Dokładnie 15 lat temu ostatnie trzy naddźwiękowe samoloty pasażerskie British Airways Concorde odbyły swój pożegnalny lot. Tego dnia, 24 października 2003, samoloty te, lecąc na małej wysokości nad Londynem, wylądowały na Heathrow i tym samym zakończyły krótką historię naddźwiękowego lotnictwa pasażerskiego. Jednak dzisiaj projektanci samolotów na całym świecie znów myślą o możliwości szybkich lotów – z Paryża do Nowego Jorku w 3,5 godziny, z Sydney do Los Angeles – w 6 godzin, z Londynu do Tokio – w 5 godzin. Zanim jednak naddźwiękowe samoloty wrócą na międzynarodowe trasy pasażerskie, deweloperzy będą musieli rozwiązać wiele problemów, wśród których jednym z najważniejszych jest zmniejszenie hałasu szybkich samolotów.

Krótka historia szybkich lotów

Lotnictwo pasażerskie zaczęło nabierać kształtów w latach 1910, kiedy pojawiły się pierwsze samoloty zaprojektowane specjalnie do transportu ludzi w powietrzu. Pierwszą z nich była francuska limuzyna Bleriot XXIV z Bleriot Aeronautique. Był używany do przyjemnych przejażdżek powietrznych. Dwa lata później w Rosji pojawił się S-21 Grand, stworzony na bazie ciężkiego bombowca rosyjskiego Knight Igor Sikorsky. Został zbudowany w Rosyjsko-Bałtyckich Zakładach Przewozowych. Potem lotnictwo zaczęło się gwałtownie rozwijać: najpierw zaczęły się loty między miastami, potem między krajami, a następnie między kontynentami. Samoloty umożliwiły dotarcie do celu szybciej niż pociągiem czy statkiem.

W latach pięćdziesiątych postęp w rozwoju silników odrzutowych znacznie przyspieszył, a loty z prędkością ponaddźwiękową stały się dostępne dla samolotów wojskowych, choć na krótki czas. Prędkość naddźwiękowa jest zwykle nazywana ruchem do pięciu razy szybszym niż prędkość dźwięku, która zmienia się w zależności od ośrodka propagacji i jego temperatury. Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym na poziomie morza dźwięk przemieszcza się z prędkością 331 metrów na sekundę, czyli 1191 kilometrów na godzinę. Wraz ze wzrostem wysokości spada gęstość i temperatura powietrza, maleje również prędkość dźwięku. Na przykład na wysokości 20 tysięcy metrów jest już około 295 metrów na sekundę. Ale już na wysokości około 25 tysięcy metrów i gdy wznosi się na ponad 50 tysięcy metrów, temperatura atmosfery zaczyna stopniowo rosnąć w porównaniu z niższymi warstwami, a wraz z nią wzrasta lokalna prędkość dźwięku.

Wzrost temperatury na tych wysokościach tłumaczy się między innymi wysokim stężeniem ozonu w powietrzu, który tworzy osłonę ozonową i pochłania część energii słonecznej. W efekcie prędkość dźwięku na wysokości 30 000 metrów nad poziomem morza wynosi około 318 metrów na sekundę, a na wysokości 50 000 - prawie 330 metrów na sekundę. W lotnictwie liczba Macha jest szeroko stosowana do pomiaru prędkości lotu. W uproszczeniu wyraża lokalną prędkość dźwięku dla określonej wysokości, gęstości powietrza i temperatury. Tak więc konwencjonalna prędkość lotu równa dwóm liczbom Macha na poziomie morza wyniesie 2383 kilometrów na godzinę, a na wysokości 10 tysięcy metrów - 2157 kilometrów na godzinę. Po raz pierwszy barierę dźwięku z prędkością 1,04 Macha (1066 kilometrów na godzinę) na wysokości 12,2 tys. metrów pokonał amerykański pilot Chuck Yeager w 1947 roku. Był to ważny krok w kierunku rozwoju lotów naddźwiękowych.

W latach pięćdziesiątych projektanci samolotów w kilku krajach na całym świecie rozpoczęli prace nad projektami naddźwiękowych samolotów pasażerskich. W rezultacie w latach 70. pojawiły się francuskie Concorde i sowiecki Tu-144. Były to pierwsze i jak dotąd jedyne naddźwiękowe samoloty pasażerskie na świecie. Oba typy samolotów wykorzystywały konwencjonalne silniki turboodrzutowe zoptymalizowane pod kątem długotrwałego lotu naddźwiękowego. Tu-144 były eksploatowane do 1977 roku. Samoloty latały z prędkością 2,3 tys. kilometrów na godzinę i mogły przewozić do 140 pasażerów. Jednak bilety na ich loty kosztują średnio 2,5-3 razy więcej niż zwykle. Niski popyt na szybkie, ale drogie loty, a także ogólne trudności w obsłudze i utrzymaniu Tu-144 spowodowały, że po prostu usunięto je z lotów pasażerskich. Jednak samolot był przez pewien czas używany w lotach testowych, w tym w ramach kontraktu z NASA.

