Звичайний пасажирський літак літає зі швидкістю близько 900 км/година. Реактивний військовий винищувач може розвивати приблизно втричі більшу швидкість. Однак сучасні інженери з РФ та інших країн світу активно розробляють ще більше швидкісні машини- Гіперзвукові літаки. У чому специфіка відповідних концепцій?

Критерії гіперзвукового літака

Що таке гіперзвуковий літак? Під таким прийнято розуміти апарат, здатний літати зі швидкістю, що багаторазово перевищує таку для звуку. Підходи дослідників до визначення конкретного її показника різняться. Поширена методологія, через яку літак слід вважати гіперзвуковим, якщо він кратно перевищує швидкісні показники найшвидших сучасних надзвукових апаратів. Які становлять близько 3-4 тис. км/год. Тобто гіперзвуковий літак, якщо дотримуватись цієї методології, повинен розвивати швидкість від 6 тис. км/год.

Безпілотні та керовані апарати

Підходи дослідників можуть відрізнятися також аспекті визначення критеріїв віднесення тієї чи іншої апарату до літаків. Є версія, що до таких правомірно відносити ті машини, які керуються людиною. Є думка, за якою літаком також можна вважати і безпілотний апарат. Тому деякі аналітики класифікують машини типу, що розглядається, на ті, що підлягають управлінню людиною, і ті, які функціонують автономно. Подібний поділ може бути виправданим, оскільки безпілотні апарати можуть володіти набагато більшими. технічними характеристиками, наприклад, у частині перевантажень та швидкості.

Разом з тим, багато дослідників розглядають гіперзвукові літаки як єдину концепцію, для якої ключовий показник — швидкість. Неважливо, чи сидить за штурвалом апарата людина чи машина керується роботом — головне, щоб літак був достатньо швидким.

Зліт — самостійний чи із сторонньою допомогою?

Поширена класифікація гіперзвукових літальних апаратів, основу якої — віднесення їх у категорії тих, що здатні злітати самостійно, або тих, які передбачають розміщення більш потужному носії — ракеті чи вантажному літаку. Існує думка, через яку до апаратів аналізованого типу правомірно відносити переважно ті, що здатні злітати самостійно чи за мінімальному залученні інших типів техніки. Проте ті дослідники, які вважають, що основний критерій, що характеризує гіперзвуковий літак, — швидкість, має бути першорядним за будь-якої класифікації. Будь то віднесення апарату до безпілотних, керованих, здатних злітати самостійно або за допомогою інших машин - якщо відповідний показник досягає зазначених вище значень, то, значить, мова йдепро гіперзвуковий літак.

Основні проблеми гіперзвукових рішень

Концепціям гіперзвукових рішень багато десятиліть. Протягом усіх років розробки відповідного типу апаратів світові інженери вирішують низку суттєвих проблем, які об'єктивно заважають поставити випуск «гіперзвуку» на потік — подібно до організації виробництва турбогвинтових літаків.

Основна складність у конструюванні гіперзвукових літаків — створення двигуна, здатного бути достатньо енергоефективним. Інша проблема – вибудовування необхідного апарату. Справа в тому, що швидкість гіперзвукового літака в тих значеннях, що ми розглянули вище, передбачає сильне нагрівання корпусу за рахунок тертя про атмосферу.

Сьогодні ми розглянемо кілька зразків вдалих прототипів літальних апаратів відповідного типу, розробники яких змогли значно просунутися вперед щодо успішного вирішення зазначених проблем. Вивчимо тепер найбільш відомі світові розробки щодо створення гіперзвукових літальних апаратів аналізованого типу.

від Boeing

Найшвидший гіперзвуковий літак у світі, як вважають деякі експерти, це американський Boeing X-43A. Так, у ході тестування даного апарату було зафіксовано, що він досягав швидкості, що перевищує 11 тис км/год. Тобто приблизно в 9,6 рази швидше

Чим особливо примітний гіперзвуковий літак X-43A? Характеристики даного літального апарату такі:

Гранична швидкість, зафіксована на тестах, – 11 230 км/год;

Розмах крил – 1,5 м;

Довжина корпусу – 3,6 м;

Двигун – прямоточний, Supersonic Combustion Ramjet;

Паливо – атмосферний кисень, водень.

Можна відзначити, що даний апарат відноситься до найбільш екологічним. Справа в тому, що паливо, що використовується, практично не передбачає виділення шкідливих продуктів горіння.

Гіперзвуковий літак X-43A був розроблений спільними зусиллями інженерів NASA, а також компаній Orbical Science Corporation та Minocraft. створювався близько 10 років. У його розробку вкладено близько 250 млн. доларів. Концептуальна новизна літака, що розглядається в тому, що він був задуманий з метою випробування новітньої технології забезпечення роботи рухової тяги.

Розробка від Orbital Science

Компанія Orbital Science, яка, як ми зазначили вище, взяла участь у створенні апарату X-43A, встигла створити свій гіперзвуковий літак — X-34.

Його гранична швидкість – понад 12 тис. км/год. Щоправда, в ході практичних тестів її не було досягнуто — більше того, не вдалося досягти показника, показаного літаком X43-A. Літальний апарат, що розглядається, прискорюється при задіянні ракети «Пегас», що функціонує на твердому паливі. Машина X-34 була вперше випробувана у 2001 році. Розглянутий літак відчутно більший за апарат від Boeing — його довжина становить 17,78 м, розмах крил — 8,85 м. Максимальна висотапольоту гіперзвукової машини від Orbical Science – 75 кілометрів.

Літальний апарат від North American

Ще один відомий гіперзвуковий літак – X-15, випущений компанією North American. Цей апарат аналітики відносять до експериментальних.

