Самолеты будущего: обзор. Быстрее звука: прошлое, настоящее и будущее сверхзвуковой авиации Будущее сверхзвуковой пассажирской авиации

Развитие авиационных технологий в последние десятилетия происходит с поразительной быстротой. Создаются лайнеры, потребляющие меньше топлива, и разработки в этом направлении продолжаются. Будущее пассажирских самолетов связано с еще большими изменениями, которые коснутся не только конструкции и дизайна, но и дополнительных возможностей применения аппаратов, а также используемых источников энергии.

Новые проекты в авиации

Долгое время на мировом рынке у таких крупнейших компаний, как Boeing и Airbus, не было конкурентов . Но ситуация меняется, и влияние других производителей на мировом рынке все более увеличивается. В недалеком будущем запланирована реализация инновационных проектов по созданию пассажирских авиалайнеров и небольших частных самолетов или вертолетов.

При этом одни авиаконструкторы считают, что будущее гражданской авиации связано с летательными аппаратами, работающими на электричестве, другие заняты разработкой сверхзвуковых лайнеров.

Проекты будущих сверхзвуковых самолетов своими очертаниями напоминают летательные аппараты, знакомые еще из фильмов о звездных войнах и произведений известных фантастов:

1. Выпуск сверхзвукового самолета Aerion AS2 запланирован на 2023 год.
2. Прототип сверхзвукового лайнера QueSST, летающего практически бесшумно, NASA планирует представить в 2020 году.
3. Японское космическое агентство проводит испытания сверхзвукового авиапланера D-SEND 2, коммерческую модель которого планируется создать к 2030 году.
4. Проектом под названием Skylon заняты британские инженеры: они тестируют тип двигателя для самолета, который будет летать со скоростью, в 5 раз превышающей скорость звука.

Авиаперелеты является обычным явлением в современном обществе. Когда большинство людей представляют себе коммерческий авиалайнер, то им на ум сразу приходит стандартный самолет. Тем не менее, аэрокосмические инженеры по всему миру разрабатывают , которые смогут произвести настоящую революцию в воздушных путешествиях.

1. Aether Airship

Хотя Boeing недавно начал производство 787 модели авиалайнера, инженеры компании уже работают над следующим проектом. На этот раз Boeing планирует сделать что-то радикально отличающееся от своих стандартных конструкций и рассматривает возможность создания пассажирского авиалайнера по схеме . В данный момент NASA совместно с Boeing экспериментируют с самолетами подобной конструкции для использования как в коммерческих, так и в военных целях.

Для проверки аэродинамических возможностей они построили X-48, беспилотный реактивный самолет - «летающее крыло». Во время тестов оказалось, что подобный самолет имеет высокую полезную нагрузку, имеет лучшую управляемость, нежели ожидалось, а также чрезвычайно экономичен. Прототипы пассажирских авиалайнеров ожидаются в течение 20 лет.

3. Reaction Engines A2

Еще один прорывом в аэрокосмической промышленности являются гиперзвуковые авиалайнеры. Конкорд и Ту-144 вошли в историю, как первые коммерческие сверхзвуковые авиалайнеры, а сейчас инженеры надеются разработать авиалайнеры, которые способны развивать скорость свыше 5 Маха. Одним из лидеров в данных разработках сегодня является британская компания Reaction Engines Limited, которая разработала концепцию авиалайнера под названием A2.

Этот футуристический самолет может летать на сверхзвуковых скоростях и быть при этом экологически чистым. В А2 предусмотрено использование двигателей Scimitar - дальнейшей разработки двигателя SABRE. Но в то время как в SABRE используются ракетные двигатели, Scimitar параллельно использует гибридный прямоточный воздушно-реактивный двигатель и обычный воздушно-реактивный двигатель.

При полете на высокой скорости используется гибридный ПВРД, а при взлете и посадке — обычный реактивный двигатель. В качестве топлива в данном проекте используется жидкий водород, который также охлаждает двигатели. Из-за опасений по поводу звуковой ударной волны, A2 будет летать над заселенными регионами только со скоростью звука, а на максимальной скорости А2 сможет долететь из Австралии в Северную Европу всего за пять часов.

4. Bombardier Antipode

Канадская компания Bombardier недавно заявила о разработке Antipode - своей концепции бизнес-самолета будущего. Хотя этот гиперзвуковой авиалайнер сможет перевозить всего 10 человек, он будет летать со скоростью в … 24 Маха. При такой скорости Antipode сможет добраться из Нью — Йорка в Лондон за 11 минут. В концепции Antipode предусмотрено использование гиперзвуковых реактивных двигателей (ГПВРД), которые не имеют движущихся частей, таких как лопасти или компрессоры.

Для того чтобы добраться до скоростей, необходимых для работы ГПВРД (при которой воздух будет поступать на сверхвысоких скоростях в двигатель благодаря самой скорости самолета), Antipode будет использовать ракетные ускорители при взлете с земли. После того, как самолет достигнет крейсерской высоты и скорости, включатся ГПВРД, которые и разгонят лайнер до скорости в 24 Маха.

5. Boeing Pelican

В начале 2000 — х годов Boeing исследовал возможность строительства нового трансокеанского Pelican, в котором использовался экранный эффект. Несмотря на то, в первую очередь самолет предназначался для перевозки грузов, концепция была бы применима также для коммерческих авиалайнеров. Был спроектирован огромный самолет (двухпалубная конструкция длиной 122 м и размахом крыльев 150 метров), который бы летал, как экраноплан, по сути скользя над водой на высоте 6 метров.

