Надзвуковий пасажирський. Ілюзія можливостей: навіщо потрібний надзвуковий пасажирський літак Надзвуковий літак швидкість польоту
Рівно 15 років тому три останні надзвукові пасажирські літаки Concorde британської авіакомпанії British Airways здійснили прощальний політ. Того дня, 24 жовтня 2003 року, ці літаки, пролетівши на малій висоті над Лондоном, приземлилися в «Хітроу» і тим самим завершили недовгу історію надзвукової пасажирської авіації. Тим не менш, сьогодні авіаконструктори по всьому світу знову замислюються про можливість швидких перельотів - з Парижа до Нью-Йорка за 3,5 години, з Сіднея до Лос-Анджелеса - за 6 годин, з Лондона до Токіо - за 5 годин. Але перш ніж надзвукові літаки повернуться на міжнародні пасажирські маршрути, розробникам доведеться вирішити безліч завдань, серед яких одне з найважливіших – зменшення гучності швидких літальних апаратів.
Коротка історія швидких польотів
Пасажирська авіація почала формуватись у 1910-х роках, коли з'явилися перші літаки, спеціально спроектовані для перевезення людей повітрям. Найпершим із них став французький Bleriot XXIV Limousine компанії Bleriot Aeronautique. Він використовувався для розважальних повітряних прогулянок. Через два роки в Росії з'явився С-21 Гранд, створений на базі важкого бомбардувальника Російський витязь Ігоря Сікорського. Його збудували на Російсько-Балтійському вагонному заводі. Далі авіація почала розвиватися семимильними кроками: спочатку почалися перельоти між містами, потім між країнами, а потім між континентами. Літаки дозволяли дістатися місця призначення швидше, ніж потягом чи кораблі.
У 1950-х роках прогрес у розробці реактивних двигунів значно прискорився, і для бойової авіації стали доступні, хоч і короткочасно, польоти на надзвуковій швидкості. Надзвуковою швидкістю прийнято називати рух до п'яти разів швидше за швидкість звуку, яка змінюється в залежності від середовища поширення та її температури. При нормальному атмосферному тиску на рівні моря звук поширюється зі швидкістю 331 метр за секунду, або 1191 кілометр за годину. У міру набору висоти щільність і температура повітря знижується, знижується швидкість звуку. Наприклад, на висоті 20 тисяч метрів вона становить уже близько 295 метрів за секунду. Але вже на висоті близько 25 тисяч метрів і в міру її набору до більш ніж 50 тисяч метрів температура атмосфери потроху починає збільшуватися в порівнянні з нижніми шарами, а разом з нею збільшується і місцева швидкість звуку.
Зростання температури цих висотах пояснюється, зокрема, високої концентрацією повітря озону, що утворює озоновий щит і поглинає частина сонячної енергії. В результаті швидкість звуку на висоті 30 тисяч метрів над морем становить близько 318 метрів за секунду, а на висоті 50 тисяч - майже 330 метрів за секунду. В авіації для вимірювання швидкості польоту широко використовується число маху. Якщо говорити спрощено, воно виражає місцеву швидкість звуку для конкретної висоти, щільності та температури повітря. Так, швидкість умовного польоту, що дорівнює двом числам Маха, на рівні моря становитиме 2383 кілометри на годину, а на висоті 10 тисяч метрів – 2157 кілометрів на годину. Вперше звуковий бар'єр на швидкості 1,04 числа Маха (1066 кілометрів на годину) на висоті 12,2 тисяч метрів подолав американський льотчик Чак Єгер у 1947 році. Це був важливий крок на шляху освоєння надзвукових польотів.
У 1950-х роках авіаконструктори у кількох країнах світу почали працювати над проектами надзвукових пасажирських літаків. У результаті 1970-х з'явилися французький Concorde і радянський Ту-144. Це були перші і поки що єдині пасажирські надзвукові літаки у світі. Обидва типи літальних апаратів використовували звичайні турбореактивні двигуни, оптимізовані для тривалої роботи надзвуковому режимі польоту. Ту-144 експлуатувалися до 1977 року. Літаки літали на швидкості 2,3 тисячі кілометрів на годину і могли перевозити до 140 пасажирів. Проте квитки на їх рейси коштували в середньому в 2,5–3 рази дорожче за звичайні. Низький попит на швидкі, але дорогі перельоти, а також загальні складнощі в експлуатації та обслуговуванні Ту-144 призвели до того, що їх просто зняли з пасажирських рейсів. Проте літаки ще якийсь час використовувалися у випробувальних польотах, у тому числі й за контрактом із NASA.
Concorde прослужили помітно довше – до 2003 року. Перельоти на французьких лайнерах теж коштували дорого і великою популярністю не користувалися, але Франція та Великобританія продовжували їх експлуатувати. Вартість одного квитка на такий переліт становила у перерахунку на сьогоднішні ціни близько 20 тисяч доларів. Французький Concorde здійснював польоти на швидкості трохи більше двох тисяч кілометрів на годину. Відстань від Парижа до Нью-Йорка літак міг покрити за 3,5 години. Залежно від конфігурації Concorde могли перевозити від 92 до 120 чоловік.
Історія «Конкордів» закінчилася несподівано та швидко. 2000 року сталася авіакатастрофа Concorde, в якій загинули 113 людей. Через рік у пасажирських авіаперевезеннях почалася криза, спричинена терактами 11 вересня 2001 року (два викрадені терористами літаки з пасажирами врізалися в вежі Світового торгового центру в Нью-Йорку, ще один, третій, - у будівлю Пентагону в окрузі Арлінгтон, а четвертий впав у поле недалеко від Шенксвілл в Пеннсильванії). Потім минув термін гарантійного обслуговування літаків Concorde, яким займалася компанія Airbus. Всі ці фактори разом зробили експлуатацію надзвукових пасажирських літаків вкрай невигідними, і влітку-восени 2003 авіакомпанії Air France і British Airways по черзі списали всі Конкорди.
Після закриття програми Concorde в 2003 році надія на повернення надзвукової пасажирської авіації ще залишалася. Конструктори сподівалися на нові економічні двигуни, аеродинамічні розрахунки та системи автоматизованого проектування, здатні зробити перельоти на надзвуковій швидкості економічно доступними. Але у 2006 та 2008 році Міжнародна організація цивільної авіації прийняла нові стандарти авіаційного шуму, які заборонили, крім іншого, будь-які надзвукові польоти над населеними ділянками суші у мирний час. Ця заборона не поширюється на спеціально виділені для військової авіації повітряні коридори. Роботи над проектами нових надзвукових літаків загальмувалися, але сьогодні знову почали набирати обертів.
Тихий надзвук
Сьогодні розробкою надзвукових пасажирських літаків займаються кілька підприємств та урядових організацій у світі. Такі проекти, зокрема, ведуть російські компанії «Сухий» та «Туполєв», Центральний аерогідродинамічний інститут імені Жуковського, французька Dassault, Японське агентство аерокосмічних досліджень, європейський концерн Airbus, американські Lockheed Martin та Boeing, а також кілька стартапів, включаючи Aerion та Boom Технології. Загалом конструктори умовно розділилися на два табори. Представники першого з них вважають, що розробити «тихий», що відповідає шумності дозвуковим лайнерам, надзвуковий літак найближчим часом не вдасться, а отже, потрібно побудувати швидкий пасажирський літальний апарат, який переходитиме на надзвук там, де це дозволено. Такий підхід, вважають конструктори з першого табору, все одно дозволить скоротити час перельоту з однієї точки до іншої.
Конструктори з другого табору зосередилися переважно на боротьбі з ударними хвилями. У польоті на надзвуковій швидкості планер літака утворює безліч ударних хвиль, найбільш значущі з яких виникають у носовій частині та в зоні хвостового оперення. Крім того, ударні хвилі зазвичай з'являються на передній та задній кромках крила, на передніх кромках хвостового оперення, в зонах завихрювачів потоку та на кромках повітрозабірників. Ударна хвиля є область, у якій тиск, щільність і температура середовища відчувають різкий і сильний стрибок. Спостерігачі на землі такі хвилі сприймаються як гучна бавовна або навіть вибух - саме через це надзвукові польоти над населеною частиною суші заборонені.
Ефект вибуху або дуже гучної бавовни роблять ударні хвилі так званого N-типу, що утворюються під час вибуху бомби або на планері надзвукового винищувача. На графіці зростання тиску і щільності такі хвилі нагадують букву N латинського алфавіту через різке підвищення тиску на фронті хвилі з різким падінням тиску після нього і подальшою нормалізацією. У ході лабораторних експериментів дослідники Японського агентства аерокосмічних досліджень з'ясували, що зміна форми планера може згладжувати піки на графіку ударної хвилі, перетворюючи її на хвилю S-типу. Така хвиля має плавний і менш значний, як у N-хвилі, перепад тиску. Фахівці NASA вважають, що S-хвилі сприйматимуться спостерігачами як далека бавовна автомобільними дверима.
