Små obemannade flygfarkoster blir mer utbredda för varje år - de används vid inspelning av tv-program och musikvideor, för att patrullera territorier eller bara för skojs skull. Att flyga drönare kräver inget särskilt tillstånd, och deras kostnad minskar hela tiden. Som ett resultat beslutade flygmyndigheter i vissa länder att undersöka om dessa enheter utgör en fara för passagerarflygplan. Resultaten av de första studierna var motsägelsefulla, men i allmänhet kom tillsynsmyndigheter till slutsatsen att flygningar av privata drönare borde fås under kontroll.
I juli 2015, planet Lufthansa flygbolag, som landade på flygplatsen i Warszawa, nästan kolliderade med en multikopter och flög på ett avstånd av mindre än hundra meter från den. I april 2016, piloter passagerarplan företag British Airways, som landade på Londons flygplats, rapporterade till flygledare att den hade kolliderat med en drönare under landningen. Senare kom dock utredningen fram till att det inte fanns någon drönare, och det som piloterna tog för det var med största sannolikhet ett vanligt paket som lyfts av vinden från marken. Men redan i juli 2017, på den brittiska flygplatsen Gatwick, kolliderade ett plan nästan med en drönare, varefter flygledare tvingades stänga en landningsbana för landning och dirigera om fem flygningar till reserverade remsor.
Enligt den brittiska forskningsorganisationen UK Airprox Board var det 2016 i Storbritannien 71 fall av farliga möten mellan passagerarflygplan och drönare. En farlig närhet inom luftfart anses vara inflygning av ett flygplan med ett annat flygplan på ett avstånd av mindre än 150 meter. Sedan början av detta år har redan 64 fall av drönare som närmar sig flygplan i Storbritannien registrerats.I USA registrerade flygmyndigheter förra året knappt 200 fall av farlig närhet. Samtidigt har flygmyndigheterna fortfarande en dålig uppfattning om exakt hur farliga små drönare kan vara för passagerarflygplan. Vissa experter antog tidigare att en kollision med en drönare för ett passagerarflygplan inte skulle vara farligare än en vanlig fågelangrepp.
Enligt den specialiserade publikationen Aviation Week & Space Technology, sedan 1998, har 219 människor dött över hela världen på grund av kollisioner i luften mellan passagerarflyg och fåglar, med en betydande andel av dem som flyger i små privata flygplan. Men varje år spenderar flygbolag runt om i världen totalt 625–650 miljoner dollar för att reparera skador på passagerarflygplan på grund av fågelangrepp. Förresten, generellt passagerarfartyg anses vara resistenta mot direkta träffar från fåglar. Vid utveckling och testning av nya flygplan utförs till och med speciella kontroller - flygplanet beskjuts med kadaver av olika fåglar (änder, gäss, kycklingar) för att bestämma dess motståndskraft mot sådana skador. Det är i allmänhet obligatoriskt att kontrollera motorer för att se om fåglar kastas in i dem.
I mitten av mars förra året meddelade forskare från amerikanska George Mason University att drönarhotet mot flyget är kraftigt överdrivet. De studerade fågelangreppsstatistik från 1990 till 2014, inklusive incidenter som ledde till dödsfall. Som ett resultat kom forskare till slutsatsen att den verkliga sannolikheten för en farlig kollision mellan en drönare och ett flygplan inte är så hög: bara ett fall på 187 miljoner år skulle sluta i en storskalig katastrof.
För att försöka avgöra om drönare faktiskt utgör ett hot mot passagerarflygplan, beställde luftfartsmyndigheter i EU och Storbritannien två oberoende studier 2016. Ingenjörerna som genomför dessa studier skjuter olika drönardesigner eller drönardelar på olika delar av flygplanet för att producera verkliga skador som passagerarflygplan kan drabbas av vid en kollision. Parallellt utförs matematisk modellering av sådana kollisioner. Forskningen genomförs i flera steg, varav de första redan är genomförda och resultaten presenteras för kunderna. Det förväntas att efter att arbetet är helt slutfört kommer flygmyndigheterna att ta fram nya regler för registrering och drift av drönare av privatpersoner.
En drönare kraschar in i vindrutan på ett passagerarplan under test i Storbritannien.
Idag kl olika länder Det finns inga enhetliga regler för drönarflyg. I Storbritannien finns det alltså inget krav på att registrera och licensiera drönare som väger mindre än 20 kilo. Dessutom måste dessa enheter flyga inom operatörens synfält. Privata drönare med kameror får inte flyga inom 50 meter från människor, byggnader eller bilar. I Italien finns det praktiskt taget inga särskilda regler för drönare, förutom en sak - drönare kan inte flygas runt stora skaror av människor. Och i Irland, till exempel, måste alla drönare som väger mer än ett kilo vara registrerade hos kontoret civil luftfart länder. Förresten, i Europeiska unionen är Irland ett av de ivriga anhängarna av skärpta regler för användning av drönare.
Samtidigt, medan Europa planerar att dra åt skruvarna, i USA, tvärtom, avser de att göra drönarflygningar mer fria. Så, tidigare i år, kom US Federal Aviation Administration till slutsatsen att lättviktsquadcoptrar för konsumenter inte utgör ett stort hot mot flygplan, även om deras flygningar nära flygplatser är oacceptabla. I februari fick amerikanska företag 3DR, Autodesk och Atkins redan tillstånd att kontrollera drönarflygningar på världens mest trafikerade flygplats - Internationell flygplats Hartsfield-Jackson Atlanta, som årligen hanterar cirka hundra miljoner passagerare. Här användes quadcoptrar för att skapa 3D-kartor över en flygplats i hög upplösning. De genomförde flygningar i operatörens direkta synfält och under kontroll av flygledare.
Resultaten av studien publicerades först i oktober förra året av en arbetsgrupp inom Europeiska byrån för flygsäkerhet. Dessa forskare drog slutsatsen att amatördrönare inte utgör ett allvarligt hot mot passagerarflygplan. Under sitt arbete fokuserade arbetsgruppsdeltagarna på att studera konsekvenserna av luftkollisioner mellan passagerarflygplan och drönare som väger upp till 25 kilo. För studien delades drönare in i fyra kategorier: stora (som väger mer än 3,5 kg), medium (upp till 1,5 kg), små (upp till 0,5 kg) och "ofarliga" (upp till 250 gram). För varje kategori bestämde experter graden av fara, som bedömdes på en femgradig skala: 1-2 - hög, 3-5 - låg. Enheter som fick fyra till fem poäng ansågs vara säkra.
För att fastställa graden av fara använde forskarna data om flygplans flyghöjder per kategori, tog hänsyn till sannolikheten för att de skulle uppträda i samma luftrum som flygplan, samt resultaten av dator- och fullskaliga tester av kollisioner mellan drönare och flygplan. Dessutom bedömdes den individuella farograden för varje obemannat fordon med hjälp av fyra punkter: skador på skrovet, hot mot passagerarnas liv, hot mot besättningens liv, hot om störningar i flygplanen. För att förenkla bedömningen genomförde forskarna beräkningar för flygplan som flyger med en hastighet av 340 knop (630 kilometer i timmen) på en höjd av tre tusen meter eller mer och med en hastighet av 250 knop på lägre höjd.
Baserat på resultaten av alla beräkningar kom deltagarna i den europeiska arbetsgruppen till slutsatsen att små drönare på en höjd av upp till tre tusen meter utgör praktiskt taget inget hot mot passagerarflygplan. Faktum är att sådana enheter stiger till höga höjder, där de kan kollidera med ett flygplan, extremt sällan. Dessutom har de väldigt liten massa. Medelstora drönare, enligt experter, utgör inte ett allvarligt hot mot flygplan. Endast om enheten väger 1,5 kg (detta är massan mest av amatördrönare) kolliderar med ett flygplan på en höjd av mer än tre tusen meter, kan det hota flygsäkerheten. Stora flygplan anses vara farliga för passagerarflygplan på alla flyghöjder.
Baserat på resultaten av fullskaliga tester visade det sig att vid en kollision med drönare kan vindrutor på flygplan, noskoner, framkanter på vingen och motorer få de största skadorna. Generellt sett kan skador från drönare som väger upp till 1,5 kilogram vara jämförbara med skador från fåglar, som flygplan regelbundet kolliderar med i luften. Nu förbereder europeiska experter sig för en utökad studie. Den här gången kommer skadorna som drönare kan orsaka på passagerarflygplansmotorer att studeras och sannolikheten för att batterier kommer in i tekniska hål kommer att bedömas.
