Гонка за пассажирским сверхзвуком

Многие патриоты до сих пор думают, что сверхзвуковые пассажирские самолеты начались с советского Ту-144. Более европоориентированные товарищи неистово надрачивают на французский «Конкорд». Однако всё началось гораздо раньше, и началось за океаном.

В США во второй половине 50-х годов несколько фирм независимо начали конструкторские работы по разработке сверхзвукового пассажирского самолета (СПС), которыми с 1959 г. руководила созданная для этого специальная группа экспертов.

26 октября 1962 г. правительства Великобритании и Франции подписали соглашение о совместном создании сверхзвукового пассажирского самолета «Конкорд». Известие об этом встревожило общественное мнение США (по соображениям престижа). Реакция правительства США была незамедлительной, и уже в январе 1963 г. начал работать комитет (во главе с вице-президентом США), координирующий программу SCAT (Supersonic Commercial Air Transport) по созданию пассажирского самолета с крейсерской скоростью, соответствующей М= 2,7-3,0, и дальностью не менее 6400 км. 5 июня 1963 президент США Кеннеди объявил об официальном начале программы создания американского СПС (SuperSonic Transport — SST).

В США считали, что европейский проект основан на «старой» технологии и традиционных конструкторских решениях, а потому, располагая предельными техническими возможностями, не имеет перспектив дальнейшего развития. Другими словами, новые самолеты в начале эксплуатации будут иметь максимально возможные летные данные, и уже в 70-х годах (!) их конструкция начнет устаревать. Именно такого рода аргументация послужила обоснованием американского проекта самолета с М = 2,7, который будет почти в 2 раза дороже и потребует в 2 раза больше времени для разработки, но зато обеспечит возможность после проведения несложных модификаций увеличить крейсерскую скорость без принципиального изменения конструкции.

На решение США повлияли также престижные соображения и опыт, приобретенный при создании и эксплуатации самолетов Х-15 и ХВ-70, и особенно рекордного военного самолета YF-12A, развивающих максимальную скорость более 3000 км/ч.Модель Boeing 733 перед продувкой в аэродинамической трубе Специалисты НАСА в те годы заявляли: «Мы не считаем, что американский СПС должен полететь первым в мире, но мы можем гарантировать, что американский СПС будет лучшим в мире».

На фирме Boeing работы по концепции СПС проводились с 1952 г. В 1958 г. была сформирована небольшая группа, а к 1960 г. ежегодные затраты на разработку достигли 1 млн. тогдашних долларов. По программе «Модель 733» рассматривались различные варианты самолета с дельтавидным крылом. Однако, вскоре предпочтение получает вариант с крылом изменяемой стреловидности. Этому способствовало участие в программе TFX по созданию истребителя-бомбардировщика F-111A/B с крылом изменяемой стреловидности.

В 1962 г. фирма Boeing вышла в финал конкурса по программе TFX, но уже в ноябре ее проект F-111A/B уступил проекту General Dynamics. Проект СПС Boeing 733-197 напоминал компоновкой увеличенный F-111, а еще больше — будущий North American Rockwell B-1. Носовая часть была неотклоняемой. Удлиненные консоли низкорасположенного крыла изменяемой стреловидности соединялись с неподвижным центропланом, под которым размещались 4 двигателя General Electric GE4.

b733_31

Крейсерская скорость была равна 2.7М, а пассажировместимость — приблизительно 150 человек. Аэродинамическое качество также было ниже, чем у конкурируещего проекта L-2000 фирмы «Локхид» 6.75 — против 7.25.

Image39

Фирма Lockheed начала исследования по созданию сверхзвукового пассажирского самолета (SST) в 1956 г., ранее чем большинство ее конкурентов. Имея большой опыт в разработке как сверхзвуковых самолетов (F-104, SR-71), так и пассажирских лайнеров (Electra и Constellation), фирма надеялась на успех.

Работы велись под лозунгом «simpler, safer, better» (проще, безопасней, лучше). Так, проблему смещения аэродинамического фокуса при переходе через скорость звука Lockheed пытается решить чисто аэродинамическими средствами, без перекачки топлива (Concord) или использования крыльев изменяемой геометрии (Boeing 733).

Первоначальный проект SST представлял собой утку с трапециевидным крылом. В последующие 5 лет он претерпел значительные изменения. Так к 1960 г. крыло приобрело дельтавидную форму, а к 1962 — «двойной дельты»:

models

Lockheed окончательно отказывается от схемы «утка» в пользу «бесхвостки» с крылом «двойная дельта». Для создания этой «простой» на вид компоновки потребовалось пять лет исследований, тысячи часов продувок в аэродинамической трубе, и миллионы долларов.