N-хвиля (червона) до аеродинамічної оптимізації надзвукового планера та подібність S-хвилі після оптимізації
У 2015 році японські конструктори зібрали безпілотний планер D-SEND 2, чия аеродинамічна форма була спроектована таким чином, щоб зменшувати кількість ударних хвиль, що виникають на ньому, і їх інтенсивність. У липні 2015 року розробники випробували планер на ракетному полігоні «Есрейндж» у Швеції та відзначили суттєве зменшення кількості ударних хвиль, що утворюються на поверхні нового планера. Під час випробування D-SEND 2, не оснащений двигунами, скинули з повітряної кулі з висоти 30,5 тисяч метрів. Під час падіння планер довжиною 7,9 метра набрав швидкість в 1,39 числа Маха і пролетів повз розташовані на різній висоті прив'язні аеростати, обладнані мікрофонами. У цьому дослідники заміряли як інтенсивність і кількість ударних хвиль, а й аналізували впливу стану атмосфери на раннє їх виникнення.
За оцінкою японського агентства, звуковий удар від літальних апаратів, які можна порівняти за розмірами з надзвуковими пасажирськими літаками Concorde і виконаних за схемою D-SEND 2, при польоті на надзвуковій швидкості буде вдвічі менш інтенсивним, ніж раніше. Від планерів звичайних сучасних літаків японський D-SEND 2 відрізняється неосесиметричним розташуванням носової частини. Кіль апарату зміщений до носової частини, а горизонтальне хвостове оперення виконано цільноповоротним і має негативний кут установки по відношенню до поздовжньої осі планера, тобто закінчування оперення знаходяться нижче точки кріплення, а не вище, як звичайно. Крило планера має нормальну стрілоподібність, але виконано ступінчастим: воно плавно сполучається з фюзеляжем, а частина його передньої кромки розташована до фюзеляжу під гострим кутом, але ближче до задньої кромки цей кут різко збільшується.
За схожою схемою в даний час створюється надзвуковий американського стартапу Aerion і , що розробляється Lockheed Martin на замовлення NASA. З упором на зменшення кількості та інтенсивності ударних хвиль проектується і російський (Надзвуковий Діловий Літак/Надзвуковий Пасажирський Літак). Деякі з проектів швидких пасажирських літаків планується завершити в першій половині 2020-х років, проте авіаційні правила на той час переглянуті все ж таки ще не будуть. Це означає, що нові літаки спочатку виконуватимуть надзвукові польоти тільки над водою. Справа в тому, що для зняття обмеження на надзвукові польоти над населеною частиною суші розробникам доведеться провести безліч випробувань та подати їх результати на розгляд авіаційних властей, включаючи Федеральне управління цивільної авіації США та Європейське агентство з безпеки польотів.
S-512 / Spike Aerospace
Нові двигуни
Ще однією серйозною перешкодою на шляху створення серійного надзвукового пасажирського літака є двигуни. Конструктори вже сьогодні знайшли безліч способів зробити турбореактивні двигуни економічнішими, ніж вони були десять-двадцять років тому. Це і використання редукторів, що прибирають жорстке зчеплення вентилятора і турбіни в двигуні, і застосування керамічних композиційних матеріалів, що дозволяють оптимізувати температурний баланс у гарячій зоні силової установки, і навіть введення додаткового - третього - повітряного контуру на додаток до вже існуючих двох, внутрішнього і внутрішнього. У галузі створення економічних дозвукових двигунів конструктори вже досягли приголомшливих результатів, а нові розробки обіцяють і зовсім істотну економію. Докладніше про перспективні дослідження ви можете почитати в нашому матеріалі.
Але, незважаючи на всі ці розробки, надзвуковий політ економічним назвати поки що складно. Наприклад, перспективний надзвуковий пасажирський літак стартапу Boom Technologies отримає три турбовентиляторні двигуни сімейства JT8D компанії Pratt & Whitney або J79 компанії GE Aviation. У крейсерському польоті питома витрата палива цими двигунами становить близько 740 грамів на кілограм-сили на годину. При цьому двигун J79 може бути оснащений форсажною камерою, при використанні якої витрати палива збільшуються до двох кілограмів на кілограм-сили на годину. Така витрата зіставна з витратою палива двигунами, наприклад, винищувача Су-27, завдання якого істотно відрізняються від перевезення пасажирів.
Для порівняння, питома витрата палива єдиних у світі серійних турбогвинтовентиляторних двигунів Д-27, встановлених на українському транспортнику Ан-70, становить лише 140 грамів на кілограм-сили на годину. Американський двигун CFM56, "класика" лайнерів Boeing і Airbus, має питому витрату палива в 545 грамів на кілограм-сили на годину. Це означає, що без серйозної переробки конструкції реактивних авіаційних двигунів надзвукові польоти не стануть достатньо дешевими, щоб набути широкого поширення, і будуть потрібні хіба що в діловій авіації - велика витрата палива веде до зростання цін на квитки. Знизити високу вартість надзвукових авіаперевезень обсягами теж не вдасться - літаки, що проектуються сьогодні, розраховані на перевезення від 8 до 45 пасажирів. Звичайні літаки вміщують більше сотні людей.
Тим не менш, на початку жовтня цього року GE Aviation проект нового турбовентиляторного реактивного двигуна Affinity. Ці силові установки планують монтувати на перспективний надзвуковий пасажирський літак AS2 компанії Aerion. Нова силова установка конструктивно поєднує в собі особливості реактивних двигунів з малим ступенем двоконтурності для бойових літаків та силових установок із великим ступенем двоконтурності для пасажирських літаків. При цьому жодних нових та проривних технологій у Affinity немає. Новий двигун GE Aviation відносить до силових установок із середнім ступенем двоконтурності.
Основу двигуна становить модифікований газогенератор турбовентиляторного двигуна CFM56, який, у свою чергу, конструктивно заснований на газогенераторі від F101, силової установки для надзвукових бомбардувальників B-1B Lancer. Силова установка отримає модернізовану електронно-цифрову систему керування двигуном із повною відповідальністю. Якісь подробиці про конструкцію перспективного двигуна розробники не розкрили. Тим не менш, у GE Aviation очікують, що питома витрата палива двигунами Affinity буде не набагато вищою або навіть порівняти з витратою палива сучасними двигунами турбовентиляторів звичайних дозвукових пасажирських літаків. Як цього вдасться домогтися для надзвукового польоту, незрозуміло.
Boom / Boom Technologies
Проекти
Незважаючи на безліч проектів надзвукових пасажирських літаків у світі (включаючи навіть нереалізований проект переробки стратегічного бомбардувальника Ту-160 в пасажирський надзвуковий лайнер, запропонований президентом Росії Володимиром Путіним), найближчими до льотних випробувань і дрібносерійного виробництва можна вважати AS2 американського стартапа іспанського Spike Aerospace та Boom американського Boom Technologies. Планується, що перший виконуватиме польоти на швидкості 1,5 числа Маха, другий – 1,6 числа Маха, а третій – 2,2 числа Маха. Літак X-59, створюваний Lockheed Martin на замовлення NASA, буде демонстратором технологій і лабораторією, що літає, запускати його в серію не планується.
У Boom Technologies вже заявили, що намагатимуться зробити перельоти на надзвукових літаках дуже дешевими. Наприклад, вартість перельоту за маршрутом Нью-Йорк - Лондон у Boom Technologies оцінили у п'ять тисяч доларів. Стільки сьогодні коштує переліт цим маршрутом у бізнес-класі звичайного дозвукового лайнера. Лайнер Boom над населеною сушею літатиме на дозвуковій швидкості і переходитиме на надзвук над океаном. Літак при довжині 52 метри та розмаху крила 18 метрів зможе перевозити до 45 пасажирів. До кінця 2018 року Boom Technologies планує обрати один із кількох проектів нового літака для реалізації в металі. Перший політ лайнера заплановано на 2025 рік. Ці терміни компанія перенесла; спочатку Boom планувалося підняти у повітря 2023 року.
За попередніми розрахунками, довжина літака AS2, розрахованого на 8-12 пасажирів, дорівнюватиме 51,8 метра, а розмах крила - 18,6 метра. Максимальна злітна маса надзвукового літака становитиме 54,8 тонн. AS2 виконуватиме польоти над водою на крейсерській швидкості в 1,4-1,6 числа Маха, сповільнюючись до 1,2 над сушею. Дещо менша швидкість польоту над сушею разом з особливою аеродинамічною формою планера дозволить, як розраховують розробники, майже повністю уникати формування ударних хвиль. Дальність польоту літака на швидкості 1,4 числа Маха складе 7,8 тисячі кілометрів і 10 тисяч кілометрів - на швидкості 0,95 числа Маха. Перший політ літака планується на літо 2023, а на жовтень того ж року - перший трансатлантичний переліт. Його розробники приурочать до 20-річчя від дня останнього польоту Конкорду.
