Russische Luftfahrt. Überschallflugzeug: eine Entwicklungsgeschichte Ein neues Triebwerk ist die Lösung des Problems

Überschallgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich ein Objekt schneller bewegt als der Schall. Die Geschwindigkeit während des Fluges eines Überschallflugzeugs wird in Mach gemessen - die Geschwindigkeit des Flugzeugs an einem bestimmten Punkt im Raum im Verhältnis zur Schallgeschwindigkeit am selben Punkt. Jetzt ist es ziemlich schwierig, mit solchen Bewegungsgeschwindigkeiten zu überraschen, und selbst vor etwa 80 Jahren träumten sie nur davon.

Wie alles begann

In den vierziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts, während des Zweiten Weltkriegs, arbeiteten deutsche Designer aktiv an der Lösung dieses Problems, in der Hoffnung, mit Hilfe solcher Flugzeuge das Blatt des Krieges zu wenden. Wie wir wissen, gelang es ihnen nicht, der Krieg endete. 1945, kurz vor seiner Fertigstellung, konnte der deutsche Pilot L. Hoffmann, der den weltweit ersten Düsenjäger Me-262 testete, in einer Höhe von 7200 m eine Geschwindigkeit von etwa 980 km / h erreichen.

Als Erster verwirklichte der amerikanische Testpilot Chuck Yeager den Traum aller Piloten, die Überschallbarriere zu überwinden. 1947 überwand dieser Pilot als erster in der Geschichte die Schallgeschwindigkeit in einem bemannten Fahrzeug. Er flog den Prototyp des raketengetriebenen Flugzeugs Bell X-1. Übrigens haben deutsche Wissenschaftler, die während des Krieges gefangen genommen wurden, und ihre Entwicklungen viel zum Erscheinen dieses Geräts sowie zur gesamten Weiterentwicklung der Flugtechnologien beigetragen.

Die Schallgeschwindigkeit wurde in der Sowjetunion am 26. Dezember 1948 erreicht. Es war ein Versuchsflugzeug LA-176 in einer Höhe von 9060 m, gesteuert von I.E. Fedorov und O. V. Sokolowski. Ungefähr einen Monat später wurde mit diesem Flugzeug, aber mit einem fortschrittlicheren Triebwerk, die Schallgeschwindigkeit nicht nur erreicht, sondern auch um 7000 m überschritten. Das LA-176-Projekt war sehr vielversprechend, aber aufgrund des tragischen Todes von O.V. Sokolovsky, der diesen Apparat kontrollierte, wurden die Entwicklungen geschlossen.

In der Zukunft verlangsamte sich die Entwicklung dieser Branche etwas, da eine erhebliche Anzahl physikalischer Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Steuerung eines Flugzeugs mit Überschallgeschwindigkeit auftrat. Bei hohen Geschwindigkeiten beginnt eine solche Eigenschaft der Luft wie Kompressibilität zu erscheinen, die aerodynamische Stromlinienform wird völlig anders. Wellenwiderstand tritt auf und für jeden Piloten ein so unangenehmes Phänomen wie Flattern - das Flugzeug beginnt sich sehr zu erwärmen.

Angesichts dieser Probleme begannen die Designer, nach einer radikalen Lösung zu suchen, die die Schwierigkeiten überwinden könnte. Eine solche Entscheidung stellte sich als vollständige Überarbeitung des Designs von Flugzeugen heraus, die für Überschallflüge ausgelegt waren. Diese stromlinienförmigen Linienflugzeuge, die wir jetzt sehen, sind das Ergebnis langjähriger wissenschaftlicher Forschung.

Weitere Entwicklung

Zu diesem Zeitpunkt, als der Zweite Weltkrieg gerade zu Ende war und der Korea- und der Vietnamkrieg begonnen hatten, konnte die Entwicklung der Industrie nur durch Militärtechnologie erfolgen. Aus diesem Grund waren die ersten Serienflugzeuge, die schneller als die Schallgeschwindigkeit fliegen konnten, die sowjetische MiG-19 (NATO Farmer) und die amerikanische F-100 Super Sabre. Der Geschwindigkeitsrekord wurde von einem amerikanischen Flugzeug gehalten - 1215 km / h (aufgestellt am 29. Oktober 1953), aber bereits Ende 1954 konnte die MiG-19 auf 1450 km / h beschleunigen.

Interessante Tatsache. Obwohl die UdSSR und die Vereinigten Staaten von Amerika keine offiziellen Feindseligkeiten führten, zeigten die realen mehrfachen Zusammenstöße während des Korea- und Vietnamkriegs den unbestreitbaren Vorteil der sowjetischen Technologie. Zum Beispiel waren unsere MiG-19 viel leichter, hatten Motoren mit besseren dynamischen Eigenschaften und infolgedessen eine schnellere Steiggeschwindigkeit. Der Radius des möglichen Kampfeinsatzes des Flugzeugs betrug für die MiG-19 200 km mehr. Deshalb wollten die Amerikaner unbedingt eine unbeschädigte Probe haben und kündigten sogar eine Belohnung für die Erfüllung einer solchen Aufgabe an. Und es wurde umgesetzt.

Bereits nach dem Ende des Koreakrieges wurde 1 MiG-19-Flugzeug vom Luftwaffenstützpunkt durch den koreanischen Luftwaffenoffizier No Geum Sok entführt. Dafür zahlten ihm die Amerikaner die fälligen 100.000 Dollar als Belohnung für die Lieferung eines unbeschädigten Flugzeugs.

Interessante Tatsache. Die erste Pilotin, die Schallgeschwindigkeit erreichte, ist die Amerikanerin Jacqueline Cochran. Sie erreichte eine Geschwindigkeit von 1270 km / h und steuerte die F-86 Sabre.

Entwicklung der Zivilluftfahrt

In den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts begann sich die Luftfahrt nach dem Erscheinen technischer Entwicklungen, die während der Kriege getestet wurden, rasant zu entwickeln. Für die bestehenden Probleme der Überschallgeschwindigkeit wurden Lösungen gefunden, und dann begann die Entwicklung des ersten Überschall-Passagierflugzeugs.

Der allererste Flug eines zivilen Verkehrsflugzeugs mit einer Geschwindigkeit, die die Schallgeschwindigkeit überstieg, fand am 21. August 1961 mit einem Douglas DC-8-Flugzeug statt. Zum Zeitpunkt des Fluges befanden sich außer den Piloten keine Passagiere im Flugzeug, und es wurde Ballast platziert, um der vollen Beladung des Liners unter diesen experimentellen Bedingungen zu entsprechen. Beim Abstieg von einer Höhe von 15877 m auf 12300 m wurde eine Geschwindigkeit von 1262 km/h erreicht.

Interessante Tatsache. Boeing 747 SP-09 von China Airlines (China Airlines) trat am 19. Februar 1985 auf einem Flug vom taiwanesischen Taipei nach Los Angeles in einen unkontrollierbaren Sturzflug ein. Grund dafür war eine Fehlfunktion des Motors und die daraus resultierenden unsachgemäßen Handlungen des Personals. Bei einem Tauchgang aus einer Höhe von 12500 m auf 2900 m, bei dem die Besatzung das Flugzeug stabilisieren konnte, wurde die Schallgeschwindigkeit überschritten. Gleichzeitig wurde der für solche Überlastungen nicht ausgelegte Liner am Heckteil schwer beschädigt. Bei alledem wurden jedoch nur 2 Personen an Bord schwer verletzt. Das Flugzeug landete in San Francisco, wurde repariert und führte anschließend wieder Passagierflüge durch.

Alle beiden Typen wurden jedoch als wirklich echte Überschallpassagierflugzeuge (SPS) entwickelt und gebaut, die in der Lage sind, reguläre Flüge mit Geschwindigkeiten über der Schallgeschwindigkeit durchzuführen:

• Sowjetisches Verkehrsflugzeug Tu-144;
• Anglo-französisches Flugzeug Aérospatiale-BAC Concorde.

