Concorde
Основная статья: история самолета Concorde
В общей сложности, 20 Конкордов были построены, в том числе два опытных образца, два предсерийных самолетов и 16 серийных самолетов. Из 16 самолетов, два не вводить коммерческие услуги и 8 в эксплуатацию в апреле 2003 года. Все, кроме двух этих самолетов, удивительно высокий процент для любого коммерческого флота, сохраняется, два, которые не сохранились F-BVFD (сп 211), припаркованные в качестве запасных частей источника в 1982 году и пересмотрен в 1994 году, а F -BTSC (сп 203), который разбился в Париже 25 июля 2000 года.
Ту-144
В общей сложности 16 полета Ту-144 были построены, 1/17 Ту-144 (рег. 77116) не было завершено. Существовал также по крайней мере одного полигона планер для статических испытаний параллельно с прототипом 68001 развитию.
Проблемы сверхзвуковой пассажирский рейс
Аэродинамика
Для всех транспортных средств, движущихся в воздухе, сила сопротивления пропорциональна коэффициенту аэродинамического сопротивления (C D), к квадрату скорости полета и плотности воздуха.Поскольку сопротивление быстро возрастает со скоростью, одним из ключевых приоритетов сверхзвуковой самолет разработки заключается в минимизации этой силы за счет снижения коэффициента лобового сопротивления. Это приводит к очень обтекаемой формы из нержавеющей стали. В некоторой степени, сверхзвуковых самолетов также управлять сопротивления при полете на больших высотах, чем дозвуковые самолеты, где плотность воздуха уменьшается.
В скорости приближаются к скорости звука, дополнительные явления волнового сопротивления появляется. Это мощная форма сопротивления, которая начинается в трансзвуковой скоростью (около 0,8 Маха). Около Mach 1, пик коэффициент сопротивления может быть до четырех раз больше, чем дозвуковые сопротивления. Надтрансзвуковой диапазон, коэффициент резко падает снова, хотя и остается от 30 до 50% выше, чем при дозвуковых скоростях. Сверхзвуковой самолет должен иметь значительно больше энергии, чем дозвуковых воздушных судов требуют, чтобы преодолеть это волновое сопротивление, и, хотя крейсерской производительность выше трансзвуковой скоростью более эффективно, это еще менее эффективны, чем полет subsonically.
Другой вопрос в сверхзвуковом полете лифт тащить соотношение (L / D соотношение) крыльев. При сверхзвуковых скоростях, профилей создания подъемной силы в совершенно иной манере, чем на дозвуковых скоростях, и всегда менее эффективны. По этой причине значительное исследование было введено в разработкуplanforms для устойчивого сверхзвуковой крылатой. Примерно в Mach 2, типичная конструкция крыла снизит L / D соотношение в два раза (например, Concordeуправлять соотношением 7.14, в то время как дозвуковые Boeing 747 имеет L / D соотношение 17). [ 5 ] Поскольку конструкция самолета должны предоставить достаточно поднять преодолеть свой вес, снижение ее L / D соотношение на сверхзвуковых скоростях требует дополнительной тяги для поддержания его скорость и высоту.
] Двигатели
Реактивный двигатель дизайн смещается значительно между сверхзвуковых и дозвуковых самолетов. Реактивные двигатели, как класс, может обеспечить повышение эффективности использования топлива на сверхзвуковых скоростях, хотя их удельный расход топлива больше на высоких скоростях. Потому что их скорость над землей больше, это снижение эффективности меньше пропорционально скорости до и выше Mach 2, а потребление за милю ниже.Когда Concorde в настоящее время разработан Аэроспасьяль - BAC, высокий обход реактивных двигателей (" турбореактивный "двигателей) еще не были развернуты на дозвуковых самолетов. Если бы Concorde соревновались с предыдущими моделями, как Boeing 707 и DeHavillandComet, он был бы намного более конкурентоспособной. Притаких высоких реактивных двигателей обхода достиг коммерческую эксплуатацию в 1960 году дозвуковых реактивных двигателей сразу стало гораздо более эффективным, ближе к эффективности турбореактивных двигателей со сверхзвуковыми скоростями. Одно из главных преимуществ SST исчезли.