Förresten, tidigare forskare från Virginia Tech University genomförde datorsimuleringar av situationer där olika drönare faller in i en flygplansmotor igång. Forskarna kom fram till att enheter som väger mer än 3,6 kilo utgör en allvarlig fara för motorer. Väl i motorn kommer de att förstöra fläktbladen och kollapsa sig själva. Då kommer fragment av fläktbladen och drönaren att falla in i den externa luftkretsen, varifrån de kommer att kastas ut, såväl som in i den interna kretsen - kompressorn, förbränningskammaren och turbinområdet. Hastigheten på skräp inuti motorn kan nå 1 150 kilometer i timmen. Om en drönare som väger 3,6 kg kolliderar under start kommer motorn alltså att sluta fungera helt på mindre än en sekund.
Samtidigt sammanfattades resultaten av den brittiska studien i mitten av detta år – i juli lämnade företaget som utförde arbetet, QinetiQ, en rapport till UK National Air Traffic Control Service. Studien, utförd av ett brittiskt företag, använde en specialdesignad luftpistol som avfyrade drönare och drönardelar med förutbestämda hastigheter mot fronterna på avvecklade plan och helikoptrar. Quadcoptrar som vägde 0,4, 1,2 och 4 kilogram samt drönare av flygplanstyp som vägde upp till 3,5 kilo användes för skjutning. Baserat på resultatet av skjutningen kom experter fram till att eventuella drönare är farliga för lätta flygplan och helikoptrar som inte har ett särskilt certifikat för skydd mot fågelangrepp.
Fågeltåliga passagerarflygplan kan drabbas av allvarliga skador från drönare när de flyger i marschhastigheter, som sträcker sig från 700 till 890 kilometer i timmen. Forskarna ansåg allvarlig skada vara förstörelse av vindrutor i en kollision med tunga delar av drönare – metalldelar av kroppen, kamera och batteri. Dessa delar, som bryter igenom vindrutan, kan flyga in i cockpiten, skada kontrollpaneler och skada piloter. Enheter som vägde från två till fyra kilo ansågs farliga för flygplan. Det bör noteras att passagerarflygplan utvecklar marschfart redan kl hög höjd(vanligtvis cirka tio tusen meter), som amatördrönare helt enkelt inte kan klättra på.
Enligt QinetiQ kan drönare som väger fyra kilo vara farliga för passagerarflygplan vid låga flyghastigheter, som vid landning. Samtidigt beror hur allvarliga skadorna på flygplanet är till stor del på drönarens design. Under tester visade det sig alltså att drönare med en kamera monterad på en kardan under kroppen har liten chans att bryta sig igenom vindrutan på ett passagerarflygplan. Faktum är att vid en kollision träffar kameran på kardanen först glaset och sedan drönarkroppen. I det här fallet kommer kameran och dess fjädring att spela rollen som en slags stötdämpare som tar på sig en del av stötenergin. Brittiska flygmyndigheter, som driver på för en kraftig skärpning av bestämmelserna om drönarflyg, förväntas beställa ytterligare forskning.
Vissa kommersiellt tillverkade drönare har redan idag en geofencing-funktion. Detta innebär att enheten ständigt uppdaterar en databas över zoner som är stängda för drönarflyg. Drönaren kommer helt enkelt inte att lyfta i ett sådant område. Men förutom seriella enheter finns det även hemmagjorda drönare som kan flyga in i luftrum flygplatser. Och det finns ganska många av dem. I allmänhet har hittills inte ett enda fall av en kollision mellan ett flygplan och en drönare registrerats, men detta är bara en tidsfråga. Och även om små drönare inte utgör ett allvarligt hot mot passagerarflygplan kan de ändå ha en negativ inverkan på flyget, vilket ökar de redan avsevärda kostnaderna för företag att reparera flygplan.
Vasilij Sychev
Videon gjordes med Schlieren-metoden för att studera stötvågor.
NASA har publicerat videofilmer av ett T-38 Talon träningsflygplan som flyger i överljudshastighet mot solens bakgrund. Den gjordes med schlieren-metoden för att studera stötvågor som genereras vid kanterna på ett flygplan. Bilder och videor av stötvågor behövs av NASA-specialister för forskning som utförs som en del av projektet för att utveckla ett "tyst" överljudsflygplan.
Schlierenmetoden är ett av de viktigaste sätten att studera luftflöden när man designar och testar nya flygplan.
Denna metod för fotografering gör att man kan detektera optiska inhomogeniteter i transparenta brytningsmedier. Schlieren-fotografering använder speciella objektiv med en avstängd bländare.
I sådana kameror passerar direkta strålar genom linsen och koncentreras till skärmembranet, som också kallas en Foucault-kniv. I det här fallet fokuseras inte det reflekterade och spridda ljuset från linsen på kniven och faller på kameramatrisen. Tack vare detta förloras inte det försvagade ljuset som sprids och reflekteras av brytningar i luften i direkta strålar.
Chockvågor är tydligt synliga i den publicerade videon. De representerar områden där trycket och temperaturen i omgivningen upplever ett skarpt och starkt hopp. Chockvågor uppfattas av en observatör på marken som en explosion eller som en mycket hög smäll, beroende på avståndet från överljudsobjektet.
Ljudet av en explosion från stötvågor kallas en ljudboom, och det är detta som är ett av de största hindren i utvecklingen av överljud passagerarflyg. För närvarande förbjuder luftfartsbestämmelser överljudsflyg med flygplan över befolkade landområden.
Luftfartsmyndigheter får tillåta överljudsflyg över befolkat land så länge som den upplevda bullernivån från passagerarflygplan inte överstiger 75 decibel. Att göra tillvaron civil överljudsflyg möjligt letar utvecklare idag efter olika tekniska sätt att göra nya flygplan "tysta".
När man flyger i överljudshastigheter genererar ett flygplan många chockvågor. De förekommer vanligtvis i spetsen av noskonen, på vingens främre och bakre kanter, på svansens framkanter, i virvelområdena och på kanterna av luftintagen.
Ett sätt att minska upplevda bullernivåer är att ändra flygplanets aerodynamiska design.
Speciellt tror man att omformningen av vissa delar av flygkroppen kommer att göra det möjligt att undvika kraftiga tryckstegringar på framsidan av stötvågen och kraftiga tryckfall i den bakre delen med efterföljande normalisering.
En stötvåg med skarpa hopp kallas en N-våg, eftersom den på grafen liknar just denna bokstav i det latinska alfabetet. Det är dessa chockvågor som uppfattas som en explosion. Den nya aerodynamiska designen av flygplanet kommer att behöva generera S-vågor med ett tryckfall som är jämnt och inte lika signifikant som N-vågen. S-vågor förväntas uppfattas som en mjuk pulsering.
Det amerikanska företaget Lockheed Martin utvecklar en teknikdemonstrator för ett "tyst" överljudsflygplan som en del av QueSST-projektet. Arbetet utförs på order av NASA. I juni i år slutfördes den preliminära designen av flygplanet.
Den första flygningen av demonstratorn är planerad att äga rum 2021. Det "tysta" överljudsflygplanet kommer att vara enmotorigt. Dess längd blir 28,7 meter. Han kommer att få ett segelflygplan, vars flygkropp och vinge liknar ett omvänt flygplan. QueSST kommer att ha en konventionell vertikal fena och horisontella roder för låghastighetsmanövrering.
En liten T-formad svans kommer att installeras på toppen av fenan, som kommer att "bryta" stötvågor från näsan och baldakinen. Flygplanets nos kommer att förlängas avsevärt för att minska luftmotståndet och minska antalet förändringar i flygplanet där stötvågor kan bildas under överljudsflygning.
QueSST-tekniken innebär utveckling av en sådan aerodynamisk flygplansstruktur, vid vars kanter det minsta möjliga antalet stötvågor skulle bildas. Samtidigt borde de vågor som fortfarande kommer att bildas vara mycket mindre intensiva.
Passerade ljudvallen :-)...
Innan vi börjar prata om ämnet, låt oss få lite klarhet i frågan om begreppens riktighet (vad jag gillar :-)). Nuförtiden är två termer i ganska omfattande användning: ljudbarriär Och överljudsbarriär. De låter lika, men ändå inte lika. Det är dock ingen idé att vara särskilt strikt: i grund och botten är de en och samma sak. Definitionen av ljudbarriär används oftast av personer som är mer kunniga och närmare flyget. Och den andra definitionen är vanligtvis alla andra.
