Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . ( Август 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Сверхзвуковых самолетов является самолет сможет летать быстрее скорости звука ( числа Маха 1). Сверхзвуковые самолеты были разработаны во второй половине двадцатого века и почти полностью использовались в исследовательских и военных целях. Только два, Ту-144 (первый полет - 31 декабря 1968 г.) и « Конкорд» (первый полет - 2 марта 1969 г.), когда-либо поступали на вооружение в качестве авиалайнеров . Истребители - наиболее распространенный образец сверхзвуковой авиации.
Аэродинамика сверхзвукового полета называется сжимаемым потоком из-за сжатия, связанного с ударными волнами или « звуковым ударом », создаваемым любым объектом, движущимся быстрее звука.
Самолеты, летящие со скоростью выше 5 Махов, часто называют гиперзвуковыми .
История [ править ]
Первым самолетом, способным летать на сверхзвуковом уровне в горизонтальном полете, был американский экспериментальный самолет Bell X-1, оснащенный ракетой с тягой 6000 фунтов, работающей на жидком кислороде и этиловом спирте. Большинство сверхзвуковых самолетов были военными или экспериментальными.
В 1960-х и 1970-х годах было выполнено множество проектных исследований сверхзвуковых авиалайнеров, и в конечном итоге на вооружение поступили два типа: советский Туполев Ту-144 (1968 г.) и англо-французский « Конкорд» (1969 г.). Однако политические, экологические и экономические препятствия и одна катастрофа со смертельным исходом не позволили использовать Concorde в полной мере их коммерческий потенциал.
Принципы дизайна [ править ]
Сверхзвуковой полет сопряжен с существенными техническими проблемами, поскольку аэродинамика сверхзвукового полета резко отличается от аэродинамики дозвукового полета (то есть полета со скоростью ниже скорости звука). В частности, аэродинамическое сопротивление резко возрастает по мере прохождения самолетом околозвукового режима, что требует гораздо большей мощности двигателя и более обтекаемых корпусов самолетов.
Крылья [ править ]
Чтобы сохранить низкое сопротивление, необходимо ограничить размах крыльев, что также снижает аэродинамическую эффективность при медленном полете. Поскольку сверхзвуковой самолет должен взлетать и приземляться на относительно низкой скорости, его аэродинамическая конструкция должна быть компромиссом между требованиями для обоих концов диапазона скоростей.
Одним из подходов к разрешению этого компромисса является использование крыла с изменяемой геометрией , широко известного как «качающееся крыло», которое широко распределяется для полета на малой скорости и затем резко разворачивается, обычно назад, для полета на сверхзвуке. Однако раскачивание влияет на продольный дифферент самолета, а механизм поворота увеличивает вес и стоимость. Использование треугольного крыла , например, используемых на Aerospatiale-BAC Concorde, создает вихрь, который возбуждает поток на верхней поверхности крыла на высоких скоростях и углах атаки, задерживая отрыв потока и давая самолету очень большой угол сваливания. . Это также решает проблему сжимаемости жидкости.на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Однако это, конечно, неэффективно на более низких скоростях из-за требования большого угла атаки и, следовательно, требует использования закрылков .
Отопление [ править ]
Другая проблема - это тепло, выделяемое трением при обтекании самолета воздухом. В большинстве дозвуковых конструкций используются алюминиевые сплавы, такие как дюралюминий , которые дешевы и просты в эксплуатации, но быстро теряют свою прочность при высоких температурах. Это ограничивает максимальную скорость примерно до 2,2 Маха.
Большинство сверхзвуковых самолетов, в том числе многие военные истребители , спроектированы так, чтобы проводить большую часть своего полета на дозвуковых скоростях и только на короткие промежутки времени, превышающие скорость звука, например, при перехвате вражеского самолета. Меньшее количество, такое как разведывательный самолет Lockheed SR-71 Blackbird и сверхзвуковой авиалайнер Concorde, были разработаны для непрерывного крейсерского полета на скоростях, превышающих скорость звука, и с этими конструкциями проблемы сверхзвукового полета становятся более серьезными.
