Сверхзвуковой самолет

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в основном непроверенным, поскольку в нем отсутствуют соответствующие встроенные ссылки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Август 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Локхид SR-71 дрозд сверхзвукового самолета - разведчика

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, Туполев Ту-144 (первый полет - 31 декабря 1968 г.) и « Конкорд» (первый полет - 2 марта 1969 г.), когда-либо поступили 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, который летал на сверхзвуковом уровне в горизонтальном полете, был американский экспериментальный самолет Bell X-1, оснащенный ракетой с тягой в 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 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 (т. Е. 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 планеров.

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 решению этого компромисса является использование крыла с изменяемой геометрией , широко известного как «качающееся крыло», которое широко распределяется для полета на малых скоростях 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 ]

Другой проблемой является 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, включая многие военные истребители , рассчитаны на то, чтобы проводить большую часть своего полета на дозвуковых скоростях и только на кратковременное превышение скорости звука, например, при перехвате вражеского самолета. Меньшее количество, такое как самолет- разведчик 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, в том числе первый, полагались на мощность ракеты 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, и 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.

Сверхзвуковые самолеты обычно используют 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 обеспечивают меньшее сопротивление гондолы 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 в 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 топливные трубы 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 трансзвуковым 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 на скорости выше 5 Махов часто называют гиперзвуковой. В этом регионе проблемы лобового сопротивления и нагрева стоят еще более остро. 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, возникающими всякий раз, когда объект, движущийся по воздуху, движется со скоростью, превышающей скорость звука . Звуковые удары генерируют значительное количество звуковой энергии, звучащей для человеческого уха, как взрыв или удар грома . Трещина от пролетающей над головой сверхзвуковой пули или трещина кнута - примеры звукового удара в миниатюре. ^[2]

Звуковые удары, производимые 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 их нельзя полностью предотвратить, исследования показывают, что при тщательном формировании транспортного средства неудобства, связанные с ними, 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 эффективным грузом, пассажирами или вооружением, который обычно исключает использование крайне неэффективных форсажных камер 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 форсажем. Такие самолеты, как SR-71 Blackbird , предназначены для 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 суперкруизах; 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 на вооружении 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 экономического 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.

Обычно SSBJ предназначены для перевозки около десяти пассажиров, они примерно такого же размера, как и традиционные дозвуковые бизнес-джеты.

Проекты для крупномасштабных и 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 взлетел 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 Соединенных Штатах 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, а некоторые, 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)
• Локхид YF-22 (1990)
• Northrop YF-23 (1990)
• Боинг F / A-18E / F Super Hornet (1995)
• 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 ]

• Nord 1500 Griffon 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)
• Dassault Mirage 5 (1967)
• Dassault Mirage G (1971)
• Dassault-Breguet Super Étendard (1974)
• Dassault Mirage 2000 (1978)
• Dassault Mirage 4000 (1979)
• Dassault Rafale (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)
• ХАЛ 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 ]

• Mitsubishi T-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 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 программах испытаний 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
• Демонстрация Shaped Sonic Boom (2003)
• SpaceShipOne (2003) - первый космический самолет частной конструкции
• NASA X-43 (2004) демонстрационный образец с прямоточным воздушным двигателем
• 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.

Примечания