Сверхзвуковая скорость – это скорость, при которой объект движется быстрее звука. Скорость при полете сверхзвукового самолета измеряется в Махах – скорость самолета в определенной точке пространства относительно скорости звука в этой же точке. Сейчас подобными скоростями передвижения удивить довольно сложно, а еще каких-то 80 лет назад об этом только мечтали.
С чего все началось
В сороковых годах ХХ века во время Второй Мировой Войны над решением этого вопроса активно работали немецкие конструкторы, надеясь с помощью подобных летательных аппаратов переломить ход войны. Как мы знаем, у них этого не получилось, война закончилась. Однако в 1945 г., ближе к ее завершению, немецкий пилот Л. Гофман, испытывая первый в мире реактивный истребитель Me-262, на высоте 7200 м смог развить скорость около 980 км/ч.
Первым, кто воплотил мечту всех летчиков о преодолении сверхзвукового барьера, стал американский пилот-испытатель Чак Йегер. В 1947 году этот пилот первым в истории сумел преодолеть скорость звука на пилотируемом аппарате. Он управлял прототипным летательным аппаратом Bell X-1 с ракетным двигателем. Кстати, захваченные во время войны немецкие ученые и их разработки, довольно сильно способствовали появлению этого аппарата, как и, собственно, всему дальнейшему развитию летных технологий.
В Советском Союзе достигли скорости звука 26 декабря 1948 г. Это был экспериментальный самолет ЛА-176, на высоте полета 9060 м, который пилотировали И.Е. Федоров и О.В. Соколовский. Примерно через месяц на данном самолете, но уже с более совершенным двигателем, была не только достигнута, но и превышена скорость звука на 7000 м. Проект ЛА-176 был весьма перспективным, но из-за трагической гибели О.В. Соколовского, управлявшего этим аппаратом, разработки были закрыты.
В дальнейшем развитие данной отрасли несколько замедлилось, так как возникло значительное количество физических сложностей, связанных с управлением летательным аппаратом на сверхзвуковых скоростях. На высоких скоростях начинает проявляться такое свойство воздуха, как сжимаемость, аэродинамическая обтекаемость становится совершенно иной. Появляется волновое сопротивление, и такое неприятное для любого летчика явление, как флаттер – самолет начинает сильно нагреваться.
Столкнувшись с этими проблемами, конструкторы начали искать кардинальное решение, способное преодолеть сложности. Таким решением оказался полный пересмотр конструкции летательных аппаратов, предназначенных для сверхзвуковых полетов. Те обтекаемые формы авиалайнеров, которые мы сейчас наблюдаем, – результат многолетних научных изысканий.
Дальнейшее развитие
На тот момент, когда только окончилась Вторая Мировая, и началась корейская и вьетнамская войны, развитие отрасли могло происходить только через военные технологии. Именно поэтому первыми серийными самолетами, способными летать быстрее скорости звука, стали Советский Миг-19 (NATO Farmer) и американский F-100 Super Sabre. Рекорд скорости был за американским самолетом – 1215 км/ч (установлен 29 октября 1953 г.), но уже в конце 1954 г. Миг-19 смогли разогнать до 1450 км/ч.
Интересный факт. Хоть СССР и Соединенные Штаты Америки не вели официальных боевых действий, но реальные многократные боестолкновения во время Корейской и Вьетнамской войн, показали неоспоримое преимущество Советской техники. К примеру, наши Миг-19 были значительно легче, обладали двигателями с лучшими динамическими характеристиками и, как следствие, с более быстрой скороподъемностью. Радиус возможного боевого применения самолета был на 200 км больше у Миг-19. Именно поэтому американцы очень хотели заполучить неповрежденный образец и даже объявили награду за выполнение такой задачи. И она была реализована.
Уже после окончания Корейской войны 1 самолет Миг-19 был угнан с авиабазы офицером ВВС Кореи Но Гым Соком. За что американцы выплатили ему положенные 100000 долларов в качестве награды, за доставку неповрежденного самолета.
Интересный факт. Первой женщиной-пилотом, достигшим скорости звука, является американка Жаклин Кохран. Она достигла скорости 1270 км/ч, пилотируя самолет F-86 Sabre.
Развитие гражданской авиации
В 60х годах прошлого века после появления опробованных во время войн технических наработок, авиация начала бурно развиваться. Нашлись решения для существующих проблем сверхзвуковых скоростей, и тогда началось создание первых сверхзвуковых пассажирских самолетов.
Первый в истории полет гражданского авиалайнера со скоростью, превышающей скорость звука, произошел 21 августа 1961 г. на самолете Douglas DC-8. На момент полета на самолете не было пассажиров, кроме пилотов, был размещен балласт для соответствия полной загрузки лайнера в данных экспериментальных условиях. Была достигнута скорость 1262 км/ч при спуске с высоты 15877 м до 12300 м.
Интересный факт. Boeing 747 SP-09 Китайских авиалиний (China Airlines) 19 февраля 1985 г., совершая перелет из тайваньского Тайпея в Лос-Анжелес, вошел в неуправляемое пике. Причиной тому послужили неисправности двигателя и последующие неквалифицированные действия персонала. Во время пикирования с высоты 12500 м до 2900 м, где экипаж и смог стабилизировать самолет, была превышена скорость звука. При этом не рассчитанный на подобные перегрузки лайнер получил серьезные повреждения хвостовой части. Однако при всем этом, серьезно пострадали всего 2 человека на борту. Самолет сел в Сан-Франциско, был отремонтирован и в дальнейшем снова осуществлял пассажирские перелеты.
Однако действительно настоящих сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС), способных осуществлять регулярные перелеты со скоростями выше скорости звука, было сконструировано и построено все два типа:
- Советский авиалайнер Ту-144;
- Англо-французский самолет Aérospatiale-BAC Concorde.
Только эти два летательных аппарата были в состоянии поддерживать крейсерскую сверхзвуковую скорость (англ. supercruise). На тот момент они превосходили даже большинство боевых самолетов, конструкция этих лайнеров была уникальна для своего времени. Существовало всего несколько типов самолетов, способных летать в режиме суперкруиза, на сегодняшний день большинство современных военных машин оснащены такими возможностями.
Авиация СССР
Советский Ту-144 был построен несколько раньше европейского аналога, поэтому можно считать его первым в мире пассажирским сверхзвуковым лайнером. Внешний вид этих самолетов, как Ту-144, так и Конкорда, и сейчас не оставит равнодушным ни одного человека. Вряд ли в истории авиастроения были более красивые машины.
У Ту-144 привлекательные характеристики, за исключением дальности практического применения: выше крейсерская и меньше посадочная скорости, более высокий потолок полета, но и история нашего лайнера значительно трагичнее.
Важно! Ту-144 не только первый летающий, но и первый разбившийся пассажирский сверхзвуковой лайнер. Катастрофа на авиасалоне в Ле-Бурже 3 июня 1973 г., в которой погибло 14 человек, стала первым шагом к завершению полетов Ту-144. Однозначные причины так и не были установлены, а итоговая версия катастрофы вызывает множество вопросов.
Вторая катастрофа под Егорьевском в Московской области 23 мая 1978 г., где в полете произошло возгорание, и при посадке погибли 2 члена экипажа, стала окончательной точкой в решении о прекращении эксплуатации этих самолетов. Несмотря на то, что после анализа было установлено, что возгорание произошло в результате наличия недоработки в топливной системе нового, тестируемого двигателя, а сам самолет показал прекрасную управляемость и надежность конструкции, когда горящий смог произвести посадку, машины сняли с рейсов и вывели из коммерческой эксплуатации.
Как вышло за рубежом
Европейский Конкорд, в свою очередь, отлетал гораздо дольше с 1976 г. по 2003 г. Однако из-за нерентабельности (самолет так и не смогли вывести на минимальную окупаемость), эксплуатацию также в итоге свернули. Во многом это произошло из-за авиакатастрофы в Париже 25 июля 2000 г.: при взлете из аэропорта Шарль Де Голль загорелся двигатель, и самолет рухнул на землю (погибло 113 человек, в том числе 4 на земле), а также террористическим атакам 11 сентября 2001 г. Несмотря на то, что это была единственная катастрофа самолета за 37 лет эксплуатации, а теракты не имели непосредственного отношения к Конкорду, общее снижение потока пассажиров уменьшило и без того отсутствующую рентабельность полетов и привело к тому, что последний рейс данный самолет совершил по маршруту Хитроу – Филтон 26 ноября 2003 г.
Интересный факт. Билет на рейс Конкорда в 70е годы стоил не меньше 1500 долларов в один конец, ближе к концу девяностых цена выросла до 4000 долларов. Билет за место на последнем рейсе этого лайнера стоил уже 10000 долларов.
Сверхзвуковая авиация на данный момент
На сегодняшний день решений, подобным Ту-144 и Конкорд, не предвидится. Но, если вы тот человек, которому неважна стоимость билетов, – есть ряд наработок в сфере бизнес перелетов и маломестных воздушных средств.
Наиболее перспективная разработка – самолет XB-1 Baby Boom американской компании Boom technology из Колорадо. Это маленький самолет, длиной около 20 м и размахом крыльев в 5,2 м. Он оборудован 3мя двигателями, разработанными в пятидесятых годах для крылатых ракет.
Вместительность планируется сделать около 45 человек, при дальности перелета 1800 км на скорости до 2х махов. На данный момент это пока разработка, но первый полет прототипа планируется произвести уже в 2018 г., а сам самолет должен пройти сертификацию к 2023му году. Создатели планируют использовать разработку как в качестве бизнес-джета для частных перевозок, так и на регулярных рейсах малой вместительности. Планируемая стоимость для перелета на данной машине будет составлять около 5000 долларов, что достаточно много, но при этом сопоставимо со стоимостью перелета в бизнес классе.
Однако если смотреть на всю отрасль гражданских авиаперевозок в целом, то с сегодняшним уровнем развития технологий, выглядит все не очень перспективно. Крупные компании больше озабочены получением выгоды и рентабельностью проектов, чем новыми разработками в области сверхзвуковых полетов. Причина в том, что за всю историю авиации не было в достаточной степени успешных реализаций задач подобного рода, сколько ни пробовали достичь целей, все они в той или иной степени провалились.
В целом те конструкторы, которые занимаются текущими проектами, – это скорее энтузиасты, с оптимизмом смотрящие в будущее, которые, конечно, рассчитывают получать прибыли, но достаточно реалистично смотрят на итоги, да и большая часть проектов пока существует только на бумаге, и аналитики достаточно скептично смотрят на возможность их реализации.
