Перспективы развития современных сверхзвуковых пассажирских самолетов
Авторы: Сидняев Н.И.
Опубликовано в выпуске: #1(133)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-1-2243
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Изложены основы сверхзвуковой динамики пассажирских самолетов. Даны основные сведения о конструкциях и технических характеристиках, рассмотрены типовые параметры сверхзвуковых пассажирских самолетов и освещены основные вопросы их проектирования. Представлены облики перспективных сверхзвуковых самолетов, обладающих конкурентным преимуществом за счет лучших технико-экономических, эксплуатационных и экологических показателей. Рассмотрены ключевые направления в обеспечении разработки отечественных сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС) следующего поколения, включающего в себя передовые научно-технические решения. Постулируется, что приемлемые экологические характеристики СПС нового поколения необходимы в связи с существенным ужесточением национальных и международных требований к экологическим характеристикам самолетов гражданской авиации, а именно в контексте проблемы минимизации вредного воздействия СПС на окружающую среду. Рассмотрены пути обеспечения допустимого уровня звукового удара при полете на сверхзвуковой крейсерской скорости, соблюдение норм по шуму в районе аэропорта и вредных эмиссий в атмосферу, что требует поиска новых технических решений, комплексного анализа и выбора наиболее рациональных вариантов аэродинамической схемы планера СПС и его силовой установки. Проанализированы научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, выполняемые по сверхзвуковой тематике в Российской Федерации и за рубежом. Рассмотрена экономическая эффективность эксплуатации самолетов гражданского назначения с перспективой полета на сверхзвуковой скорости. Показаны сложности при проектировании сверхзвукового пассажирского самолета. Отмечены противоречия, возникающие при проектировании, а именно, что выбор правильной модели для авиационной промышленности играет важную роль и в большинстве случаев становится основой для принятия подхода к решению той или иной задачи.
Литература
[1] Эра сверхзвуковых пассажирских самолетов. Авиация России как на ладони — последние события, технологии и история авиации. URL: http://www.poletim.net/history/jera-sverkhzvukovykh-passazhirskikh-samoletov (дата обращения: 07.04.2015).
[2] Airbus представил проект пассажирского сверхзвукового самолета. Общество. РосБизнесКонсалтинг. URL: http://top.rbc.ru/society/20/06/2011/601402.shtml (дата обращения: 07.04.2015).
[3] Сверхзвуковой самолет N+2: от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса за два с половиной часа. Новости Online.ua. URL: http://news.online.ua/675262/sverhzvukovoy-samolet-n-plus-2-ot-nyu-yorka-do-los-andzhelesa-za-dva-s-polovinoy-chasa-4-foto (дата обращения: 07.04.2015).
[4] Скрипин В. Сверхзвуковой самолет нового поколения родом из Японии. Hi-News.ru URL: http://hi-news.ru/technology/sverxzvukovoj-samolet-novogo-pokoleniya-rodom-iz-yaponii.html (дата обращения: 07.04.2015).
[5] Сидняев Н.И., Бутенко Ю.И., Болотова Е.Е. Экспертная система продукционного типа для создания базы знаний о конструкциях летательных аппаратов. Авиакосмическое приборостроение, 2019, № 6, с. 38–52.
[6] Сидняев Н.И., Бутенко Ю.И., Болотова Е.Е. Экспертная система для создания базы знаний о летательных аппаратах. Системы управления полным жизненным циклом высокотехнологичной продукции в машиностроении: новые источники роста: II Всероссийская научно-практическая конференция (Москва, 23 апреля 2019 г.): материалы конференции. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019, с. 24–29.
[7] Сидняев Н.И. Математическое моделирование оценки надежности объектов сложных технических систем. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2003, № 4, с. 24–31.
[8] Сидняев Н.И. Сетецентрические управляющие системы и боевые операции. Военная мысль, 2021, № 12, с. 60–72.
[9] Сидняев Н.И., Макриденко Л.А., Геча В.Я., Онуфриев В.Н. Факторы космической погоды, влияющие на бортовые элементы низкоорбитальных космических аппаратов. Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. Труды Четвертой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли». Москва, АО «Корпорация «ВНИИЭМ», 2016, с. 90–100.
[10] Сидняев Н.И., Геча В.Я., Барбул Р.Н. О современных подходах в развитии теории эффективности космических систем. Системы управления полным жизненным циклом высокотехнологичной продукции в машиностроении: новые источники роста: Всероссийская научно-практическая конференция (Москва, 18 апреля 2018 г.): материалы конференции. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018, с. 69–75.
[11] Первый в РФ сверхзвуковой гражданский самолет может быть спроектирован за семь–восемь лет. ТАСС. URL: http://tass.ru/ekonomika/4911172
[12] Погосян М.А. Второе поколение сверхзвуковых самолетов может появиться в 2020-х годах. ТАСС. URL: http://tass.ru/wfys2017/articles/4650115
[13] Давыдов Ю.В., Лищинский М.А., Рулин В.И. Предварительные этапы решения задачи глобальной транспортной системы сверхзвуковых перевозок. Вестник МАТИ, 2012, № 19 (91), с. 96–105.
