Одной из важнейших задач всех специалистов авиационно-транспортного производства является создание сверхзвуковых пассажирских самолетов. Анализ уже существующих сверхзвуковых пассажирских самолетов позволил разработать принципиально новые, экономически выгодные и удовлетворяющие экологическим нормам. Рассмотрим ряд изобретений, направленных на создание универсальных сверхзвуковых пассажирских самолетов, которые можно было бы использовать на высотах полета, находящихся за пределами современных воздушных коридоров, со сверхзвуковыми скоростями.

Сверхзвуковой самолет, разработанный Корабеф Йоханном и Прамполини Марко , имеет улучшенные характеристики самолетов «Конкорд» и «Туполев ТУ-144». В частности, снижение уровня шума, которым сопровождается преодоление звукового барьера.

Данное изобретение содержит фюзеляж (рис 1), который образован передней секцией или носом CN, средней секцией или пассажирской кабиной P и задней секцией. Фюзеляж самолета имеет постоянное сечение, которое, начиная от секции пассажирской кабины, постепенно расширяется, а в заднем направлении воздушного судна сужается.

Рисунок 1. Вид сверхскоростного воздушного судна в продольном разрезе

Внутри задней секции фюзеляжа располагаются один или несколько резервуаров с жидким кислородом R01 и резервуар с водородом в жидком или шугаобразном состоянии Rv, предназначенные для питания ракетного двигателя.

Воздушное судно имеет треугольное готическое крыло, как показано на (рис.2), корень которого берет начало на уровне, где начинается расширение передней части фюзеляжа. Треугольное крыло оборудовано двумя закрылками с каждой стороны фюзеляжа.

Рисунок 2. Вид сверхскоростного воздушного судна в перспективе

С помощью цилиндрической детали на каждом наружном конце задней кромки треугольного крыла закреплено малое крыло a1,a2. На (рис. 3) иллюстрируется данное изобретение.

Рисунок 3. Малое крыло в перспективе

Подвижное малое крыло состоит из двух элементов трапециевидной формы, которые расположены с двух сторон цилиндрической детали. Цилиндрическая деталь, ось которой параллельна оси фюзеляжа, может поворачиваться вокруг своей оси для установки малого крыла в зависимости от скорости воздушного судна. Положение малых крыльев является горизонтальным при скоростях ниже 1Мах и вертикальным при скоростях выше 1Мах. Изменение положений малого крыла необходимо для решения проблемы с совмещением центра тяжести и центра приложения тяги при любой скорости самолета.

Воздушное судно оборудовано системой двигателей (рис 1). Данная система содержит два турбореактивных двигателя TB1(TB2), два прямоточных воздушно-реактивных двигателей ST1(ST2) и ракетного двигателя Mf.

Два турбореактивных двигателя TB1(TB2) размещены в переходной зоне между пассажирской кабиной P и задней секцией фюзеляжа. Турбореактивные двигатели предназначены для этапа рулежки воздушного судна и этапа взлета. Незадолго до входа в область трансзвукового полета турбореактивные двигатели выключаются и убираются внутрь фюзеляжа. Как только начинается фаза посадки воздушного судна и скорость воздушного судна становится ниже скорости 1Мах, происходит выпуск и зажигание турбореактивных двигателей. Данное решение позволяет значительно уменьшить размер и массу турбореактивных двигателей по сравнению с турбореактивными двигателями стандартного использования.

На этапе взлета воздушное судно движется не только за счет турбореактивных двигателей TB1(TB2), но и за счет ракетного двигателя. Ракетный двигатель может представлять собой (рис.4) либо единый двигатель с плавно изменяющейся тягой, либо комбинацию главного двигателя Mp с несколькими вспомогательными двигателями Ma1,Ma2 с раздельной тягой.

Рисунок 4. Вид ракетного двигателя сзади

Ракетный двигатель, размещенный в задней части фюзеляжа, имеет возможность открывания и закрывания в фюзеляже при помощи заднего люка P воздушного судна, как показано на (рис.5).

Рисунок 5. Вид сверхскоростного воздушного судна сзади

На этапе взлета люк полностью открыт, но как только воздушное судно оказывается на большой высоте, ракетный двигатель выключают, а люк закрывают, что придает обтекаемую форму фюзеляжу. Начинается фаза полета на крейсерской скорости.

Фаза полета на крейсерской скорости происходит с включения прямоточных воздушно-реактивных двигателей ST1(ST2) и выключения ракетного двигателя Мf. Два прямоточных воздушно-реактивных двигателя размещены симметрично относительно продольной оси воздушного судна и предназначены для создания крейсерской скорости. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели имеют неподвижную геометрию, что снижает их массу и упрощает их конструкцию. Тягу прямоточных воздушно-реактивных двигателей модулируют во время полёта с помощью изменения расхода водорода.

Воздушное судно, по данному изобретению, может перевозить около двадцати пассажиров. Высота полета самолета составляет от 30000м до 35000м и может развивать скорость от 4Мах до 4,5Мах.

Особый интерес представляет сверхзвуковой пассажирский самолет, который предлагают выполнять по аэродинамической схеме «утка» . В соответствии с заявляемым техническим решением летательный аппарат содержит фюзеляж, как показано на (рис.6), который с помощью наплыва 2 сопряжен с крылом 1. В центральной части фюзеляжа размещен пассажирский салон. В поперечном сечении носовая и центральная части фюзеляжа выполнены округлой формы. В хвостовой части фюзеляжа имеется углубление.

Рисунок 6. Общий вид летательного аппарата

Воздушное судно снабжено двигателями, размещенными в мотогондоле 3, которые с двумя воздухозаборниками 4 объединены в «пакет». Данный «пакет» устанавливается сверху за углублением хвостовой части фюзеляжа, что позволяет снизить лобовое сопротивление судна, улучшить балансировку при отказе одного двигателя.

Углубление хвостовой части фюзеляжа направлено на уменьшение неравномерности сверхзвукового потока, подаваемого в воздухозаборники. Данное техническое решение ограничено первой площадкой 6 и парой вторых площадок 7, что показано на (рис.7).

Рисунок 7. Вид на хвостовую часть фюзеляжа сверху

Первая площадка 6, выполненная плоской, образует косой срез фюзеляжа. Площадка может быть ориентирована к направлению подачи воздуха в воздухозаборник судна под острым углом, значение которого лежит в диапазоне от 2 до 10 градусов. С обшивкой фюзеляжа первая площадка соединяется под углом без плавного перехода, что обеспечивает наличие в месте стыка площадки с обшивкой острой кромки 9, что формирует вихревое течение вдоль острых кромок стыка. Вихревое сверхзвуковое течение обеспечивает удаление нарастающего пограничного слоя, образовываемого за счет перемещения потока по площадкам, с периферийных областей площадок и стекания его в стороны от фюзеляжа.

Вторые площадки 7, выполненные плоскими, размещаются между воздухозаборниками 4 и первой площадкой 6. Они расположены друг к другу под углом, который целесообразно выбрать превышающим 150 градусов. Для предотвращения возрастания аэродинамического сопротивления, величина угла между направлением подачи воздуха в воздухозаборник и ребром соединения вторых площадок 10 не должна превышать 20 градусов.

Наличие вторых площадок позволяет удалять пограничный слой из областей, близких к плоскости симметрии воздушного судна, за счет образования интенсивного вихря. Интенсивное вихревое течение образуется в зоне размещения ребра между вторыми площадками. Удаление пограничного слоя из областей, близких к плоскости симметрии воздушного судна, позволяет уменьшить толщину пограничного слоя перед входом в воздухозаборники.