Двигатели [ править ]
Некоторые ранние сверхзвуковые самолеты, включая первый, полагались на ракетную мощность для обеспечения необходимой тяги, хотя ракеты сжигают много топлива и поэтому время полета было коротким. Ранние турбореактивные двигатели были более экономичными, но не имели достаточной тяги, а некоторые экспериментальные самолеты были оснащены как турбореактивным двигателем для полета на малых скоростях, так и ракетным двигателем для полета на сверхзвуковых скоростях. Изобретение форсажной камеры , в которой дополнительное топливо сжигается в выхлопе реактивного двигателя, сделало эти смешанные типы силовых установок устаревшими. Турбовентиляторный двигатель проходит дополнительный холодный воздух вокруг сердечника двигателя, дальнейшее повышение его эффективности топлива и сверхзвуковые самолеты сегодня питается от турбовентиляторных , оснащенных дожигателей.
В сверхзвуковых самолетах обычно используются турбовентиляторные двигатели с малым байпасом, поскольку они имеют приемлемый КПД как ниже скорости звука, так и выше; или, если требуется суперкруиз, могут быть желательны турбореактивные двигатели, поскольку они дают меньшее сопротивление гондоле на сверхзвуковых скоростях. Двигатели Pratt & Whitney J58 для Lockheed SR-71 Blackbirdработал двумя способами: взлет и посадка как турбореактивные без байпаса, но пропускали часть компрессорного воздуха на форсажную камеру на более высоких скоростях. Это позволяло Blackbird летать со скоростью более 3 Маха, быстрее, чем любой другой серийный самолет. Нагревательный эффект трения воздуха на этих скоростях означал, что необходимо было разработать специальное топливо, которое не разрушалось бы под воздействием тепла и не забивало бы топливопроводы на пути к горелке.
Еще одна высокоскоростная силовая установка - ПВРД . Это должно происходить довольно быстро, прежде чем оно вообще сработает.
Трансзвуковой полет [ править ]
Воздушный поток может ускоряться или замедляться локально в разных точках над самолетом. В области около 1 Маха в некоторых областях может наблюдаться сверхзвуковой поток, в то время как другие - дозвуковые. Этот режим называется околозвуковым полетом. При изменении скорости самолета будут формироваться или перемещаться волны давления. Это может повлиять на дифферент, устойчивость и управляемость самолета, и конструктор должен обеспечить учет этих эффектов на всех скоростях.
Гиперзвуковой полет [ править ]
Полет со скоростью выше примерно 5 Махов часто называют гиперзвуковой. В этом регионе проблемы лобового сопротивления и нагрева стоят еще острее. Трудно сделать материалы, которые могут выдерживать силы и температуры, создаваемые сопротивлением воздуха на этих скоростях, а гиперзвуковой полет в течение значительного промежутка времени еще не достигнут.
Звуковой удар [ править ]
Звуковой удар - это звук, связанный с ударными волнами, создаваемыми всякий раз, когда объект, движущийся по воздуху, движется со скоростью, превышающей скорость звука . Звуковые удары генерируют значительное количество звуковой энергии, звучащее для человеческого уха подобно взрыву или удару грома . Трещина сверхзвуковой пули, пролетающей над головой, или трещина кнута - примеры звукового удара в миниатюре. [2]
Звуковые удары, создаваемые большим сверхзвуковым самолетом, могут быть особенно громкими и пугающими, могут разбудить людей и могут вызвать незначительные повреждения некоторых конструкций. Они привели к запрету обычных сверхзвуковых полетов над сушей. Хотя полностью предотвратить их невозможно, исследования показывают, что при тщательном формировании транспортного средства неудобства из-за них могут быть уменьшены до такой степени, что сверхзвуковой полет над сушей может стать практическим вариантом.
Суперкруиз [ править ]
Суперкруиз - это устойчивый сверхзвуковой полет сверхзвукового самолета с полезной нагрузкой на груз, пассажиров или вооружение, выполняемой эффективно, что обычно исключает использование крайне неэффективных дожигателей или «повторного нагрева». Многие хорошо известные сверхзвуковые военные самолеты, не способные к суперкруизу, могут поддерживать полет со скоростью более 1 Маха короткими очередями, обычно с форсажной камерой. Такие самолеты, как SR-71 Blackbird , предназначены для крейсерского полета на сверхзвуковой скорости с включенными форсажными камерами.
