✖


Jump to content

Суперзвуковые самолеты

(Перенаправлен из быстрой самолета )
«Быстрая самолета» перенаправляет здесь. Для недорогой авиакомпании см. Fastjet .
Взаимодействие шоковых волн от двух сверхзвуковых самолетов, впервые сфотографированного NASA с использованием метода Шлилена в 2019 году.

Суперзвуковой самолет - это самолет , способный к сверхзвуковому полету , то есть лететь быстрее, чем скорость звука ( Mach 1). Суперзвуковые самолеты были разработаны во второй половине двадцатого века. Суперзвуковые самолеты использовались для исследовательских и военных целей, но только два сверхзвуковых самолета, Tupolev TU-144 (впервые пролетел 31 декабря 1968 года) и Concorde (впервые пролетел 2 марта 1969 г.), когда-либо выступали за службу для гражданского использования как авиалайнеры . Истребители являются наиболее распространенным примером сверхзвуковых самолетов.

Аэродинамика » , сверхзвукового полета называется сжимаемым потоком из -за сжатия , связанной с ударными волнами или « звуковым бумом созданным любым объектом, движущимся быстрее, чем звук.

Самолеты, летящие на скорости над Маха 5, называются гиперзвуковыми самолетами .

История

[ редактировать ]
Основная статья: звуковой барьер
Bell X-1

Первым самолетом, который летал сверхзвуковым по бегу, был экспериментальный самолет American Bell X-1 , который был приведен в действие 6000-фунтовой (2700 кг) ракета, приводимой в силу жидкого кислорода и этилового спирта. Большинство сверхзвуковых самолетов были военными или экспериментальными самолетами.

Авиационные исследования во время Второй мировой войны привели к созданию первого самолета ракетного и реактивного питания. Впоследствии появилось несколько претензий на преодоление звукового барьера во время войны. Тем не менее, первый признанный полет, превышающий скорость звука пилотируемым самолетом в полете контролируемого уровня, был выполнен 14 октября 1947 года экспериментальным ракетным самолетом Bell X-1, пилотируемым Чаком Йегером . Первым самолетом, который преодолел звуковой барьер с женским пилотом, был F-86 Canadair Sabre с Жаклин Кокран в элементах управления. [ 1 ] По словам Дэвида Мастерс, [ 2 ] Прототип DFS 346, захваченный в Германии Советами, после освобождения от B-29 при 32800 футов (10000 м), достиг 683 миль в час (1100 км/ч) в 1951 году, что превысило бы MACH 1 на этой высоте. Пилотом в этих рейсах был немецкий Вольфганг Зиз.

21 августа 1961 года Дуглас DC-8-43 (регистрация N9604Z) превысил MACH 1 в контролируемом погружении во время испытательного полета на базе ВВС Эдвардс. Экипажем были Уильям Магрудер (пилот), Пол Паттен (Copilot), Джозеф Томич (пролетный инженер) и Ричард Х. Эдвардс (инженер для летных испытаний). [ 3 ] Это был первый преднамеренный сверхзвуковой полет гражданского авиалайнера, и единственный, когда-либо исполняемый гражданским авиалайнером, кроме Concorde или TU-144 . [ 3 ]

В 1960-х и 1970-х годах было проведено много дизайнерских исследований для сверхзвуковых авиалайнеров, и в конечном итоге два типа вошли в службу, Советский Туполев Ту-144 (1968) и Англо-Франч Конкорд (1969). Однако политические, экологические и экономические препятствия и одна смертельная авария Concorde помешала им использовать их в полном коммерческом потенциале.

Принципы дизайна

[ редактировать ]

Supersonic Flight приводит к тому, что он сталкивается с его существенными техническими проблемами, поскольку аэродинамика сверхзвукового полета резко отличается от дозвуковых полетов (то есть полете на скорости медленнее, чем у звука). В частности, аэродинамическое сопротивление резко возрастает, когда самолет пропускает трансонный режим, требуя гораздо большей мощности двигателя и большего количества обтекаемых планеров.

