Сверхзвуковой самолёт

После появления в 1940-х годах реактивных самолётов-истребителей перед авиаконструкторами встала задача дальнейшего увеличения их скорости. Более высокая скорость расширяла боевые возможности как истребителей, так и бомбардировщиков.

экспериментальный сверхзвуковой самолёт Bell X-1

Чарльз (Чак) Йегер, американский лётчик-испытатель 14.10.1947 на самолёте Bell X-1 впервые достиг сверхзвуковой скорости

Исследования настоящих проектов сверхзвуковых самолётов начаты в середине Второй мировой войны. Лётные пилотируемые испытания начаты Чаком Йегером, американским лётчиком-испытателем, 14 октября 1947 года на экспериментальном самолёте Bell X-1 с ракетным двигателем XLR-11 достигшего сверхзвуковой скорости в управляемом полёте.

Развитие

В 1950—1960-е годы произошло бурное развитие сверхзвуковой авиации. Решены основные проблемы устойчивости и управляемости самолётов, их аэродинамической эффективности на сверхзвуковых скоростях. Рост скорости полёта сопровождался увеличением потолка свыше 20 км. В эти годы начато серийное производство сверхзвуковых самолётов самого разного назначения:

Первый серийный истребитель, который достигал скорость звука, советский реактивный самолёт МиГ-17 (1949)

• Первым из серийных истребителей, который достигал скорость звука, был советский реактивный истребитель МиГ-17, разработанный ОКБ Микояна и Гуревича в конце 1940-х годов. В конце 1952 года под обозначением МиГ-17Ф самолёт пошёл в серийное производство. Однако для боевых полётов он считался околозвуковым.

Первый серийный сверхзвуковой истребитель — North American F-100 Super Sabre (1953)

• Первый серийный сверхзвуковой истребитель — North American F-100 Super Sabre (первый полёт в мае 1953 года, поступил в серийное производство в том же году, на вооружении с осени 1954 года). Скорость M=1,3.

Первый серийный сверхзвуковой бомбардировщик —Convair B-58 Hustler (1956)

• Первый серийный сверхзвуковой бомбардировщик —Convair B-58 Hustler (первый полёт в ноябре 1956 года, поступил в серийное производство в том же году, на вооружении с 1960 года). Скорость M=2.

Первый серийный разведчик, рассчитанный на длительный полёт на скорости M=3 — Lockheed A-12 (1962)

• Первый серийный разведчик, рассчитанный на длительный полёт на скорости M=3 — Lockheed A-12 (первый полёт в 1962 году, на вооружении с 1963 года).
• Первые серийные пассажирские самолёты Ту-144 (полетевший первым в конце 1968 года) и Aérospatiale-BAC Concorde, первым начавший рейсы с пассажирами в 1976 году.

Уже используются боевые «стелс»-самолёты, со сниженной заметностью.

Несмотря на то что большинство боевых самолетов способны развивать сверхзвуковую скорость, многие из них не рассчитаны на крейсерский сверхзвуковой полёт и лишь некоторые могут достичь этой скорости в горизонтальном полете без включения форсажного режима работы двигателей.

Известны всего два серийно выпускавшихся пассажирских сверхзвуковых самолёта, выполнявших регулярные рейсы: советский самолёт Ту-144 (первый полёт 31 декабря 1968 года) , бывший в эксплуатации с 1975 по 1978 год, и англо-французский Конкорд (Concorde) (первый полёт 2 марта 1969 года), совершавший трансатлантические и чартерные рейсы с 1976 по 2003 год. Они значительно сокращали время дальних перелётов, использовали незагруженное воздушное пространство (≈18 км) выше обычной высоты 9—12 км, где совершали полёты вне воздушных трасс.

Наиболее существенными недостатками коммерческих сверхзвуковых самолётов оказались:

1. Звуковой удар.
2. Высокий удельный расход топлива.
3. Шумность над аэродромом.
4. Сложность использования.

Американцы приступили к проекту сверхзвуковой пассажирского самолета Boeing 2707 несколько позже, чем англофранцузские и советские специалисты. Разработка была прекращена в 1971 году.

