Американският аеродинамик Леонард Грийн патентова дизайна на безшумен свръхзвуков самолет. Тази новина предизвика ефект на бомба сред специалистите. Инженерите отдавна се борят с шума. Това е само през XV-XVII век. много шум и дори тътен, издавани от машината, бяха свързани с нейната мощ.; В днешно време експертите се опитват да направят всеки двигател, автомобил, самолет възможно най -тих, като отделят много работа за проектирането и производството на всякакви шумозаглушители.
Новият лайнер, предложен от Леонард Грийн, без да създава шум като рева на Concorde, ще може да прекоси цялата територия на САЩ за 90 минути със скорост, три пъти по -голяма от скоростта на разпространение на звука във въздуха. Грийн смята, че такива самолети бързо ще изместят конвенционалните самолети от маршрути на дълги разстояния, тъй като те значително ще намалят продължителността на полетите. Изобретателят обаче все още не е казал нито дума за това как е успял да се справи със задачата си.
Как можете да намалите шума на реактивен двигател?
Шумът на самолетните реактивни двигатели се намалява преди всичко поради многоконтурната им конструкция. Вместо един компресор - най -шумният агрегат - няколко са монтирани в турбореактивния двигател. Освен това режимите на тяхната работа са избрани така, че шумът от механизмите до известна степен да се компенсира и да не се подсилва взаимно. Оказва се, че в технологията може да има такова нещо - шумът потиска шума.
Съществуват и така наречените системи за активно намаляване на шума. Тяхната същност може да се обясни по следния начин. Микрофонът е поставен на изхода на работещо и съответно шумно устройство. Записаните от него шумове се подлагат на специална обработка. Целият спектър се разлага на синусоидални компоненти, всеки от които след това се измества по такъв начин, че когато се наслагва върху компонентите на първоначалния шум, "гърбицата" на всяка наслагвана крива е на мястото на "потапянето" на оригинала един. В съответствие със законите на физиката трябва да възникне интерференция на акустичните вълни и взаимното им отменяне. Така че теорията продължава. На практика обаче е достатъчно да направите лека грешка с наслагването и шумовете, вместо да се гасят взаимно, само ще увеличат цялостната какофония. Досега никой не е успял да разработи толкова точни и бързодействащи анализатори, които да са в състояние да произведат точна суперпозиция на синусоидални компоненти един върху друг. Така че дори частичното потискане на шума чрез взаимно влияние вече може да се счита за постижение.
В по -голямата си част конструкторите на самолети трябва да се справят с традиционните системи за потискане на шума. Те поставят шумозаглушители на дифузора и дюзата на двигателя, използват уплътнители и покрития за амортизация на шума и вибрациите за гондолите на двигателя. Това обаче идва с цената на пълно намаляване на тягата. Така че дори да приемем, че Леонард Грийн наистина е успял да проектира шумозаглушител, който премахва 100% шум, това би означавало само, че тягата на такъв двигател е практически нулева! И на кого му трябва такъв?
Каква е тайната на безшумния самолет?
За аеродинамиците тихият самолет не е нищо ново. Теоретиците отдавна са показали фундаменталната възможност за съществуването му. За да направите това, просто трябва да изгладите ударната вълна, да не я оставяте да слезе от корпуса на самолета. Физическата картина на това явление изглежда така. Всяко бързо летящо тяло издава звук. Свирят куршуми и снаряди, камък, изстрелян от прашка, свири … Причината за това са акустични вълни или микроскопично уплътняване на въздух, произведен от бързо движещо се тяло. В стремежа си напред той сякаш отблъсква молекулите на въздуха и те с неохота се предават, разминавайки се отстрани, като „мустаци“от лодка, която бързо върви по водата.
Всяко акустично уплътняване се разпространява в атмосферата със скоростта на звука. И докато тялото лети с дозвукова скорост, причинените от него смущения във въздушната среда го изпреварват, постепенно се разсейват в атмосферата. Но скоростта на обекта се увеличи, той настигна звука. В този момент всички малки уплътнения се сливат заедно, в монолитен фронт - те нямат време да избягат от източника на смущения и да се разпръснат. Такава предна част (стена от сгъстен въздух) се нарича ударна вълна.