Nur diese beiden Flugzeuge konnten die Überschallgeschwindigkeit im Reiseflug (engl. supercruise) beibehalten. Zu dieser Zeit übertrafen sie sogar die meisten Kampfflugzeuge, das Design dieser Liner war für ihre Zeit einzigartig. Es gab nur wenige Flugzeugtypen, die im Supercruise-Modus fliegen konnten, heute sind die meisten modernen Militärfahrzeuge mit solchen Fähigkeiten ausgestattet.

Luftfahrt der UdSSR

Die sowjetische Tu-144 wurde etwas früher als ihr europäisches Gegenstück gebaut und kann daher als das erste Überschall-Passagierschiff der Welt angesehen werden. Das Erscheinen dieser Flugzeuge, sowohl der Tu-144 als auch der Concorde, wird auch jetzt niemanden gleichgültig lassen. Es ist unwahrscheinlich, dass es in der Geschichte der Flugzeugindustrie schönere Autos gegeben hat.

Die Tu-144 hat attraktive Eigenschaften, abgesehen vom praktischen Einsatzbereich: höhere Reise- und niedrigere Landegeschwindigkeiten, eine höhere Flugobergrenze, aber die Geschichte unseres Liners ist viel tragischer.

Wichtig! Tu-144 ist nicht nur das erste fliegende, sondern auch das erste abgestürzte Passagier-Überschallflugzeug. Der Unfall auf der Flugschau in Le Bourget am 3. Juni 1973, bei dem 14 Menschen ums Leben kamen, war der erste Schritt zur Durchführung von Tu-144-Flügen. Die eindeutigen Gründe wurden nicht ermittelt, und die endgültige Version der Katastrophe wirft viele Fragen auf.

Der zweite Absturz in der Nähe von Yegoryevsk in der Region Moskau am 23. Mai 1978, bei dem während des Fluges ein Feuer ausbrach und 2 Besatzungsmitglieder bei der Landung starben, wurde zum letzten Punkt bei der Entscheidung, den Betrieb dieser Flugzeuge einzustellen. Trotz der Tatsache, dass nach der Analyse festgestellt wurde, dass das Feuer auf einen Defekt im Kraftstoffsystem des neuen, getesteten Triebwerks zurückzuführen war und das Flugzeug selbst eine hervorragende Steuerbarkeit und strukturelle Zuverlässigkeit zeigte, wenn das brennende Triebwerk dazu in der Lage war Land wurden die Flugzeuge von Flügen entfernt und aus dem kommerziellen Betrieb genommen.

Wie es im Ausland passiert ist

Die European Concorde wiederum flog von 1976 bis 2003 wesentlich länger. Aufgrund von Unrentabilität (das Flugzeug konnte nicht auf die Mindestamortisationszeit gebracht werden) wurde der Betrieb schließlich auch eingestellt. Dies war hauptsächlich auf den Flugzeugabsturz in Paris am 25. Juli 2000 zurückzuführen: Beim Start vom Flughafen Charles de Gaulle fing das Triebwerk Feuer und das Flugzeug stürzte zu Boden (113 Menschen starben, davon 4 am Boden). die Terroranschläge vom 11. September 2001 Trotz der Tatsache, dass dies der einzige Flugzeugabsturz in 37 Betriebsjahren war und die Anschläge nicht direkt mit der Concorde in Verbindung standen, reduzierte der allgemeine Rückgang des Passagierflusses die bereits fehlende Rentabilität der Flüge und führte zu der Tatsache dass der letzte Flug dieses Flugzeugs am 26. November 2003 von Heathrow nach Filton durchgeführt wurde

Interessante Tatsache. Ein Ticket für einen Concorde-Flug kostete in den 70er Jahren mindestens 1.500 Dollar pro Strecke, gegen Ende der Neunziger stieg der Preis auf 4.000 Dollar. Ein Ticket für einen Sitzplatz auf dem letzten Flug dieses Liners kostete bereits 10.000 US-Dollar.

Überschallfliegerei im Moment

Lösungen wie Tu-144 und Concorde sind bisher nicht zu erwarten. Wenn Sie jedoch zu den Personen gehören, denen die Ticketkosten egal sind, gibt es eine Reihe von Entwicklungen im Bereich der Geschäftsflüge und Kleinflugzeuge.

Die vielversprechendste Entwicklung ist das Flugzeug XB-1 Baby Boom der amerikanischen Firma Boom Technology aus Colorado. Dies ist ein kleines Flugzeug, etwa 20 m lang und mit einer Spannweite von 5,2 m. Es ist mit 3 Triebwerken ausgestattet, die in den fünfziger Jahren für Marschflugkörper entwickelt wurden.

Die Kapazität soll etwa 45 Personen betragen, bei einer Flugreichweite von 1800 km bei einer Geschwindigkeit von bis zu Mach 2. Momentan ist das noch Entwicklung, aber der Erstflug des Prototyps ist für 2018 geplant, das Flugzeug selbst soll bis 2023 zertifiziert sein. Die Macher planen, die Entwicklung sowohl als Geschäftsflugzeug für den privaten Transport als auch für regelmäßige Flüge mit geringer Kapazität einzusetzen. Die geplanten Kosten für einen Flug mit dieser Maschine werden etwa 5.000 US-Dollar betragen, was ziemlich viel ist, aber gleichzeitig mit den Kosten eines Fluges in der Business Class vergleichbar ist.

Betrachtet man jedoch die gesamte zivile Luftfahrtbranche insgesamt, dann sieht beim derzeitigen Stand der Technologieentwicklung nicht alles sehr vielversprechend aus. Große Unternehmen beschäftigen sich mehr mit der Wertschöpfung und Rentabilität von Projekten als mit Neuentwicklungen im Bereich des Überschallflugs. Der Grund dafür ist, dass es in der gesamten Geschichte der Luftfahrt keine ausreichend erfolgreiche Umsetzung von Aufgaben dieser Art gegeben hat, egal wie sie versucht haben, die Ziele zu erreichen, sie alle sind auf die eine oder andere Weise gescheitert.

Im Allgemeinen sind die Designer, die sich mit aktuellen Projekten beschäftigen, eher Enthusiasten, die optimistisch in die Zukunft blicken, die natürlich Gewinne erwarten, aber die Ergebnisse ziemlich realistisch sehen, und die meisten Projekte existieren immer noch nur auf dem Papier. und es gibt genügend Analytiker, die der Möglichkeit ihrer Umsetzung skeptisch gegenüberstehen.

Eines der wenigen wirklich großen Projekte ist das im vergangenen Jahr von Airbus patentierte Überschallflugzeug Concorde-2. Strukturell wird es ein Flugzeug mit drei Triebwerkstypen sein:

• Turbofan-Strahltriebwerke. Wird vor dem Flugzeug installiert;
• Hyperschall-Luftstrahltriebwerke. Wird unter den Flügeln des Liners montiert;
• Raketentriebwerke. Im Rumpfheck verbaut.

Dieses Konstruktionsmerkmal beinhaltet den Betrieb verschiedener Triebwerke in bestimmten Flugphasen (Start, Landung, Bewegung mit Reisegeschwindigkeit).

Unter Berücksichtigung eines der Hauptprobleme des zivilen Luftverkehrs - Lärm (Flugverkehrsmanagementnormen in den meisten Ländern legen eine Grenze für den Lärmpegel fest, wenn sich der Flughafen in der Nähe von Wohngebieten befindet, bedeutet dies Einschränkungen für die Möglichkeit von Nachtflügen) hat Airbus für das Concorde-2-Projekt eine spezielle Technologie entwickelt, die einen vertikalen Start ermöglicht. Auf diese Weise kann praktisch vermieden werden, dass Druckwellen auf die Bodenoberfläche treffen, was wiederum dafür sorgt, dass die darunter liegenden Personen nicht beeinträchtigt werden. Dank eines ähnlichen Designs und einer ähnlichen Technologie wird der Flug eines Verkehrsflugzeugs in einer Höhe von etwa 30 bis 35.000 m stattfinden (derzeit fliegt die Zivilluftfahrt auf maximal 12.000 m), was nicht nur zur Lärmreduzierung beiträgt während des Starts, sondern während des gesamten Fluges, da diese Stoßschallwellen die Oberfläche nicht erreichen können.