Во время полета над сушей Pelican летал бы на обычной для самолетов высоте. Хотя проект был многообещающим, Boeing забросил разработку с начала 2000-х годов по неизвестным причинам.

6. SAX-40

Даже когда самолеты летают на дозвуковых скоростях, их шум двигателей раздражает людей, живущих вокруг аэропортов, и может вызвать неблагоприятные последствия для здоровья. Для борьбы с этой проблемой, группа ученых из Массачусетского технологического института и Кембриджского университета разработала SAX-40 – концепт практически бесшумного самолета. Самолеты производят шум в основном из-за несовершенства аэродинамики, поэтому SAX-40 был сделан очень обтекаемым. Из-за своей необычной формы, подъемная сила SAX-40 больше, чем у обычного самолета.

Именно поэтому у самолета нет закрылков, которые предоставляют дополнительную подъемную силу при взлете и посадке, что соответственно уменьшает шумность двигателей. Воздухозаборники двигателей находятся на верхней части самолета, т.е. фюзеляж выступает в роли естественного препятствия для шума. Для того, чтобы сократить шум выхлопа двигателя, SAX-40 использует систему переменного выхлопа. Благодаря своей конструкции, самолет будет производить всего 63 децибел шума при взлете и посадке. Для сравнения — шум обычного самолета при взлете составляет 100 децибел.

7. SpaceLiner

Германский аэрокосмический центр (GAC) в настоящее время разрабатывает свой собственный дизайн высокоскоростного лайнера. Примечательно то, что GAC, вместо того, чтобы использовать стандартные конструкции, разрабатывает космический самолет или космоплан под названием SpaceLiner. Концепция подразумевает двухступенчатую конструкцию: беспилотную стартовую ступень - криогенный ускоритель и пассажирскую суборбитальную ступень, рассчитанную на 50 пассажиров.

Ускоритель доставляет SpaceLiner на высоту в 80 км, где тот разгоняется до скорости 25 Маха. Это позволило бы подобному аппарату долететь из Австралии в Европу за 90 минут. В конце полета космоплан приземляется, как любой обычный самолет. SpaceLiner также является экологически безопасным, так как он использует жидкий водород и жидкий кислород в качестве ракетного топлива. Начало эксплуатации ожидается в 2050 году.

8. AWWA-QG Progress Eagle

AWWA-QG Progress Eagle является одним из самых сложных концептуальных самолетов, которые разрабатываются в данный момент. Начать стоит с того, что самолет просто огромен - в трехъярусном салоне помещается 800 пассажиров. Из-за своих огромных размеров, Progress Eagle складывает крылья после приземления, чтобы не пришлось проводить реконструкцию современных аэропортов.

Движущей силой у Progress Eagle выступают шесть водородных двигателей, которые также обеспечивают электроэнергией все оборудование. Тем не менее, большая часть электроэнергии будет поступать от панелей солнечных батарей, встроенных в крылья. Эти панели используют специальный квантовый материал для повышения своей эффективности. Введение самолета в эксплуатацию ожидается не раньше 2030 года.

9. Concorde 2

Несмотря на то, что Concorde, первый сверхзвуковой пассажирский самолет, в конце концов был списан, сегодня начали разрабатывать его «наследника». В прошлом году Airbus выиграл тендер на разработку нового самолета под названием Concorde 2. Вторая версия самолета, как и его предшественник, должна произвести настоящую революцию в полетах, став первым гиперзвуковым пассажирским самолетом.

Мало того, что крейсерская скорость авиалайнера будет составлять 4,5 Маха, самолет имеет множество других странных особенностей, например — его двигательная система (Concorde 2 будет использовать три типа двигателей: прямоточный воздушно-реактивный, турбореактивный и ракетный двигатель).

Для взлета самолет будет использовать турбореактивный двигатель. После этого включится ракетный двигатель, который позволит набрать крейсерскую высоту и сверхзвуковую скорость. И, наконец, ПВРД на крыльях разгонят на большой высоте самолет до крейсерской скорости. Несмотря на то, что Concorde 2 будет быстрее, чем первоначальный самолет, у него также будет меньше пассажирских мест - всего 20.

10. Mobula

Концепт авиалайнера Mobula, разработанный Крисом Куком из Университета Ковентри, — один из самых странных, представленных в последнее время По сути, это гибрид круизного лайнера и пассажирского самолета, который способен перевозить более 1000 пассажиров на пяти палубах. Подобно Boeing Pelican, Mobula также является экранопланом. Что примечательно, самолет также умеет плавать.

Американское космическое агентство, совместно с корпорацией Boeing, разработало концепты самолетов, которые будут подниматься в небо уже через 15 лет. В настоящее время большинство авиаконцернов пытаются создать вместительные и мощные самолеты, однако эксперты полагают, что уже завтра главным при разработке воздушных судов станет их экологичность и скорость. NASA и Boeing, в сотрудничестве с инженерами из Массачусетского технологического института (MIT), создали несколько концептуальных моделей самолетов, которые должны быть разработаны уже к 2025 году. Главной задачей было придумать реалистичные воздушные суда, которые не будут противоречить законам аэродинамики, смогут экономно расходовать топливо и будут развивать скорость, не меньшую, чем ныне летающие самолеты.