Jag tror att ur fysikens synvinkel (och det ryska språket :-)) är det mer korrekt att säga ljudbarriären. Det finns enkel logik här. Det finns trots allt ett begrepp om ljudets hastighet, men strängt taget finns det inget fast begrepp om överljudshastighet. Ser jag lite framåt kommer jag att säga att när ett flygplan flyger i överljudshastighet har det redan passerat denna barriär, och när det passerar (övervinner) det passerar det sedan ett visst tröskelhastighetsvärde som är lika med ljudets hastighet (och inte överljuds).
Något sådant:-). Dessutom används det första konceptet mycket mindre frekvent än det andra. Detta beror tydligen på att ordet överljud låter mer exotiskt och attraktivt. Och i överljudsflykt är det exotiska verkligen närvarande och lockar naturligtvis många. Men inte alla människor som njuter av orden " överljudsbarriär"De förstår faktiskt vad det är. Jag har redan varit övertygad om detta mer än en gång, tittat på forum, läst artiklar, till och med tittat på TV.
Denna fråga är faktiskt ganska komplex ur fysiksynpunkt. Men vi kommer naturligtvis inte att bry oss om komplexitet. Vi försöker bara, som vanligt, att klargöra situationen med hjälp av principen att "förklara aerodynamik på fingrarna" :-).
Så, till barriären (ljud :-))!... Ett flygplan under flygning, som verkar på ett sådant elastiskt medium som luft, blir en kraftfull källa för ljudvågor. Jag tror att alla vet vad ljudvågor i luft är :-).
Ljudvågor (stämgaffel).
Detta är en växling av områden med kompression och sällsynthet, som sprider sig i olika riktningar från ljudkällan. Något som cirklar på vatten, som också är vågor (bara inte ljud :-)). Det är dessa områden, som verkar på trumhinnan i örat, som gör att vi kan höra alla ljud från denna värld, från mänskliga viskningar till bruset från jetmotorer.
Ett exempel på ljudvågor.
Ljudvågornas utbredningspunkter kan vara olika komponenter i flygplanet. Till exempel, en motor (dess ljud är känt för alla :-)), eller delar av kroppen (till exempel fören), som komprimerar luften framför dem när de rör sig och skapar en viss typ av tryck ( kompression) våg som löper framåt.
Alla dessa ljudvågor fortplantar sig i luften med den ljudhastighet som vi redan känner till. Det vill säga, om planet är subsoniskt och till och med flyger i låg hastighet, så verkar de springa ifrån det. Som ett resultat, när ett sådant flygplan närmar sig, hör vi först dess ljud, och sedan flyger det själv förbi.
Jag kommer dock att reservera att detta är sant om planet inte flyger särskilt högt. Ljudets hastighet är trots allt inte ljusets hastighet :-). Dess magnitud är inte så stor och ljudvågor behöver tid för att nå lyssnaren. Därför kan ordningen för ljuduppträdandet för lyssnaren och flygplanet, om det flyger på hög höjd, ändras.
Och eftersom ljudet inte är så snabbt, börjar planet med en ökning av sin egen hastighet att komma ikapp med vågorna det avger. Det vill säga, om han var orörlig, skulle vågorna avvika från honom i formen koncentriska cirklar som krusningar på vattnet orsakade av en kastad sten. Och eftersom planet rör sig, i den sektor av dessa cirklar som motsvarar flygriktningen, börjar vågornas gränser (deras fronter) närma sig varandra.
Subsonisk kroppsrörelse.
Följaktligen är gapet mellan flygplanet (dess nos) och fronten av den allra första (huvud)vågen (det vill säga detta är området där gradvis, till viss del, inbromsning sker gratis stream vid möte med flygplanets nos (vinge, svans) och, som en konsekvens, ökning av tryck och temperatur) börjar dra ihop sig och ju snabbare desto högre flyghastighet.
Det kommer ett ögonblick då denna lucka praktiskt taget försvinner (eller blir minimal), förvandlas till en speciell typ av område som kallas stötvåg. Detta händer när flyghastigheten når ljudets hastighet, det vill säga planet rör sig i samma hastighet som vågorna det avger. Mach-talet är lika med enhet (M=1).
Kroppens ljudrörelse (M=1).
Chockchock, är ett mycket smalt område av mediet (cirka 10 -4 mm), när det passerar genom vilket det inte längre finns en gradvis, utan en skarp (hoppliknande) förändring i parametrarna för detta medium - hastighet, tryck, temperatur, densitet. I vårt fall minskar hastigheten, tryck, temperatur och densitet ökar. Därav namnet - chockvåg.
På ett något förenklat sätt skulle jag säga detta om allt detta. Det är omöjligt att plötsligt bromsa ett överljudsflöde, men det måste göra detta, eftersom det inte längre finns möjlighet att gradvis bromsa till flödets hastighet framför flygplanets nos, som vid måttliga underljudshastigheter. Den verkar stöta på en subsonisk sektion framför flygplanets nos (eller vingspetsen) och kollapsar till ett smalt hopp och överför till den den stora rörelseenergi som den besitter.
Förresten kan vi säga tvärtom: planet överför en del av sin energi till bildandet av stötvågor för att bromsa det överljudsflödet.
Supersoniska kroppsrörelser.
Det finns ett annat namn för chockvågen. Att röra sig med flygplanet i rymden representerar i huvudsak fronten av en kraftig förändring av de ovan nämnda miljöparametrarna (det vill säga luftflödet). Och detta är kärnan i en chockvåg.
Chockchock och stötvåg i allmänhet är likvärdiga definitioner, men inom aerodynamik används den första mer.
Stötvågen (eller chockvågen) kan vara praktiskt taget vinkelrät mot flygriktningen, i vilket fall de har ungefär formen av en cirkel i rymden och kallas raka linjer. Detta händer vanligtvis i lägen nära M=1.
Kroppsrörelselägen. ! - subsonic, 2 - M=1, supersonic, 4 - stötvåg (chockvåg).
Vid nummer M > 1 är de redan placerade i en vinkel mot flygriktningen. Det vill säga att planet redan överträffar sitt eget ljud. I det här fallet kallas de sneda och i rymden tar de formen av en kon, som för övrigt kallas Mach-konen, uppkallad efter en vetenskapsman som studerade överljudsflöden (nämnde honom i en av dem).
Mach kon.
Formen på denna kon (dess "slankhet", så att säga) beror exakt på talet M och är relaterad till den genom förhållandet: M = 1/sin α, där α är vinkeln mellan konens axel och dess axel. generatris. Och den koniska ytan berör fronterna på alla ljudvågor, vars källa var planet och som den "omkörde" och nådde överljudshastighet.
Förutom chockvågor kan också vara bifogas, när de är intill ytan av en kropp som rör sig med överljudshastighet, eller rör sig bort, om de inte är i kontakt med kroppen.
Typer av stötvågor under överljudsflöde runt kroppar av olika former.
Vanligtvis fastnar stötar om överljudsflödet flyter runt några spetsiga ytor. För ett flygplan kan detta till exempel vara en spetsig näsa, ett högtrycksluftintag eller en vass kant på luftintaget. Samtidigt säger de "hoppet sitter", till exempel på näsan.
Och en fristående stöt kan uppstå när den flödar runt rundade ytor, till exempel den främre rundade kanten på en tjock bäryta av en vinge.
Olika komponenter i flygplanets kropp skapar ett ganska komplext system av stötvågor under flygning. De mest intensiva av dem är dock två. Den ena är huvudet en på fören och den andra är svansen en på svanselementen. På ett visst avstånd från flygplanet hinner de mellanliggande stötarna antingen ikapp huvudet och smälter samman med det, eller så kommer svansen ikapp dem.
Stötchocker på ett modellflygplan under rensning i vindtunnel (M=2).
Som ett resultat återstår två hopp, som i allmänhet uppfattas av en jordisk observatör som ett på grund av flygplanets ringa storlek jämfört med flyghöjden och följaktligen den korta tidsperioden mellan dem.
Intensiteten (med andra ord energi) hos en stötvåg (chockvåg) beror på olika parametrar (flygplanets hastighet, dess designegenskaper, miljöförhållanden etc.) och bestäms av tryckfallet vid dess front.
När den rör sig bort från toppen av Mach-konen, det vill säga från flygplanet, som en störningskälla, försvagas stötvågen, förvandlas gradvis till en vanlig ljudvåg och försvinner slutligen helt.