Нарешті, Spike Aerospace планує розпочати льотні випробування повноцінного прототипу S-512 не пізніше 2021 року. Постачання перших серійних літаків замовникам заплановано на 2023 рік. Згідно проекту, S-512 зможе перевозити до 22 пасажирів на швидкості до 1,6 числа Маха. Дальність польоту цього літака становитиме 11,5 тисяч кілометрів. З жовтня минулого року Spike Aerospace кілька зменшених моделей надзвукового літака. Їх метою є перевірка конструкторських рішень та ефективності елементів керування польотом. Всі три перспективні пасажирські літаки створюються з упором на особливу аеродинамічну форму, яка дозволить зменшити інтенсивність ударних хвиль, що утворюються при надзвуковому польоті.
У 2017 році обсяг авіаційних пасажирських перевезень у всьому світі становив чотири мільярди людей, з яких 650 мільйонів здійснили тривалі перельоти завдовжки від 3,7 до 13 тисяч кілометрів. 72 мільйони «дальнобійних» пасажирів літали першим та бізнес-класом. Саме на ці 72 мільйони людей розробники надзвукових пасажирських літаків і націлюються в першу чергу, вважаючи, що вони із задоволенням заплатять трохи більше грошей за можливість провести в повітрі приблизно вдвічі менше часу, ніж зазвичай. Проте надзвукова пасажирська авіація, найімовірніше, почне активно розвиватися після 2025 року. Справа в тому, що дослідні польоти лабораторії X-59 почнуться лише у 2021 році та триватимуть кілька років.
Результати досліджень, отримані під час польотів X-59, у тому числі над населеними пунктами - добровольцями (їх жителі погодилися, щоб над ними в будні дні літали надзвукові літаки; після польотів спостерігачі розповідатимуть дослідникам про своє сприйняття шуму), планується передати на розгляд Федерального управління цивільної авіації США. Як очікується, на їх основі воно може переглянути заборону надзвукових польотів над населеною частиною суші, але трапиться це не раніше 2025 року.
Василь Сичов
"Увімкніть надзвук!"
Надзвукові пасажирські літаки – що ми знаємо про них? Принаймні те, що вони були створені відносно давно. Але, з різних причин, експлуатувалися не так довго, і не так часто, як могли б. Та й на сьогоднішній день вони існують лише як проектні моделі.
Чому так? У чому особливість та «таємниця» надзвуку? Хто створював цю технологію? А також - яким буде майбутнє надзвукових літаків у світі, і звичайно ж - у Росії? Намагаємося відповісти на всі ці питання.
«Прощальний політ»
Отже, з тих пір, як три останні надзвукові пасажирські літаки, що функціонували, здійснили свої останні польоти, після яких були списані, минуло вже п'ятнадцять років. Це було в далекому 2003 році. Тоді, 24 жовтня, вони, всі разом «попрощалися з небом». Востаннє пролетіли на малій висоті, над столицею Великої Британії.
Потім приземлилися у лондонському аеропорту Хітроу. Це були літаки типу Конкорд, що належать авіаційній компанії British Airways. І таким «прощальним польотом» вони завершили дуже недовгу історію пасажирських перевезень, на швидкості, що перевищує звук…
Так можна було думати ще кілька років тому. Але зараз уже можна з упевненістю сказати. Це – фінал лише першого етапу цієї історії. І мабуть - всі її світлі сторінки ще попереду.
Сьогодні – підготовка, завтра – політ
Сьогодні багато компаній та авіаконструкторів думають про перспективи надзвукової пасажирської авіації. Одні будують плани щодо її відродження. Інші вже готуються до цього.
Адже якщо вона могла існувати і ефективно функціонувати ще кілька десятиліть тому, то сьогодні - з технологіями, що серйозно зробили крок вперед, не тільки відродити її, але і вирішити ряд проблем, який змусив відмовитися провідні авіакомпанії від такої - цілком можливо.
Та й перспективи надто привабливі. Надто вже цікавою здається можливість польоту, припустимо, з Лондона до Токіо – за п'ять годин. Перетнути відстань від Сіднея, до Лос-Анджелеса за шість годин? І потрапити з Парижа до Нью-Йорка за три з половиною? З пасажирською авіацією, яка здатна літати з більшою швидкістю, ніж розноситься звук – це дуже легко.
Але, звичайно, перед тріумфальним «поверненням» такий у повітряний простір, — вченим, інженерам, конструкторам, і багатьом іншим — ще чимало потрудиться. Потрібно не просто відновити те, що колись було, запропонувавши нову модель. Не.
Мета - вирішення безлічі проблем, які пов'язані з пасажирською надзвуковою авіацією. Створення авіамашин, які не лише демонструватимуть можливості, та могутність країн, що побудували їх. Але виявляться і реально ефективними. Настільки, щоб зайняти гідну їхню нішу в авіації.
Історія «надзвуку». Частина 1. Що було на початку.
З чого все починалося? Насправді – із простої пасажирської авіації. А такий уже понад століття «від народження». Оформлення її почалося 1910-х, у Європі. Коли фахівці з найрозвиненіших країн світу створювали перші авіамашини, основним призначенням яких, було перевезення пасажирів різні відстані. Тобто – політ, з безліччю людей на борту.
Першим у тому числі вважається французький Bleriot XXIV Limousine. Він належав авіабудівній компанії Bleriot Aeronautique. Проте використовувався, в основному, для гри тих, хто сплатив за розважальні «прогулянки»-польоти, на ньому. Через два роки після його створення аналог з'являється і в Росії.
То був С-21 "Гранд". Його сконструювали на базі створеного Ігорем Сікорським "Російського витязя" - важкого бомбардувальника. А будівництвом цієї пасажирської авіамашини займалися працівники Балтійського вагонного заводу.
А після того прогрес було вже не зупинити. Авіація розвивалася швидко. І пасажирська зокрема. Спочатку були перельоти між конкретними містами. Потім літаки змогли долати відстань між державами. Нарешті - авіамашини стали перетинати океани і здійснювати перельоти від одного материка до іншого.
Технології, що розвивалися, і все більша кількість новацій, дозволяли авіації подорожувати дуже швидко. Набагато швидше – ніж поїзди чи кораблі. І для неї практично не було перешкод. Не треба було пересідати з одного транспорту на інший, не тільки, скажімо, подорожуючи на якийсь особливо далекий «край світу».
Навіть, коли перетнути необхідно сушу і водні простори відразу. Літаки не зупиняло ніщо. І це природно, адже вони летять над усім – континентами, океанами, країнами…
Але час витікав швидко, світ змінювався. Звісно, розвивалася й авіаційна галузь. Літаки за наступні кілька десятиліть, аж до 1950-х, змінилися настільки, якщо порівнювати з тими, які літали ще на початку 1920-30-х, що стали вже чимось зовсім іншим, особливим.
І ось, у середині ХХ століття, розвиток реактивного двигуна пішло дуже швидкими, навіть у порівнянні з попередніми двадцятьма-тридцятьма роками, темпами.
Невеликий інформаційний відступ. Або – трохи фізики
Передові розробки дозволили літакам «розігнатися» до швидкості, більшої, ніж та, з якою поширюється звук. Звичайно, насамперед, це було застосовано у військовій авіації. Адже йдеться все-таки про двадцяте століття. Який, як не прикро це усвідомлювати, був століттям конфліктів, двох світових воєн, «холодної» боротьби СРСР та США…
І чи не кожна нова технологія, створена провідними державами світу, насамперед розглядалася з погляду того, як її можна використовувати в обороні чи нападі.
Отже, літаки тепер могли літати із небаченою раніше швидкістю. Швидше за звук. А в чому її специфіка?
Насамперед - очевидно, що це швидкість, яка перевищує ту, з якою розноситься звук. Але, згадуючи основні закони фізики, можна сказати, що в різних умовах вона може відрізнятися. Та й «перевищує» – поняття дуже розтяжне.
І тому є спеціальний стандарт. Надзвуковою швидкістю називають ту, яка перевищує звукову до п'яти разів, з урахуванням того, що в залежності від температури та інших факторів навколишнього середовища, вона може змінюватися.
Наприклад – якщо ми візьмемо нормальний атмосферний тиск, на рівні моря, то в такому разі швидкість звуку дорівнюватиме вражаючій цифрі – 1191 км/год. Тобто за секунду долається 331 метр.
Але, що особливо важливо при проектуванні надзвукових авіамашин, у міру набору висоти знижується температура. Отже – і швидкість, з якою поширюється звук, і дуже значно.
Так скажімо, якщо піднятися на висоту 20 тисяч метрів, то тут вона становитиме вже 295 метрів за секунду. Але є ще один важливий момент.
На 25 тисячах метрів над рівнем моря температура починає підвищуватися, оскільки це вже не нижній шар атмосфери. І так відбувається далі. Точніше – вище. Скажімо, на висоті 50 000 метрів буде ще спекотніше. Отже швидкість звуку там – збільшується ще більше.
Цікаво – на скільки? Піднявшись на 30 кілометрів над рівнем моря, потрапляєш у «зону», де звук поширюється зі швидкістю 318 метрів за секунду. А на 50 000 метрів відповідно – 330 м/с.
