Сверхзвуковая авиация снова в тренде "В СССР работы над пассажирским сверхзвуковым самолетом развернулись в начале 1960-х, и уже 31 декабря 1968 года в воздух поднялся первый Ту-144. Минуло полвека, срок большой. С тех пор мир технологически сильно изменился", — рассказывает академик Сергей Чернышев, научный руководитель Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ), профессор МФТИ, один из ведущих специалистов в области звукового удара.
"Топливо для него было очень дорогим, специального состава. Требовалось налаживать соответствующую наземную инфраструктуру. Это стало одним из препятствий для внедрения самолета", — продолжает академик Чернышев.
Двигатели — ключевое звено "Поэтому "бочку" нужно уменьшить, тем самым уменьшив степень двухконтурности. Струя станет более скоростной, но повысится шум. Здесь одно улучшаешь, другое ухудшаешь. Простое решение — подвесить двигатели под крыло, как у дозвуковых самолетов, не годится. В нашей модели они располагаются над планером самолета. Во-первых, сам он немного экранирует их шум, во-вторых, струя вытекает на его поверхность, увлекает за собой холодный окружающий воздух, эффективный поперечный размер струи увеличивается, а скорость уменьшается, то есть мы можем ее притормозить, получив при этом хорошую тягу с двигателя. Такого больше ни у кого нет, это новая концепция", — объясняет ученый.
"Сейчас ни у кого нет нужного двигателя, да и проблема его размещения на планере не изучена до конца. Но прогресс есть. Современные модели раза в два экономичнее, чем те, что были пятьдесят лет назад, у них более горячие камеры сгорания, более высокая температура на турбинах за счет применения новых жаропрочных материалов. У нас скоро поступит в эксплуатацию двигатель ПД-14, базовый для нашего среднемагистрального самолета МС-21. Вот его горячую часть вполне можно взять за основу для сверхзвукового двигателя", — отмечает Сергей Чернышев.
Скелет как у птицы "Здесь важна конструктивно-силовая схема. Сегодня авиастроители всего мира используют концепцию "blackmetal" или "black aluminum" — когда скелет фюзеляжа выполнен из композитов по традиционной схеме с продольными стрингерами и поперечными шпангоутами. В новых сверхзвуковых самолетах она не годится, мы предлагаем сеточную конструкцию, причем с неравномерной ячейкой сетки: где нагрузка больше, например на крыле, там сетка гуще, в носовой части, где нагрузка меньше, — сетка редкая. Это бионическая силовая конструкция летательного аппарата, то есть как в природе. Как скелеты у птиц, человека", — подчеркивает академик Чернышев.
В беспилотном режиме "В нашей модели крыло сделано в виде двойного поперечного V. Это снижает сопротивление, звуковой удар и улучшает аэродинамику", — говорит ученый.
"В салоне по бокам и на потолке ЖК-экраны. Пассажиры видят, что происходит за бортом благодаря цифровому зрению самолета, чувствуют себя комфортно. Пилоты ведут по приборам, которые сейчас куда совершеннее, чем органы чувств человека. Труба корпуса без вырезов — более прочная, за счет этого мы уменьшим толщину стенок и снизим вес конструкции", — уточняет он.
Как образуются ударные волны "Жители Европы жаловались на шум приближающегося самолета, хотя вроде бы он тормозил задолго до приближения к населенным районам и не должен был создавать звукового удара. Кроме первичного звукового удара, обусловленного пересечением конусом Маха поверхности океана (при приближении к земле конус исчезал, так как самолет замедлялся до дозвуковой скорости), создавался вторичный удар, устилающий, как ковром, значительные территории", — уточняет Сергей Чернышев.
Борьба со звуковым ударом "Во времена Ту-144 проблема звукового удара так остро не стояла. Самолет летал только в Алма-Ату, а "Конкорд" при подлете к Европе или США переходил на дозвуковую скорость", — рассказывает РИА Новости Татьяна Киселева, кандидат физико-математических наук, сотрудник лаборатории № 5 Института теоретической и прикладной механики имени С. А. Христиановича СО РАН, где исследуют звуковой удар.
"Допустим, на крыле есть излом или у него определенная стреловидность. Мы исследуем, как оно будет обтекаться, как генерируются ударные волны, в какую сторону уходят, как взаимодействуют с другими частями самолета, в каком виде доходят до поверхности земли", — продолжает Киселева.
"К примеру, мы фокусировали излучение мощного лазера в определенную область в потоке, получали плазму и таким образом локально заменяли набегающий на крыло или нос самолета воздух. В принципе, это возможно, но не на данном этапе развития лазерной техники, когда она слишком громоздка, чтобы брать ее на борт. Другой вариант— охладить поток выдувом в нос самолета жидкого азота. В этом случае придется брать на борт его запас, чтобы использовать на всем протяжении полета, а это лишний вес", — рассуждает ученый.
Драйверы сверхзуковой авиации "Требования по авиационному шуму за последние полвека сильно изменились. Раньше аэропорты строили вдали от городов, но мегаполисы разрастаются. Самолеты мешают людям, это вызывает обеспокоенность во всем мире, так что ограничения будут только ужесточаться", — говорит академик Чернышев.
"Если мы скажем людям: "Давай будем летать на сверхзвуке, но шуметь чуть-чуть побольше", нас не поймут. Все согласны только на уровень, зафиксированный в главе 14. Через пять лет его снизят еще на семь децибел. Это постоянная гонка, потому что человечество хочет комфорта и не желает терпеть шум у себя в доме", — отмечает академик.
"Самолету также нужна очень хорошая аэродинамика. Иначе он будет садиться с большой скоростью и не успеет затормозить на стандартной взлетно-посадочной полосе. Никаких парашютов для торможения не должно быть", — добавляет ученый.
"Крейсерскую скорость 2,2 Маха очень трудно обеспечить. Нужны компактные двигатели, а значит, возникает проблема шума при взлете. Компоновка, пассажиров больше пятидесяти — это большой вес. Вряд ли они впишутся в требования по шуму. Не исключено, что это лишь рекламный ход для привлечения инвестиций", — говорит Сергей Чернышев.
"Такое крыло лучше на дозвуке, и Aerion мог бы летать над населенными территориями. Но здесь опять палка о двух концах: сделать самолет эффективным в обоих режимах нереально, слишком противоречивые требования. К тому же крейсерская скорость с числом Маха 1,4 дает небольшой выигрыш по времени, притом что предстоит решить множество технических проблем", — комментирует академик.
"Двигатели должны создавать сумасшедшую тягу, чтобы самолет разрывал воздушное пространство, преодолевал сопротивление. Он будет нагреваться, генерировать ударные волны огромной энергии. Удивляюсь, что некоторые пытаются идти по этому пути", — говорит ученый.
"Сейчас мы на этапе создания технологического демонстратора, нас поддерживает Минпромторг. Рассчитываем, что к концу 2023 года у нас уже будет все необходимое для запуска "летающей лаборатории". Одновременно разворачиваем работы над прототипом реального самолета. В планах до 2050 года — проект гиперзвукового пассажирского аппарата на жидком водороде с числом Маха 5", — заключает Сергей Чернышев.
_Yalta_naberezhnaya.jpg/dw900h500.jpg)
