Сверхзвуковая авиация

Оригинал взят у в Скорость, как мечта. Скорость, как призвание


Золотыми годами сверхзвуковой авиации можно, пожалуй, считать 1960-е. Именно в то время казалось что вот, ещё чуть-чуть — и эскадрильи сверхзвуковых самолётов станут единственным вариантом воздушного боя, а сверхзвуковые лайнеры прочертят своими следами наш небосвод, связав все крупные города и мировые столицы. Однако, оказалось, что и как в случае с пилотируемым космосом, поход человека к высоким скоростям отнюдь не усеян розами: пассажирская авиация так и застыла на отметке около 800 километров в час, а военные самолёты болтаются в районе звукового барьера, изредка решаясь ненадолго залетать в область низкого сверхзвука, в районе числа Маха 2 или чуть больше.

С чем это связано? Нет, отнюдь не с тем, что «незачем летать быстро» или «это никому не нужно». Скорее, речь тут идёт о том, что в какой-то миг мир начал идти по пути наименьшего сопротивления и посчитал, что научно-технический прогресс — это самобеглая телега, которая и так уже едет под горку, в силу чего толкать её дополнительно — всего лишь ненужная трата лишних сил.



Зададимся простым вопросом — а чем так труден и затратен сверхзвуковой полёт? Начнем с того, что при преодолении самолётом сверхзвукового барьера характер обтекания корпуса летательного аппарата резко меняется: резко возрастает аэродинамическое сопротивление, увеличивается кинетический нагрев конструкции планера, а из-за смещения аэродинамического фокуса обтекаемого тела — происходит утрата устойчивости и управляемости самолёта.

Конечно, для обывателя и неподготовленного читателя все эти термины звучат достаточно блекло и непонятно, но, если резюмировать всё это в виде одной фразы, то получится: «на сверхзвуке лететь сложно». Но, понятное дело, отнюдь не невозможно. При этом, кроме увеличения мощности двигателей, создателям сверхзвуковых самолётов приходится идти на сознательное изменение внешнего облика самолёта — в нём появляются характерные «стремительные» прямые линии, острые углы на носу и на ведущих кромках, что сразу же отличает сверхзвуковой самолёт даже внешне от «гладких» и «прилизанных» форм дозвуковых самолётов.

Нос Ту-144 отклонялся вниз при взлёте и посадке, чтобы обеспечить хотя бы минимальный обзор пилотам.

Кроме того, при оптимизации самолёта под сверхзвуковой полёт у него возникает ещё одна неприятная особенность: он становится мало приспособленным для дозвукового полёта и достаточно неуклюжим в режимах взлёта и посадки, которые ему всё равно приходится осуществлять на достаточно низких скоростях. Те самые острые линии и стремительные формы, столь хорошие на сверхзвуке, пасуют перед низкими скоростями, на которых сверхзвуковым самолётам неизбежно приходится двигаться в начале и в конце своего полёта. А острые носы сверхзвуковых машин ещё и не дают пилотам полного обзора ВПП.



Вот, как пример, носовые части двух нереализованных в серии советских сверхзвуковых самолётов — М-50 ОКБ Мясищева (на дальнем плане)  и Т-4 «объект 100» ОКБ Сухого (вблизи).

Наглядно видны усилия конструкторов: это либо попытка достигнуть компромисса в обводах, как у М-50, либо же сдвижной нос, отклоняющийся книзу, как у Т-4. Интересно, что Т-4 вполне мог стать первым серийным сверхзвуковым самолётом, который бы полностью летел в горизонтальном сверхзвуковом полёте без естественного обзора через фонарь кабины: на сверхзвуке носовой обтекатель полностью закрывал кабину лётчиков и вся навигация осуществлялась лишь по приборам, кроме того на самолёте имелся оптический перископ. Сегодняшний же уровень развития средств навигации и телеметрии вполне позволяет, кстати, отказаться от сложной конструкции сдвижного носового обтекателя сверхзвукового самолёта — его уже вполне можно поднимать и сажать лишь по приборам, а то и вообще без участия пилотов.

Одинаковые условия и задачи порождают схожие конструкции. У англо-французского «Конкорда» нос тоже сдвигался вниз при взлёте и посадке.

Что же не дало СССР создать уже в 1974 году инновационный комплекс противокорабельной борьбы на основе сверхзвукового Т-4, который был настолько передовым, что одних патентов в его конструкции набралось аж целых 600 штук?

