На «тихом» сверхзвуке

«Этот аппарат сможет преодолевать звуковой барьер, практически не издавая шума. Уровень шума на земле, как ожидается, не превысит шестидесяти децибел. Это сравнимо разве что с хлопком автомобильной дверью за несколько домов по улице от вас», — заявил глава отдела прорывных проектов Lockheed Martin Чарльз Чейз.

Разработка этого самолета началась всего два года назад в рамках проекта Quite Supersonic Transport (QueSST). Его цель — отработка всех имеющихся технологий для создания малошумного пассажирского авиалайнера нового поколения (Low Boom Flight Demonstration), более известного как X-Plane. Такой летательный аппарат должен преодолевать скорость звука без сопутствующего звукового удара, его появление на рынке ожидается уже в конце следующего десятилетия.

Незагруженный эшелон

Еще недавно казалось, что эра сверхзвуковой гражданской авиации навсегда ушла в прошлое. Первый в мире сверхзвуковой пассажирский авиалайнер — советский Ту-144 — впервые поднялся в воздух еще в 1968 году, но уже через десять лет был поставлен на прикол. А англо-французский Concorde, совершивший свой первый полет в 1969 году, вывели из эксплуатации в 2003-м. И, в общем, понятно почему.

Эти лайнеры, оснащенные четырьмя двигателями каждый, потребляли слишком много топлива — в четыре-пять раз больше обычных реактивных самолетов. Но главное, они издавали непомерный шум на сверхзвуковой скорости, из-за чего их эксплуатация на таком режиме полета разрешалась исключительно над незаселенными территориями. Например, лайнеры Concorde, летавшие из Парижа и Лондона в Нью-Йорк, переходили на сверхзвук только над Атлантическим океаном. А вот над городами и поселками это делать строжайше запрещалось.

Дело в том, что если бы такой самолет пролетел над какой-нибудь деревней на высоте одного километра со сверхзвуковой скоростью, то во всех строениях на земле ударной волной выбило бы все стекла вместе с рамами. Тем не менее сверхзвуковые лайнеры обладали и неоспоримыми преимуществами. И дело тут не только в высокой скорости полета. Скажем, перелет из Лондона в Нью-Йорк занимал всего три часа двадцать минут против восьми часов обычным реактивным самолетом. Не менее важно и то, что сверхзвуковые самолеты использовали незагруженные эшелоны и не создавали трудностей в воздушном движении. Они летали на больших высотах — порядка 18 километров, тогда как обычные самолеты, как правило, занимают воздушные коридоры в диапазоне от 9 до 11 километров, где из-за большого количества рейсов иногда даже возникают пробки.

Но несмотря на то, что Concorde уже почти пятнадцать лет стоит на земле, идея создания нового экономичного самолета, способного развивать сверхзвуковую скорость, не покидала конструкторские умы ведущих авиастроительных корпораций. Правда, сделать такой лайнер до последнего времени никто из них не решался. Вот что говорил по этому поводу полтора десятилетия назад тогдашний глава Boeing Фил Кондит: «Мы много раз изучали этот вопрос, но на финальной стадии реализации программы сверхзвукового лайнера стало ясно, что бизнеса здесь не получится. Это не техническая проблема. Самолет сделать можно, но прибыли он не принесет».

Даже менее скоростной лайнер Sonic Cruiser, который должен был развивать околозвуковую скорость (порядка 1000 километров в час) Boeing хоть и разработал, но в производство запускать не стал. Но то, что не смог сделать Boeing, сейчас сделает его вечный конкурент — Lockheed Martin.

Перевернутый самолет

Уже известно, что прототип нового сверхзвукового самолета этой корпорации будет иметь длину всего около 29 метров и оснащаться только одним двигателем. Но самая важная инновация состоит в применении нетрадиционной аэродинамической схемы, благодаря которой этот лайнер внешне очень напоминает перевернутый самолет.

Именно такая конструкция, как выясняется, оказалась наиболее удачной. По словам Чарльза Чейза, чтобы снизить интенсивность звукового удара, конструкторы его компании решили существенно удлинить фюзеляж, сгладив при этом все перепады между выступающими элементами. Это позволило убрать львиную долю турбулентных потоков, которые образуются на поверхности сверхзвукового самолета, сконструированного по традиционной схеме.

Чтобы снизить интенсивность звукового удара, конструкторы решили существенно удлинить фюзеляж, сгладив при этом все перепады между выступающими элементами

Фотография: NASA

Заметим, что на такие потоки приходится до половины аэродинамического сопротивления на сверхзвуковом режиме полета. А если их почти нет, то не будет и сильной ударной волны. Но это еще не все. Новый самолет получил переднее горизонтальное оперение и дополнительные крылья на хвостовом горизонтальном киле. Именно эти элементы планера будут рассеивать те небольшие ударные волны, что образуются от носовой части фюзеляжа самолета и фонаря кабины пилотов. Наконец, еще одно новшество лайнера проекта QueSST — специальные накладки на некоторые элементы планера, разработанные специалистами NASA. Эти накладки, получившие название DRE (distributed roughness element) являются не чем иным, как элементами распределенных поверхностей. Они будут устанавливаться на поверхность передней кромки крыльев, что позволит задержать переход ламинарного потока в турбулентный. Это еще больше повысит аэродинамические качества нового лайнера и снизит силу ударной волны.

Единственный недостаток всей конструкции QueSST заключается в том, что из-за слишком длинного носа самолета видимость для летчиков будет сильно ограничена. Впрочем, в Lockheed Martin надеются, что это неудобство с лихвой компенсирует носовая телевизионная камера высокой четкости, с помощью которой пилоты смогут визуально ориентироваться при взлете, посадке и маневрировании по взлетно-посадочной полосе и рулежным дорожкам.

Уменьшенный прототип нового лайнера на днях успешно прошел испытания в аэродинамической трубе исследовательского центра NASA в Кливленде. А значит, ничто не мешает Lockheed Martin приступить к созданию полноценного демонстратора. Ожидается, что он будет сконструирован в 2019 году, а еще через два года совершит свой первый полет. И если все пройдет удачно, то к концу следующего десятилетия давняя мечта авиаторов о дешевом и тихом сверхзвуковом авиалайнере вполне может стать реальностью.