Один из немногих действительно крупных проектов – это запатентованный в прошлом году компанией Airbus сверхзвуковой самолет Concorde-2. Конструктивно он будет представлять собой летательный аппарат с тремя типами двигателей:
- Турбовентиляторные реактивные двигатели. Будут устанавливаться в передней части самолета;
- Гиперзвуковые воздушно-реактивные двигатели. Будут монтироваться под крыльями лайнера;
- Ракетные двигатели. Установлены в хвостовой части фюзеляжа.
Эта конструктивная особенность предполагает работу различных двигателей на определенных этапах полета (взлет, посадка, движение на крейсерской скорости).
Учитывая одну из основных проблем гражданских авиаперевозок – шум (стандарты организации воздушного движения в большинстве стран выставляют ограничение на уровень шума, если аэропорт расположен близко к жилым зонам, это накладывает ограничения на возможность ночных полетов), компания Airbus для проекта Concorde-2 разработала специальную технологию, позволяющую производить вертикальный взлет. Это позволит практически избежать попадания ударных волн на поверхность земли, что в свою очередь, обеспечит отсутствие дискомфорта для людей внизу. Также благодаря подобной конструкции и технологии полет авиалайнера будет проходить на высоте около 30-35000 м (на данный момент гражданская авиация летает максимум на 12000 м), что будет способствовать снижению шума не только при взлете, но и на протяжении всего полета, так как с такой высоты ударные звуковые волны не смогут достичь поверхности.
Будущее сверхзвуковых полетов
Не все так печально, как может показаться на первый взгляд. Кроме гражданской авиации существует и всегда будет существовать военная отрасль. Боевые потребности государства как раньше двигали развитие авиации, так и продолжат это делать. Армии всех государств нуждаются во все более совершенных летательных аппаратах. Из года в год эта потребность только возрастает, что влечет за собой создание новых конструкторских и технологических решений.
Рано или поздно развитие выйдет на такой уровень, когда использование военных технологий, возможно, станет рентабельным и в мирных целях.
Видео
- Ту-144С («004») - Серийный самолет с НК-144А.
- Ту-144Д («004Д») - Серийный самолет с РД-36-51А.
- Ту-144ЛЛ - Летающая лаборатория с НК-32-1.
Модификации Ту-144
- Ту-144 («044») - прототип (1968г.)
- Ту-144С («004») - Серийный самолет с НК-144А. (1971г.)
- Ту-144Д («004Д») - Серийный самолет с РД-36-51А. (1974г.)
- Ту-144ДА - проект с двигателями «61». (конец 70-х.)
- Ту-144П - проект постановщика помех. (конец 70-х.)
- Ту-144ПР - проект постановщика-разведчика. (конец 70-х.)
- Ту-144К
- Ту-144КП - проект авиационно-ракетного комплекса. (конец 70-х.)
- ДП-2 - проект дальнего перехватчика. (конец 70-х.)
- Ту-144ЛЛ - Летающая лаборатория на базе Ту-144Д с НК-32-1. (1996г.)
схема Ту-144
| Ту-144 | ||
|---|---|---|
| Первый полет | 31 декабря 1968 | |
| Экипаж, чел | 4 | |
| Размеры | ||
| Ту-144 | ||
| Длина фюзеляжа, м | 59,4 | |
| Высота самолета, м | 10,5 | |
| Размах крыла, м | 27,65 | |
| Площадь крыла, м 2 | 438 | 411 |
| Удлинение крыла | 1,74 | |
| Стреловидность крыла по передней кромке | центроплан | 78^о |
| консоли | 55^о | |
| Массы | ||
| Ту-144 | ||
| Взлётная, кг | при 98 пассажирах | 130000 |
| при 120 пассажирах | 150000 | |
| максимальная | 180000 | |
| Пустого, кг | 85000 | 12000 (120) |
| Вес топлива, кг | ок.70000 (92000) | |
| Силовая установка | ||
| Ту-144 | ||
| Двигатели | 4 ДТРДФ НК-144 | |
| Тяга, кГc | максимал | 4х 13000 |
| форсаж | 4х 17500 | |
| Тяговооруженность | 0.44 | |
| Удельный расход топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме, кг/кгс х ч | 2,23 | |
| Лётные данные | ||
| Ту-144 | ||
| Максимальная скорость полета на высоте 17 км, км/ч (М=) | 2430 (2,35) | |
| Крейсерская скорость, км/ч (М=) | 2300 | |
| Скорость захода на посадку, км/ч | 290 | |
| Посадочная скорость, км/ч | 270 | |
| Практическая дальность полета (сверхзвуковая), км | 2920 | |
| Практический потолок, м | 20000 | |
| Пробег, м | 1500 | |
Пассажирские сверхзвуковые
|
Успехи в создании в 50-е годы сверхзвуковых боевых самолетов, в том числе и тяжелого класса, создало благоприятную обстановку для изучения возможности создания сверхзвукового пассажирского самолета (СПС). Во второй половине 50-х годов по обе стороны «железного занавеса» появляются сначала опытные, а затем и серийные сверхзвуковые тяжелые самолеты военного назначения, и, практически сразу на их базе ведущие мировые авиационные фирмы подготавливают проекты СПС различных аэродинамических и компоновочных схем. Детальный анализ и дальнейшая проработка предложенных проектов СПС на базе первых сверхзвуковых бомбардировщиков показали, что создание эффективного конкурентноспособного СПС путем модификации военного прототипа - задача крайне сложная (в отличие от процесса создания первых реактивных пассажирских самолетов на базе дозвуковых тяжелых боевых самолетов). Первые сверхзвуковые боевые тяжелые самолеты по своим конструктивным решениям в основном отвечали требованиям сравнительно кратковременного полета на сверхзвуке. Для СПС требовалось обеспечить длительный крейсерский полет на скоростях соответствующих как минимум М=2, плюс специфика задачи по перевозки пассажиров требовала значительного повышения надежности работы всех элементов конструкции самолета, при условии более интенсивной эксплуатации с учетом увеличения длительности полетов на сверхзвуковых режимах. Постепенно, анализируя все возможные варианты технических решений, авиационные специалисты, как в СССР, так и на Западе пришли к твердому мнению, что экономически эффективный СПС необходимо проектировать как принципиально новый тип летательного аппарата.
В ОКБ А.Н.Туполева к решению проблемы проектирования СПС подошли в начале 60-х годов. Первые технические предложения ОКБ по СПС в основном базировались на проектах дальних бомбардировщиков: прежде всего на проектах самолетах семейства Ту-22 («105А» и «106А» - «134»), а также проекте стратегического ударного самолета «135» - 135П. В дальнейшем, когда начались работы по Ту-144, С.М. Егер предложил предварительный проект Ту-144 с двигателями НК-144, по своим компоновочным решениям повторявший проект Ту-135П. Помимо ОКБ А.Н.Туполева, предварительной проработкой по теме СПС в СССР занималось ОКБ-23 В.М.Мясищева. В этом ОКБ в конце 50-х годов на основе технических решений по стратегическим самолетам-носителям М-50/М-52 и М-56/М-57 были подготовлены предложения по нескольким оригинальным проектам СПС (М-53, М-55А, М-55Б и М-55В).
Начало 60-х годов ознаменовалось развертыванием практических работ над англо-французским СПС «Конкорд» (начало исследований по теме 1955-1956 годы) с крейсерской сверхзвуковой скоростью полета более М=2 и дальностью полета со 120-140 пассажирами на борту 6000-6500 км. Одновременно основные авиационные фирмы США, исходя из своего видения рынка будущих СПС, приступили к работам по проектированию значительно более крупного СПС чем «Конкорд», предназначенного для перевозки 250-300 пассажиров с крейсерской скоростью до М=3 на дальность 7000-8000 км (проекты фирм Боинг, Локхид, Дуглас).
Создание
Анализ условий существования будущего СПС, проведенный в СССР применительно к уровню отечественного самолетостроения и его ближайших перспектив, а также экономических возможностей страны и потребностей ГВФ, показал, что для СССР наиболее предпочтительным является путь создания отечественного СПС по своим ожидаемым летно-техническим данным близкий к англо-французскому «Конкорду». Перед отечественной авиационной наукой и промышленностью в ходе создания советского СПС ставились ряд научно-технических проблем, с которыми наша ни дозвуковая пассажирская, ни военная сверхзвуковая авиация не сталкивались. Прежде всего для обеспечения требуемых летно-технических характеристик СПС (двухмаховый полет на дальность до 6500 км со 100-120 пассажирами, в сочетании с приемлемыми взлетно-посадочными данными) требовалось обеспечить значительное улучшение аэродинамического совершенства самолета при крейсерских полетах на М=2-2,2. Аэродинамическое качество на этих режимах необходимо было увеличить до 7,5-8,0, что значительно превышало значения, полученные для аэродинамических схем отечественных тяжелых сверхзвуковых боевых самолетов того периода (расчетное значение Кмакс. для М=2 для Ту-22 равнялось 4,4; для М-50 - 5,5; для М-52 - 5,6; для Ту-135 и М-56 - 6,4). Требовалось решить вопросы устойчивости и управляемости тяжелого самолета при полетах в дозвуковой, трансзвуковой и сверхзвуковой областях, выработать практические методы балансировки самолета на всех этих режимах с учетом минимизации аэродинамических потерь. Длительный полет на скорости М=2 был связан с исследованиями и обеспечением прочности конструкции агрегатов планера при повышенных температурах (близких к 100-120 ?С), предстояло создать теплостойкие конструкционные материалы, смазки, герметики, а также разработать типы конструкций, способных длительно работать в условиях циклического аэродинамического нагрева. Очень высокие требования предъявлялись к агрегатам силовой установки: необходимо было создать мощные и экономичные двигатели, устойчиво работающие в условиях сверхзвукового полета, решить проблемы регулирования воздухозаборников, работающих в широком диапазоне высот и скоростей, обеспечив регулирование требуемого расхода воздуха на входе при возможно меньших аэродинамических потерях. Выполнение длительного сверхзвукового крейсерского полета наиболее рационально было выполнять на больших высотах, соответственно перед головным и агрегатными ОКБ ставилась задача разработки принципов создания новых систем кондиционирования воздуха, а затем и конкретных агрегатов и систем, обеспечивающих комфортные условия пассажирам и экипажу на больших высотах (до 20 км) и при длительных полетах при значительных нагревах элементов конструкции планера. Необходимо было создать ряд новых устройств и систем, обеспечивающих автоматическое управление полетом, точную навигацию в условиях длительного сверхзвукового полета и автоматическую посадку. Возникла необходимость изучения экологических особенностей эксплуатации СПС, связанных с выбросом в атмосферу большого количества отработанных газов двигателей на больших высотах и их влияние на озонный слой, воздействия шума и звукового удара на людей, животных и строения, влияние длительных полетов на больших высотах на пассажиров и экипаж, связанных с воздействием солнечной радиации. При создании СПС, исходя из условий безболезненного его внедрения в существующую транспортную систему, необходимо было при проектирование СПС учитывать особенности отечественной и международных систем воздушных перевозок, существующих аэропортов и управления воздушным движением.