Och på vilken grad av intensitet det kommer att ha stötvåg(eller stötvåg) som når marken beror på vilken effekt den kan ge där. Det är ingen hemlighet att den välkända Concorde bara flög överljud över Atlanten, och militära överljudsflygplan når överljudshastighet på höga höjder eller i områden där det inte finns några avräkningar(det verkar åtminstone som att de borde göra det :-)).
Dessa restriktioner är mycket motiverade. För mig är till exempel själva definitionen av en stötvåg förknippad med en explosion. Och de saker som en tillräckligt intensiv stötvåg kan göra kan mycket väl motsvara det. Åtminstone glaset från fönstren kan lätt flyga ut. Det finns gott om bevis på detta (särskilt i historien sovjetisk flyg, när det var ganska många och flygningarna var intensiva). Men du kan göra värre saker. Du måste bara flyga lägre :-)...
Men för det mesta är det som återstår av stötvågor när de når marken inte längre farligt. Bara en utomstående observatör på marken kan höra ett ljud som liknar ett dån eller explosion. Det är med detta faktum som en vanlig och ganska ihållande missuppfattning är förknippad.
Människor som inte är alltför erfarna inom flygvetenskap, som hör ett sådant ljud, säger att planet övervann ljudbarriär (överljudsbarriär). Detta är faktiskt inte sant. Detta uttalande har ingenting med verkligheten att göra av åtminstone två skäl.
Stötvåg (chockvåg).
För det första, om en person på marken hör ett högt dån högt på himlen, betyder detta bara (jag upprepar :-)) att hans öron har nått stötvågsfront(eller stötvåg) från ett flygplan som flyger någonstans. Det här planet flyger redan i överljudshastighet och har inte bara bytt till det.
Och om samma person plötsligt kunde befinna sig flera kilometer före planet, då skulle han återigen höra samma ljud från samma plan, eftersom han skulle utsättas för samma stötvåg som rörde sig med planet.
Den rör sig i överljudshastighet och närmar sig därför tyst. Och efter att det har haft sin inte alltid trevliga effekt på trumhinnorna (det är bra, när det bara är på dem :-)) och säkert har gått vidare, blir dånet från gående motorer hörbart.
Ett ungefärligt flygdiagram för ett flygplan vid olika värden av Mach-numret med exemplet på Saab 35 "Draken"-jaktplanet. Språket är tyvärr tyska, men upplägget är generellt sett tydligt.
Dessutom ackompanjeras inte övergången till överljud i sig av några engångs "booms", pops, explosioner etc. På ett modernt överljudsflygplan lär sig piloten oftast om en sådan övergång endast från instrumentavläsningar. I det här fallet inträffar dock en viss process, men om vissa pilotregler iakttas är den praktiskt taget osynlig för honom.
Men det är inte allt :-). Jag ska säga mer. i form av något påtagligt tungt, svåröverkomligt hinder som planet vilar på och som behöver ”pierkas” (jag har hört sådana domar :-)) finns inte.
Det finns strängt taget ingen barriär alls. En gång i tiden, i början av utvecklingen av höga hastigheter inom flyget, formades detta koncept snarare som en psykologisk övertygelse om svårigheten att övergå till överljudshastighet och flyga på den. Det fanns till och med uttalanden om att detta i allmänhet var omöjligt, särskilt eftersom förutsättningarna för sådana övertygelser och uttalanden var ganska specifika.
Men först till kvarn...
Inom aerodynamik finns det en annan term som ganska exakt beskriver processen för interaktion med luftflödet hos en kropp som rör sig i detta flöde och tenderar att bli överljud. Detta våg kris. Det är han som gör en del dåliga saker som traditionellt förknippas med konceptet ljudbarriär.
Så något om krisen :-). Alla flygplan består av delar, luftflödet runt vilka under flygning kanske inte är detsamma. Låt oss ta till exempel en vinge, eller snarare en vanlig klassiker subsonisk profil.
Från den grundläggande kunskapen om hur lyft genereras vet vi väl att flödeshastigheten i det intilliggande lagret av profilens övre krökta yta är olika. Där profilen är mer konvex är den större än den totala flödeshastigheten, och sedan, när profilen är tillplattad, minskar den.
När vingen rör sig i flödet med hastigheter nära ljudets hastighet, kan det komma ett ögonblick då i ett sådant konvext område till exempel luftlagrets hastighet, som redan är större än flödets totala hastighet, blir ljud och till och med överljud.
Lokal chockvåg som uppstår vid transonics under en vågkris.
Längre längs profilen minskar denna hastighet och blir någon gång igen subsonisk. Men, som vi sa ovan, kan ett överljudsflöde inte snabbt sakta ner, så uppkomsten av stötvåg.
Sådana stötar uppträder i olika områden av de strömlinjeformade ytorna, och initialt är de ganska svaga, men deras antal kan vara stort, och med en ökning av den totala flödeshastigheten ökar överljudszonerna, stötarna "blir starkare" och övergår till profilens bakkant. Senare uppträder samma stötvågor på profilens nedre yta.
Fullt överljudsflöde runt vingprofilen.
Vad betyder allt detta? Här är vad. Först– Det här är betydelsefullt ökat aerodynamiskt motstånd i det transoniska hastighetsområdet (cirka M=1, mer eller mindre). Detta motstånd växer på grund av en kraftig ökning av en av dess komponenter - vågmotstånd. Samma sak som vi tidigare inte tog hänsyn till när vi övervägde flygningar i subsoniska hastigheter.
För att bilda många chockvågor (eller chockvågor) under inbromsning av ett överljudsflöde, som jag sa ovan, slösas energi, och den tas från den kinetiska energin i flygplanets rörelse. Det vill säga, planet saktar helt enkelt ner (och mycket märkbart!). Det är vad det är vågmotstånd.
Dessutom bidrar stötvågor, på grund av den kraftiga retardationen av flödet i dem, till separationen av gränsskiktet bakom sig och dess omvandling från laminär till turbulent. Detta ökar det aerodynamiska motståndet ytterligare.
Profilsvullnad vid olika Mach-tal Stötchocker, lokala överljudszoner, turbulenta zoner.
Andra. På grund av uppkomsten av lokala överljudszoner på vingprofilen och deras ytterligare förskjutning till profilens bakdel med ökande flödeshastighet och därigenom ändra tryckfördelningsmönstret på profilen, appliceringspunkten för aerodynamiska krafter (mitten tryck) skiftar också till bakkanten. Som ett resultat visas det dykmoment i förhållande till flygplanets massacentrum, vilket får det att sänka nosen.
Vad resulterar allt detta i... På grund av en ganska kraftig ökning av det aerodynamiska motståndet kräver flygplanet en märkbar motorns kraftreserv att övervinna den transoniska zonen och nå så att säga verkligt överljud.
En kraftig ökning av det aerodynamiska motståndet vid transonics (vågkris) på grund av en ökning av vågmotståndet. Сd - motståndskoefficient.
Ytterligare. På grund av förekomsten av ett dykmoment uppstår svårigheter med kontroll av tonhöjd. Dessutom, på grund av störningen och ojämnheten i processerna i samband med uppkomsten av lokala överljudszoner med stötvågor, kontroll blir svår. Till exempel i rullning, på grund av olika processer på vänster och höger plan.
Dessutom förekommer vibrationer, ofta ganska starka på grund av lokal turbulens.
I allmänhet en komplett uppsättning nöjen, som kallas våg kris. Men sanningen är att de alla äger rum (hade, betong :-)) när man använder typiska subsoniska flygplan (med en tjock rak vingprofil) för att uppnå överljudshastigheter.
Till en början, när det ännu inte fanns tillräckligt med kunskap, och processerna för att nå överljud inte studerades heltäckande, ansågs just denna uppsättning nästan dödligt oöverstiglig och kallades ljudbarriär(eller överljudsbarriär, om du vill:-)).
Det har inträffat många tragiska incidenter när man försökt övervinna ljudets hastighet på konventionella kolvflygplan. Starka vibrationer ledde ibland till strukturella skador. Planen hade inte tillräckligt med kraft för den nödvändiga accelerationen. I horisontell flygning var det omöjligt på grund av effekten, som har samma karaktär som våg kris.
Därför användes ett dyk för att accelerera. Men det kunde mycket väl ha varit ödesdigert. Dykmomentet som dök upp under en vågkris gjorde att dyket blev utdraget, och ibland fanns det ingen väg ur det. När allt kommer omkring, för att återställa kontrollen och eliminera vågkrisen, var det nödvändigt att minska hastigheten. Men att göra detta under ett dyk är extremt svårt (om inte omöjligt).
