Штормування звукового бар’єру

До 14 жовтня 1947 р. ніхто не міг сказати, що людина відчуває в кабіні літака швидше, ніж звук.





Десять років тому відреставрував Бригадир Генерал Чак Єгер, ветеран Другої світової війни та В’єтнаму, відсвяткував 50-річчю першого суперсонічного польоту з новим надзвуковим польотом на F-15. Фото: СШАФ

14 жовтня 1947 р. людство досягла чергового етапу. У зв'язку досить об'єктивна, виражена в певній фізичній ціні - швидкість звуку в повітрі, яка в умовах земної атмосфери залежна від його температури і тиску в межах 1100-1200 км / год. Суперзвукова швидкість була підведена американським пілотом Чак Єгер (Charles Elwood "Chuck" Єгер) - юним ветераном Другої світової війни, який мав надзвичайну відвагу і відмінну фотогенність, щоб він відразу став популярним в домашніх умовах, як через 14 років - Юрій Гагарін. Відвага перекреслити звуковий бар'єр. радянський пілот Іван Федоров, який повторив досягнення Єгера через рік, у 1948 році згадав свої почуття у часі: Перш ніж літати, щоб подолати звуковий бар'єр, було очевидно, що не було гарантії виживання після нього. Не знаю, що це було і чи буде конструкція літака витримувати тиск елементів. Але вони намагалися не думати про це. й

Відвага перекреслити звуковий бар'єр. радянський пілот Іван Федоров, який повторив досягнення Єгера через рік, у 1948 році згадав свої почуття у часі: Перш ніж літати, щоб подолати звуковий бар'єр, було очевидно, що не було гарантії виживання після нього. Не знаю, що це було і чи буде конструкція літака витримувати тиск елементів. Але вони намагалися не думати про це. й

Дійсно, немає повної чіткості, щоб як машина буде поводитися на надзвуковій швидкості. У пам'ять про раптову катастрофу 30-х років, коли зростом повітряних швидкостей довелося терміново вирішувати задачу флотера - автоматичні коливання, які відбуваються як в жорстких конструкціях літака, так і в її шкірі, в залежності від хвилин від розриву літака. Процес розвивав албанш-подібний, швидко, пілоти не встигли змінити режим польоту, а автомобілі розвалилися в повітрі. Довгий час математики та дизайнери в різних країнах боролися вирішувати цю проблему. В кінці теорія явища була створена тоді молодого російського математика Мстислава Всеволодовича Келдиша (1911-1978), пізніше президент Академії наук СРСР. За допомогою цієї теорії ми змогли знайти спосіб позбутися від неприємного явища назавжди.



Коли площина рухається на підсонній швидкості, акустичні хвилі втечу з неї, як кола в воді з осені кам'яного каменю: тиск біля хвилі фронт змінюється більш-менш гладко. Літак, що рухається на надзвуковій швидкості збуджує ударні хвилі: тиск на хвилі фронту такої хвилі з стрибком. Людина, що стоїть на землі, спочатку чує звук, схожий на вибух - і тільки після того, як роум двигуна. Фотографія: доктор Леонард Вейнштейн / DFRC /NASA

Дуже зрозуміло, що подібні неприємні сюрпризи були очікувані від звукового бар’єру. Чисельне рішення комплексних диференціальних рівнянь аеродинаміки при відсутності потужних комп’ютерів неможливе, а було потрібно спиратися на «припинення» моделей в вітрових тунелях. Але з якісних причин було зрозуміло, що коли ви досягнете швидкості звуку біля літака є ударна хвиля. Найбільш важливим моментом є подолання звукового бар’єру, коли швидкість повітряного судна порівнюється з швидкістю звуку. У цій точці різниця тиску на різних сторонах хвильового фронту стрімко зростає, і якщо момент триває довше, ніж миттєвий, літак може згорнути не гірше, ніж з флотера. Іноді при надходженні звукового бар’єру з недостатньою прискоренням ударна хвиля, створена літаком, навіть вибиває вікна будинків на землі нижче.

