Авиация россии. Сверхзвуковые пассажирские самолеты
В ОКБ им. А.Н. Туполева ведутся разработки по сверхзвуковому пассажирскому самолету (СПС) второго поколения, которому присвоено наименование Ту-244.
Работы по СПС-2 велись и ведутся в ОКБ А.Н. Туполева в течение 30 лет. За эти годы было подготовлено несколько различных проекгов Ту-244 (Ту-244-400, Ту-244А-200, Ту-244Б-200 и другие), отличавшихся аэродинамической компоновкой, конкретными конструктивными решениями по планеру, силовой установке и летно-техническими данными.
Главным конструктором по теме СПС-2 является А.Л. Пухов, техническое руководство по работам над Ту-244 осуществляет М.И. Казаков.
Самолет Ту-244 воплощает собой схему «бесхвостки», отсутствием горизонтального оперения, самолет будет иметь четыре турбореактивных двигателя, размещенных по одному в раздельных мотогондолах.
Компоновка Ту-244 подчинена обеспечению высокого аэродинамического качества как на сверхзвуковом крейсерском, так и на взлетно-посадочных режимах для снижения уровня шума, а также созданию повышенного комфорта для пассажиров.
Крыло Ту-244 трапециевидной формы в плане с наплывом имеет сложную деформацию срединной поверхности и переменный профиль по размаху.
В крыле расположены топливные кессон-баки, ниши для уборки основных стоек шасси.
Фюзеляж состоит из гермокабины, носового и хвостового отсеков. Выбор оптимального диаметра фюзеляжа зависит от пассажировместимости. Для числа пассажиров 250- 320 оптимальным является фюзеляж шириной 3,9 м и высотой 4,1 м.
На самолете не предусматривается неотклоняемый нос, как на Ту-144. Нет и обычного «фонаря» пилотской кабины. Остекление кабины экипажа дает необходимый обзор в полете, а на взлете, посадке и движении по земле требуемая видимость ВПП обеспечивается системой оптико-электронного обзора, действующей при любых метеоусловиях.
Шасси состоит из передней стойки и трех главных, из которых наружные имеют трехосные тележки и убираются в крыло, а средняя стойка имеет двухосную тележку и убирается в фюзеляж. Прототипом носовой опоры является стойка самолета Ту-144.
Проект СПС-2 Ту-244 проработан достаточно глубоко и в принципе может быть реализован. Но нужны деньги, и немалые.
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ САМОЛЕТА ТУ-244А-200
Взлетная масса, кг 325 000
Масса пустого самолета, кг 172 000
Масса топлива, кг 160 000
Пассажировместимость, чел. 268
Крейсерская скорость, км/час М=2 Высота полета, м 18 000-20 000
Дальность полета, км 9200
Длина самолета, м 88
Высота самолета, м 15
Размах крыла, м 45
Площадь крыла, м2 965
Диаметр фюзеляжа, м 3,9
Потребная длинаВПП,м 3000
Сверхзвуковая авиация найдет свое место на пассажирских трассах. Сверхзвуковые воздушные корабли нового поколения будуг уже существенно отличаться от своих старших собратьев (Ту-144, «Конкорд») и по скоростям, и по высотам, и по конструкции, и по материалам.
Рождение пассажирского «сверхзвуковика», отвечающего всем современным международным стандартам и нормам, - задача не только конструктивно сложная, но и весьма дорогая.
17 марта 1996 г. на летно-испытательной базе ОКБ им. А.Н. Туполева в Жуковском состоялась торжественная выкатка модифицированного Ту-144ЛЛ. А 29 ноября 1996 года состоялся первый полет Ту-144ЛЛ. Его подняли в небо ведущий летчик-испытатель, шеф-пилот фирмы «Туполев» С.Г. Борисов и второй пилот, Герой Советского Союза, заслуженный летчик-испытатель СССР Б.И. Веремей.
Весомым вкладом России в разработку СПС-2 стало создание на базе серийного Ту-144Д летающей лаборатории Ту-144 Л Л «Москва». Работа по Ту-144ЛЛ шла в рамках международного сотрудничества с США, при активном финансировании со стороны американцев. Для переделки в летающую лабораторию был выбран серийный Ту-144Д, на котором двигатели РД-36-51А заменены на двигатели НК-321 (модификации НК-32 стратегического сверхзвукового бомбардировщика Ту-160). Максимальная взлетная тяга - 4x21 000 кг. На самолете установили новые мотогондолы с доработанными воздухозаборниками, провели усиление крыла, доработали топливную и другие системы, установили на борт большое количество контрольно-записывающей аппаратуры.
Согласно программе на сверхзвуковом Ту-144ЛЛ планировалось выполнить два наземных и шесть летных экспериментов. Всего 32 полета и все - на территории России.
После выполнения намеченной программы исследований в рамках создания сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения Ту-244 машина Ту-144ЛЛ оказалась невостребованной, и она была в 2001 году продана через Интернет-аукцион анонимному жителю Техаса (США) за 11 миллионов долларов. Ту-144 не впервые продается за границу. В октябре 2000 г. один такой самолет за полмиллиона долларов купил немецкий музей.
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ САМОЛЕТА ТУ-144ЛЛ
Взлетная масса, кг 20 700
Масса пустого самолета, кг 96 810
Дальность полета, км 6500
Высота полета, м 18 800
Крейсерская скорость, км/час М = 2
Максимальная скорость, км/час М = 2,37
Скорость отрыва, км/час 370
Скорость захода на посадку, км/час 280
Запас топлива, кг 102 000
Экипаж (в экспериментальном варианте), чел. 7
Длина самолета, м 65,7
Размах крыла, м 28,9
Площадь крыла, м2 507
Высота самолета, м 12,6
Длина разбега, м 2225
Длина пробега, м 1310
Во второй половине 90-х годов на ОКБ им. А.Н. Туполева в инициативном порядке главный конструктор СПС (сверхзвуковые пассажирские самолеты) А.Л. Пухов подготовил техническое предложение по конверсии серийного ракетоносца-бомбардировщика Ту-22МЗ в административный сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-344. Было им предложено несколько вариантов переделки базовой конструкции Ту-22МЗ. Предполагалось разместить в фюзеляже 10-12 и 24-30 пассажирских мест для деловых полетов. Ожидаемая дальность полета Ту-344 на дозвуковом режиме составляет 7700 км.