Двухконтурные турбореактивные двигатели повышения эффективности за счет увеличения количества холодного воздуха низкого давления они ускоряют, используя часть энергии обычно используется для ускорения горячего воздуха в классическом, не турбореактивных. Окончательное выражение этой конструкции являетсятурбовинтовой, где почти все реактивной тяги используется для питания очень большой вентилятор - пропеллер. Кривая эффективности работы вентилятора конструкция означает, что количество обхода, который максимизирует общую эффективность двигателя является функцией скорости движения, которая уменьшается с винта, чтобы болельщики, в обход не на всех, как скорость увеличивается. Кроме того, большая лобовая площадь рассмотрен низкого давления вентилятора в передней части двигателя, увеличивает сопротивление, особенно на сверхзвуковых скоростях, а значит, обход отношения являются гораздо более ограниченным, чем на дозвуковых самолетов. [ 6 ]
Например, в начале Ту-144 был оснащен низкой турбореактивный двигатель обход которых был гораздо менее эффективны, чем ТРД Concorde в сверхзвуковом полете. Позднее Ту-144Д признакам турбореактивных двигателей с сопоставимой эффективностью. Эти ограничения означало, что конструкции из нержавеющей стали, не смогли воспользоваться значительные улучшения в области топливной экономичности двигателей, что высокие обход доведены до дозвуковой рынке, но они уже были более эффективными, чем их коллеги дозвуковой турбовентиляторных.
] Структурные проблемы
Сверхзвуковых скоростях автомобиль требует узких крыла и фюзеляжа конструкции, и могут быть больше напряжения и температуры. Это приводит к аэроупругости проблемы, которые требуют тяжелых структур свести к минимуму нежелательные прогиба. ТПМ также требуют гораздо сильнее (и, следовательно, тяжелее) структуры, так как их фюзеляж должен быть под давлением в большей дифференциальной чем дозвуковые самолеты, которые не работают на больших высотах, необходимых для сверхзвукового полета. Эти факторы в совокупности означает, что вес пустого места в Concorde более чем в три раза больше, чем Boeing 747.
Тем не менее, Согласия и Ту-144 был построен как обычного алюминия (дюралюминия), тогда как более современные материалы, такие как углеродное волокно и кевлар гораздо сильнее при растяжении их вес (важно иметь дело с давлением напряжения), а также быть более жесткими. Как на сиденье вес конструкции значительно выше в SST дизайн, никаких улучшений приведет к улучшению больший процент, чем такие же изменения в дозвуковых самолетов.
] Высокая стоимость
Высокие цены на топливо и нижней возможности пассажир из-за аэродинамических требований для узкого фюзеляжа сделать ГСУ дорогой вид коммерческой гражданской перевозки по сравнению с дозвуковой самолет. Например, Боинг-747 может нести более чем в три раза больше пассажиров, Concorde, используя примерно такого же количества топлива.
Тем не менее, расходы на топливо не являются основной цены на большинство билетов дозвуковых пассажирских самолетов. [ править ] Для трансатлантического рынка бизнес SST самолетов были использованы для, Concorde было на самом деле очень успешным, и был в состоянии поддерживать более высокую цену билета. Теперь, когда коммерческие SST самолеты перестали летать, стало ясно, что Concorde сделал существенную прибыль для BritishAirways. [ 4 ]
] Взлет и шумов звуковой барьер
Одна из проблем, с Concorde и эксплуатации Ту-144 был высокий уровень шума двигателя, связанные с очень высокой скоростью струи использовали во время взлета, и что еще более важно пролетая над общинами рядом с аэропортом. SST двигателей необходимо достаточно высокой удельной тяги (за вычетом тяги / воздушного потока) при сверхзвуковой крылатой, чтобы свести к минимуму двигатель площадь поперечного сечения и, следовательно, гондолы сопротивления. К сожалению, это предполагает высокую скорость струи, которая делает двигатели шумные, который вызывает проблемы, особенно на низких скоростях / высотах и при взлете. [ 9 ]
Таким образом, будущее SST могут также извлечь выгоду из переменной цикла двигателя, где удельная тяга (и, следовательно, скорость струи и шум), низкий при взлете, но вынужден при высокой сверхзвуковой крылатой. Переход между этими двумя режимами будет происходить в какой-то момент во время восхождения и обратно во время спуска (чтобы свести к минимуму шум струи на подходе).Трудность разработки переменной конфигурации двигателя цикл, который отвечает требованиям по низкой площадь поперечного сечения при сверхзвуковой крылатой.