Співвідношення швидкості польоту до швидкості звуку називається Mach номер (після відомого німецького механіка та філософа Ernst Mach). При проходженні звукового бар'єру, здається пілоту, що число M стрибає через блок різко: Хокче Побачила стрілку мачометра від 0.98 до 1,02, після чого на кокпіті була «дика» тиша - по суті, видно: просто рівень звукового тиску в кокпіті кілька разів падає. Цей момент «очищає звук» дуже неспроможний, він коштує життя багатьох тестерів. Але небезпека падінга для його X-1 була невеликою.

X-1, виготовлений компанією Bell Aircraft в січні 1946 року, був чистий дослідницький літак, призначений для розбиття звукового бар’єру і нічого іншого. Незважаючи на те, що машина була замовлена Міністерством оборони, замість зброї вона була фарширована науковим обладнанням, що відстежує режими роботи агрегатів, пристроїв та механізмів. X-1 був схожий на сучасну круїзну ракету. Важкий один ракетний двигун Reaction Motors тяга 2722 кг Максимальна вага зльоту - 6078 кг. Довжина - 9,45 м, висота - 3,3 м, крил - 8,53 м. Максимальна швидкість на висоті 18290 м 2736 км / год. Машина була запущена з стратегічного бомбардувальника B-52, а також висаджена на сталеві «скі» на сухому солоному озері.

770921

В даний час літак X-1, який Чак Єгер вперше зламав звуковий бар'єр, знаходиться на дисплеї в Національному авіаційному і космічному музеї в Вашингтоні. Фото: СШАФ/Сеніор А.Г. Бузановський

Не менш вражаючими є тактичні та технічні параметри пілота. Чак Єгер народився 13 лютого 1923 р. Після закінчення школи він пішов до школи, і після закінчення навчання він пішов на боротьбу в Європу. Він потрапив до одного Мессершмітта 109. Він був збитий на лижах Франції, але він був рятований частково. Якби нічого не сталося, він повернувся до бази в Англії. Тим не менш, служба позолоченого контрінтелігента, не бджільництво чудотворного релізу від ємності, знятого пілота з рейсів і відправив його на задню. Амбітний Єгер отримав рецепцію від командира-в-чифу союзників в Європі, генерал-Ейсеноуауер, який вірив Єгер. Молодий пілот за шість місяців, що залишилися перед закінченням війни, зробив 64 сорту, знизився 13 ворожих літаків, і 4 в одній битві. Він повернувся до своєї рідної землі, як капітан з відмінним дозером, який зазначив, що він мав феноменальну інтуїцію польоту, неймовірне задоволення і дивовижну витривалість в будь-якій критичній ситуації. Завдяки цій характеристикі, він був частиною команди надзвукових тестерів, які були відібрані і навчалися в якості ретельного astronauts.

Після перейменування X-1 як Glamorous Glennis після своєї дружини Eager встановлює записи на ньому більше одного разу. Наприкінці жовтня 1947 р. впав попередній рекорд висоти 21,372 м. У грудні 1953 року нова модифікація машини - X-1A розробила швидкість 2.35 М - майже 2800 км / год, а через шість місяців троянда на висоту 27,430 м. І до цього були випробування низки бійців, які запустили в серію, а також пробігу нашої МіГ-15, захоплених і перевозилися в Америку під час Корейської війни. Згодом, компанія «Єгер» запустив різні тестові підрозділи ВПС як в США, так і на американських базах в Європі та Азії, взяли участь у бойових операціях в В'єтнамі, підготовлених пілотах. Він відреставрував у лютому 1975 року, як хабарадір загальний, плинивши на 10000 годин під час своєї валіантної служби, запустіть 180 різних надзвукових моделей і зібрав унікальну колекцію замовлень і медалей. У середині 80-х років фільм був виготовлений на основі біографії сміливого хлопця, першого в світі завоювати звуковий бар'єр, а після цього Чак Єгер став навіть героя, але національним реліквом. 14 жовтня 1997 р. побили звуковий бар’єр на п’яту річницю його історичного польоту. Ягер був 74 в часі. В цілому, як сказав поет, нігті зроблять цих людей.