Крылья

[ редактировать ]
Lockheed SR-71 Blackbird Supersonic Reonnaissance самолеты

Чтобы оптимизировать сопротивление, размах крыльев должен быть ограничен, что также снижает аэродинамическую эффективность во время дозвукового полета, включая взлет и посадку. [ 4 ] Минимизация волнового сопротивления является важным аспектом дизайна крыла. Поскольку сверхзвуковый самолет также должен взлетать и приземлиться на относительно медленной скорости, его аэродинамический дизайн должен быть компромиссом между требованиями для обоих концов диапазона скорости.

Одним из подходов к разрешению этого компромисса является использование крыла с переменной геометрией , обычно известным как «качание», которое широко распространяется для низкоскоростного полета, а затем резко охватывает, обычно назад, для сверхзвукового полета. Тем не менее, качание влияет на продольную отделку самолета, а механизм качания увеличивает вес и стоимость. Использование дельта-крыла , например, используемых на аэропатиоле-Bac Concorde генерирует вихрь , который зажигает поток на верхней поверхности крыла на высоких скоростях и углах атаки, откладывает разделение потока и придает самолету очень высокий киоска угол Полем Это также решает проблему сжимаемости жидкости на транссонских и сверхзвуковых скоростях. Тем не менее, это, конечно, неэффективно на более низких скоростях из -за требований высокого угла атаки и, следовательно, требует использования лоскутов .

Обогрев

[ редактировать ]
Основная статья: аэродинамическое отопление

Другая проблема - тепло, генерируемое трением, когда воздух течет по самолету. Большинство дозвуковых дизайнов используют алюминиевые сплавы, такие как Duralumin , которые являются дешевыми и простыми в работе, но быстро теряют свои силы при высоких температурах. Это ограничивает максимальную скорость примерно до Маха 2.2.

Большинство сверхзвуковых самолетов, в том числе многие военные истребительные самолеты , предназначены для того, чтобы провести большую часть своего полета на дозвуковых скоростях и только для превышения скорости звука в течение коротких периодов, таких как перехват вражеского самолета. Меньшее число, такое как самолет Blackbird Blackbird Lockheed SR-71 и Airliner Concorde Supersonic, были разработаны, чтобы непрерывно путешествовать на скорости звука, и с этими конструкциями проблемы сверхзвукового полета являются более серьезными.

Двигатели

[ редактировать ]

Некоторые ранние сверхзвуковые самолеты, в том числе первый, полагались на ракетную мощность, чтобы обеспечить необходимую тягу, хотя ракеты сжигают много топлива, и поэтому время полета было коротким. Ранние турбонежиты были более экономичными, но не имели достаточного количества тяги, и некоторые экспериментальные самолеты были оснащены как турбоейтом для низкоскоростного полета, так и ракетным двигателем для сверхзвукового полета. Изобретение Afterburner , в котором дополнительное топливо сжигается в выхлопной струи, сделало эти смешанные типы силовых установков устаревшими. Турботенфанский . двигатель пропускает дополнительный холодный воздух вокруг сердечника двигателя, еще больше повышая эффективность использования топлива , а сверхзвуковые самолеты сегодня оснащены турбообщенами, оснащенными яростанами

Supersonic aircraft usually use low bypass turbofans as they have acceptable efficiency below the speed of sound as well as above; or if supercruise is needed turbojet engines may be desirable as they give less nacelle drag at supersonic speeds. The Pratt & Whitney J58 engines of the Lockheed SR-71 Blackbird operated in 2 ways, taking off and landing as turbojets with no bypass, but bypassing some of the compressor air to the afterburner at higher speeds. This allowed the Blackbird to fly at over Mach 3, faster than any other production aircraft. The heating effect of air friction at these speeds meant that a special fuel had to be developed which did not break down in the heat and clog the fuel pipes on its way to the burner.

Another high-speed powerplant is the ramjet. This needs to be flying fairly fast before it will work at all.

Supersonic flight

[edit]

Supersonic aerodynamics is simpler than subsonic aerodynamics because the airsheets at different points along the plane often cannot affect each other. Supersonic jets and rocket vehicles require several times greater thrust to push through the extra aerodynamic drag experienced within the transonic region (around Mach 0.85–1.2). At these speeds aerospace engineers can gently guide air around the fuselage of the aircraft without producing new shock waves, but any change in cross area farther down the vehicle leads to shock waves along the body. Designers use the Supersonic area rule and the Whitcomb area rule to minimize sudden changes in size.