Стоит отметить, что обеспечивается удаление пограничного слоя непосредственно перед срезом воздухозаборника, за счет продления вторых площадок за этот срез. На (рис 8) иллюстрируется данное решение.

Рисунок 8. Вид на одну из вторых плоских площадок в месте ее продления за срез воздухозаборника

Отличие патента Сиротина Валерия Николаевича от остальных в том, что он предлагает пассажирский сверхзвуковой самолет с обратной стреловидностью крыла, имеющий аварийно-спасательные модули (показан на рис. 9).

Воздушное судно, согласно патенту, содержит фюзеляж 1, в носовой части которого расположена кабина пилотов 11. В средней части расположены аварийно-спасательные модули 2, которые образуют внешний обвод фюзеляжа, за счет теплоизолированных стенок. Также сверхзвуковой самолет содержит левое и правое крылья 3, которые выполнены с возможностью поворота относительно оси фюзеляжа. Силовая установка изобретения включает в себя четыре подъемно-маршевых турбореактивных двигателя 9.

Рисунок 9. Вид на воздушное судно сверху перед поворотом правого и левого крыльев к удерживающим захватам фюзеляжа

Стоит заметить, что воздушное судно имеет вертикальный 6 и горизонтальный 7 стабилизаторы. Переднее горизонтальное оперение 8, с помощью специальных двигателей, установлено с возможностью поворота относительно оси по горизонтали фюзеляжа.

С возможностью поворота относительно оси по горизонтали фюзеляжа прикреплено и правое, и левое крыло 3. Чтобы на сверхзвуковой скорости положения правого и левого крыла были зафиксированы, в нижней части фюзеляжа имеются удерживающие захваты. Для поворота крыльев предусмотрены специальные двигатели. Величина поворота крыльев составляет 53 градуса относительно оси по горизонтали фюзеляжа. Данное значение обеспечивает смещение зоны, где начинается срыв потока с концов крыльев к корню.

На (рис. 10) представлено, как во время взлета двигатели механизмов 15 осуществляют поворот правого и левого крыла на угол 53 градуса в направлении от фюзеляжа, а поворот переднего горизонтального оперения на угол 85 градусов. Данная аэродинамическая схема с обратной стреловидностью позволяет самолету взлетать.

Рисунок 10. Вид сверху на схему механизмом поворота крыльев

При достижении высокой дозвуковой скорости, двигатели механизмов поворачивают крылья в направлении внутрь к оси фюзеляжа, где фиксируются удерживающими захватами. Происходит поворот и переднего горизонтального оперения. За счет данных действий самолет изменяет свою аэродинамическую схему (рис.11), которая позволяет развить сверхзвуковую скорость.

Рисунок 11. Вид на воздушное судно сверху после поворота правого и левого крыльев к удерживающим захватам фюзеляжа

Для случая аварийной ситуации на судне предусмотрены аварийно-спасательные модули (рис.12). Каждый модуль снабжен катапультными установками 21, которые приводятся в действие по команде пилотов, парашютом 22, посадочным устройством 23, автономной системой энергоснабжения.

Рисунок 12. Спуск обитаемого модуля

Авторы патента №2391254 предлагают нам сверхзвуковое судно, которое выполнено по аэродинамической схеме «бесхвостка с ГО» . Согласно патенту, как показано на (рис.13), самолет содержит фюзеляж 1, передняя часть которого включает кабину пилотов и пассажирский салон 8. Особое внимание стоит обратить на то, что носик фюзеляжа приплющенный 7. В вертикальной плоскости он выполнен с радиусом 0,1…5 мм, а в горизонтальной 300…1500 мм.

Рисунок 13. Общий вид летательного аппарата

Минимум звукового удара достигается тем, что близкая к круговой форме форма поперечного сечения имеет нарастание радиуса передней части фюзеляжа.

По данному патенту для обеспечения высокой эффективности продольного управления, создания благоприятного кабрирующего момента на сверхзвуковых скоростях нижняя хвостовая часть фюзеляжа плавно переходит в плоскую в поперечном направлении поверхность. Нижняя хвостовая часть фюзеляжа заканчивается рулем высоты.

Для обеспечения минимальных возмущений потока и волнового сопротивления авторы предлагают на корневой секции стреловидного крыла в месте сочленения крыла и фюзеляжа 14 сделать большой угол стреловидности порядка 78…84 . А профиль передней кромки 9 выполнить с радиусом закругления 5…40 мм, для увеличения объема крыла и значения максимального допустимого угла атаки.

Особое внимание стоит обратить на воздухозаборники двигателей 4, которые размещаются по бокам фюзеляжа над верхней поверхностью корневой части крыла, что обеспечивает снижение неблагоприятного влияния их на величину звукового удара. Так как перед воздухозаборниками происходит подтормаживание потока, осуществляется отвод пограничного слоя через перфорированные участки 16 (показано на (рис.14)), которые выполнены на плоскостях перед воздухозаборниками и в них самих.

Рисунок 14. Схема поджатия крыла (фюзеляжа) перед воздухозаборниками и схема перепуска пограничного слоя

Слив данного пограничного слоя происходит на верхнюю поверхность фюзеляжа и крыла, через воздуховод слива 17. Но для подвода необходимого количества воздуха на различных режимах, сверхзвуковые воздухозаборники содержат механизм управляемого перепуска воздуха 18 из канала слива пограничного слоя в канал воздуховода 19 от воздухозаборников к двигателю.

Реализованные на данное время сверхзвуковые самолеты по тем или иным причинам были сняты с использования. Представленные в данной статье изобретения направлены на создание сверхзвуковых воздушных судов, которые имеют высокие летные характеристики и экологические показатели.

Главными техническими задачами для создания таких аппаратов являются:

Снижение аэродинамического сопротивления судна;

Снижение уровня шума, которым сопровождается преодоление звукового барьера;

Уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу, которое достигается уменьшенным потреблением топлива за счет улучшения характеристик воздухозаборников.

Большинство запатентованных сверхзвуковых самолетов имеют высоту полета, которая превышает высоту полета обычного авиалайнера. Такое преимущество позволяет использовать летательный аппарат практически во всепогодные условия, поскольку полет осуществляется на высотах, где отсутствуют метеорологические явления, влияющие на нормальное пилотирование.

Список литературы:

1. Бабулин А.А., Власов С.А., Субботин В.В., Титов В.Н., Тюрин С.В. Пат. №2517629 (РФ). МПК B 64 D 33/02, B 64 D 27/20, B 64 С 30/00. Летательный аппарат.
2. Бахтин Е.Ю., Житенёв В.К., Кажан А.В., Кажан В.Г., Миронов А.К., Поляков А.В., Ремеев Н.Х. Пат. №2391254 (РФ). МПК B 64 D 33/02, B 64 D 27/16, В 64 С 3/10, В 64 С 1/38, В 64 С30. Сверхзвуковой самолет (варианты).
3. Корабеф Йоханн, Прамполини Марко, Пат.№2547962 (РФ). МПК В 64 С 30/00, B 64 D 27/020, B 64 С 5/10, B 64 С 5/08. Сверхскоростное воздушное судно и соответствующий способ воздушного передвижения
4. Сиротин В.Н. Пат. №2349506 (РФ). МПК B 64 С 3/40, B 64 С30. Пассажирский сверхзвуковой самолет с обратной стреловидностью крыла и с аварийно-спасательными модулями.

