Сверхзвук в бесшумном воплощении?

Чем закончилась карьера Concorde? Нет, не трагедия в Париже 2000 года, хотя и не лишенная значения для общего восприятия знаменитого сооружения. Главной проблемой, сделавшей использование сверхзвуковых аппаратов неоплачиваемым, были ограничения скорости машин над сушей, введенные из-за так называемого звук грома.

Неспособность быстро летать над землей сделала Concorde непривлекательным для авиакомпаний. Однако сверхзвуковые пассажирские перевозки не исчезли полностью с рынка, поскольку все еще существуют компании, предлагающие бизнес-клиентам такие полеты на машинах меньшего размера. Например, компания Gulfstream строит бизнес-джет стоимостью 65 миллионов долларов, который достигает скорости 0,925 Маха, что чуть ниже звукового барьера. Руководители компании считают, что их клиенты готовы платить больше за более быстрый полет. Однако нет никаких сомнений в том, что видение массового сверхзвукового транспорта на долгие годы стало несбыточной мечтой.

Но сама мечта не угасла. Исследователи различных авиационных и аэрокосмических центров с удвоенной энергией стали искать способы заглушить шумные струи. С 70-х годов предпринимались попытки различными способами бороться с сильной ударной волной. Например, с использованием инновационных форм крыла. Были также идеи ионизировать воздух перед самолетом с помощью лазерных лучей. К сожалению, попытки пока оказались безрезультатными. Однако специалисты продолжают считать, что изменение формы самолета на более длинную и стройную конструкцию, плавно рассекающую воздух, — лучший способ смягчить силы ударных волн, более равномерно распределенных, рассеянных в атмосфере, без сильного фронта. и компоненты задней волны.

Длинный клюв

В 2006 и 2007 годах в рамках проекта Тихий СпайкКомпания Gulfstream провела в сотрудничестве с НАСА испытания конструкции этого типа, установленной на самолете Boeing F-15. Выдвижной носовой шпиль, изготовленный из композитов из углеродного волокна, использовался на скоростях, достигающих 1,8 Маха, — он разбивал ударную волну на три более мелкие составляющие.

Эффекты, аналогичные модифицированной носовой части, приводят к сильно изогнутым крыльям, а также к удлинению части крыльев, прикрепленной к фюзеляжу. Общая цель всех этих модификаций — создать синусоидальную ударную волну, которая превратит резкий двойной удар в почти неслышимый мягкий барабанный бой.

Однако не только клюв и хвост нуждаются в дизайнерских изменениях. Также необходимо учитывать сложные системы впускных отверстий и форсунок двигателя.

Американское космическое агентство NASA провело многочисленные расчеты на различных моделях летающих конструкций в своих исследовательских центрах в поисках метода смягчения акустического удара. Она разработала проект под названием QueSST (), который должен быть на 40% тише, чем Concorde.

Форма и интенсивность звуковых волн Конкорда и проекта НАСА

Спуститься с децибелами

В сверхзвуковом самолете ударные волны от носовой части, кабины, воздухозаборников, крыльев и других элементов, когда они проходят через атмосферу, объединяются, образуя сильный взрыв от носовой части и хвоста. Именно это передняя и задняя ударные волны. Когда эти волны достигают кого-то на поверхности Земли, давление быстро увеличивается, затем падает и снова увеличивается. Вот откуда берется классический звук «двойного удара» в сверхзвуковом громе.

Сверхзвуковой шум грома измеряется уровнем принятого децибела (PLdB). Гром Concorde был 105 PLdB, от которого тряслись окна. По мнению исследователей, уровень 75 PLdB может быть приемлемым для полетов над землей. Цель НАСА еще более амбициозна — 70 PLdB или меньше. Это может быть достигнуто в самолетах малого бизнеса, поскольку уровень интенсивности шума пропорционален весу машины.

Конструкции Boeing и Lockheed Martin, финансируемые НАСА, вместимостью от 30 до 80 пассажиров достигли 79 PLdB в аэродинамических трубах. На этом уровне сверхзвуковой удар действительно больше похож на барабанную дробь, чем на громкий хлопок.

Однако для больших пассажирских самолетов добиться этого гораздо сложнее. Так что НАСА стремится снизить в своем случае показатель до 85 PLdB и считает, что к 2020 году можно построить такие модели. Машины со скоростью 1,6-1,8 Маха были бы чуть меньше и медленнее, чем Concorde, но гораздо тише и эффективнее.

Военные также начали работать над аналогичными проектами. Военное агентство США по перспективным проектам (DARPA) запустило еще в 2000 году программу «Бесшумная сверхзвуковая платформа» (). Получился проект под названием, то есть самолет Нортроп F-5 со значительно измененной формой передней части фюзеляжа. В 2003 году было доказано, что ударную волну вокруг этого самолета можно модифицировать, чтобы снизить уровень сверхзвукового грома.

Демонстратор Shaped Sonic Boom Агентство DARPA

Как оказалось, есть еще один способ летать чуть выше скорости звука, не производя при этом слишком много шума. Здесь вы можете воспользоваться явлением, связанным с числом Маха, которое увеличивается по мере увеличения скорости звука с повышением температуры. На практике это означает схлопывание ударной звуковой волны в более теплых слоях атмосферы, ближе к земле. Ниже порога 1,2 Маха ударная волна от самолета, пролетевшего 10,5 км, никогда не достигнет земли, и мы не услышим никакого грома.

Aerion, американская авиационная компания, которая проектирует самолеты обтекаемой формы, препятствующие лобовому сопротивлению, как сверхзвуковые, так и дозвуковые, начала выяснять, как воспользоваться этим явлением, не прибегая к формированию носовой части, фюзеляжа и т. д. Однако, ее представителям еще предстоит убедить кого-то производителя производить самолет по подготовленным проектам.