Die Zukunft des Überschallflugs

Nicht alles ist so traurig, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Neben der zivilen Luftfahrt gibt und wird es immer eine Militärindustrie geben. Die Kampfbedürfnisse des Staates haben nach wie vor die Entwicklung der Luftfahrt vorangetrieben und werden dies auch weiterhin tun. Die Armeen aller Staaten brauchen immer fortschrittlichere Flugzeuge. Von Jahr zu Jahr wächst dieser Bedarf nur, was die Schaffung neuer Design- und Technologielösungen nach sich zieht.

Früher oder später wird die Entwicklung ein Niveau erreichen, wo der Einsatz von Militärtechnologie auch für friedliche Zwecke rentabel werden kann.

Video

Die Geschwindigkeit einer Schallwelle ist kein konstanter Wert, auch wenn das betrachtete Schallausbreitungsmedium Luft ist. Die Schallgeschwindigkeit bei fester Lufttemperatur und atmosphärischem Druck ändert sich mit der Höhe über dem Meeresspiegel.

Mit zunehmender Höhe nimmt die Schallgeschwindigkeit ab. Der bedingte Bezugspunkt des Wertes ist der Meeresspiegel Null. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Schallwelle entlang der Wasseroberfläche ausbreitet, beträgt also 340,29 m / s, vorausgesetzt, die Umgebungstemperatur beträgt 15 0 С und der Atmosphärendruck 760 mm. Hg Flugzeuge, die mit einer höheren Geschwindigkeit als der Schallgeschwindigkeit fliegen, werden als Überschall bezeichnet.

Erstes Erreichen von Überschallgeschwindigkeit

Flugzeuge werden Überschallflugzeuge genannt, basierend auf ihrer physikalischen Fähigkeit, mit höheren Geschwindigkeiten als Schallwellen zu reisen. Bei unseren üblichen Kilometern pro Stunde entspricht diese Zahl ungefähr 1200 km / h.

Sogar Flugzeuge aus dem Zweiten Weltkrieg mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren und Propellern, die während eines Tauchgangs einen Luftstrom erzeugen, erreichten bereits die Geschwindigkeitsmarke von 1000 km / h. Laut den Geschichten der Piloten begann das Flugzeug in diesen Momenten aufgrund starker Vibrationen schrecklich zu zittern. Das Gefühl war, dass sich die Flügel einfach vom Rumpf des Flugzeugs lösen könnten.

Anschließend berücksichtigten die Konstrukteure bei der Entwicklung von Überschallflugzeugen die Auswirkungen von Luftströmungen auf die Konstruktion von Flugzeugen, wenn die Schallgeschwindigkeit erreicht wurde.

Überwindung der Überschallbarriere mit Flugzeugen

Wenn sich ein Flugzeug zwischen Luftmassen bewegt, durchschneidet es die Luft buchstäblich in alle Richtungen, wodurch ein Geräuscheffekt und in alle Richtungen divergierende Luftdruckwellen entstehen. Wenn das Flugzeug die Schallgeschwindigkeit erreicht, gibt es einen Moment, in dem die Schallwelle das Flugzeug nicht überholen kann. Aus diesem Grund tritt vor dem vorderen Teil des Flugzeugs eine Stoßwelle in Form einer dichten Luftbarriere auf.

Die Luftschicht, die in dem Moment, in dem das Flugzeug die Schallgeschwindigkeit erreicht, vor dem Flugzeug entstanden ist, erzeugt einen starken Widerstandsanstieg, der als Quelle für Änderungen der Stabilitätseigenschaften des Flugzeugs dient.

Wenn ein Flugzeug fliegt, breiten sich Schallwellen mit Schallgeschwindigkeit in alle Richtungen aus. Wenn das Flugzeug eine Geschwindigkeit von M = 1 erreicht, also Schallgeschwindigkeit, sammeln sich vor ihm Schallwellen und bilden eine Schicht aus verdichteter Luft. Bei Geschwindigkeiten über der Schallgeschwindigkeit bilden diese Wellen eine Druckwelle, die den Boden erreicht. Die Stoßwelle wird als Überschallknall wahrgenommen, akustisch vom menschlichen Ohr unten auf der Erdoberfläche als dumpfe Explosion wahrgenommen.

Dieser Effekt ist bei Übungen von Überschallflugzeugen durch die Zivilbevölkerung im Flugbereich ständig zu beobachten.

Ein weiteres interessantes physikalisches Phänomen beim Flug von Überschallflugzeugen ist der visuelle Fortschritt von Flugzeugen über ihren eigenen Klang. Das Geräusch wird mit einiger Verzögerung hinter dem Heck des Flugzeugs beobachtet.

Machzahl in der Luftfahrt

Eine Theorie mit einem bestätigenden experimentellen Prozess der Entstehung von Stoßwellen wurde lange vor dem ersten Flug eines Überschallflugzeugs von dem österreichischen Physiker Ernst Mach (1838 - 1916) demonstriert. Der Wert, der das Verhältnis der Geschwindigkeit eines Flugzeugs zur Geschwindigkeit einer Schallwelle ausdrückt, wird heute zu Ehren des Wissenschaftlers Mach genannt.

Wie wir bereits im Wasserteil erwähnt haben, wird die Schallgeschwindigkeit in der Luft von meteorologischen Bedingungen wie Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Temperatur beeinflusst. Die Temperatur variiert je nach Flughöhe des Flugzeugs von +50 auf der Erdoberfläche bis zu -50 in der Stratosphäre. Daher müssen lokale Wetterbedingungen in unterschiedlichen Höhen berücksichtigt werden, um Überschallgeschwindigkeiten zu erreichen.

Zum Vergleich: Über dem Meeresspiegel beträgt die Schallgeschwindigkeit 1240 km / h, in einer Höhe von mehr als 13.000 km. Diese Geschwindigkeit wird auf 1060 km / h reduziert.

Wenn wir das Verhältnis der Geschwindigkeit des Flugzeugs zur Schallgeschwindigkeit als M nehmen, dann ist es bei einem Wert von M > 1 immer Überschallgeschwindigkeit.

Unterschallflugzeuge haben M = 0,8. Eine Gabelung von Mach-Werten von 0,8 bis 1,2 legt die transsonische Geschwindigkeit fest. Aber Hyperschallflugzeuge haben eine Machzahl von mehr als 5. Von den bekannten Überschallflugzeugen des russischen Militärs kann man die SU-27 - einen Abfangjäger, die Tu-22M - einen Raketenträgerbomber unterscheiden. Aus dem amerikanischen bekannten SR-71 - Aufklärungsflugzeug. Das erste Überschallflugzeug in Massenproduktion war das amerikanische Jagdflugzeug F-100 im Jahr 1953.

Modell des Space Shuttles beim Test im Überschallwindkanal. Eine spezielle Technik der Schattenfotografie ermöglichte es, den Ursprung von Stoßwellen festzuhalten.

Erstes Überschallflugzeug

30 Jahre lang, von 1940 bis 1970, stieg die Geschwindigkeit von Flugzeugen um ein Vielfaches. Der erste transsonische Flug wurde am 14. Oktober 1947 mit einem amerikanischen Bell XS-1-Flugzeug in Kalifornien über einem Luftwaffenstützpunkt durchgeführt.

Der Bell XS-1 Jet wurde von US Air Force Captain Chuck Yige gesteuert. Es gelang ihm, das Gerät auf eine Geschwindigkeit von 1066 km / h zu beschleunigen. Während dieses Tests wurde ein bedeutender Teil der Daten gewonnen, um die Entwicklung von Überschallflugzeugen weiter voranzutreiben.

Flügeldesign für Überschallflugzeuge

Auftrieb und Luftwiderstand nehmen mit der Geschwindigkeit zu, sodass die Flügel kleiner, dünner und geschwungener werden, was die Stromlinienform verbessert.