Планы возрождения

см. также: Supersonic business jet

Несмотря на неосуществление нескольких других бывших и существующих проектов пассажирских сверхзвуковых и околозвуковых самолётов (Boeing Sonic Cruiser, Douglas 2229, Lockheed L-2000, в России — Ту-244 («апгрейд» Ту-144Д), Ту-344 (бизнес-джет на базе ракетоносца Ту-22М3), Ту-444, SSBJ (проекты 90-х), и других) и вывод из эксплуатации самолётов двух реализованных проектов, в новом столетии возникли проекты возрождения пассажирских сверхзвуковых машин.[1]

• В 2018 г. американская компания Spirit Aerosystems по договору со стартапом Aerion начала эскизное проектирование фюзеляжа для нового сверхзвукового пассажирского бизнес-джета AS2, который разрабатывается с 2014 года. [2]. На разрабатываемый самолёт в ноябре 2015 был сделан твёрдый заказ на 20 единиц суммарной стоимость 2,4 млрд долларов, с началом поставок в 2023 году[3]; техническую поддержку компании Aerion окажет авиастроительный концерн Boeing. В феврале 2019 года появилась базовая стоимость нового самолёта — 120 млн долл., что почти в два раза дороже его конкурентов — самолёта Global 7000 от "Бомбардье".[4]
• Lockheed Martin X-59 QueSST («Тихая сверхзвуковая технология») — экспериментальный, разрабатываемый с середины 2010-х.
• проекты частной американской Aerion: Aerion SBJ (1,6 Мах, 8-12 пассажиров; проект закрыт в мае 2021), Aerion AS2 (увеличенная версия Aerion SBJ, анонсирован в мае 2014), Aerion AS3 (4 Мах, 50 пассажиров; анонсирован в мае 2021).

• В России пошли разговоры о планах разработки на основе бомбардировщика Ту-160, серийное производство которого сейчас возобновляется[5][6][7], и пр.[8]

Также существуют и современные проекты военно-транспортных (десантных) самолётов быстрого реагирования.

Также разрабатывались ранее и существуют современные проекты гиперзвуковых (в том числе суборбитальных) пассажирских авиалайнеров (например, ZEHST, SpaceLiner).

Полёт на сверхзвуковой скорости, в отличие от дозвукового, протекает в условиях иной аэродинамики, поскольку при достижении воздушным судном скорости звука качественно меняется аэродинамика обтекания, из-за чего резко возрастает аэродинамическое сопротивление[9], также растёт кинетический нагрев конструкции от трения набегающего на большой скорости воздушного потока, смещается аэродинамический фокус, что ведёт к утрате устойчивости и управляемости самолёта. Кроме того, проявилось такое неизвестное до создания первых сверхзвуковых самолётов явление, как «волновое сопротивление».

Поэтому достижение скорости звука и эффективный стабильный полёт на около- и сверхзвуковых скоростях были невозможны за счёт простого увеличения мощности двигателей — потребовались новые конструктивные решения. Как следствие, изменился внешний облик самолёта: появились характерные прямые линии, острые углы, в отличие от «гладких» форм дозвуковых самолётов.

Проблему создания эффективного сверхзвукового самолёта нельзя считать разрешённой до сих пор. Создателям приходится идти на компромисс между требованием увеличения скорости и сохранением приемлемых взлётно-посадочных характеристик. Таким образом, завоевание авиацией новых рубежей по скорости и высотности связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой конструктивной компоновки самолётов, но также с изменениями их геометрии в полёте. Такие изменения, улучшая характеристики самолёта на больших скоростях, не должны ухудшать их качества на малых скоростях, и наоборот. В последнее время создатели отказываются от уменьшения площади крыла и относительной толщины их профилей, а также увеличения угла стреловидности крыла у самолётов с изменяемой геометрией, возвращаясь к крыльям малой стреловидности и большой относительной толщины, если уже достигнуты удовлетворительные величины максимальной скорости и практического потолка. В таком случае считается важным, чтобы сверхзвуковой самолёт имел хорошие лётные данные на малых скоростях и малое сопротивление при больших скоростях, особенно на малых высотах.

• Гиперзвуковой летательный аппарат

• Gunston, Bill. Faster than Sound: The Story of Supersonic Flight (англ.). — Somerset, UK: Haynes Publishing, 2008. — ISBN 978-1-84425-564-1.