Всё дело в том, что у КБ Сухого к середине 1970-х годов не было своих производственных мощностей для проведения расширенных государственных испытаний «объекта 100». Для этого процесса нужен был не опытный, а серийный завод, на роль которого вполне подходило КАПО (Казанский авиационный завод). Однако, как только стало готовиться постановление о подготовке Казанского авиационного завода к сборке установочной партии Т-4, академик Туполев, понимая, что он теряет серийный завод, на котором выпускали «стратегический дефектоносец» Ту-22, вышел с инициативным предложением о создании его модификации Ту-22М, для чего, якобы, надо было лишь незначительно перепрофилировать производство. Хотя, в дальнейшем, Ту-22М был разработан как абсолютно новый самолёт, решение о передаче казанского завода Сухому в своё время принято не было, а Т-4 в итоге оказался в музее в Монино.

Столь большая разница между Ту-22 и Ту-22М — наследие борьбы с Т-4.

Вопрос носового обтекателя —  это не единственный компромисс, на который приходится идти создателям сверхзвуковых самолётов. По многим причинам у них получается и неидеальный сверхзвуковой планер, и посредственный дозвуковой самолёт. Таким образом, часто завоевание авиацией новых рубежей по скорости и высоте связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой компоновки самолётов, но также с изменениями их геометрии в полёте. На первом поколении сверхзвуковых машин такой вариант так и не реализовали, но именно эта идея крыла изменяемой стреловидности в итоге стала практически каноном в 1970-е годы. Такие изменения стреловидности крыла, улучшая характеристики самолёта при больших скоростях, не должны были ухудшать их качеств на малых скоростях, и наоборот.

«Боинг-2707» должен был стать первым пассажирским сверхзвуковым самолётом с изменяемой стреловидностью крыла.

Интересно, что судьбу «Боинга-2707» сгубило отнюдь не его конструктивное несовершенство, а лишь масса политических вопросов. К 1969 году, когда программа разработки «Боинга-2707» была на финишной прямой, 26 авиакомпаний заказали у «Боинга» 122 самолета модели 2707 стоимостью почти в 5 миллиардов долларов. В этот момент программа «Боинга» уже вышла из конструкторской и исследовательской фазы и было начато строительство двух опытных образцов модели 2707. Для завершения их постройки и изготовления тестовых самолётов компании было необходимо привлечь где-то 1-2 млрд. А общая стоимость программы с постройкой 500 самолетов приближалась к 5 млрд. долларов. Требовались государственные кредиты. Принципиально, в другое время, у «Боинга» нашлись бы на это и свои собственные средства, но не такими были 1960-е.

В концу 1960-х годов производственные мощности Boeing были сильно загружены созданием самого большого дозвукового пассажирского самолета в мире — «Боинга-747», на котором мы летаем и до сих пор. В силу этого модель 2707 буквально на несколько лет «не втолпилась» вперёд от «воздушного скотовоза» и оказалась позади его кургузого фюзеляжа.  Витоге всё наличное финансирование и всё оборудование были задействованы на производство 747-го, а 2707 финансировался «Боингом» по остаточному принципу.

Два подхода к пассажирской авиации — «Боинг-747» и «Боинг-2707» на одном рисунке.

Но сложности с созданием 2707 были гораздо более серьёзными, нежели просто техническими вопросы или производственная программа «Боинга». С 1967 года в США ширится экологическое движение против сверхзвукового пассажирского транспорта. Утверждалось, что их полеты уничтожат озоновый слой, а мощный акустический удар, возникающий при сверхзвуковом полете, считался недопустимым для заселенных территорий. Под давлением общественного мнения, а затем и конгресса, президент Никсон создает комиссию из 12 членов для решения вопроса по финансированию программы SST, включавшей и «Боинг-2707». Но вопреки его ожиданиям, комиссия отвергает необходимость создания SST не только по экологическим, но и по экономическим причинам. Для создания первого самолета по их рассчётам было необходимо затратить 3 млрд. долл, что окупилось бы лишь при продаже 300 самолетов. Финансовое же состояние США было ослаблено продолжительной войной во Вьетнаме и расходами на лунную гонку.



Работы над моделью 2707 были прекращены в 1971 году, после чего ещё около года «Боинг» пытался продолжить строительство на собственные средства. Кроме того, частные лица, вплоть до студентов и школьников, тоже пытались поддержать «самолёт американской мечты», на что  было собрано более миллиона долларов. Но и это не спасло программу. В итоге закрытие программы совпало со спадом в аэрокосмической промышленности и с нефтяным кризисом, в результате чего «Боинг» был вынужден сократить в Сиэтле почти 70000 своих служащих, а модель 2707 получила название «самолёта, который съел Сиэтл».

