6-го февраля в 1950-м во время очередного испытания советский реактивный истребитель МиГ-17 в горизонтальном полете превысил скорость звука, разогнавшись почти до 1070-и км/ч. Это превратило его в первый сверхзвуковой самолет серийного производства. Разработчики Микоян и Гуревич явно гордились своим детищем.
Для боевых полетов МиГ-17 считался околозвучным, так как его крейсерская скорость не превышала 861 км/ч. Но это не помешало истребителю стать одним из самых распространенных в мире. В разное время он состоял на вооружении Германии, Китая, Кореи, Польши, Пакистана и десятков других стран. Этот монстр принял участие даже в боевых действиях во Вьетнамской войне.
МиГ-17 - далеко не единственный представитель жанра сверхзвуковых самолетов. Мы расскажем еще о десятке воздушных лайнеров, которые тоже опередили звуковую волну и стали известными во всем мире.
Bell X-1
ВВС США специально оснастили Bell X-1 ракетным двигателем, так как хотели с его помощью изучить проблемы сверхзвукового полёта. 14-го октября в 1947 аппарат разогнался до 1541 км/ч (число Маха 1.26), преодолел заданный барьер и превратился в звезду поднебесья. Сегодня модель-рекордсменка покоится в Смитсоновском музее в Штатах.
Источник: NASA
North American X-15
North American X-15 тоже оснащен ракетными двигателями. Но, в отличие от своего американского коллеги Bell X-1, этот самолет достиг скорости 6167 км/ч (число Маха 5,58), превратившись в первого и на 40 лет единственного в истории человечества (с 1959-го) пилотируемым гиперзвуковым летательным аппаратом, совершавшим суборбитальные пилотируемые космические полёты. С его помощью изучали даже реакцию атмосферы на вход в нее крылатых тел. Всего произведено три единицы ракетопланов типа Х-15.
Источник: NASA
Lockheed SR-71 Blackbird
Грех не применять сверхзвуковые самолеты в военных целях. Поэтому ВВС США спроектировали Lockheed SR-71 Blackbird - стратегический разведчик с максимальной скоростью 3700 км/ч (число Маха 3,5). Главные достоинства - быстрый разгон и высокая маневренность, позволившая ему уклоняться от ракет. Также SR-71 был первым самолётом, который оснастили технологиями снижения радиолокационной заметности.
Построено всего 32 единицы, 12 из которых разбились. В 1998-м снят с вооружения.
Источник: af.mil
МиГ-25
Не можем не вспомнить отечественный МиГ-25 - сверхзвуковой высотный истребитель-перехватчик 3-го поколения с максимальной скоростью 3000 км/ч (число Маха 2,83). Самолет был настолько крутым, что на него позарились даже японцы. Поэтому 6-го сентября в 1976-м советскому летчику Виктору Беленко пришлось угнать МиГ-25. После этого в течение многих лет во многих частях Союза самолеты начали заправлять не до конца. Цель - чтобы они не долетали до ближайшего иностранного аэропорта.
Источник: Алексей Бельтюков
МиГ-31
Советские ученые не прекращали трудиться на воздушное благо отечества. Поэтому в 1968-м началась проектировка МиГ-31. А 16-го сентября в 1975-м он впервые побывал в небе. Этот двухместный сверхзвуковой всепогодный истребитель-перехватчик дальнего радиуса действия разогнался до скорости 2500 км/ч (число Маха 2,35) и стал первым советским боевым самолётом четвёртого поколения.
МиГ-31 предназначен для перехвата и уничтожения воздушных целей на предельно малых, малых, средних и больших высотах, днём и ночью, в простых и сложных метеоусловиях, при активных и пассивных радиолокационных помехах, а также ложных тепловых целях. Четыре МиГ-31 могут контролировать воздушное пространство протяжённостью до 900 километров. Это не самолет, а гордость Союза, которая до сих пор состоит на вооружении России и Казахстана.
Источник: Виталий Кузьмин
Lockheed/Boeing F-22 Raptor
Самый дорогой сверхзвуковой самолет построили американцы. Они смоделировали многоцелевой истребитель пятого поколения, который стал самым дорогим среди коллег по цеху. Lockheed/Boeing F-22 Raptor на сегодняшний день является единственным состоящим на вооружении истребителем пятого поколения и первым серийным истребителем со сверхзвуковой крейсерской скоростью 1890 км/ч (1,78 Маха). Максимальная скорость 2570 км/ч (2,42 Маха). Его в воздухе до сих пор никто так и не превзошел.
Источник: af.mil
Су-100/Т-4
Су-100/Т-4 («сотка») разрабатывался в качестве истребителя авианосцев. Но инженерам ОКБ Сухого удалось не просто достигнуть поставленной цели, а смоделировать крутой ударно-разведывательный бомбардировщик-ракетоносец, который потом хотели применить даже в качестве пассажирского самолета и разгонщика для авиационно-космической системы Спираль. Максимальная скорость Т-4 - 3200 км/ч (3 Маха).
31 декабря 1968 года совершил испытательный полет первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144. Тремя годами позже, летом 1971 года, он произвел невероятное впечатление на организаторов и гостей Международной авиационной выставки в Париже. Для демонстрации возможностей «советской птицы» разработчики отправили самолет из Москвы в 9 часов утра и в это же время - в 9 часов утра - он приземлился в столице Болгарии.
Проектирование сверхзвукового самолёта Ту - 144.
Ту-144 - советский сверхзвуковой самолёт, разработанный КБ Туполева в 1960-е годы. Наряду с Конкордом он является одним из двух сверхзвуковых авиалайнеров, которые когда-либо использовались авиакомпаниями для коммерческих перевозок.
В 60-х годах в авиационных кругах США, Великобритании, Франции и СССР активно обсуждались проекты создания пассажирского сверхзвукового самолета с максимальной скоростью 2500-3000 км/ч, дальностью полета не менее 6-8 тысяч км. В ноябре 1962 года Франция и Великобритания подписали соглашение о совместной разработке и постройке «Конкорд» («Согласие»).
Создатели сверхзвукового самолёта.