Att dra in i ett dyk från horisontell flygning anses vara en av huvudorsakerna till katastrofen i Sovjetunionen den 27 maj 1943 av den berömda experimentella jaktplanen BI-1 med en flytande raketmotor. Tester genomfördes för maximal flyghastighet och enligt konstruktörernas uppskattningar var den uppnådda hastigheten över 800 km/h. Därefter uppstod en försening i dyket, som planet inte återhämtade sig från.
Experimentell jaktplan BI-1.
I vår tid våg krisär redan ganska väl studerat och övervinna ljudbarriär(om det behövs :-)) är inte svårt. På flygplan som är konstruerade för att flyga i ganska höga hastigheter tillämpas vissa designlösningar och restriktioner för att underlätta deras flygning.
Som bekant börjar vågkrisen vid M-tal nära ett. Därför har nästan alla subsoniska jetflygplan (särskilt passagerare) en flygning gräns för antalet M. Vanligtvis är det i området 0,8-0,9M. Piloten har i uppdrag att övervaka detta. Dessutom, på många flygplan, när gränsnivån nås, varefter flyghastigheten måste minskas.
Nästan alla flygplan som flyger i hastigheter på minst 800 km/h och däröver har svept vinge(åtminstone längs framkanten :-)). Det låter dig fördröja starten av offensiven våg kris upp till hastigheter motsvarande M=0,85-0,95.
Svept vinge. Grundläggande åtgärd.
Orsaken till denna effekt kan förklaras ganska enkelt. På en rak vinge närmar sig luftflödet med en hastighet V nästan i rät vinkel och på en svept vinge (svepvinkel χ) med en viss glidvinkel β. Hastighet V kan dekomponeras vektoriellt i två flöden: Vτ och Vn.
Flödet Vτ påverkar inte tryckfördelningen på vingen, men flödet Vn gör det, vilket exakt bestämmer vingens bärande egenskaper. Och det är uppenbarligen mindre i storleken av det totala flödet V. Därför, på en svept vinge, börjar en vågkris och en ökning vågmotstånd inträffar betydligt senare än på en rak vinge vid samma friströmshastighet.
Experimentell jaktplan E-2A (föregångaren till MIG-21). Typisk svept vinge.
En av modifikationerna av den sopade vingen var vingen med superkritisk profil(nämnde honom). Det gör det också möjligt att flytta vågkrisens utbrott till högre hastigheter och dessutom gör det möjligt att öka effektiviteten, vilket är viktigt för passagerarflygplan.
SuperJet 100. Svept vinge med superkritisk profil.
Om planet är avsett för passage ljudbarriär(passerar och våg kris också :-)) och överljudsflygning, det brukar alltid skilja sig åt i vissa design egenskaper. I synnerhet har det oftast tunn vingprofil och empennage med vassa kanter(inklusive diamantformad eller triangulär) och en viss vingform i plan (exempelvis triangulär eller trapetsformad med överlopp etc.).
Supersonic MIG-21. Följare E-2A. En typisk deltavinge.
MIG-25. Ett exempel på ett typiskt flygplan designat för överljudsflyg. Tunna ving- och stjärtprofiler, skarpa kanter. Trapetsformad vinge. profil
Passerar det ökända ljudbarriär, det vill säga sådana flygplan gör övergången till överljudshastighet vid efterbrännardrift av motorn på grund av ökningen av det aerodynamiska motståndet, och, naturligtvis, för att snabbt passera genom zonen våg kris. Och själva ögonblicket av denna övergång känns oftast inte på något sätt (jag upprepar :-)) varken av piloten (han kanske bara upplever en minskning av ljudtrycksnivån i cockpit), eller av en utomstående observatör, om , naturligtvis, han kunde observera det :-).
Men här är det värt att nämna ytterligare en missuppfattning förknippad med utomstående observatörer. Säkert många har sett fotografier av det här slaget, med bildtexterna under vilka det står att detta är ögonblicket som planet övervinner ljudbarriär så att säga visuellt.
Prandtl-Gloert effekt. Innebär inte att bryta ljudbarriären.
för det första, vi vet redan att det inte finns någon ljudbarriär som sådan, och övergången till överljud i sig åtföljs inte av något extraordinärt (inklusive en smäll eller en explosion).
För det andra. Det vi såg på bilden är den sk Prandtl-Gloert effekt. Jag har redan skrivit om honom. Det är inte på något sätt direkt relaterat till övergången till överljud. Det är bara det att vid höga hastigheter (underljud, förresten :-)) att planet, som flyttar en viss luftmassa framför sig, skapar en viss mängd luft bakom sig rarfaktionsregion. Omedelbart efter flygningen börjar detta område fyllas med luft från det närliggande naturliga utrymmet. en ökning i volym och en kraftig temperatursänkning.
Om luftfuktighet tillräckligt och temperaturen sjunker under daggpunkten för den omgivande luften, då fuktkondensering från vattenånga i form av dimma, som vi ser. Så snart förhållandena återställs till ursprungliga nivåer försvinner denna dimma omedelbart. Hela denna process är ganska kortlivad.
Denna process vid höga transoniska hastigheter kan underlättas av lokala chockvågor Jag hjälper ibland till att forma något som en mjuk kon runt planet.
Höga hastigheter gynnar detta fenomen, men om luftfuktigheten är tillräcklig kan (och gör) det inträffa vid ganska låga hastigheter. Till exempel ovanför ytan av reservoarer. De flesta, förresten, vackra foton av denna art gjordes ombord på ett hangarfartyg, det vill säga i ganska fuktig luft.
Så här fungerar det. Filmen är förstås cool, spektaklet är spektakulärt :-), men det är inte alls vad det oftast kallas. inget med det att göra alls (och överljudsbarriär Samma:-)). Och det här är bra, tror jag, annars kanske de som tar den här typen av foton och videor inte blir glada. Stötvåg, vet du:-)…
Sammanfattningsvis finns det en video (jag har redan använt den tidigare), vars författarna visar effekten av en stötvåg från ett flygplan som flyger på låg höjd med överljudshastighet. Det finns förstås en viss överdrift där :-), men den allmänna principen är klar. Och återigen imponerande :-)...
Det är allt för idag. Tack för att du läser artikeln till slutet :-). Tills nästa gång...
Foton är klickbara.
Illustration upphovsrätt Flygbuss Bildtext Ett exempel på hur kraftpaketet hos ett Airbus-flygplan kan se ut i framtiden. Istället för det vanliga "skelettet" av ramar, stringers och spars - ett lättviktsnät av komplex form
Är det möjligt för själva begreppet flyg att förändras helt? Det är möjligt att så kommer att bli fallet i framtiden. Tack vare nya material och teknologier kan passagerardrönare dyka upp och överljudsflygplan kommer att återvända till skyarna. BBCs ryska tjänst analyserade information om de senaste projekten från Airbus, Uber, Toyota och andra företag för att avgöra i vilken riktning flyget kommer att utvecklas i framtiden.
- Är du redo att flyga obemannade flygplan?
- Test av en förarlös taxi har påbörjats i Singapore
- Skulle du flyga på ett obemannat flygplan?
Stadens himmel
Numera förblir ett ganska stort lager av atmosfären upp till en kilometer högt relativt fritt över städer. Detta utrymme används av specialflyg, helikoptrar, såväl som enskilda privata eller företagsflygplan.
Men i detta lager börjar redan en ny art utvecklas luft transport. Det har många namn - stads- eller personflyg, framtidens lufttransportsystem, skytaxi och så vidare. Men dess väsen formulerades i början av 1800-talet av futuristiska konstnärer: alla kommer att ha möjlighet att använda ett litet flygplan för att flyga korta sträckor.
Illustration upphovsrätt Hultons arkiv Bildtext Så här föreställde sig konstnären framtiden 1820. Ett enskilt flygplan fanns med på sådana bilder redan då- Vilka projekt arbetar flygplansdesigners med runt om i världen?
Ingenjörer gav aldrig upp denna dröm. Men fram till nu har bristen på hållbara och lätta material och ofullkomlig elektronik, utan vilken många små enheter inte kan lanseras, hämmats. Med tillkomsten av höghållfast, lätt kolfiber och utvecklingen av bärbara datorer förändrades allt.