Є багато таких людей з іншого боку океану. Радянські дизайнери почали намагатися завоювати звуковий бар’єр одночасно, як і американський. Але для них не було кінця самі, але акт досить прагматичний. Якщо X-1 була чисто дослідницькою машиною, то звуковий бар’єр був бурований на прототипі бійців, які повинні бути запущені в серії, щоб облаштувати повітряні силові агрегати з ними.

р.

Авіакомпанія MiG-15 з'явилася дещо пізніше, ніж на X-1, частково тому що розробники встановили комплексне завдання і прагнули не тільки подолати звуковий бар'єр, але і вирішувати інші технічні проблеми. В результаті машина була настільки успішним, що протягом тривалого часу її різні модифікації були в сервісі в різних країнах. Цей зразок був доставлений з Південнокорейського фронту до Сполучених Штатів, де він був освоєний Чак Єгер. Фото: СШАФ

Декілька конструкторських бюро – Лаврочкінський конструкторський бюро, Микоянське конструкторське бюро та конструкторське бюро «Яковлєв» – долучилися до конкурсу, в якому літаки з криломкою були розроблені паралельно, який потім був революційним дизайнерським рішенням. Вони прийшли до суперсонічної обробки в наступному порядку: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Як-50 (1950). Проте, проблема була вирішена в досить простий контекст: військові машини повинні мати не тільки високу швидкість, але і багато інших якостей - маневреність, життєздатність, мінімальний час підготовки фари, потужна зброя, вражаючі боєприпаси і т.д. Слід зазначити, що в радянських часів рішення державних приймальних комісій часто вплинуло не тільки на об’єктивні чинники, але й суб’єктивні моменти, пов’язані з політичними маневрами розробників. Всі ці обставини призвели до того, що винищувач MiG-15 був запущений в серію, яка відмінно доведена в місцевій арені військових операцій 50-х. Це був цей автомобіль, захоплений в Кореї, як зазначено вище, що Чак Єгер поїхав навколо.

У Ла-176 було використано запис для тих часів крила ковпача, що дорівнює 45 градусів. Двигун Turbojet VK-1 забезпечує тягу в 2700 кг Довжина - 10.97 м, wingspan - 8.59 м, wing Area 18.26 кв.м. Вагова вага - 4636 кг. Стеля 15,000 м. Діапазон польоту - 1000 км. Арматура - один 37 мм гармати і два 23 мм. У грудні 1948 року в Криму стартувала льотні випробування в Криму на військовому аеродромі біля міста Сакі. Серед тих, хто керував випробуваннями, був майбутній академік Володимир Васильович Струмінський (1914-1998), пілоти експериментального літака були капітана Олега Соколовського та полковника Івана Федорова, який згодом отримав звання Героя Радянського Союзу. Соколовський від нещасного випадку загинув під час четвертого рейсу, забуваючи закрити кабіну лампи.

Колон Іван Федоров зламав звуковий бар’єр 26 грудня 1948 р. Зростаючи на висоту 10 тис. метрів, він відхиляв контрольну ручку від себе і почав прискорювати на дайвінгу. “З висоти я прискорив мій 176th”, згадував пілот. - Почуєте ковдру, м'який віскі. Збільшення швидкості площини щітки до землі. На масштабі мачометра стрілка рухається від трьох цифр до чотирьох цифр. У літаку стружка як лихоманка. Попередньо тиша! Візьміть звуковий бар'єр. Послідовна декодування осцилографів показало, що число М перевищено. На висоті 7000 метрів було записано швидкість 1,02M.