Всеки опит да се пробие тази стена, да се прескочи звуковата бариера, като правило, е придружен от зловещ тътен. Ударната вълна удря земята с такава сила, че когато самолетът преодолее звуковата бариера на ниска надморска височина, той издухва покриви от къщи и събаря хората от краката. Тъй като скоростта се увеличава още повече, самолетът изпреварва звука и може да лети над главата като мълчалив призрак. Но това означава само, че гръмът ще падне върху вас няколко мига по -късно.
И все пак ударната вълна по принцип може да бъде укротена. За да направите това, е необходимо да изберете аеродинамичната форма на самолета, така че да пробие звуковата бариера със същата лекота, с която иглата преминава през тънка тъкан. Освен това шивашката аналогия тук е по -дълбока, отколкото може да изглежда на пръв поглед. Обърнете внимание, че много свръхзвукови самолети имат иглени носове и крила с остри ръбове. Така за тях е по -лесно да "пробият" звуковата бариера. Но опитен; Шивачката знае: когато шиете определен плат, шевната машина трябва да се регулира - в противен случай ще има брашно, а не работа. По -трудно е да "настроите" самолета към определен режим на полет, но все пак е възможно - В този случай звуковият конус става плосък, ударната вълна няма да бъде толкова остра и следователно силна. Акустиката обаче е деликатно нещо. Например, цигулар преди всяко изпълнение е принуден да пренастрои своя инструмент, като го адаптира, наред с други неща, към характеристиките на дадената зала, към специфични атмосферни условия.
Как да "настроите" самолета?
Променлива геометрия на крилото, регулируеми въздухозаборници и фиксирани дюзи са само част от решението. Комбинацията от акустика с аеродинамика според професионалистите е толкова капризна, че Леонард Грийн би могъл да постигне беззвучност или по -скоро нисък шум, само при някакъв строго определен режим на полет. А специфичната дизайнерска практика ще покаже колко успешно е решението му.
Историята на световната авиация никога не е познавала такъв пътнически самолет
Британски и американски специалисти - екип от 40 души от Университета в Кеймбридж и Масачузетския технологичен институт - след три години на разработка представиха проект за нов пътнически самолет SAX -40. За хората, които са далеч от мистериите на аеродинамиката, лайнерът удивява преди всичко с формите си. Тази концепция е официално известна като Blended Wing Body. Без опашката фигура на новата кола прилича на прилеп в очертания. В същото време звукът, издаван по време на полет, според Ройтерс, няма да бъде по -силен от този на пералня.
Безплатен планер - идея, подходяща не само за пътнически самолети, но и за орбитални самолети
„Проектът на революционен пътнически самолет е разсекретен, чиито бизнес характеристики ще кажат малко на непосветените“, каза академикът от Руската академия по космонавтика на името на Н. И. Н. Е. Циолковски, експерт в областта на аеродинамиката на самолетите Валентин Белокон. - В началото 150-тонен автомобил лети със скорост около 900 км / ч, превозвайки 215 пътници. Това не е нищо особено. Вярно, обхватът е приличен - около 9500 км."
И така, какъв всъщност е революционният характер на новия проект?
На първо място, SAX-40 спестява 35% гориво в сравнение с най-добрите съществуващи самолети. Дори сега този факт ни кара да говорим за новата кола като спасител на гражданската авиация от много вероятен „зелен“данък за тези парникови газове, които се изхвърлят в атмосферата от самолети.
„Несъмнено такава уникална ефективност беше постигната по нетривиален начин“, подчертава Валентин Белокон. - Това е първият пътнически самолет, проектиран на принципа на интегриране на крило с фюзелаж. В авиацията такива неща се получават с много неочевидни, много сериозни усилия. И не се съмнявам, че огромен напредък в използването на суперкомпютри също помогна за съкращаване на времето за проектиране на SAX-40. Самолетът не е проектиран с помощта на готови формули, това е в много отношения въпрос на изкуство, умножено по силата на компютърен експеримент, както в този случай."
