Сверхзвуковые самолеты - Эдмунд Цихош

Рис. 1.58. Ту-144 (а) конструкции А. Н. Туполева (прототип) и «Конкорд» (б) фирм «Аэроспасьяль» и ВАС.

2) Почти одновременно со сверхзвуковыми самолетами в пассажирской авиации появилось новое поколение широкофюзеляжных самолетов, так называемых аэробусов, с большим количеством пассажирских мест (в настоящее время эксплуатируются самолеты с числом пассажиров 350-500). Поэтому в авиационном транспорте произошла определенная переоценка ценностей, в результате чего на первый план вышли проблемы массовой перевозки пассажиров в комфортных и безопасных условиях, посадки и высадки, размещения багажа, использования возможностей попутной транспортировки грузов, повышения эффективности служб аэропорта и т.п. Все это несколько уменьшило интерес к сверхзвуковым самолетам.

Как следует из опыта проведения сверхзвуковых грузовых и пассажирских рейсов, ввод в эксплуатацию Ту-144 (рис. 1.58,а) и «Конкорда» (рис. 1.586) не потребовал ни существенных изменений в работе наземных служб, ни перестройки аэродромов (единственной трудностью, появляющейся практически всегда при введении в эксплуатацию нового самолета, была необходимость создания соответствующей технической базы, включая подготовку летного и технического персонала).

Однако, в соответствии с прогнозами, стоимость эксплуатации таких самолетов оказалась высокой, что, с учетом значительной стоимости самолета, привело к увеличению цены билета. Из этого можно сделать вывод, что с экономической точки зрения в современных условиях преимущества сверхзвуковой пассажирской авиации минимальны (многие наблюдатели считают, что в отношении «Конкорда» не менее важную роль сыграла, кроме прочего, конкурентная борьба, замаскированная компанией за охрану окружающей среды). Тем не менее сверхзвуковая пассажирская авиация стала реальностью, как естественное проявление закономерностей технического прогресса, в частности, стремления ко все большим скоростям.

История развития

Успешное завершение в 1954 г. в Великобритании работ над сверхзвуковым экспериментальным самолетом F.D.2 утвердило английских специалистов в мнении о целесообразности создания сверхзвукового пассажирского самолета. Учитывая большой объем работ и неизбежно возникающие при этом трудности, правительство Великобритании создало специальный комитет (Super Sonic Transport Aircraft Committee), объединяющий 9 крупнейших авиационных организаций, который должен был провести необходимые исследования. Комитет начал работу в конце 1955 г. и спустя четыре года опубликовал первые рекомендации относительно строительства пассажирского самолета большой дальности и скорости М = 2. В авиационной литературе обсуждались проекты, которые удивляли необычностью и разнообразием форм. Однако, опираясь на исследования самолета F.D.2, англичане выяснили, что наиболее выгодной для сверхзвукового пассажирского самолета SST (Super Sonic Transport) является схема без горизонтального оперения с треугольным крылом. Разработкой проекта такого самолета занялся Бристольский филиал Британской авиационной корпорации ВАС; предварительный проект под названием ВАС 223 был разработан в 1960 г.

Во Франции первые работы над самолетом ATS (Avion de Transport Supersonique) начались в 1956 г.; в 1959 г. три фирмы («Сюд авиасьон», «Нор авиасьон» и «Дассо») начали разработку проекта, который в 1961 г. получил название «Сюпер-Каравелла». Модель этого самолета, разрабатываемого главным образом фирмой «Сюд авиасьон», впервые была показана на Авиационном салоне в Париже в июне 1961 г. Положение дел в СССР по этому вопросу было выяснено только в 1965 г., когда на Авиационном салоне в Париже была выставлена модель самолета Ту-144. Это была сенсация, тем более что официальные представители сообщили о планировании первого полета на 1968 г. Как известно, этот срок был выдержан (полет совершен 31 декабря 1968 г.), благодаря чему Ту-144 стал первым сверхзвуковым пассажирским самолетом.

В США во второй половине 50-х годов несколько фирм независимо начали конструкторские работы, которыми с 1959 г. руководила созданная для этого специальная группа экспертов.

Проведенный в 1960-1961 гг. технико- экономический анализ показал, что стоимость разработки и создания будущего самолета настолько велика, а диапазон на- учно-технических исследований так широк, что они превышают индивидуальные возможности даже таких стран, как Франция или Великобритания. В такой ситуации стало ясно, что необходимо объединение усилий в работе над общим проектом, и 5 октября 1962 г. было подписано соглашение между ВАС и «Сюд авиасьон», к которому 28 ноября присоединились двигательные фирмы «Бристоль-Сиддли» (филиал корпорации «Роллс-Ройс») и SNECMA. На следующий день было подписано соглашение между правительствами Великобритании и Франции, при этом за основу для разработки нового самолета под названием «Конкорд» («Согласие») был принят французский проект «Сюпер-Каравелла» с английскими двигателями «Олимпус».