Одним из самых известных примеров самолета, способного к суперкруизу, был Concorde . Благодаря долгой эксплуатации коммерческого авиалайнера Concorde является рекордсменом по количеству времени, проведенному в суперкруизе; больше, чем все остальные самолеты вместе взятые. [3]
Сверхзвуковой транспорт [ править ]
Сверхзвуковой транспорт (SST) является гражданской самолет , предназначенный для перевозки пассажиров со скоростью большей , чем скорость звука . Единственными сверхзвуковыми гражданскими самолетами, находившимися на вооружении, были Туполев Ту-144 советского производства, который впервые поднялся в воздух в 1968 году и был списан в 1997 году; и франко-британский Concorde , который впервые поднялся в воздух в 1969 году и оставался в эксплуатации до 2003 года. С 2003 года на вооружении не было сверхзвуковых гражданских самолетов.
Ключевой особенностью этих конструкций является способность поддерживать сверхзвуковой крейсерский полет в течение длительных периодов времени, поэтому низкое лобовое сопротивление необходимо для ограничения расхода топлива до практического и экономичного уровня. Как следствие, эти планеры имеют очень обтекаемую форму, а крылья имеют очень короткий размах. Требование низких скоростей при взлете и посадке выполняется за счет использования вихревой подъемной силы: когда самолет замедляется, подъемную силу необходимо восстанавливать, поднимая носовую часть, чтобы увеличить угол атаки крыла. Резко изогнутая передняя кромка заставляет воздух закручиваться, когда он обтекает крыло, локально ускоряя воздушный поток и поддерживая подъемную силу.
Другие проекты SST включали:
- Франция - Sud Aviation Super-Caravelle
- Россия-США - Сухой-Гольфстрим С-21
- Советский Союз - Туполев Ту-244 , Туполев Ту-444
- Великобритания - Бристоль Тип 223
- США - Convair Model 58-9 , Boeing 2707 , Lockheed L-2000 , Douglas 2229 , SAI Quiet Supersonic Transport , High Speed Civil Transport
Сверхзвуковой бизнес-джет [ править ]
Сверхзвуковые бизнес-джеты (SSBJ) - это предлагаемый класс малых сверхзвуковых самолетов. Еще никто не летал.
SSBJ, предназначенные для перевозки примерно десяти пассажиров, примерно такого же размера, как и традиционные дозвуковые бизнес-джеты.
Проекты как для крупномасштабных, так и для бизнес- джетов ( см. Ниже ) пассажирских сверхзвуковых и гиперзвуковых авиалайнеров ( Aerion SBJ , Spike S-512 , HyperMach SonicStar , Next Generation Supersonic Transport , Tupolev Tu-444 , Gulfstream X-54 , LAPCAT , Reaction Engines LAPCAT A2 , Zero Emission Hyper Sonic Transport , SpaceLiner и т. Д.) Были предложены и сейчас находятся в стадии разработки.
Сверхзвуковые стратегические бомбардировщики [ править ]
Стратегический бомбардировщик должен нести большую нагрузку бомбы на большие расстояния. Следовательно, это большой самолет с массой пустого, превышающей 25 000 кг. Некоторые из них также были разработаны для выполнения связанных задач, таких как стратегическая разведка и нанесение ударов по судам.
Обычно самолет будет лететь на дозвуковом режиме большую часть своего полета для экономии топлива, прежде чем разгоняться до сверхзвуковой скорости для бомбардировки. [4]
На вооружение поступило несколько сверхзвуковых стратегических бомбардировщиков. Самый ранний тип, Convair B-58 Hustler , впервые поднялся в воздух в 1956 году, а самый последний, Rockwell B-1B Lancer , в 1983 году. Хотя этот и несколько других типов все еще используются сегодня, ни один из них не выпускается.
Другие типы полета включают:
- Dassault Mirage IV (1959)
- Туполев Ту-22 (1959 г.)
- Мясищев М-50 (1959 г.)
