Сверхзвук и гиперзвук

Сверхзвуковой дальний перехватчик -МИГ 31

Преодоление человечеством звукового барьера, бесспорно, относится к главным достижениям в сфере научного прогресса 20-го века. В наше время, до краёв наполненное сомнениями и неуверенностью в собственных силах, мы решили напомнить себе об одной из наших ярчайших побед над судьбой. Вспомним историю о том, как человек научился перемещаться над поверхностью земли быстрее скорости пули. Пессимистически настроенные лётчики и инженеры утверждали, что данный предел невозможно преодолеть в принципе и что самолёт расшибётся, словно о стену, достигнув скорости звука.

К концу первой половины XX столетия ведущие мировые авиаконструкторы и авиаторы вплотную заинтересовались скоростью звука(приблизительно 330 м/сек. над поверхностью земли). Уже в ходе Второй мировой войны скорость большинства истребителей стала приближаться к скорости звука, при этом пилоты наблюдали непонятные и весьма пугающие явления: начиналась сильная вибрация, самолет «проваливался», его тянуло в неконтролируемое пике, рули высоты и элероны практически не слушались штурвала. Скорость звука – это скорость распространения упругих волн в среде, соответственно, возникал логичный вопрос: способен ли летательный аппарат достичь скорости звука в воздухе и продолжать управляемый полет «по ту сторону звука»? Другими словами: способен ли самолет двигаться в воздухе быстрее, чем воздух перед ним сжимается?

Проблема звукового барьера
После Второй мировой войны отдельные летчики-испытатели предпринимали бесстрашные попытки достичь этой психологически значимой отметки – многие из таких попыток заканчивались трагически. Именно в эти годы возникло лишенное физического смысла, наполовину мистическое выражение «звуковой барьер» (немцы использовали еще более устрашающее выражение – schallmauer – «звуковая стена»). Тем не менее кропотливые исследования позволили понять причины нестабильности летательного аппарата на околозвуковых скоростях и решить проблему преодоления «звукового барьера».

Полет на сверхзвуке протекает по другим законам, нежели на скоростях ниже скорости звука. При преодолении «звукового барьера» радикально меняется аэродинамическая картина обтекания крыла: при приближении к скорости звука скорость движения воздуха в отдельных зонах над крылом может уже превышать скорость звука. Пройдя крыло, поток замедляется, возвращаясь в дозвуковой режим с неизбежным образованием ударной волны. Небольшие ударные волны возникают сразу во многих точках за крылом, что является причиной утраты управляемости и устойчивости летательного аппарата.

 После прохождения «барьера», когда скорость движения аппарата становится сверхзвуковой (число Маха заметно больше 1), течение воздуха вновь становится стабильным, хотя характер потока качественно изменяется. Теперь перед преодолевшим звуковой барьер самолетом формируется ударная волна, которая представляет собой границу между зонами воздуха с сильно различающейся плотностью. Резко возрастает аэродинамическое сопротивление, увеличивается нагрев конструкции самолета, смещается центр давления на крыло.

Чтобы продолжать стабильный полет на еще больших скоростях, недостаточно просто увеличить мощность двигателей. Именно поэтому самолеты, предназначенные для сверх- или гиперзвуковых скоростей (как, например, описанный ниже Х-43), сильно отличаются от «дозвуковых» собратьев: как правило, у них заостренный нос, тонкие стреловидные крылья, а в очертаниях – преимущественно прямые линии и острые углы.

Прошлое и настоящее
Следует отметить, что задача создания эффективного сверхзвукового самолета не решена до сих пор. Авиаконструкторам постоянно приходится искать компромисс между конструктивными требованиями, связанными с особенностями полета на сверхзвуке, и сохранением маневренности при взлете и посадке, когда самолет движется с относительно низкой скоростью. Предлагаем вашему вниманию пять самых быстрых сверхзвуковых летательных аппаратов, созданных за всю историю авиации.

Гиперзвуковой экспериментальный летательный аппарат NASA X-43.
Этот необычный самолет с прямоточным водородным реактивным двигателем разрабатывался по программе «Hyper-Х» американской аэрокосмической корпорацией NASA в конце 1990-х.
Цель программы: создать опытный летательный аппарат, способный достигать скорости выше числа Маха – 7, то есть заставить самолет лететь в семь раз быстрее скорости звука. Было произведено всего три экземпляра Х-43. Первый полет состоялся в июне 2001 года. Из-за сбоя в системе управления самолет пришлось уничтожить через 11 секунд после сброса с ракеты «Пегас», которая разгоняла экспериментальный Х-43 перед стартом. (Обратите внимание, как была решена проблема низкой маневренности на дозвуковых скоростях: экспериментальный Х-43 самостоятельно не взлетал и не садился: в небо его поднимала ракета, а после полета он просто падал в океан.) Второй полет Х-43 состоялся через три года – в марте 2004-го – и был успешным.
Наса Х-43

В этом же году Х-43 установил абсолютный рекорд скорости, разогнавшись до умопомрачительной скорости 11 200 км/час (число Маха – 9,6) – абсолютный мировой рекорд на сегодня. В то же время следует учесть, что Х-43 – это беспилотник, поскольку во время испытаний на борту людей не было.