Все эти задачи, с привлечением в определенной степени западного опыта, детально изучались в ЦАГИ, в ОКБ А.Н.Туполева, другими ОКБ, привлекавшимися к программе создания советского СПС. Официальным основанием для начала работ по отечественному СПС первого поколения (СПС-1), получившему обозначение Ту-144, стало Постановление Совета Министров СССР № 798-271 от 16 июля 1963 года и Приказ МАП № 276 от 26 июля того же года. ОКБ А.Н.Туполева задавалось спроектировать и построить СПС с крейсерской скоростью полета 2300-2700 км/ч, практическая дальность полета на сверхзвуке с 80-100 пассажирами оговаривалась 4000-4500 км; в перегрузочном варианте с дополнительными топливными баками и с 30-50 пассажирами - 6000-6500 км. Эксплуатация с аэродромов первого класса при нормальной взлетной массе 120-130 тонн. Предполагалось в 1966-1967 годах построить 5 экземпляров Ту-144 (2 экземпляра для прочностных испытаний). Учитывая техническую сложность получения максимальной дальности полета первого отечественного СПС, решено было вести работы в два этапа: на первом этапе достигнутая практическая дальность полета должна была составлять 4000-4500 км, на втором этапе Ту-144 должен был достичь дальности 6500 км. Двигатели для Ту-144, в соответствии с рекомендациями ЦИАМ, задавались двухконтурные турбовенти-ляторные с форсажными камерами. ОКБ Н.Д. Кузнецова на основе газогенератора ДТРД НК-8 бралось создать для будущего советского СПС ДТРДФ, получивший обозначение НК-144, с взлетной тягой 20000 кгс и удельным расходом топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме на уровне 1,35-1,45 кг/ кгс час. Следует отметить, что успех проекта Ту-144 в большой степени зависел от успехов двигателестроителей. Выбор для Ту-144 ДТРДФ, работающего на форсаже на крейсерских режимах отнюдь был небесспорным, он давал возможность получить для Ту-144 менее напряженный в температурном отношении двигатель (соответственно более надежный и менее дорогой), а так же более оптимизированный двигатель для выполнения полетов в широком диапазоне высот и скоростей, чем в случае выбора одноконтурного ТРД. Большие сомнения вызывала возможность получения умеренных расходов топлива на крейсерских режимах на данном типе двигателя и, как следствие обеспечение требуемой дальности полета. Все это не было большим секретом ни для туполевцев, ни для МАП.
Еще на этапе проектирования мясищевских сверхзвуковых стратегических носителей М-50/М-52 и М-56, а также проработки проектов СПС М-53 и М-55, в ОКБ-23 получили расчетные результаты, говорящие о том, что получить приемлемую сверхзвуковую дальность полета на тяжелом самолете вполне реально, при условии использования двигателей с удельными расходами топлива в пределах 1,2 кг/кгс час. Такой двигатель в опытных экземплярах к началу 60-х годов в СССР был создан - это был одноконтурный бесфорсажный ТРД «16-17» (взлетная тяга 18000 кгс, удельный расход топлива на крейсерском режиме 1,15 к/кгс час), разработанный в ОКБ-16 П.Ф.Зубца. Англо-французы, выбирая тип двигателя для своего «Конкорда» пошли промежуточным компромисным путем, выбрав для него одноконтурный ТРДФ Бристоль «Олимп» 593 с небольшой степенью форсирования и удельным расходом топлива на форсаже 1,327 кг/кгс час (взлетная тяга на форсаже 17200 кгс). К сожалению работы по мясищевским проектам тяжелых сверхзвуковых машин были закрыты, соответственно в начале 60-х годов в СССР временно прервалась линия развития мощных экономичных бесфорсажных одноконтурных ТРД (0КБ-16 перевели на тематику твердотопливных ракетных двигателей), и, как результат, к началу проектирования Ту-144, ОКБ А.Н.Туполева пришлось пойти на технический риск, сделав ставку на ДТРДФ НК-144. Вскоре, в 1964 году, когда полным ходом шло проектирование Ту-144 с НК-144, решено было реанимировать работы по экономичным мощным бесфорсажным ТРД для СПС: в ОКБ-36 под руководством П.А.Колесова началось проектирование одноконтурного ТРД РД-36-51 для Ту-144 с максимальной взлетной тягой 20000 кгс и ожидаемым удельным расходом топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме полета 1,23 кг/кгс час (работы по РД-36-51 шли одновременно с проектированием другого мощного одноконтурного ТРД РД-З6-41 для дальнего сверхзвукового ударного самолета Т-4 ОКБ П.О.Сухого).
Проектирование Ту-144 Андрей Николаевич решил поручить Отделению «К», занимавшемуся до этого беспилотной техникой и имевшему достаточный опыт в области освоения длительного полета со скоростями превышающими М=2 (ударный беспилотный самолет Ту-121, беспилотные самолеты-разведчики - серийный Ту-123 и опытный Ту-139). Главным конструктором и руководителем работ по теме Ту-144 Андрей Николаевич назначил А.А.Туполева. Именно под его руководством, с привлечением лучших сил отечественной авиационной науки и техники, в Отделении «К» рождалась идеология и будущий облик Ту-144. В дальнейшем после смерти А.Н.Туполева и назначения А.А.Туполева руководителем предприятия, темой Ту-144 руководили Ю.Н.Попов и Б.А.Ганцевский. Вскоре Ту-144 становится одной из основных и приоритетных тем в деятельности ОКБ и всего МАП на ближайшие 10 лет.
Аэродинамический облик Ту-144 определялся главным образом получением большой дальности полета на крейсерском сверхзвуковом режиме, при условии получения требуемых характеристик устойчивости и управляемости и заданных характеристик взлета и посадки. Исходя из обещанных удельных расходов НК-144, на первоначальном этапе проектировании поставили задачу получить на крейсерском сверхзвуковом режиме полета Кмакс=7. По суммарным экономическим, технологическим, весовым соображениям приняли число М крейсерского полета равным 2,2. В ходе проработки аэродинамической компоновки Ту-144 в ОКБ и в ЦАГИ рассматривалось несколько десятков возможных вариантов. Изучались «нормальная» схема с горизонтальным оперением в хвостовой части фюзеляжа, от нее отказались, так как подобное оперение давало до 20% в общем балансе сопротивления самолета. Отказались и от схемы «утка», оценив проблему влияния дестабилизатора на основное крыло. Окончательно исходя из условий получения требуемого аэродинамического качества и получения минимальных разбежек фокуса при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях остановились на схеме низкоплана - «бесхвостки» с составным треугольным крылом оживальной формы (крыло образовывалось двумя треугольными поверхностями с углом стреловидности по передней кромке 78° - для передней наплывной части и 55°- для задней базовой части), с четырьмя ДТРДФ, размещенными под крылом, с вертикальным оперением, расположенным по продольной оси самолета, и трехопорным убирающимся шасси. В конструкции планера в основном использовались традиционные алюминиевые сплавы. Крыло образовывалось из симметричных профилей и имело сложную крутку в двух направлениях: в продольном и поперечном. Этим достигалось наилучшее обтекание поверхности крыла на сверхзвуковом режиме, кроме того подобная крутка содействовала улучшению продольной балансировки на этом режиме. По всей задней кромке крыла размещались элевоны, состоявшие из четырех секций на каждом полукрыле. Конструкция крыла многолонжеронная, с мощной работающей обшивкой из сплошных плит, выполненных из алюминиевых сплавов, центральная часть крыла и элевоны изготовлялись из титановых сплавов. Секции элевонов приводились в действие двумя необратимыми бустерами. Руль направления также отклонялся с помощью необратимых бустеров и состоял из двух, независящих друг от друга, секций. Аэродинамическая форма фюзеляжа выбиралась из условий получения минимального сопротивления на сверхзвуковом режиме. Добиваясь этого, пошли даже на некоторое усложнение конструкции самолета. Характерной особенностью Ту-144 стала опускающаяся, хорошо остекленная носовая часть фюзеляжа перед пилотской кабиной, что обеспечивало хороший обзор на больших взлетно-посадочных углах атаки, присущих самолету с крылом малого удлинения. Опускание и подъем носовой части фюзеляжа осуществлялся с помощью гидропривода. При конструировании отклоняющейся негерметичной части и ее агрегатов удалось добиться сохранения гладкости обшивки в местах сочленения подвижной части с герметичной кабиной и остальной поверхностью фюзеляжа.
Форма мотогондол определялась в основном компоновочными соображениями и условиями надежности работы силовой установки. Четыре ДТРДФ НК-144 разместили под крылом близко друг к другу. Каждый двигатель имел свой воздухозаборник, причем два соседних воздухозаборника объединялись в общий блок. Подкрыльевые воздухозаборники - плоские с горизонтальным клином. Торможение потока при сверхзвуковых скоростях полета осуществлялось в трех косых скачках уплотнения, в прямом замыкающем скачке и дозвуковом диффузоре. Работа каждого воздухозаборника обеспечивалась автоматической системой управления, которая изменяла положение панелей клина и створки перепуска в зависимости от режима работы двигателя НК-144. Длина мотогондол определялась размерами двигателей и требованиями ЦАГИ и ЦИАМ к обеспечению необходимой длины каналов воздухозаборников для нормальной работы двигателей. Следует отметить, что в отличие от проектирования воздухозаборников и двигателей «Конкорда», где этот процесс шел как единое целое, проектирование НК-144 и мотогондол с воздухозаборниками шли как два во многом независимых процесса, что привело в какой-то степени к переразмеренности мотогондол и в дальнейшем ко многим взаимным неувязкам работы двигателей и системы воздухозаборников. Предполагалось, как и на «Конкорде», ввести систему торможения на посадке за счет реверса двигателей, реверс планировалось установить на два крайних двигателя (систему реверса не довели, в результате опытная и серийные машины эксплуатировались с тормозным парашютом).