Concorde służył zauważalnie dłużej - do 2003 roku. Loty na francuskich liniowcach również były drogie i mało popularne, ale Francja i Wielka Brytania nadal je obsługiwały. Koszt jednego biletu na taki lot to, jak na dzisiejsze ceny, około 20 tysięcy dolarów. Francuski Concorde leciał z prędkością nieco ponad dwóch tysięcy kilometrów na godzinę. Samolot mógł pokonać dystans z Paryża do Nowego Jorku w 3,5 godziny. W zależności od konfiguracji Concorde mógł przewozić od 92 do 120 osób.

Historia Concorde zakończyła się niespodziewanie i szybko. W 2000 roku doszło do katastrofy samolotu Concorde, w której zginęło 113 osób. Rok później rozpoczął się kryzys w pasażerskim transporcie lotniczym wywołany atakami terrorystycznymi z 11 września 2001 r. (dwa samoloty z pasażerami porwanymi przez terrorystów zderzyły się z wieżami World Trade Center w Nowym Jorku, kolejny trzeci w budynku Pentagonu w hrabstwie Arlington, a czwarty wpadł na pole w pobliżu Shanksville w Pensylwanii). Wtedy wygasł okres gwarancji na samoloty Concorde, które obsługiwał Airbus. Wszystkie te czynniki razem sprawiły, że eksploatacja naddźwiękowych samolotów pasażerskich była wyjątkowo nieopłacalna, a latem i jesienią 2003 r. Air France i British Airways na zmianę wycofywały wszystkie Concorde z eksploatacji.

Po zamknięciu programu Concorde w 2003 roku wciąż istniała nadzieja na powrót do służby naddźwiękowego lotnictwa pasażerskiego. Projektanci mieli nadzieję na nowe, oszczędne silniki, obliczenia aerodynamiczne i wspomagane komputerowo systemy projektowania, które sprawią, że lot naddźwiękowy będzie opłacalny ekonomicznie. Jednak w 2006 i 2008 roku Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego przyjęła nowe normy hałasu samolotów, które między innymi zakazywały wszelkich lotów naddźwiękowych nad zaludnionym lądem w czasie pokoju. Zakaz ten nie dotyczy korytarzy powietrznych przeznaczonych specjalnie dla lotnictwa wojskowego. Prace nad projektami nowych samolotów naddźwiękowych zwolniły, ale dziś znów nabierają rozpędu.

Cichy naddźwiękowy

Obecnie kilka przedsiębiorstw i organizacji rządowych na świecie opracowuje naddźwiękowe samoloty pasażerskie. W szczególności takie projekty realizują rosyjskie firmy Suchoj i Tupolew, Centralny Instytut Aerohydrodynamiczny im. Żukowskiego, francuski Dassault, Japońska Agencja Badań Kosmicznych, europejski koncern Airbus, amerykański Lockheed Martin i Boeing, a także jako kilka startupów, w tym technologie Aerion i Boom. Ogólnie projektanci są warunkowo podzieleni na dwa obozy. Przedstawiciele pierwszego z nich uważają, że w najbliższym czasie nie będzie możliwe opracowanie „cichego” samolotu naddźwiękowego odpowiadającego pod względem hałasu samolotom poddźwiękowym, co oznacza konieczność zbudowania szybkiego samolotu pasażerskiego, który przestawi się na naddźwiękowy tam, gdzie jest to dozwolone. Takie podejście, jak uważają projektanci z pierwszego obozu, nadal skróci czas przelotu z jednego punktu do drugiego.

Projektanci z obozu drugiego skupili się głównie na walce z falami uderzeniowymi. Podczas lotu z prędkością ponaddźwiękową płatowiec samolotu generuje wiele fal uderzeniowych, z których najistotniejsze występują w dziobie i ogonie. Ponadto fale uderzeniowe pojawiają się zwykle na krawędziach natarcia i spływu skrzydła, na krawędziach natarcia ogona, w miejscach zawirowań opływowych oraz na krawędziach wlotów powietrza. Fala uderzeniowa to obszar, w którym ciśnienie, gęstość i temperatura medium doświadczają gwałtownego i silnego skoku. Obserwatorzy na ziemi odbierają takie fale jako głośny huk, a nawet eksplozję - z tego powodu loty naddźwiękowe nad zaludnioną częścią lądu są zabronione.

Efekt wybuchu lub bardzo głośnego trzasku wywołują fale uderzeniowe tzw. typu N, które powstają podczas wybuchu bomby lub na płatowcu myśliwca naddźwiękowego. Na wykresie wzrostu ciśnienia i gęstości takie fale przypominają literę N Alfabet łaciński z powodu gwałtownego wzrostu ciśnienia na czole fali z gwałtownym spadkiem ciśnienia po nim i późniejszą normalizacją. W eksperymentach laboratoryjnych naukowcy z Japan Aerospace Exploration Agency odkryli, że zmiana kształtu szybowca może wygładzić szczyty na wykresie fali uderzeniowej, zamieniając ją w falę typu S. Taka fala ma łagodny spadek ciśnienia, który nie jest tak znaczący jak fala N. Eksperci NASA uważają, że fale S będą postrzegane przez obserwatorów jako odległe trzaśnięcie drzwiami samochodu.