The sound source has now broken through the sound speed barrier, and is traveling at 1.4 times the speed of sound, c (Mach 1.4). Because the source is moving faster than the sound waves it creates, it actually leads the advancing wavefront. The sound source will pass by a stationary observer before the observer actually hears the sound it creates.
Conical shockwave with its hyperbola-shaped ground contact zone in yellow

However, in practical applications, a supersonic aircraft must operate stably in both subsonic and supersonic profiles, hence aerodynamic design is more complex.

One problem with sustained supersonic flight is the generation of heat in flight. At high speeds aerodynamic heating can occur, so an aircraft must be designed to operate and function under very high temperatures. Duralumin, a material traditionally used in aircraft manufacturing, starts to lose strength and deform at relatively low temperatures, and is unsuitable for continuous use at speeds above Mach 2.2 to 2.4. Materials such as titanium and stainless steel allow operations at much higher temperatures. For example, the Lockheed SR-71 Blackbird jet could fly continuously at Mach 3.1 which could lead to temperatures on some parts of the aircraft reaching above 315 °C (600 °F).

Another area of concern for sustained high-speed flight is engine operation. Jet engines create thrust by increasing the temperature of the air they ingest, and as the aircraft speeds up, the compression process in the intake causes a temperature rise before it reaches the engines. The maximum allowable temperature of the exhaust is determined by the materials in the turbine at the rear of the engine, so as the aircraft speeds up, the difference in intake and exhaust temperature that the engine can create, by burning fuel, decreases, as does the thrust. The higher thrust needed for supersonic speeds had to be regained by burning extra fuel in the exhaust.

Intake design was also a major issue. As much of the available energy in the incoming air has to be recovered, known as intake recovery, using shock waves in the supersonic compression process in the intake. At supersonic speeds the intake has to make sure that the air slows down without excessive pressure loss. It has to use the correct type of shock waves, oblique/plane, for the aircraft design speed to compress and slow the air to subsonic speed before it reaches the engine. The shock waves are positioned using a ramp or cone which may need to be adjustable depending on trade-offs between complexity and the required aircraft performance.

An aircraft able to operate for extended periods at supersonic speeds has a potential range advantage over a similar design operating subsonically. Most of the drag an aircraft sees while speeding up to supersonic speeds occurs just below the speed of sound, due to an aerodynamic effect known as wave drag. An aircraft that can accelerate past this speed sees a significant drag decrease, and can fly supersonically with improved fuel economy. However, due to the way lift is generated supersonically, the lift-to-drag ratio of the aircraft as a whole drops, leading to lower range, offsetting or overturning this advantage.

The key to having low supersonic drag is to properly shape the overall aircraft to be long and thin, and close to a "perfect" shape, the von Karman ogive or Sears-Haack body. This has led to almost every supersonic cruising aircraft looking very similar to every other, with a very long and slender fuselage and large delta wings, cf. SR-71, Concorde, etc. Although not ideal for passenger aircraft, this shaping is quite adaptable for bomber use.

In the 1960s and 1970s, many design studies for supersonic airliners were done and eventually two types entered service, the Soviet Tupolev Tu-144 (1968) and Anglo-French Concorde (1969). However political, environmental and economic obstacles and one fatal Concorde crash prevented them from being used to their full commercial potential.

Transonic flight

[edit]
Main article: Transonic flight
Transonic flow patterns on an airfoil showing flow patterns at and above critical Mach number

Airflow can speed up or slow down locally at different points over an aircraft. In the region around Mach 1, some areas may experience supersonic flow while others are subsonic. This regime is called transonic flight. As the aircraft speed changes, pressure waves will form or move around. This can affect the trim, stability and controllability of the aircraft, and the aircraft will experience higher drag than subsonic or fully supersonic speeds. The designer needs to ensure that these effects are taken into account at all speeds.

Hypersonic flight

[edit]
Main article: Hypersonic flight

Flight at speeds above about Mach 5 is often referred to as hypersonic. In this region the problems of drag and heating are even more acute. It is difficult to make materials which can stand the forces and temperatures generated by air resistance at these speeds.