Ровно 15 лет назад три последних сверхзвуковых пассажирских самолета Concorde британской авиакомпании British Airways совершили прощальный полет. В тот день, 24 октября 2003 года, эти самолеты, пролетев на малой высоте над Лондоном, приземлились в «Хитроу» и тем завершили недолгую историю сверхзвуковой пассажирской авиации. Тем не менее, сегодня авиаконструкторы по всему миру вновь задумываются о возможности быстрых перелетов - из Парижа в Нью-Йорк за 3,5 часа, из Сиднея в Лос-Анджелес - за 6 часов, из Лондона в Токио - за 5 часов. Но прежде чем сверхзвуковые самолеты вернутся на международные пассажирские маршруты, разработчикам придется решить множество задач, среди которых одна из важнейших - уменьшение шумности быстрых летательных аппаратов.

Короткая история быстрых полетов

Пассажирская авиация начала формироваться в 1910-х годах, когда появились первые самолеты, специально спроектированные для перевозки людей по воздуху. Самым первым из них стал французский Bleriot XXIV Limousine компании Bleriot Aeronautique. Он использовался для увеселительных воздушных прогулок. Спустя два года в России появился С-21 «Гранд», созданный на базе тяжелого бомбардировщика «Русский витязь» Игоря Сикорского. Его построили на Русско-Балтийском вагонном заводе. Дальше авиация начала развиваться семимильными шагами: сперва начались перелеты между городами, потом между странами, а затем и между континентами. Самолеты позволяли добраться до места назначения быстрее, чем на поезде или корабле.

В 1950-х годах прогресс в разработке реактивных двигателей значительно ускорился, и для боевой авиации стали доступны, пусть и кратковременно, полеты на сверхзвуковой скорости. Сверхзвуковой скоростью принято называть движение до пяти раз быстрее скорости звука, которая меняется в зависимости от среды распространения и ее температуры. При нормальном атмосферном давлении на уровне моря звук распространяется со скоростью 331 метр в секунду, или 1191 километр в час. По мере набора высоты плотность и температура воздуха снижается, снижается и скорость звука. Например, на высоте 20 тысяч метров она составляет уже около 295 метров в секунду. Но уже на высоте около 25 тысяч метров и по мере ее набора до более чем 50 тысяч метров температура атмосферы начинает понемногу увеличиваться по сравнению с нижними слоями, а вместе с ней увеличивается и местная скорость звука.

Рост температуры на этих высотах объясняется, в том числе, высокой концентрацией в воздухе озона, образующего озоновый щит и поглощающего часть солнечной энергии. В результате скорость звука на высоте 30 тысяч метров над морем составляет около 318 метров в секунду, а на высоте 50 тысяч - почти 330 метров в секунду. В авиации для измерения скорости полета широко используется число Маха. Если говорить упрощенно, оно выражает местную скорость звука для конкретной высоты, плотности и температуры воздуха. Так, скорость условного полета, равная двум числам Маха, на уровне моря будет составлять 2383 километра в час, а на высоте 10 тысяч метров - 2157 километров в час. Впервые звуковой барьер на скорости 1,04 числа Маха (1066 километров в час) на высоте 12,2 тысячи метров преодолел американский летчик Чак Йегер в 1947 году. Это был важный шаг на пути освоения сверхзвуковых полетов.

В 1950-х годах авиаконструкторы в нескольких странах мира начали работать над проектами сверхзвуковых пассажирских самолетов. В итоге в 1970-х появились французский Concorde и советский Ту-144. Это были первые и пока еще единственные пассажирские сверхзвуковые самолеты в мире. Оба типа летательных аппаратов использовали обычные турбореактивные двигатели, оптимизированные для длительной работы в сверхзвуковом режиме полета. Ту-144 эксплуатировались до 1977 года. Самолеты летали на скорости в 2,3 тысячи километров в час и могли перевозить до 140 пассажиров. Однако билеты на их рейсы стоили в среднем в 2,5–3 раза дороже обычных. Низкий спрос на быстрые, но дорогостоящие перелеты, а также общие сложности в эксплуатации и обслуживании Ту-144 привели к тому, что их просто сняли с пассажирских рейсов. Однако самолеты еще какое-то время использовались в испытательных полетах, в том числе и по контракту с NASA.

Concorde прослужили заметно дольше - до 2003 года. Перелеты на французских лайнерах тоже стоили дорого и большой популярностью не пользовались, но Франция и Великобритания продолжали их эксплуатировать. Стоимость одного билета на такой перелет составляла, в пересчете на сегодняшние цены, около 20 тысяч долларов. Французский Concorde совершал полеты на скорости чуть более двух тысяч километров в час. Расстояние от Парижа до Нью-Йорка самолет мог покрыть за 3,5 часа. В зависимости от конфигурации Concorde могли перевозить от 92 до 120 человек.

История «Конкордов» закончилась неожиданно и быстро. В 2000 году произошла авиакатастрофа Concorde, в которой погибли 113 человек. Спустя год в пассажирских авиаперевозках начался кризис, вызванный терактами 11 сентября 2001 года (два угнанных террористами самолета с пассажирами врезались в башни Всемирного торгового центра в Нью-Йорке, еще один, третий, - в здание Пентагона в округе Арлингтон, а четвертый упал в поле недалеко от Шенксвилла в Пеннсильвании). Затем истек срок гарантийного обслуживания самолетов Concorde, которым занималась компания Airbus. Все эти факторы вместе сделали эксплуатацию сверхзвуковых пассажирских самолетов крайне невыгодными, и летом-осенью 2003 года авиакомпании Air France и British Airways по очереди списали все «Конкорды».

После закрытия программы Concorde в 2003 году надежда на возвращение сверхзвуковой пассажирской авиации в строй еще оставалась. Конструкторы надеялись на новые экономичные двигатели, аэродинамические расчеты и системы автоматизированного проектирования, способные сделать перелеты на сверхзвуковой скорости экономически доступными. Но в 2006 и 2008 году Международная организация гражданской авиации приняла новые стандарты авиационного шума, запретившие, помимо прочего, любые сверхзвуковые полеты над населенными участками суши в мирное время. Этот запрет не распространяется на специально выделенные для военной авиации воздушные коридоры. Работы над проектами новых сверхзвуковых самолетов затормозились, но сегодня снова начали набирать обороты.

Тихий сверхзвук

Сегодня разработкой сверхзвуковых пассажирских самолетов занимаются несколько предприятий и правительственных организаций в мире. Такие проекты, в частности, ведут российские компании «Сухой» и «Туполев», Центральный аэрогидродинамический институт имени Жуковского, французская Dassault, Японское агентство аэрокосмических исследований, европейский концерн Airbus, американские Lockheed Martin и Boeing, а также несколько стартапов, включая Aerion и Boom Technologies. В целом конструкторы условно разделились на два лагеря. Представители первого из них считают, что разработать «тихий», соответствующий по шумности дозвуковым лайнерам, сверхзвуковой самолет в ближайшее время не удастся, а значит, нужно построить быстрый пассажирский летательный аппарат, который будет переходить на сверхзвук там, где это разрешено. Такой подход, полагают конструкторы из первого лагеря, все равно позволит сократить время перелета из одной точки в другую.

Конструкторы из второго лагеря преимущественно сосредоточились на борьбе с ударными волнами. В полете на сверхзвуковой скорости планер самолета образует множество ударных волн, наиболее значимые из которых возникают в носовой части и в зоне хвостового оперения. Кроме того, ударные волны обычно появляются на передней и задней кромках крыла, на передних кромках хвостового оперения, в зонах завихрителей потока и на кромках воздухозаборников. Ударная волна представляет собой область, в которой давление, плотность и температура среды испытывают резкий и сильный скачок. Наблюдателями на земле такие волны воспринимаются как громкий хлопок или даже взрыв - именно из-за этого сверхзвуковые полеты над населенной частью суши запрещены.