Він оснащений, що дає привід деяким експертам не відносити його, власне, до класу літаків. Однак наявність ракетних двигунів дозволяє апарату, зокрема, здійснювати Так, під час одного з випробувань у такому режимі він був протестований пілотами. Призначення апарату X-15 - дослідження специфіки гіперзвукових польотів, оцінка тих чи інших конструкторських рішень, нових матеріалів, особливостей керування подібними машинами у різних шарах атмосфери. Примітно, що було затверджено ще 1954 року. Літає X-15 зі швидкістю понад 7 тис. км/год. Дальність його польоту – понад 500 км, висота перевищує 100 км.

Найшвидші серійні літаки

Вивчені нами вище гіперзвукові апарати фактично належать до категорії дослідницьких. Корисно буде розглянути деякі серійні зразки літаків, наближених за характеристиками до гіперзвукових або (за тією чи іншою методологією) ними.

Серед таких машин — американська технологія SR-71. Цей літак деякі дослідники не схильні відносити до гіперзвукових, оскільки його гранична швидкість становить близько 3,7 тис. км/год. Серед найбільш примітних його характеристик – злітна маса, яка перевищує 77 тонн. Довжина апарату – понад 23 м, розмах крил – понад 13 м.

Одним із найшвидших військових літаків вважається російське МіГ-25. Апарат може розвивати швидкість понад 3,3 тис. км/год. Максимальна злітна вага російського літака- 41 тонна.

Таким чином, на ринку серійних рішень, наближених за характеристиками до гіперзвукових, РФ — серед лідерів. Але що можна сказати про російські розробки в частині «класичних» гіперзвукових літаків? Чи здатні інженери з РФ створити рішення, конкурентне машинам від Boeing та Orbital Scence?

Російські гіперзвукові апарати

На даний момент російський гіперзвуковий літак знаходиться на стадії розробки. Але йде вона досить активно. Йдеться про літак Ю-71. Його перші випробування, судячи з повідомлень у ЗМІ, було проведено у лютому 2015 року під Оренбургом.

Передбачається, що літак використовуватиметься у військових цілях. Так, гіперзвуковий апарат зможе за необхідності здійснювати доставку вражаючих коштів на значні відстані, вести моніторинг території, а також використовуватися як елемент штурмової авіації. Деякі дослідники вважають, що у 2020-2025 pp. до РВСН надійде близько 20 літаків відповідного типу.

У ЗМІ є відомості про те, що розглянутий гіперзвуковий літак Росії розміщуватиметься на балістичній ракеті «Сармат», яка також знаходиться на стадії проектування. Деякі аналітики вважають, що гіперзвуковий апарат Ю-71, який розробляється, — це не що інше, як боєголовка, яка повинна буде відокремлюватися від балістичної ракети на кінцевій ділянці польоту, щоб потім, завдяки високій, характерній для літака маневреності, долати системи ПРО.

Проект «Аякс»

Серед найбільш примітних проектів, пов'язаних із розробкою гіперзвукових літаків, - "Аякс". Вивчимо його докладніше. Гіперзвуковий літак "Аякс" - концептуальна розробка радянських інженерів. У науковому середовищі розмови про неї почалися ще у 80-ті роки. Серед найбільш примітних характеристик - наявність системи теплового захисту, яка покликана захищати корпус від перегріву. Таким чином, розробники апарату "Аякс" запропонували вирішення однієї з "гіперзвукових" проблем, зазначених нами вище.

Традиційна схема теплового захисту літальних машин передбачає розміщення на корпусі спеціальних матеріалів. Розробники "Аякса" запропонували іншу концепцію, за якою передбачалося не захищати апарат від зовнішнього нагріву, а впускати тепло всередину машини, одночасно збільшуючи її енергоресурс. Основним конкурентом радянського апарату вважався гіперзвуковий літак «Аврора», створюваний у США. Однак у зв'язку з тим, що конструктори з СРСР суттєво розширили можливості концепції, на нову розробку було покладено найширше коло завдань, зокрема дослідницьких. Можна сказати, що "Аякс" - гіперзвуковий багатоцільовий літак.

Розглянемо докладніше технологічні нововведення, запропоновані інженерами із СРСР.

Отже, радянські розробники «Аякса» запропонували використовувати тепло, що виникає як результат тертя корпусу літака про атмосферу, перетворювати на корисну енергію. Технічно це могло бути реалізоване за допомогою розміщення на апараті додаткових оболонок. У результаті формувалося щось на кшталт другого корпусу. Його порожнину передбачалося заповнити якимось каталізатором, наприклад, сумішшю пального матеріалу та води. Теплоізолюючий шар, виготовлений з твердого матеріалу, в «Аяксі» передбачалося замінити на рідинний, який, з одного боку, мав захищати двигун, з іншого — сприяв би каталітичній реакції, яка, між тим, могла супроводжуватися ендотермічним ефектом — переміщенням тепла із зовнішньої. частини корпусу усередину. Теоретично охолодження зовнішніх частин апарати могло бути яким завгодно. Надмірне тепло, у свою чергу, передбачалося задіяти з метою підвищення ефективності роботи двигуна літака. При цьому дана технологія дозволяла б генерувати внаслідок реакції палива та види вільного водню.

Наразі доступні широкому загалу відомості про продовження розробки «Аякса» відсутні, проте дослідники вважають досить перспективним впровадження радянських концепцій у практику.

Китайські гіперзвукові апарати

Конкурентом Росії та США на ринку гіперзвукових рішень стає Китай. Серед найвідоміших розробок інженерів із КНР — літальний апарат WU-14. Він являє собою гіперзвуковий керований планер, що розміщується на балістичній ракеті.

МБР запускає літальний апарат до космосу, звідки машина різко пікірує вниз, розвиваючи гіперзвукову швидкість. Китайський апарат може монтуватися на різних МБР, що мають дальність від 2 до 12 тис. км. Встановлено, що в ході тестів апарат WU-14 зміг розвинути швидкість, що перевищує 12 тис. км/год, перетворившись таким чином на найшвидший гіперзвуковий літак за версією деяких аналітиків.