Det nuvarande stadiet för att skapa flygtransporter i städerna påminner något om 1910-talet, själva början av flygplanskonstruktionens historia. Sedan hittade designarna inte omedelbart den optimala formen på flygplanet och experimenterade djärvt och skapade bisarra design.
Nu gör den gemensamma uppgiften - att tillverka ett flygplan för stadsmiljön - också att vi kan bygga en mängd olika enheter.
Airbus-koncernen utvecklar till exempel tre stora projekt på en gång – den bemannade ensitsiga Vahana, som enligt bolagets planer ska kunna flyga nästa år, och 2021 ska vara redo för kommersiella flygningar. Två andra projekt: CityAirbus, en obemannad quadcoptertaxi för flera personer, och Pop.Up, som företaget utvecklar tillsammans med Italdesign. Detta är en ensits obemannad modul som kan användas på ett hjulförsett chassi för resor runt staden, såväl som upphängd från en quadcopter för flyg.
Airbus Pop.Up och CityAirbus använder quadcopter-principen, och Vahana är en tiltrotor (det vill säga en enhet som lyfter som en helikopter, och sedan vänder motorerna och sedan rör sig som ett flygplan).
Quadcopter- och tiltrotordesigner är nu de viktigaste för passagerardrönare. Quadcoptrar är mycket stabilare under flygning. Och med tiltrotorer kan du nå högre hastigheter. Men båda systemen låter dig lyfta och landa vertikalt. Detta är ett nyckelkrav för stadsflyg, eftersom konventionella flygplan kräver en landningsbana. Det innebär att det kommer att krävas byggande av ytterligare infrastruktur för staden.
Andra uppmärksammade projekt är Volocopter från det tyska företaget eVolo, som är en multikopter med 18 propellrar. Detta är det mest framgångsrika flygtaxiprojektet hittills; tester har redan börjat i Dubai hösten 2017. I juni pratar Dubais transportledningsbolag om detta med eVolo.
Illustration upphovsrätt Lilium Bildtext Lilium drivs av 36 elektriska turbiner installerade i rad på plan och i två block på framsidan av enhetenEtt annat projekt från Tyskland - Lilium - är intressant på grund av sin ovanliga layout. Detta är en elektrisk tiltrotor med 36 små turbiner installerade i två block längs vingen, och med ytterligare två block i fronten av enheten. Bolaget har redan påbörjat testflygningar i obemannat läge.
Den japanska biltillverkaren Toyota investerar i Cartivator-projektet.
Och onlinetaxitjänsten Uber utvecklar också sitt eget obemannade system, i detta projekt arbetar man nära med NASA för att utveckla teknologier och programvara service i städer med hög befolkningstäthet.
Illustration upphovsrätt Ethan Miller/Getty Images Bildtext EHang 184 passagerardrönare, skapad av det kinesiska företaget Beijing Yi-Hang Creation Science & Technology Co., Ltd. under 2016Det finns många flygexperter som är anhängare av obemannade urbana passagerartransporter och skeptiker.
Bland de sistnämnda finns Avia.ru chefredaktör Roman Gusarov. Det största problemet, enligt hans åsikt, är den låga effekten hos elmotorer och batterier. Och effektiva passagerardrönare kommer sannolikt inte att dyka upp inom överskådlig framtid, trots att det satsas mycket pengar på deras utveckling.
"Teknikerna är fortfarande ganska grova och systemen som skapas med hjälp av dem är föremål för tekniska fel," noterade Denis Fedutinov, chefredaktör för portalen uav.ru, i en intervju med BBC.
Enligt honom kan sådana projekt helt enkelt vara ett trevligt reklamtrick och en möjlighet att visa att företaget ägnar sig åt spetsforskning. Han utesluter inte heller att det mot bakgrund av entusiastiska publikationer i pressen kan uppstå många startups som, efter att ha hittat investerarpengar, inte kommer att kunna skapa en flygande passagerardrönare.
Verkställande direktör för Infomost Consulting (ett företag som sysslar med konsultverksamhet inom transportområdet) Boris Rybak menar att det hittills största problemet på detta område är rädsla. Människor kommer att vara rädda för att anförtro sina liv till ett flygplan utan pilot under lång tid.
"När de första självgående bensinvagnarna dök upp åkte de bredvid hästarna med rök, rök och vrål, och folk sprang iväg. Men det är normalt, det var läskigt då, och det är läskigt nu", sa Rybak.
Mellan husetamioch fåglarami
För närvarande arbetar NASA och US Federal Aviation Administration med programmet Unmanned Aircraft System (UAS) Traffic Management (UTM). Det är inom ramen för detta program som Uber samarbetar med NASA och FAA.
Utvecklingen av teknik på detta område ligger långt före utvecklingen av regler för deras reglering. Det amerikanska programmet började utvecklas 2015, men i " vägkarta”Dess utveckling har ännu inte ens markerat tidsfristen för att skapa regler för flygningar i tätbefolkade stadsområden.
Illustration upphovsrätt Italdesign Bildtext Pop.Up passagerarkapseln kan användas på ett chassi med hjul eller fästas på en quadcopterDetta avser drönarflygningar för postleverans och nyhetsvideoinspelning. Men programmet säger ingenting alls om transport av passagerare.
Att döma av data från presentationer som studerats av BBC Russian Service kommer flygningar av passagerardrönare i städer i framtiden att regleras genom bildandet av rutter i flygkorridorer. Samma princip gäller inom modern civil luftfart. I det här fallet kommer drönarna aktivt att interagera med varandra och övervaka luftrummet runt dem för att undvika kollisioner med andra drönare och andra föremål i luften (till exempel fåglar).
Men, som Boris Rybak menar, skulle ett system byggt på principen om fri flygning, där rutter skulle byggas av datorer som tar hänsyn till var alla flygplan befinner sig i luften, vara mycket mer effektivt.
- Storbritannien börjar testa förarlösa lastbilar
- Kängururörelser förvirrar självkörande bilar
Kommer Ryssland att stanna kvar vid sidan av?
I Ryssland försöker myndigheterna också vidta försiktiga åtgärder för att reglera drönarflygningar i stadsmiljöer. Således har Rostelecom varit intresserad av drönare under lång tid. Det är en entreprenör för det ryska Space Systems-företaget, som i november 2015 vann Roscosmos-tävlingen för 723 miljoner rubel ($12,3 miljoner) för att skapa den federala nätverksoperatörens infrastruktur.
Illustration upphovsrätt Tom Cooper/Getty Images Bildtext Ytterligare ett överljudsprojekt för affärsjet - XB-1 från det amerikanska företaget Boom TechnologyDenna infrastruktur kommer att behöva tillhandahålla övervakning av transporter och obemannade fordon (inklusive flygplan), mark- och vattenbemannade och obemannade transporter, via räls, förklarade en representant för Rostelecom. Operatören skapar en prototyp av infrastruktur som kommer att kontrollera rörelsen av fordon, främst drönare, och är redo att spendera cirka 100 miljoner rubel (1,7 miljoner USD) på underleverantörer.
Biträdande chef för Moskvas avdelning för vetenskap, industripolitik och entreprenörskap Andrei Tikhonov sa till BBC att den ryska huvudstaden ännu inte har förutsättningarna för uppkomsten av passagerardrönare.
"För det första har regelverket för obemannade luft- och markfarkoster inte utvecklats fullt ut. För det andra är infrastrukturen i Moskva ännu inte anpassad för masstransport av varor och passagerare på obemannade fordon. För det tredje, de flesta fordon som är avsedda för transport av människor och stora last, är fortfarande på teststadiet och måste få lämplig dokumentation för att arbeta i urbana förhållanden. Återigen uppstår frågor om obligatorisk passagerarförsäkring och många andra," förklarade han.
Sant, enligt honom stoppar dessa problem inte så mycket stadens myndigheter som tvingar dem att leta efter sätt att lösa dem.
Snabbare än ljud
Ett annat område som många flygplanstillverkande företag arbetar med är överljudspassagerartransporter.
Denna idé är inte ny alls. Den 22 november är det 40 år sedan starten för reguljära kommersiella flygningar mellan New York, Paris och London med Concorde-flygplan. På 1970-talet förkroppsligades idén om överpersonisk transport av British Airways tillsammans med Air France, samt Aeroflot på Tu-144. Men i praktiken visade det sig att den tidens teknik inte var lämplig för civil luftfart.
Som ett resultat avbröts det sovjetiska projektet efter sju månaders drift och det brittisk-franska efter 27 år.