|
Основные стойки шасси убирались в крыло, передняя стойка убиралась в переднюю часть фюзеляжа в пространство между двумя блоками воздухозаборников. Небольшая строительная высота крыла потребовала уменьшения размера колес, в результате в основных стойках шасси использовалась двенадцатиколесная тележка с колесами сравнительно небольшого диаметра. Основной запас топлива размещался в крыльевых кессон-баках. Передние кессон-баки крыла и дополнительный килевой бак служили для балансировки самолета. Основные работы по выбору оптимальной аэродинамической схемы Ту-144 в ОКБ возглавлял Г.А.Черемухин, вопросами оптимизации силовой установки по проекту занималось подразделение во главе с В.М.Булем. На Ту-144 фактически были применены многие принципиальные решения дистанционной системы управления, в частности рулевые агрегаты привода органов управления самолета отрабатывали сигналы системы улучшения устойчивости и управляемости по продольному и путевому каналам. На некоторых режимах указанное мероприятие позволяло осуществлять полет при статической неустойчивости. Выбор идеологии системы управления Ту-144 во многом является заслугой Г.Ф.Набойщикова. В создание и доведение этой принципиально новой системы управления большой вклад внес Л.М.Роднянский, ранее занимавшийся системами управления в ОКБ П.О.Сухого и В.М. Мясищева, и в начале 60-х годов сделавший очень много для доводки весьма «сырой» системы управления Ту-22. Кабина пилотов проектировалась с учетом требований современной эргономики, она выполнялась четырехместной: два передних места занимали первый и второй пилот, за ними размещался бортинженер, четвертое место на первой опытной машине предназначалось для инженера-экспериментатора. В дальнейшем предполагалось ограничить экипаж тремя пилотами. Отделка и компоновка пассажирского салона Ту-144 соответствовали мировым требованиям к современному дизайну и к комфортабельности, при их отделке использовались новейшие отделочные материалы. Пилотажно-навигационное оборудование Ту-144 комплектовалось самыми совершенными системами, какие могла дать на тот период отечественная авионика: совершенный автопилот и бортовая электронно-вычислительная машина автоматически поддерживали курс; летчики могли видеть на экране, размещавшемся на приборной доске, где в данный момент находится самолет и сколько километров осталось до места назначения; заход на посадку осуществлялся автоматически в любое время суток при сложных погодных условиях и т.д. - все это было серьезным рывком вперед для нашей авиации.
Модель Ту-144 была впервые показана в 1965 на Парижском авиационном салоне, где было объявлено, что первый полет намечен на 1968 г.
Постройка первого опытного самолета Ту-144 («044») началась в 1965 году, одновременно строился второй экземпляр для статических испытаний. Опытная «044» первоначально рассчитывалась на 98 пассажиров, позднее эта цифра была увеличена до 120. Соответственно расчетная взлетная масса увеличилась со 130 тонн до 150 тонн. Опытная машина строилась в Москве в цехах ММЗ «Опыт», часть агрегатов изготовлялась на его филиалах. В 1967 году была закончена сборка основных элементов самолета. В конце 1967 года опытную «044» перевезли в ЖЛИ и ДБ, где в течение всего 1968 года осуществлялись доводочные работы и доукомплектование машины недостающими системами и агрегатами.
Испытания
Одновременно на аэродроме ЛИИ начались полеты самолета-аналога МиГ-21И (А-144, «21-11»), созданного на базе истребителя МиГ-21С. Аналог создавался в ОКБ А.И.Микояна и имел крыло геометрически и аэродинамически подобное крылу опытного «044». Всего было построено две машины «21-11», на них летали многие летчики-испытатели, в том числе и те которым предстояло испытывать Ту-144, в частности Э.В.Елян. Самолет-аналог успешно облетали до скорости 2500 км/ч и материалы этих полетов послужили основой для окончательной корректировки крыла Ту-144, а также позволили летчикам-испытателям подготовиться к особенностям поведения самолета с таким крылом.
В конце 1968 года опытный «044» (бортовой № 68001) был готов к первому полету. На машину назначили экипаж в составе: командира корабля - заслуженного летчика-испытателя Э.В.Еляна (получившего затем за Ту-144 Героя Советского Союза); второго пилота - заслуженного летчика испытателя Героя Советского Союза М.В.Козлова; ведущего инженера-испытателя В.Н.Бендерова и бортинженера Ю.Т.Селиверстова. Учитывая новизну и необычность новой машины, ОКБ пошло на неординарное решение: впервые на опытную пассажирскую машину решили установить катапультируемые кресла экипажа. В течение месяца проводились гонки двигателей, пробежки, последние наземные проверки систем. С начала третьей декады декабря 1968 года «044» находилась в предстартовой готовности, машина и экипаж были полностью готовы к первому вылету, в течение всех этих десяти дней над аэродромом ЛИИ не было погоды и опытный Ту-144 оставался на земле. Наконец, в последний день уходящего 1968 года, через 25 секунд после момента старта «044» впервые оторвалась от взлетной полосы аэродрома ЛИИ и быстро набрала высоту. Первый полет продолжался 37 минут, в полете машину сопровождал самолет-аналог «21-11». По отзывам экипажа, машина показала себя послушной и «летучей». На первом вылете присутствовали А.Н.Туполев, А.А.Туполев, многие руководители подразделений ОКБ.
Первый полет Ту-144 стал событием мирового значения и немаловажным моментом в истории отечественной и мировой авиации. Впервые в воздух поднялся сверхзвуковой пассажирский самолет и это был самолет построенный в СССР, первый «Конкорд» уйдет в полет только 2 марта 1969 года. Было доказано на практике, что тяжелые самолеты бесхвостой схемы имеют права гражданства в СССР (до этого полета у нас все ограничивалось большим количеством проектов тяжелых «бесхвосток»).
Второй полет (50 мин) состоялся 8 января 1969 г, а уже через полгода, 5 июня 1969 года опытный самолет первый раз на высоте 11000 м превысил сверхзвуковую скорость, к маю 1970 года машина летала на скоростях М=1,25-1,6 на высотах до 15000 м. 26 мая 1970 г. Ту-144 впервые в истории гражданской авиации достиг скорости 2150 км/ч (М=2) на высоте 16300 м. 12 ноября 1970 года в часовом полете «044» летала полчаса на скорости превышающей 2000 км/ч, на высоте 16960 м была достигнута максимальная скорость 2430 км/ч. К осени 1970 опытный образец налетал 100 ч.
Впервые самолет был показан публично 21 мая 1970 г. в аэропорту «Шереметьево». В ходе испытаний опытная машина неоднократно летала за рубежи СССР, в мае-июне 1971 года «044» приняла участие в салоне в Ле-Бурже, где она впервые «встретилась» с англо-французским «Конкордом». Ее полет в Болгарию занял всего 1 час: взлетев в Москве в 9 часов утра, он сел в Софии также в 9 утра. Крейсерская скорость на высоте 16 км составила 2300 км/ч. Эта высота была набрана на дистанции около 350 км за 18 мин.
Конструкция
Ту-144 представляет собой выполненный по схеме «бесхвостка» низкоплан. Оживальное крыло с отклоненным вниз носком имеет угол стреловидности передней кромки 78° в околофюзеляжных частях и 55° на всей остальной части. Крыло самолета (удлинения 1,74 и сужения 7, многолонжеронной конструкции) состоит из основной и отъемных частей и имеет кессонную конструкцию с силовой нагруженной обшивкой в виде фрезерованных крупногабаритных панелей вафельной конструкции из высокопрочных алюминиевых сплавов.
Управление самолетом осуществляется с помощью четырехсекционных элевонов (на каждой консоли) и двухсекционного руля направления, расположенного на классическом вертикальном оперении. Киль самолета, так же как и крыло, многолонжеронной конструкции, выполнен заодно с хвостовой частью фюзеляжа. Внутренний объем киля использован в качестве топливного кессон-бака.
Фюзеляж круглого сечения имеет носовой обтекатель кабины экипажа, отклоняющийся вниз под углом 12° в условиях взлета и на 17° при посадке. Остекление кабины экипажа прототипа состоит из двух передних, а также боковых окон. Носовой обтекатель снабжен четырьмя продольными удлиненными боковыми окнами, обеспечивающими видимость вперед во время его подъема и в крейсерском полете. Фюзеляж прототипа предназначался для размещения 100-121 пассажиров.
Фюзеляж, состоящий из стрингеров, балок и шпангоутов, скрепленных с обшивкой, конструктивно разделяется на 3 части: носовую, центральную и хвостовую. В носовой части размещаются кабина экипажа (с фонарем, вписанным в обводы фюзеляжа) и отклоняемый носовой обтекатель, выполненный в виде многослойной конструкции из стеклопластика с сотовым заполнителем. Центральная часть, в которой располагаются пассажирские салоны, вместе с носовой частью составляет единый герметичный отсек. Окантовки иллюминаторов, входных, служебных и аварийных дверей изготовлены из фрезерованных панелей. Хвостовая часть фюзеляжа, являясь топливным кессон-баком, выполнена герметичной. Ее законцовка представляет собой контейнер тормозного парашюта.
Шасси - трехстоечное. Передняя стойка имеет спаренные колеса. В опытных образцах главные стойки были оснащены убираемыми в консоли крыла 12-колесными тележками (3 оси). Такая схема уборки шасси была вызвана тем, что, в отличие от «Конкорда», место под фюзеляжем было занято пакетом двигателей. Для размещения колес в крыле пришлось уменьшать их диаметр и увеличивать количество.
Планер самолета рассчитан на ресурс 30000 ч и выполнен из сплавов алюминия и титана (преимущественно в виде монолитных укрупненных конструкций). Титановые сплавы широко использованы в конструкции воздухозаборников, мотогондол и крыла.
Оборудование. Самолет оборудован современной электронной аппаратурой, обеспечивающей автоматическое управление на взлете, в полете и при посадке в сложных метеорологических условиях. Впервые на отечественном пассажирском самолете пилотажно-навигационное оборудование было выполненн с использованием цифровой вычислительной техники.Благодаря этому экипаж самолета состоит всего из трех человек: двух пилотов и бортинженера (выполнение полетного маршрута также контролируется бортовой автоматикой). Управление самолетом осуществляется при помощи электрогидравлической системы с необратимыми гидроусилителями. В каналах тангажа, курса и крена использованы автоматы загрузки командных рычагов управления, функционирующие в зависимости от угла их отклонения, а также скорости и высоты полета. В канале тангажа, кроме того, применена система автоматической балансировки.
Все основные системы самолета имеют многократное резервирование, что существенно повышает надежность. В целом Ту-144 создан в соответствии с международными нормами летной годности, предъявляемыми к пассажирским самолетам.
Силовая установка.
На опытном самолете использовалась силовая установка, состоящая из четырех турбовентиляторных двигателей НК-144 конструкции Н.Д. Кузнецова. Двигатели установили в пакет под фюзеляжем, что сократило возможный разворачивающий момент при выходе части из них из строя. Выход сопел расположен в плоскости, лежащей приблизительно на половине хорды элевонов. Многорежимные двухконтурные двигатели с форсажем должны были обеспечить возможность эксплуатациии Ту-144 как на средних (дозвуковой полет), так и дальних (сверхзвуковой) маршрутах.