В 1963 г. три фирмы представили в FAA (Федеральное управление гражданской авиации) эскизные проекты. Проект фирмы Lockheed существенно превосходил ближайшего конкурента — Boeing 733. Самолет был быстрее (М=3 против М=2.7), нес большее число пассажиров (210 против 150), был более эффективен (аэродинамическое качество 7.25 против 6.75) и был проще и легче в производстве. Однако, очевидно, и он не удовлетворил требования FAA к SST. Проект фирмы «Норт Америкен» был отклонен, а Boeing и Lockheed в апреле 1964 были допущены к дальнейшим разработкам — стадии IIA.

Проведя множество продувок и компьютерное моделирование, Lockheed продолжило работу над формой крыла, ввело его «крутку». По сравнению с моделью «стадии I» площадь крыла была увеличена с 778,6 до 839,6 м2, что позволило увеличить высоту крейсерского полета и снизить посадочную скорость. Улучшилась форма фюзеляжа и мотогондол. В результате аэродинамическое качество возросло с 7.25 до 7.94 (почти на 10 %).

Изменился и профиль полета. Если на «стадии I» планировалось переходить «звуковой барьер» на высоте 10,6 км, то крыло увеличенной площади позволяло увеличить эту высоту до 13,7 км, что минимизировало «звуковой удар».

l2000_4

Выбор более высокой, по сравнению с «Конкордом» и Ту-144, скорости в почти 3000 км/ч привел к необходимости широкого использования титана и стали.

Опасения, что на форсажном режиме выхлоп двигателей вызовет перегрев хвостовой части, вынудили Boeing весной-летом 1966 изменить компоновку самолета. Model 733-290 позволял перевозить 250 пассажиров, а 1 сентября на конкурс был представлен уже перепроектированный 733-390 с пассажировместимостью до 300 человек. В маркетинговых целях самолет получает обозначение Boeing-2707-100.

Аэродинамическое качество боинга на крейсерской скорости превысило достижение Lockheed — 8,2 против 8. К тому же крыло изменяемой стреловидности показало себя значительно лучше на дозвуковой скорости. Во взлетном положении аэродинамическое качество увеличивалось до 12.

b2707-100_3

1 сентября Boeing представил на конкурс FAA Model 733-390 с пассажировместимостью уже до 300 человек. Новый проект получил обозначение Boeing-2707-100. Название отражало крейсерскую скорость самолета — М=2,7, а также подчеркивало новую ступень развития пассажирской авиации по сравнению с популярным Boeing-707.

Неожиданный прорыв позволил оттеснить Lockheed, и 31 декабря 1966 года, после более чем 14 лет исследований, проектных работ и конкурентной борьбы, Boeing был выбран федеральным правительством для постройки опытного образца SST. Производство двигателя было поручено General Electric. Американцы заявили, что Боинг-2707 взлетит всего на полгода позднее «Конкорда».

Планировалось, что если проектирование и постройка опытных образцов начнется в начале 1967, то первый полет может быть сделан в начале 1970. Проектирование и изготовление серийного варианта воздушного судна могли стартовать в начале 1969, с летными испытаниями в конце 1972. В этом случае первый самолет мог быть сертифицирован и введен в коммерческую эксплуатацию на линиях TWA в середине 1974. По оценкам Боинга к 1980 рынок для большого Model 390-475 SST должен был составить от 700 до 1000 самолетов.

Первоначально компоновка салона Model 1966, представленного Боингом в сентябре на конкурс, была аналогична «узкофюзеляжным» дозвуковым машинам — по 3 кресла в ряд по сторонам единственного прохода. В таком варианте СПС мог перевезти через Атлантику 277 пассажиров (30 в 1 классе и 277 в туристском). Вскоре фюзеляж был расширен на 30 см (12 дюймов) — до 5 м. Это позволило разместить кресла по схеме 2-3-2 с двумя проходами в передней части фюзеляжа, а далее — 3-3. В первом классе кресла размещались по схеме 2-2. При этом стандартный шаг кресел в туристском классе составлял 86 см, в 1-м классе — 101 см. Общая пассажировместимость увеличилась до 300 человек, или 350 в полностью туристском варианте.

В первом варианте 2707-100 крыло в переднем положении имело стреловидность 30°, но потом ее уменьшили до 20°. После взлета стреловидность увеличивалась до 30°, а на околозвуковых скоростях — до 42°. На этом режиме 2707-100 был практически столь же эффективен, как и 707. При полете со сверхзвуковой скоростью крылья отклонялись назад на 72°, образуя вместе с хвостовым оперением большую несущую поверхность площадью 9000 ф2. Полное перемещение крыльев из переднего в крайнее заднее положение выполнялось всего за 1 минуту, обратное — за 2.

Высокая степень механизации крыла в сочетании с малой стреловидностью на взлетно-посадочных режимах позволяли эксплуатировать 2707-100 с тех же аэродромов, что и 707. А уменьшение потребной тяги двигателей снижало их шумность.