1. Нестандартное мышление

Инженеры, разработавшие данный авиалайнер, недоумевают – почему при наличии современных композитных материалов, крылья не могут быть совмещены с хвостом? Такая технология позволит повысить эффективность энергии, производимой двигателями самолета: поток воздуха, формирующийся вокруг двигателя такого самолета, в пять раз превышает соответствующий показатель у современных лайнеров.

2. Сверхзвуковая «зеленая» машина

После Конкорда и Ту-144 мир не видел действующих моделей сверхзвуковых самолетов, и инженеры пытаются восполнить этот пробел. Специалисты предполагают, что следующий самолет такого типа будет работать на биотопливе. Преимуществом такого воздушного судна станет снижение «звукового удара» - перегрузки, которую испытывают пассажиры при наборе самолетом скорости звука. Это стало возможным за счет перевернутого V-образного двигателя, который располагается выше крыльев, а не ниже, как на сегодняшних самолетах.

3. Дозвуковой самолет с соединенными крыльями

Этот самолет очень похож на те, которые уже летают сегодня, однако он будет использовать в десятки раз меньше топлива, поскольку, во-первых – работает на биотопливе, а во-вторых – имеет уникальную аэродинамику за счет воздушной подушки, образуемой крыльями, соединенными с хвостом.

4. Новая генерация Boeing-737

Авиалайнер, получивший кодовое название D8, призван заменить Boeing-737, который сегодня выполняет наибольшее количество внутренних авиарейсов в мире. D8 будет иметь 180 посадочных мест и качественно новую конструкцию фюзеляжа – он получит тонкие крылья и небольшой хвост, что уменьшит сопротивление воздуха и количество топлива, потребляемое судном. Несмотря на то, что заявленная скорость D8 меньше, чем у Boeing-737, большая вместимость салона и улучшенная система загрузки-выгрузки багажа должна сделать этот самолет более перспективным, чем его «старший брат».

5. Новое поколение Boeing 777

На сегодняшний день Boeing-777 является одним из самых популярных самолетов для межконтинентальных перелетов, однако пытливые умы инженеров из NASA и ему нашли замену – лайнер с оригинальным крылом будет иметь гибридный топливный бак, использовать разные виды топлива, тем самым потребляя на 70% меньше энергии, чем это делают сегодня воздушные суда аналогичной вместимости. Новый самолет сможет брать на борт до 350 человек и легко совершить трансатлантический перелет, сделав его, к тому же, гораздо дешевле и для компании, и для пассажира.

6. Частный самолет с «виртуальной реальностью» за окном

Этот компактный 20-местный лайнер благодаря своим характеристикам может стать грозой бизнес-авиации: он потребляет малое количество топлива, способен садиться даже на неподготовленную полосу, а на его окна может проецироваться изображение, тем самым они будут выступать в роли экранов с функцией дополненной реальности.

7. Дозвуковой, ультра реактивный экологически чистый самолет

Еще один концепт от Boeing сочетает в себе несколько двигателей, работающих на разных видах топлива – керосине, газе и биотопливе. Но главным его достоинством становится огромный размах крыльев, обеспечивающий отличную аэродинамику. Он сможет брать на борт до 150 пассажиров, а благодаря системе гибридных двигателей будет достигнута значительная экономия топлива. Кроме того, в крыльях предусмотрены специальные петли, которые позволят складывать их во время стоянки, и экономить место в аэропортах. Несмотря на то, что эти авиалайнеры пока существуют лишь на экране компьютера, работа имеет высокий уровень важности, поскольку она очерчивает проекты, в которые Boeing будет инвестировать в ближайшие несколько лет.

«Включите сверхзвук!»

Сверхзвуковые пассажирские самолёты - что мы о них знаем? По крайней мере то, что созданы они были относительно давно. Но, по разным причинам, эксплуатировались не столь долго, и не настолько часто, как могли бы. Да и на сегодняшний день, они существуют лишь как проектные модели.

Почему так? В чём особенность и «тайна» сверхзвука? Кто создавал эту технологию? А также - каковым будет будущее сверхзвуковых самолётов в мире, и конечно же - в России? Постараемся ответить на все эти вопросы.

«Прощальный полёт»

Итак, с тех пор, как три последних функционировавших сверхзвуковых пассажирских самолёта совершили свои последние полёты, после которых были списаны, прошло уже пятнадцать лет. Это было в далёком 2003. Тогда, 24 октября, они, все вместе «попрощались с небом». В последний раз пролетели на малой высоте, над столицей Великобритании.

Затем приземлились в лондонском аэропорту Хитроу. Это были самолёты типа «Конкорд», принадлежащие авиационной компании British Airways. И таким «прощальным полётом» они завершили весьма недолгую историю пассажирских перевозок, на превышающей звук скорости…

Так можно было думать ещё несколько лет назад. Но сейчас уже возможно с уверенностью сказать. Это - финал только первого этапа данной истории. И вероятно - все её светлые страницы ещё впереди.

Сегодня - подготовка, завтра — полёт

Сегодня многие компании и авиаконструкторы думают о перспективах сверхзвуковой пассажирской авиации. Одни строят планы по её возрождению. Другие уже вовсю готовятся к этому.

Ведь если она могла существовать и эффективно функционировать ещё несколько десятилетий назад, то сегодня - с серьёзно шагнувшими вперёд технологиями, не только возродить оную, но и решить ряд проблем, который заставил отказаться ведущие авиакомпании от таковой - вполне возможно.