Разом з тим, багато дослідників вважають, що китайську розробку не цілком правомірно відносити до класу літаків. Так, поширена версія, за якою апарат слід класифікувати як боєголовку. Причому дуже ефективну. При польоті вниз із зазначеною швидкістю навіть найсучасніші системи ПРО не зможуть гарантувати перехоплення відповідної мети.

Можна відзначити, що розробками гіперзвукових апаратів, що задіяні у військових цілях, займаються також Росія та США. При цьому російська концепція, за якою передбачається створювати машини відповідного типу, значно відрізняється, як свідчать дані деяких ЗМІ, від технологічних принципів, реалізованих американцями і китайцями. Так, розробники з РФ концентрують зусилля у сфері створення літальних апаратів, оснащених прямоточним двигуном, здатних запускатися із землі. Росія планує співпрацю у цьому напрямку з Індією. Гіперзвукові апарати, створювані за російською концепцією, вважають деякі аналітики, характеризуються меншою вартістю і ширшою сферою застосування.

Водночас гіперзвуковий літак Росії, про який ми сказали вище (Ю-71), передбачає, як вважають деякі аналітики, саме розміщення на МБР. Якщо ця теза виявиться вірною, то можна буде говорити про те, що інженери з РФ працюють відразу по двох популярних концептуальних напрямках у будівництві гіперзвукових літальних апаратів.

Резюме

Отже, ймовірно, найшвидший гіперзвуковий літак у світі, якщо говорити про літальні апарати без їх класифікації, це все ж таки китайський апарат WU-14. Хоча треба розуміти, що реальні відомості про нього, зокрема випробування, можуть бути засекречені. Це цілком відповідає принципам китайських розробників, які часто будь-що прагнуть зберегти свої військові технології в таємниці. Швидкість найшвидшого гіперзвукового літака – понад 12 тис. км/год. Його «наздоганяє» американська розробка X-43A — багато експертів вважають найшвидшим саме його. Теоретично гіперзвуковий літак X-43A, а також китайський WU-14 може наздогнати розробку від Orbical Science, розраховану на швидкість понад 12 тис. км/год.

Характеристики російського літака Ю-71 поки що не відомі широкому загалу. Цілком можливо, що вони будуть наближені до параметрів китайського літального апарату. Російські інженери також ведуть розробки з гіперзвукового літака, здатного злітати не на базі МБР, а самостійно.

Поточні проекти дослідників із Росії, Китаю та США так чи інакше пов'язані з військовою сферою. Гіперзвукові літаки, безвідносно їхньої можливої ​​класифікації, розглядаються в першу чергу як носії озброєнь, швидше за все, ядерних. Однак у роботах дослідників з різних країн світу зустрічаються тези про те, що «гіперзвук», подібно до атомних технологій, цілком може бути мирним.

Справа за появою доступних та надійних рішень, що дозволяють організувати серійне виробництво машин відповідного типу. Використання подібних апаратів можливе у найширшому спектрі галузей господарського розвитку. Найбільшу затребуваність гіперзвукові літальні апарати, ймовірно, знайдуть у космічній та дослідницькій індустрії.

У міру здешевлення технологій виробництва відповідних машин зацікавленість в інвестуванні в подібні проекти можуть виявляти транспортні бізнеси. Промислові корпорації, постачальники різних сервісів можуть почати розглядати гіперзвук як інструмент підвищення конкурентоспроможності бізнесу в частині організації міжнародних комунікацій.

Одним із найважливіших завдань усіх фахівців авіаційно-транспортного виробництва є створення надзвукових пасажирських літаків. Аналіз вже існуючих надзвукових пасажирських літаків дозволив розробити принципово нові, економічно вигідні та відповідні екологічним нормам. Розглянемо низку винаходів, спрямованих створення універсальних надзвукових пасажирських літаків, які можна було б використовувати на висотах польоту, що знаходяться за межами сучасних повітряних коридорів, з надзвуковими швидкостями.

Надзвуковий літак, розроблений Корабеф Йоханном та Прамполіні Марко, має покращені характеристики літаків «Конкорд» та «Туполєв ТУ-144». Зокрема зниження рівня шуму, яким супроводжується подолання звукового бар'єру.

Даний винахід містить фюзеляж (рис 1), який утворений передньою секцією або носом CN, середньою секцією або пасажирською кабіною P та задньою секцією. Фюзеляж літака має постійний перетин, який, починаючи від секції пасажирської кабіни, поступово розширюється, а задньому напрямі повітряного судна звужується.

Малюнок 1. Вид надшвидкісного повітряного судна у поздовжньому розрізі

Усередині задньої секції фюзеляжу розташовуються один або кілька резервуарів з рідким киснем R01 і резервуар з воднем в рідкому або стані шугаподібні Rv, призначені для живлення ракетного двигуна.

Повітряне судно має трикутне готичне крило, як показано на (рис.2), корінь якого бере початок на рівні, де починається розширення передньої частини фюзеляжу. Трикутне крило обладнане двома закрилками з кожного боку фюзеляжу.

Малюнок 2. Вид надшвидкісного повітряного судна у перспективі

З допомогою циліндричної деталі кожному зовнішньому кінці задньої кромки трикутного крила закріплено мале крило a1,a2. На (рис. 3) ілюструється даний винахід.

Малюнок 3. Мале крило у перспективі

Рухоме мале крило складається з двох елементів трапецієподібної форми, які розташовані з двох сторін циліндричної деталі. Циліндрична деталь, вісь якої паралельна осі фюзеляжу, може повертатися навколо осі для установки малого крила в залежності від швидкості повітряного судна. Положення малих крил є горизонтальним при швидкості нижче 1Мах і вертикальним при швидкостях вище 1Мах. Зміна положень малого крила необхідна для вирішення проблеми з суміщенням центру тяжіння та центру застосування тяги за будь-якої швидкості літака.