Наиболее перспективным видится проект сверхзвукового административного самолета Ту-444. Это, по сути, концепция СПС-2 в уменьшенном масштабе.
В ОАО «Туполев» сформирован облик сверхзвукового административного самолета Ту-444, который сможет доставлять 6-10 пассажиров на расстояние 7500 км.
Самолет. Ту-444 выполнен по аэродинамической схеме «бесхвостка» с низкорасположенным свободнонесущим крылом с развитыми корневыми наплывами. Вертикальное оперение однокилевое, цельноповоротное.
На серийном Ту-444 планируется использование бесфорсажного турбореактивного двигателя АЛ-32М фирмы НПО «Сатурн».
Самолет будет оснащен полным комплексом систем и средств жизнеобеспечения пассажиров и экипажа в полете и аварийно-спасательным оборудованием.
На пути создания такого самолета стоят большие трудности, основные из которых связаны с экологией. Если самолет не будет удовлетворять требованиям И КАО по шуму на местности, то рынок для него будет чрезвычайно узок. Дело в том, что в этом случае самолету разрешат летать на сверхзвуке только над океаном. Над сушей сверхзвуковой административный самолет будет вынужден летать на дозвуковой скорости, ничем не отличаясь от современных самолетов бизнес-класса.
Серийное производство Ту-444 начнется после того, как будут найдены необходимые для этого средства.
Авиаконструкторы полагают, что у сверхзвуковых самолетов бизнес-класса большое будущее, даже несмотря на их высокую стоимость.
Несомненно, реализация этой программы станет настоящим связующим звеном между Ту-144 и перспективной сверхзвуковой гражданской авиацией.
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ СВЕРХЗВУКОВОГО АДМИНИСТРАТИВНОГО САМОЛЕТА ТУ-444
Максимальная взлетная масса, кг 41 000
Масса пустого самолета, кг 19 300 Максимальная коммерческая нагрузка, кг 1000
Максимальная масса топлива, кг 20 500 Крейсерская скорость:
Сверхзвуковая, км/час 2125
Дозвуковая, км/час 1050 Практическая дальность полета
с резервом топлива, км 7500
Количество пассажиров, чел. 6-10 Экипаж (пилоты + стюардессы), чел. 2 + 1
Количество двигателей 2
Стартовая тяга двигателя, кг 9700
Длина самолета, м 36
Размах крыла, м 16,2
Площадь крыла, м2 132
Высота самолета, м 6,51
По гребная длина В П П, м 1830
После того как человек начал осваивать небесные просторы, он всегда стремился максимально усовершенствовать летательные аппараты, сделать их надежнее, быстрее, вместительнее. Одним из наиболее передовых изобретений человечества в данном направлении являются сверхзвуковые пассажирские самолеты. Но, к сожалению, за редким исключением, большинство разработок было закрыто или в настоящее время находятся на стадии проекта. Одним из таких проектов является сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-244, о котором мы поговорим ниже.
Быстрее звука
Но прежде чем начать разговор непосредственно о Ту-244, давайте сделаем краткий экскурс в историю преодоления человечеством рубежа скорости звука, ведь этот самолет будет являться непосредственным продолжением научных разработок в данном направлении.
Значительный толчок в развитии авиации был дан Второй мировой войной. Именно тогда появились реальные проекты самолетов с способными развивать скорость больше винтовых. Со второй половины 40-х годов прошлого века они активно стали примется как в военной, так и в гражданской авиации.
Следующей задачей стояло максимально увеличить Если выйти на сверхзвуковой барьер не составляло особого труда, просто увеличив мощность двигателей, то преодоление его было значительной проблемой, так как законы аэродинамики на таких скоростях меняются.
Тем не менее первая победа в гонке со звуком была достигнута уже в 1947 году на американском экспериментальном самолете, но массово использоваться сверхзвуковые технологии начались только с конца 50-х - начала 60-х годов XX века в военной авиации. Появились такие серийные модели, как МиГ-19, North American A-5 Vigilante, Convair F-102 Delta Dagger и многие другие.
Пассажирская сверхзвуковая авиация
А вот гражданской авиации так не повезло. Первые сверхзвуковые пассажирские самолеты появились только в конце 60-х годов. Причем по настоящее время было создано только две серийных модели - советский Ту-144 и франко-британский «Конкорд». Это были типичные дальнемагистральные самолеты. Ту-144 был в эксплуатации с 1975 по 1978 годы, а «Конкорд» - с 1976 по 2003 год. Таким образом, в настоящий момент при пассажирских авиаперевозках не используется ни один сверхзвуковой самолет.
Было множество проектов по постройке сверх- и гиперзвуковых авиалайнеров, но одни из них были в итоге закрыты (Douglas 2229, Super-Caravelle, Т-4 и др.), а реализация других растянулась на неопределенно долгое время (Reaction Engines A2, SpaceLiner, Next Generation Supersonic Transport). К последним относится и проект самолета Ту-244.
Начало разработок
Проект по созданию самолета, который должен был прийти на смену Ту-144, запущен ОКБ Туполева ещё в советское время, в начале 70-х годов прошлого века. При проектировании нового авиалайнера, конструкторы использовали разработки его предшественника, «Конкорда», а также материалы американских коллег, принимавших участие в работах. Все разработки проводились под руководством Алексея Андреевича Туполева.