Стратегический сверхзвуковой разведчик Lockheed SR-71 Blackbird.
Фантастического вида самолет-разведчик был разработан инженерами из Skunk Works, секретного подразделения компании Lockheed Martin, в первой половине 1960-х годов. Первый полет SR-71 совершил 22 декабря 1964 года, с 1966-го состоит на вооружении ВВС США. Blackbird отличался необычайной скоростью и высотой полета, что делало его неуязвимым для ракет ПВО СССР, тогдашнего противника Соединенных Штатов. Разведчик SR-71 мог подниматься на высоту 25 910 километров и развивать скорость, более чем в три раза превышающую скорость звука. В 1976 году самолет SR-71 Blackbird установил абсолютный рекорд скорости среди пилотируемых летательных аппаратов с прямоточными двигателями – 3 529,56 км/час. Интересно, что из-за большой прожорливости двигателей сверхзвуковой SR-71 не мог взлететь с полными баками.
SR-71

Даже с полупустыми не мог. Кроме того, во время полета на большой скорости самолет сильно нагревался, вследствие чего разработчики предусмотрели большие тепловые зазоры в стыках панелей топливных баков. Из-за наличия этих зазоров заправленный на стоянке самолет буквально истекал авиационным топливом. Поэтому для использования SR-71 была придумана специальная техника: самолет-разведчик взлетал с небольшим запасом топлива, дозаправлялся в воздухе из заранее поднятого топливозаправщика, после чего приступал к выполнению задания.

Советский экспериментальный истребитель- перехватчик Е-152.
Е-152 разрабатывался в конце 1950-х в ОКБ-155 (позже – конструкторское бюро Микояна и Гуревича) для перехвата и уничтожения самолетов противника, летящих со скоростями до 1 600 км/час на высоте 10 000 метров и со скоростями до 2 500 км/час на высоте 20 000 метров на встречнопересекающихся курсах.
Экспериментальный МиГ - Е 152
Было построено всего два экземпляра истребителей-перехватчиков, один из которых 7 июля 1962 года установил мировой рекорд скорости для пилотируемых аппаратов – 2 681,7 км/час. Рекорд продержался до появления американского SR-71 Blackbird. На основе экспериментального Е-152 позже был разработан серийный истребитель МиГ-25, а потом на основе его непревзойдённый перехватчик МИГ-31.

Американский истребитель- бомбардировщик Mcdonnell Douglas F-4 Phantom IX.
F-4 известен тем, что стал первым типом самолета, который использовался одновременно ВВС США, Военно-морским флотом и Корпусом морской пехоты. Поначалу самолет разрабатывался исключительно под нужды ВМФ, однако когда оказалось, что «Фантом» значительно быстрее использующегося в то время американскими воздушными силами F-104 Starfigher, самолетом заинтересовались и ВВС.
Фантом бомбит Вьетнам

F-4 Phantom II состоял на вооружении 11 стран и успешно применялся во время войны во Вьетнаме, операции «Буря в пустыне». Войне судного дня. Гражданской войне в Ливане, ирано-иракской войне и многих других конфликтах. Всего с начала эксплуатации (1961 год) было произведено 5195 F-4 Phantom II. 22 ноября 1961 года один из американских истребителей F-4 в небе над авиабазой Эдвардс достиг сторости 2585,1 км/час – мировой рекорд продержавшийся до описанного выше полёта советского E-152.

Советский многоцелевой истребитель МИГ-21.
Завершает пятерку самых быстрых самолетов еще одно детище ОКБ Микояна и Гуревича – самолет МиГ-21, за характерный внешний вид прозванный летчиками «Балалайкой». Это наиболее массовый и дешевый самолет в данном списке.
Самый массовый истребитель в мире - МИГ - 21
В одном только СССР было построено 10 645 «Балалаек». Кроме этого, МиГ-21 производился по лицензии в Чехословакии. Индии и КНР. Состоял на вооружении и использовался в ВВС более чем 65 стран. В 1959 году один из самолетов данного типа разогнался до скорости 2 388 км/час (этот МиГ-21 пилотировал Георгий Мосолов – тот же пилот, который в 1962 установит новый рекорд скорости на самолете Е-152).

Автор Кидрук Макс

http://teziko.com/home/science/250-supersonic