Да и перспективы слишком заманчивы. Уж очень интересной кажется возможность полёта, допустим, из Лондона в Токио - за пять часов. Пересечь расстояние от Сиднея, до Лос-Анджелеса за шесть часов? И попасть из Парижа в Нью-Йорк за три с половиной? С пассажирской авиацией, которая способна летать с большей скоростью, нежели разносится звук - это совсем нетрудно.

Но, конечно, перед триумфальным «возвращением» таковой в воздушное пространство, — учёным, инженерам, конструкторам, и многим другим — предстоит ещё немало потрудится. Нужно не просто восстановить то, что когда-то было, предложив новую модель. Отнюдь.

Цель - решение множества проблем, кои связаны с пассажирской сверхзвуковой авиацией. Создание авиамашин, которые будут не только демонстрировать возможности, и могущество стран, построивших их. Но окажутся и реально эффективными. Настолько, чтобы занять достойную их нишу в авиации.

История «сверхзвука». Часть 1. Что было в начале…

С чего же всё начиналось? На самом деле - с простой пассажирской авиации. А таковой уже более века «от роду». Оформление её началось в 1910-х, в Европе. Когда мастера из наиболее развитых стран мира создавали первые авиамашины, основным предназначением которых, была перевозка пассажиров на различные расстояния. То есть - полёт, со множеством людей на борту.

Первым среди них считается французский Bleriot XXIV Limousine. Он принадлежал авиастроительной компании Bleriot Aeronautique. Однако использовался, в основном, для забавы тех, кто уплатил за увеселительные «прогулки»-полёты, на нём. Через два года после его создания, аналог появляется и в России.

То был С-21 «Гранд». Его сконструировали на базе созданного Игорем Сикорским «Русского витязя» — тяжёлого бомбардировщика. А постройкой этой пассажирской авиамашины занимались работники Балтийского вагонного завода.

Ну а после того прогресс было уже не остановить. Авиация развивалась стремительно. И пассажирская, в частности. Сперва были перелёты между конкретными городами. Затем самолёты смогли преодолевать расстояния между государствами. Наконец - авиамашины стали пересекать океаны и совершать перелёты от одного материка к другому.

Развивавшиеся технологии и всё большее количество новаций, позволяли авиации путешествовать очень быстро. Намного скорее - нежели поезда или корабли. И для неё ведь практически не было преград. Не нужно было пересаживаться с одного транспорта на другой, не только, скажем, путешествуя на какой-нибудь особенно далёкий «край света».

Даже, тогда, когда пересечь необходимо сушу и водные просторы сразу. Самолёты не останавливало ничто. И это естественно, ведь летят они над всем - континентами, океанами, странами…

Но время утекало быстро, мир менялся. Конечно, развивалась и авиационная отрасль. Самолёты за последующие несколько десятилетий, вплоть до 1950-х, изменились настолько, если сравнивать с теми, кои летали ещё в начале 1920-30-х, что стали уже чем-то совершенно другим, особенным.

И вот, в середине двадцатого века, развитие реактивного двигателя пошло весьма быстрыми, даже в сравнении с предшествующими двадцатью-тридцатью годами, темпами.

Небольшое информационное отступление. Или — немного физики

Передовые разработки позволили самолётам «разогнаться» до скорости, большей, чем та, с коей распространяется звук. Конечно, первым делом, это было применено в военной авиации. Ведь речь идёт, всё-таки, о двадцатом веке. Который, как ни прискорбно это осознавать, был столетием конфликтов, двух мировых войн, «холодной» борьбы СССР и США…

И едва ли не каждая новая технология, созданная ведущими государствами мира, прежде всего рассматривалась с точки зрения того, как её можно использовать в обороне или нападении.

Итак, самолёты теперь могли летать с невиданной ранее скоростью. Быстрее звука. А в чём же её специфика?

Прежде всего - очевидно, что это скорость, которая превышает ту, с коей разносится звук. Но, вспоминая основные законы физики, можно сказать, что в разных условиях, она может отличаться. Да и «превышает» - понятие очень растяжимое.

И потому - есть специальный стандарт. Сверхзвуковой скоростью называют ту, которая превышает звуковую до пяти раз, с учётом того, что в зависимости от температуры, и других факторов окружающей среды, она может меняться.

Например - если мы возьмём нормальное атмосферное давление, на уровне моря, то в таком случае, скорость звука будет равняться впечатляющей цифре - 1191 км/ч. То есть, за секунду преодолевается 331 метр.
Но, что особенно важно при проектировании сверхзвуковых авиамашин, по мере набора высоты - снижается температура. А значит - и быстрота, с которой распространяется звук, и весьма значительно.

Так скажем, если подняться на высоту в 20 тысяч метров, то здесь оная будет составлять уже 295 метров в секунду. Но есть и ещё один важный момент.

На 25 тысячах метров над уровнем моря, температура начинает повышаться, поскольку это уже не нижний слой атмосферы. И так происходит далее. Вернее - выше. Скажем, на высоте в 50 000 метров будет ещё жарче. Следовательно, скорость звука там - увеличивается ещё больше.

Интересно - на сколько? Поднявшись на 30 километров над уровнем моря, попадаешь в «зону», где звук распространяется со скоростью в 318 метров за секунду. А на 50 000 метров, соответственно - 330 м/с.

О числе Маха

Кстати, интересно, что для упрощения понимания особенностей перелёта и работы в таких условиях, в авиации используют число Маха. Общее описание такового, может быть сведено к следующим заключениям. Оно выражает собой скорость звука, которая имеет место быть в данных условиях, на конкретной высоте, при данной температуре и плотности воздуха.