Эффект взрыва или очень громкого хлопка производят ударные волны так называемого N-типа, образующиеся при взрыве бомбы или на планере сверхзвукового истребителя. На графике роста давления и плотности такие волны напоминают букву N латинского алфавита из-за резкого повышения давления на фронте волны с резкими же падением давления после него и последующей нормализацией. В ходе лабораторных экспериментов исследователи Японского агентства аэрокосмических исследований выяснили, что изменение формы планера может сглаживать пики на графике ударной волны, превращая ее в волну S-типа. Такая волна имеет плавный и не столь значительный, как у N-волны, перепад давления. Специалисты NASA полагают, что S-волны будут восприниматься наблюдателями как далекий хлопок автомобильной дверью.

N-волна (красная) до аэродинамической оптимизации сверхзвукового планера и подобие S-волны после оптимизации

В 2015 году японские конструкторы собрали беспилотный планер D-SEND 2, чья аэродинамическая форма была спроектирована таким образом, чтобы уменьшать количество возникающих на нем ударных волн и их интенсивность. В июле 2015 года разработчики испытали планер на ракетном полигоне «Эсрейндж» в Швеции и отметили существенное уменьшение количества ударных волн, образующихся на поверхности нового планера. Во время испытания D-SEND 2, не оснащенный двигателями, сбросили с воздушного шара с высоты 30,5 тысячи метров. Во время падения планер длиной 7,9 метра набрал скорость в 1,39 числа Маха и пролетел мимо расположенных на разной высоте привязных аэростатов, оборудованных микрофонами. При этом исследователи замеряли не только интенсивность и число ударных волн, но и анализировали влияния состояния атмосферы на раннее их возникновение.

По оценке японского агентства, звуковой удар от летательных аппаратов, сопоставимых по размерам со сверхзвуковыми пассажирскими самолетами Concorde и выполненных по схеме D-SEND 2, при полете на сверхзвуковой скорости будет вдвое менее интенсивным, чем раньше. От планеров обычных современных самолетов японский D-SEND 2 отличается не осесимметричным расположением носовой части. Киль аппарата смещен к носовой части, а горизонтальное хвостовое оперение выполнено цельноповоротным и имеет отрицательный угол установки по отношению к продольной оси планера, то есть законцовки оперения находятся ниже точки крепления, а не выше, как обычно. Крыло планера имеет нормальную стреловидность, но выполнено ступенчатым: оно плавно сопрягается с фюзеляжем, а часть его передней кромки расположена к фюзеляжу под острым углом, но ближе к задней кромке этот угол резко увеличивается.

По похожей схеме в настоящее время создается сверхзвуковой американского стартапа Aerion и , разрабатываемый Lockheed Martin по заказу NASA. С упором на уменьшение количества и интенсивности ударных волн проектируется и российский (Сверхзвуковой Деловой Самолет/Сверхзвуковой Пассажирский Самолет). Некоторые из проектов быстрых пассажирских самолетов планируется завершить в первой половине 2020-х годов, однако авиационные правила к тому времени пересмотрены все же еще не будут. Это означает, что новые самолеты первое время будут выполнять сверхзвуковые полеты только над водой. Дело в том, что для снятия ограничения на сверхзвуковые полеты над населенной частью суши разработчикам придется провести множество испытаний и представить их результаты на рассмотрение авиационных властей, включая Федеральное управление гражданской авиации США и Европейское агентство по безопасности полетов.

S-512 / Spike Aerospace

Новые двигатели

Еще одним серьезным препятствием на пути создания серийного пассажирского сверхзвукового самолета являются двигатели. Конструкторы уже сегодня нашли множество способов сделать турбореактивные двигатели экономичнее, чем они были десять-двадцать лет назад. Это и использование редукторов, убирающих жесткую сцепку вентилятора и турбины в двигателе, и применение керамических композиционных материалов, позволяющих оптимизировать температурный баланс в горячей зоне силовой установки, и даже введение дополнительного - третьего - воздушного контура вдобавок к уже существующим двум, внутреннему и внешнему. В области создания экономичных дозвуковых двигателей конструкторы уже достигли потрясающих результатов, а ведущиеся новые разработки обещают и вовсе существенную экономию. Подробнее о перспективных исследованиях вы можете почитать в нашем материале .

Но, несмотря на все эти разработки, сверхзвуковой полет экономичным назвать пока еще сложно. Например, перспективный сверхзвуковой пассажирский самолет стартапа Boom Technologies получит три турбовентиляторных двигателя семейства JT8D компании Pratt & Whitney или J79 компании GE Aviation. В крейсерском полете удельный расход топлива этими двигателями составляет около 740 граммов на килограмм-силы в час. При этом двигатель J79 может быть оснащен форсажной камерой, при использовании которой расход топлива увеличивается до двух килограммов на килограмм-силы в час. Такой расход сопоставим с расходом топлива двигателями, например, истребителя Су-27, задачи которого существенно отличаются от перевозки пассажиров.

Для сравнения, удельный расход топлива единственных в мире серийных турбовинтовентиляторных двигателей Д-27, установленных на украинском транспортнике Ан-70, составляет всего 140 граммов на килограмм-силы в час. Американский двигатель CFM56, «классика» лайнеров Boeing и Airbus, имеет удельный расход топлива в 545 граммов на килограмм-силы в час. Это означает, что без серьезной переработки конструкции реактивных авиационных двигателей сверхзвуковые полеты не станут достаточно дешевыми, чтобы получить широкое распространение, и будут востребованы разве что в деловой авиации - большой расход топлива ведет к росту цен на билеты. Снизить высокую стоимость сверхзвуковых авиаперевозок объемами тоже не получится - проектируемые сегодня самолеты рассчитаны на перевозку от 8 до 45 пассажиров. Обычные же самолеты вмещают больше сотни человек.

Тем не менее, в начале октября текущего года GE Aviation проект нового турбовентиляторного реактивного двигателя Affinity. Эти силовые установки планируется монтировать на перспективный сверхзвуковой пассажирский самолет AS2 компании Aerion. Новая силовая установка конструктивно объединяет в себе особенности реактивных двигателей с малой степенью двухконтурности для боевых самолетов и силовых установок с большой степенью двухконтурности для пассажирских самолетов. При этом каких-либо новых и прорывных технологий в Affinity нет. Новый двигатель GE Aviation относит к силовым установкам со средней степенью двухконтурности.

Основу двигателя составляет модифицированный газогенератор турбовентиляторного двигателя CFM56, который, в свою очередь, конструктивно основан на газогенераторе от F101, силовой установки для сверхзвуковых бомбардировщиков B-1B Lancer. Силовая установка получит модернизированную электронно-цифровую систему управления двигателем с полной ответственностью. Какие-либо подробности о конструкции перспективного двигателя разработчики не раскрыли. Тем не менее, в GE Aviation ожидают, что удельный расход топлива двигателями Affinity будет не намного выше или даже сопоставим с расходом топлива современными турбовентиляторными двигателями обычных дозвуковых пассажирских самолетов. Каким образом этого удастся добиться для сверхзвукового полета, не ясно.