Носовая часть, отклоняемая вниз при взлете и посадке имела 2 шарнира. Ее передняя часть всегда оставалась горизонтальной, улучшая работу метеолокатора. Промежуточное положение носовой части устанавливалось при полете на дозвуковой скорости. Если нижняя точка фюзеляжа при поднятой носовой части находилась на высоте 2.67м, то ее опускание сокращало зазор до 1.22 м.

b2707-100_mockup3

Рассматривался «внутренний» вариант сверхзвукового лайнера, который мог быть создан после разработки «международного». За счет снижения количества топлива взлетный вес уменьшался до 260 т. Это давало возможность применить бесфорсажные двигатели и снизить избыточное давление звукового удара до 1,5 PSF на крейсерском режиме и 2 — на трансзвуковом, против 2,5 и 2 соответственно для «дальнего» варианта.

В конце 1967 Boeing с одобрения FAA внес в конструкцию ряд изменений — модель «Боинг-2707-200». Поскольку изменение геометрии крыла не полностью компенсировало смещение фокуса подъемной силы при полете со сверхзвуковой скоростью, дополнительно было установлено неподвижное ПГО с управляющими поверхностями на задней кромке. Фюзеляж был удлинен на 3,6 м (12 ф), что позволило разместить еще 15 пассажирских мест. Но эти меры увеличили вес конструкции и сопротивление, что привело к росту необходимого запаса топлива. Для некоторой компенсации роста веса была упрощена конструкция носовой отклоняемой части — она была сделана одношарнирной со сдвижным щитком (аналогично Конкорду).

Были проведены даже лабораторные испытания некоторых агрегатов самолетов, например соединения подвижных частей крыла с центропланом, но в октябре 1968 «Боинг» отказывается от первоначального намерения в пользу самолета классической схемы с треугольным крылом. Окончательный вариант получил название Boeing-2707-300.

b2707-300_1

Стремясь снизить стремительно нараставший взлетный вес, в октябре 1968 Boeing отказывается от применения на сверхзвуковом лайнере крыла с изменяемой геометрией. Окончательный вариант — Boeing-2707-300 — получил неподвижное дельтавидное крыло с переменной стреловидностью по передней кромке. Горизонтальное хвостовое оперение было уменьшено и сдвинуто назад. ПГО было убрано. Двигатели переместились под крыло. Фюзеляж по-возможности был оставлен прежним, но с односекционной отклоняемой носовой частью.

Помимо перехода к неподвижному крылу, полезная нагрузка была снижена до 273 чел. в туристском варианте. Вместе с возросшим запасом топлива это увеличивало дальность на 300 миль.

Вот картинка — Боинг-2707-300 в аэропорту рядом с Боинг-747:

b2707-300_airport

23 сентября 1969 президент США Ричард М. Никсон одобрил строительство двух опытных образцов. 53 (26) авиакомпаний заказали 122 самолета стоимостью почти 5 миллиардов долларов. Строительство опытных образцов было завершено на 15%, для завершения их постройки и изготовления необходимого оборудования требовалось 1-2 млрд. А общая стоимость программы с постройкой 500 самолетов приближалась к 5 млрд. Требовались государственные кредиты.

В середине 60-х производственные мощности Boeing были сильно загружены созданием самого большого пассажирского самолета в мире Boeing-747. Но сложности с созданием SST были гораздо больше, причем не только техническими. С 1967 г. в США ширится экологическое движение против СПС (инспирированное догадайтесь кем). Утверждалось, что их полеты уничтожат озоновый слой, а мощный акустический удар, возникающий при сверхзвуковом полете, считался недопустимым для заселенных территорий. Бгггг.

b2707-300

Под давлением общественного мнения, а затем и конгресса, Никсон создает комиссию из 12 членов для решения вопроса по финансированию программы SST. Но вопреки его ожиданиям, комиссия отвергает необходимость создания SST не только по экологическим, но и по экономическим причинам. Для создания первого самолета было необходимо затратить 3 млрд. долл, что окупилось бы лишь при продаже 300 самолетов. Финансовое же состояние США было ослаблено продолжительной войной во Вьетнаме.

Работы над самолетом были прекращены 20 мая 1971 г. на этапе предварительных исследований после постановления сената США (24 марта) о прекращении дальнейших государственных ассигнований. Расходы на программу к этому времени уже достигли 700 (по другим источникам — 800) млн. долл.

Boeing пытался продолжить строительство на собственные средства. Частными лицами (вплоть до школьников) было собрано более миллиона долларов. Но это не спасло. Закрытие программы совпало со спадом в аэрокосмической промышленности и нефтяным кризисом. Боинг был вынужден сократить в Сиэтле почти 70000 служащих.