Звуковой удар не считается серьезной проблемой в связи с больших высот, на которых летали самолеты, но эксперименты в середине 1960-х годов, таких как спорный Оклахома-Сити звукового удара испытаний и исследований ВВС США в Северной американский XB-70 Валькирия не доказано обратное. [ 10 ]
Раздражение звукового удара можно избежать, если ждать, пока самолет находится на большой высоте над водой до достижения сверхзвуковых скоростей, это техника, используемая Согласия. Тем не менее, не исключает сверхзвуковом полете над населенными районами. Сверхзвуковой самолет плохо подъема / сопротивления отношения на дозвуковых скоростях по сравнению с дозвуковой самолет (если такие технологии, как качели крыло работает), и, следовательно, сжигать больше топлива, в результате чего их использование является экономически невыгодной по такому пути полета.
Кроме того, в оригинальной SST усилия в 1960 году было высказано предположение, что тщательное формирование фюзеляж самолета может снизить интенсивность ударной звуковой удар на волны, которые достигают земли. Один проект вызвал ударных волн мешать друг другу, что значительно снижает звукового удара. Это было трудно проверить в то время, но увеличение силы автоматизированного проектирования с тех пор сделал это значительно проще. В 2003 году ShapedСоник Демонстрация Boom самолет был доставлен которые доказали надежность конструкции и продемонстрировала возможность снижения бум примерно наполовину. Даже удлинение транспортного средства (без значительного увеличения веса), казалось бы, уменьшить интенсивность бум. [ 10 ]
Если интенсивность бум может быть уменьшен, то это может сделать даже очень больших конструкций сверхзвуковых самолетов приемлемы для сухопутных полета (см. звукового удара).
] Нужно работать самолета в широком диапазоне скоростей
Аэродинамическая конструкция сверхзвукового самолета необходимо изменить его скорость для достижения оптимальной производительности. Таким образом, из нержавеющей стали, в идеале, менять свою форму во время полета для поддержания оптимальной производительности как на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Такая конструкция будет представлять сложность которых увеличивается обслуживании, эксплуатационные расходы, а также проблемы безопасности.
На практике все сверхзвуковой транспорт использовали по существу ту же форму для дозвуковых и сверхзвуковых полетов, а также компромиссов в производительности был выбран, часто в ущерб низкой скорости полета. Например, Concorde имели очень высокие сопротивления (лифт тащить соотношение примерно 4) на медленной скорости, но он ездил на высокой скорости на протяжении большей части полета. Дизайнеры Concorde были вынуждены провести массовый 5000 часов оптимизации формы транспортного средства при испытаниях в аэродинамической трубе, чтобы максимизировать эффективность работы в течение всего Flightplan.
Boeing 2707 признакам качели крылья, чтобы дать более высокую эффективность при низких скоростях, но большее пространство, необходимое для таких функций производится проблемы пропускной способности, которая оказалась в конечном счете, непреодолимыми.
NorthAmericanAviation был необычный подход к этой проблеме с XB-70 Валькирия. При понижении внешней панели крыльев при больших числах Маха, они смогли воспользоваться лифтом сжатия на нижней части самолета. Это позволило улучшить L / D соотношение примерно на 30%.
] Температура кожи
В сверхзвуковой самолет летит, она адиабатически сжимается воздух в передней части автомобиля. Это приводит к увеличению температуры воздуха в результате нагрева самолета.
Нормальная дозвуковых самолетов традиционно делаются из алюминия. Однако алюминий, в то же время легкий и прочный, не в состоянии выдерживать температуру гораздо более 127 ° С, выше 127 ° C алюминий постепенно теряет самообладание. и ослаблена [ править ] Для самолетов, которые летают на Mach 3, материалов, таких как Нержавеющая сталь (XB-70 Валькирия) или титана (SR-71) были использованы в значительном увеличении расходов, а свойства этих материалов делают самолеты гораздо труднее в изготовлении.