Illustration upphovsrätt Evening Standard Bildtext Concorde, liksom Tu-144, var före sin tid, men visade hur svårt det är att göra ett överljudspassagerarplanFinans nämns vanligtvis som huvudorsaken till att Concorde- och Tu-144-projekten lades ner. Dessa plan var dyra.
Motorerna i sådana enheter förbrukar mycket mer bränsle. För sådana flygplan var det nödvändigt att skapa sin egen infrastruktur. Tu-144, till exempel, använde sin egen typ av flygbränsle, som var mycket mer komplex i sammansättningen, det krävde särskilt underhåll, vilket var mer noggrant och dyrare. För detta flygplan var det till och med nödvändigt att upprätthålla separata ramper.
Ett annat allvarligt problem, förutom komplexiteten och kostnaden för underhåll, var buller. Under flygning i överljudshastighet uppstår en kraftig lufttätning vid alla framkanter av flygplanselementen, vilket genererar en stötvåg. Den når bakom planet i form av en enorm kon, och när den når marken hör personen som den passerar ett öronbedövande ljud, som en explosion. Det är på grund av detta som Concorde-flyg över amerikanskt territorium i överljudshastighet förbjöds.
Och det är buller som designers nu främst försöker bekämpa.
Efter att Concorde-flygen upphörde slutade inte försöken att bygga ett nytt, mer effektivt överljudspassagerarflygplan. Och med tillkomsten av ny teknik inom material, motorbyggnad och aerodynamik började folk prata om dem allt oftare.
Flera stora projekt inom överljudsflyget håller på att utvecklas runt om i världen. I grund och botten är dessa affärsjets. Det vill säga, designers försöker inledningsvis att rikta in sig på det marknadssegment där kostnaden för biljetter och service spelar en mindre roll än vid rutttransporter.
Illustration upphovsrätt Aerion Bildtext Aerion utvecklar flygplanet AS2 i samarbete med AirbusNASA, tillsammans med Lockheed Martin Corporation, utvecklar ett överljudsflygplan som först och främst försöker lösa problemet med ljudbarriären. QueSST-tekniken innebär att man söker efter en speciell aerodynamisk form på flygplanet, som skulle "smeta ut" den hårda ljudbarriären, vilket gör den suddig och mindre bullrig. För närvarande har NASA redan utvecklat flygplanets utseende, och dess flygtester kan börja 2021.
Ett annat anmärkningsvärt projekt är AS2, som utvecklas av Aerion i samarbete med Airbus.
Airbus arbetar också med Concord 2.0-projektet. Detta flygplan är planerat att utrustas med tre typer av motorer - en raket i stjärtsektionen och två konventionella jetmotorer, med hjälp av vilka flygplanet kommer att kunna lyfta nästan vertikalt, samt en ramjet, som redan kommer att accelerera flygplanet till en hastighet av Mach 4,5.
Det är sant att Airbus hanterar sådana projekt ganska noggrant.
"Airbus fortsätter att forska inom området överljuds/hypersonisk teknologi, vi studerar också marknaden för att förstå om dessa typer av projekt kommer att vara genomförbara och genomförbara," sa Airbus i en officiell kommentar till BBC Russian Service. "Vi gör inte det. se en marknad för sådana flygplan nu och inom överskådlig framtid på grund av de höga kostnaderna för sådana system. Detta kan förändras med tillkomsten av ny teknik, eller med förändringar i den ekonomiska eller sociala miljön. Generellt sett är detta för närvarande mer av ett studieområde snarare än en prioriterad riktning."
Mediauppspelning stöds inte på din enhet
Är det möjligt att återuppliva Concorde?Det är verkligen svårt att förutse om det kommer att finnas en efterfrågan på sådana flygplan. Boris Rybak konstaterar att informationstekniken också har utvecklats parallellt med flyget, och nu kan en affärsman som snabbt behöver lösa ett problem på andra sidan Atlanten ofta göra detta inte personligen utan via Internet.
"Det är sex timmar att flyga business class eller ett affärsjet från London till New York. Annars kommer du tekniskt att spendera fyra, ja, tre och fyrtio. Är det här [spelet] värt priset?" - sa Rybak angående överljudsflyg.
Baserat på erfarenheten från Tu-144
Andra ryska flygexperter tycker dock annorlunda. Överljudsflygplan kommer att kunna ta sin plats på marknaden, säger rektorn för Moscow Aviation Institute, Mikhail Pogosyan, tidigare chef för United Aircraft Corporation.
"Ett överljudsflygplan gör det möjligt att nå en kvalitativt annorlunda nivå; det låter dig spara global tid - en dag. Marknadsprognoser indikerar att introduktionen av denna typ av teknik och den här typen av projekt kommer att vara förknippad med kostnaden för en sådan Om en sådan kostnad är acceptabel och inte kommer att skilja sig från kostnaden för en flygning på ett subsoniskt flygplan, då försäkrar jag er att det finns en marknad, säger han till BBC Russian Service.
Pogosyan talade vid Aerospace Science Week-forumet vid Moscow Aviation Institute, där han i synnerhet talade om utsikterna för att skapa ett överljudsflygplan med deltagande av ryska specialister. Ryska företag (TsAGI, MAI, UAC) deltar i det stora europeiska forskningsprogrammet Horizon 2020, vars en av riktningarna är utvecklingen av ett överljudspassagerarflygplan.
Poghosyan listade huvudegenskaperna hos ett sådant flygplan - en låg nivå av ljudboom (annars kommer flygplanet inte att kunna flyga över befolkade områden), en motor med variabel cykel (den måste fungera bra vid subsoniska och överljudshastigheter), ny värme -resistenta material (vid överljudshastigheter blir flygplanet väldigt varmt), artificiell intelligens, samt det faktum att ett sådant flygplan kan styras av en pilot.
Samtidigt är rektorn för MAI övertygad om att överljudsflygplansprojektet bara kan skapas på internationell nivå.
Illustration upphovsrätt Boris Korzin/TASS Bildtext Enligt Sergei Chernyshev har Ryssland bevarat skolan för att skapa överljudspassagerarflygplanChefen för Central Aerohydrodynamic Institute uppkallad efter professor N. E. Zhukovsky (TsAGI) Sergei Chernyshev sa på forumet att ryska specialister deltar i tre internationella projekt inom området för överljudspassagerarflyg - Hisac, Hexafly och Rumble. Alla tre projekten syftar inte till att skapa en slutlig kommersiell produkt. Deras huvudsakliga uppgift är att studera egenskaperna hos överljuds- och hypersoniska fordon. Enligt honom skapar nu flygplanstillverkarna bara konceptet för ett sådant flygplan.
I en intervju med BBC sa Sergei Chernyshev det starka sida Ryska flygplanstillverkare har erfarenhet av att skapa överljudsflygplan och använda dem. Enligt honom är detta en stark aerodynamisk skola, lång erfarenhet av testning, även under extrema förhållanden. Ryssland har också en "traditionellt stark skola av materialforskare", tillade han.
"Min subjektiva prognos: vid horisonten 2030-35 kommer ett [affärsjet] att dyka upp. Akademikern Pogosyan tror att mellan 2020 och 2030. Han gav dem tio år. Detta är sant, men fortfarande närmare 2030," - sa Sergei Chernyshev .
"Vanliga" ovanliga liners
Flygplansdesigners huvuduppgift är idag att uppnå en ökning av flygplanets bränsleeffektivitet, samtidigt som skadliga utsläpp och buller minskar. Den andra uppgiften är att utveckla nya styrsystem där datorn kommer att utföra fler och fler uppgifter.
Nuförtiden kommer ingen att bli förvånad över flygplanets styrsystem för flygplan, när signaler från styrspaken eller ratten, pedaler och andra organ överförs till roderen och andra mekaniseringselement i form av elektriska signaler. Ett sådant system gör att omborddatorn kan kontrollera pilotens handlingar, göra justeringar och rätta till fel. Detta system är dock redan igår.
- Den sista överljudskoncorden placerades på museum
- Världens första flygplan med fusionsreaktor: hur snart?
- Varför tillverkar flygplansföretag identiska flygplan?
Som Kirill Budaev, vicepresident för Irkut Corporation för marknadsföring och försäljning, berättade för BBC, arbetar det ryska företaget på ett system där endast en pilot kommer att flyga planet, och funktionerna för den andra under start och landning kommer att utföras av en specialutbildad senior flygvärdinna. Under en flygning på flygnivå räcker det med en pilot, anser Irkut.