Boom / Boom Technologies

Проекты

Несмотря на множество проектов сверхзвуковых пассажирских самолетов в мире (включая даже нереализуемый проект переделки стратегического бомбардировщика Ту-160 в пассажирский сверхзвуковой лайнер, предложенный президентом России Владимиром Путиным), наиболее близкими к летным испытаниям и мелкосерийному производству можно считать AS2 американского стартапа Aerion, S-512 испанского Spike Aerospace и Boom американского Boom Technologies. Планируется, что первый будет выполнять полеты на скорости 1,5 числа Маха, второй - 1,6 числа Маха, а третий - 2,2 числа Маха. Самолет X-59, создаваемый Lockheed Martin по заказу NASA, будет демонстратором технологий и летающей лабораторией, запускать его в серию не планируется.

В Boom Technologies уже заявили, что постараются сделать перелеты на cверхзвуковых самолетах очень дешевыми. Например, стоимость перелета по маршруту Нью-Йорк - Лондон в Boom Technologies оценили в пять тысяч долларов. Столько сегодня стоит перелет по этому маршруту в бизнес-классе обычного дозвукового лайнера. Лайнер Boom над населенной сушей будет летать на дозвуковой скорости и переходить на сверхзвук над океаном. Самолет при длине 52 метра и размахе крыла 18 метров сможет перевозить до 45 пассажиров. До конца 2018 года Boom Technologies планирует выбрать один из нескольких проектов нового самолета для реализации в металле. Первый полет лайнера планируется на 2025 год. Эти сроки компания перенесла; изначально Boom планировалось поднять в воздух в 2023 году.

По предварительным расчетам, длина самолета AS2, рассчитанного на 8-12 пассажиров, будет равняться 51,8 метра, а размах крыла - 18,6 метра. Максимальная взлетная масса сверхзвукового самолета составит 54,8 тонны. AS2 будет выполнять полеты над водой на крейсерской скорости в 1,4-1,6 числа Маха, замедляясь до 1,2 над сушей. Несколько меньшая скорость полета над сушей вкупе с особой аэродинамической формой планера позволит, как рассчитывают разработчики, почти полностью избегать формирования ударных волн. Дальность полета самолета на скорости в 1,4 числа Маха составит 7,8 тысячи километров и 10 тысяч километров - на скорости в 0,95 числа Маха. Первый полет самолета планируется на лето 2023 года, а на октябрь того же года - первый трансатлантический перелет. Его разработчики приурочат к 20-летию со дня последнего полета «Конкорда».

Наконец, Spike Aerospace планирует начать летные испытания полноценного прототипа S-512 не позднее 2021 года. Поставки первых серийных самолетов заказчикам запланированы на 2023 год. Согласно проекту, S-512 сможет перевозить до 22 пассажиров на скорости до 1,6 числа Маха. Дальность полета этого самолета составит 11,5 тысячи километров. С октября прошлого года Spike Aerospace нескольких уменьшенных моделей сверхзвукового самолета. Их целью является проверка конструкторских решений и эффективности элементов управления полетом. Все три перспективных пассажирских самолета создаются с упором на особую аэродинамическую форму, которая позволит уменьшить интенсивность ударных волн, образующихся при сверхзвуковом полете.

В 2017 году объем авиационных пассажирских перевозок во всем мире составил четыре миллиарда человек, из которых 650 миллионов совершили длительные перелеты протяженностью от 3,7 до 13 тысяч километров. 72 миллиона «дальнобойных» пассажиров летали первым и бизнес-классом. Именно на эти 72 миллиона человек разработчики сверхзвуковых пассажирских самолетов и нацеливаются в первую очередь, полагая, что они с удовольствием заплатят немного больше денег за возможность провести в воздухе примерно вдвое меньше времени, чем обычно. Тем не менее, сверхзвуковая пассажирская авиация, вероятнее всего, начнет активно развиваться после 2025 года. Дело в том, что исследовательские полеты лаборатории X-59 начнутся только в 2021 году и продлятся несколько лет.

Результаты исследований, полученные во время полетов X-59, в том числе и над населенными пунктами - добровольцами (их жители согласились, чтобы над ними в будние дни летали сверхзвуковые самолеты; после полетов наблюдатели будут рассказывать исследователям о своем восприятии шума), планируется передать на рассмотрение Федерального управления гражданской авиации США. Как ожидается, на их основе оно может пересмотреть запрет на сверхзвуковые полеты над населенной частью суши, но случится это не раньше 2025 года.

Василий Сычёв

Разработка сверхзвукового пассажирского самолёта второго поколения, сокращённо СПС-2, входит в завершающую фазу. К 2025 году ожидается первый полёт Ту-244. Новый русский коммерческий лайнер будет конструктивно отличаться от советского Ту-144 по характеристикам, дальностью полёта, комфортабельностью, вместительностью, размерами, мощью двигателей, авионикой. Сверхзвуковая его скорость 2 Маха, останется такой же, как и у предшественника Ту-144ЛЛ «Москва», это по-прежнему лучший в мире показатель в тяжёлом гражданском самолётостроении. На высоте его полёта 20 км маршруты свободны.

Ограничением для авиаконструкторов и разработчиков может стать длина взлётно-посадочной полосы 1-го класса, требуется не менее 3км. Такие бетонные полосы есть не во всех аэропортах мира и страны. Никаких иллюзий не может быть на тот счёт, что лучший самолёт не будет востребован странами Запада, которым интереснее продавать свои европейские Airbus и американские Boeing, летающие со скоростью 700 – 900 км/ч, в 2,5-3 раза медленнее. Рассчитывать придётся только на потребности России и БРИКС, а так же на богатых заказчиков, способных позволить себе такие самолеты.

Задачи проекта

У первой модели Ту-244 ожидается увидеть проверенные двигатели НК-32, такие же, как у стратегического бомбардировщика Ту-160М2 в модернизации 16.11.2017. Самая первая разработка СПС-2 начата слишком рано, в 1973 году, благодаря наработкам советских военных конструкторов 1950-х, опередивших время на 50 лет. Тогда ещё не было настолько качественных композитных материалов, чтобы применять их в большом количестве, и силовые установки обладали недостаточной тягой. В 1960-х стояли двигатели с 20-ти тонной тягой, в 1970-х с 25-тонной, а теперь уже применяются 32-тонные.

Перед авиаконструкторами поставлены 2 основные задачи:

Дальность полёта – 9 200 км.

Снижение расхода топлива для данного класса техники.

Первую и вторую задачи можно решить по примеру Ту-160 и Ту-22М3, применить изменяемую стреловидность крыла, сделав самолёт многорежимным. Можно проанализировать закрытые проекты Т-4 и Т-4МС Чернякова, изучить разработки Мясищева по модификациям М-50, гениальных и фантастичных тогда, более пригодных сегодня. В КБ Туполева всё для этого есть, здесь собраны материалы всех ведущих КБ СССР, занимавшихся тяжёлой стратегической авиацией, на базе которых и созданы лучшие в мире военные «дальники» Ту-22М3М и Ту-160М2.

Преимущества реактивных самолётов

Преимущество реактивного самолёта – скорость. Это гарантирует комфортабельность полёту и сокращает расстояние во времени. Провести в кресле втрое меньше часов – это хорошее самочувствие пассажиров, например, рейса Владивосток – Калининград. Экономится бизнес-время. Пользуясь услугами авиалайнера Ту-244 можно провести в отпуске на 1 день больше, и, по прилёту без утомления сразу выйти на работу. Немаловажно получать и моральное удовлетворение наших граждан от престижности Ту-244, испытать гордость за Россию. Выпуск гражданских реактивных самолётов от ВПК РФ – значимей самоокупаемости оборонных предприятий страны, это коммерческая направленность, рабочие места, гарантия стабильности и накопление прибыли в жёстких условиях рынка.