Повітряне судно обладнане системою двигунів (рис. 1). Дана система містить два турбореактивні двигуни TB1(TB2), два прямоточні повітряно-реактивні двигуни ST1(ST2) і ракетний двигун Mf.

Два турбореактивні двигуни TB1(TB2) розміщені в перехідній зоні між пасажирською кабіною P і задньою секцією фюзеляжу. Турбореактивні двигуни призначені для етапу руління повітряного судна та етапу зльоту. Незадовго до входу в область трансзвукового польоту турбореактивні двигуни вимикаються та забираються всередину фюзеляжу. Як тільки починається фаза посадки повітряного судна і швидкість повітряного судна стає нижчою за швидкість 1Мах, відбувається випуск і запалення турбореактивних двигунів. Дане рішення дозволяє значно зменшити розмір та масу турбореактивних двигунів у порівнянні з турбореактивними двигунами стандартного використання.

На етапі зльоту повітряне судно рухається не тільки за рахунок турбореактивних двигунів TB1(TB2), а й за рахунок ракетного двигуна. Ракетний двигун може являти собою (рис.4) або єдиний двигун з тягою, що плавно змінюється, або комбінацію головного двигуна Mp з декількома допоміжними двигунами Ma1,Ma2 з роздільною тягою.

Рисунок 4. Вид ракетного двигуна ззаду

Ракетний двигун, розміщений у задній частині фюзеляжу, має можливість відкривання та закривання у фюзеляжі за допомогою заднього люка P повітряного судна, як показано на (рис.5).

Малюнок 5. Вид надшвидкісного повітряного судна ззаду

На етапі зльоту люк повністю відкритий, але як повітряне судно виявляється на великій висоті, ракетний двигун вимикають, а люк закривають, що надає обтічну форму фюзеляжу. Починається фаза польоту на крейсерській швидкості.

Фаза польоту на крейсерській швидкості відбувається з включення прямоточних повітряно-реактивних двигунів ST1(ST2) та вимкнення ракетного двигуна Мf. Два прямоточні повітряно-реактивні двигуни розміщені симетрично щодо поздовжньої осі повітряного судна і призначені для створення крейсерської швидкості. Прямоточні повітряно-реактивні двигуни мають нерухому геометрію, що знижує їхню масу і спрощує їхню конструкцію. Тягу прямоточних повітряно-реактивних двигунів модулюють під час польоту за допомогою зміни витрати водню.

Повітряне судно, згідно з винаходом, може перевозити близько двадцяти пасажирів. Висота польоту літака становить від 30000м до 35000м і може розвивати швидкість від 4Мах до 4,5Мах.

Особливий інтерес має надзвуковий пасажирський літак, який пропонують виконувати за аеродинамічною схемою «качка». Відповідно до технічним рішенням, що заявляється, літальний апарат містить фюзеляж, як показано на (рис.6), який за допомогою напливу 2 пов'язаний з крилом 1. У центральній частині фюзеляжу розміщений пасажирський салон. У поперечному перерізі носова та центральна частини фюзеляжу виконані округлої форми. У хвостовій частині фюзеляжу є поглиблення.

Рисунок 6. Загальний вигляд літального апарату

Повітряне судно забезпечене двигунами, розміщеними в мотогондолі 3, які з двома повітрозабірниками 4 об'єднані в пакет. Даний пакет установлюється зверху за поглибленням хвостової частини фюзеляжу, що дозволяє знизити лобовий опір судна, поліпшити балансування при відмові одного двигуна.

Поглиблення хвостової частини фюзеляжу спрямоване зменшення нерівномірності надзвукового потоку, поданого в воздухозаборники. Дане технічне рішення обмежено першим майданчиком 6 і парою других майданчиків 7, що показано (рис.7).

Малюнок 7. Вид на хвостову частину фюзеляжу зверху

Перший майданчик 6, виконаний плоскою, утворює косий зріз фюзеляжу. Майданчик може бути орієнтована до напряму подачі повітря повітрязабірник судна під гострим кутом, значення якого лежить в діапазоні від 2 до 10 градусів. З обшивкою фюзеляжу перший майданчик з'єднується під кутом без плавного переходу, що забезпечує наявність у місці стику майданчика з обшивкою гострої кромки 9, що формує вихрове протягом вздовж гострих кромок стику. Вихрове надзвукове протягом забезпечує видалення наростаючого прикордонного шару, що утворюється за рахунок переміщення потоку по майданчиках, з периферійних областей майданчиків і стікання його в сторони від фюзеляжу.

Другі майданчики 7, виконані плоскими, розміщуються між повітрозабірниками 4 і першим майданчиком 6. Вони розташовані один до одного під кутом, який доцільно вибрати 150 градусів, що перевищує. Для запобігання зростанню аеродинамічного опору, величина кута між напрямком подачі повітря в повітрозабірник і ребром з'єднання других майданчиків 10 не повинна перевищувати 20 градусів.

Наявність других майданчиків дозволяє видаляти прикордонний шар з областей, близьких до площини симетрії повітряного судна, за рахунок утворення інтенсивного вихору. Інтенсивний вихровий перебіг утворюється в зоні розміщення ребра між іншими майданчиками. Видалення прикордонного шару з областей, близьких до площини симетрії повітряного судна, дозволяє зменшити товщину прикордонного шару перед входом у повітрозабірники.

Забезпечується видалення прикордонного шару безпосередньо перед зрізом повітрозабірника, за рахунок продовження других майданчиків за цей зріз. На (рис 8) ілюструється це рішення.

Рисунок 8. Вид на один із других плоских майданчиків у місці її продовження за зріз повітрозабірника

Відмінність патенту Сиротіна Валерія Миколайовича від інших у тому, що він пропонує пасажирський надзвуковий літак із зворотною стрілоподібністю крила, що має аварійно-рятувальні модулі (показаний на рис. 9).