In Flugzeugen, die für den Überschallflug geeignet sind, wurden die Flügel im Gegensatz zu herkömmlichen Unterschallflugzeugen in einem spitzen Winkel zurückgezogen, der einer Pfeilspitze ähnelt. Äußerlich bildeten die Flügel mit ihrer spitzwinkligen Spitze vor dem Flugzeug ein Dreieck in einer einzigen Ebene. Die dreieckige Geometrie des Flügels ermöglichte es, das Flugzeug im Moment des Überquerens der Schallmauer vorhersehbar zu steuern und dadurch Vibrationen zu vermeiden.

Es gibt Modelle, bei denen Flügel mit variabler Geometrie verwendet wurden. Zum Zeitpunkt des Starts und der Landung betrug der Winkel des Flügels relativ zum Flugzeug 90 Grad, dh senkrecht. Dies ist notwendig, um im Moment des Starts und der Landung, also in dem Moment, in dem die Geschwindigkeit abnimmt und der Auftrieb im spitzen Winkel bei unveränderter Geometrie sein kritisches Minimum erreicht, maximalen Auftrieb zu erzeugen. Mit zunehmender Geschwindigkeit ändert sich die Geometrie des Flügels zum spitzesten Winkel an der Basis des Dreiecks.

Flugzeug-Rekordhalter

Im Rennen um Rekordgeschwindigkeiten am Himmel erreichte 1967 ein raketengetriebenes Bell-X15-Flugzeug eine Rekordgeschwindigkeit von 6,72 oder 7200 km/h. Dieser Rekord war nach langer Zeit nicht mehr zu schlagen.

Und erst im Jahr 2004 konnte das unbemannte Hyperschallflugzeug X-43 der NASA, das für Überschallgeschwindigkeiten ausgelegt war, im Rahmen seines dritten Fluges auf eine Rekordgeschwindigkeit von 11.850 km / h beschleunigen.

Die ersten beiden Flüge endeten erfolglos. Dies ist bis heute der höchste Wert für die Geschwindigkeit von Flugzeugen.

Fahrzeugtests mit Überschallgeschwindigkeit

Dieses Thrust SSC Jet-Überschallfahrzeug wird von 2 Flugzeugtriebwerken angetrieben. 1997 durchbrach er als erstes Landfahrzeug die Schallmauer. Wie beim Überschallflug gibt es vor dem Auto eine Druckwelle.

Die Annäherung des Autos ist geräuschlos, da sich alle erzeugten Geräusche in der darauffolgenden Stoßwelle konzentrieren.

Überschallflugzeuge in der zivilen Luftfahrt

Was zivile Überschallflugzeuge betrifft, so gibt es nur zwei Serienflugzeuge, die regelmäßige Flüge durchführen: die sowjetische TU-144 und die französische Concorde. Die TU-144 absolvierte 1968 ihren Erstflug. Diese Geräte wurden für transatlantische Langstreckenflüge entwickelt. Die Flugzeiten wurden im Vergleich zu Unterschallfahrzeugen erheblich verkürzt, indem die Flughöhe auf 18 km erhöht wurde, wobei das Flugzeug einen unbeladenen Luftkorridor nutzte und die Wolkenbelastung umging.

Das erste zivile Überschallflugzeug der UdSSR TU-144 beendete seine Flüge 1978 aufgrund seiner Unrentabilität. Der letzte Punkt bei der Entscheidung, den Betrieb auf regulären Flügen zu verweigern, wurde aufgrund des Absturzes des Prototyps TU-144D während seiner Tests getroffen. Obwohl es erwähnenswert ist, dass das Flugzeug TU-144 außerhalb der Zivilluftfahrt bis 1991 weiterhin für dringende Post- und Frachtlieferungen von Moskau nach Chabarowsk eingesetzt wurde.

In der Zwischenzeit bot das französische Überschallflugzeug Concorde trotz teurer Tickets bis 2003 Flugreisen für seine europäischen Kunden an. Aber am Ende war trotz der reicheren sozialen Schicht der europäischen Einwohner das Problem der Unrentabilität immer noch unvermeidlich.

Am 6. Februar 1950 überschritt der sowjetische Düsenjäger MiG-17 beim nächsten Test im Horizontalflug die Schallgeschwindigkeit und beschleunigte auf fast 1070 km / h. Damit war es das erste in Serie produzierte Überschallflugzeug. Die Entwickler Mikoyan und Gurevich waren sichtlich stolz auf ihre Idee.

Für Kampfflüge galt die MiG-17 als nahezu schallend, da ihre Reisegeschwindigkeit 861 km / h nicht überschritt. Dies hinderte den Kämpfer jedoch nicht daran, einer der häufigsten der Welt zu werden. Zu verschiedenen Zeiten war er in Diensten für Deutschland, China, Korea, Polen, Pakistan und Dutzende anderer Länder. Dieses Monster nahm sogar an den Kämpfen im Vietnamkrieg teil.

Die MiG-17 ist bei weitem nicht der einzige Vertreter des Genres der Überschallflugzeuge. Wir werden über ein Dutzend weitere Flugzeuge sprechen, die ebenfalls der Schallwelle voraus waren und auf der ganzen Welt berühmt wurden.

Glocke X-1

Die US Air Force stattete die Bell X-1 eigens mit einem Raketentriebwerk aus, da sie damit die Probleme des Überschallflugs untersuchen wollte. Am 14. Oktober 1947 beschleunigte das Gerät auf 1541 km/h (Machzahl 1,26), überwand eine vorgegebene Barriere und verwandelte sich in einen Stern am Himmel. Heute ruht das Rekordmodell im Smithsonian Museum in den USA.

Quelle: NASA

Nordamerikanische X-15

Auch die North American X-15 ist mit Raketentriebwerken ausgestattet. Aber im Gegensatz zu seinem amerikanischen Gegenstück Bell X-1 erreichte dieses Flugzeug eine Geschwindigkeit von 6167 km / h (Machzahl 5,58) und wurde damit zum ersten und seit 40 Jahren einzigen bemannten Hyperschallflugzeug in der Geschichte der Menschheit (seit 1959). die suborbitale bemannte Raumflüge durchführten. Mit seiner Hilfe wurde sogar die Reaktion der Atmosphäre auf das Eindringen geflügelter Körper untersucht. Insgesamt wurden drei Einheiten von Raketenflugzeugen vom Typ X-15 hergestellt.

Quelle: NASA

Lockheed SR-71 Amsel

Es ist eine Sünde, Überschallflugzeuge nicht für militärische Zwecke einzusetzen. Daher konstruierte die US Air Force die Lockheed SR-71 Blackbird, ein strategisches Aufklärungsflugzeug mit einer Höchstgeschwindigkeit von 3.700 km/h (Mach 3,5). Die Hauptvorteile sind eine schnelle Beschleunigung und eine hohe Manövrierfähigkeit, die es ihm ermöglichten, Raketen auszuweichen. Außerdem war die SR-71 das erste Flugzeug, das mit Technologien zur Verringerung der Radarsichtbarkeit ausgestattet war.

Nur 32 Einheiten gebaut, von denen 12 abgestürzt sind. 1998 außer Dienst gestellt.

Quelle: af.mil

MiG-25

Wir können uns nur an die inländische MiG-25 erinnern - einen Überschall-Höhenjäger der 3. Generation mit einer Höchstgeschwindigkeit von 3000 km / h (Mach-Nummer 2,83). Das Flugzeug war so cool, dass sogar die Japaner es begehrten. Daher musste der sowjetische Pilot Viktor Belenko am 6. September 1976 eine MiG-25 entführen. Danach begannen sich die Flugzeuge in vielen Teilen der Union viele Jahre lang nicht bis zum Ende zu füllen. Ziel ist es, sie daran zu hindern, den nächstgelegenen ausländischen Flughafen anzufliegen.

Quelle: Alexey Beltyukov

MiG-31

Sowjetische Wissenschaftler hörten nicht auf, für das Luftgut des Vaterlandes zu arbeiten. Daher begann 1968 das Design der MiG-31. Und am 16. September 1975 flog er zum ersten Mal in den Himmel. Dieser zweisitzige Langstrecken-Überschall-Allwetter-Abfangjäger beschleunigte auf eine Geschwindigkeit von 2500 km / h (Mach-Nummer 2,35) und wurde das erste sowjetische Kampfflugzeug der vierten Generation.