К примеру, скорость полёта, которая равна двум числам Маха, на высоте десять километров над землёй, в обычных условиях, будет равняться 2 157 км/ч. А на уровне моря - 2 383 км/ч.

История «сверхзвука». Часть 2. Преодоление барьеров

Кстати, впервые достиг быстроты полёта, более чем в 1 Мах, лётчик из США - Чак Йегер. Это произошло в 1947 году. Тогда он «разогнал» свой самолёт, летящий на высоте в 12.2 тысячах метров над землёй, до скорости в 1066 км/ч. Так прошёл первый сверхзвуковой полёт не земле.

Уже в 1950-х начинаются работы по проектированию и подготовке к серийному производству пассажирских самолётов, способных лететь со скоростью - быстрее звука. Их ведут учёные и авиаконструкторы наиболее могущественных стран мира. И у них получается добиться успеха.

Тот самый «Конкорд», модель - от которой окончательно откажутся в 2003, был создан в 1969. Это совместная - британско-французская разработка. Символично выбранное название - «Concorde», с французского, переводится как «согласие».

Это был один из двух существовавших типов сверхзвуковых пассажирских самолётов. Ну а создание второго (а вернее - хронологически - первого) - заслуга авиаконструкторов СССР. Советский аналог «Конкорда» называется Ту-144. Он был спроектирован в 1960-е и первый полёт совершил 31 декабря 1968. За год до британско-французской модели.

Других типов сверхзвуковых пассажирских самолётов, вплоть до сего дня, реализовано не было. И «Конкорд» и Ту-144 летали благодаря турбореактивным двигателям, кои были специально переустроены для того, чтобы долгое время работать в режиме сверхзвуковой скорости.

Советский аналог «Конкорда» эксплуатировали значительно меньший срок. Уже в 1977 от него отказались. Самолёт летал в среднем, со скоростью в 2 300 километров в час и за раз мог перевезти до 140 пассажиров. Но при этом, цена билета на такой «сверхзвуковой» рейс была в два-два с половиной, а то и три раза больше, чем на обыкновенный.

Конечно, у советских граждан подобные не пользовались большим спросом. Да и обслуживать Ту-144 было не просто и дорого. Потому, в СССР от них так быстро отказались.

«Конкорды» прослужили дольше, хотя билеты на рейсы, по которым они летали, также стоили дорого. И спрос тоже был не велик. Но всё же, несмотря на это, их продолжали эксплуатировать, как в Великобритании, так и во Франции.

Если выполнить перерасчёт стоимости билета на «Конкорд», в 1970-х, по сегодняшнему курсу, то это будет около двух десятков тысяч долларов. За билет в один конец. Можно понять, почему спрос на них был несколько меньше, нежели на перелёты, с помощью самолётов, не достигающих сверхзвуковых скоростей.

«Конкорд» мог за раз принять на борт от 92 до 120 пассажиров. Летал со скоростью более 2 тысяч км/ч и преодолевал расстояние от Парижа до Нью-Йорка за три с половиной часа.

Так прошло несколько десятилетий. До 2003.

Одной из причин отказа от эксплуатации этой модели стала авиакатастрофа, произошедшая в 2000 году. Тогда, на борту разбившегося «Конкорда» находилось 113 человек. Все они погибли.

Позже начался международный кризис в области пассажирских авиационных перевозок. Его причина - теракты, произошедшие 11 сентября 2001 года, на территории Соединённых штатов.

Да ещё, ко всему, заканчивается срок гарантийного обслуживания «Конкордов» авиакомпанией Airbus. Всё это вместе сделало дальнейшую эксплуатацию сверхзвуковых пассажирских самолётов крайне невыгодной. И в 2003 году были поочерёдно списаны все «Конкорды», как во Франции, так и в Великобритании.

Надежды

После этого ещё оставались надежды на скорое «возвращение» сверхзвуковых пассажирских самолётов. Авиаконструкторы рассуждали о создании особых двигателей, кои позволят экономить топливо, не смотря на скорость полёта. Говорили о повышении качества и оптимизации основных систем авионики, на таких авиамашинах.

Но, в 2006 и 2008 годах вышли новые постановления Международной организации гражданской авиации. В них определялись последние (действительны они, кстати, и на данный момент) стандарты допустимого авиационного шума при полёте.

А сверхзвуковые самолёты, как известно, не имели права летать над населёнными пунктами, именно поэтому. Ведь производили сильные шумовые хлопки (также по причинам физических особенностей полёта), когда двигались на максимальных скоростях.

Это стало причиной того, что «планирование» «возрождения» сверхзвуковой пассажирской авиации несколько затормозилось. Однако, на самом деле, после введения данного требования, авиаконструкторы стали думать, как решить такую проблему. Ведь она тоже имела место быть и раньше, просто «запрет» сконцентрировал внимание именно на ней - «проблеме шума».

А что же сегодня?

Но с момента последнего «запрета» прошло уже десять лет. И планирование плавно перешло в проектирование. На сегодняшний день созданием пассажирских сверхзвуковых самолётов, занимаются несколько компаний и государственных организаций.

Какие именно? Российские: Центральный аэрогидродинамический институт (тот самый, который назван в честь Жуковского), компании «Туполев» и «Сухой». У российских авиаконструкторов есть неоценимо важное преимущество.

Опыт советских проектировщиков и создателей Ту-144. Впрочем, об отечественных наработках в этой сфере лучше поговорить отдельно и подробнее, что мы и предлагаем сделать дальше.