Fala N (czerwona) przed optymalizacją aerodynamiczną płatowca naddźwiękowego i podobieństwo fali S po optymalizacji

W 2015 roku japońscy projektanci zmontowali bezzałogowy szybowiec D-SEND 2, którego aerodynamiczny kształt został zaprojektowany tak, aby zmniejszyć liczbę i intensywność generowanych na nim fal uderzeniowych. W lipcu 2015 roku deweloperzy przetestowali płatowiec na poligonie rakietowym Esrange w Szwecji i odnotowali znaczne zmniejszenie liczby fal uderzeniowych generowanych na powierzchni nowego płatowca. Podczas testu nie wyposażony w silniki D-SEND 2 został zrzucony z balonu z wysokości 30,5 tys. metrów. Jesienią szybowiec o długości 7,9 metra nabrał prędkości 1,39 Macha i przeleciał obok balonów na uwięzi wyposażonych w mikrofony umieszczone na różnych wysokościach. Jednocześnie badacze mierzyli nie tylko intensywność i liczbę fal uderzeniowych, ale także analizowali wpływ stanu atmosfery na ich wczesne występowanie.

Według japońskiej agencji, boom dźwiękowy z samolotów porównywalnych rozmiarami do naddźwiękowych samolotów pasażerskich Concorde i wykonanych według schematu D-SEND 2, podczas lotu z prędkością ponaddźwiękową, będzie o połowę mniejszy niż wcześniej. Japoński D-SEND 2 różni się od szybowców konwencjonalnych nowoczesnych samolotów nieosiowym układem dziobu. Stępka urządzenia jest przesunięta do dziobu, a usterzenie poziome jest całkowicie skręcone i ma ujemny kąt montażu w stosunku do osi wzdłużnej płatowca, to znaczy końcówki płetw znajdują się poniżej punktu mocowania, a nie powyżej, jak zwykle. Skrzydło płatowca ma normalny skos, ale jest schodkowe: płynnie łączy się z kadłubem, a część jego krawędzi natarcia znajduje się pod ostrym kątem do kadłuba, ale bliżej krawędzi spływu kąt ten gwałtownie wzrasta.

Według podobnego schematu, naddźwiękowy amerykański startup Aerion jest obecnie tworzony i rozwijany przez Lockheed Martin na zlecenie NASA. Kładąc nacisk na zmniejszenie liczby i intensywności fal uderzeniowych, projektowany jest również rosyjski (Supersonic Business Aircraft / Supersonic Passenger Aircraft). Niektóre z projektów szybkich samolotów pasażerskich mają zostać ukończone w pierwszej połowie lat 20., ale przepisy lotnicze nadal nie zostaną zrewidowane do tego czasu. Oznacza to, że nowy samolot będzie początkowo wykonywał loty z prędkością ponaddźwiękową tylko nad wodą. Faktem jest, że aby znieść ograniczenie lotów naddźwiękowych nad zaludnioną częścią terenu, deweloperzy będą musieli przeprowadzić wiele testów i przekazać ich wyniki władzom lotniczym, w tym amerykańskiej Federalnej Administracji Lotnictwa i Europejskiej Agencji Bezpieczeństwa Lotniczego.

S-512/Spike Aerospace

Nowe silniki

Kolejną poważną przeszkodą w stworzeniu masowo produkowanego pasażerskiego samolotu naddźwiękowego są silniki. Współcześni projektanci znaleźli wiele sposobów na uczynienie silników turboodrzutowych bardziej ekonomicznymi niż dziesięć czy dwadzieścia lat temu. Obejmuje to zastosowanie skrzyń biegów, które usuwają sztywne sprzęgło wentylatora i turbiny w silniku, zastosowanie ceramicznych materiałów kompozytowych w celu optymalizacji bilansu temperatur w gorącej strefie elektrowni, a nawet wprowadzenie dodatkowego – trzeciego - obieg powietrza oprócz już istniejących dwóch, wewnętrznego i zewnętrznego. W dziedzinie tworzenia ekonomicznych silników poddźwiękowych projektanci osiągnęli już niesamowite wyniki, a ciągłe nowe prace rozwojowe obiecują znaczne oszczędności. Możesz przeczytać więcej o zaawansowanych badaniach w naszym materiale.

Ale pomimo tych wszystkich zmian nadal trudno nazwać lot naddźwiękowy ekonomicznym. Na przykład obiecujący naddźwiękowy samolot pasażerski start-upu Boom Technologies otrzyma trzy silniki turbowentylatorowe z rodziny JT8D od Pratt & Whitney lub J79 od GE Aviation. W locie rejsowym jednostkowe zużycie paliwa tych silników wynosi około 740 gramów na kilogram siły na godzinę. Jednocześnie silnik J79 można wyposażyć w dopalacz, który zwiększa zużycie paliwa nawet o dwa kilogramy na kilogram siły na godzinę. Taki wydatek jest porównywalny ze zużyciem paliwa przez silniki np. myśliwca Su-27, których zadania znacznie odbiegają od przewozu pasażerów.