Poor диапазон
Диапазон сверхзвуковых самолетов может быть оценена с Breguet спектр уравнения.
Высокий процент пассажирских взлетный вес делает его трудно получить хорошую долю топлива. Это, наряду с относительно бедной сверхзвуковой лифт / сопротивления отношения, сверхзвуковые самолеты исторически имеют относительно низкий диапазон. Это означало, что многие маршруты были не жизнеспособны, а это, в свою очередь, помогло означает, что они продаются плохо с авиакомпаниями. [ править ]
Авиакомпания желательности ТПМ
Авиакомпания купить самолет как средство зарабатывания денег, и хотел бы сделать столько возврат на инвестиции как можно дальше от своих активов.
Авиакомпания потенциально ценят очень быстрых самолетов, поскольку она позволяет самолет, чтобы сделать больше рейсов в день, что обеспечивает более высокую отдачу от инвестиций. Тем не менее, Конкорда высокого уровня шума вблизи аэропортов, проблемы часовых поясов, а также недостаточная скорость означает, что только один обратный путь можно было бы сделать за день, так что дополнительная скорость не была преимуществом для авиакомпаний, кроме как продажей возможность для своих клиентов. [ 11 ]
Американский ТПМ должны были лететь на Mach 3, отчасти по этой причине. Однако, учитывая ускорение и замедление времени, это только бы сократить 20 минут от трансатлантического путешествия который, вероятно, не было достаточно, чтобы выполнить дополнительные туда-обратно, и самолет был бы гораздо более дорогим для авиакомпаний купить.
С ТПМ производить звуковые удары на сверхзвуковой скорости они редко разрешено летать сверхзвуковые над землей, и должны лететь над морем сверхзвуковой вместо. Так как они являются неэффективными при дозвуковых скоростях по сравнению с дозвуковой самолет, диапазон ухудшилось, а количество маршрутов, что самолет может летать нон-стоп уменьшается. Это также снижает целесообразность таких самолетов для большинства авиакомпаний.
Сверхзвуковой самолет с высшим на пассажира расход топлива, чем дозвуковые самолеты, что делает стоимость билета более чувствительны к цене на нефть.
Обеспечение инвестиций для научно-исследовательской работы по созданию нового SST можно рассматривать как попытку подтолкнуть ограничение скорости воздушного транспорта. Вообще, кроме стремления к технологическим достижением, главной движущей силой для таких усилий является конкуренция со стороны других видов транспорта. Конкуренция между различными поставщиками услуг в пределах вида транспорта как правило, не приводят к таким технологических инвестиций для увеличения скорости. Вместо этого, поставщики услуг предпочитают конкурировать по качеству обслуживания и стоимости. Примером этого явления высокоскоростных железных дорог. Ограничение скорости на железнодорожном транспорте толкнули так сильно, чтобы она могла эффективно конкурировать с автомобильным и воздушным транспортом. Но это достижение не было сделано для различных железнодорожных компаний-операторов, чтобы конкурировать между собой. Это явление также снижает авиакомпания желательности ТПМ, потому что очень большие расстояния (несколько тысяч километров), конкуренция между различными видами транспорта, скорее, как раса одной лошади: воздушный транспорт не имеет значительного конкурента. Только конкуренция между авиакомпаниями, и они предпочли бы платить, чтобы уменьшить стоимость и повысить качество обслуживания, чем дорогой увеличение скорости.
]Hypersonic транспорта
В то время как обычным турбонаддувом и ПВРД способны оставаться достаточно эффективным до Mach 5.5, некоторые идеи на очень высокой скорости полета над Mach 6, иногда обсуждается, с целью сокращения времени в пути до одного или двух часов в любой точке мира.
Эти предложения очень автомобиля как правило, либо использовать ракету или ГПВРД двигателей, двигателей импульс детонации были также предложены.
Есть много трудностей, с такой полет, как технических, так и экономические.
