История о том, как летал один из самых необычных сверхзвуковых самолетов

Популярная механикаОбщество

Летящая на волне

Нестандартные решения и новый тип полета, штурм трех скоростей звука и ударно-волновая газодинамика – все смешалось в этой истории о том, как летал один из самых необычных сверхзвуковых самолетов.

Текст: Николай Цыгикало

Сверхзвуковой бомбардировщик XB70 «Валькирия», созданный американской аэрокосмической компанией North American Aviation, совершил свой первый полет 21 сентября 1964 года. В США обозначение «X» принято для экспериментальных самолетов, а индекс «B» классифицирует машину как бомбардировщик (bomber).

Одно из необычных конструкторских решений самолета видно на снимках: в сверхзвуковом режиме полета концевая треть крыла опускалась вниз, что позволяло значительно увеличить подъемную силу. Чтобы понять, как это получалось, придется совершить краткую экскурсию в область сверхзвукового обтекания. Итак, как же возникает подъемная сила в полете и что необычного было в подъемной силе «Валькирии» в отличие от других сверхзвуковых самолетов?

Звук – это упругие колебания в виде несильных сжатий и разрежений воздуха, распространяющиеся посредством движения молекул газов. Движения воздуха, образуемые простым бегом молекул, например расширение, растекание, обтекание, не могут происходить быстрее звука. Если тело перемещается медленнее звука, толкаемый телом воздух успевает растекаться во все стороны.

После отказа от военного применения «Валькирии» один из двух прототипов (второй погиб в катастрофе) служил в качестве летающей лаборатории NASA, о чем свидетельствует надпись на киле

Воздух и сверхзвук

Перед телом, летящим быстрее звука, воздух уже не успевает растекаться в стороны со своей – звуковой – скоростью.

Сверхзвуковое тело нагоняет и трамбует разбегающийся воздух, не давая ему расступаться. Поэтому на сверхзвуке сжатие вокруг тела становится значительным, что приводит к многократному уплотнению воздуха. Оно происходит на особой границе в потоке – скачке уплотнения.

Сверхзвуковое сжатие проявляется в двух формах. Первая – это волна: кратковременное уплотнение воздуха с последующим расширением. Сжатие воздуха здесь многократное, гораздо более сильное, чем при обычных звуковых колебаниях. Тесная связка «сжатие-расширение» свободно распространяется в воздухе на большие расстояния в виде сверхзвуковой ударной волны.

Другая форма сжатия – поток. За скачком уплотнения воздух у поверхности сверхзвукового тела остается сжатым. Он струится по поверхности непрерывным плотным потоком: он либо все время поджимается набегающим под углом атаки воздухом, либо просто не успевает расшириться за время обтекания. Сжатый поток течет и в разных ограниченных пространствах – газодинамических каналах и проточных частях, воздухозаборниках и соплах.

Все это сильно меняет картину обтекания по сравнению с дозвуковой. На сверхзвуковом теле возникает скачок уплотнения, который расходится в потоке позади тела, образуя конус Маха. Он есть на всех передних точках и кромках – носовом обтекателе, передних кромках крыла, килях, воздухозаборниках. Дальше от самолета скачок уплотнения создает ударную волну, а у поверхности оставляет за собой поток сжатого воздуха, который и дает подъемную силу в сверхзвуковом полете. У дозвуковых летательных аппаратов подъемная сила возникает при обтекании профиля крыла, а также за счет угла атаки – небольшого угла, с которым плоскость крыла встречает набегающий поток. Профиль крыла для дозвукового полета сверху более выпуклый. Обтекающий эту выпуклость воздух ускоряется, его давление снижается, в итоге возникает местная зона разрежения, которая «подсасывает» крыло кверху. Перепад давлений между нижней и верхней частью крыла направлен вверх и образует подъемную силу.

При сверхзвуковом обтекании картина меняется. Воздух, не успевая разбегаться вокруг крыла, сжимается его клиновидной передней кромкой. Верхняя часть крыла встречает набегающий поток с очень небольшим углом атаки, слегка уплотняет его и обтекается этим сжатым воздухом. В разрежение он переходит лишь на наиболее толстой части крыла, на выпуклости которой поток поворачивает вниз, к задней кромке. В это местное разрежение течет сжатый спереди крыла воздух, «подкачивая» и ослабляя его. Разрежение в сверхзвуковом полете занимает лишь заднюю часть крыла, а потому дает меньшую часть подъемной силы.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Роботы – снайперы Роботы – снайперы

История роботов-снайперов и их применения

Популярная механика
Весеннее обновление: как перекрасить стены, если вы никогда этого не делали, — 5 простых шагов Весеннее обновление: как перекрасить стены, если вы никогда этого не делали, — 5 простых шагов