Enligt naturlagarna
En annan stor innovation som har dykt upp under det senaste decenniet är kompositmaterial. Utvecklingen av lätt, hållbar plast kan jämföras med användningen av aluminium inom efterkrigstidens flyg. Detta material, tillsammans med tillkomsten av effektiva turbojetmotorer, förändrade flygplanens ansikte. Nu sker exakt samma revolution med kompositer, som gradvis tränger undan metall från flygplanskonstruktioner.
Flygplansdesign använder i allt större utsträckning 3D-utskrift, vilket gör det möjligt att skapa mer komplexa former med hög precision. Och sträva efter att minska bränsleförbrukningen.
Till exempel använder Airbus och Boeing de senaste motorerna i LEAP-familjen tillverkade av CFM International. Injektorerna i dessa motorer är 3D-printade. Och detta ökade bränsleeffektiviteten med 15 %.
Dessutom har flygindustrin nu börjat aktivt anamma bionisk design.
Bionics är en tillämpad vetenskap som studerar möjligheterna till praktisk tillämpning i olika tekniska anordningar av principer och strukturer som dök upp i naturen tack vare evolutionen.
Illustration upphovsrätt Flygbuss Bildtext Fäste designat med hjälp av bionisk teknologiHär är ett enkelt exempel - bilden ovan visar en konsol som liknar den som används på ett Airbus-flygplan. Var uppmärksam på dess form - vanligtvis är ett sådant element en solid bit av triangulär metall. Men genom att på en dator beräkna krafterna som skulle appliceras på dess olika delar, kom ingenjörerna på vilka delar som kunde tas bort och vilka som kunde modifieras på ett sådant sätt att de inte bara lättade, utan också förstärkte en sådan komponent.
Mycket mer komplext arbete utfördes av en grupp forskare under ledning av professor Niels Aage vid Danmarks Tekniske Universitet. I oktober 2017 publicerade de en rapport i tidskriften Nature där de beskrev hur de beräknade kraftuppsättningen för en flygplansvinge av Boeing 777 på den franska superdatorn Curie – en komplex struktur av ganska tunna hoppare och stöttor.
Som ett resultat, enligt forskarna, kunde vikten på flygplanets två vingar minskas med 2-5 % utan att förlora styrka. Med tanke på att båda vingarna väger sammanlagt 20 ton skulle detta resultera i besparingar på upp till 1 ton, vilket motsvarar en beräknad minskning av bränsleförbrukningen med 40-200 ton per år. Men detta är redan betydande, eller hur?
Samtidigt kommer bionisk design i framtiden, som flygplanstillverkande företag tror, att användas mer och mer. Planet i den första illustrationen till denna text är bara en skiss av Airbus-ingenjörer, men det visar redan på vilken princip drivlinan för framtida flygplan kommer att skapas.
Elektricitet
Motorn är den viktigaste och dyraste delen av flygplanet. Och det är han som bestämmer konfigurationen av alla flygplan. För närvarande är de flesta flygplansmotorer antingen naturgas eller förbränning, bensin eller diesel. Endast en mycket liten del av dem drivs med el.
Enligt Boris Rybak genomfördes inte utvecklingen av i grunden nya flygplansmotorer under alla decennier av jetflygets existens. Han ser detta som en manifestation av oljebolagens lobby. Oavsett om detta är sant eller inte, under hela efterkrigstiden dök det aldrig upp en effektiv motor som inte brände kolvätebränsle. Även om även atomära testades.
Attityden till elektricitet inom den globala flygindustrin förändras för närvarande dramatiskt. Konceptet med ett "mer elektriskt flygplan" har dykt upp inom det globala flyget. Det innebär en större elektrifiering av enhetens enheter och mekanismer jämfört med moderna.
I Ryssland utförs teknologin inom ramen för detta koncept av Technodinamika holding, en del av Rostec. Företaget utvecklar elektriska backdrivningar för den framtida ryska PD-14-motorn, drivsystem för bränslesystem och indragnings- och förlängningsdrev för landningsställ.
"Långsiktigt tittar vi förstås på stora kommersiella flygplansprojekt. Och i dessa stora flygplan"Vi kommer med största sannolikhet att använda ett hybridframdrivningssystem innan vi byter till full elektrisk framdrivning", sa Airbus i en kommentar. – Faktum är att kraft-till-vikt-förhållandet i moderna batterier fortfarande är väldigt långt ifrån vad vi behöver. Men vi förbereder oss för en framtid där detta är möjligt."
En fantastisk syn är en kon av ånga som dyker upp runt ett flygplan som flyger i transonisk hastighet. Denna fantastiska effekt, känd som Prandtl-Gloert-effekten, gör att ögonen öppnas vidöppet och käken faller. Men vad är dess väsen?
(Totalt 12 bilder)
1. Tvärtemot vad många tror uppträder inte denna effekt när planet bryter ljudmuren. Prandtl-Gloert-effekten förknippas också ofta med supersonisk bang, vilket inte heller är sant. Ultrahöga bypass-flygplansmotorer kan skapa denna effekt vid starthastighet eftersom motorinloppet är lågt tryck och själva fläktbladen arbetar med transonisk hastighet.
2. Anledningen till dess uppkomst är att ett flygplan som flyger i hög hastighet skapar ett område med högt lufttryck framför sig och ett område med lågt tryck bakom sig. Efter att planet har passerat börjar området med lågt tryck att fyllas med omgivande luft. I detta fall, på grund av luftmassornas tillräckligt höga tröghet, fylls först hela lågtrycksområdet med luft från närliggande områden intill lågtrycksområdet.
3. Föreställ dig ett föremål som rör sig med transonisk hastighet. Transonisk hastighet skiljer sig från ljudets hastighet. Ljudmuren bryts med en hastighet av 1235 km/h. Transonisk hastighet är under, över eller nära ljudets hastighet och kan variera från 965 till 1448 km/h. Därför kan denna effekt uppstå när flygplanet rör sig med en hastighet som är mindre än eller lika med ljudets hastighet.
4. Och ändå handlar det om ljudet - "synligheten" för denna ångkon bakom planet beror på det. Konformen skapas av ljudets kraft (i fallet med flygplan) som rör sig snabbare än ljudvågorna den producerar. Prandtl-Gloert-effekten uppstår som ett resultat av ljudens vågkaraktär.
5. Tänk återigen på planet som källan och ljudet som vågens topp. Dessa ljudvågstopp är en serie eller skal av överlappande cirklar. När vågorna överlappar varandra skapas en konform, och spetsen är källan till ljudet. Än så länge osynligt.
6. För att effekten ska bli synlig för det mänskliga ögat behövs en sak till - fukt. När luftfuktigheten är tillräckligt hög kondenserar luften runt könen och bildar molnet vi ser. Så fort lufttrycket återgår till det normala försvinner molnet. Effekten uppstår nästan alltid på flygplan som flyger över havet på sommaren - kombinationen av vatten och värme ger önskad fuktighetsnivå.
7. Här kan du förstöra ytterligare en. Vissa tror att Prandtl-Gloert-effekten uppstår som ett resultat av bränsleförbränning.
8. Du kan antagligen förstå om du tror att denna effekt är en kontrail, det vill säga ett onaturligt moln som uppstår från kondenserad vattenånga som produceras av motoravgaser. Detta är dock inte samma sak. Vattenångan är redan där - den är redan i luften innan planet ens passerar genom den.
9. Lufttrycket är också värt att nämna. När ett flygplan rör sig med transonisk hastighet kallas lufttrycket runt det för en N-våg, eftersom när trycket varierar med tiden liknar resultatet bokstaven N.
10. Om vi kunde bromsa sprängvågen som passerar genom oss, skulle vi se den ledande kompressionskomponenten. Detta är början på N. Den horisontella stickan uppstår när trycket sjunker, och när det normala atmosfärstrycket återgår till slutpunkten skapas bokstaven N.
11. Effekten är uppkallad efter två framstående vetenskapsmän som upptäckt detta fenomen. Ludwig Prandtl (1875 – 1953) var en tysk vetenskapsman som studerade utvecklingen av systematisk matematisk analys inom aerodynamik. Hermann Glauert (1892 – 1934) var en brittisk aerodynamiker.
12. Tro det eller ej, du kan skapa den här effekten själv. Du behöver bara två saker: en piska och en dag med hög luftfuktighet. Om du kan piska en piska som Indiana Jones, kommer du att se en liknande effekt. Fast du bör inte prova detta hemma.