Die MiG-31 wurde entwickelt, um Luftziele in extrem niedrigen, niedrigen, mittleren und großen Höhen Tag und Nacht bei einfachen und schwierigen Wetterbedingungen mit aktiver und passiver Radarinterferenz sowie falschen thermischen Zielen abzufangen und zu zerstören. Vier MiG-31 können einen bis zu 900 Kilometer langen Luftraum kontrollieren. Dies ist kein Flugzeug, sondern der Stolz der Union, die immer noch bei Russland und Kasachstan im Einsatz ist.

Quelle: Witali Kuzmin

Lockheed/Boeing F-22 Raptor

Das teuerste Überschallflugzeug wurde von den Amerikanern gebaut. Sie modellierten einen Mehrzweckjäger der fünften Generation, der zum teuersten unter seinen Kollegen wurde. Die Lockheed/Boeing F-22 Raptor ist das einzige heute im Einsatz befindliche Jagdflugzeug der fünften Generation und das erste Serienjagdflugzeug mit einer Überschallgeschwindigkeit von 1.890 km/h (Mach 1,78). Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 2570 km/h (Mach 2,42). Bis jetzt hat ihn niemand in der Luft übertroffen.

Quelle: af.mil

Su-100/T-4

Die Su-100/T-4 ("weave") wurde als Flugzeugträgerjäger entwickelt. Aber den Ingenieuren des Sukhoi Design Bureau gelang es nicht nur, ihr Ziel zu erreichen, sondern auch einen coolen Angriffs- und Aufklärungsbomber-Raketenträger zu modellieren, den sie später sogar als Passagierflugzeug und Booster für das Luft- und Raumfahrtsystem Spiral einsetzen wollten. Die Höchstgeschwindigkeit des T-4 beträgt 3200 km/h (Mach 3).

Vor genau 15 Jahren traten die letzten drei Concorde-Überschallpassagierflugzeuge von British Airways ihren Abschiedsflug an. An diesem Tag, dem 24. Oktober 2003, landeten diese Flugzeuge im Tiefflug über London in Heathrow und beendeten damit die kurze Geschichte der Überschall-Passagierfliegerei. Heute denken Flugzeugkonstrukteure auf der ganzen Welt jedoch wieder über die Möglichkeit schneller Flüge nach - von Paris nach New York in 3,5 Stunden, von Sydney nach Los Angeles - in 6 Stunden, von London nach Tokio - in 5 Stunden. Aber bevor Überschallflugzeuge auf internationale Passagierrouten zurückkehren, müssen Entwickler viele Probleme lösen, von denen eines der wichtigsten die Reduzierung des Lärms schneller Flugzeuge ist.

Eine kurze Geschichte schneller Flüge

Die Passagierluftfahrt nahm in den 1910er Jahren Gestalt an, als die ersten Flugzeuge auftauchten, die speziell für den Transport von Menschen durch die Luft entwickelt wurden. Die allererste davon war die französische Limousine Bleriot XXIV von Bleriot Aeronautique. Es wurde für Vergnügungsfahrten in der Luft verwendet. Zwei Jahre später erschien in Russland die S-21 Grand, die auf der Grundlage des schweren Bombers Russian Knight Igor Sikorsky erstellt wurde. Es wurde in den Russisch-Baltischen Wagenwerken gebaut. Dann begann sich die Luftfahrt sprunghaft zu entwickeln: Zuerst begannen Flüge zwischen Städten, dann zwischen Ländern und dann zwischen Kontinenten. Flugzeuge ermöglichten es, schneller ans Ziel zu kommen als mit Bahn oder Schiff.

In den 1950er Jahren beschleunigte sich der Fortschritt in der Entwicklung von Strahltriebwerken erheblich, und Flüge mit Überschallgeschwindigkeit wurden für Kampfflugzeuge verfügbar, wenn auch nur für kurze Zeit. Als Überschallgeschwindigkeit bezeichnet man in der Regel eine bis zu fünfmal schnellere Bewegung als die Schallgeschwindigkeit, die je nach Ausbreitungsmedium und dessen Temperatur variiert. Bei normalem atmosphärischem Druck auf Meereshöhe breitet sich Schall mit einer Geschwindigkeit von 331 Metern pro Sekunde oder 1.191 Kilometern pro Stunde aus. Mit zunehmender Höhe nehmen Dichte und Temperatur der Luft ab und auch die Schallgeschwindigkeit nimmt ab. In einer Höhe von beispielsweise 20.000 Metern sind es bereits etwa 295 Meter pro Sekunde. Aber bereits in einer Höhe von etwa 25.000 Metern und bei einem Anstieg auf mehr als 50.000 Meter beginnt die Temperatur der Atmosphäre im Vergleich zu den unteren Schichten allmählich zu steigen, und damit nimmt die lokale Schallgeschwindigkeit zu.

Der Temperaturanstieg in diesen Höhen erklärt sich unter anderem durch die hohe Ozonkonzentration in der Luft, die einen Ozonschild bildet und einen Teil der Sonnenenergie absorbiert. Infolgedessen beträgt die Schallgeschwindigkeit in einer Höhe von 30.000 Metern über dem Meeresspiegel etwa 318 Meter pro Sekunde und in einer Höhe von 50.000 - fast 330 Meter pro Sekunde. In der Luftfahrt wird die Machzahl häufig zur Messung der Fluggeschwindigkeit verwendet. Vereinfacht ausgedrückt drückt er die lokale Schallgeschwindigkeit für eine bestimmte Höhe, Luftdichte und Temperatur aus. Somit beträgt eine herkömmliche Fluggeschwindigkeit von zwei Machzahlen auf Meereshöhe 2383 Kilometer pro Stunde und in einer Höhe von 10.000 Metern 2157 Kilometer pro Stunde. 1947 überwand der amerikanische Pilot Chuck Yeager erstmals die Schallmauer mit einer Geschwindigkeit von 1,04 Mach (1066 Kilometer pro Stunde) in einer Höhe von 12,2 Tausend Metern. Dies war ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von Überschallflügen.

In den 1950er Jahren begannen Flugzeugkonstrukteure in mehreren Ländern der Welt mit der Arbeit an Entwürfen für Überschall-Passagierflugzeuge. Infolgedessen erschienen in den 1970er Jahren die französische Concorde und die sowjetische Tu-144. Dies waren die ersten und bisher einzigen Passagier-Überschallflugzeuge der Welt. Beide Flugzeugtypen verwendeten konventionelle Turbojet-Triebwerke, die für den langfristigen Überschallflug optimiert waren. Tu-144 wurden bis 1977 betrieben. Die Flugzeuge flogen mit einer Geschwindigkeit von 2,3 Tausend Kilometern pro Stunde und konnten bis zu 140 Passagiere befördern. Tickets für ihre Flüge kosten jedoch durchschnittlich 2,5-3 mal mehr als üblich. Die geringe Nachfrage nach schnellen, aber teuren Flügen sowie die allgemeinen Schwierigkeiten beim Betrieb und der Wartung der Tu-144 führten dazu, dass sie einfach aus den Passagierflügen entfernt wurden. Die Flugzeuge wurden jedoch einige Zeit bei Testflügen eingesetzt, auch im Auftrag der NASA.

Concorde diente merklich länger - bis 2003. Flüge mit französischen Linienschiffen waren ebenfalls teuer und nicht sehr beliebt, aber Frankreich und Großbritannien führten sie weiter durch. Die Kosten für ein Ticket für einen solchen Flug betrugen nach heutigen Preisen etwa 20.000 Dollar. Die französische Concorde flog mit einer Geschwindigkeit von knapp über zweitausend Stundenkilometern. Das Flugzeug könnte die Strecke von Paris nach New York in 3,5 Stunden zurücklegen. Je nach Konfiguration konnte Concorde 92 bis 120 Personen befördern.