В Советском Союзе созданием сверхзвукового самолета занималось конструкторское бюро академика Андрея Туполева. На предварительном заседании КБ в январе 1963 года Туполев заявил:
«Размышляя о будущем авиаперевозок людей с одного континента на другой, приходишь к однозначному выводу: сверхзвуковые воздушные лайнеры несомненно нужны, и я не сомневаюсь, что в жизнь они войдут…»
Ведущим конструктором проекта назначен сын академика - Алексей Туполев. С его ОКБ тесно сотрудничали более тысячи специалистов из других организаций. Созданию предшествовали обширные теоретические и экспериментальные работы, включавшие многочисленные испытания в аэродинамических трубах и натурных условиях при полетах аналога.
«Конкорд» и Ту-144.
Разработчикам пришлось поломать голову, чтобы найти оптимальную схему машины. Принципиально важна скорость проектируемого лайнера - 2500 или 3000 км/ч. Американцы, узнав, что «Конкорд» рассчитывается на 2500 км/ч, заявили, что всего на полгода позже выпустят свой пассажирский «Боинг-2707», выполненный из стали и титана. Только эти материалы без разрушительных последствий выдерживали нагрев конструкции при соприкосновении с воздушным потоком на скоростях 3000 км/ч и выше. Однако цельные стальные и титановые конструкции должны еще пройти серьезную технологическую и эксплуатационную проверку. На это уйдет много времени, и Туполев принимает решение строить сверхзвуковой самолет из дюралюминия, в расчете на скорость 2500 км/ч. Американский проект «Боинга» впоследствии был вообще закрыт.
В июне 1965 года модель показали на ежегодном авиасалоне в Париже. «Конкорд» и Ту-144 оказались поразительно похожими друг на друга. Советские конструкторы говорили - ничего удивительного: общая форма определяется законами аэродинамики и требованиями, предъявляемыми к определенному типу машин.
Форма крыла сверхзвукового самолета.
Но какой должна быть форма крыла? Остановились на тонком треугольном крыле с очертанием переднего края в виде буквы «8». Бесхвостая схема - неизбежная при такой конструкции несущей плоскости - делала сверхзвуковой лайнер устойчивым и хорошо управляемым на всех режимах полета. Четыре двигателя находились под фюзеляжем, поближе к оси. Топливо размещено в кессонных крыльевых баках. Балансировочные баки, расположенные в задней части фюзеляжа и наплывах крыла, предназначены, чтобы изменять положение центра тяжести во время перехода от дозвуковой скорости полета к сверхзвуковой. Нос сделали острым и гладким. Но как в таком случае обеспечить пилотам передний обзор? Выход нашли - «кланяющийся нос». Фюзеляж круглого сечения имел носовой обтекатель кабины экипажа, отклоняющийся вниз под углом 12 градусов в условиях взлета и на 17 градусов при посадке.
Сверхзвуковой самолёт поднимается в небо.
Впервые сверхзвуковой самолет поднимается в небо в последний день 1968 года. Машиной управлял летчик-испытатель Э.Елян. Как самолет пассажирского назначения он первый в мире преодолел скорость звука в начале июня 1969 года, находясь на высоте 11 километров. Вторую скорость звука (2М) сверхзвуковой самолет взял в середине 1970 года, находясь на высоте 16.3 километра. Сверхзвуковой самолет вобрал в себя множество нововведений конструкторского и технического плана. Здесь хочется отметить такое решение как переднее горизонтальное оперение. При использовании ПГО улучшалась маневренность полета и гасилась скорость при заходе на посадку. Отечественный сверхзвуковой самолет мог эксплуатироваться с двух десятков аэропортов, тогда как франко-английский «Конкорд», имея большую скорость при посадке, мог сесть только в сертифицированном аэропорту. Конструкторы КБ Туполева провели колоссальную работу. Взять, к примеру, натурные испытания крыла. Они проходили на летающей лаборатории - МиГ-21И, переделанного специально под испытания конструкции и оборудования крыла будущего сверхзвукового самолета.
Развитие и модификация.
Работы по развитию базовой конструкции "044" шли в двух направлениях: создание нового экономичного бесфорсажного ТРД типа РД-36-51 и значительное улучшение аэродинамики и конструкции сверхзвукового самолета. Результатом этого должно было стать выполнение требований по дальности сверхзвукового полета. Решение комиссии Совета Министров СССР по варианту сверхзвукового самолета с РД-36-51 было принято в 1969 году. Одновременно по предложению МАП - МГА принимается решение, до момента создания РД-36-51 и установки их на сверхзвуковой самолет, о строительстве шести сверхзвуковых самолетов с НК-144А с уменьшенными удельными расходами топлива. Конструкцию серийных сверхзвуковых самолетов с НК-144А предполагалось значительно модернизировать, провести значительные изменения в аэродинамике, получив на крейсерском сверхзвуковом режиме Кмакс более 8. Эта модернизация должна была обеспечить выполнение требований первого этапа по дальности (4000-4500 км), в дальнейшем предполагался переход в серии на РД-36-51.
Строительство модернизированного сверхзвукового самолета.
Строительство предсерийного модернизированного Ту-144 ("004) началось на ММЗ "Опыт" в 1968 году. По расчетным данным с двигателями НК-144 (Ср=2,01) предполагаемая сверхзвуковая дальность должна была составлять 3275 км, а с НК-144А (Ср=1,91) превысить 3500 км. С целью улучшения аэродинамических характеристик на крейсерском режиме М=2,2 изменили форму крыла в плане (стреловидность наплывной части по передней кромке уменьшили до 76°, а базовой увеличили до 57°) , форма крыла стала ближе к "готической". По сравнению с "044", увеличилась площадь крыла, ввели более интенсивную коническую крутку концевых частей крыла. Однако самым важным нововведением по аэродинамике крыла стало изменение срединной части крыла, обеспечившее самобалансировку на крейсерском режиме с минимальными потерями качества, с учетом оптимизации по полетным деформациям крыла на этом режиме. Была увеличена длина фюзеляжа с учетом размещения 150 пассажиров, улучшена форма носовой части, что также положительно повлияло на аэродинамику.
