"Искатель. 1964. Выпуск №5" - читать интересную книгу автора

ШУМ И КРЫЛЬЯ…

Эта сенсация стоила Канаде ровно миллион долларов. Сверхзвуковой истребитель «F-104» пролетел над столицей страны, после чего опытное строящееся здание уменьшилось на величину, которую в обтекаемых газетных формулировках называют «сильными повреждениями». Эти-то повреждения и были оценены в звенящий круглый миллион.

Происшествие в Оттаве, возможно, скоро бы и забылось, если бы не причины, которые его вызвали. А эти причины были достаточно серьезными. Особенно для тех, кто работает сегодня над проектами сверхзвуковых пассажирских самолетов. И не случайно в опубликованной вскоре статье Флойда, главного инженера группы перспективного проектирования английской фирмы «Хоукер-Сиддли», говорилось:

«Полеты сверхзвуковых гражданских самолетов над странами с большой плотностью населения вызовут серьезные возражения, поскольку они отразятся на менее здоровых людях. Многие из них перебрались бы в более спокойные районы страны, но назвать такое место, в будущем свободное от частых звуковых ударов, просто невозможно…»

Итак, звуковой удар. Прежде чем сверхзвуковая пассажирская авиация получит право на жизнь, нужно научиться бороться с ним. Но чтобы бороться, надо прежде всего познать его природу, законы, поведение. Именно эту серьезную задачу в упорном поиске решают ученые и инженеры многих стран мира.

Рассекая воздух своим носом или крылом, самолет заставляет колебаться его частицы. И эти колебания распространяются во все стороны со скоростью звука. Если скорость самолета меньше звуковой, то колебания, естественно, обгоняют его и как бы подготавливают воздушный поток к встрече с машиной. Вот почему воздух так плавно обтекает формы дозвуковых самолетов. Иное дело сверхзвуковые скорости. Колеблющиеся частицы уже не успевают обогнать самолет и накапливаются перед носом фюзеляжа или крыла, образуя плотную стену — ударную волну. У этой волны есть и другое название — «скачок уплотнения». А появилось оно вот почему: если перед волной воздух имеет обычное, атмосферное давление, то за ней это давление может быть в десятки раз больше.

Вот этому-то повышенному давлению за ударной волной и обязан своим рождением новый барьер авиации — «шумовой».

Наше ухо очень чутко реагирует на малейшие изменения давления, но еще более чувствительно оно к скорости, с которой это давление изменяется. У человека, попавшего под тянущийся по земле шлейф ударной волны от сверхзвукового самолета, ухо воспринимает повышение давления в принципе так же, как удары грома. Все дело осложняется тем, что переход от нормального давления к повышенному здесь происходит мгновенно, а удару грома обычно предшествует молния, которая как бы подготавливает: внимание, ждите удара!

Да, у ударной волны нет предупредительных сигналов. Возможно, поэтому разные люди и реагируют на звуковой удар по-разному. Так, в разных местах в Соединенных Штатах реакция людей на звуковой удар была различной, хотя экспериментальный самолет все время летел на одной высоте и с постоянной скоростью.

Все это невероятно усложняет работу исследователей: очень трудно по таким отзывам установить допустимую величину звукового удара. А ведь им нужно учесть не только реакцию людей. Птицы, животные и даже… оконные стекла — как отразится на них звуковой удар?

Вряд ли кто-нибудь придет в восторг, если от пролетающего над домом самолета вылетит стекло в окне, а посуда в шкафу будет выбивать барабанную дробь. Необходимо оградить население от неприятных воздействий. Пока тщательные исследования позволили установить четыре основные причины, определяющие интенсивность звукового удара: это скорость самолета, его вес, форма и высота полета.

Скорость полета мало влияет на интенсивность звукового удара, если, конечно, ее не свести до минимума — сделать всего на десять-двадцать процентов больше скорости звука. Но при этом самолет будет вынужден все время преодолевать тот самый «бугорок» сопротивления, в который превратился «звуковой барьер». А кроме того, обладая такой сравнительно небольшой скоростью, сверхзвуковой самолет не будет иметь никаких преимуществ перед дозвуковыми машинами.

Точно так же мало влияет на величину звукового удара и уменьшение веса: результаты получаются ощутимыми лишь тогда, когда все сводится к самолету, рассчитанному всего на 40–50 пассажиров. Существенного влияния здесь нельзя добиться и изменяя форму самолета; волей-неволей приходится его снабжать фюзеляжем, в котором бы могли разместиться пассажиры. Остается старый и верный союзник авиации больших скоростей — высота. И это понятно: чем выше летит самолет, тем большее расстояние проходит ударная волна, прежде чем попадет на землю. А пока она преодолеет этот путь, ее интенсивность уменьшится во много раз.

Правда, безопасные высоты полета оказались довольно большими: для самолетов с утроенной звуковой скоростью-порядка двадцати пяти километров, а если скорость только вдвое больше звуковой — двадцать километров. Сами по себе эти высоты не очень смущают конструкторов — современные самолеты летают и выше. Но вот этапы набора высоты и снижения выдвигают целый ряд проблем.

Нужно сказать, что даже небольшое снижение самолета с безопасной высоты приводит к весьма существенному уменьшению допустимых скоростей полета. А это означает, что самолет должен обладать способностью держаться на достаточно большой высоте при сравнительно малой скорости. И если вспомнить о существовании «потолка крыла», то становится ясным, что для того, чтобы обеспечить необходимую подъемную силу, сверхзвуковые машины придется снабжать довольно большими крыльями. «Часть» этих крыльев в горизонтальном полете будет не только не нужна, но и превратится в бесполезный груз и дополнительное сопротивление.

Кроме того, набор высоты и снижение по границам «шумового пола» будут продолжаться значительно дольше, чем если бы этих ограничений не было, и расходы топлива при этом сильно вырастут.

Правда, в последнее время ученые разных стран начали возлагать большие надежды на самолеты с так называемым «крылом изменяемой геометрии», которое позволяет управлять аэродинамическими характеристиками самолета в зависимости от высоты и скорости полета.

Вот один из проектов такого самолета. Глядя сверху на его треугольное крыло, кажется, будто оно составлено из двух частей — стреловидного крыла и поставленного к нему впритык хвостового горизонтального оперения. Собственно, так оно и есть: стреловидные части треугольного крыла «живут» своей самостоятельной «жизнью». На взлете эти плоскости раздвигаются, уходят вперед, и самолет становится похожим на наши дозвуковые машины с достаточно длинными крыльями. У таких крыльев несущие свойства примерно в полтора раза выше, чем у треугольных. А в переводе на аэродромный «язык» это означает, что такому самолету потребуются взлетно-посадочные полосы примерно такой же длины, как и у современных транспортных самолетов. Это огромное достоинство.

После взлета, по мере того как самолет с таким крылом будет разгоняться, поворотные плоскости постепенно будут «складываться», сдвигаться, сохраняя все время наивыгоднейший угол стреловидности и строго необходимую подъемную силу. Это-то и даст возможность обогнуть границы «шумового пола» без особых потерь топлива. Конечно, все эти преимущества должны быть оплачены дорогой ценой — сложными и тяжелыми механизмами поворота плоскостей. Но, может быть, именно это и будет самая приемлемая плата за совершенство.

Впрочем, что вообще скрывается за этим понятием — «совершенство»? Едва покинувший цехи завода опытный самолет еще только готовится к первому полету, а у создавших его людей уже масса новых идей, замыслов, решений. И если им поручить спроектировать машину примерно такого же типа, то они сделают ее еще лучше, надежнее и, конечно, совершеннее. Так что ж это такое — «совершенство»?..