Но не только россияне создают сверхзвуковой пассажирский самолёт нового поколения. Это также и европейский концерн - Airbus, и французская компания Dassault. Среди фирм Соединённых Штатов Америки, что работают в данном направлении, — Boeing и конечно Lockheed Martin. В стране восходящего солнца основная организация, проектирующая такой самолёт - это агентство аэрокосмических исследований.

И данный список - отнюдь не полный. При этом важно уточнить, что подавляющая часть профессиональных авиаконструкторов, работающих в данной сфере, разделилась на две группы. Независимо от страны происхождения.

Одни считают, что создать «тихий» сверхзвуковой пассажирский самолёт, на сегодняшнем уровне технологического развития человечества, невозможно никоим образом.

А потому - единственный выход, — это проектирование «просто быстрого» авиалайнера. Он, в свою очередь, будет переходить на сверхзвуковую скорость в тех местах, где это разрешено. А пролетая, например, над населёнными пунктами, возвращаться к дозвуковой.

Такие «скачки», по мнению этой группы учёных и конструкторов, позволят сократить время полёта до минимально возможного, и не нарушить требований относительно шумовых эффектов.

Другие же наоборот - полны решимости. Они считают, что бороться с причиной шума можно уже сейчас. И приложили немало усилий, дабы доказать - сверхзвуковой авиалайнер, летающий тихо - вполне возможно построить в самые ближайшие годы.

И ещё немного нескучной физики

Итак, при полёте на скорости более чем в 1,2 Маха, планер летательного аппарата образует ударные волны. Наиболее сильны они в хвостовой и носовой зоне, а также некоторых других частях самолёта, как например - на кромках воздухозаборников.

Что такое ударная волна? Это зона, где плотность, давление и температура воздуха испытывают резкие скачки. Возникают они при перемещениях на высоких скоростях, быстрее звуковой.

Людям же, которые стоят при этом на земле, не смотря на расстояние, кажется, что происходит некий взрыв. Конечно, речь идёт о тех, кто находится в относительной близости - под тем местом, где летит самолёт. Именно потому и были запрещены полёты сверхзвуковой авиации над городами.

С такими ударными волнами, как раз, и борются представители «второго лагеря» учёных и конструкторов, кои верят в возможность нивеляции этого шума.

Если вдаваться в подробности, то причина такового буквально «столкновение» с воздухом на очень большой скорости. На фронте волны резко и сильно повышено давление. В то же время, сразу, после него, наблюдается падение такового, а затем переход к нормальному показателю давления (такому, как было до «столкновения»).

Однако, уже проведена классификация типов волн и найдены потенциально оптимальные решения. Осталось только закончить работы в этом направлении и внести необходимые коррективы в проекты самолётов, или же создавать таковые с ноля, с учётом данных поправок.

В частности, специалисты NASA пришли к осознанию необходимости конструкционных изменений, с целью реформации особенностей полёта в целом.

А именно - изменению специфики ударных волн, насколько это возможно при нынешнем технологическом уровне. Что достигается путём реструктуризации волны, за счёт конкретных изменений конструкции. В результате - стандартная волна рассматривается как N-тип, а та, которая возникает при полёте, с учётом предложенных специалистами нововведений, как S-тип.

И при последней, значительно снижается «взрывной» эффект смены давления, и люди, находящиеся внизу, например, в городе, если самолёт пролетает над ним, даже тогда, когда слышат таковой эффект, то только как «отдалённый хлопок дверью автомашины».

Форма - тоже важно

Кроме того, например, японские авиационные конструкторы, не так давно, в середине 2015, создали беспилотный планер модели D-SEND 2. Его форма спроектирована особым образом, позволяя существенно уменьшить интенсивность и количество ударных волн, возникающих, когда аппарат летит на сверхзвуковой скорости.

Эффективность предложенных таким образом, японскими учёными, инноваций, была доказана при испытаниях D-SEND 2. Таковые провели в Швеции, в июле 2015. Достаточно интересным был ход мероприятия.

Планер, который не был оснащён двигателями, подняли на высоту в 30,5 километров. С помощью воздушного шара. Затем его сбросили вниз. За время падения он «разогнался» до скорости в 1,39 Маха. Длина самого D-SEND 2 - 7,9 метра.

После проведённых испытаний, японские авиаконструкторы смогли с уверенностью заявить - интенсивность ударных волн, при полёте их детища на скорости, превышающей быстроту распространения звука, — в два раза меньше, чем у «Конкорда».

Каковы же особенности D-SEND 2? Прежде всего - его носовая часть не осесимметричная. Киль смещён к ней, и при этом, горизонтальное хвостовое оперение установлено как цельноповоротное. Оно также расположено под отрицательным углом к продольной оси. И при этом законцовки оперения располагаются ниже, чем точка крепления.

Крыло, плавно сопряжённое с фюзеляжем, выполнено с нормальной стреловидностью, но ступенчатое.

По примерно такой же схеме сейчас, по состоянию на ноябрь 2018, проектируют пассажирский сверхзвуковой AS2. Работают над ним профессионалы из Lockheed Martin. Заказчиком выступает NASA.

Также, проект российского СДС/СПС сейчас находится на стадии совершенствования формы. Планируется, что она будет создаваться с упором на уменьшение интенсивности ударных волн.

Сертификация и… ещё одна сертификация

Важно понимать, что некоторые проекты пассажирских сверхзвуковых самолётов будут реализовываться уже в начале 2020-х. При этом, правила, установленные Международной организацией гражданской авиации, в 2006 и 2008, ещё будут действовать.