Goodnight, sweet prince. Кабина и часть фюзеляжа «Боинг-2707» в авиационном музее Хиллера.

Что же двигало создателями сверхзвуковых машин? С военными заказчиками ситуация, в целом, понятна. Воякам всегда нужен был самолёт, который бы летел выше и быстрее. Сверхзвуковая скорость полёта позволила не только быстрее достичь территории противника, но и увеличить потолок полёта такого самолёта до высоты в 20-25 километров, что было актуально для разведчиков и бомбардировщиков. При больших скоростях, как мы помним, растёт и подъёмная сила крыла, в силу чего полёт мог проходить в более разреженной атмосфере, и, как следствие, на большей высоте.

В 1960-е годы, до времени появления зенитно-ракетных комплексов, способных поражать цели на больших высотах, основным принципом применения бомбардировщиков был полёт к цели на максимально возможной высоте и скорости. Конечно, нынешние комплексы ПВО закрывают такого рода нишу использования сверхзвуковых самолётов (например, комплекс С-400 может сбивать цели прямо в космосе, на высоте в 185 километров и при их собственной скорости в 4,8 км/с, по сути, являясь комплексом ПРО, а не ПВО). Однако, в действиях против наземных, надводных и воздушных целей — сверхзвуковая скорость вполне востребована и по-прежнему присутствует в перспективных военных планах как для российских, так и для западных самолётов. Просто реализация достаточно сложного сверхзвукового полёта трудно совместима с задачей скрытности и малозаметности, которую пытались привить бомбардировщикам и истребителям на протяжении последних 30 лет, в силу чего выбирать приходится, как говорится, что-то одно — или прятаться, или прорываться.

Однако, есть ли у России сейчас надёжное средство против американских АУГ? Чтобы так, не подбираться к ним на 300 километров для запуска «Ониксов» каким-нибудь малозаметным, но уязвимым судном? У Т-4 была стройная концепция собственного стиля уничтожения авианосной группировки, а есть ли она у России сейчас? Думаю, что нет — как и нет до сих пор гиперзвуковых ракет Х-33 и X-45.

Американский бомбардировщик XB-70 «Валькирия». Именно с ними должен был бороться МиГ-25.

Куда повернёт будущее военного самолётостроения — вопрос открытый.

Я же хочу сказать ещё пару слов о гражданских сверхзвуковых самолётах.

Их эксплуатация позволяла не только значительно сократить время перелёта на дальних рейсах, но и использовать незагруженное воздушное пространство на большой высоте (около 18 км), в то время как основное используемое лайнерами воздушное пространство (высоты 9—12 км) уже даже в 1960е годы было значительно загруженным. Также сверхзвуковые самолёты совершали полёты по спрямлённым маршрутам (вне воздушных трасс и коридоров). И это уже не говоря об элементарном: экономии времени обычных пассажиров, которая составляла около половины времени полёта при, например, перелёте Европа-США.

При этом, повторюсь ещё раз — проект сверхзвуковых самолётов, как военных, так и гражданских, отнюдь не невозможны с практической точки зрения или сколь-либо нереальны с экономической точки зрения.

Мы просто в своё время свернули «не туда» и покатили телегу прогресса не в гору, а по самому лёгкому и приятному пути — вниз и под откос. Даже сегодня проекты сверхзвуковых пассажирских самолётов разрабатываются под тот же самый сегмент, под который сделали и другой инновационный концепт: конвертоплан «Аугуста-Вестланд» AW609. Этот сегмент — сегмент бизнес-перевозок для состоятельных клиентов, когда самолёт везёт не полтысячи пассажиров в скотских условиях, а десяток людей в условиях максимальной эффективности и максимального комфорта. Знакомьтесь, Aerio AS2. Если повезёт — полетит уже в ближайшем будущем, в 2021 году:



Думаю, там уже всё достаточно серьёзно — и партнёрство с «Эйрбасом», и заявленные инвестиции в 3 млрд. долларов вполне позволяют считать проект не «подсадной уткой», а серьёзной заявкой. Короче, «солидный господь — для солидных господ». А не для всяких нищебродов, которые позволили миру в конце ХХ века свернуть на лёгкий и удобный путь.

Впрочем, я уже писал об этом, повторяться не буду. Теперь это уже не более, чем прошлое:



Теперь мы живём в другом мире. В мире без сверхзвуковой авиации для всех. Впрочем, это не самая страшная потеря.