- БАК ТСР-2 (1964)
- Североамериканский XB-70 Valkyrie (1964)
- Туполев Ту-22М (1969)
- General Dynamics FB-111A (1969)
- Сухой Т-4 (1972 г.)
- Туполев Ту-160 (1981)
- Rockwell B-1B Lancer (1986)
Из них в серийное производство поступили только Ту-22 , Ту-22М , FB-111A , B-1B и Ту-160 . В рамках проекта « Бомбардировщик 2037» в США планируется создать невидимый сверхзвуковой стратегический бомбардировщик следующего поколения .
Сверхзвуковая стратегическая разведка [ править ]
Некоторые сверхзвуковые стратегические бомбардировщики, такие как Сухой Т-4 , также могут выполнять роль разведчика (хотя Сухой оставался прототипом).
Локхид SR-71 дрозд был специально разработан для роли, и был крупнее развитие Локхид А-12 самолета - разведчика , который первый полет в 1962 году.
Сверхзвуковые истребители / штурмовики [ править ]
Сверхзвуковые истребители и связанные с ними самолеты иногда называют быстрыми реактивными двигателями. Они составляют подавляющее большинство сверхзвуковых самолетов, и некоторые из них, такие как МиГ-21 Микояна-Гуревича , Lockheed F-104 Starfighter и Dassault Mirage III , производятся в больших количествах.
Многие военные сверхзвуковые истребители и аналогичные самолеты четвертого и пятого поколений разрабатываются в нескольких странах, включая Россию, Китай, Японию, Южную Корею, Индию, Иран и США.
Соединенные Штаты [ править ]
- Дуглас F4D Skyray (1951)
- Североамериканский F-100 Super Sabre (1953)
- Convair F-102 Delta Dagger (1953)
- Grumman F-11 Tiger (1954 г.)
- McDonnell F-101 Voodoo (1954)
- Lockheed F-104 Starfighter (1954 г.)
- Республика F-105 Thunderchief (1955)
- Vought F-8 Crusader (1955)
- Convair F-106 Delta Dart (1956)
- Дуглас F5D Skylancer (1956)
- Grumman F11F-1F Super Tiger (1956)
- Североамериканский F-107 (1956)
- Североамериканский A-5 Vigilante (1958)
- McDonnell Douglas F-4 Phantom II (1958)
- Vought XF8U-3 Crusader III (1958)
- Истребитель свободы Northrop F-5A / B (1959)
- Lockheed YF-12 (1963)
- General Dynamics F-111 Aardvark (1964)
- General Dynamics – Grumman F-111B (1965 г.)
- Грумман F-14 Tomcat (1970)
- McDonnell Douglas F-15 Eagle (1972)
- Northrop F-5E / F Tiger II (1972)
- Northrop YF-17 (1974)
- General Dynamics F-16 Fighting Falcon (1974)
- McDonnell Douglas F / A-18 Hornet (1978)
- Northrop F-20 Tigershark (1982)
- Воут Я-7Ф (1989 г.)
- Локхид YF-22 (1990)
- Northrop YF-23 (1990)
- Боинг F / A-18E / F Super Hornet (1995 г.)
- Lockheed Martin F-22 Raptor (1997)
- Lockheed Martin X-35 (2000 год)
- Боинг Х-32 (2000 г.)
- Lockheed Martin F-35 Lightning II (2006)
Советский Союз / Россия [ править ]
- Микоян-Гуревич МиГ-19 (1953 г.)
- Микоян-Гуревич МиГ-21 (1955 г.)
- Сухой Су-7 (1955 г.)
- Сухой Су-9 (1956 г.)
- Сухой Су-11 (1958 г.)
- Яковлев Як-28 (1958)
- Яковлев Як-27 (1960)
- Туполев Ту-28 (1961 г.)
- Сухой Су-15 (1962 г.)
- Микоян-Гуревич МиГ-25 (1964 г.)
- Сухой Су-17 (1966 г.)
- Сухой Су-24 (1967)
- Микоян-Гуревич МиГ-23 (1967)
- Микоян МиГ-27 (1970 г.)
- Яковлев Як-38 (1971)
- Микоян МиГ-31 (1975 г.)