Повітряне судно, згідно з патентом, містить фюзеляж 1, носової частини якого розташована кабіна пілотів 11. У середній частині розташовані аварійно-рятувальні модулі 2, які утворюють зовнішній обвід фюзеляжу, за рахунок теплоізольованих стінок. Також надзвуковий літак містить ліве та праве крила 3, які виконані з можливістю повороту щодо осі фюзеляжу. Силова установка винаходу включає чотири підйомно-маршевих турбореактивних двигуна 9.

Рисунок 9. Вид на повітряне судно зверху перед поворотом правого та лівого крил до утримуючих захватів фюзеляжу

Варто зауважити, що повітряне судно має вертикальний 6 і 7 горизонтальний стабілізатори. Переднє горизонтальне оперення 8 за допомогою спеціальних двигунів встановлено з можливістю повороту щодо осі по горизонталі фюзеляжу.

З можливістю повороту щодо осі по горизонталі фюзеляжу прикріплено і праве, і ліве крило 3. Щоб на надзвуковій швидкості положення правого та лівого крила були зафіксовані, в нижній частині фюзеляжу є захвати, що утримують. Для повороту крил передбачені спеціальні двигуни. Величина повороту крил становить 53 градуси щодо осі по горизонталі фюзеляжу. Це значення забезпечує зміщення зони, де починається зрив потоку з кінців крил до кореня.

На (рис. 10) представлено, як під час зльоту двигуни механізмів 15 здійснюють поворот правого та лівого крила на кут 53 градуси у напрямку від фюзеляжу, а поворот переднього горизонтального оперення на кут 85 градусів. Ця аеродинамічна схема зі зворотною стріловидністю дозволяє літаку злітати.

Рисунок 10. Вид зверху на схему механізмом повороту крил

При досягненні високої дозвукової швидкості двигуни механізмів повертають крила в напрямку всередину до осі фюзеляжу, де фіксуються утримуючими захватами. Відбувається поворот та переднього горизонтального оперення. За рахунок даних дій літак змінює свою аеродинамічну схему (рис.11), що дозволяє розвинути надзвукову швидкість.

Малюнок 11. Вид на повітряне судно зверху після повороту правого та лівого крил до утримуючих захватів фюзеляжу

Для випадку аварійної ситуації на судні передбачено аварійно-рятувальні модулі (рис.12). Кожен модуль забезпечений катапультними установками 21, які приводяться в дію по команді пілотів, парашутом 22, посадковим пристроєм 23 автономною системою енергопостачання.

Малюнок 12. Спуск модуля.

Автори патенту №2391254 пропонують нам надзвукове судно, яке виконане за аеродинамічною схемою «безхвостка з ГО». Згідно з патентом, як показано на (рис.13), літак містить фюзеляж 1, передня частина якого включає кабіну пілотів і пасажирський салон 8. Особливу увагу варто звернути на те, що носик приплющений фюзеляжу 7. У вертикальній площині він виконаний з радіусом 0, 1…5 мм, а горизонтальній 300…1500 мм.

Рисунок 13. Загальний вигляд літального апарату

Мінімум звукового удару досягається тим, що близька до кругової форми форма поперечного перерізу має наростання радіусу передньої частини фюзеляжу.

За даним патентом для забезпечення високої ефективності поздовжнього керування, створення сприятливого моменту на надзвукових швидкостяхнижня хвостова частина фюзеляжу плавно переходить у плоску у поперечному напрямку поверхню. Нижня хвостова частина фюзеляжу закінчується кермом висоти.

Для забезпечення мінімальних збурень потоку та хвильового опору автори пропонують на кореневій секції стрілоподібного крила в місці зчленування крила і фюзеляжу 14 зробити великий кут стріловидності порядку 78…84. А профіль передньої кромки 9 виконати з радіусом заокруглення 5...40 мм, для збільшення об'єму крила і максимального значення допустимого кута атаки.

Особливу увагу варто звернути на повітрозабірники двигунів 4, які розміщуються з боків фюзеляжу над верхньою поверхнею кореневої частини крила, що забезпечує зниження несприятливого впливу на величину звукового удару. Так як перед повітрозабірниками відбувається підгальмовування потоку, здійснюється відведення прикордонного шару через перфоровані ділянки 16 (показано на (рис.14)), які виконані на площинах перед повітрозабірниками та в них самих.

Малюнок 14. Схема підібгання крила (фюзеляжу) перед повітрозабірниками та схема перепуску прикордонного шару

Злив даного прикордонного шару відбувається на верхню поверхню фюзеляжу та крила, через повітропровід зливу 17. Але для підведення необхідної кількості повітря на різних режимах, надзвукові воздухозаборники містять механізм керованого перепуску повітря 18 з каналу зливу прикордонного шару канал повітроводу 19 від повітрозабірників до двигуна.

Реалізовані на даний часнадзвукові літаки з тих чи інших причин було знято з використання. Представлені у цій статті винаходу спрямовані на створення надзвукових повітряних суден, які мають високі льотні характеристики та екологічні показники.

Головними технічними завданнями для створення таких апаратів є:

Зниження аеродинамічного опору судна;

зниження рівня шуму, яким супроводжується подолання звукового бар'єру;

Зменшення викидів шкідливих речовин в атмосферу, що досягається зменшеним споживанням палива за рахунок покращення характеристик повітрозабірників.

Більшість запатентованих надзвукових літаків мають висоту польоту, що перевищує висоту польоту звичайного авіалайнера. Така перевага дозволяє використовувати літальний апарат практично у погодні умови, оскільки політ здійснюється на висотах, де відсутні метеорологічні явища, що впливають на нормальне пілотування.