Dla porównania, jednostkowe zużycie paliwa jedynych na świecie seryjnych silników turbośmigłowych D-27 zainstalowanych na ukraińskim transporterze An-70 wynosi tylko 140 gramów na kilogram siły na godzinę. Amerykański silnik CFM56, „klasyczny” liniowców Boeinga i Airbusa, zużywa 545 gramów na kilogram siły na godzinę. Oznacza to, że bez gruntownego przeprojektowania silników samolotów odrzutowych loty naddźwiękowe nie staną się na tyle tanie, aby mogły zostać powszechnie przyjęte i będą poszukiwane tylko w lotnictwie biznesowym – wysokie zużycie paliwa prowadzi do wyższych cen biletów. Nie da się też obniżyć wolumenów wysokich kosztów naddźwiękowego transportu lotniczego – projektowane dziś samoloty mają przewozić od 8 do 45 pasażerów. Zwykłe samoloty mogą pomieścić ponad sto osób.

Jednak na początku października tego roku GE Aviation zaprojektowało nowy turbowentylatorowy silnik odrzutowy Affinity. Elektrownie te mają zostać zamontowane na obiecującym naddźwiękowym samolocie pasażerskim AS2 firmy Aerion. Nowa elektrownia konstrukcyjnie łączy w sobie cechy silników odrzutowych o niskim współczynniku bajpasu dla samolotów bojowych oraz elektrownie o wysokim współczynniku bajpasu dla samolotów pasażerskich. Jednocześnie w Affinity nie ma nowych i przełomowych technologii. Nowy silnik GE Aviation jest klasyfikowany jako jednostka napędowa z obejściem średnim.

Podstawą silnika jest zmodyfikowany turbowentylatorowy generator gazu CFM56, który z kolei jest konstrukcyjnie oparty na generatorze gazu z F101, elektrowni dla bombowców naddźwiękowych B-1B Lancer. Elektrownia z pełną odpowiedzialnością otrzyma zmodernizowany elektroniczno-cyfrowy system zarządzania silnikiem. Twórcy nie ujawnili żadnych szczegółów na temat konstrukcji obiecującego silnika. Jednak GE Aviation spodziewa się, że jednostkowe zużycie paliwa przez silniki Affinity nie będzie znacznie wyższe, a nawet porównywalne ze zużyciem paliwa przez nowoczesne silniki turbowentylatorowe w konwencjonalnych poddźwiękowych samolotach pasażerskich. Jak można to osiągnąć w przypadku lotu naddźwiękowego, nie jest jasne.

Technologie wysięgnika / wysięgnika

Projektowanie

Pomimo wielu projektów naddźwiękowych samolotów pasażerskich na świecie (w tym nawet nierealistycznego projektu przekształcenia bombowca strategicznego Tu-160 w pasażerski naddźwiękowy liniowiec, zaproponowanego przez prezydenta Rosji Władimira Putina), AS2 amerykańskiego startupu Aerion, S-512 , można uznać za najbardziej zbliżone do testów w locie i produkcji na małą skalę.Hiszpański Spike Aerospace i amerykański Boom Technologies Boom. Planuje się, że pierwszy poleci z prędkością 1,5 Macha, drugi z prędkością 1,6 Maca, a trzeci z prędkością 2,2 Macha. Samolot X-59, stworzony przez Lockheed Martin na zlecenie NASA, będzie demonstratorem technologii i latającym laboratorium, nie planuje się wprowadzenia go do serii.

Boom Technologies już powiedział, że będzie starał się, aby loty naddźwiękowe były bardzo tanie. Na przykład koszt lotu z Nowego Jorku do Londynu oszacowano w Boom Technologies na pięć tysięcy dolarów. Tyle kosztuje dzisiaj lot na tej trasie w klasie biznes zwykłego poddźwiękowego samolotu pasażerskiego. Liniowiec Boom będzie latał z prędkością poddźwiękową nad zaludnionym lądem i z prędkością naddźwiękową nad oceanem. Samolot o długości 52 metrów i rozpiętości skrzydeł 18 metrów może przewozić do 45 pasażerów. Do końca 2018 roku Boom Technologies planuje wybrać jeden z kilku nowych projektów samolotów do realizacji w metalu. Pierwszy lot samolotu zaplanowano na 2025 rok. Firma przesunęła te terminy; Pierwotnie Boom miał wzbić się w powietrze w 2023 roku.