В 1973 году проектируемый самолет получил название Ту-244.
Задачи проекта
Главной задачей данного проекта было создать действительно конкурентный сверхзвуковой самолет для пассажирских перевозок в сравнении с дозвуковыми реактивными авиалайнерами. Чуть ли не единственным преимуществом первых над вторыми был выигрыш в скорости. Во всем остальном сверхзвуковые авиалайнеры проигрывали своим более медленным конкурентам. Пассажирские перевозки на них просто экономически не окупались. К тому же полеты на них были опаснее, чем на простых самолетах с реактивным двигателем. Последний фактор, кстати, стал официальной причиной, по которой была прекращена эксплуатация первого сверхзвукового самолета Ту-144 всего через несколько месяцев после её начала.
Таким образом, именно решение данных проблем и было поставлено перед разработчиками Ту-244. Самолет должен быть надежным, быстрым, но, одновременно, его эксплуатация в целях перевозки пассажиров должна была быть экономически выгодной.
Технические характеристики
Окончательная модель самолета Ту - 244, принятая в разработку должна была иметь нижеперечисленные технические и эксплуатационные характеристики.
Экипаж авиалайнера включал троих человек. Вместимость салона бралась из расчета 300 пассажиров. Правда, в окончательной версии проекта её пришлось сократить до 254 человек, но в любом случае это было намного больше, чем у Ту-154, вмещавшего всего 150 пассажиров.
Планируемая крейсерская скорость составляла 2,175 тыс. км/ч, что двукратно превышало Для сравнения, аналогичный показатель на Ту-144 был равен 2,300 тыс. км/ч, а «Конкорда» - 2,125 тыс. км/ч. То есть самолет планировалось сделать немного медленнее своего предшественника, но за счет этого, значительно повысить его вместимость, что должно было обеспечить экономическую выгоду от перевозок пассажиров. Движение обеспечивали четыре Дальность полета нового самолета должна была составлять 7500-9200 км. Грузоподъемность - 300 тонн.
Авиалайнер должен был иметь в длину 88 м, в высоту 15 м, при этом размах его крыла составлял 45 м, а площадь рабочей поверхности - 965 м 2 .
Главным внешним отличием от Ту-144 должно было стать изменение конструкции носа.
Продолжение разработок
Проект постройки сверхзвукового авиалайнера второго поколения Ту-244 принял довольно затяжной характер и несколько раз претерпевал существенных изменений. Тем не менее даже после распада СССР ОКБ Туполева не прекращало разработок в данном направлении. Например, уже в 1993 году на авиасалоне во Франции была предоставлена подробная информация о разработке. Впрочем, экономическое положение страны в 90-х годах не смогло не сказаться на судьбе проекта. Фактически его участь зависла в воздухе, хотя проектные работы продолжались, да и официального сообщения об его закрытии не было. Именно в это время, к проекту активно стали подключатся американские специалисты, хотя контакты с ними проводились ещё во времена СССР.
Для продолжения исследований по созданию пассажирских сверхзвуковых авиалайнеров второго поколения, в 1993 году два самолета Ту-144 были переоборудованы под летающие лаборатории.
Закрытие или заморозка?
На фоне продолжающихся разработок и заявлений, что к 2025 году самолеты ТУ-244 поступят в эксплуатацию гражданской авиации в количестве 100 единиц, весьма неожиданным стало отсутствие данного проекта в государственной программе по развитию авиации на 2013-2025 гг., которая была принята в 2012 году. Нужно сказать, что в данной программе отсутствовали и ряд других заметных разработок, которые до того времени считались перспективными в авиастроении, например, сверхзвуковой самолет деловой авиации Ту-444.
Данный факт мог говорить о том, что проект Ту-244 либо окончательно закрыт, либо заморожен на неопределенное время. В последнем случае, выпуск этих сверхзвуковых самолетов возможен будет только гораздо позже 2025 года. Впрочем, никаких официальных разъяснений по этому поводу так и не было дано, что оставляет довольно широкое поле для различных интерпретаций.
Перспективы
Учитывая все вышеизложенное, можно заявить, что проект Ту-244 в настоящее время как минимум завис в воздухе, а, возможно, вообще закрыт. Официального объявления о судьбе проекта пока не было. Также не озвучиваются причины, по которым он был приостановлен или навсегда закрыт. Хотя можно предположить, что они могут заключаться в недостатке государственных средств для финансирования подобных разработок, экономической невыгодности проекта, или тем фактором, что за 30 лет он мог просто морально устареть, и теперь на повестке дня стоят более перспективные задачи. Впрочем, вполне возможно влияние всех трех факторов одновременно.
В 2014 году в средствах массовой информации были высказаны предположения о возобновлении проекта, но пока они не получили официального подтверждения, как, впрочем, и опровержения.
Нужно отметить, что и зарубежные разработки сверхзвуковых пассажирских самолетов второго поколения ещё не вышли на финишную прямую, а реализация многих из них под большим вопросом.
В то же время пока нет официального заявления уполномоченных лиц, не стоит полностью ставить крест на проекте самолета Ту-244.
После окончания Второй мировой войны в пассажирской авиации царили поршневые самолёты, на наш современный взгляд, обладавшие абсолютно неприемлемыми показателями комфорта, скорости и дальности полёта. Прибавьте к этому негерметичный и, конечно же, неотапливаемый салон, а теперь представьте, что вам необходимо добраться из Москвы в Хабаровск. Из-за нескольких промежуточных посадок подобный перелёт занимал несколько дней и требовал изрядного мужества и здоровья от пассажиров, поскольку полёт на высотах порядка 1500–2500 метров часто сопровождается «болтанкой». Гражданская авиация, подобно военной, довольно быстро перешла к использованию реактивных, а позднее задумалась и об использовании сверхзвуковых самолетов.