Про число Маха
До речі, цікаво, що для спрощення розуміння особливостей перельоту та роботи в таких умовах в авіації використовують число Маха. Загальний опис такого, може бути зведений до наступних висновків. Воно виражає собою швидкість звуку, яка має бути в даних умовах, на конкретній висоті, при даній температурі та щільності повітря.
Наприклад, швидкість польоту, що дорівнює двом числам Маха, на висоті десять кілометрів над землею, у звичайних умовах, дорівнюватиме 2 157 км/год. А на рівні моря – 2383 км/год.
Історія «надзвуку». Частина 2. Подолання бар'єрів
До речі, вперше досягла швидкість польоту, більш ніж в 1 Мах, льотчик із США – Чак Йегер. Це сталося 1947 року. Тоді він «розігнав» свій літак, що летить на висоті 12.2 тисяч метрів над землею, до швидкості 1066 км/год. Так пройшов перший надзвуковий політ на землі.
Вже в 1950-х починаються роботи з проектування та підготовки до серійного виробництва пасажирських літаків, здатних летіти зі швидкістю – швидше за звук. Їх ведуть вчені та авіаконструктори найбільш могутніх країн світу. І у них виходить досягти успіху.
Той самий "Конкорд", модель - від якої остаточно відмовляться в 2003, був створений в 1969. Це спільна - британсько-французька технологія. Символічно обрана назва – Concorde, з французької, перекладається як «згода».
Це був один із двох існуючих типів надзвукових пасажирських літаків. Ну а створення другого (а точніше – хронологічно – першого) – нагорода авіаконструкторів СРСР. Радянський аналог "Конкорду" називається Ту-144. Він був спроектований у 1960-і і перший політ здійснив 31 грудня 1968 року. За рік до британсько-французької моделі.
Інших типів надзвукових пасажирських літаків, аж до сьогодні, реалізовано не було. І «Конкорд» і Ту-144 літали завдяки турбореактивним двигунам, які були спеціально перевлаштовані для того, щоб тривалий час працювати в режимі надзвукової швидкості.
Радянський аналог «Конкорду» експлуатували значно менший термін. Вже 1977 року від нього відмовилися. Літак літав у середньому, зі швидкістю 2 300 кілометрів на годину і за раз міг перевезти до 140 пасажирів. Але при цьому ціна квитка на такий «надзвуковий» рейс була в два-два з половиною, а то й тричі більша, ніж на звичайний.
Звичайно, у радянських громадян такі не мали великого попиту. Та й обслуговувати Ту-144 було не просто та дорого. Тому в СРСР від них так швидко відмовилися.
«Конкорди» прослужили довше, хоча квитки на рейси, якими вони літали, також коштували дорого. І попит теж був невеликий. Але все ж таки, незважаючи на це, їх продовжували експлуатувати, як у Великій Британії, так і у Франції.
Якщо виконати перерахунок вартості квитка на «Конкорд», у 1970-х, за сьогоднішнім курсом, це буде близько двох десятків тисяч доларів. За квиток на один кінець. Можна зрозуміти, чому попит на них був дещо меншим, ніж на перельоти, за допомогою літаків, що не досягають надзвукових швидкостей.
«Конкорд» міг за один раз прийняти на борт від 92 до 120 пасажирів. Літав зі швидкістю понад 2 тисячі км/год і долав відстань від Парижа до Нью-Йорка за три з половиною години.
Так минуло кілька десятиліть. До 2003 року.
Однією з причин відмови від експлуатації цієї моделі стала авіакатастрофа, що сталася у 2000 році. Тоді, на борту «Конкорду», що розбився, знаходилося 113 людей. Усі вони загинули.
Пізніше розпочалася міжнародна криза в галузі пасажирських авіаційних перевезень. Його причина – теракти, що сталися 11 вересня 2001 року, на території Сполучених штатів.
До того ж, закінчується термін гарантійного обслуговування «Конкордів» авіакомпанією Airbus. Все це разом зробило подальшу експлуатацію надзвукових пасажирських літаків дуже невигідною. І в 2003 році були почергово списані всі Конкорди, як у Франції, так і у Великобританії.
Надії
Після цього ще залишалися сподівання на швидке «повернення» надзвукових пасажирських літаків. Авіаконструктори міркували про створення спеціальних двигунів, які дозволять економити паливо, не дивлячись на швидкість польоту. Говорили про підвищення якості та оптимізацію основних систем авіоніки на таких авіамашинах.
Але, у 2006 та 2008 роках вийшли нові постанови Міжнародної організації цивільної авіації. Вони визначалися останні (дійсні вони, до речі, і зараз) стандарти допустимого авіаційного шуму при польоті.
А надзвукові літаки, як відомо, не мали права літати над населеними пунктами саме тому. Адже робили сильні шумові хлопки (також з причин фізичних особливостей польоту), коли рухалися на максимальних швидкостях.
Це спричинило те, що «планування» «відродження» надзвукової пасажирської авіації дещо загальмувалося. Проте, насправді, після запровадження цієї вимоги авіаконструктори стали думати, як вирішити таку проблему. Адже вона теж мала місце і раніше, просто «заборона» сконцентрувала увагу саме на ній – «проблемі шуму».
А що сьогодні?
Але з моменту останньої «заборони» минуло вже десять років. І планування плавно перейшло у проектування. На сьогоднішній день створенням пасажирських надзвукових літаків займаються кілька компаній і державних організацій.
Які саме? Російські: Центральний аерогідродинамічний інститут (той самий, який названий на честь Жуковського), компанії «Туполєв» та «Сухий». У російських авіаконструкторів є неоціненно важлива перевага.
Досвід радянських проектувальників та творців Ту-144. Втім, про вітчизняні напрацювання у цій сфері краще поговорити окремо та докладніше, що ми й пропонуємо зробити далі.
Але не лише росіяни створюють надзвуковий пасажирський літак нового покоління. Це також і європейський концерн – Airbus та французька компанія Dassault. Серед фірм Сполучених Штатів Америки, що працюють у цьому напрямі, — Boeing і, звісно, Lockheed Martin. У Японії основна організація, що проектує такий літак – це агентство аерокосмічних досліджень.
І цей перелік – зовсім не повний. При цьому важливо уточнити, що переважна частина професійних авіаконструкторів, що працюють у цій сфері, розділилася на дві групи. Незалежно від країни походження.
Одні вважають, що створити «тихий» надзвуковий пасажирський літак на сьогоднішньому рівні технологічного розвитку людства неможливо жодним чином.
А тому – єдиний вихід – це проектування «просто швидкого» авіалайнера. Він, у свою чергу, переходитиме на надзвукову швидкість у тих місцях, де це дозволено. А пролітаючи, наприклад над населеними пунктами, повертатися до дозвукової.
Такі «стрибки», на думку цієї групи вчених та конструкторів, дозволять скоротити час польоту до мінімально можливого і не порушити вимог щодо шумових ефектів.
Інші ж навпаки – сповнені рішучості. Вони вважають, що боротися із причиною шуму можна вже зараз. І доклали чимало зусиль, щоб довести - надзвуковий авіалайнер, що літає тихо - цілком можливо побудувати в найближчі роки.
І ще трохи ненудної фізики
Отже, при польоті на швидкості більш ніж 1,2 Маха, планер літального апарату утворює ударні хвилі. Найбільш сильні вони у хвостовій та носовій зоні, а також деяких інших частинах літака, як, наприклад, на кромках повітрозабірників.
Що таке ударна хвиля? Це зона, де щільність, тиск і температура повітря зазнають різких стрибків. Виникають вони при переміщеннях на високих швидкостях, швидше за звуковий.
Людям, які стоять при цьому на землі, не дивлячись на відстань, здається, що відбувається якийсь вибух. Звичайно, йдеться про тих, хто перебуває у відносній близькості – під тим місцем, де летить літак. Саме тому і було заборонено польоти надзвукової авіації над містами.
З такими ударними хвилями, як раз, і борються представники «другого табору» вчених та конструкторів, які вірять у можливість нівеляції цього шуму.
Якщо вдаватися до подробиць, то причина такого буквально «зіткнення» з повітрям на дуже великій швидкості. На фронті хвилі різко та сильно підвищено тиск. У той же час, відразу після нього спостерігається падіння такого, а потім перехід до нормального показника тиску (такому, як було до «зіткнення»).
Проте, вже проведено класифікацію типів хвиль та знайдено потенційно оптимальні рішення. Залишилося тільки закінчити роботи в цьому напрямку і внести необхідні корективи в проекти літаків, або створювати такі з нуля, з урахуванням цих поправок.
Зокрема, фахівці NASA дійшли усвідомлення необхідності конструкційних змін з метою реформації особливостей польоту в цілому.
А саме – зміни специфіки ударних хвиль, наскільки це можливо за нинішнього технологічного рівня. Що досягається шляхом реструктуризації хвилі, рахунок конкретних змін конструкції. У результаті – стандартна хвиля сприймається як N-тип, а та, що виникає під час польоту, з урахуванням запропонованих спеціалістами нововведень, як S-тип.