Według wstępnych obliczeń długość samolotu AS2, przeznaczonego dla 8-12 pasażerów, wyniesie 51,8 metra, a rozpiętość skrzydeł 18,6 metra. Maksymalna masa startowa samolotu naddźwiękowego wyniesie 54,8 tony. AS2 będzie latać nad wodą z prędkością przelotową 1,4-1,6 Macha, zwalniając nad lądem do 1,2 Macha. Nieco mniejsza prędkość lotu nad lądem, w połączeniu ze specjalnym aerodynamicznym kształtem płatowca, zgodnie z oczekiwaniami deweloperów, prawie całkowicie uniknie powstawania fal uderzeniowych. Zasięg lotu samolotu z prędkością 1,4 Macha wyniesie 7,8 tys. km i 10 tys. km z prędkością 0,95 Macha. Pierwszy lot samolotu planowany jest na lato 2023 roku, a na październik tego samego roku – pierwszy lot transatlantycki. Jej twórcy zbiegną się z 20. rocznicą ostatniego lotu Concorde.

Wreszcie, Spike Aerospace planuje rozpocząć testy w locie pełnego prototypu S-512 nie później niż w 2021 roku. Dostawy pierwszych samolotów produkcyjnych do klientów zaplanowano na 2023 rok. Zgodnie z projektem, S-512 będzie mógł przewozić do 22 pasażerów z prędkością do 1,6 Macha. Zasięg lotu tego samolotu wyniesie 11,5 tysiąca kilometrów. Od października ubiegłego roku Spike Aerospace ma kilka mniejszych modeli samolotów naddźwiękowych. Ich celem jest testowanie rozwiązań konstrukcyjnych i skuteczności sterowania lotem. Wszystkie trzy obiecujące samoloty pasażerskie powstają z naciskiem na specjalny aerodynamiczny kształt, który zmniejszy intensywność fal uderzeniowych generowanych podczas lotu naddźwiękowego.

W 2017 roku wielkość pasażerskiego ruchu lotniczego na świecie wyniosła cztery miliardy osób, z czego 650 milionów wykonało loty długodystansowe o długości od 3,7 do 13 tysięcy kilometrów. 72 miliony pasażerów „długodystansowych” latało pierwszą klasą i klasą biznesową. To na te 72 miliony ludzi twórcy naddźwiękowych samolotów pasażerskich celują w pierwszej kolejności, wierząc, że z chęcią trochę zapłacą więcej pieniędzy za możliwość spędzenia w powietrzu około połowy czasu niż zwykle. Jednak po 2025 roku naddźwiękowe lotnictwo pasażerskie będzie się szybko rozwijać. Faktem jest, że loty badawcze laboratorium X-59 rozpoczną się dopiero w 2021 roku i potrwają kilka lat.

Wyniki badań uzyskane podczas lotów X-59, w tym nad osiedlami wolontariuszy (ich mieszkańcy zgodzili się na przelatywanie nad nimi samolotów naddźwiękowych w dni powszednie; po lotach obserwatorzy opowiedzą naukowcom o ich postrzeganiu hałasu) planowane jest przeniesienie do przeglądu US Federal Aviation Administration. Zgodnie z oczekiwaniami, na ich podstawie może zrewidować zakaz lotów naddźwiękowych nad zaludnioną częścią kraju, ale stanie się to dopiero w 2025 roku.

Wasilij Syczew

Pomysł prezydenta Rosji Władimira Putina, zainspirowany lotem nowego „Białego Łabędzia”, stworzenia naddźwiękowego samolotu skłonił do myślenia nie tylko pracowników Kazańskich Zakładów Budowy Lotnictwa, ale i wielu innych obserwatorów. Czy lotniskowiec rakietowy może zainspirować projektantów do tworzenia nowych typów samolotów naddźwiękowych?

Największy i najpotężniejszy samolot naddźwiękowy Tu-160 w historii lotnictwa wojskowego, znany wielu pod pseudonimem „Biały Łabędź”, otrzymał niedawno nowe życie. Po raz pierwszy w długie lata Kazański Zakład Budowy Samolotów zaprezentował publiczności zaktualizowany bombowiec Tu-160M, nazwany na cześć pierwszego naczelnego dowódcy rosyjskich sił powietrznych Piotra Deinekina.

Naczelny Dowódca Sił Zbrojnych FR i prezydent Rosji Władimir Putin osobiście obserwowali pierwszy lot lotniskowca. Głowa państwa była pod ogromnym wrażeniem lotu nowego Białego Łabędzia i wysoko oceniła profesjonalizm pilotów wykonujących manewr, prosząc ich o podziękowanie pilotom jeszcze przed lądowaniem samolotu. W emocjach prezydenta nie było nic dziwnego, skoro w 2005 roku sam Putin pilotował lotniskowiec Tu-160.

Po zakończeniu lotu prezydent zaproponował kazańskim projektantom samolotów stworzenie wersji pasażerskiego naddźwiękowego Lebed dla lotnictwa cywilnego na bazie nowego Tu-160M.

Aby jednak zrozumieć, na ile realistyczna jest realizacja pomysłu Władimira Putina, należy sięgnąć do historii rosyjskiego lotnictwa i przypomnieć sobie, jakie kroki podjęli już projektanci samolotów w tym kierunku.