Катастрофы британских «Комет» DH-106 (созданных ещё в 1949 году) изначально поставили под вопрос перспективы всех пассажирских реактивных самолётов, но последовавшее затем расследование вернуло им доброе имя, а кроме того, в середине 1950-х в небо поднялись советский Ту-104, французский Sud Aviacion Caravelle и американский Boeing-707.
Если в 1950-е годы истребители уже перешли на сверхзвук, то стратегические бомбардировщики, более всего соответствующие по габаритам пассажирским самолётам, всё ещё отставали. В США на вооружении состояли дозвуковые B-47 и B-52, в СССР был М-4, при этом обе страны работали над проектами сверхзвуковых стратегических бомбардировщиков, способных гарантированно преодолеть ПВО противника.
Гражданская авиация, подобно военной, довольно быстро перешла к использованию реактивных самолётов.
Так, компания North American Aviation строит самолет XB-70 Valkyrie, бомбардировщик со скоростью в 3 Маха. В Советском Союзе конструкторское бюро Мясищева поднимает в небо опытный М-50 и работает над его модификациями, в числе которых М-55 - сверхзвуковой пассажирский самолёт. КБ Туполева ведёт проектные работы по сверхзвуковому ударному самолёту Ту-135, который так и не был построен. Во всех случаях работы были прекращены, несмотря на огромную государственную поддержку, однако практический результат они всё же дали. Ведь в то время сама проблема сверхзвукового полёта в целом, а тем более в случае крупных самолетов, была явно недостаточно изучена.
Работы по созданию сверхзвуковых бомбардировщиков дали одновременно и практический опыт создания подобных самолетов, и разрешили некоторые теоретические вопросы, имевшиеся ранее. И несмотря на то, что военные в 1960-е годы отказались от самой идеи использования слишком дорогих и сложных в эксплуатации сверхзвуковых стратегических бомбардировщиков, потерявших свои преимущества в связи с развитием ПВО, идея пассажирского сверхзвукового лайнера приобретает всё больше горячих сторонников.
Сверхзвуковые бомбардировщики
XB-70 Valkyrie
ТУ-135
ГОДЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СКОРОСТЬ
ДАЛЬНОСТЬ ПОЛёТА
В конце 1962 года правительства Франции и Великобритании подписали соглашение, в соответствии с которым разработка сверхзвукового лайнера, позднее ставшего известным под названием Concorde (от французского «согласие» или «союз»), велась совместными усилиями. Причина была проста: подобный проект по своей стоимости был неподъёмным даже для США, в конце концов отказавшихся от постройки 300-местного Boeing-2707, который должен был курсировать на трансатлантических рейсах со скоростью 2,7 Маха.
Создание «Конкорда» стало результатом совместных усилий огромного количества авиастроительных компаний, доказавших лидирующие позиции Англии и Франции в авиастроении и огромный научный потенциал обеих стран. Главная роль принадлежала французским Sud Aviacion в сотрудничестве с Национальным обществом по разработке и конструированию авиационных моторов и английскими British Aircraft Corporation и Rolls-Royce. В результате самолёт, ставший плодом сотрудничества авиаконструкторов с обоих берегов Ла-Манша, получился таким, что поражал воображение людей даже в те времена первых космических полетов.
Аэродинамические характеристики самолёта ставились в зависимость от его главного предназначения - сверхзвукового полёта, поэтому неудивительно, что его внешний вид и конструкция радикально отличали «Конкорд» от дозвуковых собратьев. В качестве наиболее подходящей для самолётов такого класса была выбрана схема «бесхвостка» - у самолета отсутствовали плоскости управления в хвостовой части, роль которых выполняло удлинённое треугольное крыло; в носовой части фюзеляжа располагался обтекатель в виде конуса, который отклонялся вниз и обеспечивал пилотам обзор при взлёте и посадке.
Отдельного упоминания заслуживает топливная система «Конкорда», которая служила также для перебалансировки самолёта при выработке топлива, составлявшего значительную часть взлётного веса. При достижении околозвуковой скорости и перед дальнейшим разгоном насосы топливной системы перемещали около 20 тонн топлива из передних балансировочных баков в хвостовой балансировочный бак. Это позволяло сместить центр тяжести самолёта приблизительно на два метра назад, что являлось необходимым условием сверхзвукового полёта.
Конструкторам удалось добиться дальности полета в 6 500 километров при крейсерской сверхзвуковой скорости в 2150 км/ч. Во время сверхзвукового полёта фюзеляж разогревался до 127 градусов по Цельсию, а самолёт становился на 25 сантиметров длиннее из-за тепловой деформации. Пассажиры довольно быстро усвоили, что лучше не трогать стёкла иллюминаторов, которые тоже становились обжигающе горячими.
Создание «Конкорда» стало результатом совместных
усилий огромного количества авиастроительных компаний, доказавших лидирующие позиции Англии и Франции
в авиастроении.
Самолёт, впервые поднявшийся в небо 2 марта 1969 года, начал полёты с пассажирами только в 1976 году. Вначале «Конкорды» эксплуатировались на линиях Лондон - Бахрейн, Париж - Рио-де-Жанейро, Лондон - Сингапур и других экзотических направлениях. Но сразу после получения сертификата на использование аэропортов США, чему противилось их американские конкуренты, авиаперевозчики перешли к единственному экономически обоснованному маршруту: трансатлантическим перелётам.