У первого опытного самолета два внешних двигателя должны были оборудоваться устройствами реверса тяги. Благодаря большой энерговооруженности, механизации крыла, тормозным устройствам и реверсу тяги эксплуатация Ту-144 возможна на всех аэродромах 1 класса, имеющих бетонные взлетно-посадочные полосы длиной 3000 м, рассчитанные на прием современных дозвуковых тяжелых реактивных самолетов. Однако на продемонстрированном в 1971 г. самолете реверс тяги был заменен тормозным парашютом. Двигатели снабжены индивидуальными регулируемыми воздухозаборниками прямоугольного сечения. Положение воздухозаборников относительно фюзеляжа соответствует положению косых скачков уплотнения под крылом при полете с крейсерской скоростью.
Топливо размещено в кессонных крыльевых баках (около 70 000 кг в опытных самолетах). В самолете имеются балансировочные баки, которые расположены в задней части фюзеляжа и наплывах крыла и предназначены для изменения положения центра тяжести самолета во время перехода от дозвуковой скорости полета к сверхзвуковой.
Взрывобезопасность топливных баков обеспечена путем двойного азотирования топлива.
Состояние
На «044» стояли опытные двигатели НК-144 с удельным расходом топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме 2,23 кг/кгс час, с такими удельными расходами на испытаниях Ту-144 сумел выйти на сверхзвуковую дальность полета 2920 км, что было значительно меньше требуемой дальности. Кроме этого в ходе испытании столкнулись с некоторыми конструктивными недоработками: в полетах наблюдались повышенная вибрация и нагрев хвостовой части фюзеляжа от счетверенного пакета двигателей, не выручали даже титановые конструкции. Выполнив программу испытательных полетов «044» (всего около 150 полетов), так и осталась в одном опытном экземпляре. От нее большего и не требовалось, свою задачу доказать техническую возможность создания в СССР сверхзвукового пассажирского самолета она выполнила. Необходимо было продвигаться дальше, улучшая конструкцию самолета и двигателей.
«Включите сверхзвук!»
Сверхзвуковые пассажирские самолёты - что мы о них знаем? По крайней мере то, что созданы они были относительно давно. Но, по разным причинам, эксплуатировались не столь долго, и не настолько часто, как могли бы. Да и на сегодняшний день, они существуют лишь как проектные модели.
Почему так? В чём особенность и «тайна» сверхзвука? Кто создавал эту технологию? А также - каковым будет будущее сверхзвуковых самолётов в мире, и конечно же - в России? Постараемся ответить на все эти вопросы.
«Прощальный полёт»
Итак, с тех пор, как три последних функционировавших сверхзвуковых пассажирских самолёта совершили свои последние полёты, после которых были списаны, прошло уже пятнадцать лет. Это было в далёком 2003. Тогда, 24 октября, они, все вместе «попрощались с небом». В последний раз пролетели на малой высоте, над столицей Великобритании.
Затем приземлились в лондонском аэропорту Хитроу. Это были самолёты типа «Конкорд», принадлежащие авиационной компании British Airways. И таким «прощальным полётом» они завершили весьма недолгую историю пассажирских перевозок, на превышающей звук скорости…
Так можно было думать ещё несколько лет назад. Но сейчас уже возможно с уверенностью сказать. Это - финал только первого этапа данной истории. И вероятно - все её светлые страницы ещё впереди.
Сегодня - подготовка, завтра — полёт
Сегодня многие компании и авиаконструкторы думают о перспективах сверхзвуковой пассажирской авиации. Одни строят планы по её возрождению. Другие уже вовсю готовятся к этому.
Ведь если она могла существовать и эффективно функционировать ещё несколько десятилетий назад, то сегодня - с серьёзно шагнувшими вперёд технологиями, не только возродить оную, но и решить ряд проблем, который заставил отказаться ведущие авиакомпании от таковой - вполне возможно.
Да и перспективы слишком заманчивы. Уж очень интересной кажется возможность полёта, допустим, из Лондона в Токио - за пять часов. Пересечь расстояние от Сиднея, до Лос-Анджелеса за шесть часов? И попасть из Парижа в Нью-Йорк за три с половиной? С пассажирской авиацией, которая способна летать с большей скоростью, нежели разносится звук - это совсем нетрудно.
Но, конечно, перед триумфальным «возвращением» таковой в воздушное пространство, — учёным, инженерам, конструкторам, и многим другим — предстоит ещё немало потрудится. Нужно не просто восстановить то, что когда-то было, предложив новую модель. Отнюдь.
Цель - решение множества проблем, кои связаны с пассажирской сверхзвуковой авиацией. Создание авиамашин, которые будут не только демонстрировать возможности, и могущество стран, построивших их. Но окажутся и реально эффективными. Настолько, чтобы занять достойную их нишу в авиации.
История «сверхзвука». Часть 1. Что было в начале…
С чего же всё начиналось? На самом деле - с простой пассажирской авиации. А таковой уже более века «от роду». Оформление её началось в 1910-х, в Европе. Когда мастера из наиболее развитых стран мира создавали первые авиамашины, основным предназначением которых, была перевозка пассажиров на различные расстояния. То есть - полёт, со множеством людей на борту.
Первым среди них считается французский Bleriot XXIV Limousine. Он принадлежал авиастроительной компании Bleriot Aeronautique. Однако использовался, в основном, для забавы тех, кто уплатил за увеселительные «прогулки»-полёты, на нём. Через два года после его создания, аналог появляется и в России.
То был С-21 «Гранд». Его сконструировали на базе созданного Игорем Сикорским «Русского витязя» — тяжёлого бомбардировщика. А постройкой этой пассажирской авиамашины занимались работники Балтийского вагонного завода.
Ну а после того прогресс было уже не остановить. Авиация развивалась стремительно. И пассажирская, в частности. Сперва были перелёты между конкретными городами. Затем самолёты смогли преодолевать расстояния между государствами. Наконец - авиамашины стали пересекать океаны и совершать перелёты от одного материка к другому.
Развивавшиеся технологии и всё большее количество новаций, позволяли авиации путешествовать очень быстро. Намного скорее - нежели поезда или корабли. И для неё ведь практически не было преград. Не нужно было пересаживаться с одного транспорта на другой, не только, скажем, путешествуя на какой-нибудь особенно далёкий «край света».
Даже, тогда, когда пересечь необходимо сушу и водные просторы сразу. Самолёты не останавливало ничто. И это естественно, ведь летят они над всем - континентами, океанами, странами…
Но время утекало быстро, мир менялся. Конечно, развивалась и авиационная отрасль. Самолёты за последующие несколько десятилетий, вплоть до 1950-х, изменились настолько, если сравнивать с теми, кои летали ещё в начале 1920-30-х, что стали уже чем-то совершенно другим, особенным.
И вот, в середине двадцатого века, развитие реактивного двигателя пошло весьма быстрыми, даже в сравнении с предшествующими двадцатью-тридцатью годами, темпами.
Небольшое информационное отступление. Или — немного физики
Передовые разработки позволили самолётам «разогнаться» до скорости, большей, чем та, с коей распространяется звук. Конечно, первым делом, это было применено в военной авиации. Ведь речь идёт, всё-таки, о двадцатом веке. Который, как ни прискорбно это осознавать, был столетием конфликтов, двух мировых войн, «холодной» борьбы СССР и США…
И едва ли не каждая новая технология, созданная ведущими государствами мира, прежде всего рассматривалась с точки зрения того, как её можно использовать в обороне или нападении.
Итак, самолёты теперь могли летать с невиданной ранее скоростью. Быстрее звука. А в чём же её специфика?
Прежде всего - очевидно, что это скорость, которая превышает ту, с коей разносится звук. Но, вспоминая основные законы физики, можно сказать, что в разных условиях, она может отличаться. Да и «превышает» - понятие очень растяжимое.
И потому - есть специальный стандарт. Сверхзвуковой скоростью называют ту, которая превышает звуковую до пяти раз, с учётом того, что в зависимости от температуры, и других факторов окружающей среды, она может меняться.
Например - если мы возьмём нормальное атмосферное давление, на уровне моря, то в таком случае, скорость звука будет равняться впечатляющей цифре - 1191 км/ч. То есть, за секунду преодолевается 331 метр.
Но, что особенно важно при проектировании сверхзвуковых авиамашин, по мере набора высоты - снижается температура. А значит - и быстрота, с которой распространяется звук, и весьма значительно.
Так скажем, если подняться на высоту в 20 тысяч метров, то здесь оная будет составлять уже 295 метров в секунду. Но есть и ещё один важный момент.
На 25 тысячах метров над уровнем моря, температура начинает повышаться, поскольку это уже не нижний слой атмосферы. И так происходит далее. Вернее - выше. Скажем, на высоте в 50 000 метров будет ещё жарче. Следовательно, скорость звука там - увеличивается ещё больше.
Интересно - на сколько? Поднявшись на 30 километров над уровнем моря, попадаешь в «зону», где звук распространяется со скоростью в 318 метров за секунду. А на 50 000 метров, соответственно - 330 м/с.
О числе Маха
Кстати, интересно, что для упрощения понимания особенностей перелёта и работы в таких условиях, в авиации используют число Маха. Общее описание такового, может быть сведено к следующим заключениям. Оно выражает собой скорость звука, которая имеет место быть в данных условиях, на конкретной высоте, при данной температуре и плотности воздуха.
К примеру, скорость полёта, которая равна двум числам Маха, на высоте десять километров над землёй, в обычных условиях, будет равняться 2 157 км/ч. А на уровне моря - 2 383 км/ч.
История «сверхзвука». Часть 2. Преодоление барьеров
Кстати, впервые достиг быстроты полёта, более чем в 1 Мах, лётчик из США - Чак Йегер. Это произошло в 1947 году. Тогда он «разогнал» свой самолёт, летящий на высоте в 12.2 тысячах метров над землёй, до скорости в 1066 км/ч. Так прошёл первый сверхзвуковой полёт не земле.
Уже в 1950-х начинаются работы по проектированию и подготовке к серийному производству пассажирских самолётов, способных лететь со скоростью - быстрее звука. Их ведут учёные и авиаконструкторы наиболее могущественных стран мира. И у них получается добиться успеха.
Тот самый «Конкорд», модель - от которой окончательно откажутся в 2003, был создан в 1969. Это совместная - британско-французская разработка. Символично выбранное название - «Concorde», с французского, переводится как «согласие».
Это был один из двух существовавших типов сверхзвуковых пассажирских самолётов. Ну а создание второго (а вернее - хронологически - первого) - заслуга авиаконструкторов СССР. Советский аналог «Конкорда» называется Ту-144. Он был спроектирован в 1960-е и первый полёт совершил 31 декабря 1968. За год до британско-французской модели.
Других типов сверхзвуковых пассажирских самолётов, вплоть до сего дня, реализовано не было. И «Конкорд» и Ту-144 летали благодаря турбореактивным двигателям, кои были специально переустроены для того, чтобы долгое время работать в режиме сверхзвуковой скорости.