Tu-144

Jednym z największych sukcesów przemysłowych w historii Rosji było stworzenie samolotu Tu-144. Powstał na długo przed Tu-160 i stał się pierwszym naddźwiękowym samolotem pasażerskim w historii ludzkości. Ponadto Tu-144 jest nadal jednym z dwóch znanych w historii typów naddźwiękowych samolotów pasażerskich.

Samolot powstał na polecenie Rady Ministrów ZSRR, wydane 19 lipca 1963 r. Pierwszemu naddźwiękowemu samolotowi pasażerskiemu postawiono poważne wymagania. Samolot musiał być zdolny do lotu z prędkością przelotową od 2300 do 2700 km/h na dystansie do 4500 kilometrów, przewożąc na pokładzie do 100 pasażerów.

Biuro projektowe Tupolewa stworzyło pierwszy prototyp samolotu w 1965 roku. Trzy lata później samolot po raz pierwszy wzbił się w powietrze, dwa miesiące przed swoim głównym i jedynym konkurentem, słynnym brytyjsko-francuskim Concorde.

Tu-144 posiadał szereg cech konstrukcyjnych, które nawet wyraźnie odróżniały go od innych samolotów. Na skrzydłach nie było klap ani listew: samolot zwolnił z powodu odchylonego nosa kadłuba. Ponadto na samolocie zainstalowano przodka nowoczesnych nawigatorów GPS - system PINO (wskaźnik projekcyjny sytuacji nawigacyjnej), który z taśmy filmowej wyświetlał na ekranie niezbędne współrzędne.

Jednak ze względu na zbyt wysokie koszty eksploatacji i utrzymania samolotu, Związek Radziecki zrezygnował z dalszej produkcji Tu-144. Do czasu zaprzestania produkcji przetrwało tylko 16 samolotów, z których dwa zostały później zniszczone w wyniku niesławnego wypadku podczas międzynarodowych pokazów lotniczych w Le Bourget w 1973 roku oraz w katastrofie nad Jegoriewskiem w 1978 roku. Na ten moment na świecie pozostało tylko osiem zmontowanych samolotów, z których trzy można w pełni odrestaurować i są gotowe do dalszego użytkowania.

SPS-2 i Tu-244

Zdjęcie: Stahlkocher / wikimedia.org

Innym projektem, w stosunku do którego wiązano poważne oczekiwania, był SPS-2, któremu deweloper, Biuro Projektowe Tupolew, nadał później obiecującą nazwę Tu-244.

Pierwsze informacje o pracach nad naddźwiękowym samolotem pasażerskim drugiej generacji pochodzą z około 1971 - 1973 ubiegłego wieku.

Przy opracowywaniu Tu-224 konstruktorzy wzięli pod uwagę zarówno doświadczenie w tworzeniu i eksploatacji jego poprzedników – Tu-144 i Concorde oraz Tu-160, jak i amerykańskie projekty samolotów naddźwiękowych.

Zgodnie z zamysłem twórców SPS-2, nowy samolot miał stracić główną „wizytówkę” swojego poprzednika – przedni kadłub odchylony w dół. Ponadto powierzchnia przeszklenia kokpitu musiała zostać zredukowana do minimum wystarczającego do przeglądu. Do startu i lądowania samolotu zaplanowano użycie optyczno-elektronicznego systemu przeglądu.

Ponadto projektowany samolot musiał wznieść się na wysokość do 20 kilometrów i zmieścić na pokładzie około 300 pasażerów. Aby osiągnąć takie parametry, konieczne było drastyczne zwiększenie jego gabarytów pod każdym względem, co planowano zrobić: przy długości kadłuba prawie 90 metrów i rozpiętości skrzydeł około 50 metrów Tu-244 wyglądałby jak olbrzym na tle. tło wszelkich istniejących analogów.

Ale maksymalna prędkość samolotu, w porównaniu z poprzednikami, praktycznie pozostała taka sama: ograniczenie prędkości SPS-2 nie przekraczało 2500 km / h. Natomiast zaplanowano zwiększenie maksymalnego dystansu lotu do około 9000 kilometrów poprzez zmniejszenie zużycia paliwa.

Jednak produkcja tak naddźwiękowej wagi ciężkiej w rzeczywistości nowoczesny świat okazał się ekonomicznie nieopłacalny. Ze względu na zwiększone wymagania dotyczące standardów środowiskowych, koszt eksploatacji takiego samolotu Tu-244 jest w tej chwili nie do udźwignięcia zarówno dla samego producenta samolotów, jak i dla całej gospodarki kraju.

Tu-344 i Tu-444

Samoloty te zostały opracowane przez Biuro Projektowe Tupolew (później Tupolew JSC, obecnie Tupolew PJSC) w odpowiedzi na rosnące globalne zapotrzebowanie na szybkie i małe samoloty klasy biznes. Były więc różne projekty SBS - naddźwiękowego samolotu biznesowego.