Die Geschichte der Concorde endete unerwartet und schnell. Im Jahr 2000 ereignete sich der Flugzeugabsturz der Concorde, bei dem 113 Menschen starben. Ein Jahr später begann eine Krise im Passagierflugverkehr, verursacht durch die Terroranschläge vom 11 in Arlington County, und der vierte fiel in ein Feld in der Nähe von Shanksville, Pennsylvania). Dann lief die Garantiezeit für Concorde-Flugzeuge ab, die von Airbus abgefertigt wurden. All diese Faktoren zusammen machten den Betrieb von Überschall-Passagierflugzeugen äußerst unrentabel, und im Sommer und Herbst 2003 wechselten sich Air France und British Airways damit ab, alle Concordes außer Dienst zu stellen.

Nach dem Abschluss des Concorde-Programms im Jahr 2003 bestand noch Hoffnung auf die Wiederinbetriebnahme der Überschall-Passagierluftfahrt. Die Designer hofften auf neue treibstoffeffiziente Motoren, aerodynamische Berechnungen und computergestützte Konstruktionssysteme, die den Überschallflug wirtschaftlich erschwinglich machen könnten. Doch in den Jahren 2006 und 2008 verabschiedete die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation neue Fluglärmnormen, die unter anderem alle Überschallflüge über besiedeltem Land in Friedenszeiten verbot. Dieses Verbot gilt nicht für Flugkorridore, die speziell der Militärluftfahrt zugewiesen wurden. Die Arbeiten an den Projekten neuer Überschallflugzeuge verlangsamten sich, aber heute haben sie wieder Fahrt aufgenommen.

Leiser Überschall

Heute entwickeln mehrere Unternehmen und Regierungsorganisationen auf der ganzen Welt Überschall-Passagierflugzeuge. Solche Projekte werden insbesondere von den russischen Unternehmen Sukhoi und Tupolev, dem nach Zhukovsky benannten Central Aerohydrodynamic Institute, dem französischen Dassault, der Japan Aerospace Research Agency, dem europäischen Konzern Airbus, dem amerikanischen Lockheed Martin und Boeing durchgeführt sowie mehrere Startups, darunter Aerion und Boom Technologies. Im Allgemeinen sind die Designer bedingt in zwei Lager gespalten. Vertreter der ersten glauben, dass es in naher Zukunft nicht möglich sein wird, ein „leises“ Überschallflugzeug zu entwickeln, das in Bezug auf den Lärm Unterschallflugzeugen entspricht, was bedeutet, dass ein schnelles Passagierflugzeug gebaut werden muss, auf das umgestellt werden kann Überschall, wo es erlaubt ist. Ein solcher Ansatz, glauben die Designer des ersten Lagers, wird die Flugzeit von einem Punkt zum anderen noch verkürzen.

Die Designer aus dem zweiten Lager konzentrierten sich hauptsächlich auf den Kampf gegen Stoßwellen. Beim Flug mit Überschallgeschwindigkeit erzeugt die Flugzeugzelle eines Flugzeugs viele Stoßwellen, von denen die bedeutendsten im Bug- und im Heckbereich auftreten. Darüber hinaus treten Stoßwellen normalerweise an der Vorder- und Hinterkante des Flügels, an den Vorderkanten des Leitwerks, in den Bereichen von Verwirbelern der Strömung und an den Rändern der Lufteinlässe auf. Eine Stoßwelle ist ein Bereich, in dem Druck, Dichte und Temperatur des Mediums einen scharfen und starken Sprung erfahren. Beobachter am Boden nehmen solche Wellen als lauten Knall oder sogar als Explosion wahr – deshalb sind Überschallflüge über dem besiedelten Teil des Landes verboten.

Die Wirkung einer Explosion oder eines sehr lauten Knalls wird durch die Stoßwellen des sogenannten N-Typs erzeugt, die bei der Explosion einer Bombe oder an der Flugzeugzelle eines Überschalljägers entstehen. In der Grafik des Druck- und Dichtewachstums ähneln solche Wellen dem Buchstaben N des lateinischen Alphabets aufgrund eines starken Druckanstiegs an der Wellenfront mit einem starken Druckabfall danach und anschließender Normalisierung. In Laborexperimenten fanden Forscher der Japan Aerospace Exploration Agency heraus, dass die Änderung der Form eines Segelflugzeugs Spitzen in einem Stoßwellendiagramm glätten und es in eine S-Typ-Welle verwandeln kann. Eine solche Welle hat einen gleichmäßigen Druckabfall, der nicht so signifikant ist wie der der N-Welle. NASA-Experten glauben, dass S-Wellen von Beobachtern als entferntes Zuschlagen einer Autotür wahrgenommen werden.

N-Welle (rot) vor der aerodynamischen Optimierung einer Überschall-Flugzeugzelle und Ähnlichkeit der S-Welle nach der Optimierung

Im Jahr 2015 bauten japanische Designer das unbemannte Segelflugzeug D-SEND 2 zusammen, dessen aerodynamische Form darauf ausgelegt war, die Anzahl und Intensität der darauf erzeugten Stoßwellen zu reduzieren. Im Juli 2015 testeten die Entwickler die Flugzeugzelle auf der Esrange-Raketenreichweite in Schweden und stellten eine deutliche Verringerung der Anzahl der auf der Oberfläche der neuen Flugzeugzelle erzeugten Stoßwellen fest. Während des Tests wurde D-SEND 2, das nicht mit Motoren ausgestattet war, aus einer Höhe von 30,5 Tausend Metern aus einem Ballon fallen gelassen. Während des Sturzes erreichte das 7,9 Meter lange Segelflugzeug eine Geschwindigkeit von Mach 1,39 und flog an Fesselballons vorbei, die mit Mikrofonen in verschiedenen Höhen ausgestattet waren. Gleichzeitig maßen die Forscher nicht nur die Intensität und Anzahl der Stoßwellen, sondern analysierten auch den Einfluss des Zustands der Atmosphäre auf ihr frühes Auftreten.

Nach Angaben der japanischen Agentur wird der Überschallknall von Flugzeugen, die in ihrer Größe mit dem Überschall-Passagierflugzeug Concorde vergleichbar sind und nach dem D-SEND-2-Schema gebaut wurden, beim Fliegen mit Überschallgeschwindigkeit nur halb so intensiv sein wie zuvor. Die japanische D-SEND 2 unterscheidet sich von den Segelflugzeugen herkömmlicher moderner Flugzeuge durch die nicht axialsymmetrische Anordnung des Bugs. Der Kiel der Vorrichtung ist zum Bug verlagert, und das Höhenleitwerk ist allbeweglich ausgeführt und hat einen negativen Einbauwinkel in Bezug auf die Längsachse der Flugzeugzelle, dh die Leitwerksspitzen befinden sich unterhalb des Befestigungspunkts, und nicht oben, wie üblich. Der Flügel der Flugzeugzelle hat eine normale Pfeilung, ist jedoch abgestuft: Er passt reibungslos zum Rumpf, und ein Teil seiner Vorderkante befindet sich in einem spitzen Winkel zum Rumpf, aber näher an der Hinterkante nimmt dieser Winkel stark zu.

Nach einem ähnlichen Schema entsteht derzeit das amerikanische Überschall-Startup Aerion, das von Lockheed Martin im Auftrag der NASA entwickelt wird. Mit Schwerpunkt auf der Reduzierung der Anzahl und Intensität von Stoßwellen wird auch das russische (Supersonic Business Aircraft / Supersonic Passenger Aircraft) entwickelt. Einige der Projekte für schnelle Passagierflugzeuge sollen in der ersten Hälfte der 2020er Jahre abgeschlossen werden, aber die Luftverkehrsvorschriften werden bis dahin noch nicht überarbeitet. Das bedeutet, dass das neue Flugzeug zunächst nur Überschallflüge über Wasser durchführen wird. Tatsache ist, dass Entwickler viele Tests durchführen und ihre Ergebnisse den Luftfahrtbehörden, einschließlich der US-Luftfahrtbehörde und der Europäischen Agentur für Flugsicherheit, vorlegen müssen, um die Beschränkung für Überschallflüge über dem besiedelten Teil des Landes aufzuheben.