Недостатки сверхскоростных пассажирских лайнеров

В КБ Туполева в 1960-х заметили, что создание гражданского сверхзвукового пассажирского лайнера по военным принципам не получится из-за требований к комфорту и безопасности. Начали изучать в этом плане опыт США, Франции и Англии, что считалось лучшим, то, по замыслу главного конструктора Алексея Андреевича Туполева, шло в работу. К недостаткам первых Ту-144 и «Конкорда» стоит отнести большой расход топлива, громкость работы двигателя, звуковые удары, количество вредных выбросов в атмосферу.

Главный недостаток Ту-244 – коммерческие, военные и политические институты Запада, ведь их «Конкорды» отлетали в 2003-м, а новых в планах нет, потому что наши пути самолётостроения расходятся. Объяснение этому: во первых стратегическая сверхзвуковая авиация не нужна НАТО, т.к. в основе их мощи стоит авианесущий океанский флот, а ядерные авиабомбы и ракеты достаточно доставлять самолётами с радиусом действия в 1,5 км (истребителями) с военных баз, раскиданных по миру, именно поэтому военные проекты подобного класса на западе не очень востребованы. Так же достаточно высокая себестоимость полета резко сужает потенциальный сегмент рынка для этих самолетов, поэтому о массовости не может быть речи. Однако одновременный заказ для военных и пассажирских перевозок, это именно то, что может дать серьезный толчок сверхзвуковой пассажирской авиации.

Каким будет Ту-244 по лётно-техническим характеристикам

Проектирование затянулось, Ту-144 в комплектации 1968-го достиг своих первых конструкторских характеристик к середине 1970-х. Работы по его усовершенствованию с 1992-го – начало проекта Ту-244, с тех пор прошло уже 25 лет, чтобы закончить начатое понадобится ещё 10. Наглядно видно, что привлечение США, Англии и Франции к развитию программы Ту-244 с распадом ССССР ни к чему хорошему не привели, как и во всех подобных случаях по бывшему СССР. Только сбор научных данных от Ту-144ЛЛ для военно-космической программы НАСА и торможение наших предприятий в развитии.

На сегодня много вариантов проектов Ту-244. Точно никто не скажет, каким будет сам самолёт. По неофициальным источникам распространяется неоднозначная информация. Описанные ниже характеристики – условные, составлены на базе нынешних возможностей. Характеристики: длина 88,7 м; размах крыльев 54,77 м, площадь 1 200 кв.м., а удлинение 2,5 м; стреловидность крыла по кромке – у центроплана 75 град., – у консоли 35 градусов; ширина фюзеляжа 3,9 м, высота 4,1 м, багажное отделение на 32 кв.м.; взлётная масса 350 т, включая топливо 178 т; двигатели НК-32 – 4 единицы; крейсерская скорость 2,05 М; дальность 10 тыс. км.; макс. высота 20 км.

Конструкция Ту-244

Представим трапециевидное крыло и сложную деформацию его средней трапеции. Управление элеронами в балансировке, по крену и тангажу. У передней кромки носки отклоняются механически. В конструкции крыла происходит деление на части, переднюю, среднюю и консоли. Средняя и консольная части с многолонжеронной и многонервюрной силовыми схемами, в передней же нервюр нет. В вертикальном оперении то же самое, что и в конструкции крыла и направляющий двухсекционный руль.

Фюзеляж с гермокабиной, носовым и хвостовым отсеками – размерность будет выбираться под заказ из расчёта количества пассажирских кресел. На 250 и 320 пассажиров подойдёт диаметр фюзеляжа от 3,9 до 4,1 м. салон поделится на классы, 1-й, 2-й и 3-й. По комфортабельности Ту-244 будет на уровне последней модификации Ту-204-го. Самолёт оборудуют грузовым отсеком. Пилотов четверо, их кресла с катапультами (по-русски), выстреливаются вверх. На борту заново всё автоматизировано и подчинено центральному программному управлению.

Ту-244 может лишиться отклоняемого носа, аналогичного в Ту-144ЛЛ, из-за развития новейшего оптико-электронного оборудования и возможностей отклонения векторов управляемой тяги в современных силовых отечественных установках. В местах максимальной нагрузки может использоваться титановый сплав ВТ-64, в области колеса. Носовая стойка может останется прежней, точно появятся 3 новые основные опоры для бетонной полосы, рассчитанные на высокие нагрузки. Навигационно-пилотажное оборудование будет соответствовать метеорологическому минимуму по международной классификации IIIA ICAO.

Когда может подняться в небо новый сверхзвуковой пассажирский самолет? Бизнес-джет на базе бомбардировщика Ту-160: реально? Как бесшумно преодолеть звуковой барьер?

Ту‑160 - самый крупный и мощный в истории военной авиации сверхзвуковой самолет и самолет с изменяемой геометрией крыла. Среди летчиков получил прозвище "Белый лебедь". Фото: AP

Есть ли у сверхзвуковых пассажирских машин перспектива? - спросила я не так давно выдающегося российского авиаконструктора Генриха Новожилова.

Конечно, есть. По крайней мере сверхзвуковой бизнес-самолет обязательно появится, - ответил Генрих Васильевич. - Мне не раз доводилось беседовать с американскими бизнесменами. Они четко заявляли: "Если бы такой самолет появился, господин Новожилов, то, как бы дорого он ни стоил, его бы у вас мгновенно купили". Скорость, высота и дальность - три фактора, которые актуальны всегда.

Да, актуальны. Мечта любого бизнесмена: утром перелететь через океан, заключить крупную сделку, а вечером вернуться домой. Современные самолеты летают не быстрее 900 км/ч. А сверхзвуковой бизнес-джет будет иметь крейсерскую скорость около 1900 км в час. Какие перспективы для делового мира!

Вот почему ни Россия, ни Америка, ни Европа никогда не оставляли попыток создать новую сверхзвуковую пассажирскую машину. Но история тех, что уже летали - советского Ту-144 и англо-французского "Конкорда", - научила многому.

В декабре этого года будет полвека, как Ту-144 совершил первый полет. А спустя год лайнер показал, на что конкретно способен: преодолел звуковой барьер. Он набрал скорость в 2,5 тыс. км/ч на высоте 11 км. Это событие вошло в историю. В мире до сих пор нет аналогов пассажирских бортов, которые способны повторить подобный маневр.

"Сто сорок четверка" открыла принципиально новую страницу в мировом самолетостроении. Рассказывают, на одном из совещаний в ЦК КПСС конструктор Андрей Туполев докладывал Хрущеву: машина получается довольно прожорливой. Но тот лишь махнул рукой: ваше дело - утереть нос капиталистам, а керосина у нас - хоть залейся...

Нос - утерли. Керосином - залились.

Впрочем, и европейский конкурент, взлетевший позже, тоже не отличился экономичностью. Так, в 1978 году девять "Конкордов" принесли своим компаниям около 60 млн долларов убытка. И только правительственные субсидии спасли положение. Тем не менее "англо-француз" летал вплоть до ноября 2003 года. А вот Ту-144 списали намного раньше. Почему?

Прежде всего не оправдался хрущевский оптимизм: в мире разразился энергетический кризис и цены на керосин устремились вверх. Сверхзвуковой первенец сразу же окрестили "удавом на шее "Аэрофлота". Огромный расход топлива нокаутировал и проектную дальность полетов: Ту-144 не дотягивал ни до Хабаровска, ни до Петропавловска-Камчатского. Только из Москвы до Алма-Аты.