А значит, если до того времени не случится серьёзного технологического прорыва, в области «тихого сверхзвука», то вероятно создание именно самолётов, кои будут переходить на скорость, выше одного Маха, только в зонах, где сие разрешено.

И после этого, когда необходимые технологии всё же появятся, при таком сценарии, придётся проводить множество новых испытаний. С целью того, чтобы самолёты могли получить разрешение на полёты над населёнными пунктами. Но это лишь рассуждения о будущем, сегодня что-либо точно сказать на этот счёт весьма трудно.

Вопрос цены

Ещё одна проблема, упомянутая ранее- дороговизна. Конечно, на сегодняшний день, уже создано множество двигателей, намного более экономичных, нежели те, которые эксплуатировали ещё двадцать, или тридцать лет назад.

В том числе, сейчас проектируются и те, кои могут обеспечить самолёту движение на сверхзвуковой скорости, но при этом не «съедают» столько горючего, сколько Ту-144, или «Конкорд».

Каким образом? Прежде всего - это использование керамических композиционных материалов, что обеспечивают снижение температур, а сие особенно важно в горячих зонах силовых установок.

Кроме того - введение ещё одного, третьего, воздушного контура - помимо внешнего и внутреннего. Нивеляция жёсткой сцепки турбины с вентилятором, внутри самолётного двигателя и т.п.

Но тем не менее, даже благодаря всем этим нововведениям, нельзя сказать, что сверхзвуковой полёт, в сегодняшних реалиях - экономичен. Потому, для того, чтобы он стал доступен и привлекателен для широких масс населения, крайне важны работы по усовершенствованию двигателей.

Возможно - актуальным решением станет полная переработка конструкции - считают эксперты.

Кстати - снизить стоимость за счёт увеличения количества пассажиров на один рейс, также не удастся. Поскольку те авиамашины, что проектируют на сегодняшний день (имеются ввиду, конечно, сверхзвуковые самолёты), рассчитаны на перевозки небольшого числа людей - от восьми, до сорока пяти.

Новый двигатель - вариант решения проблемы

Из последних новинок, в данной сфере, следует отметить инновационную реактивную, турбовентиляторную силовую установку, созданную в нынешнем, 2018 году, компанией GE Aviation. В октябре она был представлен под названием Affinity.

Этот двигатель планируют установить на упомянутую модель пассажирского AS2. Каких-либо существенных технологических «новинок» в данном типе силовых установок не предусмотрено. Но при этом, в нём соединены особенности реактивных двигателей с большой и малой степенью двухконтурности. Что делает модель весьма интересной, для установки на сверхзвуковом самолёте.

Кроме всего прочего, создатели двигателя утверждают, что при испытаниях он докажет свою эргономичность. Расход топлива силовой установкой будет примерно равен тому, который можно фиксировать у стандартных двигателей авиалайнеров, находящихся ныне в эксплуатации.

То есть, это заявка на то, что силовая установка сверхзвукового самолёта будет потреблять приблизительно столько же топлива, сколько и у обычного авиалайнера, не способного разогнаться до скорости выше одного Маха.

Как это получится - пока объяснить трудно. Поскольку особенности конструкции двигателя его создатели на настоящий момент не раскрывают.

Какими они могут быть - российские сверхзвуковые авиалайнеры?

Конечно, сегодня существует множество конкретных проектов сверхзвуковых пассажирских самолётов. Однако, далеко не все близки к реализации. Посмотрим на наиболее перспективные.

Итак - особого внимания заслуживают российские авиастроители, унаследовавшие опыт советских мастеров. Как упоминалось ранее, сегодня, в стенах ЦАГИ имени Жуковского, по словам его сотрудников, уже почти закончено создание концепции сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения.

В официальном описании модели, предоставленном пресс-службой института, упоминается, что это «лёгкая, административная» авиамашина, «с низким уровнем звукового удара». Проектированием занимаются специалисты, сотрудники данного учреждения.

Также, в сообщении пресс-службы ЦАГИ упомянуто, что благодаря особой компоновке корпуса самолёта и специальному соплу, на коем установлена система шумоглушения, данная модель будет демонстрировать последние достижения технологического развития российского авиастроения.

Кстати, важно упомянуть, что среди наиболее перспективных проектов ЦАГИ, помимо описанного - новая конфигурация пассажирских авиалайнеров, именуемая «летающее крыло». Она реализует несколько особенно актуальных улучшений. А конкретно - даёт возможность, улучшить аэродинамику, снизить потребление топлива и т.д. Но для не сверхзвуковых авиамашин.

Кроме всего прочего, данный институт уже неоднократно представлял готовые проекты, которые привлекали внимание авиалюбителей со всего мира. Допустим, — один из последних, — модель сверхзвукового бизнес джета, способного преодолеть до 7 000 километров без дозаправки, и развивать скорость в 1,8 тысяч км/ч. Таковая была представлена на выставке «Гидроавиасалон-2018».

« … проектирование идёт по всему миру!»

Помимо названных российских, также наиболее перспективны следующие модели. Американский AS2 (способный развить скорость до 1,5 Маха). Испанский S-512 (предел скорости - 1,6 Маха). И также, находящийся на стадии проектирования в США, Boom, от компании Boom Technologies (ну а он сможет летать с максимальной скоростью в 2,2 Маха).