Перші рейси літака YF-12C в 1962 р. поставили до дебатів про переваги сходів стріли. Подається в якості прототипу літака СР-71 з ковтанням 60°, який встановлює кілька записів і потрійний швидкості звуку. Після цього переваги стрілкових крил почали здаватися очевидними. Фото: DFRC/NASA

У майбутньому швидкість керованого літака продовжила збільшити стабільно завдяки збільшенню потужності двигуна, використанню нових матеріалів і оптимізації аеродинамічних параметрів. Але процес не обмежується. З одного боку, враховується раціональні міркування, коли споживання палива, витрати на розвиток, безпека польоту та інші неоднорідні міркування. І навіть у військовій авіації, де гроші і безпека пілота не так важливі, швидкість більшості «кільких» автомобілів в діапазоні від 1,5M до 3M. Це не потрібно. (Результати швидкості для мандатних літаків з реактивними двигунами відносяться до Американського розвідувального літака SR-71 та 3.2M.)

З іншого боку, є неприпустимий тепловий бар'єр: при певній швидкості нагрів машинного тіла шляхом тертя проти повітря відбувається так швидко, що неможливо видалити тепло з поверхні. Розрахунок показують, що при нормальному тиску це повинно відбуватися на швидкості близько 10М.

Тим не менш, ліміт 10М все ще був досягнутий на одному сайті Edwards. Це сталося в 2005 році. В рамках 7-річної грандіозної програми Hiper-X було розроблення нових технологій, спрямованих на радикально змінити обличчя ракетно-космічної техніки майбутнього. Його значення становить $230 млн. Запис на висоту 33 тис. метрів Дрон використовує нову систему прискорення. По-перше, традиційна твердопаливна ракета працює, за допомогою якої X-43A досягає швидкості 7M, а потім двигун нового типу виходить на - гіперсонічний прямий потік повітряно-джитний двигун (GVRD або scrumjet), в якому використовується звичайний атмосферний повітря як окислювач, а водневий газ - це паливо (просто класична схема неконтрольованого вибуху).

У відповідності до програми були виготовлені три безпілотні моделі, які після завершення завдання були потоплені в океані. Наступний етап передбачає створення мандатних транспортних засобів. Після їх тестування результати, отримані, будуть враховані у створенні різних пристроїв «зловживання». На додаток до літаків для потреб НАСА буде створено гіперсонічні військові транспортні засоби — бомбардувальники, скаути та транспортери. Boeing, який бере участь у програмі Hiper-X, планує створити гіперсонічний авіалайнер для 250 пасажирів 2030-2040. Дуже зрозуміло, що вікна, які при таких швидкостях розбивають аеродинаміку і не витримають тепло, це не буде. Припустимо замість вікон, екранів з відеореєстрацією плаваючих хмар.



Hypersonic безпілотний scrumjet X-43a більше, ніж потрійний рекорд швидкості SR-71. Схема польоту виявилася досить легкою: спочатку бомбардувальник приніс збір до висоти 10000 метрів, після чого вогнетривка ракета прискорилася до 7М, одночасно піднімається на висоту 30 000 м. Далі до 10М "шкурорт" прискорили себе.

У відповідності до програми були виготовлені три безпілотні моделі, які після завершення завдання були потоплені в океані. Наступний етап передбачає створення мандатних транспортних засобів. Після їх тестування результати, отримані, будуть враховані у створенні різних пристроїв «зловживання». На додаток до літаків для потреб НАСА буде створено гіперсонічні військові транспортні засоби — бомбардувальники, скаути та транспортери. Boeing, який бере участь у програмі Hiper-X, планує створити гіперсонічний авіалайнер для 250 пасажирів 2030-2040. Дуже зрозуміло, що вікна, які при таких швидкостях розбивають аеродинаміку і не витримають тепло, це не буде. Припустимо замість вікон, екранів з відеореєстрацією плаваючих хмар.

Не сумнівайтеся, що цей тип транспорту буде затребуваним, адже чим далі, тим дорожче часу, який містить більше і більше емоцій, зароблених доларів і інших компонентів сучасного життя. У зв'язку з тим, що деякі дні люди перетворять в метелики-один день: один день буде насичений як весь подарунок (шкіра - вчора) життя людини. І ми можемо припустити, що хтось або щось реалізовує програму Hiper-X проти людства.