Артём Борисович Артёмов, 16 лет, город Обнинск, Калужская область, Российская Федерация

Когда полетит пассажирский самолёт с гиперзвуковой скоростью

Введение

Авиация развивается на протяжении более чем столетия. За всё это время люди стремились сделать самолёт достигающий огромной скорости. В последнее время развитие скоростных лайнеров в гражданской авиации прекратилось, ведь последними грандиозными проектами были советский Ту-144 1968 года и европейский Concorde 1969. Они развивали скорость свыше 2000 км/ч. Созревает вопрос : "где же лайнеры развивающие скорости ещё больше, а именно гиперзвуковые? Или же где самолёты, хотя бы развивающие такие же скорости?" В своей работе я выдвину гипотезу на данные вопросы, а так же представлю своё видение данного самолёта.

Цель: предположить время выхода в свет гиперзвукового пассажирского самолёта, а так же представить свой проект.

Гипотеза: гражданский гиперзвуковой самолёт взлетит к середине XXI века

1. История развития самолётов, развивающих большие скорости

С появления самолётостроения авиаторы пытались создать транспорт имеющий колоссально большую скорость. В разные времена разные скорости считались большими. И разумеется гражданские самолёты создавались куда позже, чем экспериментальные. В 1910 году на самолёте Bleriot была достигнута скорость свыше 100 км/ч. А в 1913 году взлетел первый в мире пассажирский самолёт ''Илья Муромец'', который достигал скорость свыше 100 км/ч. 

В самом начале 1920ых лётчик Сади- Лекуан достиг скорости 300 км/ч на самолёте 'Ньюпор' 29V, а первый гражданский лайнер достиг 300 км/ч только в 1932 году, это русский ХАИ-1.

Следующий важный порог - 500 км/ч. Точных сведений о прохождении порога в 500 км/ч нет, но известно, что во время Второй Мировой войны у всех развитых государств были военные самолёты, развивающие 500 км/ч, то есть  в начале 1940ых у большинства стран уже были самолёты, развивающие 500 км/ч.

Как только заканчивается война, эра поршневых самолётов начала подходить к концу, и стали появляться самолёты с реактивной тягой, а значит и развивающие скорости куда больше поршневых. В 1942 году был создан ракетный самолёт БИ-1, который впервые в мире разогнал скорость в 900 км/ч. Опыт был неудачный, самолёт упал из-за того, что конструкторы попросту не знали, что прямое крыло не способно нести самолёт на таких скоростях. А в 1949 году уже полетел первый пассажирский DH-106 Comet, имеющий 4 реактивных двигателя и летая со скоростью приближённой к 900.

$IMAGE7$

Впервые в 1947 году самолёт преодолел сверхзвуковой барьер на экспериментальном Bell X-1, и только в 1968 году гражданский Ту-144 совершил первый полёт и вышел на сверхзвук.

В 2001 году взлетел первый экспериментальный самолёт NASA Х-43А , который развил скорость свыше 11000 км/ч. А гражданского лайнера, летающего хотя бы на пороге гиперзвука до сих пор нет.

2. Предположение - когда же полетят гиперзвуковые гражданские самолёты

На основе исторических данных по развитию скоростного самолётостроения видно, что гражданские лайнеры всегда создавались гораздо позже своих экспериментальных первенцев. Последние самолёты, которые совершили прорыв в скорости пассажирских авиаперевозок были созданы в 1968 и 1969 годах. То есть никакого прогресса нет уже более 50 лет. Но если не трогать гражданскую авиацию, а взять в пример Х-43А, который развивает свыше 11000 км/ч, то можно предположить, что раз в 2001 такой самолёт уже летал и летал успешно, то существует форма фюзеляжа и материалы, способные выдержать такие колоссальные нагрузки. 

Но начнём выяснять по порядку. Экспериментальный самолёт всегда создаётся путём проб и ошибок, такие экземпляры часто попадают в аварийные ситуации, то есть такие лайнеры создаются для изучения поведения самолёта при определённых условиях. Пассажирский же самолёт уже должен быть полностью идеальным, чтобы быть готовым совершать безопасные полёты, поэтому между экспериментальным и основным самолётами обычно возникает большой временной промежуток, и чем больше скорость, тем больше этот промежуток будет. 

В нашем случае нужно преодолеть скорость в 6150 км/ч и если на создание сверхзвукового Ту-144 понадобилось около 20 лет после создания первого образца преодолевшего сверхзвук, то на создание такой машины уйдёт лет 50-60, то есть результат мы увидим только к середине XXI века.

На данный момент можно сделать только предположение, как именно будет выглядеть самолёт, несущий пассажиров со скоростью более 6000 км/ч.

3. Как будет выглядеть первый гиперзвуковой гражданский самолёт и на чём будет основан принцип полёта

Первый самолёт такого плана будет малых размеров. На данном самолёте будет необычная конструкция основного двигателя, он будет крепиться за фюзеляжем на толстых титановых балках, чтобы снизить уровень шума в салоне от фюзеляжа к валу двигателя будет протянута коническая конструкция. Такая конструкция позволит установить двигатель, диаметр которого равен фюзеляжу. Крылья будут тонкие и короткие, но с массивным центропланом. Хвостовой киль будет большим и массивным, а хвостовые стабилизаторы тонкие, необычной формы и полностью отклоняющимися. Такая конструкция позволит создать планер с минимальным сопротивлением. Но у такой конструкции есть нюансы, например пониженная устойчивость и склонность к сваливанию на малых скоростях, из-за чего посадка будет происходить на повышенных скоростях, даже с учётом всей выпущенной механизации. Шасси будет стандартное - трёхопорное. В основном в данном самолёте будут использоваться композитные материалы и сверхплотные металлы, для создания крепкого корпуса. 

Отдельно нужно поговорить про двигатели, ведь двигатели ТРД попросту не смогут перейти на гиперзвук. То есть авиация нуждается в абсолютно новом реактивном двигателе, где не будет компрессора, который создаёт сопротивление не дающее перейти порог гиперзвука. Работы над таким двигателем уже ведутся, но он будет иметь одно свойство - его попросту невозможно будет запустить на малых скоростях, только на сверхзвуке. Значит понадобится ещё партия двигателей для разгона. Это будут обычные Турбо-вентиляторные двигатели, которые будут выезжать на специальных опорах из фюзеляжа в хвостовой части, в это время воздухозаборники основного двигателя будут закрыты, чтобы дать воздушному потоку дать нужный импульс. После набора скорости ТВД отключатся и будет запущен сверхмощный двигатель, который разгонит самолёт до 6000 км/ч и выведет его на высоту 30-35 км. Разумеется,т.к. самолёт маленький, то топлива в нём будет не много, но много его и не надо, после выведения самолёта на гиперзвук движок работать долго  не будет и через время так же отключится. Дальше самолёт будет планировать до места назначения и перед посадкой будут выпущены и включены двигатели ТВД, которые обеспечат безопасную посадку.