S-512/Spike Luft- und Raumfahrt

Neue Motoren

Ein weiteres ernsthaftes Hindernis für die Schaffung eines massenproduzierten Überschall-Passagierflugzeugs sind die Triebwerke. Konstrukteure haben heute viele Möglichkeiten gefunden, Turbostrahltriebwerke sparsamer zu machen als vor zehn oder zwanzig Jahren. Dazu gehören der Einsatz von Getrieben, die die starre Kopplung von Fan und Turbine im Triebwerk aufheben, der Einsatz von keramischen Verbundwerkstoffen zur Optimierung des Temperaturhaushalts in der heißen Zone des Kraftwerks bis hin zur Einführung eines zusätzlichen – Drittels - Luftkreislauf zusätzlich zu den bereits vorhandenen zwei, intern und extern. Auf dem Gebiet der sparsamen Unterschallmotoren haben Konstrukteure bereits erstaunliche Ergebnisse erzielt, und laufende Neuentwicklungen versprechen erhebliche Einsparungen. Sie können mehr über fortgeschrittene Forschung in unserem Material lesen.

Aber trotz all dieser Entwicklungen ist es immer noch schwierig, Überschallflug wirtschaftlich zu nennen. So erhält das vielversprechende Überschall-Passagierflugzeug des Startups Boom Technologies drei Turbofan-Triebwerke der JT8D-Familie von Pratt & Whitney oder J79 von GE Aviation. Im Reiseflug liegt der spezifische Treibstoffverbrauch dieser Triebwerke bei etwa 740 Gramm pro Kilogram-force pro Stunde. Gleichzeitig kann der J79-Motor mit einem Nachbrenner ausgestattet werden, der den Kraftstoffverbrauch um bis zu zwei Kilogramm pro Kilokraft pro Stunde erhöht. Ein solcher Aufwand ist vergleichbar mit dem Kraftstoffverbrauch von Triebwerken beispielsweise des Su-27-Jägers, dessen Aufgaben sich erheblich von der Beförderung von Passagieren unterscheiden.

Zum Vergleich: Der spezifische Kraftstoffverbrauch der weltweit einzigen serienmäßigen D-27-Turbopropfan-Triebwerke des ukrainischen An-70-Transporters beträgt nur 140 Gramm pro Kilogramm pro Stunde. Das amerikanische CFM56-Triebwerk, der „Klassiker“ der Boeing- und Airbus-Liner, hat einen spezifischen Kraftstoffverbrauch von 545 Gramm pro Kilogramm Kraft pro Stunde. Dies bedeutet, dass Überschallflüge ohne eine umfassende Neukonstruktion der Triebwerke von Düsenflugzeugen nicht billig genug werden, um weit verbreitet zu werden, und nur in der Geschäftsluftfahrt nachgefragt werden - ein hoher Treibstoffverbrauch führt zu höheren Ticketpreisen. Es wird auch nicht möglich sein, die hohen Kosten des Überschalllufttransports durch Volumen zu reduzieren - die Flugzeuge, die heute konstruiert werden, sind für die Beförderung von 8 bis 45 Passagieren ausgelegt. Gewöhnliche Flugzeuge bieten Platz für mehr als hundert Personen.

Anfang Oktober dieses Jahres projizierte GE Aviation jedoch ein neues Affinity-Turbofan-Jet-Triebwerk. Diese Kraftwerke sollen in ein vielversprechendes Überschall-Passagierflugzeug AS2 von Aerion eingebaut werden. Das neue Kraftwerk kombiniert strukturell die Eigenschaften von Strahltriebwerken mit niedrigem Nebenstromverhältnis für Kampfflugzeuge und Triebwerken mit hohem Nebenstromverhältnis für Passagierflugzeuge. Gleichzeitig gibt es in Affinity keine neuen und bahnbrechenden Technologien. Das neue Triebwerk von GE Aviation ist als Medium-Bypass-Triebwerk klassifiziert.

Basis des Triebwerks ist ein modifizierter CFM56-Turbofan-Gasgenerator, der wiederum strukturell auf dem Gasgenerator des F101, dem Triebwerk für die Überschallbomber B-1B Lancer, basiert. Das Kraftwerk erhält ein modernisiertes elektronisch-digitales Motormanagementsystem mit voller Verantwortung. Details zum Design des vielversprechenden Motors gaben die Entwickler nicht preis. GE Aviation erwartet jedoch, dass der spezifische Treibstoffverbrauch der Affinity-Triebwerke nicht viel höher oder sogar vergleichbar mit dem Treibstoffverbrauch moderner Turbofan-Triebwerke in herkömmlichen Unterschall-Passagierflugzeugen sein wird. Wie dies für den Überschallflug erreicht werden kann, ist nicht klar.

Boom / Boom-Technologien

Projekte

Trotz der vielen Projekte von Überschall-Passagierflugzeugen auf der Welt (einschließlich des unrealistischen Projekts, den strategischen Bomber Tu-160 in einen Passagier-Überschallliner umzuwandeln, der vom russischen Präsidenten Wladimir Putin vorgeschlagen wurde), ist der AS2 des amerikanischen Startups Aerion, S-512 , kann als am nächsten an Flugtests und Kleinserienproduktion angesehen werden, der spanische Spike Aerospace und der amerikanische Boom Technologies Boom. Der erste soll mit Mach 1,5, der zweite mit Mach 1,6 und der dritte mit Mach 2,2 fliegen. Das von Lockheed Martin im Auftrag der NASA geschaffene Flugzeug X-59 wird ein Technologiedemonstrator und ein fliegendes Labor sein, eine Serieneinführung ist nicht geplant.

Boom Technologies hat bereits angekündigt, dass es versuchen wird, Überschallflüge sehr billig zu machen. Beispielsweise wurden die Kosten für einen Flug von New York nach London bei Boom Technologies auf fünftausend Dollar geschätzt. So viel kostet heute ein Flug auf dieser Strecke in der Business Class eines gewöhnlichen Unterschallflugzeugs. Der Boom-Liner wird mit Unterschallgeschwindigkeit über besiedeltes Land fliegen und über dem Ozean Überschallgeschwindigkeit erreichen. Das Flugzeug mit einer Länge von 52 Metern und einer Spannweite von 18 Metern kann bis zu 45 Passagiere befördern. Bis Ende 2018 plant Boom Technologies, eines von mehreren neuen Flugzeugprojekten zur Umsetzung in Metall auszuwählen. Der Erstflug des Flugzeugs ist für 2025 geplant. Das Unternehmen hat diese Termine verschoben; Boom sollte ursprünglich 2023 in die Luft gehen.

Nach vorläufigen Berechnungen beträgt die Länge des für 8-12 Passagiere ausgelegten Flugzeugs AS2 51,8 Meter und die Flügelspannweite 18,6 Meter. Das maximale Startgewicht des Überschallflugzeugs beträgt 54,8 Tonnen. Der AS2 fliegt mit einer Reisegeschwindigkeit von Mach 1,4-1,6 über Wasser und verzögert über Land auf Mach 1,2. Eine etwas geringere Fluggeschwindigkeit über Land, gepaart mit einer speziellen aerodynamischen Form der Flugzeugzelle, wird, wie von den Entwicklern erwartet, die Entstehung von Stoßwellen nahezu vollständig vermeiden. Die Flugreichweite des Flugzeugs bei einer Geschwindigkeit von Mach 1,4 beträgt 7,8 Tausend Kilometer und 10 Tausend Kilometer bei einer Geschwindigkeit von Mach 0,95. Der Erstflug des Flugzeugs ist für den Sommer 2023 und für Oktober desselben Jahres geplant - der erste Transatlantikflug. Seine Entwickler werden mit dem 20. Jahrestag des letzten Fluges der Concorde zusammenfallen.