Эти полёты и создали легенду «Конкорда», заменившего исчезнувшие океанские лайнеры, курсировавшие между Европой и Америкой. Точно так же, как и Normandie или Queen Mary - самые быстрые и комфортные корабли своего времени, «Конкорд» предлагал своим пассажирам самый быстрый и роскошный из всех возможных способов пересечь Атлантический океан. Цена была соответствующей: в 1979 году билет в одну сторону по маршруту Лондон - Нью-Йорк стоил 1300 долларов, а к 2003 году цена дошла до 4000–5000 долларов.
За эти деньги пассажиры, способные заплатить за билет, получали и соответствующий их запросам уровень сервиса: непременным атрибутом полётов на «Конкорде» были комфортные кресла, шампанское, чёрная икра и куропатки на ланч. В такой обстановке даже рёв четырех двигателей Olympus 593, по сравнению с которыми обычные турбореактивные двигатели казались практически бесшумными, переносился намного спокойнее.
Довольно быстро «Конкорд» обрёл культовый статус. Им часто летали бизнесмены, дела которых требовали частого перемещения между Нью-Йорком и европейскими столицами, актёры, музыканты и прочие знаменитости. Французские президенты периодически совершали на них государственные визиты, так же как и королева Елизавета II. Однажды даже сам Папа Римский Иоанн Павел II предпочёл его для своего визита в США.
Пассажиры довольно быстро усвоили, что лучше не трогать стёкла иллюминаторов, которые тоже становились обжигающе горячими.
Итоги
Несмотря на сложность конструкции, за всё время эксплуатации «Конкорд» показал высочайшую надёжность. Одна-единственная авария 25 июля 2000 года в Париже была вызвана наездом «Конкорда» на металлическую деталь, отвалившуюся от двигателя взлетевшего ранее американского DC-10. В результате было повреждено колесо, которое, разлетевшись, повредило обшивку и топливный бак вместе с проводами управления шасси. Когда самолёт оторвался от земли, возник пожар, при этом самолёт был уже в воздухе, и единственным возможным решением было идти на посадку в аэропорту Ле-Бурже, находившемся прямо по курсу в нескольких километрах. Самолёт продолжал полёт на трёх двигателях и с выпущенными шасси, но вскоре началось разрушение крыла, из-за которого аппарат потерял управление и рухнул на землю. Погибло 100 пассажиров, девять членов экипажа и четыре человека, находившихся в отеле, расположенном в парижском предместье Гонесс, на который и упал «Конкорд».
Сразу за катастрофой 2000 года последовала приостановка полётов всех «Конкордов». После расследования в конструкцию самолета были внесены изменения, позволявшие избежать повторения трагедии, и в ноябре 2001-го возобновились пассажирские полёты. Но репутация самолета, пошатнувшаяся после катастрофы, а также страх перед полётами в целом, распространившийся после 11 сентября, обусловили падение спроса на билеты. Стало очевидно, что продолжение эксплуатации самолётов, и так приближающихся к окончанию срока службы, бессмысленно. 26 ноября 2003 года «Конкорд» совершил свой последний полёт, приземлившись в Бристоле, одном из городов, где он создавался 30 годами ранее.
ГОДЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СКОРОСТЬ
дальность полета
Если создание пассажирского сверхзвукового самолета было слишком дорогим для США, то для Советского Союза цена в случаях, когда речь шла о престиже, не имела значения. К тому же, находившийся в тот момент у власти Никита Хрущёв оказался поклонником идеи сверхзвуковых авиалайнеров. По легенде, наблюдая за сверхзвуковыми Ту-22 на параде, генсек поинтересовался у авиаконструктора Туполева, сможет ли тот возить на таких самолётах не только бомбы, но и пассажиров, на что Туполев вызвался разработать сверхзвуковой пассажирский самолёт. Для советской авиапромышленности, он должен был стать новым рубежом, для преодоления которого требовалась модернизация самой отрасли авиастроения.
Важной особенностью конструкции самолёта стали дополнительные крылья в носовой части за кабиной пилотов, которые при наборе скорости убирались в специальные ниши на фюзеляже. Несмотря на свою малую площадь, они значительно улучшали управляемость самолёта на низких скоростях, то есть при взлёте и посадке. Уже стандартным решением был нос фюзеляжа, менявший свой наклон при взлёте и посадке. Торможение осуществлялось за счёт торможения колёс шасси, а также тормозного парашюта - реверс для двигателей НК-144 не предусматривался. Двигатели обеспечивали крейсерскую сверхзвуковую скорость 2300 км/ч, при этом дальность полёта была всего 3000 километров (против 6500 у «Конкорда»). Новый самолёт поднялся в небо 31 декабря 1968 года, раньше, чем «Конкорд», став таким образом первым сверхзвуковым пассажирским самолётом. Правда, как и в случае с «Конкордом», до полётов с пассажирами было ещё довольно далеко.
3 июня 1974 года на авиасалоне в Ле-Бурже во время демонстрационных полетов Ту-144 совершил резкий манёвр, уклоняясь от пролетавшего над ним истребителя «Мираж». Многотонный самолёт разрушился от перегрузки, не предусмотренной его конструкцией, погибли все шесть человек, находившихся на борту, а также восемь человек, проживавших в домах, на которые упали обломки машины. Расследование не смогло дать однозначного ответа о причине катастрофы, но в то же время не было обнаружено никаких доказательств, явно свидетельствующих о «врождённых» недостатках советского аппарата. Несмотря на этот дурной знак, Ту-144 планировалось поставить на пассажирские линии, и будущее его казалось ясным и безоблачным.
Если создание пассажирского сверхзвукового самолёта было слишком дорогим для США,
то для Советского Союза цена
в случаях, когда речь шла о престиже, не имела значения.