Советский аналог «Конкорда» эксплуатировали значительно меньший срок. Уже в 1977 от него отказались. Самолёт летал в среднем, со скоростью в 2 300 километров в час и за раз мог перевезти до 140 пассажиров. Но при этом, цена билета на такой «сверхзвуковой» рейс была в два-два с половиной, а то и три раза больше, чем на обыкновенный.
Конечно, у советских граждан подобные не пользовались большим спросом. Да и обслуживать Ту-144 было не просто и дорого. Потому, в СССР от них так быстро отказались.
«Конкорды» прослужили дольше, хотя билеты на рейсы, по которым они летали, также стоили дорого. И спрос тоже был не велик. Но всё же, несмотря на это, их продолжали эксплуатировать, как в Великобритании, так и во Франции.
Если выполнить перерасчёт стоимости билета на «Конкорд», в 1970-х, по сегодняшнему курсу, то это будет около двух десятков тысяч долларов. За билет в один конец. Можно понять, почему спрос на них был несколько меньше, нежели на перелёты, с помощью самолётов, не достигающих сверхзвуковых скоростей.
«Конкорд» мог за раз принять на борт от 92 до 120 пассажиров. Летал со скоростью более 2 тысяч км/ч и преодолевал расстояние от Парижа до Нью-Йорка за три с половиной часа.
Так прошло несколько десятилетий. До 2003.
Одной из причин отказа от эксплуатации этой модели стала авиакатастрофа, произошедшая в 2000 году. Тогда, на борту разбившегося «Конкорда» находилось 113 человек. Все они погибли.
Позже начался международный кризис в области пассажирских авиационных перевозок. Его причина - теракты, произошедшие 11 сентября 2001 года, на территории Соединённых штатов.
Да ещё, ко всему, заканчивается срок гарантийного обслуживания «Конкордов» авиакомпанией Airbus. Всё это вместе сделало дальнейшую эксплуатацию сверхзвуковых пассажирских самолётов крайне невыгодной. И в 2003 году были поочерёдно списаны все «Конкорды», как во Франции, так и в Великобритании.
Надежды
После этого ещё оставались надежды на скорое «возвращение» сверхзвуковых пассажирских самолётов. Авиаконструкторы рассуждали о создании особых двигателей, кои позволят экономить топливо, не смотря на скорость полёта. Говорили о повышении качества и оптимизации основных систем авионики, на таких авиамашинах.
Но, в 2006 и 2008 годах вышли новые постановления Международной организации гражданской авиации. В них определялись последние (действительны они, кстати, и на данный момент) стандарты допустимого авиационного шума при полёте.
А сверхзвуковые самолёты, как известно, не имели права летать над населёнными пунктами, именно поэтому. Ведь производили сильные шумовые хлопки (также по причинам физических особенностей полёта), когда двигались на максимальных скоростях.
Это стало причиной того, что «планирование» «возрождения» сверхзвуковой пассажирской авиации несколько затормозилось. Однако, на самом деле, после введения данного требования, авиаконструкторы стали думать, как решить такую проблему. Ведь она тоже имела место быть и раньше, просто «запрет» сконцентрировал внимание именно на ней - «проблеме шума».
А что же сегодня?
Но с момента последнего «запрета» прошло уже десять лет. И планирование плавно перешло в проектирование. На сегодняшний день созданием пассажирских сверхзвуковых самолётов, занимаются несколько компаний и государственных организаций.
Какие именно? Российские: Центральный аэрогидродинамический институт (тот самый, который назван в честь Жуковского), компании «Туполев» и «Сухой». У российских авиаконструкторов есть неоценимо важное преимущество.
Опыт советских проектировщиков и создателей Ту-144. Впрочем, об отечественных наработках в этой сфере лучше поговорить отдельно и подробнее, что мы и предлагаем сделать дальше.
Но не только россияне создают сверхзвуковой пассажирский самолёт нового поколения. Это также и европейский концерн - Airbus, и французская компания Dassault. Среди фирм Соединённых Штатов Америки, что работают в данном направлении, — Boeing и конечно Lockheed Martin. В стране восходящего солнца основная организация, проектирующая такой самолёт - это агентство аэрокосмических исследований.
И данный список - отнюдь не полный. При этом важно уточнить, что подавляющая часть профессиональных авиаконструкторов, работающих в данной сфере, разделилась на две группы. Независимо от страны происхождения.
Одни считают, что создать «тихий» сверхзвуковой пассажирский самолёт, на сегодняшнем уровне технологического развития человечества, невозможно никоим образом.
А потому - единственный выход, — это проектирование «просто быстрого» авиалайнера. Он, в свою очередь, будет переходить на сверхзвуковую скорость в тех местах, где это разрешено. А пролетая, например, над населёнными пунктами, возвращаться к дозвуковой.
Такие «скачки», по мнению этой группы учёных и конструкторов, позволят сократить время полёта до минимально возможного, и не нарушить требований относительно шумовых эффектов.
Другие же наоборот - полны решимости. Они считают, что бороться с причиной шума можно уже сейчас. И приложили немало усилий, дабы доказать - сверхзвуковой авиалайнер, летающий тихо - вполне возможно построить в самые ближайшие годы.
И ещё немного нескучной физики
Итак, при полёте на скорости более чем в 1,2 Маха, планер летательного аппарата образует ударные волны. Наиболее сильны они в хвостовой и носовой зоне, а также некоторых других частях самолёта, как например - на кромках воздухозаборников.
Что такое ударная волна? Это зона, где плотность, давление и температура воздуха испытывают резкие скачки. Возникают они при перемещениях на высоких скоростях, быстрее звуковой.
Людям же, которые стоят при этом на земле, не смотря на расстояние, кажется, что происходит некий взрыв. Конечно, речь идёт о тех, кто находится в относительной близости - под тем местом, где летит самолёт. Именно потому и были запрещены полёты сверхзвуковой авиации над городами.
С такими ударными волнами, как раз, и борются представители «второго лагеря» учёных и конструкторов, кои верят в возможность нивеляции этого шума.
Если вдаваться в подробности, то причина такового буквально «столкновение» с воздухом на очень большой скорости. На фронте волны резко и сильно повышено давление. В то же время, сразу, после него, наблюдается падение такового, а затем переход к нормальному показателю давления (такому, как было до «столкновения»).
Однако, уже проведена классификация типов волн и найдены потенциально оптимальные решения. Осталось только закончить работы в этом направлении и внести необходимые коррективы в проекты самолётов, или же создавать таковые с ноля, с учётом данных поправок.
В частности, специалисты NASA пришли к осознанию необходимости конструкционных изменений, с целью реформации особенностей полёта в целом.
А именно - изменению специфики ударных волн, насколько это возможно при нынешнем технологическом уровне. Что достигается путём реструктуризации волны, за счёт конкретных изменений конструкции. В результате - стандартная волна рассматривается как N-тип, а та, которая возникает при полёте, с учётом предложенных специалистами нововведений, как S-тип.
И при последней, значительно снижается «взрывной» эффект смены давления, и люди, находящиеся внизу, например, в городе, если самолёт пролетает над ним, даже тогда, когда слышат таковой эффект, то только как «отдалённый хлопок дверью автомашины».
Форма - тоже важно
Кроме того, например, японские авиационные конструкторы, не так давно, в середине 2015, создали беспилотный планер модели D-SEND 2. Его форма спроектирована особым образом, позволяя существенно уменьшить интенсивность и количество ударных волн, возникающих, когда аппарат летит на сверхзвуковой скорости.
Эффективность предложенных таким образом, японскими учёными, инноваций, была доказана при испытаниях D-SEND 2. Таковые провели в Швеции, в июле 2015. Достаточно интересным был ход мероприятия.
Планер, который не был оснащён двигателями, подняли на высоту в 30,5 километров. С помощью воздушного шара. Затем его сбросили вниз. За время падения он «разогнался» до скорости в 1,39 Маха. Длина самого D-SEND 2 - 7,9 метра.
После проведённых испытаний, японские авиаконструкторы смогли с уверенностью заявить - интенсивность ударных волн, при полёте их детища на скорости, превышающей быстроту распространения звука, — в два раза меньше, чем у «Конкорда».
Каковы же особенности D-SEND 2? Прежде всего - его носовая часть не осесимметричная. Киль смещён к ней, и при этом, горизонтальное хвостовое оперение установлено как цельноповоротное. Оно также расположено под отрицательным углом к продольной оси. И при этом законцовки оперения располагаются ниже, чем точка крепления.
Крыло, плавно сопряжённое с фюзеляжем, выполнено с нормальной стреловидностью, но ступенчатое.
По примерно такой же схеме сейчас, по состоянию на ноябрь 2018, проектируют пассажирский сверхзвуковой AS2. Работают над ним профессионалы из Lockheed Martin. Заказчиком выступает NASA.
Также, проект российского СДС/СПС сейчас находится на стадии совершенствования формы. Планируется, что она будет создаваться с упором на уменьшение интенсивности ударных волн.
Сертификация и… ещё одна сертификация
Важно понимать, что некоторые проекты пассажирских сверхзвуковых самолётов будут реализовываться уже в начале 2020-х. При этом, правила, установленные Международной организацией гражданской авиации, в 2006 и 2008, ещё будут действовать.
А значит, если до того времени не случится серьёзного технологического прорыва, в области «тихого сверхзвука», то вероятно создание именно самолётов, кои будут переходить на скорость, выше одного Маха, только в зонах, где сие разрешено.
И после этого, когда необходимые технологии всё же появятся, при таком сценарии, придётся проводить множество новых испытаний. С целью того, чтобы самолёты могли получить разрешение на полёты над населёнными пунктами. Но это лишь рассуждения о будущем, сегодня что-либо точно сказать на этот счёт весьма трудно.
Вопрос цены
Ещё одна проблема, упомянутая ранее- дороговизна. Конечно, на сегодняшний день, уже создано множество двигателей, намного более экономичных, нежели те, которые эксплуатировали ещё двадцать, или тридцать лет назад.
В том числе, сейчас проектируются и те, кои могут обеспечить самолёту движение на сверхзвуковой скорости, но при этом не «съедают» столько горючего, сколько Ту-144, или «Конкорд».
Каким образом? Прежде всего - это использование керамических композиционных материалов, что обеспечивают снижение температур, а сие особенно важно в горячих зонах силовых установок.
Кроме того - введение ещё одного, третьего, воздушного контура - помимо внешнего и внутреннего. Нивеляция жёсткой сцепки турбины с вентилятором, внутри самолётного двигателя и т.п.
Но тем не менее, даже благодаря всем этим нововведениям, нельзя сказать, что сверхзвуковой полёт, в сегодняшних реалиях - экономичен. Потому, для того, чтобы он стал доступен и привлекателен для широких масс населения, крайне важны работы по усовершенствованию двигателей.