Список літератури:

  1. Бабулін А.А., Власов С.А., Суботін В.В., Тітов В.М., Тюрін С.В. Пат. №2517629 (РФ). МПК B 64 D 33/02, B 64 D 27/20, B 64 C 30/00. Літальний апарат.
  2. Бахтін Є.Ю., Житенев В.К., Кажан А.В., Кажан В.Г., Миронов А.К., Поляков А.В., Ремєєв Н.Х. Пат. №2391254 (РФ). МПК B 64 D 33/02, B 64 D 27/16, 64 С 3/10, 64 С 1/38, 64 С30. Надзвуковий літак (варіанти).
  3. Корабеф Йоханн, Прамполіні Марко, Пат. №2547962 (РФ). МПК 64 С 30/00, B 64 D 27/020, B 64 С 5/10, B 64 С 5/08. Надшвидкісне повітряне судно та відповідний спосіб повітряного пересування
  4. Сиротін В.М. Пат. №2349506 (РФ). МПК B64С3/40, B64С30. Пасажирський надзвуковий літак із зворотною стрілоподібністю крила та з аварійно-рятувальними модулями.

Ідея президента Росії Володимира Путіна, натхненного польотом нового «Білого лебедя», про створення надзвукового літаказмусила замислитися як співробітників Казанського авіабудівного заводу, а й багатьох інших спостерігачів. Чи може ракетоносець надихнути конструкторів створення нових типів надзвукових літаків?

Найбільший і найпотужніший в історії військової авіації надзвуковий літак Ту-160, відомий багатьом на прізвисько «Білий лебідь», днями отримав нове життя. Вперше за довгі роки Казанський авіабудівний завод представив громадськості оновлений бомбардувальник Ту-160М, названий на честь першого головнокомандувача ВПС Росії Петра Дейнекіна.

За першим польотом ракетоносця особисто спостерігав Верховний головнокомандувач ЗС РФ та президент Росії Володимир Путін. Глава держави був глибоко вражений польотом нового «Білого лебедя» і високо оцінив професіоналізм льотчиків, які виконували маневр, попросивши віддячити пілотам ще до приземлення повітряного судна. В емоціях президента не було нічого дивного, оскільки Путін і сам пілотував ракетоносець Ту-160 ще 2005 року.

Після завершення польоту президент висловив казанським авіаконструкторам пропозицію створити на основі нового Ту-160М версію пасажирського свердвукового «Лебедя» для цивільної авіації.

Але щоб зрозуміти, наскільки реально втілити в життя ідею Володимира Путіна, слід звернутися до історії російської авіації і згадати, які кроки вже робилися авіаконструкторами в цьому напрямку.

Ту-144

Одним із найбільших успіхів промисловості в історії Росії було створення літака Ту-144. Він був виготовлений задовго до Ту-160 та став першим в історії людства надзвуковим пасажирським авіалайнером. До того ж Ту-144 і досі є одним із двох. відомих історіїтипів надзвукових пасажирських літаків

Авіалайнер був створений за завданням Ради Міністрів СРСР, що вийшло 19 липня 1963 року. До першого надзвукового пасажирського літака висувалися серйозні вимоги. Літак мав бути здатним літати на крейсерській швидкості від 2300 до 2700 км/год на відстань до 4500 кілометрів, перевозячи на борту до 100 пасажирів.

Перший прототип літака ОКБ Туполєва створило 1965 року. Вже за три роки літак вперше піднявся в небо, випередивши на два місяці головного та єдиного конкурента – знаменитого британсько-французького «Конкорду».

Ту-144 мав низку особливостей конструкції, які навіть зовні помітно відрізняли його від інших літаків. На його крилах не було закрилків і передкрилків: літак знижував швидкість завдяки носовій частині фюзеляжу, що відхиляється. Крім того, на авіалайнері було встановлено предок сучасних GPS-навігаторів – система ПІНО (Проекційний індикатор навігаційної обстановки), яка проектувала необхідні координати на екран із діафільму.

Однак через надто великі витрати на експлуатацію та обслуговування авіалайнера Радянський Союз відмовився від подальшого виробництва Ту-144. На момент відмови від виробництва всього збереглося 16 літаків, два з яких пізніше були знищені в результаті сумнозвісної катастрофи на міжнародному авіасалоні в Ле-Буржі в 1973 і в катастрофі над Єгор'євським в 1978 році. На даний момент у світі в зібраному вигляді залишилося лише вісім літаків, три з яких можуть бути повністю відновлені та готові до подальшого використання.

УПС-2 та Ту-244

Фото: Stahlkocher/wikimedia.org

Ще одним проектом, на який покладали серйозні очікування, став УПС-2, якому пізніше розробник – ОКБ Туполєва – дав перспективну назву Ту-244.

Перші відомості про роботи над надзвуковим пасажирським авіалайнером другого покоління датуються приблизно 1971-1973 роками минулого століття.

Під час розробки Ту-224 конструктори враховували як досвід створення та експлуатація його попередників – Ту-144 та «Конкорду», так і Ту-160, а також американських проектів надзвукових літаків.

За задумом розробників СПС-2 новий авіалайнер повинен був втратити головну візитної картки» свого попередника - носової частини фюзеляжу, що відхиляється вниз. Крім того, площа скління кабіни пілотів мала бути знижена до достатнього для огляду мінімуму. Для зльоту та посадки літака планувалося використовувати систему оптико-електронного огляду.

Також літак, що проектувався, мав підніматися на висоту до 20 кілометрів і вміщувати на борту близько 300 пасажирів. Для досягнення таких параметрів необхідно було разово збільшити його розміри за всіма параметрами, що й планувалося зробити: з довжиною фюзеляжу майже 90 метрів і розмахом крил близько 50 метрів Ту-244 виглядав би велетнем на тлі будь-яких аналогів.