Ракетный двигатель транспортных средств в то время как технически практической (как баллистический транспорт или semiballistic транспорта использовании крыльями) будут использовать очень большое количество топлива и работать лучше всего на скорости примерно от Mach 8 и орбитальных скоростях. Ракеты конкурировать с лучшими воздушно-реактивных двигателей по стоимости на очень большие расстояния, однако даже противоположные путешествия, расходы будут только несколько ниже, чем затраты орбитальный запуск. [ править ]
Scramjets в настоящее время не подходит для пассажирских транспортных средств.
Предварительно охлажденный реактивных двигателей являются реактивными двигателями с теплообменником на входе, который охлаждает воздух на очень высоких скоростях, эти машины могут быть практичными и эффективными при примерно до 5,5 Маха, и это направление исследований в Европе и Японии.
[ редактировать ]Современные исследования и разработки
В апреле 1994 года Аэроспасьяль, BritishAerospace и DeutscheAerospace AG (DASA), созданный Европейским сверхзвукового Программа исследований (ESRP) с планами второго поколения Concorde ввести в строй в 2010 году. Самолет должен был называться Avion де транспорта SupersoniqueFutur. Параллельно с этим, SNECMA, Rolls-Royce, MTU München и Fiat начали работать вместе в 1991 году на разработку нового двигателя. Инвестиции не больше, чем США $ 12 млн. долл. в год, главным образом, компания финансируется, программа исследований охватывает материалы, аэродинамики, систем и двигателей интеграции отсчетной конфигурации. Исследование ESRP поисковых базируется на Mach 2, 250-местный, 5500 морских миль-диапазона (10186 км) самолет, с базовым дизайном очень похож увеличенный Concorde с утками.
В то же время NASA начало серию проектов по изучению достижений в состоянии SST дизайна. В рамках высокоскоростного гражданского транспорта программе Ту-144 самолет был повторно двигателем для того, чтобы проводить эксперименты всверхзвуковых России в середине 1990-х годов, но развитие было прекращено в 1999 году.
Япония имеет сверхзвуковую программу исследований транспорта. В 2005 году было объявлено, что японско-французское совместное предприятие будет продолжать исследования в конструкцию самолета будет называться новое поколение сверхзвуковых транспорта, JAXA надеется, что новое поколение сверхзвуковых транспорт будет летать до 2015 года. [ 12 ] 11,5 метра модель Успешно летные испытания в октябре 2005 года. [ 13 ]
Еще одна область, которая видела научных интересов является сверхзвуковой бизнес-джет (SSBJ). Некоторые клиенты бизнес-джетов готовы платить за сильно сократилось время путешествия, и шум, проблемы не столь серьезны небольшие суда. Сухого и Gulfstream совместно исследовали такие ремесла в середине 1990-х годов, так же как DassaultAviation в начале 2000-х годов. Aerion корпорации "сAerion SBJ, ГАИ Тихий сверхзвукового транспорта и Туполев "с Ту-444 являются текущими проектами SSBJ. [ 14 ]
Еще одним событием в области двигателей двигателей импульс детонации. Эти двигатели, которые часто называют в качестве уравнений в частных производных, предлагают даже большую эффективность, чем текущий турбовентиляторных двигателей, а с учетом высокой скорости использования. NASA поддерживает усилия PDE исследований, сбазовым быть Mach 5 авиалайнера. PDE был тест успешно пролетел в 2008 году. [ 15 ]
В самых экзотических, большой сверхзвуковой конструкции, как реактивных двигателей Skylon, казалось бы, способны достичь Маха 5,5 в атмосфере, до включения ракетных двигателей и выхода на орбиту. Конструкция может позже повторно войти в атмосферу и землю обратно на взлетно-посадочной полосы он снял с.
Существует также очень большое расстояние сверхзвуковой / гиперзвуковой транспортный версия Skylon, A2, оценивается в Европейский Союз в рамках LAPCAT проект, который поедет на Mach 5 и будет способен перемещаться Брюсселя до Сиднея за 4,6 часа. [ 16 ]
Туполева планируется построить Ту-244, но проект был отменен в 1993 году.