Sonic boom

[edit]
Main article: Sonic boom
The sound source is travelling at 1.4 times the speed of sound (Mach 1.4). Since the source is moving faster than the sound waves it creates, it leads the advancing wavefront.
A sonic boom produced by an aircraft moving at M=2.92, calculated from the cone angle of 20 degrees. An observer hears nothing until the shock wave, on the edges of the cone, crosses their location.
Mach cone angle
NASA data showing N-wave signature.[5]

A sonic boom is the sound associated with the shock waves created whenever an object traveling through the air travels faster than the speed of sound. Sonic booms generate significant amounts of sound energy, sounding similar to an explosion or a thunderclap to the human ear. The crack of a supersonic bullet passing overhead or the crack of a bullwhip are examples of a sonic boom in miniature.[6]

Sonic booms due to large supersonic aircraft can be particularly loud and startling, tend to awaken people, and may cause minor damage to some structures. They led to prohibition of routine supersonic flight over land. Although they cannot be completely prevented, research suggests that with careful shaping of the vehicle the nuisance due to them may be reduced to the point that overland supersonic flight may become a practical option.

Supercruise

[edit]
Main article: Supercruise

Supercruise is sustained supersonic flight of a supersonic aircraft with a useful cargo, passenger, or weapons load performed efficiently, which typically precludes the use of highly inefficient afterburners or "reheat". Many well known supersonic military aircraft not capable of supercruise can only maintain Mach 1+ flight in short bursts, typically with afterburners. Aircraft such as the SR-71 Blackbird are designed to cruise at supersonic speed with afterburners enabled.

One of the best known examples of an aircraft capable of supercruise was Concorde. Due to its long service as a commercial airliner, Concorde holds the record for the most time spent in supercruise; more than all other aircraft combined.[7]

Supersonic transports

[edit]
The fuselage of Concorde had an extremely high fineness ratio.
Main article: Supersonic transport

A supersonic transport (SST) is a civil aircraft designed to transport passengers at speeds greater than the speed of sound. The only supersonic civilian aircraft to see service were the Soviet produced Tupolev Tu-144 which first flew in 1968 and last transported passengers in 1978, with NASA retiring it from any use in 1997; and the Franco-British produced Concorde, which first flew in 1969 and remained in service until 2003. Since 2003, there have been no supersonic civilian aircraft in service.

A key feature of these designs is the ability to maintain supersonic cruise for long periods, so low drag is essential to limit fuel consumption to a practical and economic level. As a consequence, these airframes are highly streamlined and the wings have a very short span. The requirement for low speeds when taking off and landing is met by using vortex lift: as the aircraft slows, lift must be restored by raising the nose to increase the angle of attack of the wing. The sharply swept leading edge causes the air to twist as it flows over the wing, speeding up the airflow locally and maintaining lift.

Other SST projects have included:

Supersonic business jet

[edit]
Aerion SBJ model
Main article: Supersonic business jet

Supersonic business jets (SSBJ) are a proposed class of small supersonic aircraft. None have yet flown.

Typically intended to transport about ten passengers, SSBJs are about the same size as traditional subsonic business jets.

Projects for both large-scale and business jet (see lower) passenger supersonic and hypersonic airliners (Aerion SBJ, Spike S-512, HyperMach SonicStar, Next Generation Supersonic Transport, Tupolev Tu-444, Gulfstream X-54, LAPCAT, Reaction Engines LAPCAT A2, Zero Emission Hyper Sonic Transport, SpaceLiner, etc.) were proposed and now are under development.

Supersonic strategic bombers

[edit]
Convair B-58A Hustler
XB-70 Valkyrie
Tupolev Tu-22M3
B-1B Lancer
Tupolev Tu-160

A strategic bomber must carry a large bomb load over long distances. Consequently, it is a large aircraft typically with an empty weight exceeding 25,000 kg. Some have also been designed for related roles such as strategic reconnaissance and anti-shipping strike.

Typically the aircraft will cruise subsonically for most of its flight to conserve fuel, before accelerating to supersonic speed for its bombing run.[8]

Few supersonic strategic bombers have entered service. The earliest type, the Convair B-58 Hustler, first flew in 1956 and the most recent, the Rockwell B-1B Lancer, in 1983. Although this and a few other types are still in service today, none remains in production.