І при останній, істотно знижується «вибуховий» ефект зміни тиску, і люди, що знаходяться внизу, наприклад, у місті, якщо літак пролітає над ним, навіть тоді, коли чують такий ефект, то тільки як «віддалена хлопка дверима автомашини».
Форма – теж важливо
Крім того, наприклад, японські авіаційні конструктори, нещодавно, в середині 2015, створили безпілотний планер моделі D-SEND 2. Його форма спроектована особливим чином, дозволяючи суттєво зменшити інтенсивність та кількість ударних хвиль, що виникають, коли апарат летить на надзвуковій швидкості.
Ефективність запропонованих таким чином японськими вченими інновацій була доведена при випробуваннях D-SEND 2. Такі провели у Швеції, в липні 2015. Досить цікавим був хід заходу.
Планер, який не був оснащений двигунами, підняли на висоту 30,5 кілометрів. За допомогою повітряної кулі. Потім його скинули донизу. За час падіння він «розігнався» до швидкості 1,39 Маха. Довжина самого D-SEND 2 – 7,9 метра.
Після проведених випробувань, японські авіаконструктори змогли з упевненістю заявити - інтенсивність ударних хвиль, при польоті їх дітища на швидкості, що перевищує швидкість поширення звуку, - вдвічі менша, ніж у Конкорду.
Які ж особливості D-SEND 2? Насамперед – його носова частина не осесиметрична. Кіль зміщений до неї, і при цьому горизонтальне хвостове оперення встановлено як цільноповоротне. Воно також розташоване під негативним кутом поздовжньої осі. І при цьому закінчення оперення розташовуються нижче, ніж точка кріплення.
Крило, плавно пов'язане з фюзеляжем, виконане з нормальною стріловидністю, але ступінчасте.
За приблизно такою ж схемою зараз станом на листопад 2018 проектують пасажирський надзвуковий AS2. Працюють над ним майстри з Lockheed Martin. Замовником є NASA.
Також проект російського СДС/УПС зараз перебуває на стадії вдосконалення форми. Планується, що вона буде створюватися з упором зменшення інтенсивності ударних хвиль.
Сертифікація та… ще одна сертифікація
Важливо розуміти, що деякі проекти пасажирських надзвукових літаків реалізовуватимуться вже на початку 2020-х. При цьому правила, встановлені Міжнародною організацією цивільної авіації, у 2006 та 2008, ще діятимуть.
А значить, якщо до того часу не станеться серйозного технологічного прориву, в області «тихого надзвуку», то можливо створення саме літаків, які будуть переходити на швидкість, вище одного Маха, тільки в зонах, де це дозволено.
І після цього, коли необхідні технології все ж таки з'являться, за такого сценарію, доведеться проводити безліч нових випробувань. З метою того, щоб літаки могли отримати дозвіл на польоти над населеними пунктами. Але це лише міркування про майбутнє, сьогодні щось точно сказати щодо цього дуже важко.
Питання ціни
Ще одна проблема, згадана раніше-дорожнеча. Звичайно, на сьогоднішній день вже створено безліч двигунів, набагато економічніших, ніж ті, які експлуатували ще двадцять, або тридцять років тому.
Навіть зараз проектуються і ті, які можуть забезпечити літаку рух на надзвуковій швидкості, але при цьому не «з'їдають» стільки пального, скільки Ту-144, або «Конкорд».
Яким чином? Насамперед – це застосування керамічних композиційних матеріалів, що забезпечують зниження температур, а це особливо важливо в гарячих зонах силових установок.
Крім того – введення ще одного, третього, повітряного контуру – крім зовнішнього та внутрішнього. Нівеляція жорсткого зчеплення турбіни з вентилятором, усередині літакового двигуна тощо.
Проте, навіть завдяки всім цим нововведенням, не можна сказати, що надзвуковий політ, у сьогоднішніх реаліях – економічний. Тому для того, щоб він став доступним і привабливим для широких мас населення, вкрай важливі роботи з удосконалення двигунів.
Можливо, актуальним рішенням стане повна переробка конструкції, вважають експерти.
До речі – знизити вартість рахунок збільшення кількості пасажирів на один рейс, також не вдасться. Оскільки ті авіамашини, що проектують на сьогоднішній день (маються на увазі, звичайно, надзвукові літаки), розраховані на перевезення невеликої кількості людей – від восьми до сорока п'яти.
Новий двигун – варіант вирішення проблеми
З останніх новинок, у цій сфері, слід відзначити інноваційну реактивну, турбовентиляторну силову установку, створену нинішнього, 2018 року, компанією GE Aviation. У жовтні вона була представлена під назвою Affinity.
Цей мотор планують встановити на згадану модель пасажирського AS2. Якихось суттєвих технологічних «новинок» у даному типі силових установок не передбачено. Але при цьому, в ньому поєднані особливості реактивних двигунів з великим та малим ступенем двоконтурності. Що робить модель дуже цікавою для установки на надзвуковому літаку.
До того ж, творці двигуна стверджують, що при випробуваннях він доведе свою ергономічність. Витрата палива силовою установкою приблизно дорівнює тому, який можна фіксувати у стандартних двигунів авіалайнерів, що нині в експлуатації.
Тобто, це заявка на те, що силова установка надзвукового літака споживатиме приблизно стільки ж палива, скільки й у звичайного авіалайнера, не здатного розігнатися до швидкості вище одного Маху.
Як це вийде – поки що пояснити важко. Оскільки особливості конструкції двигуна його творці зараз не розкривають.
Якими вони можуть бути російські надзвукові авіалайнери?
Звичайно, сьогодні існує безліч конкретних проектів надзвукових пасажирських літаків. Однак далеко не всі близькі до реалізації. Подивимося на найперспективніші.
Отже - особливої уваги заслуговують російські авіабудівники, які успадкували досвід радянських майстрів. Як згадувалося раніше, сьогодні у стінах ЦАГІ імені Жуковського, за словами його співробітників, вже майже закінчено створення концепції надзвукового пасажирського літака нового покоління.
В офіційному описі моделі, наданому прес-службою інституту, згадується, що це легка, адміністративна авіамашина, з низьким рівнем звукового удару. Проектуванням займаються спеціалісти, співробітники цієї установи.
Також, у повідомленні прес-служби ЦАГІ згадано, що завдяки особливому компонування корпусу літака та спеціальному соплу, на якому встановлена система шумоглушення, ця модель демонструватиме останні досягнення технологічного розвитку російського авіабудування.
До речі, важливо згадати, що серед найбільш перспективних проектів ЦАГІ, крім описаного, – нова конфігурація пасажирських авіалайнерів, що називається «літаюче крило». Вона реалізує кілька особливо актуальних покращень. А саме – дає можливість покращити аеродинаміку, знизити споживання палива тощо. Але для не надзвукових авіамашин.
Окрім іншого, цей інститут вже неодноразово представляв готові проекти, які привертали увагу авіалюбителів з усього світу. Припустимо, - один з останніх, - модель надзвукового бізнес-джета, здатного подолати до 7 000 кілометрів без дозаправки, і розвивати швидкість 1,8 тисячі км/год. Така була представлена на виставці "Гідроавіасалон-2018".
«…проектування йде по всьому світу!»
Крім названих російських, також найбільш перспективні такі моделі. Американський AS2 (здатний розвинути швидкість до 1,5 Маха). Іспанський S-512 (межа швидкості - 1,6 Маха). І також, що знаходиться на стадії проектування в США, Boom, від компанії Boom Technologies (ну а він зможе літати з максимальною швидкістю 2,2 Маха).
Є ще X-59, який створюється на замовлення NASA, фірмою Lockheed Martin. Але він буде літаючою науковою лабораторією, а не пасажирським літаком. Та й запускати його в серійне виробництво поки що ніхто не планував.
Цікавими є плани компанії Boom Technologies. Співробітники цієї фірми заявляють, що намагатимуться досягти максимального здешевлення вартості польоту на надзвукових авіалайнерах, що створюються підприємством. Наприклад, ціну за переліт з Лондона до Нью-Йорку вони можуть приблизно назвати. Це близько 5000 доларів.
Для порівняння, стільки коштує квиток на рейс з англійської столиці в Новий Йорк, на звичайному, або дозвуковому літаку, в бізнес-класі. Тобто, ціна польоту на авіалайнері, здатному літати зі швидкістю більше 1.2 Маха, приблизно дорівнює вартості дорогого квитка на літак, який не міг би здійснити такий же швидкий переліт.
Однак у Boom Technologies зробили ставку на те, що створити «тихий» надзвуковий пасажирський лайнер у найближчій перспективі не вдасться. Тому їх Boom буде літати на максимальній швидкості, яку здатний розвинути, тільки над водними просторами. А перебуваючи над сушею, переходити на меншу.
При тому, що довжина Boom складе 52 метри, він зможе перевезти до 45 пасажирів. Згідно з планами компанії, що проектує літак, перший політ цієї новинки має відбутися у 2025 році.