- Сухой Су-27 (1977 г.)
- Микоян-Гуревич МиГ-29 (1977 г.)
- Сухой Су-33 (1987)
- Яковлев Як-141 (1987)
- Сухой Су-30 (1989 г.)
- Сухой Су-34 (1990 г.)
- Сухой Су-37 (1996 г.)
- Сухой Су-47 (1997 г.)
- Проект Микояна 1.44 (2000)
- Микоян МиГ-35 (2007 г.)
- Сухой Су-35 (2008 г.)
- Сухой Су-57 (2010 г.)
Швеция [ править ]
- Saab 32 Lansen (1952)
- Saab 35 Draken (1955)
- Saab 37 Viggen (1967)
- Saab JAS 39 Gripen (1988)
Соединенное Королевство [ править ]
- Английская электрическая молния (1954)
Франция [ править ]
- Норд 1500 Грифон II (1950)
- Dassault Super Mystère B1 (1955)
- Dassault Mirage III (1956)
- Leduc 022 (1957)
- Dassault Mirage III V (1961)
- Dassault Mirage IV (1964)
- Dassault Mirage F1 (1966 год)
- Dassault Mirage 5 (1967)
- Dassault Mirage G (1971)
- Dassault-Breguet Super Étendard (1974)
- Dassault Mirage 2000 (1978)
- Dassault Mirage 4000 (1979)
- Дассо Рафаль (1986)
Китай [ править ]
- Шэньян J-6 Фермер (1958)
- Nanchang Q-5 Fantan (1965)
- Лодка Chengdu J-7 (1966)
- Шэньян J-8 (1969)
- Наньчан J-12 (1970)
- Xian JH-7 Flounder (1988)
- Чэнду J-10 Энергичный дракон (1998)
- Шэньян J-11 (1998)
- Наньчан / Хунду L-15 (2005)
- Шэньян J-15 Flying Shark (2009)
- Чэнду J-20 стелс (2011)
- Шэньян J-16 (2012)
- Шэньян J-21 / J-31 кречет (2012)
Канада [ править ]
- Avro Canada CF-105 Arrow (1958)
- Canadair CF-104 Starfighter (1961)
- Canadair CF-5 (1968)
Индия [ править ]
- HAL HF-24 Marut (1961)
- ХЭЛ Теджас (2001)
Германия [ править ]
- EWR VJ 101 (1963)
Египет [ править ]
- Helwan HA-300 (1964)
Италия [ править ]
- Истребитель Aeritalia F-104S (1966 г.)
Франция / Великобритания [ править ]
- SEPECAT Jaguar (1968)
Япония [ править ]
- Митсубиси Т-2 (1971 г.)
- Mitsubishi F-1 (1975 год)
- Mitsubishi F-2 (1995 год)
Израиль [ править ]
- ИАИ Нешер (1971)
- ИАИ Кфир (1973)
- ИАИ Лави (1986)
- IAI Nammer (1991)
Германия / Италия / Великобритания [ править ]
- Панавиа Торнадо (1974)
Южная Африка [ править ]
- Гепард Атлас (1986)
Тайвань [ править ]
- AIDC F-CK-1 Ching-kuo (1989)
Германия / Италия / Испания / Великобритания [ править ]
- Еврофайтер Тайфун (1994)
Иран [ править ]
- HESA Azarakhsh (1997)
- HESA Saeqeh (2004)
- HESA Ghaher 313 (2011 г.)
Южная Корея [ править ]
- КАИ Т-50 Беркут (2002)
Пакистан [ править ]
- PAC JF-17 Thunder (2003 г.)
Сверхзвуковой исследовательский самолет [ править ]
- Bell X-1 (1946 г.), первым преодолевший звуковой барьер в горизонтальном полете. Ракетный двигатель.
- Дуглас D-558-2 Skyrocket (1948), с ракетным двигателем.
- Convair XF-92 (1948 г.), первый сверхзвуковой реактивный самолет с треугольным крылом.
- Republic XF-91 Thunderceptor (1949), смешанная мощность
- Bell X-2 (1952), с ракетным двигателем.