С 1 ноября 1977 года в расписании аэропорта Домодедово появились две новые строки: рейс № 499 Москва - Алма-Ата, вылет в 8:30 и рейс № 500 Алма-Ата - Москва, вылет в 14:00. В отличие от «Конкорда», билет на Ту-144 был более доступен рядовому пассажиру: его стоимость составляла 68 рублей, что было на 20 рублей дороже полета на дозвуковом самолете. В целом, рейс пользовался огромной популярностью, и билет на него быстро перешёл в разряд дефицита.
Каждый рейс Ту-144 в Алма-Ату поднимал на уши Министерство гражданской авиации СССР, в котором множество людей напряженно следило за сводками метеорологов о погоде на протяжении всей трассы полёта, а особенно в аэропорту прилёта и запасном аэропорту в Ташкенте. Других аэродромов, способных принять Ту-144, в Средней Азии не было. Из-за специальных требований к подготовке даже на пассажирских рейсах Ту-144 пилотировался смешанным экипажем из летчиков «Аэрофлота» и пилотов Министерства авиационной промышленности, прошедших специальную подготовку на фирме Туполева.
Двигатели НК-144А, стоявшие на Ту-144, отличались особенной прожорливостью, из-за чего дальность полёта составляла всего 3000 километров. Поэтому вскоре была разработана новая модификация самолёта - Ту-144Д (дальний) с двигателями РД-36-51А, увеличившими дальность полёта до 5000 километров, что всё равно было меньше расстояния, которое мог преодолеть «Конкорд».
Ту-144 пилотировался смешанным экипажем
из летчиков «Аэрофлота»
и пилотов Министерства авиационной
промышленности.
Итоги
23 мая 1978 года в Подмосковье во время испытательного полёта потерпел аварию Ту-144Д. В воздухе загорелся один из двигателей, но экипажу удалось посадить машину в чистом поле. Двое бортинженеров не смогли покинуть горящую машину. Несмотря на то, что это была новая модификация с опытными двигателями, сильно отличающаяся от серийных самолётов на пассажирских линиях, случившуюся аварию использовали в качестве повода к прекращению всех полётов Ту-144. Вечером 30 мая 1978 года под нажимом руководства Министерства гражданской авиации генеральный конструктор А. А. Туполев соглашается на прекращение эксплуатации. Пассажиров, которые должны были утром 1 июня вылететь в Алма-Ату, пересадили на Ил-62.
После отмены пассажирских полетов Ту-144 поднимался в воздух только в качестве грузового самолёта и в рамках испытательных полётов. Самой крупной программой стали полёты Ту-144ЛЛ (Летающая Лаборатория) в 1996–1999 годах, выполнявшиеся в рамках исследований НАСА, направленных на создание сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения. На самолёт были установлены двигатели со сверхзвукового стратегического бомбардировщика Ту-160, немало получившего от конструкции Ту-144, поэтому после прекращения полётов они были демонтированы, а все попытки выкупить восстановленный самолёт с двигателями были отвергнуты.
Парадоксально, но сверхзвуковые пассажирские самолёты оказались никому не нужны.
Парадоксально, но сверхзвуковые пассажирские самолёты оказались никому не нужны. Слишком дорогие, слишком сложные, слишком шумные, они в итоге проиграли вместительным авиалайнерам нового поколения, первым из которых был Boeing-747.
Так, ранние модификации Boeing-747 могли брать на борт 400–500 пассажиров, в то время как «Конкорд» принимал лишь 144 человека. Стоит ли говорить о расходе топлива, специальных требованиях к пилотам и других факторах, из-за которых сверхзвуковые самолёты были менее рентабельны. А между тем, когда «747-е» только появились, им готовили роль грузовых самолётов и предусматривалась возможность лёгкой переделки изготавливаемых авиалайнеров для грузоперевозок, ведь ожидалось, что все пассажирские самолёты будут только сверхзвуковыми. Вдобавок война Судного дня и последовавшая за ней нефтяная блокада вызвали существенный скачок цен на топливо, что сделало полеты «Конкорда» неоправданно дорогими.
Отдельной головной болью было обслуживание самолётов. Колоссальные нагрузки на конструкции и обшивку вкупе со сложным оборудованием требовали более квалифицированного, длительного и дорогого ремонта и постоянного, более строгого контроля за всеми системами.
Однако, как видно из интереса НАСА и других разработчиков к данной теме, мы вполне можем стать свидетелями появления наследников Ту-144 и «Конкорда». Кроме того, интерес к сверхзвуковым самолётам заметен и на рынке частной и корпоративной авиации. Основными проблемами всё так же остаются высокий расход топлива и чрезмерные нагрузки на планер, и остаётся лишь надеяться, что новые технологии в авиастроении, недоступные в 1960-е годы, помогут обойти эти препятствия.
Сверхзвуковая скорость – это скорость, при которой объект движется быстрее звука. Скорость при полете сверхзвукового самолета измеряется в Махах – скорость самолета в определенной точке пространства относительно скорости звука в этой же точке. Сейчас подобными скоростями передвижения удивить довольно сложно, а еще каких-то 80 лет назад об этом только мечтали.
С чего все началось
В сороковых годах ХХ века во время Второй Мировой Войны над решением этого вопроса активно работали немецкие конструкторы, надеясь с помощью подобных летательных аппаратов переломить ход войны. Как мы знаем, у них этого не получилось, война закончилась. Однако в 1945 г., ближе к ее завершению, немецкий пилот Л. Гофман, испытывая первый в мире реактивный истребитель Me-262, на высоте 7200 м смог развить скорость около 980 км/ч.
Первым, кто воплотил мечту всех летчиков о преодолении сверхзвукового барьера, стал американский пилот-испытатель Чак Йегер. В 1947 году этот пилот первым в истории сумел преодолеть скорость звука на пилотируемом аппарате. Он управлял прототипным летательным аппаратом Bell X-1 с ракетным двигателем. Кстати, захваченные во время войны немецкие ученые и их разработки, довольно сильно способствовали появлению этого аппарата, как и, собственно, всему дальнейшему развитию летных технологий.