Що на сьогоднішній день відомо про ще один перспективний проект – AS2? Він зможе перевезти значно менше людей – лише від восьми до дванадцяти людей за рейс. При цьому довжина лайнера дорівнюватиме 51,8 метра.
Над водою він, як планується, матиме можливість літати зі швидкістю 1,4-1,6 Маха, а над сушею – 1,2. До речі, в останньому випадку завдяки особливій формі літак у принципі не утворюватиме ударних хвиль. Вперше ця модель має піднятися в повітря вже влітку 2023 року. У жовтні того ж року – літак виконає свій перший переліт через Атлантику.
Ця подія буде приурочена до пам'ятної дати – двадцятиріччя, з того дня, як «Конкорди» востаннє летіли над Лондоном.
При цьому іспанський S-512 вперше змиє в небо не пізніше, ніж наприкінці 2021 року. А поставки цієї моделі замовникам почнуться з 2023 року. Максимальна швидкість цього літака – 1,6 Маха. На його борту можна розташувати 22 пасажири. Гранична дальність польоту дорівнює 11500 км.
Клієнт – усьому голова!
Як можна помітити, деякі компанії намагаються завершити проектування і приступити до створення авіамашин - якнайшвидше. Заради кого вони готові так поспішати? Спробуємо пояснити.
Отже, протягом 2017 року, наприклад, обсяг повітряних пасажирських перевезень становив чотири мільярди людей. Причому 650 мільйонів із них літали на далекі відстані, провівши в дорозі від 3,7 до тринадцятої години. Далі – 72 мільйони з 650, при тому летіли першим, або ж бізнес-класом.
Ось ці 72 000 000 чоловік, у середньому, і розраховують ті компанії, які займаються створенням надзвукових пасажирських авіамашин. Логіка проста – можливо, що багато хто з них не проти заплатити трохи більше за квиток, за умови, що політ пройде приблизно вдвічі швидше.
Але, навіть попри всі перспективи, багато експертів обґрунтовано вважають, що активний прогрес надзвукової авіації, створеної для перевезення пасажирів, може розпочатися вже після 2025 року.
На підтвердження такої думки свідчить і факт того, що згадана «летюча» лабораторія X-59 вперше підніметься у повітря лише у 2021 році. А навіщо?
Дослідження та перспективи
Основною метою її польотів, які відбуватимуться протягом кількох років, виступить збір інформації. Справа в тому, що ця авіамашина має пролетіти над різними населеними пунктами на надзвуковій швидкості. Жителі цих поселень вже висловили свою згоду на проведення випробувань.
І після того, як літак-лабораторія завершуватиме черговий «експериментальний переліт», люди, які живуть у тих населених пунктах, над якими вона пролетіла, повинні розповісти про ті «враження», що вони отримали за час, коли авіалайнер перебував над їхніми головами. Особливо чітко висловити – як сприймали шум. Чи вплинув він на їхню життєдіяльність тощо.
Зібрані таким чином дані будуть передані в Федеральне управління цивільної авіації, що у Сполучених Штатах. І після їх детального аналізу фахівцями, можливо, заборона на польоти надзвукових авіалайнерів над населеними ділянками суші буде скасована. Але в будь-якому випадку, станеться це не раніше 2025 року.
А поки що ми можемо спостерігати за створенням цих інноваційних літаків, які вже незабаром ознаменують своїми польотами народження нової ери надзвукової пасажирської авіації!
Подумати над створенням надзвукового пасажирського літака. На його думку, лайнер можна було б збудувати на основі військового стратегічного бомбардувальника Ту-160.
На початку 2018 року Путін вже пропонував повернутися до будівництва подібних літаків у Росії. Однак тоді фахівці скептично поставилися до ідеї президента, вважаючи проект надто дорогим. Пізніше в компанії «Туполь», що новий літак може здійснити свій перший політ не раніше 2027 року. Вартість всіх робіт із створення серійного літака в компанії оцінили в 105 млрд. рублів.
Інфо24поговорив з авіаекспертами і з'ясував, чи потрібен Росії новий надзвуковий пасажирський літак.
Жалюгідний досвід
В історії світового літакобудування було два надзвукові пасажирські лайнери: франко-британський Concorde і радянський Ту-144. Ці літаки могли розвивати швидкість понад 2,4 тисячі км/год, тоді як максимальна швидкість Airbus A320 – 840 км/год. При цьому вартість польоту, наприклад, із Європи до США досягала 7 тисяч доларів. Рейси користувалися популярністю у бізнесменів.
Ту-144 розробили в КБ Туполєва у 1960-ті роки. Його почали використовувати у пасажирських перевезеннях у 1977 році, проте після кількох аварій керівництво КБ вирішило заморозити проект.
Надзвуковий пасажирський літак ТУ-144. Фото: RIA Novosti, wikimedia.org
Приблизно в цей час французька компанія Aérospatiale і британська BAC розробили спільний проект під назвою «Конкорд». Усього випустили 20 надзвукових літаків, які розділили між собою авіакомпанії British Airways та Air France. За 27 років регулярних та чартерних рейсів послугами надзвукових рейсів скористалися понад 3 млн. пасажирів.
5 липня 2000 року один із літаків «Конкорд» розбився під час зльоту в паризькому аеропорту «Шарль де Голль». Тоді загинули 113 людей. Після цього польоти надзвукових літаків припинили на півтора роки. 2003 року їх зовсім припинили через високі ціни на пальне.
З того часу у світі більше не використовують пасажирську надзвукову авіацію.
"Не економіка, а престиж"
Керуючий директор журналу "Авіатранспортний огляд" Максим Пядушкін розповів Інфо24, Що виробництво надзвукових лайнерів стикається не тільки з технічними, але й іншими перешкодами.
«Той самий «Конкорд» експлуатувався на надзвуку лише над Атлантичним океаном, тому що, наприклад, у США через ударну хвилю заборонено літати над сушею на надзвукових швидкостях. Ці літаки мали дуже обмежене використання, і проблему досі не вирішено. Останні «Конкорди» постачалися практично задарма, за символічну ціну, там йшлося не про економіку, а про престиж. Але й їх перестали використовувати невдовзі після аварії у Парижі», - сказав Пядушкін.
Франко-британський надзвуковий лайнер Concorde авіакомпанії British Airways. Фото: Les Chatfield, Flickr Навіщо це державі
Головний редактор журналу «Авіатранспортний огляд» Олексій Синицький вважає, що за допомогою розробки надзвукового літака Росія може стимулювати розвиток інших галузей.
«У виробництві таких лайнерів є велика кількість питань, які не вирішені чи невирішені. Звичайно, робота над цими питаннями важлива, потрібна та цікава для створення нового покоління високоекономічних двигунів, тому працювати треба. Але, як на мене, це не магістральний і не стратегічний напрямок цивільної авіації. Є набагато більш приземлені питання, які, нехай і менш романтично звучать, теж вимагають вирішення. Але зовсім інша річ, якщо розглядати цивільну авіацію як можливість стимулювати розвиток економіки.
розвиток літакобудування тягне у себе поліпшення інших галузях. тому для Росії це стратегічно важливо, особливо якщо не замикатися на імпортозаміщенні, а, наприклад, знайти свої галузі спеціалізації та вибрати напрямки, де можна було б виступати з конкурентними продуктами у загальносвітовому масштабі.
Це стосується не обов'язково цілого літака, а, наприклад, якогось вузла, який ми робили б найкраще у світі», - сказав Синицький у розмові з Інфо24.
Хоча літаки "Конкорд" і продали авіакомпаніям за смішною ціною, експерт не вважає, що гроші були втрачені: були серйозні дослідження, галузь отримала знання та технології. До того ж, це був один із перших досвідів міжнародної кооперації, який згодом призвів до єдиної системи європейського літакобудування.
Нерентабельно та незручно
При цьому Синицький не заперечує того, що зробити польоти на надзвукових лайнерах надзвичайно складно.
«Якщо керівництву країни необхідно підвищити транспортну доступність, то це одна річ. Але при цьому світовий досвід показує, що економічність перемагає швидкість. Та ж програма «Конкорд» довела, що значно більш затребуваними виявилися економічні польоти, тоді як надзвуковий політ через генерацію хвилі ущільнення під літаком неекономічний за визначенням. По економіці надзвукових перевезень багато питань, у тому числі й наскільки це буде зручно для пасажирів. Наприклад, долетіти з Владивостока до Москви буде незручно за часом через зміну часових поясів - потрібно буде вилітати в незручний час, або в незручне прилітати. До того ж, якщо у звичайному літаку у вас є певний комфорт, то у надзвуковому буде більш тісно», - розповів експерт.
Ілюстрація: Інфо24 Експерт порталу Avia.ru Володимир Карнозов, однак, упевнений, що рентабельними рейси зробити можливо. Щоправда, для цього їм «критично важливо» літати не лише через Атлантичний, а й через Тихий океан – наприклад, із Японії, Китаю та Австралії до США та Канади.