Но това наистина вече е нетривиален резултат: необичайно висока ефективност (с една трета по-висока от тази на най-икономичния Boeing 787, който обаче все още не лети) е постигната само за три години на развитие. Свръхзвуковият пътнически Concorde е проектиран за около седем години, стандартно изглеждащият Airbus А-380-за 13 години. „Тук има интрига“, сигурен е Валентин Белокон. - Тази машина е симбиоза на две идеологии: сърпово крило, предложено още през 1944 г. от немската компания ARADO; и нашите изтребители от клас Су-27-Су-34, които бяха значителна стъпка в интеграцията на крилото с фюзелажа (разработен през 1969-1981 г.). SAX-40 е умела адаптация на тези решения. Така става много по -ясно как за три години сравнително скромен екип от само 40 души е проектирал такъв революционен самолет."
Без опашката фигура на новата кола прилича на прилеп в очертания. 1 - самолетна рамка; 2 - двигатели; 3 - дюзи; 4 - шаси; 5 - заден ръб на крилото; 6 - предният ръб на крилото
Такава сложна интеграция на фюзелажа на самолета с крилото - не е ясно къде свършва крилото и започва самият фюзелаж - по мнението на нашия експерт, направи възможно постигането на уникално високо аеродинамично качество на самолета (съотношението на повдигане до тяга). „За Concorde и нашия Ту-144 тази стойност достига 7, 5; Boeing 747–787 имат около 20. SAX -40 има 25–27, - подчертава Белокон. „Преди него само един сериен самолет с подобно аеродинамично качество летеше по целия свят - нашият стратегически разузнавателен самолет М -55 (Геофизика, конструкторско бюро„ Мясищев “): аеродинамичното му качество беше около 25“.
Нашият събеседник обяснява, че всъщност и Concorde, и Ту -144 вече са били без опашки - имали са само кил, разположен много близо до крилата; но стабилизаторите ги нямаше. В проекта на самолета SAX-40 килите са така или иначе раздвоени и прехвърлени към краищата на крилата.
Нека отново подчертаем: историята на световната авиация все още не е познавала такъв пътнически самолет.
Размахът на крилата на SAX-40 е 67,5 м. Това изглежда прекалено за доста малък самолет, почти като този на 400-тонен Boeing 747. Но това означава увеличена площ на крилата. Три иновативни двигателя са закачени в задната част на крилото, с регулируеми струи.
Много други решения. Например при кацане шасито напуска вратите, но самите те са оборудвани с обтекатели, които намаляват съпротивлението и шума. Приближавайки се към земята със скорост 350-400 км / ч, самолетът силно повдига носа си. Един нормален модерен самолет има така наречените ламели, които драстично увеличават повдигането. В този самолет няма ламели, но специален профил - огънат надолу с човката си - ви позволява да намалите скоростта до доста безопасно ниво без ламели.
Ясно е, че основната цел на всички усилия на учените и дизайнерите изобщо не беше желанието да впечатли въображението на потенциалните пътници. „Тази форма на самолета е блестящо постижение в аеродинамиката“, казва Валентин Белокон."Униформата служи за две цели: круиз, много икономичен полет и добро безопасно кацане."
Самите създатели на самолета подчертават, че дори ако производителите одобрят новия дизайн, ние ще се качим на SAX-40 в най-добрия случай през 2025–2030 година: пускането на напълно нов самолет е много скъпо и доста рисковано удоволствие. Освен това този процес изисква и изграждането на нови производствени мощности.
„Все пак 2025 г. е консервативна оценка“, казва Валентин Белокон, академик от Руската академия по космонавтика. - Когато се решат основните неща, разбира се, всичко зависи от субсидиите. Предвиждам, че срокът може да бъде съкратен до 2015 г. Освен това не се съмнявам, че разработчиците на SAX-40 все още не са изложили всички карти. Със сигурност са проектирали или активно проектират клас самолети сега-започвайки от най-лекия, SAX-40 от 150 тона, най-малко до 1000-тонен самолет."