В отличие от "044" каждую пару двигателей в парных мотогондолах с воздухозаборниками раздвинули, освободив от них нижнюю часть фюзеляжа, разгрузив его от повышенных температурных и вибрационных нагрузок, при этом изменили нижнюю поверхность крыла в месте расчетной области поджатия потока, увеличили щель между нижней поверхностью крыла и верхней поверхностью воздухозаборника - все это позволило интенсивней использовать эффект поджатия потока на входе в воздухозаборники на Кмакс, чем это удалось получить на "044". Новая компоновка мотогондол потребовала изменений по шасси: основные стойки шасси разместили под мотогондолами, с уборкой их внутрь между воздушными каналами двигателей, перешли к восьмиколесной тележке, изменилась также схема уборки носовой стойки шасси. Важным отличием "004" от "044" стало внедрение переднего многосекционного убирающегося в полете крылышка-дестабилизатора, выдвигавшегося из фюзеляжа на взлетно-посадочных режимах, и позволявшего обеспечивать требуемую балансировку при отклоненных элевонах-закрылках. Доработки конструкции, увеличение коммерческой нагрузки и запаса топлива привели к возрастанию взлетной массы, которая превысила 190 тонн (для "044" - 150 тонн).
Предсерийный Ту-144.
Строительство предсерийного сверхзвукового самолета № 01-1 (бортовой № 77101) завершилось в начале 1971 года, 1 июня 1971 года совершил первый полет. По программе заводских испытаний машина выполнила 231 полет, продолжительностью 338 часов, из них 55 часов летал на сверхзвуке. На этой машине отрабатывались комплексные вопросы взаимодействия силовой установки на различных режимах полета. 20 сентября 1972 года машина совершила перелет по трассе Москва-Ташкент, при этом маршрут был пройден за 1 час 50 минут, крейсерская скорость во время полета достигала 2500 км/ч. Предсерийная машина стала основой для развертывания серийного производства на Воронежском авиационном заводе (ВАЗ), которому решением правительства было поручено освоение в серии сверхзвукового самолета.
Первый полет серийного Ту-144.
Первый полет серийного сверхзвукового самолета № 01-2 (бортовой № 77102) с двигателями НК-144А состоялся 20 марта 1972 года. В серии, по результатам испытаний предсерийной машины, была откорректирована аэродинамика крыла и еще раз несколько увеличена его площадь. Взлетная масса в серии достигла 195 тонн. Удельный расход топлива НК-144А к моменту эксплуатационных испытаний серийных машин намеревались довести до за счет оптимизации сопла двигателя до 1,65-1,67 кг/кгс час, а в дальнейшем до 1,57 кг/кгс час, при этом дальность полета должна была увеличиться до 3855-4250 км и 4550 км соответственно. Реально смогли достичь к 1977 году в ходе испытаний и доводок серии Ту-144 и НК-144А Ср=1,81 кг/ кгс час на крейсерском сверхзвуковом режиме тяги 5000 кгс, Ср=1,65 кг/кгс час на взлетном форсажном режиме тяги 20000 кгс, Ср=0,92 кг/кгс час на крейсерском дозвуковом режиме тяги 3000 кгс и на максимальном форсажном режиме на трансзвуковом режиме получили 11800 кгс. Обломок сверхзвукового самолета.
Первый этап испытаний.
За короткий период времени в строгом соответствии с программой было выполнено 395 полетов с общим налетом 739 часов, в том числе более 430 часов на сверхзвуковых режимах.
Второй этап испытаний.
На втором этапе эксплуатационных испытаний в соответствии с совместным приказом министров авиационной промышленности и гражданской авиации от 13 сентября 1977 года № 149-223 происходило более активное подключение средств и служб гражданской авиации. Была образована новая комиссия по проведению испытаний, которую возглавил заместитель министра гражданской авиации Б.Д. Грубий. Решением комиссии, затем подтвержденным совместным приказом от 30 сентября - 5 октября 1977 года, были назначены экипажи для проведения эксплуатационных испытаний:
Первый экипаж: летчики Б.Ф. Кузнецов (Московское транспортное управление ГА), С.Т. Агапов (ЖЛИиДБ), штурман С.П. Храмов (МТУ ГА), бортинженеры Ю.Н. Аваев (МТУ ГА), Ю.Т. Селиверстов (ЖЛИиДБ), ведущий инженер С.П. Авакимов (ЖЛИиДБ).
Второй экипаж: летчики В.П. Воронин (МГУ ГА), И.К. Ведерников (ЖЛИиДБ), штурман А.А. Сенюк (МТУ ГА), бортинженеры Е.А. Требунцов (МТУ ГА) и В.В. Соломатин (ЖЛИиДБ), ведущий инженер В.В. Исаев (ГосНИИГА).
Третий экипаж: летчики М.С. Кузнецов (ГосНИИГА), Г.В. Воронченко (ЖЛИиДБ), штурман В.В. Вязигин (ГосНИИГА), бортинженеры М.П. Исаев (МТУ ГА), В.В. Соломатин (ЖЛИиДБ), ведущий инженер В.Н. Поклад (ЖЛИиДБ).
Четвертый экипаж: летчики Н.И. Юрсков (ГосНИИГА), В.А. Севанькаев (ЖЛИиДБ), штурман Ю.А. Васильев (ГосНИИГА), бортинженер В.Л. Венедиктов (ГосНИИГА), ведущий инженер И.С. Майборода (ГосНИИГА).
До начала испытаний была проведена большая работа по рассмотрению всех полученных материалов с целью использования их «для зачета» выполнения конкретных требований. Однако, несмотря на это, отдельные специалисты гражданской авиации настаивали на выполнении «Программы эксплуатационных испытаний сверхзвукового самолета», разработанной в ГосНИИГА еще в 1975 году под руководством ведущего инженера А.М.Тетерюкова. Эта программа требовала по сути, повторения уже ранее выполненных полетов в объеме 750 полетов (1200 летных часов) на трассах МГА.
Общий объем эксплуатационных полетов и испытаний по обоим этапам составят 445 полетов с налетом 835 часов, из них 475 часов на сверхзвуковых режимах. Выполнено 128 парных рейсов на маршруте Москва-Алма-Ата.
Заключительный этап.