В Советском Союзе достигли скорости звука 26 декабря 1948 г. Это был экспериментальный самолет ЛА-176, на высоте полета 9060 м, который пилотировали И.Е. Федоров и О.В. Соколовский. Примерно через месяц на данном самолете, но уже с более совершенным двигателем, была не только достигнута, но и превышена скорость звука на 7000 м. Проект ЛА-176 был весьма перспективным, но из-за трагической гибели О.В. Соколовского, управлявшего этим аппаратом, разработки были закрыты.
В дальнейшем развитие данной отрасли несколько замедлилось, так как возникло значительное количество физических сложностей, связанных с управлением летательным аппаратом на сверхзвуковых скоростях. На высоких скоростях начинает проявляться такое свойство воздуха, как сжимаемость, аэродинамическая обтекаемость становится совершенно иной. Появляется волновое сопротивление, и такое неприятное для любого летчика явление, как флаттер – самолет начинает сильно нагреваться.
Столкнувшись с этими проблемами, конструкторы начали искать кардинальное решение, способное преодолеть сложности. Таким решением оказался полный пересмотр конструкции летательных аппаратов, предназначенных для сверхзвуковых полетов. Те обтекаемые формы авиалайнеров, которые мы сейчас наблюдаем, – результат многолетних научных изысканий.
Дальнейшее развитие
На тот момент, когда только окончилась Вторая Мировая, и началась корейская и вьетнамская войны, развитие отрасли могло происходить только через военные технологии. Именно поэтому первыми серийными самолетами, способными летать быстрее скорости звука, стали Советский Миг-19 (NATO Farmer) и американский F-100 Super Sabre. Рекорд скорости был за американским самолетом – 1215 км/ч (установлен 29 октября 1953 г.), но уже в конце 1954 г. Миг-19 смогли разогнать до 1450 км/ч.
Интересный факт. Хоть СССР и Соединенные Штаты Америки не вели официальных боевых действий, но реальные многократные боестолкновения во время Корейской и Вьетнамской войн, показали неоспоримое преимущество Советской техники. К примеру, наши Миг-19 были значительно легче, обладали двигателями с лучшими динамическими характеристиками и, как следствие, с более быстрой скороподъемностью. Радиус возможного боевого применения самолета был на 200 км больше у Миг-19. Именно поэтому американцы очень хотели заполучить неповрежденный образец и даже объявили награду за выполнение такой задачи. И она была реализована.
Уже после окончания Корейской войны 1 самолет Миг-19 был угнан с авиабазы офицером ВВС Кореи Но Гым Соком. За что американцы выплатили ему положенные 100000 долларов в качестве награды, за доставку неповрежденного самолета.
Интересный факт. Первой женщиной-пилотом, достигшим скорости звука, является американка Жаклин Кохран. Она достигла скорости 1270 км/ч, пилотируя самолет F-86 Sabre.
Развитие гражданской авиации
В 60х годах прошлого века после появления опробованных во время войн технических наработок, авиация начала бурно развиваться. Нашлись решения для существующих проблем сверхзвуковых скоростей, и тогда началось создание первых сверхзвуковых пассажирских самолетов.
Первый в истории полет гражданского авиалайнера со скоростью, превышающей скорость звука, произошел 21 августа 1961 г. на самолете Douglas DC-8. На момент полета на самолете не было пассажиров, кроме пилотов, был размещен балласт для соответствия полной загрузки лайнера в данных экспериментальных условиях. Была достигнута скорость 1262 км/ч при спуске с высоты 15877 м до 12300 м.
Интересный факт. Boeing 747 SP-09 Китайских авиалиний (China Airlines) 19 февраля 1985 г., совершая перелет из тайваньского Тайпея в Лос-Анжелес, вошел в неуправляемое пике. Причиной тому послужили неисправности двигателя и последующие неквалифицированные действия персонала. Во время пикирования с высоты 12500 м до 2900 м, где экипаж и смог стабилизировать самолет, была превышена скорость звука. При этом не рассчитанный на подобные перегрузки лайнер получил серьезные повреждения хвостовой части. Однако при всем этом, серьезно пострадали всего 2 человека на борту. Самолет сел в Сан-Франциско, был отремонтирован и в дальнейшем снова осуществлял пассажирские перелеты.
Однако действительно настоящих сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС), способных осуществлять регулярные перелеты со скоростями выше скорости звука, было сконструировано и построено все два типа:
- Советский авиалайнер Ту-144;
- Англо-французский самолет Aérospatiale-BAC Concorde.
Только эти два летательных аппарата были в состоянии поддерживать крейсерскую сверхзвуковую скорость (англ. supercruise). На тот момент они превосходили даже большинство боевых самолетов, конструкция этих лайнеров была уникальна для своего времени. Существовало всего несколько типов самолетов, способных летать в режиме суперкруиза, на сегодняшний день большинство современных военных машин оснащены такими возможностями.
Авиация СССР
Советский Ту-144 был построен несколько раньше европейского аналога, поэтому можно считать его первым в мире пассажирским сверхзвуковым лайнером. Внешний вид этих самолетов, как Ту-144, так и Конкорда, и сейчас не оставит равнодушным ни одного человека. Вряд ли в истории авиастроения были более красивые машины.
У Ту-144 привлекательные характеристики, за исключением дальности практического применения: выше крейсерская и меньше посадочная скорости, более высокий потолок полета, но и история нашего лайнера значительно трагичнее.
Важно! Ту-144 не только первый летающий, но и первый разбившийся пассажирский сверхзвуковой лайнер. Катастрофа на авиасалоне в Ле-Бурже 3 июня 1973 г., в которой погибло 14 человек, стала первым шагом к завершению полетов Ту-144. Однозначные причины так и не были установлены, а итоговая версия катастрофы вызывает множество вопросов.