Возможно - актуальным решением станет полная переработка конструкции - считают эксперты.
Кстати - снизить стоимость за счёт увеличения количества пассажиров на один рейс, также не удастся. Поскольку те авиамашины, что проектируют на сегодняшний день (имеются ввиду, конечно, сверхзвуковые самолёты), рассчитаны на перевозки небольшого числа людей - от восьми, до сорока пяти.
Новый двигатель - вариант решения проблемы
Из последних новинок, в данной сфере, следует отметить инновационную реактивную, турбовентиляторную силовую установку, созданную в нынешнем, 2018 году, компанией GE Aviation. В октябре она был представлен под названием Affinity.
Этот двигатель планируют установить на упомянутую модель пассажирского AS2. Каких-либо существенных технологических «новинок» в данном типе силовых установок не предусмотрено. Но при этом, в нём соединены особенности реактивных двигателей с большой и малой степенью двухконтурности. Что делает модель весьма интересной, для установки на сверхзвуковом самолёте.
Кроме всего прочего, создатели двигателя утверждают, что при испытаниях он докажет свою эргономичность. Расход топлива силовой установкой будет примерно равен тому, который можно фиксировать у стандартных двигателей авиалайнеров, находящихся ныне в эксплуатации.
То есть, это заявка на то, что силовая установка сверхзвукового самолёта будет потреблять приблизительно столько же топлива, сколько и у обычного авиалайнера, не способного разогнаться до скорости выше одного Маха.
Как это получится - пока объяснить трудно. Поскольку особенности конструкции двигателя его создатели на настоящий момент не раскрывают.
Какими они могут быть - российские сверхзвуковые авиалайнеры?
Конечно, сегодня существует множество конкретных проектов сверхзвуковых пассажирских самолётов. Однако, далеко не все близки к реализации. Посмотрим на наиболее перспективные.
Итак - особого внимания заслуживают российские авиастроители, унаследовавшие опыт советских мастеров. Как упоминалось ранее, сегодня, в стенах ЦАГИ имени Жуковского, по словам его сотрудников, уже почти закончено создание концепции сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения.
В официальном описании модели, предоставленном пресс-службой института, упоминается, что это «лёгкая, административная» авиамашина, «с низким уровнем звукового удара». Проектированием занимаются специалисты, сотрудники данного учреждения.
Также, в сообщении пресс-службы ЦАГИ упомянуто, что благодаря особой компоновке корпуса самолёта и специальному соплу, на коем установлена система шумоглушения, данная модель будет демонстрировать последние достижения технологического развития российского авиастроения.
Кстати, важно упомянуть, что среди наиболее перспективных проектов ЦАГИ, помимо описанного - новая конфигурация пассажирских авиалайнеров, именуемая «летающее крыло». Она реализует несколько особенно актуальных улучшений. А конкретно - даёт возможность, улучшить аэродинамику, снизить потребление топлива и т.д. Но для не сверхзвуковых авиамашин.
Кроме всего прочего, данный институт уже неоднократно представлял готовые проекты, которые привлекали внимание авиалюбителей со всего мира. Допустим, — один из последних, — модель сверхзвукового бизнес джета, способного преодолеть до 7 000 километров без дозаправки, и развивать скорость в 1,8 тысяч км/ч. Таковая была представлена на выставке «Гидроавиасалон-2018».
« … проектирование идёт по всему миру!»
Помимо названных российских, также наиболее перспективны следующие модели. Американский AS2 (способный развить скорость до 1,5 Маха). Испанский S-512 (предел скорости - 1,6 Маха). И также, находящийся на стадии проектирования в США, Boom, от компании Boom Technologies (ну а он сможет летать с максимальной скоростью в 2,2 Маха).
Есть ещё X-59, который создаётся по заказу NASA, фирмой Lockheed Martin. Но он будет представлять собой летающую научную лабораторию, а не пассажирский самолёт. Да и запускать оный в серийное производство пока никто не планировал.
Интересны планы компании Boom Technologies. Сотрудники данной фирмы заявляют, что будут стараться добиться максимального удешевления стоимости полёта на создаваемых предприятием сверхзвуковых авиалайнерах. Например, цену за перелёт из Лондона в Нью-Йорк они могут приблизительно назвать. Это около 5000 долларов США.
Для сравнения, столько стоит билет на рейс из английской столицы в «Новый» Йорк, на обычном, или «дозвуковом» самолёте, в бизнес-классе. То есть, цена полёта на авиалайнере, способном летать со скоростью более 1.2 Маха, будет приблизительно равна стоимости дорогого билета на самолёт, который не мог бы совершить такой же быстрый перелёт.
Однако, в Boom Technologies сделали ставку на то, что создать «тихий» сверхзвуковой пассажирский лайнер в ближайшей перспективе не получиться. Потому их Boom будет летать на максимальной скорости, кою способен развить, только над водными пространствами. А находясь над сушей, — переходить на меньшую.
При том, что длина Boom составит 52 метра, за раз он сможет перевезти до 45 пассажиров. Согласно планам компании, проектирующей самолёт, первый полёт этой новинки должен произойти в 2025 году.
Что на сегодняшний день известно о ещё одном перспективном проекте - AS2? Он сможет перевезти значительно меньше людей - только от восьми до двенадцати человек за рейс. При этом длина лайнера будет равна 51,8 метра.
Над водой он, как планируется, получит возможность летать со скоростью в 1,4-1,6 Маха, а над сушей - 1,2. Кстати, в последнем случае, благодаря особой форме, самолёт в принципе не будет образовывать ударных волн. Впервые эта модель должна подняться в воздух уже летом 2023. В октябре того же года - самолёт выполнит свой первый перелёт через Атлантику.
Это событие будет приурочено к памятной дате - двадцатилетию, с того дня, как «Конкорды» последний раз летели над Лондоном.
При том, испанский S-512 впервые взмоет в небо не позднее, чем в конце 2021 года. А поставки этой модели заказчикам начнутся с 2023. Максимальная скорость этого самолёта - 1,6 Маха. На его борту возможно расположить 22 пассажира. Предельная дальность полёта равна 11,5 тысячам км.
Клиент - всему голова!
Как можно заметить, некоторые компании очень стараются завершить проектирование и приступить к созданию авиамашин - как можно быстрее. Ради кого они готовы так торопиться? Попробуем объяснить.
Итак, в течении 2017 года, к примеру, объём воздушных пассажирских перевозок, составил четыре миллиарда человек. Причём 650 миллионов из них летали на дальние расстояния, проведя в пути от 3,7 до тринадцати часов. Далее - 72 миллиона из 650, при том, летели первым, или же бизнес-классом.
Вот на эти 72 000 000 человек, в среднем, и рассчитывают те компании, которые занимаются созданием сверхзвуковых пассажирских авиамашин. Логика проста - возможно, что многие из них будут не против заплатить немного больше за билет, с условием того, что полёт пройдёт, примерно, в два раза быстрей.
Но, даже не смотря на все перспективы, многие эксперты обоснованно полагают, что активный прогресс сверхзвуковой авиации, созданной для перевозки пассажиров, может начаться уже после 2025 года.
В подтверждение такого мнения свидетельствует и факт того, что упомянутая «летучая» лаборатория X-59 впервые поднимется в воздух только в 2021. А зачем?
Исследования и перспективы
Основной целью её полётов, которые будут проходить в течении нескольких лет, выступит сбор информации. Дело в том, что эта авиамашина должна пролететь над различными населёнными пунктами на сверхзвуковой скорости. Жители данных поселений уже выразили своё согласие на проведение испытаний.
И после того, как самолёт-лаборатория будет завершать очередной «экспериментальный перелёт», люди, живущие в тех населённых пунктах, над коими она пролетела, должны рассказать о тех «впечатлениях», что они получили за время, когда авиалайнер находился над их головами. А особенно чётко выразить - как воспринимали шум. Повлиял ли он на их жизнедеятельность и т.д.
Собранные таким образом данные, будут переданы в Федеральное управление гражданской авиации, что в Соединённых Штатах. И после их детального анализа специалистами, возможно, запрет на совершение полётов сверхзвуковых авиалайнеров над населёнными участками суши, будет отменён. Но в любом случае, случится это никак не раньше 2025 года.
А пока мы можем наблюдать за созданием этих инновационных самолётов, кои уже в скором времени ознаменуют своими полётами рождение новой эры сверхзвуковой пассажирской авиации!
ТАСС-ДОСЬЕ. 25 января 2018 года президент РФ Владимир Путин в ходе посещения Казанского авиационного завода им. C. П. Горбунова (филиал ПАО "Туполев") присутствовал при демонстрационном полете нового сверхзвукового стратегического ракетоносца Ту-160 "Петр Дейнекин" и предложил создать гражданскую версию данного самолета.
Редакция ТАСС-ДОСЬЕ подготовила справку об отечественных и иностранных программах по созданию сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров.
Начало разработок
Изыскания в области сверхзвуковой гражданской авиации начались в Великобритании, Франции и США в конце 1950-х годов. Первые эскизные проекты соответствующих пассажирских авиалайнеров появились на Западе в начале 1960-х годов. В это же время в Советском Союзе приступили к разработке собственного сверхзвукового самолета.
Ту-144
16 июля 1963 года вышло постановление ЦК КПСС и Совмина СССР "О создании ОКБ А. Н. Туполева сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144 с четырьмя реактивными двигателями и о постройке партии таких самолетов". Общее руководство проектом осуществлял генеральный конструктор ОКБ Андрей Туполев, а после его смерти в 1972 году - сын конструктора, Алексей Туполев.
Опытный экземпляр Ту-144 (бортовой номер СССР-68001) совершил первый полет 31 декабря 1968 года.
Выпуск серийных экземпляров Ту-144 был развернут на Воронежском авиационном заводе (ныне - ПАО "ВАСО" в составе ОАК). Всего с 1972 по 1984 годы было произведено 17 серийных машин, из них три проходили статические испытания, эксплуатировались 14 (в том числе две - с пассажирами), две разбились в авиакатастрофах, одна так и не была достроена. В период с ноября 1977 года по май 1978 года два Ту-144 выполнили 55 рейсов между Москвой и Алма-Атой, перевезя в общей сложности 3 тыс. 284 пассажиров.
В 1978 году после второй катастрофы эксплуатация Ту-144 была прекращена, а сама программа свернута. Работы по созданию модификации Ту-144ДА (с увеличенной дальностью полета) не получили развития.
Concorde
Aerospatiale/BAC Concorde ("Конкорд", с фр. "согласие") с 1962 года создавался французской компанией Aerospatiale совместно с British Aircraft Corporation. Опытный экземпляр (регистрационный номер - F-WTSS) поднялся в воздух через два месяца после первого полета Ту-144 - 2 марта 1969 года.