И если бы только это. 200-тонный "утюг", курсировавший над густонаселенными районами на сверхзвуковой скорости, буквально взорвал все пространство вдоль трассы. Посыпались жалобы: надои у буренок упали, куры перестали нестись, кислотные дожди задавили... Где правда, где ложь - сегодня однозначно не скажешь. Но факт остается фактом: "Конкорд" летал только над океаном.

Наконец, самое важное - катастрофы. Одна - в июне 1973-го на авиасалоне в парижском Ле Бурже, что называется, на виду у планеты всей: экипаж летчика-испытателя Козлова хотел продемонстрировать возможности советского лайнера... Другая - через пять лет. Тогда выполнялся испытательный полет с двигателями новой серии: они как раз должны были вытащить самолет на необходимую дальность.

"Конкорд" тоже не избежал трагедии: самолет разбился в июле 2000 года при вылете из аэропорта Шарль де Голль. По иронии судьбы, он рухнул почти там, где когда-то Ту-144. Погибли 109 человек на борту и четверо на земле. Регулярные пассажирские перевозки возобновились только год спустя. Но последовала еще череда инцидентов, и на этом сверхзвуковике тоже поставили жирную точку.

31 декабря 1968 года состоялся первый полет Ту‑144, на два месяца раньше "Конкорда". А 5 июня 1969 года на высоте 11 000 метров наш самолет первым в мире вырвался за пределы звукового барьера. Фото: Сергей Михеев/ РГ

Сегодня, на новом витке развития технологий, ученым необходимо найти баланс между противоречивыми факторами: хорошей аэродинамикой нового сверхзвукового самолета, небольшим расходом топлива, а также жесткими ограничениями на шум и звуковой удар.

Насколько реально создать новый пассажирский сверхзвуковик на базе бомбардировщика Ту-160? С точки зрения чисто инженерной - вполне, говорят эксперты. И в истории есть примеры, когда военные самолеты успешно "снимали погоны" и улетали "на гражданку": так, Ту-104 был создан на основе дальнего бомбардировщика Ту-16, а Ту-114 - бомбардировщика Ту-95. В обоих случаях пришлось переделывать фюзеляж - менять схему расположения крыла, расширять диаметр. Фактически это были новые самолеты, и достаточно успешные. Кстати, любопытная деталь: когда Ту-114 впервые прилетел в Нью-Йорк, там в ошарашенном аэропорту не нашлось ни подходящего по высоте трапа, ни тягача...

Схожие работы как минимум потребуются и по конверсии Ту-160. Однако насколько это решение будет экономически эффективно? Все требуется тщательно оценить.

Сколько нужно таких самолетов? Кто и куда на них будет летать? Насколько они будут коммерчески доступны для пассажиров? Как скоро окупятся затраты на разработку?.. Билеты на том же Ту-144 стоили в 1,5 раза дороже обычных, но даже такая высокая стоимость не покрывала эксплуатационных затрат.

Между тем, как утверждают эксперты, первый российский сверхзвуковой административный самолет (бизнес-джет), может быть спроектирован за семь-восемь лет при наличии задела по двигателю. Такой самолет сможет вместить до 50 человек. Общий спрос на внутреннем рынке прогнозируется на уровне 20-30 машин при цене 100-120 млн долларов.

Серийный сверхзвуковой пассажирский самолет нового поколения может появиться около 2030 года

Над проектами сверхзвуковых бизнес-джетов работают конструкторы по обе стороны океана. Все ищут новые компоновочные решения. Кто-то предлагает нетипичный хвост, кто-то - совершенно необычное крыло, кто-то - фюзеляж с изогнутой центральной осью...

Специалисты ЦАГИ разрабатывают проект СДС/СПС ("сверхзвуковой деловой самолет / сверхзвуковой пассажирский самолет"): по задумке, трансатлантические перелеты на расстояние до 8600 км он сможет выполнять с крейсерской скоростью не менее 1900 км/ч. Причем салон сделают трансформируемым - из 80-местного в 20-местный VIP-класса.

А минувшим летом на авиасалоне в Жуковском одной из самых интересных стала модель высокоскоростного гражданского самолета, созданная учеными ЦАГИ в рамках международного проекта HEXAFLY-INT. Этот самолет должен летать со скоростью более 7-8 тыс. км/ч, соответствующей числам Маха 7 или 8.

Но чтобы высокоскоростной гражданский самолет стал реальностью, предстоит решить огромный спектр задач. Они связаны с материалами, водородной силовой установкой, ее интеграцией с планером и получением высокой аэродинамической эффективности самого летательного аппарата.

И что уже совершенно точно: конструктивные особенности проектируемой крылатой машины будут явно нестандартными.

Компетентно

Сергей Чернышев, генеральный директор ЦАГИ, академик РАН:

Уровень звукового удара (резкий перепад давления в ударной волне) от Ту-144 равнялся 100-130 паскалей. Но современные исследования показали: его можно довести до 15-20. Более того, снизить громкость звукового удара до 65 децибел, а это эквивалентно шуму большого города. До сих пор в мире нет официальных нормативов по допустимому уровню звукового удара. И скорее всего он будет определен не раньше 2022 года.

Мы уже предложили облик демонстратора сверхзвукового гражданского самолета будущего. Образец должен показать возможность снижения звукового удара в сверхзвуковом крейсерском полете и шума в районе аэропорта. Рассматриваются несколько вариантов: самолет на 12-16 пассажиров, также на 60-80. Есть вариант совсем маленького делового самолета - на 6-8 пассажиров. Это разные веса. В одном случае машина будет весить примерно 50 тонн, а в другом - 100-120 и т.д. Но стартуем мы именно с первого из обозначенных сверхзвуковых самолетов.

По разным оценкам, уже сегодня есть нереализованная на рынке потребность в быстрых перелетах деловых людей на самолетах с пассажировместимостью 12-16 человек. И, конечно, машина должна летать на расстояние не меньше 7-8 тысяч километров по трансатлантическим маршрутам. Крейсерская скорость будет 1,8-2 Маха, то есть примерно в два раза быстрее скорости звука. Такая скорость является технологическим барьером для использования в конструкции планера обычных алюминиевых материалов. Поэтому мечта ученых - сделать самолет полностью из температурных композитов. И хорошие наработки есть.

Четкие требования к самолету должен определить стартовый заказчик, и тогда на этапах эскизного проектирования и проведения опытно-конструкторских работ возможно некоторое изменение исходного облика самолета, полученного на этапе предварительного проектирования. Но обоснованные принципы снижения звукового удара останутся неизменными.

Недолгая пассажирская эксплуатация сверхзвукового Ту‑144 ограничилась рейсами из Москвы в Алма‑Ату. Фото: Борис Корзин/ Фотохроника ТАСС

Думаю, до летающего прототипа нас отделяет 10-15 лет. В ближайшее время, по нашим планам, должен появиться летающий демонстратор, облик которого прорабатывается. Его главная задача - продемонстрировать основные технологии создания сверхзвукового самолета с низким уровнем звукового удара. Это необходимый этап работы. Серийный сверхзвуковой самолет нового поколения может появиться на горизонте 2030 года.