Takie samoloty miały być niewielkie i zdolne do przewożenia około 10 pasażerów. Pierwszy projekt SBS Tupolewa - Tu-344 - planowano wyprodukować jeszcze w latach 90. ubiegłego wieku na bazie wojskowego bombowca naddźwiękowego Tu-22M3. Jednak jego rozwój okazał się porażką na początkowych etapach, ponieważ w przypadku lotów międzynarodowych samolot musiał również spełniać wysokie wymagania w terenie, których nie spełniał już na wczesnych etapach opracowywania projektu. Dlatego od dalsza praca projektant odmówił stworzenia Tu-344.

Prace nad projektem jego następcy – Tu-444 – rozpoczęły się na początku 2000 roku, jego rozwój osiągnął etap pierwszych szkiców. Pomimo rozwiązania problemów w dziedzinie ekologii realizacja projektu wymagała przyciągnięcia dużych inwestycji finansowych, ale Tupolewowi nie udało się znaleźć zainteresowanych inwestorów.

S-21 (SSBJ)

Zdjęcie: Slangcamm / wikimedia.org

Jedynym krajowym projektem stworzenia naddźwiękowego samolotu dla lotnictwa cywilnego, który nie został opracowany przez Biuro Konstrukcyjne Tupolewa, był projekt samolotu C-21, znanego również jako Sukhoi Supersonic Business Jet (SSBJ).

Prace nad tym projektem Biura Projektowego Sukhoi rozpoczęły się w latach 80-tych. Biuro projektowe zrozumiało, że zapotrzebowanie na duże samoloty naddźwiękowe spadło od czasów Concorde'a i Tu-144 i będzie tylko spadać w przyszłości ze względów ekonomicznych. Dlatego projektanci Sukhoi byli jednymi z pierwszych, którzy wpadli na pomysł stworzenia naddźwiękowego samolotu biznesowego przeznaczonego do lotów non-stop między światowymi stolicami.

Ale rozwój S-21 został uniemożliwiony przez upadek ZSRR, z którym ustało państwowe finansowanie projektu.

Po rozpadzie Związku Radzieckiego Suchoj przez wiele lat próbował przyciągnąć do projektu prywatnych inwestorów w Rosji i za granicą. Wielkość napływających inwestycji umożliwiła przeprowadzenie pierwszych testów silników do S-21 w 1993 roku.

Ale według Michaiła Simonowa, który był wówczas szefem Suchoj, aby ukończyć tworzenie i rozpocząć masową produkcję samolotu, potrzebny był kolejny miliard dolarów, ale firma nie mogła znaleźć nowych inwestorów.

Na przestrzeni dziejów człowieka ciągnęło się do pokonania wszelkich możliwych barier. Jednym z nich od dawna jest prędkość dźwięku. W tej chwili istnieje wiele samolotów naddźwiękowych, z których niektóre są aktywnie wykorzystywane przez różne państwa, podczas gdy inne z tego czy innego powodu nie wznoszą się już w przestworza.

W toku prac rozwojowych trwających od wielu dziesięcioleci zaprojektowano nie tylko naddźwiękowe myśliwce wojskowe, ale także cywilne liniowce, które przez pewien czas przewoziły pasażerów.

Rozwój samolotów zdolnych do jej przekroczenia rozpoczął się w połowie ubiegłego wieku. Było to podczas II wojny światowej, kiedy niemieccy naukowcy ciężko pracowali nad stworzeniem naddźwiękowego samolotu, który mógłby odwrócić losy wojny.

Jednak wojna się skończyła, a wielu niemieckich naukowców, którzy pracowali nad tymi odkryciami, zostało schwytanych przez Amerykanów. W dużej mierze dzięki nim Stany Zjednoczone opracowały samolot o napędzie rakietowym – Bell X-1, na którym w 1947 roku Chuck Yeager jako pierwszy na świecie przekroczył prędkość dźwięku.

Rok później Związek Radziecki osiągnął podobny wynik, opracowując LA-176, który najpierw dogonił prędkość dźwięku na wysokości 9000 metrów, a miesiąc później, otrzymawszy ulepszone silniki, przekroczył ją o wysokość 7000 metrów.

Niestety projekt został zamknięty z powodu tragicznej śmierci O.V. Sokołowski, jeden z pilotów tego samolotu. Co więcej, postęp w projektowaniu samolotów naddźwiękowych został spowolniony ze względu na pewne przeszkody fizyczne: skraplanie powietrza przy zbyt dużej prędkości, zmiany aerodynamiki i usprawnienie. Poważną przeszkodą było przegrzewanie się samolotu przełamującego barierę dźwięku. Zjawisko to nazywa się trzepotaniem.

Przez następne kilka lat projektanci pracowali nad usprawnieniami, aerodynamiką, materiałami kadłuba i innymi ulepszeniami.

Lotnictwo wojskowe w latach 50. XX wieku

Na początku tej dekady USA i ZSRR, rywalizując we wszystkich dziedzinach, opracowały F-100 Super Sabre i MiG-19. Początkowo amerykański F-100 wyprzedził radzieckie MiG-i, osiągając w 1953 r. prędkość 1215 km/h, ale rok później radziecki MiG był w stanie go wyprzedzić, przyspieszając do 1450 km/h.