Вторая катастрофа под Егорьевском в Московской области 23 мая 1978 г., где в полете произошло возгорание, и при посадке погибли 2 члена экипажа, стала окончательной точкой в решении о прекращении эксплуатации этих самолетов. Несмотря на то, что после анализа было установлено, что возгорание произошло в результате наличия недоработки в топливной системе нового, тестируемого двигателя, а сам самолет показал прекрасную управляемость и надежность конструкции, когда горящий смог произвести посадку, машины сняли с рейсов и вывели из коммерческой эксплуатации.
Как вышло за рубежом
Европейский Конкорд, в свою очередь, отлетал гораздо дольше с 1976 г. по 2003 г. Однако из-за нерентабельности (самолет так и не смогли вывести на минимальную окупаемость), эксплуатацию также в итоге свернули. Во многом это произошло из-за авиакатастрофы в Париже 25 июля 2000 г.: при взлете из аэропорта Шарль Де Голль загорелся двигатель, и самолет рухнул на землю (погибло 113 человек, в том числе 4 на земле), а также террористическим атакам 11 сентября 2001 г. Несмотря на то, что это была единственная катастрофа самолета за 37 лет эксплуатации, а теракты не имели непосредственного отношения к Конкорду, общее снижение потока пассажиров уменьшило и без того отсутствующую рентабельность полетов и привело к тому, что последний рейс данный самолет совершил по маршруту Хитроу – Филтон 26 ноября 2003 г.
Интересный факт. Билет на рейс Конкорда в 70е годы стоил не меньше 1500 долларов в один конец, ближе к концу девяностых цена выросла до 4000 долларов. Билет за место на последнем рейсе этого лайнера стоил уже 10000 долларов.
Сверхзвуковая авиация на данный момент
На сегодняшний день решений, подобным Ту-144 и Конкорд, не предвидится. Но, если вы тот человек, которому неважна стоимость билетов, – есть ряд наработок в сфере бизнес перелетов и маломестных воздушных средств.
Наиболее перспективная разработка – самолет XB-1 Baby Boom американской компании Boom technology из Колорадо. Это маленький самолет, длиной около 20 м и размахом крыльев в 5,2 м. Он оборудован 3мя двигателями, разработанными в пятидесятых годах для крылатых ракет.
Вместительность планируется сделать около 45 человек, при дальности перелета 1800 км на скорости до 2х махов. На данный момент это пока разработка, но первый полет прототипа планируется произвести уже в 2018 г., а сам самолет должен пройти сертификацию к 2023му году. Создатели планируют использовать разработку как в качестве бизнес-джета для частных перевозок, так и на регулярных рейсах малой вместительности. Планируемая стоимость для перелета на данной машине будет составлять около 5000 долларов, что достаточно много, но при этом сопоставимо со стоимостью перелета в бизнес классе.
Однако если смотреть на всю отрасль гражданских авиаперевозок в целом, то с сегодняшним уровнем развития технологий, выглядит все не очень перспективно. Крупные компании больше озабочены получением выгоды и рентабельностью проектов, чем новыми разработками в области сверхзвуковых полетов. Причина в том, что за всю историю авиации не было в достаточной степени успешных реализаций задач подобного рода, сколько ни пробовали достичь целей, все они в той или иной степени провалились.
В целом те конструкторы, которые занимаются текущими проектами, – это скорее энтузиасты, с оптимизмом смотрящие в будущее, которые, конечно, рассчитывают получать прибыли, но достаточно реалистично смотрят на итоги, да и большая часть проектов пока существует только на бумаге, и аналитики достаточно скептично смотрят на возможность их реализации.
Один из немногих действительно крупных проектов – это запатентованный в прошлом году компанией Airbus сверхзвуковой самолет Concorde-2. Конструктивно он будет представлять собой летательный аппарат с тремя типами двигателей:
- Турбовентиляторные реактивные двигатели. Будут устанавливаться в передней части самолета;
- Гиперзвуковые воздушно-реактивные двигатели. Будут монтироваться под крыльями лайнера;
- Ракетные двигатели. Установлены в хвостовой части фюзеляжа.
Эта конструктивная особенность предполагает работу различных двигателей на определенных этапах полета (взлет, посадка, движение на крейсерской скорости).
Учитывая одну из основных проблем гражданских авиаперевозок – шум (стандарты организации воздушного движения в большинстве стран выставляют ограничение на уровень шума, если аэропорт расположен близко к жилым зонам, это накладывает ограничения на возможность ночных полетов), компания Airbus для проекта Concorde-2 разработала специальную технологию, позволяющую производить вертикальный взлет. Это позволит практически избежать попадания ударных волн на поверхность земли, что в свою очередь, обеспечит отсутствие дискомфорта для людей внизу. Также благодаря подобной конструкции и технологии полет авиалайнера будет проходить на высоте около 30-35000 м (на данный момент гражданская авиация летает максимум на 12000 м), что будет способствовать снижению шума не только при взлете, но и на протяжении всего полета, так как с такой высоты ударные звуковые волны не смогут достичь поверхности.
Будущее сверхзвуковых полетов
Не все так печально, как может показаться на первый взгляд. Кроме гражданской авиации существует и всегда будет существовать военная отрасль. Боевые потребности государства как раньше двигали развитие авиации, так и продолжат это делать. Армии всех государств нуждаются во все более совершенных летательных аппаратах. Из года в год эта потребность только возрастает, что влечет за собой создание новых конструкторских и технологических решений.
Рано или поздно развитие выйдет на такой уровень, когда использование военных технологий, возможно, станет рентабельным и в мирных целях.
Видео
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