«Вважається, що Конкорд був збитковим, але це не зовсім так. Проект виявився збитковим через потужну протидію США [за екологічними нормами], що виявилося дієвим у тому числі й тому, що доходи від комерційної експлуатації «Конкордів» формувалися в основному з продажу квитків на рейси в аеропорти Нью-Йорка та інших великих американських мегаполісів . «Конкорд» літав із проміжними посадками з Франції в Латинську Америку та з Англії на Близький Схід і далі в Південно-Східну Азію, але ці маршрути приносили значно менше доходів. Внаслідок протидії США західноєвропейська промисловість випустила менше літаків, ніж планувалося, а програму згорнули достроково», - сказав авіаексперт.
Тим, хто говорить про безкоштовні поставки «Конкорду» авіакомпаніям та будує на цьому аргументацію про неспроможність лайнерів, Карнозов пропонує порівняти вартість перших літаків та ціни за дозвукові авіалайнери тієї епохи. За його словами, це величезні гроші, які авіакомпанії планували повернути за рахунок багаторічної експлуатації на рейси із Європи до США, де машина працювала рентабельно.
Надзвуковий літак Concorde. Фото: nara.getarchive.net «Якщо відкрити закордонні авіаційні видання, то останні 7-10 років цю тему (створення надзвукових пасажирських літаків – прим. Інфо24) постійно обговорюють, головним чином стосовно літаків ділової авіації. Але проблеми розробки таких повітряних суден не пов'язані з технікою. Просто під впливом США авіаційна влада країн західного світу висуває завищені вимоги до екологічних параметрів «суперсоніків» (надзвуковий літак, від англ. supersonic - надзвуковий - прим. Інфо24), зокрема – рівню шуму біля та величині звукового удару. Впливати на Штати можливостей немає, а з їхньої подачі висуваються сертифікаційні вимоги до наступного покоління «суперсоніків». Якщо на політичній утраті не буде знайдено рішення, то нічого із витівки створити надзвуковий пасажирський літак не вийде. А якщо вимоги пом'якшать, виходить дуже цікавий проект», - розповів Карнозов.
Він додав, що витрати на створення такого літака сильно залежать від того, під які вимоги його створюватимуть. За словами експерта, якщо вимоги будуть «розумними», то ціна проекту складе кілька мільярдів доларів, проте якщо створення надзвукового лайнера «підганятимуть» під вимоги США, то «бюджет у десятки, а то сотні мільярдів доларів виявиться недостатнім».
Хто зможе літати на таких літаках
Перельоти на надзвукових лайнерах надзвичайно дорогі – наприклад, шлях із Лондона до Нью-Йорка може коштувати 7 тисяч доларів. Усі експерти сходяться на думці, що якщо подібні рейси і будуть затребувані, то лише бізнесмени.
«Якщо ми говоримо про сегмент бізнес-перевезень, то попит на швидкість може бути. Але витрата палива в таких літаках буде дуже великою, через що навіть для забезпечених людей вартість може виявитися досить високою», - розповів Інфо24провідний науковий співробітник Інституту транспорту та транспортної політики НДУ ВШЕ Федір Борисов.
Ілюстрація: Інфо24 З ним погоджується і Володимир Карнозов. За словами експерта, надзвукові літаки потрібні для «верхнього сегмента, тих, хто сьогодні літає бізнес-класом та першим класом».
Намагання створити новий «суперсонік»
Максим Пядушкін розповів, що є люди та компанії, які намагаються вийти на ринок надзвукових літаків, проте вони наголошують на бізнес-авіації, і їхні літаки купуватиме дуже обмежене коло людей.
Ілюстрація: Інфо24 «Такі проекти розпочиналися як стартапи, збиралися ентузіасти, які робили креслення. Але жоден стартап не може створити літак на самоті. Наприклад, компанія Aerion, яку підтримали Boeing та інші великі виробники. Цей проект просунувся, мабуть, далі за всіх. Це дає надію на те, що якщо в це повірили великі виробники, то літак зможуть довести до випробувань, прототипу і, власне, польоту», - сказав авіаексперт.
Протягом усієї історії людини тягне подолання всіх можливих бар'єрів. Одним із них тривалий час була швидкість звуку. На даний момент існує чимало надзвукових літаків, одні з яких активно використовуються різними державами, інші з тих чи інших причин більше не піднімаються в небо.
У ході розробок, що велися протягом багатьох десятиліть, було спроектовано не лише надзвукові винищувачі військового призначення, а й цивільні лайнери, які деякий час перевозили пасажирів.
Розробки літаків, здатних перевищити її, почалися ще середині минулого століття. Це відбувалося під час Другої світової війни, коли німецькі вчені старанно працювали, намагаючись розробити надзвуковий літак, здатний переламати хід війни.
Однак війна закінчилася, і багато німецьких вчених, які працювали над цими розробками, були захоплені американцями. Багато в чому завдяки ним у США був розроблений літак з ракетними двигунами – Bell X-1, на якому в 1947 році Чак Йегер першим у світі перевищив швидкість звуку.
Через рік до аналогічного результату прийшов радянський союз, розробивши ЛА-176, який спочатку зрівнявся зі швидкістю звуку на висоті в 9000 метрів, а через місяць, отримавши вдосконалені двигуни, перевищив її на висоті в 7000 метрів.
На жаль, проект було закрито через трагічну загибель О.В. Соколовського, одного з пілотів цього літака. Далі просування в конструюванні надзвукових літаків сповільнилося через деякі фізичні перешкоди: зріджуваність повітря на дуже високій швидкості, зміна аеродинаміки та обтічні. Серйозною перешкодою став перегрів літаків, що долають звуковий бар'єр. Таке явище називається "флаттер".
Протягом кількох подальших років конструктори працювали над обтічністю, аеродинамікою, матеріалами корпусу та іншими удосконаленнями.
Військова авіація у 1950-ті
На початку цього десятиліття конкуруючими у всіх сферах США та СРСР були розроблені F-100 Super Sabre та МіГ-19. Спочатку американський F-100 обганяв радянську Мить, досягнувши в 1953 році швидкості в 1215 кілометрів на годину, проте через рік радянський МІГ зміг його випередити, розігнавшись до 1450 кілометрів на годину.
Незважаючи на відсутність відкритих військових зіткнень США та СРСР, у локальних конфліктах В'єтнамської та Корейської війни було встановлено, що радянський МІГ багато в чому перевершує свого американського конкурента.
МіГ-19 був легшим, швидше піднімався у повітря, перевершував конкурента в динамічних характеристиках, а також радіус його бойового застосування на 200 кілометрів перевищував показник F-100.
Такі обставини призвели до підвищеного інтересу до радянських розробок з боку американців, і після закінчення корейської війни офіцер Але Гим Соком викрав Міг-19 з радянської авіабази, надавши його США, за що отримав винагороду у вигляді 100 000 доларів.
Громадянська надзвукова авіація
Отримані роки війн технічні напрацювання дали поштовх бурхливого розвитку авіації у 60-х роках. Основні проблеми, викликані подолання звукового бар'єру, було вирішено, і конструктори змогли розпочати проектування перших надзвукових літаків громадянського призначення.
Політ першого надзвукового авіалайнера, призначеного для перевезення пасажирів, було здійснено у 1961 році. Цим літаком був Douglas DC-8, що пілотується без пасажирів, з розміщеним на борту баластом, що імітує їхню вагу для випробування в умовах, максимально наближених до реальних. У момент спуску з висоти 15877 була розвинена швидкість 1262 км/год.
Також швидкість звуку була незаплановано подолана боїнгом 747, коли літак, що прямує з Тайпею до Лос-Анджелеса, внаслідок несправності та некомпетентності екіпажу увійшов у неконтрольоване піке. Пікіруючи з висоти 125000 метрів до 2900 метрів, літак перевищив швидкість звуку, отримавши при цьому пошкодження хвостової частини і доставивши серйозні трави двом пасажирам. Випадок стався у 1985 році.
Усього збудували два літаки, здатні по-справжньому перевищувати швидкість звуку в регулярних польотах. Ними були радянський Ту-144 та англо-французький Aérospatiale-BAC Concorde. Окрім цих літаків, жоден інший пасажирський літальний апарат не міг підтримувати крейсерську надзвукову швидкість.
Ту-144 та Конкорд
Першим в історії надзвуковим пасажирським літаком по праву вважається Ту-144, тому що він був збудований раніше за конкорд. Ці лайнери відрізняли не тільки чудові технічні характеристики, але й витончений зовнішній вигляд - багато хто вважає їх найкрасивішими літаками за історію авіації.
На жаль, Ту-144 став не тільки першим надзвуковим пасажирським літаком, що піднявся в небо, але і першим лайнером такого типу, що розбився. У 1973 році під час аварії в Ле-Буржі загинуло 14 людей, що стало першим поштовхом до припинення польотів на цій машині.
Друга аварія Ту-144 сталася в Московській області в 1978 році - на літаку почалося загоряння, через що посадка для двох членів екіпажу обернулася смертю.
У ході перевірки встановили, що причиною загоряння стала недоробка паливної системи нового двигуна, на той момент тестованого, в іншому ж літак виявив чудові характеристики, так як зміг здійснити посадку при загорянні. Незважаючи на це, комерційні рейки на ньому було припинено.