А от максимальна швидкістьавіалайнера, порівняно з попередниками, практично залишалася колишньою: швидкісна межа УПС-2 не перевищувала 2500 км/год. На противагу планувалося збільшити максимальну відстань польоту до 9000 кілометрів за рахунок зниження обсягів споживання палива.

Однак виробництво подібного надзвукового важкоатлета в реаліях сучасного світувиявилося економічно недоцільним. З огляду на зростання вимог до екологічних стандартів витрати на експлуатацію подібного Ту-244 літака на даний момент є непідйомними як для самого авіабудівника, так і для економіки країни в цілому.

Ту-344 та Ту-444

Ці літаки розроблялися ОКБ Туполєва (пізніше ВАТ «Туполєв», нині – ПАТ «Туполєв») як відповідь на попит, що зростає у світі, на швидкі і невеликі повітряні судна бізнес-класу. Так з'явилися різні проекти СБС – надзвукових бізнес-літаків.

Подібні літаки мали мати невеликі розміри і здатність перевозити близько 10 пасажирів. Перший проект СБС від Туполєва - Ту-344 - планувалося виготовити ще в 90-х роках минулого століття на базі військового надзвукового бомбардувальника Ту-22М3. Але його розробка обернулася провалом на початкових стадіях, оскільки для міжнародних перельотів літак також повинен був відповідати високим вимогам в області, яким він не відповідав на перших етапах розробки проекту. Тому від подальших робіт із створення Ту-344 конструктор відмовився.

Роботи над проектом його послідовника – Ту-444 – розпочалися на початку 2000-х, його розробка дійшла стадії перших ескізів. Незважаючи на те, що проблеми в галузі екології були вирішені, для реалізації проекту потрібно було залучення великих фінансових інвестицій, але «Туполєву» не вдалося знайти зацікавлених у цьому інвесторів.

С-21 (SSBJ)

Фото:Slangcamm / wikimedia.org

Єдиним вітчизняним проектом створення надзвукового літака для цивільної авіації, розробкою якого не займалося ОКБ Туполєва, став проект літака С-21, також відомого як Sukhoi Supersonic Business Jet (SSBJ).

Роботу над цим проектом ОКБ Сухого розпочало у 80-х роках. У конструкторському бюро розуміли, що попит на великі надзвукові авіалайнериз часів «Конкорду» та «Ту-144» впав і в перспективі лише знижуватиметься з міркувань економії. Тому конструктори «Сухого» одними з перших дійшли ідеї створення надзвукового бізнес-літака, розрахованого на безпересадкові перельоти між світовими столицями.

Але розробці С-21 завадив розвал СРСР, разом із яким припинилося державне фінансування проекту.

Після розпаду Радянського Союзу в "Сухому" довгі роки намагалися залучити до проекту приватних інвесторів на території Росії та за кордоном. Обсяг інвестицій, що надходили, дозволили провести перші випробування двигунів для С-21 в 1993 році.

Але для завершення створення і старту серійного виробництва літака, за заявою на той момент головою «Сухого» Михайла Симонова, потрібно ще близько одного мільярда доларів США, проте нових інвесторів компанії знайти не вдалося.

Президент Росії Володимир Путін на зустрічі з працівниками казанського авіаційного заводу знову заговорив про можливість створення в Росії надзвукового пасажирського літакана основі стратегічного бомбардувальника Ту-160. Услід міністр промисловості та торгівлі Денис Мантуров повідомив про початок науково-дослідних робіт з цієї теми. Пропозиція розробити новий надзвуковий пасажирський літак вітчизняного виробництва багатьма сприймається скептично, але сама розробка такого роду не стане проблемою, що не вирішується. Водночас поява подібної машини навряд чи зможе змінити сьогоднішнє становище російського авіапрому. «Известия» розібралися у ситуації.

Діти золотого віку

Розквіт реактивної авіації у 1950-1960-х роках, коли рекорди переписувалися майже щороку, а постійне зростання характеристик нових літаків сприймалося як природне явище, стало часом першого сплеску інтересу до надзвукових пасажирських літаків. Відповідні розробки вперше стартували у Великій Британії в 1954 році, декількома роками пізніше свої проекти розпочали французькі, радянські, а потім і американські авіавиробники. Майбутнє здавалося безхмарним, а прогнози звучали найзахопленіші. Навіть Boeing, вивівши в 1969 році на лінії легендарний B-747, вважав, що дні цієї машини, хоч і тільки створеної, вже пораховані, і майбутнє далекомагістральних перевезень належить надзвуковим літакам. Сьогодні, як ми знаємо, B-747 все ще літає, більше того, залишається в серійному виробництві (нехай уже й не настільки масштабне, як у 1970-80-ті роки).

Реальність виявилася жорсткішою. До втілення в літаючих машинах дійшли лише два проекти: об'єднаний франко-британський (1962 року в Парижі та Лондоні домовилися про спільну розробку) і радянський, при цьому СРСР теж вів переговори з Францією про спільну розробку, що не увінчалися успіхом. Радянська машина – Ту-144 – полетіла першою, вперше піднявшись у повітря 31 грудня 1968 року. "Конкорд" злетів 2 березня 1969-го. Експлуатація Ту-144 як вантажна машина - для перевезення термінових поштових відправлень - почалася наприкінці грудня 1975 року, наприкінці січня 1976-го на лінії вийшов «Конкорд», але відразу як пасажирський. Ту-144 довірили перевезення пасажирів трохи згодом: з листопада 1977 року.

Доля двох літаків-ровесників, дуже схожих зовні, склалася по-різному. Ту-144 зняли з пасажирських ліній лише через сім місяців після початку роботи, у червні 1978-го. Приводом стала катастрофа досвідченого екземпляра удосконаленого Ту-144Д, але причина полягала у нерентабельності літака та відсутності практичної необхідності у пасажирській машині зі швидкістю польоту понад 2 тис. км/год. Згодом Ту-144 ще використовували для спеціальних перевезень та експериментальних завдань, але на лінії він так і не повернувся.