Заключительный этап испытаний не был напряженным с технической точки зрения. Ритмичная работа по расписанию обеспечивалась без серьезных сбоев и крупных дефектов. Инженерный и технический составы «развлекались», проводя оценки бытового оборудования, готовясь к пассажирским перевозкам. Подключенные к испытаниям стюардессы и соответствующие специалисты ГосНИИГА стали проводить наземные тренировки для отработки технологии обслуживания пассажиров в полете. Были проведены т.н. «розыгрыши» и два технических рейса с пассажирами. «Розыгрыш» был проведен 16 октября 1977 с полным моделированием цикла регистрации билетов, оформления багажа, посадки пассажиров, полета реальной продолжительности, высадки пассажиров, оформления багажа в аэропорту назначения. От «пасса- жиров» (лучших работников ОКБ, ЖЛИиДБ, ГосНИИГА и других организаций) отбою не было. Рацион питания в «полете» был на высшем уровне, поскольку утверждался по меню первого класса, все получили большое удовольствие. «Розыгрыш» позволил уточнить многие важные элементы и детали обслуживания пассажиров. 20 и 21 октября 1977 года были выполнены два технических рейса по трассе Москва-Алма-Ата с пассажирами. В качестве первых пассажиров выступали работники многих организаций, которые принимали непосредственное участие в создании и испытаниях сверхзвукового самолета. Сегодня даже трудно представить атмосферу на борту: там царило чувство радости и гордости, большая надежда на развитие на фоне первоклассного обслуживания, к которому технические люди абсолютно не приучены. В первых полетах на борту были все руководители головных институтов и организаций.
Дорога для пассажирских перевозок открыта.
Технические рейсы прошли без серьезных замечаний и показали полную готовность сверхзвукового самолета и всех наземных служб к регулярным перевозкам. 25 октября 1977 года министром гражданской авиации СССР Б.П. Бугаевым и министром авиационной промышленности СССР В.А. Казаковым был утвержден основной документ: «Акт по результатам эксплуатационных испытаний сверхзвукового самолета с двигателями НК-144» с положительным заключением и выводами.
На основании представленных таблиц соответствия Ту-144 требованиям Временных норм летной годности гражданских Ту-144 СССР, полного объема представленной доказательной документации, включающей акты по государственным и эксплуатационным испытаниям, 29 октября 1977 года председатель Госавиарегистра СССР И.К. Мулкиджанов утвердил заключение и подписал первый в СССР сертификат летной годности типа № 03-144 на сверхзвуковой самолет с двигателями НК-144А.
Дорога для пассажирских перевозок была открыта.
Дорога для пассажирских перевозок была открыта.
Сверхзвуковой самолет мог садиться и взлетать в 18 аэропортах СССР, в то время как Конкорду, чья взлётно-посадочная скорость была на 15% выше, для каждого аэропорта требовался отдельный сертификат на посадку.
Второй серийный экземпляр сверхзвукового самолета.
В июне 1973 года во Франции состоялся 30-й Международный парижский авиасалон. Огромным был интерес, вызванный советским лайнером Ту-144 - первым в мире сверхзвуковым самолетом. 2 июня тысячи посетителей авиасалона в пригороде Парижа Ле-Бурже наблюдали за выходом на взлетную полосу второго серийного экземпляра сверхзвукового самолета. Рев четырех двигателей, мощный разбег - и вот уже машина в воздухе. Острый нос лайнера выпрямился и нацелился в небо. Сверхзвуковой «Ту», ведомый капитаном Козловым, совершал над Парижем свой первый демонстрационный полет: набрав необходимую высоту, машина ушла за горизонт, потом вернулась и сделала круг над аэродромом. Полет проходил в нормальном режиме, никаких технических неполадок не отмечено.
На следующий день советский экипаж решил показать все, на что способен новый.
Катастрофа во время демонстрации.
Солнечное утро 3 июня, казалось, не предвещало беды. Поначалу все шло по плану, - зрители, задрав головы, дружно аплодировали. Сверхзвуковой самолет, показав «высший класс», пошел на снижение. В этот момент в воздухе появился французский истребитель «Мираж» (как впоследствии выяснилось, он проводил съемку аэрошоу). Столкновение казалось неизбежным. Чтобы не врезаться в аэродром и зрителей, командир экипажа принял решение подняться выше и потянул штурвал на себя. Однако высота уже была потеряна, создались большие нагрузки на конструкцию; в результате правое крыло треснуло и отвалилось. Там начался пожар, и через несколько секунд пылающий сверхзвуковой самолет устремился к земле. Страшное приземление произошло на одной из улиц парижского пригорода Гусенвилля. Гигантская машина, круша все на своем пути, рухнула на землю и взорвалась. Весь экипаж - шесть человек - и восемь французов на земле погибли. Пострадал и Гусенвилль - разрушено несколько зданий. Что привело к трагедии? По мнению большинства экспертов, причиной катастрофы стала попытка экипажа сверхзвукового самолета уйти от столкновения с «Миражом». При заходе на посадку «Ту» попал в спутную струю от французского истребителя «Мираж».
На фотографии подпись первого космонавта высадившегося на луну Нила Армстронга, летчика космонавта Георгия Тимофеевича Берегового и всех погибших членов экипажа. Сверхзвуковой самолет № 77102 разбился во время демонстрационного полета на авиасалоне в Ле Бурже. Все 6 членов экипажа (заслуженный летчик-испытатель Герой Советского Союза М.В.Козлов, летчик-испытатель В.М.Молчанов, штурман Г.Н.Баженов, заместитель главного конструктора, инженер генерал-майор В.Н.Бендеров, ведущий инженер Б.А.Первухин и бортинженер А.И.Дралин) погибли.
По мнению работников ОКБ А.Н.Туполева, причина катастрофы была в подключении неотлаженного аналогового блока системы управления, приведшего к выходу на разрушающую перегрузку.
По словам лётчиков, внештатные ситуации происходили практически в каждом полёте. 23 мая 1978 года произошло второе крушение сверхзвукового самолета. Улучшенный опытный вариант лайнера, Ту-144Д (№ 77111) после возгорания топлива в зоне мотогондолы 3-ей силовой установки из-за разрушения топливопровода, задымления в кабине и отключения экипажем двух двигателей совершил вынужденную посадку на поле у деревни Ильинский Погост, неподалеку от города Егорьевска.