Обозначение Boeing 2707-300
Тип Сверхзвуковой пассажирский самолет
Число пассажиров, чел. 2-классный 273
1-классный 296
Геометрические характеристики
Длина самолета, м 90,9 (97)
Размах крыла, м 43,3
Высота, м 15,2

Макс. взлетный вес, кг 340000
Силовая установка
Число двигателей 4
Двигатель ТРДФ GE4
Тяга двигателя, кгс 24300
Летные данные (расчетные)
Крейсерская скорость на высоте 21 км, км/ч (М=) 2900 (2,7)
Высота полета, км 18-21
Дальность полета, км 6800

Работы по созданию СПС были продолжены фирмой Макдоннел-Дуглас в 1975 г. по программе AST. А Boeing использовал полученный опыт при создании СПС второго поколения по программе HSCT (High Speed Civil Transport).

sst3

Вот такие вот дела, пацанчики.

Настоящий материал самостоятельно опубликован в нашем сообществе пользователем Proper на основании действующей редакции Пользовательского Соглашения. Если вы считаете, что такая публикация нарушает ваши авторские и/или смежные права, вам необходимо сообщить об этом администрации сайта на EMAIL abuse@newru.org с указанием адреса (URL) страницы, содержащей спорный материал. Нарушение будет в кратчайшие сроки устранено, виновные наказаны.

комментариев 20

  1. Gena:

    И в дальнейшем не отказались от программы СПС, в 90-е прорабатывались проекты административных и полноценных самолётов, даже Ту-144лл использовали для исследований.Но чего то сейчас тишина…

  2. NZachary:

    Самое забавное — что Боинг-2707 успел попасть в детскую энциклопедию (том 5, «Техника и производство», 1974 год), как уже свершившийся факт — он был указан вместе с Конкордом и ТУ-144.
    Поэтому долгое время я думал, что сверхзвуковых пассажирских лайнеров в мире три.

  3. Darth Maul:

    Причина, по которой отказались от полётов СПС (вначале Ту-144, затем, через какое-то время, и от «Конкордов») проста — предельная дороговизна в эксплуатации. И бессмысленность — проще гонять обычные самолёты, они скорее заполнятся. Ту-144 не оправдал себя — две катастрофы, в Ле Бурже и на территории СССР, конечно, место имели, но главной причиной была нерентабельность. И рейсы на «Конкордах» тоже по цене «зашкаливали». Потому их и построили мало, и потому даже не думают заново строить СПС мощностями «Эйрбаса».

    Думается, в отказе от американского СПС та же причина была. Керосину жрёт-с, как Харибда, а толку-ть…

    • basel71:

      Лететь на сверхзвуке в такой среде как воздух, весьма топливозатратно, какие бы совершенные двигатели не поставь.
      В будущем , если захотят летать быстро , придется что то делать с сопротивлением среды. Тут или окружать ЛА плазмой , или выходить на суборбитальный режим полета.

      • Darth Maul:

        А Вы представьте, сколько это надо вбухать в эту разработку… а потом её окупить… Нет, это всё — дело далёкого будущего. Кстати, проект СПС-2 (Ту-244) так же заглох.

      • Henren:

        Почему в будущем? Орбитальный бомбардировщик уже летает. http://defence.ru/assets/content/paragraph/9454/42849/140328-space-x37b-1230p-41232a356d30bce76c74d2f396abd52c.jpg?nocache=198066

        • Darth Maul:

          Бомбер, государь, это особстатья, а вот пассажирский СПС — особстатья.

          • Henren:

            Пассажирский? Даже не думайте — разработки данных аппаратов давно прекращены, как не имеющие рыночной перспективы.

        • zu:

          А если сократить ссылку то это http://goo.gl/Yr2IEg

        • basel71:

          Ну,насколько я знаю,назначение x37b как бомбера весьма гипотетическое.

        • Владимир:

          >>Орбитальный бомбардировщик уже летает<<

          Голливуд детектед :)))

  4. basel71:

    Ту-144…The best or nothing.

  5. FLY_Slim Jr.:

    Это дорого. Да и смысла нет.

  6. FLY_Slim Jr.:

    Да и бомбер такой нах не нужен, если ракеты неплохо летают на 11к км. Только деньги тратить.

    • Darth Maul:

      Пилят-с, пилят-с бюджет. Мне тут намедни одна дамочка-с говорила, как замечательно на Западе — промышленность вся работает, живут хорошо, аж слюни текли, а у нас полная попка, в общем, начала нести на Россию справедливую и несправедливую хренотень, и меж словами упомянула, как у нас сплошная коррупция, а на Западе так всё хорошо и прозрачно и никто не ворует. Ага-с… вот на таких «бомберах», а также СОИ, ПРО и ПРОчих белиберденях и пилят, «коррупции у них нет».

    • Henren:

      Маловато, как показала практика. Ту-160 выполнили уже 145 боевых вылетов. Дальность — 13 тыс. км.