«Конкорд» експлуатувався набагато довше, зійшовши з ліній у листопаді 2003 року, але масштаби його використання виявилися далекі від очікуваних: продати вдалося лише 9 літаків, та й то «домашнім» для розробників British Airways (п'ять машин) та Air France (чотири) . Пізніше обидві компанії збільшили свій парк до семи літаків кожна, отримавши на надзвичайно пільгових умовах.

Причин було кілька. По-перше, поява на рубежі 1960-1970-х містких і водночас досить економічних лайнерів, як середньо- так і далекомагістральних, різко розширила ринок авіаперевезень, які до того вважалися скоріше виключно долею заможних людей. Модель заробітків авіакомпаній змістилася із скороченням часу перельоту на розширення ринку шляхом зниження ціни на квиток, що дозволяло охоплювати авіаперевезеннями все нові верстви населення.

Додатковий удар по планах продажів «Конкорду» завдав нафтової кризи 1973 року, після якої економічність нового покоління авіалайнерів стала їхньою головною конкурентною перевагою. «Конкорд» же врешті-решт залишився дуже вузьконишевою машиною, якою, через незначну вартість квитків, могли користуватися небагато. Так, у 1979–1980 роках переліт із Лондона до Вашингтона і обійшовся б у $2350, тобто більш ніж у 8 тис. сьогоднішніх доларів, якщо перераховувати з урахуванням інфляції за сорок років. Це було приблизно вдвічі дорожче, ніж переліт першим класом на звичайних авіалайнерах. Але навіть такі ціни не могли зробити машину рентабельною: якщо British Airways з її інтенсивнішим трафіком у США ще отримувала прибуток, то в Air France «Конкорди» вічно балансували на межі збитковості.

Найбільш заповзятливими на той час виявилися американці: розпочавши свій проект надзвукової пасажирської машини трохи пізніше, ніж англофранцузькі та радянські розробники, вони так і не підняли свій літак у повітря, припинивши розробку Boeing 2707 у 1971 році.

Нова надія

Знову про розробку надзвукових пасажирських літаків заговорили у 1990-х роках. КБ Туполєва послідовно представило проекти Ту-244 («апгрейд» Ту-144Д), Ту-344 (надзвуковий бізнес-джет на базі бомбардувальника-ракетоносця Ту-22М3), Ту-444 (удосконалений проект бізнес-джету). Тоді ж свій проект SSBJ продемонстрував КБ Сухого.

Усі ці проекти, втім, ріднять два чинники. Жоден з них не пішов у скільки-небудь детальну розробку, і всі вони були запропоновані російською промисловістю, яка переживала в 1990-ті гостру кризу без попиту на наявні серійні машини.

Підсумок був цілком передбачуваний: жоден із цих проектів не відбувся. На Заході в цей час про надзвукові лайнери вже особливо не замислювалися: дуополія Boeing і Airbus, що склалася в 1990-ті, що викотили повну лінійку літаків для середніх і далеких рейсів, влаштовувала всіх, не вимагаючи вкладень у принципово новий проект.

Крім того, у 2000-х роках зник останній важливий чинник, який робив «Конкорди» справді потрібними: розвиток технологій відеоконференцій і взагалі зв'язку різко скоротило кількість важливих ділових зустрічей, які вимагали обов'язкової фізичної наявності співрозмовників. Справді термінові питання тепер можна було обговорити дистанційно без втрати якості комунікації, для решти вистачало швидкості звичайних лайнерів та бізнес-джетів.

Російський авіапром у цей час вирішував куди більш нагальне завдання власного виживання і вирішив її насамперед через військові поставки - як для власних ВПС (що відновили закупівлі у другій половині 2000-х років), так і на експорт. Виробництво комерційних авіалайнерів на сьогодні обмежено єдиним, по суті, серійним літаком «Сухий Суперджет», хоча є надія, що МС-21, який проходить випробування, знайде попит, і навіть у великих, ніж «Суперджет», масштабах.

Яке завдання в цих умовах може вирішити будівництво в Росії нового надзвукового авіалайнера?

Напевно, такий літак може бути створений, тим більше якщо йдеться про розробку на основі бомбардувальника Ту-160, серійне виробництво якого зараз відновлюється.

Водночас із розробкою літака проблеми тільки почнуться. Фактори, які свого часу зробили невигідними «Конкорд», нікуди не поділися. Крім того, ключовою проблемою російського цивільного літакобудування є не так розробка машини самої по собі, скільки якість її продажів і подальшого обслуговування. Саме прогрес у цих технологіях, начебто сервісних і другорядних у порівнянні з «шляхетним металом» інженерно-конструкторських розробок, сьогодні робить таким міцним становище Airbus і Boeing. Створити по-справжньому розвинену мережу продажів, лізингу, обслуговування та ремонту – завдання анітрохи не менш складне, ніж розробка літального апарату як така, а в умовах гострого дефіциту відповідного досвіду у вітчизняного авіаційного керівництва – можливо, що й більше.

У цих умовах очевидно, що гіпотетичний надзвуковий лайнер на базі Ту-160 не призначений для завоювання світового ринку пасажирських перевезень. Його стеля – це екстремально дорогий бізнес-джет. Але практичний зміст у цьому проекті все ж таки є. Якщо такий літак буде створено, а держава переконає капітанів вітчизняного бізнесу, що він їм потрібен, його серійне виробництво може зробити будівництво бомбардувальників для збройних сил, з урахуванням зростання серійності агрегатів і систем, трохи менш руйнівним для бюджету.

Нарешті з цивільних лайнерів виходять чудові військові спецборти. А ось надзвуковий розвідник і літак радіоелектронної боротьби вже може бути потрібний і російським військовим - крім чистого бомбардувальника.