После приземления через форточку кабины экипажа покинули лайнер командир экипажа В. Д. Попов, второй пилот Э. В. Елян и штурман В. В. Вязигин. Находившиеся в салоне инженеры В. М. Кулеш, В. А. Исаев, В. Н. Столповский покинули лайнер через переднюю входную дверь. Бортинженеры О. А. Николаев и В. Л. Венедиктов оказались зажатыми на рабочем месте деформировавшимися при посадке конструкциями и погибли. (Отклоненный носовой обтекатель коснулся грунта первым, сработал как нож бульдозера, набирая землю, и провернулся под живот, войдя в фюзеляж.) 1 июня 1978 года Аэрофлот навсегда прекратил сверхзвуковые пассажирские рейсы.
Совершенствование сверхзвукового самолета.
Работы над совершенствованием сверхзвукового самолета продолжались еще несколько лет. Выпущено пять серийных самолетов; еще пять находились в процессе постройки. Разработана новая модификация - Ту-144Д (дальний). Однако выбор нового двигателя (более экономичного), РД-36-51, потребовал значительной перепланировки самолета, особенно энергетической установки. Серьезные конструктивные пробелы в этой области привели к задержке выпуска нового лайнера. Лишь в ноябре 1974 года серийный Ту-144Д (бортовой номер 77105) поднялся в воздух, а спустя девять (!) лет после своего первого полета, 1 ноября 1977 года, сверхзвуковой самолет получил свидетельство летной годности. В тот же день открыты пассажирские рейсы. За свою недолгую эксплуатацию лайнеры перевезли 3194 пассажира. 31 мая 1978 года полеты прекращены: на одном из серийных Ту-144Д возник пожар, и лайнер потерпел катастрофу, разбившись при вынужденной посадке.
Катастрофы в Париже и Егорьевске привели к тому, что интерес к проекту со стороны государства уменьшился. С 1977 по 1978 год было выявлено 600 неполадок. В результате уже в 80-х годах сверхзвуковой самолет решено снять, объяснив это «плохим влиянием на здоровье людей при переходе звукового барьера». Тем не менее четыре из пяти находившихся в производстве Ту-144Д все же были достроены. В дальнейшем они базировались в Жуковском и поднимались в воздух в качестве летающих лабораторий. Всего было построено 16 сверхзвуковых самолетов (в том числе и в дальней модификации), совершивших в общей сложности 2556 вылетов. К середине 90-х годов из них сохранилось десять: четыре в музеях (Монино, Казань, Куйбышев, Ульяновск); один остался на заводе в Воронеже, где построен; еще один находился в Жуковском вместе с четырьмя Ту-144Д.
Впоследствии Ту-144Д использовался только для грузовых перевозок между Москвой и Хабаровском. В общей сложности, сверхзвуковой самолет совершил 102 рейса под флагом Аэрофлота, из них 55 - пассажирских (было перевезено 3 194 пассажира).
Позже сверхзвуковые самолеты совершали только испытательные полеты и несколько полетов с целью установления мировых рекордов.
На Ту-144ЛЛ были установлены двигатели НК-32 в связи с отсутствием пригодных к эксплуатации НК-144 или РД-36-51, аналогичные используемым на Ту-160, разнообразные датчики и испытательная контрольно-записывающая аппаратура.
Всего было построено 16 лайнеров Ту-144, которые совершили в общей сложности 2 556 вылетов и налетали 4 110 часов (среди них больше всего, 432 часа, налетал борт 77144). Постройка ещё четырёх лайнеров так и не была закончена.
avia-su.ru
Двухмоторный истребитель производства КБ Сухого был принят на вооружение ВВС СССР в 1985 году, хотя совершил первый полет еще в мае 1977 года.
Этот самолет может достигать максимальной сверхзвуковой скорости 2,35 Маха (2500 км/ч), что в два с лишним раза быстрее скорости звука.
Су-27 заработал репутацию одной из самых боеспособных единиц своего времени, а некоторые модели до сих пор используются в армиях России, Беларуси и Украины.
www.f-16.net
Тактический ударный самолет разработан в 1960-х годах General Dynamics. Рассчитанный на двух членов экипажа, первый самолет поступил на вооружение ВВС США в 1967 году, и был использован для стратегических бомбардировок, разведки и радиоэлектронной борьбы. F-111 был в состоянии развить скорость 2,5 Маха (2655 км/ч), или в 2,5 раза больше скорости звука.
letsgoflying.wordpress.com
Двухмоторный тактический истребитель разработан компанией МакДоннелл Дуглас в 1967 году. Всепогодный самолет предназначен для захвата и поддержания превосходства в воздухе над вражескими силами во время воздушного боя. F-15 Eagle совершил первый полет в июле 1972 года и официально поступил на вооружение в ВВС США в 1976 году.
F-15 способен летать на скоростях, превышающих 2,5 Маха (2655 км/ч), и считается одним из самых успешных самолетов из когда-либо созданных. F-15 Eagle, как ожидается, будет на службе ВВС США до 2025. Сейчас истребитель экспортируется в ряд зарубежных стран, включая Японию, Израиль и Саудовскую Аравию.
airforce.ru
Большой, двухмоторный сверхзвуковой самолет производства КБ Микояна предназначен для перехвата иностранных самолетов на высоких скоростях. Самолет совершил первый полет в сентябре 1975 года, и был принят на вооружение ВВС в 1982 году.
МиГ-31 достигает скорости 2,83 Маха (3000 км/ч) и был способен летать на сверхзвуковых скоростях даже на малых высотах. МиГ-31 по-прежнему на службе в ВВС России и Казахстана.
XB-70 newspaceandaircraft.com
Самолет с шестью двигателями XB-70 Valkyrie был разработан компанией North American Aviation в конце 1950-х. Самолет был построен как прототип для стратегического бомбардировщика с ядерными бомбами.
XB-70 Valkyrie достиг своей расчетной скорости 14 октября 1965 года, когда он достиг 3,02 Маха (3219 км/ч), на высоте 21300 м над базе ВВС Эдвардс в Калифорнии.
Два XB-70 были построены и использовались в испытательных полетах с 1964 по 1969 год. Один из прототипов потерпел крушение в 1966 году после столкновения в воздухе, а другой XB-70 выставлен на обозрение в Национальном музее ВВС США в Дейтоне, штат Огайо.