Pomimo braku otwartych starć militarnych między USA a ZSRR, w lokalnych konfliktach wojny wietnamskiej i koreańskiej stwierdzono, że sowiecki MiG pod wieloma względami przewyższał swojego amerykańskiego konkurenta.

MiG-19 był lżejszy, szybciej wzbijał się w powietrze, przewyższał konkurenta dynamiką, a promień jego użycia bojowego był o 200 kilometrów większy niż F-100.

Takie okoliczności spowodowały wzrost zainteresowania Amerykanów sowieckimi wydarzeniami, a po zakończeniu wojny koreańskiej oficer No Geum Sok porwał MiG-19 z sowieckiej bazy lotniczej, dostarczając go Stanom Zjednoczonym, za co otrzymał nagroda w wysokości 100 000 $.

Cywilne lotnictwo naddźwiękowe

Postęp techniczny uzyskany w latach wojny dał impuls do szybkiego rozwoju lotnictwa w latach 60-tych. Główne problemy spowodowane przełamaniem bariery dźwięku zostały rozwiązane, a konstruktorzy mogli przystąpić do projektowania pierwszego cywilnego samolotu naddźwiękowego.

Lot pierwszego naddźwiękowego samolotu przeznaczonego do przewozu pasażerów odbył się w 1961 roku. Ten samolot to Douglas DC-8, pilotowany bez pasażerów, z balastem umieszczonym na pokładzie, aby symulować ich wagę do testów w warunkach jak najbardziej zbliżonych do rzeczywistych. W momencie schodzenia z wysokości 15877 opracowano prędkość 1262 km/h.

Również prędkość dźwięku została nieplanowo pokonana przez Boeinga 747, gdy samolot lecący z Taipei do Los Angeles, w wyniku awarii i niekompetencji załogi, wszedł w niekontrolowane nurkowanie. Nurkując z wysokości 125 000 metrów na 2900 metrów, samolot przekroczył prędkość dźwięku, jednocześnie uszkadzając część ogonową i powodując poważne obrażenia dwóm pasażerom. Incydent miał miejsce w 1985 roku.

W sumie zbudowano dwa samoloty, które w normalnych lotach mogły naprawdę przekroczyć prędkość dźwięku. Były to radziecki Tu-144 i Anglo-Francus Aérospatiale-BAC Concorde. Poza tymi samolotami żaden inny samolot pasażerski nie był w stanie utrzymać naddźwiękowej prędkości przelotowej.

Tu-144 i Concorde

Tu-144 jest słusznie uważany za pierwszy naddźwiękowy samolot pasażerski w historii, ponieważ został zbudowany przed Concorde. Te wkładki wyróżniały się nie tylko doskonałymi specyfikacje ale też pełen wdzięku wygląd zewnętrzny- wielu uważa je za najpiękniejsze samoloty w historii lotnictwa.

Niestety, Tu-144 był nie tylko pierwszym naddźwiękowym samolotem pasażerskim, który wzbił się w przestworza, ale także pierwszym samolotem pasażerskim tego typu, który się rozbił. W 1973 roku podczas katastrofy w Le Bourget zginęło 14 osób, co było pierwszym impulsem do zaprzestania lotów na tej maszynie.

Druga katastrofa Tu-144 miała miejsce w rejonie Moskwy w 1978 r. - na samolocie wybuchł pożar, w wyniku którego lądowanie dwóch członków załogi okazało się fatalne.

Podczas oględzin ustalono, że przyczyną pożaru była usterka układu paliwowego nowego silnika, który był wówczas testowany, ale poza tym samolot wykazał doskonałe osiągi, gdyż mógł w razie wypadku wylądować ognia. Mimo to, komercyjne szyny na nim zostały przerwane.

Concorde służył europejskiemu lotnictwu znacznie dłużej - loty na nim trwały od 1976 do 2003 roku. Jednak w 2000 roku ten liniowiec również się rozbił. Podczas startu w Charles de Gaulle samolot zapalił się i spadł na ziemię, zabijając 113 osób.

W całej historii lotów Concorde nigdy nie zaczął się opłacać, a po katastrofie przepływ pasażerów zmniejszył się tak bardzo, że projekt stał się jeszcze bardziej nieopłacalny, a trzy lata później loty tym naddźwiękowym samolotem ustały.

Specyfikacje Tu-144

Wiele osób zastanawia się, jaka była prędkość naddźwiękowego samolotu? Zastanów się nad parametrami technicznymi samolotu, który od dawna jest dumą lotnictwa krajowego:

• Załoga - 4 osoby;
• Pojemność - 150 osób;
• Stosunek długości do wysokości wynosi 67/12,5 metra;
• Maksymalna waga - 180 ton;
• Ciąg z dopalaczem - 17500 kg/s;
• Prędkość przelotowa -2200 km/h;
• Maksymalna wysokość lotu to 18000 metrów;
• Zasięg lotu - 6500 kilometrów.