Есть ещё X-59, который создаётся по заказу NASA, фирмой Lockheed Martin. Но он будет представлять собой летающую научную лабораторию, а не пассажирский самолёт. Да и запускать оный в серийное производство пока никто не планировал.

Интересны планы компании Boom Technologies. Сотрудники данной фирмы заявляют, что будут стараться добиться максимального удешевления стоимости полёта на создаваемых предприятием сверхзвуковых авиалайнерах. Например, цену за перелёт из Лондона в Нью-Йорк они могут приблизительно назвать. Это около 5000 долларов США.

Для сравнения, столько стоит билет на рейс из английской столицы в «Новый» Йорк, на обычном, или «дозвуковом» самолёте, в бизнес-классе. То есть, цена полёта на авиалайнере, способном летать со скоростью более 1.2 Маха, будет приблизительно равна стоимости дорогого билета на самолёт, который не мог бы совершить такой же быстрый перелёт.

Однако, в Boom Technologies сделали ставку на то, что создать «тихий» сверхзвуковой пассажирский лайнер в ближайшей перспективе не получиться. Потому их Boom будет летать на максимальной скорости, кою способен развить, только над водными пространствами. А находясь над сушей, — переходить на меньшую.

При том, что длина Boom составит 52 метра, за раз он сможет перевезти до 45 пассажиров. Согласно планам компании, проектирующей самолёт, первый полёт этой новинки должен произойти в 2025 году.

Что на сегодняшний день известно о ещё одном перспективном проекте - AS2? Он сможет перевезти значительно меньше людей - только от восьми до двенадцати человек за рейс. При этом длина лайнера будет равна 51,8 метра.

Над водой он, как планируется, получит возможность летать со скоростью в 1,4-1,6 Маха, а над сушей - 1,2. Кстати, в последнем случае, благодаря особой форме, самолёт в принципе не будет образовывать ударных волн. Впервые эта модель должна подняться в воздух уже летом 2023. В октябре того же года - самолёт выполнит свой первый перелёт через Атлантику.

Это событие будет приурочено к памятной дате - двадцатилетию, с того дня, как «Конкорды» последний раз летели над Лондоном.

При том, испанский S-512 впервые взмоет в небо не позднее, чем в конце 2021 года. А поставки этой модели заказчикам начнутся с 2023. Максимальная скорость этого самолёта - 1,6 Маха. На его борту возможно расположить 22 пассажира. Предельная дальность полёта равна 11,5 тысячам км.

Клиент - всему голова!

Как можно заметить, некоторые компании очень стараются завершить проектирование и приступить к созданию авиамашин - как можно быстрее. Ради кого они готовы так торопиться? Попробуем объяснить.

Итак, в течении 2017 года, к примеру, объём воздушных пассажирских перевозок, составил четыре миллиарда человек. Причём 650 миллионов из них летали на дальние расстояния, проведя в пути от 3,7 до тринадцати часов. Далее - 72 миллиона из 650, при том, летели первым, или же бизнес-классом.

Вот на эти 72 000 000 человек, в среднем, и рассчитывают те компании, которые занимаются созданием сверхзвуковых пассажирских авиамашин. Логика проста - возможно, что многие из них будут не против заплатить немного больше за билет, с условием того, что полёт пройдёт, примерно, в два раза быстрей.

Но, даже не смотря на все перспективы, многие эксперты обоснованно полагают, что активный прогресс сверхзвуковой авиации, созданной для перевозки пассажиров, может начаться уже после 2025 года.

В подтверждение такого мнения свидетельствует и факт того, что упомянутая «летучая» лаборатория X-59 впервые поднимется в воздух только в 2021. А зачем?

Исследования и перспективы

Основной целью её полётов, которые будут проходить в течении нескольких лет, выступит сбор информации. Дело в том, что эта авиамашина должна пролететь над различными населёнными пунктами на сверхзвуковой скорости. Жители данных поселений уже выразили своё согласие на проведение испытаний.

И после того, как самолёт-лаборатория будет завершать очередной «экспериментальный перелёт», люди, живущие в тех населённых пунктах, над коими она пролетела, должны рассказать о тех «впечатлениях», что они получили за время, когда авиалайнер находился над их головами. А особенно чётко выразить - как воспринимали шум. Повлиял ли он на их жизнедеятельность и т.д.

Собранные таким образом данные, будут переданы в Федеральное управление гражданской авиации, что в Соединённых Штатах. И после их детального анализа специалистами, возможно, запрет на совершение полётов сверхзвуковых авиалайнеров над населёнными участками суши, будет отменён. Но в любом случае, случится это никак не раньше 2025 года.

А пока мы можем наблюдать за созданием этих инновационных самолётов, кои уже в скором времени ознаменуют своими полётами рождение новой эры сверхзвуковой пассажирской авиации!

31 декабря 1968 года отправился в первый полет легендарный советский самолет Ту-144 , ставший первым в мире пассажирским сверхзвуковым авиалайнером. Первым, но не последним. И пусть сейчас подобные полеты прекратились, но сама идея путешествовать быстрее скорости звука не угасла. И этот наш обзор посвящен истории сверхзвуковой и гиперзвуковой авиации , а также её будущему.

В последнее время все большую популярность набирает идея гиперзвуковой пассажирской авиации. Она подразумевает создание самолетов, которые смогут подниматься на суборбитальную орбиту и летать там со скоростью, которая немыслима в атмосфере (5М и выше, где М – это число Маха, относительная величина, превышающая 1000 километров в час).