Bell X-2 Starbuster
X-2 wikipedia.org
Самолет с ракетным двигателем — совместная разработка Bell Aircraft Corporation, ВВС США и Национального консультативного комитета по аэронавтике (предшественник NASA) в 1945 году. Самолет был построен для исследования аэродинамических свойств при сверхзвуковом полете в диапазоне 2 и 3 Маха.
X-2 по прозвищу Starbuster совершил первый полет в ноябре 1955 года. В следующем году, в сентябре 1956-го, капитан Милберн за штурвалом смог развить скорость 3,2 Маха (3370 км/ч) на высоте 19800 м.
Вскоре после достижения этой максимальной скорости самолет стал неуправляем и упал. Это трагическое происшествие поставило крест на программе X-2.
airforce.ru
Самолет производства Микояна-Гуревича был предназначен для перехвата вражеских самолетов на сверхзвуковых скоростях и сбора разведывательных данных. МиГ-25 является одним из самых быстрых военных самолетов, введенных в эксплуатацию. МиГ-25 совершил первый полет в 1964 году и впервые был использован советскими ВВС в 1970 году.
МиГ-25 имеет невероятную максимальную скорость — 3,2 Маха (3524 км/ч). Самолет все еще находится на службе ВВС России, а также используется в ряде других стран, в том числе ВВС Алжира и сирийских ВВС.
wikipedia.org
Прототип самолета, разработанный корпорацией Lockheed в конце 50-х — начале 60-х. Самолет был построен для перехвата вражеских самолетов на скорости 3 Маха.
Тестирование YF-12 проходило на Area 51, сверхсекретном полигоне ВВС США, которому уфологи приписывали связь с инопланетянами. YF-12 совершил первый полет в 1963 году и развил максимальную скоростью 3,2 Маха (3330 км/ч) на высоте 24400 м. ВВС США в конце концов отменили программу, но YF-12 еще сделал ряд научно-исследовательских рейсов для ВВС и NASA. Окончательно самолет прекратил полеты в 1978 году.
Разработка сверхзвукового пассажирского самолёта второго поколения, сокращённо СПС-2, входит в завершающую фазу. К 2025 году ожидается первый полёт Ту-244. Новый русский коммерческий лайнер будет конструктивно отличаться от советского Ту-144 по характеристикам, дальностью полёта, комфортабельностью, вместительностью, размерами, мощью двигателей, авионикой. Сверхзвуковая его скорость 2 Маха, останется такой же, как и у предшественника Ту-144ЛЛ «Москва», это по-прежнему лучший в мире показатель в тяжёлом гражданском самолётостроении. На высоте его полёта 20 км маршруты свободны.
Ограничением для авиаконструкторов и разработчиков может стать длина взлётно-посадочной полосы 1-го класса, требуется не менее 3км. Такие бетонные полосы есть не во всех аэропортах мира и страны. Никаких иллюзий не может быть на тот счёт, что лучший самолёт не будет востребован странами Запада, которым интереснее продавать свои европейские Airbus и американские Boeing, летающие со скоростью 700 – 900 км/ч, в 2,5-3 раза медленнее. Рассчитывать придётся только на потребности России и БРИКС, а так же на богатых заказчиков, способных позволить себе такие самолеты.
Задачи проекта
У первой модели Ту-244 ожидается увидеть проверенные двигатели НК-32, такие же, как у стратегического бомбардировщика Ту-160М2 в модернизации 16.11.2017. Самая первая разработка СПС-2 начата слишком рано, в 1973 году, благодаря наработкам советских военных конструкторов 1950-х, опередивших время на 50 лет. Тогда ещё не было настолько качественных композитных материалов, чтобы применять их в большом количестве, и силовые установки обладали недостаточной тягой. В 1960-х стояли двигатели с 20-ти тонной тягой, в 1970-х с 25-тонной, а теперь уже применяются 32-тонные.
Перед авиаконструкторами поставлены 2 основные задачи:
Дальность полёта – 9 200 км.
Снижение расхода топлива для данного класса техники.
Первую и вторую задачи можно решить по примеру Ту-160 и Ту-22М3, применить изменяемую стреловидность крыла, сделав самолёт многорежимным. Можно проанализировать закрытые проекты Т-4 и Т-4МС Чернякова, изучить разработки Мясищева по модификациям М-50, гениальных и фантастичных тогда, более пригодных сегодня. В КБ Туполева всё для этого есть, здесь собраны материалы всех ведущих КБ СССР, занимавшихся тяжёлой стратегической авиацией, на базе которых и созданы лучшие в мире военные «дальники» Ту-22М3М и Ту-160М2.
Преимущества реактивных самолётов
Преимущество реактивного самолёта – скорость. Это гарантирует комфортабельность полёту и сокращает расстояние во времени. Провести в кресле втрое меньше часов – это хорошее самочувствие пассажиров, например, рейса Владивосток – Калининград. Экономится бизнес-время. Пользуясь услугами авиалайнера Ту-244 можно провести в отпуске на 1 день больше, и, по прилёту без утомления сразу выйти на работу. Немаловажно получать и моральное удовлетворение наших граждан от престижности Ту-244, испытать гордость за Россию. Выпуск гражданских реактивных самолётов от ВПК РФ – значимей самоокупаемости оборонных предприятий страны, это коммерческая направленность, рабочие места, гарантия стабильности и накопление прибыли в жёстких условиях рынка.
Недостатки сверхскоростных пассажирских лайнеров
В КБ Туполева в 1960-х заметили, что создание гражданского сверхзвукового пассажирского лайнера по военным принципам не получится из-за требований к комфорту и безопасности. Начали изучать в этом плане опыт США, Франции и Англии, что считалось лучшим, то, по замыслу главного конструктора Алексея Андреевича Туполева, шло в работу. К недостаткам первых Ту-144 и «Конкорда» стоит отнести большой расход топлива, громкость работы двигателя, звуковые удары, количество вредных выбросов в атмосферу.