Как самостоятельно перекрасить стены

Esquire
Радио против видео Радио против видео

Автоматическая посадка крылатого летательного аппарата давно уже не фантастика

Популярная механика
Индийские женщины в знак протеста фотографируются в рваных джинсах Индийские женщины в знак протеста фотографируются в рваных джинсах

Протестная инициатива индийских женщин — флешмоб #RippedJeansTwitter

Psychologies
Твой персональный код Твой персональный код

Какими бывают тесты ДНК

Популярная механика
Поплывем по волнам Поплывем по волнам

Актриса Мария Горбань вышла замуж и эксклюзивно поделилась фото этого события

OK!
Чистое дыхание авиации Чистое дыхание авиации

Первые регулярные рейсы электросамолеты могут совершить в ближайшие годы

Популярная механика
Бизнес-клубы за одним столом. Как деловые сообщества начали дружить между собой и встали под парус Бизнес-клубы за одним столом. Как деловые сообщества начали дружить между собой и встали под парус

Основатели деловых клубов — о том, что общего у бизнеса и парусного спорта

Inc.
Билет в один конец Билет в один конец

Илон Маск мечтает умереть на Марсе, и он по-своему прав

Популярная механика
История огонь: как создатели Merlion оказались за решеткой из-за $4,5 млн и сгоревшего дома История огонь: как создатели Merlion оказались за решеткой из-за $4,5 млн и сгоревшего дома

В российском списке Forbes могут появится сразу три новичка

Forbes
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
С видом заодно С видом заодно

Интерьер, полный света, воздуха и во всех смыслах свободный

SALON-Interior
Как полюбить будущее и не сойти с ума Как полюбить будущее и не сойти с ума

Артемий Лебедев в российском интернете, как Пелевин – в русской литературе

Популярная механика
Самые загадочные явления планеты Самые загадочные явления планеты

Наши предки называли это «чертовщиной», а ученые относят к области непознанного

Maxim
Как летает «Кинжал» Как летает «Кинжал»

Что такое аэробаллистическая траектория и в чем ее преимущества

Популярная механика
Повторит ли «Девушка, подающая надежды» успех «Джокера»? Повторит ли «Девушка, подающая надежды» успех «Джокера»?

Кэри Маллиган номинирована на «Оскар» за роль в триллере о мести

Esquire
Человек, который придумывает будущее Человек, который придумывает будущее

Компания с российскими корнями разрабатывает уникальные технологии для авто

Популярная механика
Пять самых древних пород собак Пять самых древних пород собак

Что могло пойти не так на пути от волка к шарпею и какие породы возникли первыми

Maxim
Зимний город Зимний город

Эти люди разрабатывают беспилотные автомобили, пригодные для российского климата

Популярная механика
10 интересных фактов об МГУ 10 интересных фактов об МГУ

Почему Афанасий Фет плевал на двери МГУ?

Культура.РФ
Винтокрыл против конвертоплана Винтокрыл против конвертоплана

«Вертолет» не самый подходящий термин для описания этих воздушных монстров

Популярная механика
«Нос, или Заговор «не таких» Андрея Хржановского: грандиозная киноопера про силу искусства «Нос, или Заговор «не таких» Андрея Хржановского: грандиозная киноопера про силу искусства

Чего стоит ждать от анимационного проекта, на реализацию которого ушло 50 лет

Forbes
Маломощные реакторы спасут мирный атом Маломощные реакторы спасут мирный атом

Репутация – главная проблема атомной энергетики в XXI веке

Популярная механика
Глобальный сдвиг или глубочайший кризис: каким будет 2021 год Глобальный сдвиг или глубочайший кризис: каким будет 2021 год

Список главных трендов года

РБК
В ожидании космического отпуска В ожидании космического отпуска

Самые реальные варианты космического туризма

Популярная механика
«Я этого достигла»: что российские предпринимательницы считают своими личными победами «Я этого достигла»: что российские предпринимательницы считают своими личными победами

Наши героини рассказывают о своих профессиональных достижениях

Forbes
Игровое кино Игровое кино

Тимур Бекмамбетов — о технологии съемки воздушного боя внутри компьютерной игры

Популярная механика
«Слушать» не значит «слышать»: почему важно быть хорошим собеседником «Слушать» не значит «слышать»: почему важно быть хорошим собеседником

Как вернуть утраченный навык слушать собеседника?

Psychologies
Не рокот космодрома Не рокот космодрома

Как и зачем строят космодромы

Популярная механика
Закончи это немедленно! Закончи это немедленно!

Почему ты за многое берешься и ничего не доводишь до конца

Лиза
Открыть в приложении