Всего в 1965-1979 годах было построено 20 экземпляров самолетов. 14 из них в 1976-2003 годах эксплуатировались авиакомпаниями Air France и British Airways на регулярных пассажирских линиях: в основном для трансатлантических перелетов по маршрутам в Нью-Йорк из Парижа и Лондона. В среднем расстояние между Парижем и Нью-Йорком самолет преодолевал за 3,5 часа.
За все время эксплуатации Concorde с самолетами этого типа произошла одна катастрофа. 25 июля 2000 года при взлете из Парижа машина Air France с регистрационным номером F-BTSC потерпела крушение из-за наличия на взлетно-посадочной полосе постороннего предмета. Тогда погибли 109 человек на борту и четыре человека на земле.
Всего за 27 лет эксплуатации Concorde перевезли более 2,5 млн пассажиров. Окончательно Air France и British Airways отказались от эксплуатации самолетов этого типа из- за спада пассажиропотока, вызванного терактами в США 11 сентября 2001 года, ростом затрат на поддержание самолетов в летной готовности и отсутствием перспектив по их модернизации.
Американская программа 1960-х годов
5 июня 1963 году президент США Джон Кеннеди объявил о запуске национальной программы создания сверхзвукового пассажирского авиалайнера, предложив компенсировать за счет государства 75% затрат компании-разработчика. Целью программы было конкурировать с проектом Concorde. Создать новый самолет выразили намерение корпорации Boeing, Lockheed и North American, предложившие, соответственно, проекты Boeing 2707, Lockheed L-2000 и гражданскую версию стратегического бомбардировщика XB-70 Valkyrie.
Наиболее перспективным был проект Boeing 2707 - широкофюзеляжного лайнера, рассчитанного на перевозку 277 пассажиров на расстояние до 7,8 тыс. км со скоростью 2 тыс. 900 км/ч. Был построен натурный макет самолета, Boeing получил 120 заказов от авиакомпаний США.
Однако в 1971 году стало очевидно отставание американской программы от европейского Concorde и советского Ту-144. В результате Конгресс США прекратил ее финансирование. Boeing и другие компании продолжать ее за свой счет отказались.
Другие проекты
Опыт программ Ту-144 и Concorde показал, что эксплуатация самолетов такого типа имеет целый ряд недостатков по сравнению с обычными, дозвуковыми лайнерами. В частности, из-за большого потребления топлива и дороговизны обслуживания сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров очень сложно сделать прибыльной. Также не удалось решить проблем с шумностью двигателей самолетов, а также похожих на взрыв звуковых ударов в момент перехода на сверхзвук.
Тем не менее, изыскания в данной области продолжаются и в настоящее время. Так, в 2016 году американская Boom Technology объявила о разработке самолета на 40 мест, способного преодолеть расстояние между Лос-Анджелесом и Сиднеем за шесть часов. Американские компании Aerion и Lockheed Martin работают над проектом трехдвигательного сверхзвукового бизнес-джет Aerion AS2 на 12 пассажиров, первые поставки которого намечены на 2023 год. Еще одна американская компания Spike Aerospace планирует сертифицировать в том же 2023 г. свой бизнес-джет Spike S-512, рассчитанный на перевозку 18 пассажиров.
Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ, гордод Жуковский, Московская область) представил на международном аэрокосмическом салоне МАКС-2017 макет сверхзвукового бизнес-джета, который может быть создан в течение ближайших десяти лет. В числе отмененных проектов такого рода - Sukhoi Supersonic Business Jet, Ту-344 (бизнес-джет на базе ракетоносца Ту-22М3), Ту-444 и др., программа NASA High Speed Civil Transport (1990-1999).
Многие западные специалисты видели в Ту 144 только копию англо-французского Concorde , но советский лайнер тяжелее, гораздо мощнее и быстрее. Самолёт, изготовленный в Советском Союзе, по ряду технических аспектов превосходил подобные разработки, которые ещё только были в стадии проекта на Западе.
История создания самолёта Ту 144
Не коммерческие соображения или опыт международных авиалиний, а необъятные просторы Советского Союза стали обоснованием для появления Ту 144 . Было подсчитано, что каждый перелёт создаёт экономию времени в среднем 24,9 часа, а это важно для таких пассажиров, как врачи, учёные и офицеры. Увеличить эту экономию до 36 часов могли только сверхзвуковые лайнеры. Это давало основание на производство 75 самолётов.
Заказ поручили отделу ОКБ, которым руководил А.А. Туполев в июле 1963 года. В ОКБ Н.Д. Кузнецова разработали новый двигатель НК-144, изготовленный из высокопрочных материалов, выдерживающих высокую температуру и оснащённый камерой форсажа с регулируемым соплом.
В ОКБ Микояна на базе МиГ-21 построили А-144 – летающий аналог Ту-144 , крыло которого это уменьшенная копия крыла сверхзвукового лайнера. Испытательные полёты на аналоге подтвердили, что новая машина может обойтись без горизонтального оперения.
В последний день уходившего 1968 года, сопровождаемый самолётом аналогом А-144 впервые взлетел первый прототип Ту-144 – намного раньше, чем Concorde . Экипаж – лётчики-испытатели Э. Елян и правый лётчик М.Козлов, инженер Ю.Селивёрстов и глава лётных испытаний В.Бендеров.
5 июня 1969 года превышена скорость М=1. В конце мая 1970 года достигли скорости М=2 на высоте 16300 м.
Наконец, машина достигла скорости М=2,4 при расчётной крейсерской скорости М=2,35 (2500 км/час). Конечно, этот прототип далёкий от пассажирской машины, так как внутренности салона были заполнены испытательным оборудованием, а члены экипажа сидели в катапультных креслах под отстреливаемыми люками.
После демонстрации Ту-144 в Шереметьево 21 мая 1970 года об этом проекте ничего не было слышно до появления в 1973 году первого серийного самолёта. К удивлению многих, самолёт практически полностью переделали.
Описание конструкции самолёта Ту 144
Аэродинамическая схема Ту-144 – это низкоплан без горизонтального оперения, киль с рулём поворота располагался вдоль оси самолёта, снизу под крылом установлены двигатели, шасси – две основные стойки по четыре колеса и одна двухколёсная передняя.
Новое крыло имело передние кромки, образованные двумя прямыми линиями, с трапециевидными законцовками, кроме того, оно получило ярко выраженную крутку и кривизну с загибающимися передней и задней кромками, особенно на законцовках. Площадь крыла расширилась до 438 м 2 . Элевоны с переделанной системой управления удлинили к законцовкам и модифицировали.
В конструкции крыла в большом объёме применили титановые сплавы, увеличили площади сотовой обшивки и элементов жесткости, стало больше сварных швов, вместо заклёпочных. Фюзеляж удлинили на 6,3 м.
Силовую установку полностью реконструировали, левую и правую мотогондолы (по два двигателя в каждой) развели в стороны. Переделали воздухозаборники, изменив их профиль. Двигатели сместили в хвост машины, так что сопла выступали за крыльевую кромку.
Переднюю опору шасси удлинили и передвинули на 9,6 м к носу, с уборкой вперёд в негерметичную нишу. Главные стойки шасси переделали в восьмиколёсные тележки, прикреплённые к фермам в гондолах двигателей и убирающиеся вперёд с поворотом на 90 0 между трактами воздухозаборников.
Совершенно новым и самым заметным элементом стало добавление выдвижного ПГО (переднего горизонтального оперения) большой подъёмной силы. Это складное крылышко крепилось к верхней части фюзеляжа за кабиной пилотов.
В крыльевых кесонах размещён основной объём топлива, а в хвостовой части корпуса находится балансировочный бак, используемый для перекачки в него горючего из остальных ёмкостей для устранения сильного смещения центровки в процессе перехода от дозвуковой скорости на сверхзвук и наоборот.
У Ту-144 характерное отличие – остеклённая опускаемая носовая часть корпуса, обеспечивающая видимость пилотам на больших углах атаки взлётно-посадочного режима, что присуще для крыла с малым удлинением. Эта опускающаяся часть никак не нарушает герметичность отсека экипажа, но сопряжение с обшивкой фюзеляжа выполнено так, что гладкость в сочленении сохранилась.
В кабине пилотов размещались три члена экипажа, впереди два пилота, несколько позади них бортовой инженер. Бортовая ЭВМ и автопилот выдерживали заданные параметры полёта, на дисплее отображалось место самолёта и остаток пути до пункта прилёта. Автоматика заводила самолёт на посадочную глиссаду в сложных метеоусловиях днём и ночью.
Три салона лайнера свободно вмещали 150 пассажиров. В хвосту самолёта размещалось багажное отделение, проход между креслами свободный, высотой 1,93 метра.
Лётные характеристики самолёта Ту 144
- Размах крыла – 28,8 м.
- Длина самолёта – 64,45 м.
- Высота самолёта – 12,5 м.
- Площадь крыла – 506,35 м 2 .
- Вес пустого самолёта(вариант 150 пас.) – 99,2 т.
- Максимальный взлётный вес – 207 т.
- Крейсерская скорость на сверхзвуке – 2120 км/час.
- Дальность с коммерческой нагрузкой: 7 т.(70 пасс) – 6200 км.
11 – 13 т.(110 – 130 пасс.) – 5500 – 5700 км.
15 т.(150 пасс.) – 5330 км.
Интересные факты о самолёте Ту 144
Интересное решение для Ту-144 – это применение на взлётно-посадочных режимах переднего горизонтального оперения. Выпуск ПГО и отклоняемая спереди часть корпуса разрешали снизить скорость на посадке до нормальной.
У двигателей Ту144 не было реверса – это компенсировалось мощными вентиляторами охлаждения шасси и тормозным парашютом.
Два печальных факта, во Франции 3 июня 1973 года на авиашоу произошло опасное сближение лайнера с истребителем «Мираж». Слишком резко выполнив маневр ухода от столкновения, Ту-144 упал на жилые районы. Члены экипажа погибли и с ними 8 человек в городе, 25 жителей получили ранения.
Во время очередных испытаний 23 мая 1978 года произошёл пожар в системе питания топливом. Пилотам пришлось произвести посадку на первое подвернувшееся поле, двух членов экипажа зажало фрагментами конструкции самолёта и их не удалось спасти, остальные шесть человек остались живы, самолёт полностью сгорел.
Ту-144 стал первым пассажирским лайнером, достигшим сверхзвуковой скорости.
Неустранимым недостатком Ту-144 являлся непрестанный шум в пассажирском салоне во время охлаждения системы кондиционирования на сверхзвуке.
Большая максимальная скорость Ту-144 в отличие от «Конкорда» , явилась неоспоримым фактором для его использования в качестве летающей лаборатории НАСА.
Видео: взлёт Ту 144