Главный недостаток Ту-244 – коммерческие, военные и политические институты Запада, ведь их «Конкорды» отлетали в 2003-м, а новых в планах нет, потому что наши пути самолётостроения расходятся. Объяснение этому: во первых стратегическая сверхзвуковая авиация не нужна НАТО, т.к. в основе их мощи стоит авианесущий океанский флот, а ядерные авиабомбы и ракеты достаточно доставлять самолётами с радиусом действия в 1,5 км (истребителями) с военных баз, раскиданных по миру, именно поэтому военные проекты подобного класса на западе не очень востребованы. Так же достаточно высокая себестоимость полета резко сужает потенциальный сегмент рынка для этих самолетов, поэтому о массовости не может быть речи. Однако одновременный заказ для военных и пассажирских перевозок, это именно то, что может дать серьезный толчок сверхзвуковой пассажирской авиации.
Каким будет Ту-244 по лётно-техническим характеристикам
Проектирование затянулось, Ту-144 в комплектации 1968-го достиг своих первых конструкторских характеристик к середине 1970-х. Работы по его усовершенствованию с 1992-го – начало проекта Ту-244, с тех пор прошло уже 25 лет, чтобы закончить начатое понадобится ещё 10. Наглядно видно, что привлечение США, Англии и Франции к развитию программы Ту-244 с распадом ССССР ни к чему хорошему не привели, как и во всех подобных случаях по бывшему СССР. Только сбор научных данных от Ту-144ЛЛ для военно-космической программы НАСА и торможение наших предприятий в развитии.
На сегодня много вариантов проектов Ту-244. Точно никто не скажет, каким будет сам самолёт. По неофициальным источникам распространяется неоднозначная информация. Описанные ниже характеристики – условные, составлены на базе нынешних возможностей. Характеристики: длина 88,7 м; размах крыльев 54,77 м, площадь 1 200 кв.м., а удлинение 2,5 м; стреловидность крыла по кромке – у центроплана 75 град., – у консоли 35 градусов; ширина фюзеляжа 3,9 м, высота 4,1 м, багажное отделение на 32 кв.м.; взлётная масса 350 т, включая топливо 178 т; двигатели НК-32 – 4 единицы; крейсерская скорость 2,05 М; дальность 10 тыс. км.; макс. высота 20 км.
Конструкция Ту-244
Представим трапециевидное крыло и сложную деформацию его средней трапеции. Управление элеронами в балансировке, по крену и тангажу. У передней кромки носки отклоняются механически. В конструкции крыла происходит деление на части, переднюю, среднюю и консоли. Средняя и консольная части с многолонжеронной и многонервюрной силовыми схемами, в передней же нервюр нет. В вертикальном оперении то же самое, что и в конструкции крыла и направляющий двухсекционный руль.
Фюзеляж с гермокабиной, носовым и хвостовым отсеками – размерность будет выбираться под заказ из расчёта количества пассажирских кресел. На 250 и 320 пассажиров подойдёт диаметр фюзеляжа от 3,9 до 4,1 м. салон поделится на классы, 1-й, 2-й и 3-й. По комфортабельности Ту-244 будет на уровне последней модификации Ту-204-го. Самолёт оборудуют грузовым отсеком. Пилотов четверо, их кресла с катапультами (по-русски), выстреливаются вверх. На борту заново всё автоматизировано и подчинено центральному программному управлению.
Ту-244 может лишиться отклоняемого носа, аналогичного в Ту-144ЛЛ, из-за развития новейшего оптико-электронного оборудования и возможностей отклонения векторов управляемой тяги в современных силовых отечественных установках. В местах максимальной нагрузки может использоваться титановый сплав ВТ-64, в области колеса. Носовая стойка может останется прежней, точно появятся 3 новые основные опоры для бетонной полосы, рассчитанные на высокие нагрузки. Навигационно-пилотажное оборудование будет соответствовать метеорологическому минимуму по международной классификации IIIA ICAO.
Скорость звуковой волны величина не постоянная даже при условии, что рассматриваемая среда распространения звука является воздухом. Скорость звука при фиксированной температуре воздуха и атмосферного давления изменяется с ростом высоты над уровнем моря.
По мере увеличения высоты над уровнем моря скорость звука уменьшается. Условной точкой отсчета величины является нулевой уровень моря. Итак, скорость с которой звуковая волна стелится по водной глади равняется 340.29 м/с при условии температуры окружающего воздуха в 15 0 С и атмосферного давления 760 мм. рт.ст. Итак, самолеты летающие со скоростью выше, чем скорость звука, называют сверхзвуковыми.
Первые достижение сверхзвуковой скорости
Сверхзвуковыми самолетами называют летательные аппараты исходя из их физической способности передвигаться со скоростью выше чем звуковые волны. В привычных для нас километрах в час этот показатель грубо равен 1200 км/ч.
Еще самолеты времен Второй мировой войны с поршневыми ДВС и создающими воздушный поток пропеллерами при пикировании уже достигали отметки скорости в 1000 км/ч. Правда по рассказам пилотов, в эти моменты самолет начинало жутко трясти вследствие сильной вибрации. Ощущение было такое, что крылья могут попросту оторваться от фюзеляжной части самолета.
Впоследствии при создании сверхзвуковых самолетов инженеры-проектировщики учитывали влияние воздушных потоков на конструкцию самолетов при достижении скорости звука.
Преодоление сверхзвукового барьера самолетом
Когда самолет передвигается среди воздушных масс он буквально рассекает воздух во все стороны, создавая шумовой эффект и расходящиеся во все направления волны воздушного давления. При достижении летательного аппарата скорости звука возникает момент, когда звуковая волна не способна обогнать самолет. Из-за этого перед фронтальной частью самолета возникает ударная волна в виде плотного барьера из воздуха.
Возникший впереди самолета слой воздуха в момент достижения летательным аппаратом скорости звука создает резкий рост сопротивления, что и служит источником изменения характеристик устойчивости самолета.
Когда самолет летит, звуковые волны распространяются от него во все стороны со скоростью звука. Когда самолет достигает скорости М=1, то есть скорости звук, звуковые волны скапливаются перед ним и образуют слой уплотненного воздуха. При скоростях выше скорости звука эти волны образуют ударную волну, которая достигает земли. Ударная волна воспринимается как звуковой удар, акустически воспринимаемый человеческим ухом внизу на земной поверхности как глухой взрыв.
