohou například uvést přibližnou cenu letu z Londýna do New Yorku. To je asi 5000 amerických dolarů.

Pro srovnání, tolik stojí letenka za let z anglické metropole do „New“ Yorku běžným nebo „podzvukovým“ letadlem v business třídě. To znamená, že cena letu dopravním letadlem schopným letět rychlostí vyšší než 1,2 Mach bude přibližně stejná jako cena drahá jízdenka v letadle, které nemohlo udělat stejně rychlý let.

Společnost Boom Technologies však vsadila na vytvoření „tichého“ nadzvuku osobní dopravní letadlo v nejbližší době nevyjde. Proto jejich Boom poletí maximální rychlostí, kterou může vyvinout pouze nad vodou. A až budete nad zemí, přepněte na menší.

Vzhledem k tomu, že Boom bude dlouhý 52 metrů, bude schopen přepravit až 45 cestujících najednou. Podle plánů společnosti projektující letoun by měl první let této novinky proběhnout v roce 2025.

Co je aktuálně známo o dalším nadějném projektu – AS2? Unese podstatně méně lidí – jen osm až dvanáct lidí na let. V tomto případě bude délka vložky 51,8 metru.

Nad vodou se plánuje létat rychlostí 1,4-1,6 Mach a nad zemí - 1,2. Mimochodem, v druhém případě, díky svému speciálnímu tvaru, letadlo v zásadě nebude generovat rázové vlny. Poprvé by se tento model měl vznést do vzduchu v létě 2023. V říjnu téhož roku letoun absolvuje první let přes Atlantik.

Tato událost bude načasována tak, aby se shodovala s památným datem – dvacátým výročím dne, kdy Concordy naposledy přeletěly Londýn.

Španělský S-512 se navíc poprvé vznese do nebe nejpozději do konce roku 2021. A dodávky tohoto modelu zákazníkům začnou v roce 2023. Maximální rychlost tohoto letounu je Mach 1,6. Na palubu se vejde 22 cestujících. Maximální letový dosah je 11,5 tisíc km.

Hlavou všeho je klient!

Jak můžete vidět, některé společnosti se velmi snaží dokončit návrh a začít vyrábět letadla co nejrychleji. Pro koho jsou ochotni spěchat v takovém spěchu? Zkusme to vysvětlit.

Takže například během roku 2017 dosáhl objem osobní letecké dopravy čtyři miliardy lidí. Navíc 650 milionů z nich letělo na dlouhé vzdálenosti a na cestě strávilo 3,7 až 13 hodin. Další - 72 milionů z 650, navíc letěli první nebo business třídou.

Právě s těmito 72 000 000 lidmi v průměru počítají společnosti, které se zabývají tvorbou nadzvukových osobních letadel. Logika je jednoduchá – je možné, že mnohým z nich nebude vadit zaplatit si za letenku o něco více, za předpokladu, že let bude přibližně dvakrát rychlejší.

Ale i přes všechny vyhlídky se mnoho odborníků důvodně domnívá, že aktivní pokrok nadzvukového letectví vytvořeného pro přepravu cestujících může začít po roce 2025.

Tento názor potvrzuje i fakt, že zmíněná „létající“ laboratoř X-59 poprvé vzlétne do vzduchu až v roce 2021. Proč?

Výzkum a výhled

Hlavním účelem jeho letů, které se budou konat v průběhu několika let, bude sběr informací. Faktem je, že tento letoun musí létat nad různě obydlenými oblastmi nadzvukovou rychlostí. Obyvatelé těchto osad již vyjádřili souhlas s provedením testů.

A poté, co laboratorní letadlo dokončí svůj další „experimentální let“, lidé v nich žijí obydlené oblasti, nad kterým letělo, musí mluvit o „dojmech“, které získali v době, kdy bylo dopravní letadlo nad jejich hlavami. A hlavně jasně vyjádřit, jak byl hluk vnímán. Ovlivnilo to jejich živobytí atd.

Takto shromážděné údaje budou předány Federálnímu úřadu pro letectví ve Spojených státech amerických. A po jejich podrobné analýze specialisty může být zákaz letů možný. nadzvuková letadla nad obydlenými pozemky budou zrušeny. Ale v žádném případě se tak nestane dříve než v roce 2025.

Mezitím můžeme sledovat tvorbu těchto inovativních letadel, která svými lety brzy označí zrod nové éry nadzvukového osobního letectví!