Для европейских наблюдателей подписание этого соглашения не было неожиданностью, однако в США оно не только встревожило общественное мнение (соображения престижа), но также и (что еще важнее) застало врасплох авиационные фирмы, у которых не было собственной конкретной программы разработки самолета. Реакция правительства США была незамедлительной, и уже в январе 1963 г. начал работать комитет (во главе с вице- президентом США), координирующий программу создания пассажирского самолета с крейсерской скоростью, соответствующей ? = 2,7^3,0, и дальностью не менее 6400 км.

К январю 1964 г. три организации представили эскизные проекты, два из которых были допущены к дальнейшим разработкам (сенсацией оказалось отклонение проекта фирмы «Норт Америкен», разрабатывавшей в то время первый тяжелый сверхзвуковой бомбардировщик ХВ-70А с примерно такой же максимальной скоростью). Впоследствии был отклонен и проект фирмы «Локхид», а разработка поручена фирме «Боинг», которая вначале рассматривала возможность создания самолета изменяемой геометрии (были проведены даже лабораторные испытания некоторых агрегатов самолетов, например соединения подвижных частей крыла с центропланом), а затем самолета классической схемы с треугольным крылом (рис. 1.59). Работы над самолетом были прекращены в 1971 г. на этапе предварительных исследований после постановления сената США о прекращении дальнейших государственных ассигнований (стоимость программы достигла уже 700 млн. долл.).

Проблема разработки американского сверхзвукового пассажирского самолета снова была рассмотрена в 1975 г. фирмой «Макдоннел-Дуглас» (рис. 1.59). Этот факт оказался знаменательным, так как он предшествовал отправке в музей одного из опытных образцов самолета «Конкорд», которому был закрыт доступ в американское (и не только американское) небо («Конкорд» 002 стал экспонатом музея авиации ВМС Великобритании в Эвилтоне в 1976 г.).

Рис. 1.59. Сравнение форм в плане самолетов «Конкорд», SST («Боинг») и AST («Макдоннел- Дуглас»).

В настоящее время «Конкорд» не имеет тех оптимистичных перспектив, которые предвиделись в начале разработки. Рост инфляции и углубление экономического кризиса не позволяют говорить об обширном рынке сбыта таких самолетов, по крайней мере в ближайшее время. Поэтому произведенные огромные затраты окупятся только частично (в 1962-1975 гг. Франция и Великобритания истратили вместе 1200 млн. фунтов стерлингов, т.е. в 7 раз больше, чем предполагалось ранее). Несмотря на это, в обеих странах создание «Конкорда» считается полезной программой, особенно с технической точки зрения. В рамках этой программы созданы новые материалы и технологические процессы, приборы и оборудование, методы производства и производственные мощности.

Конструктивная идея самолета

Уже в начале работ над проектом будущего сверхзвукового пассажирского самолета было выяснено, что в соответствии с требованиями эксплуатации (к пассажирским самолетам, эксплуатировавшимся в то время) эффективность эксплуатации нового самолета определяется следующими условиями :

– его летные данные должны обеспечивать высокую безопасность полета;

– самолет должен быть приспособлен к существующему оборудованию аэропортов и радионавигационному обслуживанию;

– стоимость эксплуатации и авиабилетов должна не более чем на 10% превышать соответствующие характеристики околозвуковых самолетов.

Перед началом работы над предварительным проектом нового пассажирского самолета задаются, как правило, три параметра-крейсерская скорость, дальность полета и количество пассажиров. Эти параметры определяют тип двигательной установки, требуемое количество топлива, конструкцию самолета, стоимость его агрегатов, необходимое оборудование и т.п., т.е. определяют взлетную массу и затраты на разработку и эксплуатацию самолета. Скорость самолета, который должен заменить эксплуатируемые околозвуковые реактивные самолеты, не может только слегка превышать их скорость (800-1000 км/ч), поскольку она оказалась бы в менее выгодном диапазоне чисел Маха, характеризующихся появлением особенно большого волнового сопротивления. После прохождения этого диапазона начинают сказываться два благоприятных фактора-улучшается аэродинамика самолета и повышается эффективность турбореактивных двигателей. Таким образом, экономически эффективный пассажирский самолет должен летать со скоростью, значительно превышающей скорость звука. Уровень развития современной науки и техники позволяет создать экономичный пассажирский самолет, развивающий скорость до 3000 км/ч. Однако для этого следует решить ряд важных конструкторско-технологических проблем в области скоростей полета, при которых непропорционально быстро растут требования к конструкции самолета и используемым в ней материалам. Это относится прежде всего к повышению температуры при увеличении скорости. Для полетов при ? = 2,5 еще можно использовать апробированные конструкторские решения, технологию и материалы. Говоря конкретно, эти скорости еще допускают применение в конструкции самолета качественных алюминиевых сплавов. При больших скоростях необходимы титановые сплавы и специальные стали с хорошими механическими свойствами при высоких температурах, что потребует изменения хорошо отлаженной современной технологии производства и, как следствие, вызовет рост стоимости и массы самолета.