Этот эффект можно постоянно наблюдать при проведении учений сверхзвуковых самолетов гражданским населением в районе полетов.
Еще одним интересным физическим явлением при полете сверхзвуковых самолетов — это визуальное опережение летательных аппаратов их собственного звука. Звук наблюдается с некоторым опозданием за хвостом самолета.
Число Маха в авиации
Теорию с подтверждающим экспериментальным процессом образования ударных волн был продемонстрировал еще задолго до первого полета сверхзвукового самолета австрийский физик Эрнст Мах (1838 — 1916). Величину, выражающую отношение скорости летательного аппарата к скорости звуковой волны называют сегодня в честь ученого - Махом.
Как мы уже оговорились в водной части, на скорость звука в воздушной среде влияют такие метеорологические условия как давление, влажность и температура воздуха. Температура в зависимости от высоты полета самолета меняется от +50 на поверхностях Земли до -50 в слоях стратосферы. Поэтому на разных высотах для достижения сверхзвуковых скоростей обязательно учитываются местные метеоусловия.
Для сравнения над нулевой отметкой уровня моря скорость звука составляет 1240 км/ч, тогда как на высоте более 13 тыс. км. эта скорость снижается до 1060 км/ч.
Если принять соотношение скорости летательного аппарата к скорости звукова за М, то при значении М>1, это будет всегда сверхсвуковая скорость.
Самолеты с дозвуковой скоростью имеют значение М = 0.8. Вилка значений Маха от 0,8 до 1,2 задают околозвуковую скорость. А вот гиперзвуковые летательные аппараты имеют число Маха более 5. Из известных военных российских сверхзвуковых самолетов можно выделить СУ-27 — истребитель перехватчик, Ту-22М — бомбардировщик ракетоносец. Из американских известен SR-71 — самолет разведчик. Первым сверхзвуковым самолетом в рамках серийного производства стал американский истребитель F-100 в 1953 году.
Модель космического челнока во время испытаний в сверхзвуковой аэродинамической трубе. Специальная методика теневой фотографии позволила запечатлеть, где возникают ударные волны.
Первый сверхзвуковой самолет
За 30 лет с 1940 по 1970 скорость самолетов выросла в несколько раз. Первый перелет с околозвуковой скоростью был совершен 14 октября 1947 года на американском самолете Bell XS-1 в штате Калифорния над авиабазой.
Пилотировал реактивный самолет Bell XS-1 капитан американских ВВС Чак Йиге. Ему удалось разогнать аппарат до скорости 1066 км/ч. В ходе данного испытания был получен существенный срез данных для дальнейшего толчка в развитии сверхзвуковых самолетов.
Конструкция крыльев сверхзвуковых самолетов
Подъемная сила и лобовое сопротивление со скоростью увеличиваются, поэтому крылья становятся меньше, тоньше и приобретали стреловидную форму, улучшая обтекаемость.
У самолетов, приспособленных к сверхзвуковым полетам крылья в отличии от обычных дозвуковых самолетов вытягивались под острым углом назад, напоминая наконечник стрелы. Внешне крылья образовывали треугольник в единой плоскости с его остроугольной вершиной в передней части самолета. Треугольная геометрия крыла позволяла управлять самолетом предсказуемо в момент перехода звукового барьера и как следствие избежать вибраций.
Существуют модели, в которых применялись крылья с изменяемой геометрией. В момент взлета и посадки угол крыла относительно самолета равнялся 90 градусам, то есть перпендикулярен. Это необходимо для создания максимальной подъемной силы в момент взлета и посадки, то есть в тот момент когда скорость снижается и подъемная сила при остром угле при неизменной геометрии достигает своего критического минимума. С ростом скорости геометрия крыла изменяется до максимально острого угла у основания треугольника.
Самолеты-рекордсмены
В ходе гонки за рекордными скоростями в небе самолетом Bell-X15, на борту которого был установлен ракетный двигатель, была достигнута рекордная скорость 6,72 или 7200 км/ч в 1967 году. Этот рекорд не могли побить спустя долгое время.
И только в 2004 году беспилотный гиперзвуковой летательный аппарат NASA X-43, который разрабатывался для полета с гиперзвуковой скоростью, удалось в рамках его третьего полета разогнать до рекордных 11 850 км/ч.
Первые два полета закончились неудачно. На сегодняшний день эта самая высокая цифра скорости самолета.
Испытания сверхзвукового автомобиля
На этом реактивном сверхзвуковом автомобиле Thrust SSC установлены 2 авиационных двигателя. В 1997 году он стал первым наземным транспортным средством, преодолевшим звуковой барьер. Как и при сверхзвуковом полете, перед автомобилем возникает ударная волна.
Приближение автомобиля беззвучно, потому, что весь создаваемый шум сосредоточен в идущей за ним ударной волне.
Сверхзвуковые самолеты в гражданской авиации
Что касается гражданских сверхзвуковых самолетов, то всего известны 2 серийных самолета, выполняющих регулярные рейсы: советский ТУ-144 и французский Concorde. ТУ-144 осуществил свой дебютный вылет в 1968 году. Данные аппараты были предназначены для дальних трансатлантических перелетов. Время перелета были значительно сокращены в сравнении с дозвуковыми аппаратами за счет увеличения высоты перелета до 18 км, где самолет использовал незагруженный воздушный коридор и миновал облачную загрузку.
Первый гражданский сверхзвуковой самолет СССР ТУ-144 завершил свои полеты в 1978 году по причине их нерентабельности. Окончательную точку в решении об отказе эксплуатировать в регулярных рейсах было принято из-за катастрофы опытного экземпляра ТУ-144Д во время его испытания. Хотя стоит отметить, что за рамками гражданской авиации самолет ТУ-144 продолжали эксплуатировать для срочной почтовой и грузовой доставки с Москвы в Хабаровск вплоть до 1991 года.
Тем временем несмотря на дорогие билеты, французский сверхзвуковой самолет «Конкорд» продолжал оказывать услуги аваиарейсов для своих европейских клиентов до 2003 года. Но в конце концов, несмотря на более богатый социальный слой европейских жителей, вопрос нерентабельности был все равно неминуем.