Types to have flown include:

Supersonic strategic reconnaissance

[edit]

Some supersonic strategic bombers, such as the Sukhoi T-4 are also capable of the reconnaissance role (although the Sukhoi remained a prototype).

The Lockheed SR-71 Blackbird was specifically designed for the role, and was a larger development of the Lockheed A-12 reconnaissance aircraft which first flew in 1962.

Supersonic fighter/attack jets

[edit]

Supersonic fighters and related aircraft are sometimes called fast jets. They make up the overwhelming majority of supersonic aircraft and some, such as the Mikoyan-Gurevich MiG-21, Lockheed F-104 Starfighter and Dassault Mirage III, have been produced in large numbers.

Many military supersonic fighters and similar aircraft of fourth- and fifth- generations are under development in several countries, including Russia, China, Japan, South Korea, India, Iran and the United States.

United States

[edit]

Soviet Union/Russia

[edit]

China

[edit]

France

[edit]

Sweden

[edit]

Iran

[edit]

Japan

[edit]

India

[edit]

Israel

[edit]

South Korea

[edit]

United Kingdom

[edit]

France/United Kingdom

[edit]

Germany/Italy/United Kingdom

[edit]

Germany/Italy/Spain/United Kingdom

[edit]

Pakistan

[edit]

South Africa

[edit]

Taiwan

[edit]

Supersonic research aircraft

[edit]
North American X-15

Смотрите также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
Библиография
  • Ганстон, Билл (2008). Быстрее, чем звук: история сверхзвукового полета . Сомерсет, Великобритания: Haynes Publishing. ISBN  978-1-84425-564-1 .
Примечания
  1. ^ «Жаклин Кокран и пилоты женской службы воздуха». Национальное управление архивов и записей: Президентская библиотека Дуайта Д. Эйзенхауэра, музей и детства. Получено: 10 июля 2013 года.
  2. ^ Мастерс, Дэвид (1982). Немецкий реактивный Genesis . Джейн. п. 142. ISBN  978-0867206227 .
  3. ^ Jump up to: а беременный Wasserzieher, Билл (август 2011 г.). «Я был там: когда DC-8 стал сверхзвуковым» . Air & Space Magazine . Архивировано с оригинала 2014-05-08 . Получено 3 февраля 2017 года .
  4. ^ Lock, RC; Бриджуотер Дж. (1967). «Теория аэродинамического дизайна для самолетов с крыльями на транссонных и сверхзвуковых скоростях» . Прогресс в аэрокосмических науках . 8 : 139–228. doi : 10.1016/0376-0421 (67) 90004-8 . ISSN   0376-0421 .
  5. ^ Хейринг, Эдвард А. младший; Смолка, Джеймс У.; Мюррей, Джеймс Э.; Плоткин, Кеннет Дж. (1 января 2005 г.). «Летная демонстрация низкого избыточного давления звуковых бумов N-Wave и отеццарных волн» . Технические отчеты НАСА . НАСА . Архивировано из оригинала ( PDF ) 13 февраля 2015 года . Получено 12 февраля 2015 года .
  6. ^ Мэй, Майк (2002). "Crackin 'Хорошая математика" . Американский ученый . Архивировано с оригинала 22 января 2016 года.
  7. ^ «Интеллект обороны и безопасности и анализ - IHS Jane's 360» . Janes.com. 25 июля 2000 г. Архивировано с оригинала 6 августа 2010 года . Получено 2015-09-04 .
  8. ^ «Supersonic Jet от Boom Technology с максимальной скоростью 1700 миль в час, готовую к тестируемому полету» . Индийский ястреб | Индийские новости обороны . Получено 2020-07-14 .
  9. ^ Банке, Джим (28 июня 2018 г.). «Экспериментальные суперзвуковые самолеты НАСА, теперь известный как X-59 Quesst» . Пространство ежедневно . Space Media Network . Получено 2018-06-30 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Supersonic_aircraft&oldid=1241980539#Supersonic_fighter/attack_jets"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3e2e861506a18d68db66f080b11a182f__1724479140
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3e/2f/3e2e861506a18d68db66f080b11a182f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Supersonic aircraft - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)