Олег Смирнов, заслуженный пилот СССР, председатель комиссии по гражданской авиации Общественного совета Ространснадзора:

Сделать на базе Ту-160 пассажирский сверхзвуковик? Для наших инженеров - совершенно реально. Не проблема. Тем более что машина эта очень хорошая, с замечательными аэродинамическими качествами, хорошим крылом, фюзеляжем. Однако сегодня любой пассажирский самолет должен прежде всего соответствовать международным требованиям летной и технической годности. Несовпадений, если сравнивать бомбардировщик и пассажирский самолет, - более 50 процентов. Например, когда некоторые говорят, что при переделке надо "раздуть фюзеляж", надо понимать: сам Ту-160 весит более 100 тонн. "Раздуть" - это еще добавить вес. А значит - увеличить расход топлива, уменьшить скорость и высоту, сделать аппарат по своим эксплуатационным расходам абсолютно непривлекательным для любой авиакомпании.

Чтобы создать сверхзвуковой самолет для деловой авиации, нужны новая авионика, новые авиадвигатели, новые материалы, новые виды топлива. На Ту-144 керосин, что называется, лился рекой. Сегодня подобное невозможно. А главное - на такой самолет должен быть массовый спрос. Одна-две машины по заказу от миллионеров финансовой проблемы не решат. Авиакомпании должны будут брать его в лизинг и "отрабатывать" стоимость. На ком? Естественно, на пассажирах. С точки зрения экономики, проект станет провальным.

Сергей Мельниченко, генеральный директор МКАА "Безопасность полетов":

За почти 35 лет, прошедших с начала серийного выпуска Ту-160, технологии ушли вперед, и это придется учитывать при глубокой модернизации существующего самолета. Самолетостроители говорят, что намного проще и дешевле создать новый самолет в соответствии с новой концепцией, чем перестраивать старый.

Другой вопрос: если Ту-160 будет перестроен именно под бизнес-джет, заинтересуются ли им все-таки арабские шейхи? Однако есть несколько "но". Самолету нужно будет получить международный сертификат (а за его выдачей стоят Евросоюз и США), что очень проблематично. Кроме того, понадобятся новые экономичные двигатели, которых у нас нет. Те, которые имеются, топливо не потребляют, а пьют.

Если же самолет переоборудуют под перевозку эконом-пассажиров (что маловероятно), то вопрос - а куда летать и кого возить? Мы за прошлый год только-только подобрались к цифре 100 млн перевезенных пассажиров. В СССР эти показатели были куда выше. Количество аэродромов уменьшилось в несколько раз. Далеко не все, кто хотел бы слетать в европейскую часть страны с Камчатки и Приморья, могут себе это позволить. Билеты на "пьющий топливо самолет" будут дороже, чем на "боинги" и "эрбасы".

Если самолет планируется перестроить сугубо под интересы руководителей крупных компаний, то так, скорее всего, и будет. Но тогда этот вопрос касается сугубо их, а не российской экономики и людей. Хотя и в этом случае сложно представить, что полеты будут выполняться только в Сибирь или на Дальний Восток. Проблема с шумами на местности. А если обновленный самолет не пустят на Сардинию, то кому он нужен?

M = 1,2-5).

История

60-70-е годы XX века ознаменовались бурным развитием сверхзвуковой авиации. Были решены основные проблемы устойчивости и управляемости самолётов, их аэродинамической эффективности. Большая скорость полёта также позволила увеличить потолок свыше 20 км, что было актуально для разведчиков и бомбардировщиков (в то время, до появления зенитно-ракетных комплексов , способных поражать цели на больших высотах, основным принципом применения бомбардировщиков был полёт к цели на максимально возможной высоте и скорости). В эти годы были построены и запущены в серийное производство сверхзвуковые самолёты самого различного назначения: истребители (тактические и перехватчики), бомбардировщики, истребители-бомбардировщики , разведчики (первый сверхзвуковой всепогодный перехватчик - Convair F-102 Delta Dagger ; первый сверхзвуковой дальний бомбардировщик - Convair B-58 Hustler).

В наши дни появляются новые самолёты, в том числе выполненные по технологии снижения заметности «Стелс ».

Сравнительные схемы Ту-144 и "Конкорда"

Пассажирские сверхзвуковые самолёты

Известны всего два серийно выпускавшихся пассажирских сверхзвуковых самолёта, выполнявших регулярные рейсы: советский самолёт Ту-144 , совершивший первый полёт 31 декабря 1968 года и бывший в эксплуатации с 1975 по 1978 год и выполнивший двумя месяцами позже - 2 марта 1969 года - свой первый полёт англо-французский «Конкорд» , совершавший трансатлантические рейсы с 1976 по 2003 год. Их эксплуатация позволяла не только значительно сократить время перелёта на дальних рейсах, но и использовать незагруженное воздушное пространство на больших высотах (≈18 км), в то время как основное используемое лайнерами воздушное пространство (высоты 9-12 км) уже в те годы было сильно загруженным. Также сверхзвуковые самолёты совершали полёты по спрямлённым маршрутам (вне воздушных трасс).

Несмотря на неосуществление нескольких других бывших и существующих проектов пассажирских сверхзвуковых и околозвуковых самолётов (Boeing 2707 , Boeing Sonic Cruiser , Douglas 2229 , Lockheed L-2000 , Ту-244 , Ту-344 , Ту-444 , SSBJ и др.) и вывод из эксплуатации самолётов двух реализованных проектов, разрабатывались ранее и существуют современные проекты гиперзвуковых (в том числе суборбитальных) пассажирских авиалайнеров (напр., ZEHST , SpaceLiner) и военно-транспортных (десантных) самолётов быстрого реагирования. На разрабатываемый пассажирский бизнес-джет Aerion AS2 в ноябре 2015 был сделан твердый заказ на 20 единиц суммарной стоимость 2,4 миллиарда долларов с началом поставок в 2023 году.

Теоретические проблемы

Полёт на сверхзвуковой скорости, в отличие от дозвукового, протекает в условиях иной аэродинамики, поскольку при достижении воздушным судном скорости звука качественно меняется аэродинамика обтекания, из-за чего резко возрастает аэродинамическое сопротивление , также растёт кинетический нагрев конструкции от трения набегающего на большой скорости воздушного потока, смещается аэродинамический фокус, что ведёт к утрате устойчивости и управляемости самолёта. Кроме того, проявилось такое неизвестное до создания первых сверхзвуковых самолётов явление, как «волновое сопротивление ».

Поэтому достижение скорости звука и эффективный стабильный полёт на около- и сверхзвуковых скоростях были невозможны за счёт простого увеличения мощности двигателей - потребовались новые конструктивные решения. Как следствие, изменился внешний облик самолёта: появились характерные прямые линии, острые углы, в отличие от «гладких» форм дозвуковых самолётов.

Следует отметить, что проблему создания эффективного сверхзвукового самолёта нельзя считать разрешённой до сих пор. Создателям приходится идти на компромисс между требованием увеличения скорости и сохранением приемлемых взлётно-посадочных характеристик. Таким образом, завоевание авиацией новых рубежей по скорости и высотности связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой конструктивной компоновки самолётов, но также с изменениями их геометрии в полёте. Такие изменения, улучшая характеристики самолёта на больших скоростях, не должны ухудшать их качества на малых скоростях, и наоборот. В последнее время создатели отказываются от уменьшения площади крыла и относительной толщины их профилей, а также увеличения угла стреловидности крыла у самолётов с изменяемой геометрией, возвращаясь к крыльям малой стреловидности и большой относительной толщины, если уже достигнуты удовлетворительные величины максимальной скорости и практического потолка. В таком случае считается важным, чтобы сверхзвуковой самолёт имел хорошие лётные данные на малых скоростях и малое сопротивление при больших скоростях, особенно на малых высотах.