Schließlich plant Spike Aerospace, spätestens 2021 mit den Flugtests des vollständigen S-512-Prototyps zu beginnen. Die Auslieferung der ersten Serienflugzeuge an Kunden ist für 2023 geplant. Dem Projekt zufolge kann die S-512 bis zu 22 Passagiere bei Geschwindigkeiten von bis zu Mach 1,6 befördern. Die Flugreichweite dieses Flugzeugs beträgt 11,5 Tausend Kilometer. Seit letztem Oktober verfügt Spike Aerospace über mehrere kleinere Modelle von Überschallflugzeugen. Ihr Zweck ist es, Designlösungen und die Wirksamkeit von Flugsteuerungen zu testen. Alle drei vielversprechenden Passagierflugzeuge werden mit Schwerpunkt auf einer speziellen aerodynamischen Form entwickelt, die die Intensität der beim Überschallflug erzeugten Stoßwellen reduziert.

Im Jahr 2017 belief sich das weltweite Fluggastaufkommen auf vier Milliarden Menschen, von denen 650 Millionen Langstreckenflüge zwischen 3,7 und 13.000 Kilometern unternahmen. 72 Millionen „Langstrecken“-Passagiere flogen in der First und Business Class. Auf diese 72 Millionen Menschen zielen die Entwickler von Überschall-Passagierflugzeugen zuerst ab, weil sie glauben, für die Möglichkeit, etwa die Hälfte der Zeit in der Luft zu verbringen, gerne etwas mehr Geld zahlen als sonst. Die Überschall-Passagierluftfahrt dürfte sich jedoch nach 2025 rasant entwickeln. Tatsache ist, dass die Forschungsflüge des X-59-Labors erst 2021 beginnen und mehrere Jahre dauern werden.

Die Forschungsergebnisse, die während der X-59-Flüge erzielt wurden, einschließlich derer über Freiwilligensiedlungen (deren Bewohner stimmten zu, dass sie an Wochentagen von Überschallflugzeugen überflogen werden; nach den Flügen werden Beobachter den Forschern ihre Wahrnehmung von Lärm mitteilen). geplant, an die US Federal Aviation Administration Überprüfung zu übertragen. Auf ihrer Grundlage kann es erwartungsgemäß das Verbot von Überschallflügen über dem besiedelten Teil des Landes revidieren, dies wird jedoch nicht vor 2025 geschehen.

Wassili Sytschew

avia-su.ru

Das vom Sukhoi Design Bureau hergestellte zweimotorige Kampfflugzeug wurde 1985 von der Luftwaffe der UdSSR übernommen, obwohl es seinen ersten Flug bereits im Mai 1977 absolvierte.

Dieses Flugzeug kann eine maximale Überschallgeschwindigkeit von Mach 2,35 (2500 km/h) erreichen, was mehr als der doppelten Schallgeschwindigkeit entspricht.

Die Su-27 erwarb sich den Ruf als eine der kampfbereitesten Einheiten ihrer Zeit, und einige Modelle werden immer noch in den Armeen Russlands, Weißrusslands und der Ukraine eingesetzt.

www.f-16.net

Taktisches Kampfflugzeug, das in den 1960er Jahren von General Dynamics entwickelt wurde. Das erste Flugzeug, das für zwei Besatzungsmitglieder ausgelegt war, wurde 1967 bei der US Air Force in Dienst gestellt und für strategische Bombenangriffe, Aufklärung und elektronische Kriegsführung eingesetzt. Die F-111 konnte Mach 2,5 (2655 km/h) oder die 2,5-fache Schallgeschwindigkeit erreichen.

letsgoflying.wordpress.com

Zweistrahliger taktischer Jäger, 1967 von McDonnell Douglas entwickelt. Das Allwetterflugzeug wurde entwickelt, um die Luftüberlegenheit gegenüber feindlichen Streitkräften während des Luftkampfes zu erobern und aufrechtzuerhalten. Die F-15 Eagle flog erstmals im Juli 1972 und wurde 1976 offiziell bei der US Air Force in Dienst gestellt.

Die F-15 kann mit Geschwindigkeiten von über Mach 2,5 (2.655 km/h) fliegen und gilt als eines der erfolgreichsten Flugzeuge aller Zeiten. Die F-15 Eagle wird voraussichtlich bis 2025 im Dienst der US Air Force stehen. Der Jäger wird derzeit in eine Reihe von Ländern exportiert, darunter Japan, Israel und Saudi-Arabien.

airforce.com

Ein großes, zweimotoriges Überschallflugzeug, das vom Mikoyan Design Bureau hergestellt wird, soll ausländische Flugzeuge mit hoher Geschwindigkeit abfangen. Das Flugzeug absolvierte seinen Erstflug im September 1975 und wurde 1982 von der Air Force adoptiert.

Die MiG-31 erreicht Mach 2,83 (3.000 km/h) und konnte auch in geringer Höhe mit Überschallgeschwindigkeit fliegen. Die MiG-31 ist immer noch bei den Luftstreitkräften Russlands und Kasachstans im Einsatz.

XB-70 newspaceandaircraft.com

Das sechsmotorige Flugzeug XB-70 Valkyrie wurde Ende der 1950er Jahre von North American Aviation entwickelt. Das Flugzeug wurde als Prototyp für einen strategischen Bomber mit Atombomben gebaut.

Die XB-70 Valkyrie erreichte ihre Konstruktionsgeschwindigkeit am 14. Oktober 1965, als sie Mach 3,02 (3219 km/h) in einer Höhe von 21300 m über der Edwards Air Force Base in Kalifornien erreichte.

Zwei XB-70 wurden gebaut und von 1964 bis 1969 bei Testflügen eingesetzt. Einer der Prototypen stürzte 1966 nach einem Zusammenstoß in der Luft ab, und ein weiterer XB-70 ist im Nationalmuseum der United States Air Force in Dayton, Ohio, ausgestellt.

Bell X-2 Starbuster

X-2 wikipedia.org

Raketengetriebenes Flugzeug - eine gemeinsame Entwicklung der Bell Aircraft Corporation, der US Air Force und des National Advisory Committee for Aeronautics (dem Vorgänger der NASA) im Jahr 1945. Das Flugzeug wurde gebaut, um die aerodynamischen Eigenschaften während des Überschallflugs in den Bereichen Mach 2 und Mach 3 zu untersuchen.

Die X-2 mit dem Spitznamen Starbuster flog erstmals im November 1955. Im folgenden Jahr, im September 1956, konnte Kapitän Milburn am Steuer eine Geschwindigkeit von Mach 3,2 (3370 km / h) in einer Höhe von 19800 m erreichen.

Kurz nach Erreichen dieser Höchstgeschwindigkeit wurde das Flugzeug unkontrollierbar und stürzte ab. Dieser tragische Vorfall setzte dem X-2-Programm ein Ende.

airforce.com

Das Mikoyan-Gurevich-Flugzeug wurde entwickelt, um feindliche Flugzeuge mit Überschallgeschwindigkeit abzufangen und Geheimdienstdaten zu sammeln. Die MiG-25 ist eines der schnellsten in Dienst gestellten Militärflugzeuge. Die MiG-25 flog erstmals 1964 und wurde erstmals 1970 von der sowjetischen Luftwaffe eingesetzt.

Die MiG-25 hat eine unglaubliche Höchstgeschwindigkeit von Mach 3,2 (3524 km/h). Das Flugzeug ist immer noch bei der russischen Luftwaffe im Einsatz und wird auch von einer Reihe anderer Länder eingesetzt, darunter die algerische Luftwaffe und die syrische Luftwaffe.

wikipedia.org

Ein Flugzeugprototyp, der Ende der 50er und Anfang der 60er Jahre von der Lockheed Corporation entwickelt wurde. Das Flugzeug wurde gebaut, um feindliche Flugzeuge bei Mach 3 abzufangen.

Die Tests des YF-12 fanden in Area 51 statt, einem streng geheimen Übungsgelände der US Air Force, das Ufologen Außerirdischen zugeschrieben haben. Die YF-12 flog erstmals 1963 und erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von Mach 3,2 (3.330 km/h) in einer Höhe von 24.400 m. NASA. Das Flugzeug hörte schließlich 1978 auf zu fliegen.