Конкорд служив європейській авіації набагато довше – польоти на ньому тривали з 1976 до 2003 року. Однак у 2000 році цей лайнер також зазнав аварії. Злітаючи в Шарль Де Голль, літак спалахнув і впав на землю, що призвело до загибелі 113 людей.
Конкорд за всю історію перельотів так і не почав окупатися, а після катастрофи потік пасажирів зменшився настільки, що проект став ще більш збитковим, і через три роки рейси на надзвуковому літаку припинилися.
Технічні характеристики Ту-144
Багатьом цікаво, якою була швидкість надзвукового літака? Розглянемо технічні характеристики літака, що тривалий час був гордістю вітчизняної авіації:
- Екіпаж – 4 особи;
- Місткість – 150 осіб;
- Співвідношення довжини та висоти – 67/12,5 метра;
- Максимальна вага – 180 тонн;
- Тяга із форсажем – 17500 кг/с;
- Крейсерська швидкість –2200 км/год;
- Максимальна висота польоту – 18 000 метрів;
- Дальність польоту – 6500 км.
Розробка надзвукового пасажирського літака другого покоління, скорочено УПС-2, входить у завершальну фазу. До 2025 очікується перший політ Ту-244. Новий російський комерційний лайнер конструктивно відрізнятиметься від радянського Ту-144 за характеристиками, дальністю польоту, комфортабельністю, місткістю, розмірами, потужністю двигунів, авіонікою. Надзвукова його швидкість 2 Маха, залишиться такою ж, як і у попередника Ту-144ЛЛ «Москва», це, як і раніше, найкращий у світі показник у важкому цивільному літакобудуванні. На висоті його польоту 20 км. маршрути вільні.
Обмеженням для авіаконструкторів і розробників може стати довжина злітно-посадкової смуги 1-го класу, що вимагає не менше 3 км. Такі бетонні смуги є не в усіх аеропортах світу та країни. Жодних ілюзій не може бути на той рахунок, що найкращий літак не буде затребуваний країнами Заходу, яким цікавіше продавати свої європейські Airbus та американські Boeing, що літають зі швидкістю 700 – 900 км/год, у 2,5-3 рази повільніше. Розраховувати доведеться тільки на потреби Росії та БРІКС, а також на багатих замовників, здатних дозволити собі такі літаки.
Завдання проекту
У першій моделі Ту-244 очікується побачити перевірені двигуни НК-32, такі ж, як у стратегічного бомбардувальника Ту-160М2 у модернізації 16.11.2017. Найперша розробка УПС-2 розпочато дуже рано, в 1973 році, завдяки напрацюванням радянських військових конструкторів 1950-х, які випередили час на 50 років. Тоді ще не було настільки якісних композитних матеріалів, щоб застосовувати їх у великій кількості, і силові установки мали недостатню тягу. У 1960-х стояли двигуни з 20-тонною тягою, у 1970-х з 25-тонною, а тепер уже застосовуються 32-тонні.
Перед авіаконструкторами поставлено 2 основні завдання:
Дальність польоту – 9200 км.
Зниження витрати пального даного класу техніки.
Перше і друге завдання можна вирішити за прикладом Ту-160 і Ту-22М3, застосувати стріловидність крила, що змінюється, зробивши літак багаторежимним. Можна проаналізувати закриті проекти Т-4 та Т-4МС Чернякова, вивчити розробки Мясищева за модифікаціями М-50, геніальних та фантастичних тоді, більш придатних сьогодні. У КБ Туполєва все для цього є, тут зібрані матеріали всіх провідних КБ СРСР, які займалися важкою стратегічною авіацією, на базі яких і створені найкращі у світі військові «дальники» Ту-22М3М та Ту-160М2.
Переваги реактивних літаків
Перевага реактивного літака – швидкість. Це гарантує комфортабельність польоту та скорочує відстань у часі. Провести в кріслі втричі менше годин – це гарне самопочуття пасажирів, наприклад рейсу Владивосток – Калінінград. Заощаджується бізнес-час. Користуючись послугами авіалайнера Ту-244 можна провести у відпустці на 1 день більше, і по прильоту без стомлення одразу вийти на роботу. Важливо отримувати моральне задоволення наших громадян від престижності Ту-244, випробувати гордість за Росію. Випуск цивільних реактивних літаків від ВПК РФ - значної самоокупності оборонних підприємств країни, це комерційна спрямованість, робочі місця, гарантія стабільності та накопичення прибутку в жорстких умовах ринку.
Недоліки надшвидкісних пасажирських лайнерів
У КБ Туполєва у 1960-х помітили, що створення цивільного надзвукового пасажирського лайнера за військовими принципами не вийде через вимоги до комфорту та безпеки. Почали вивчати цьому плані досвід США, Франції та Англії, що вважалося найкращим, то, за задумом головного конструктора Олексія Андрійовича Туполєва, йшло у роботу. До недоліків перших Ту-144 і Конкорду варто віднести велику витрату палива, гучність роботи двигуна, звукові удари, кількість шкідливих викидів в атмосферу.
Головний недолік Ту-244 – комерційні, військові та політичні інститути Заходу, адже їх «Конкорди» відлітали 2003-го, а нових у планах немає, бо наші шляхи літакобудування розходяться. Пояснення цьому: перше стратегічна надзвукова авіація не потрібна НАТО, т.к. в основі їхньої потужності стоїть авіанесучий океанський флот, а ядерні авіабомби та ракети достатньо доставляти літаками з радіусом дії в 1,5 км (винищувачами) з військових баз, розкиданих по світу, саме тому військові проекти такого класу на заході не дуже затребувані. Так само досить висока собівартість польоту різко звужує потенційний сегмент ринку для цих літаків, тому про масовість не може бути мови. Проте одночасне замовлення для військових та пасажирських перевезень, це саме те, що може дати серйозний поштовх надзвукової пасажирської авіації.
Яким буде Ту-244 за льотно-технічними характеристиками
Проектування затяглося, Ту-144 в комплектації 1968 досяг своїх перших конструкторських характеристик до середини 1970-х. Роботи з його удосконалення з 1992-го – початок проекту Ту-244, з того часу минуло вже 25 років, щоб закінчити розпочате знадобиться ще 10. Наочно видно, що залучення США, Англії та Франції до розвитку програми Ту-244 з розпадом РСРСР до чого доброго не привели, як і у всіх подібних випадках по колишньому СРСР. Тільки збір наукових даних від Ту-144ЛЛ для військово-космічної програми НАСА та гальмування наших підприємств у розвитку.
На сьогоднішній день багато варіантів проектів Ту-244. Ніхто не скаже, яким буде сам літак. Неофіційними джерелами поширюється неоднозначна інформація. Описані нижче параметри – умовні, складені з урахуванням нинішніх повноважень. Характеристики: Довжина 88,7 м; розмах крил 54,77 м, площа 1200 кв.м., а подовження 2,5 м; стріловидність крила по краю – у центроплана 75 град. – у консолі 35 градусів; ширина фюзеляжу 3,9 м; висота 4,1 м; багажне відділення на 32 кв.м.; злітна маса 350 т, включаючи паливо 178 т; двигуни НК-32 – 4 одиниці; крейсерська швидкість 2,05 М; дальність 10 тис. км; макс. висота 20 км.
Конструкція Ту-244
Уявимо трапецієподібне крило та складну деформацію його середньої трапеції. Управління елеронами в балансуванні, по крену та тангажу. У передньої кромки шкарпетки відхиляються механічно. У конструкції крила відбувається розподіл на частини, передню, середню та консолі. Середня та консольна частини з багатолонжеронною та багатонервюрною силовими схемами, у передній же нервюр немає. У вертикальному оперенні те ж саме, що і в конструкції крила і напрямний двосекційне кермо.
Фюзеляж з гермокабіною, носовим та хвостовим відсіками – розмірність вибиратиметься на замовлення з розрахунку кількості пасажирських крісел. На 250 та 320 пасажирів підійде діаметр фюзеляжу від 3,9 до 4,1 м. салон поділиться на класи, 1-й, 2-й та 3-й. За комфортністю Ту-244 буде на рівні останньої модифікації Ту-204-го. Літак обладнають вантажним відсіком. Пілотів четверо, їхні крісла з катапультами (російською мовою), вистрілюються вгору. На борту знову все автоматизовано і підпорядковане центральному програмному управлінню.
Ту-244 може позбутися носа, що відхиляється, аналогічного в Ту-144ЛЛ, через розвиток новітнього оптико-електронного обладнання та можливостей відхилення векторів керованої тяги в сучасних силових вітчизняних установках. У місцях максимального навантаження може використовуватися титановий сплав ВТ-64 в області колеса. Носова стійка може залишитися незмінною, точно з'являться 3 нові основні опори для бетонної смуги, розраховані на високі навантаження. Навігаційно-пілотажне обладнання відповідатиме метеорологічному мінімуму за міжнародною класифікацією IIIA ICAO.