- Convair F2Y Sea Dart (1953), единственный гидросамолет, превышающий скорость звука
- SNCASO Trident (1953 г.), французский сверхзвуковой двухмоторный исследовательский самолет.
- Fairey Delta 2 (1954 г.), впервые превысивший 1000 миль в час.
- Nord Gerfaut (1954), французский исследовательский сверхзвуковой самолет с треугольным крылом.
- SNCASE SE.212 Durandal (1956), экспериментальный сверхзвуковой истребитель треугольного крыла французской постройки.
- Nord 1500 Griffon (1955, 1957), Griffon 1 летал в 1955 году, Griffon 2 летал в 1957 году, экспериментальный смешанный турбореактивный ПВРД.
- Saunders-Roe SR.53 (1957), экспериментальный реактивный истребитель смешанной мощности
- Североамериканский X-15 (1959 г.), первый гиперзвуковой самолет и космоплан . Ракетный двигатель.
- Bristol 188 (1962), британский сверхзвуковой исследовательский самолет
- Lockheed NF-104A (1963) модифицированный истребитель F-104, используемый для тренировки космонавтов по североамериканским программам X-15 и Boeing X-20 Dyna-Soar .
- Northrop HL-10 (1966), с ракетным двигателем
- Martin Marietta X-24A (1969) с ракетным двигателем.
- Northrop M2-F3 (1970) с ракетным двигателем
- General Dynamics F-16XL (1982) модифицированный F-16, испытательный образец треугольного крыла
- Grumman X-29 (1984)
- British Aerospace EAP (1986)
- McDonnell Douglas F-15 STOL / MTD (1988) сильно модифицированный F-15, используемый в нескольких испытательных программах НАСА, включая STOL / MTD, ACTIVE, IFCS, Quiet Spike, SBRDC / ECANS и HISTEC.
- Rockwell-MBB X-31 (1990)
- General Dynamics F-16 VISTA (1992) модифицированный F-16, демонстратор управления вектором тяги
- Образная демонстрация звукового удара (2003)
- SpaceShipOne (2003) - первый космический самолет частной конструкции
- NASA X-43 (2004 г.) Демонстрационный образец с ГПВП
- Boeing X-53 Active Aeroelastic Wing (2006) модифицированный F-18, демонстратор деформации крыла. Также использовался в качестве исследовательского корабля High Alpha и более поздних исследований звукового удара.
- Boeing X-51 Waverider (2010) демонстрационный образец с воздушным двигателем
- Lockheed Martin X-59 QueSST (2018) по заказу НАСА [5]
См. Также [ править ]
- Звуковой барьер
Ссылки [ править ]
- Библиография
- Ганстон, Билл (2008). Быстрее звука: история сверхзвукового полета . Сомерсет, Великобритания: Haynes Publishing. ISBN 978-1-84425-564-1.CS1 maint: ref дублирует значение по умолчанию ( ссылка )
- Заметки
- ^ Херинг, Эдвард А. Младший; Смолка, Джеймс У .; Мюррей, Джеймс Э .; Плоткин, Кеннет Дж. (1 января 2005 г.). "Демонстрация полета звуковых ударов N-волны низкого избыточного давления и неувядающих волн" ( PDF ) . Технические отчеты НАСА . НАСА . Проверено 12 февраля 2015 года .
- Перейти ↑ May, Mike (2002). "Хорошая математика" . Американский ученый . Архивировано из оригинального 22 января 2016 года.
- ^ «Оборона и безопасность, разведка и анализ - IHS Jane's 360» . janes.com. 25 июля 2000 года архивации с оригинала на 6 августа 2010 года . Проверено 4 сентября 2015 .
- ^ "Сверхзвуковой реактивный самолет Boom Technology с максимальной скоростью 1700 миль в час готов к испытательному полету" . Индийский ястреб | Новости обороны Индии . Проверено 14 июля 2020 .
- ^ Banke, Джим (28 июня 2018). «Экспериментальный сверхзвуковой самолет НАСА, ныне известный как X-59 QueSST» . ПРОСТРАНСТВО ЕЖЕДНЕВНО . Космическая медиа-сеть . Проверено 30 июня 2018 .