Новая эра сверхзвуковых путешествий

«Главная задача [стоящая перед конструкторами] сверхзвуковых самолетов — снижение звукового удара. Мы доказали, что наша технология работает», — с гордостью говорит руководитель проекта в JAXA Кэндзи Ёсида (Kenji Yoshida).

 

Когда скорость движения тела превышает скорость звука, воздух впереди сжимается с огромной силой, в результате чего появляется зона с высоким давлением. Это давление превращается в воздушные волны, которые распространяются в разных направлениях. Это и есть ударные волны.

В феврале 2013 года в районе Челябинска упал метеорит. Под влиянием ударных волн во многих зданиях разбились стекла. Во время распространения ударные волны ослабевают и превращаются в звуковые волны. Это сопровождается хлопками, которые напоминают звук во время салюта.

В 1976 году «Конкорд» стал первым сверхзвуковым самолетом, который стал выполнять регулярные международные рейсы. Из Парижа в Нью-Йорк можно было долететь за три часа 45 минут. Японские компании также планировали приобрести такие самолеты. Казалось, что они станут привычным средством передвижения во всем мире.

Тем не менее звуковой удар стал непреодолимым препятствием. В 60-е годы, когда разрабатывался «Конкорд», считалось, что если лететь на большой высоте, то ударные волны серьезно ослабнут, пока дойдут до поверхности Земли. Поэтому никаких контрмер не предпринималось. Тем не менее реальные испытания показали, что полет сопровождается мощными шумами. Было принято решение отказаться от полетов над сушей, например, над Северной Америкой.

Спрос на «Конкорды» был небольшим, поскольку их можно было использовать только над водными просторами. В результате массовое производство стало невозможным, что привело к росту стоимости самолета. В то время массовые перевозки были важнее скорости. Кроме того, «Конкорд» расходовал много топлива, поэтому в 2003 году его перестали использовать.

Что касается ударных волн, то чем сильнее сжимается воздух впереди самолета, тем быстрее они распространяются. В случае с «Конкордом» наибольшее давление создавали его крылья. Заостренный нос создавал слабые ударные волны, а крылья сильные. Ударные волны от крыльев настигали носовые волны, накладывались на них, что выливалось в мощное давление. В результате раздавался сильный хлопок.

 

Что касается задней части, то после прохождения самолета воздух мощно захлопывается за ним, создавая ударные волны. Эти ударные волны также накладываются, создавая усиливающий эффект. В результате раздается двойной хлопок.

Пока самолет летит на сверхзвуковой скорости, возникновение ударных волн неизбежно. JAXA спроектировала самолет, усилив носовые и хвостовые волны и сделав так, чтобы они не накладывались на ударные волны от крыльев и других частей.

Нос самолета выполнен в форме клюва утконоса, в результате чего воздух впереди самолета сжимается с огромной силой, ударные волны от крыльев его не догоняют. В хвостовой части самолета декомпрессия также усилена, чтобы носовые и хвостовые волны гасили друг друга. Поскольку ударные волны, создаваемые разными частями самолета, не накладываются друг на друга, снижается давление в пиковых режимах, что приводит к снижению уровня шума.

В планах JAXA к 2030 году разработать 70-тонный сверхзвуковой самолет, который сможет перевозить 50 пассажиров. Агентство надеется, что в случае с небольшим самолетом ударные волны удастся сократить в четыре раза. Если снизится шумность, сверхзвуковой самолет сможет летать по любому маршруту, а не только над морями. Например, перелет из аэропорта Ханэда до Сингапура будет занимать всего три с половиной часа. Благодаря этому станут возможными однодневные командировки.

Американская «Боинг» и европейская Airbus также ведут разработки сверхзвуковых самолетов. У Японии мало опыта в сфере создания пассажирских самолетов. Сейчас JAXA, стремясь осуществить проект создания сверхзвукового самолета, предоставляет свои технологии зарубежным компаниям.

 

Канэмори Яно (Kanemori Yano)

Фото: flickr.com, ネコビデオ ビジュアル ソリューションズ / 2013 nvs-live.com