[14] Фомин В.М., Аульченко С.М., Звегинцев В.И. Анализ траекторий полета летательного аппарата с прямоточным воздушнореактивным двигателем. Прикладная механика и техническая физика, 2014, т. 55, № 6, с. 35–42.
[15] Меднякова Т.В. Сверхзвуковые пассажирские самолеты: история эксплуатации и перспективные проекты. Материалы 54-й Международной научной конференции. Новосибирск, 2016, с. 37–38.
[16] Aerion AS2 SBJ — «истребитель» для бизнеса. URL: https://topwar.ru/49520 aerionas2sbjistrebiteldlyabiznesa.html (дата обращения: 07.04.2021).
[17] Flexjet to become first fleet customer for Aerion supersonic business jet. Aeron Corp. URL: https://www.aerionsupersonic.com/wpcontent/uploads/2017/01/FlexJet Press Release.pdf (дата обращения: 12.09.2021).
[18] Supersonic Natural Laminar Flow Technology. Aeron Corp.URL: https://www.aerionsupersonic.com/wp (дата обращения: 12.09.2021).
[19] Мирзоян А.А. Сверхзвуковой пассажирский самолет: оценки и прогнозы. АГНЦ «НАУКА». URL: http://agnc.ru/publicastion/8767 (дата обращения: 12.09.2021).
[20] Бирюк В.И., Ибрагимов М.Р., Коваленко В.В. Перспективы снижения уровня звукового удара коммерческих сверхзвуковых самолетов нового поколения. Ученые записки ЦАГИ, 2010, т. XLI, № 5, с. 13–18.
[21] Жилин Ю.JI. О звуковом ударе. Ученые записки ЦАГИ, 1971, т. 2, № 3, с. 1–10.
[22] Фомин В. М., Аульченко С. М., Звегинцев В. И. Полет гиперзвукового летательного аппарата с прямоточным воздушно-реактивным двигателем по рикошетирующей траектории. ПМТФ, 2010, т. 51, № 4, с. 85–94.
[23] Близнюк В., Васильев Л., Вуль В. и др. Правда о сверхзвуковых пассажирских самолетах. Москва, Моск. раб., 2000, 335 с.
[24] Цихош Э. Сверхзвуковые самолеты. Москва, Мир, 1983, 424 с.
[25] Лернер А.М., Осташев В.Е., Фридман В.Е. К объяснению аномального распространения звука в атмосфере. Акуст. журн., 1990, т. 36, № 2, с. 313–318.
[26] Вождаев В.В., Коваленко В.В., Теперин Л.Л., Чернышев С.Л. Методика определения интенсивности звукового удара на местности при исследовании компоновки сверхзвукового пассажирского самолета. Общероссийский научно-технический журнал «Полет», 2013, № 10, с. 17–27.
[27] Жилин Ю.Л., Коваленко В.В. О связывании ближнего и дальнего полей в задаче о звуковом ударе. Ученые записки ЦАГИ, 1998, т. ХХIХ, № 3–4, с. 111–122.
[28] Speziale C.G., Sarkar S., Gatski T.B. Modelling the pressure-strain correlation of turbulence: an invariant dynamical systems approach. J. Fluid Mechanics, 1991, vol. 277, pp. 245–272.
[29] Якубович Н.В. Первые сверхзвуковые — Ту-144 против «Конкорда». Москва, ЭКСМО, 2010, 150 с.
[30] Woodward F.A. An improved method for the aerodynamic analysis of wing-body-tail configurations in subsonic and supersonic flow. NASA CR 2228, Part I, II, 1973.
[31] Лаврухин Г.Н. Аэрогазодинамика реактивных сопел. Т. I. Внутренние характеристики сопел. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2003, 230 с.
[32] Коваленко В.В., Чернышев С.Л. К вопросу о снижении звукового удара. Ученые записки ЦАГИ, 2006, т. 37, № 3, с. 53−62.
[33] Wlezien R., Veitch L. Quiet supersonic platform program. AIAA Paper, 2002, no. 2002-0143, 17 p.
[34] Whitham G.B. The flow pattern of a supersonic projectile. Comm. Pure Appl. Math., 1952, vol. 5, no 3, pp. 301−338.
[35] Waters M., Ardema M., Roberts C., Kroo I.M. Structural and aerodynamic considerations for an oblique all wing aircraft. AIAA Aircraft Design Systems Meeting, AIAA 92–4220, Aug. 24–26, 1992.
[36] Menter F.R., Galpin P.F., Esch T., Kuntz M., Berner C. CFD simulations of aerodynamic flows with a pressure-based method. Paper ICAS 2004¬2.4.1. Japan, Yokohama, 2004. 11 p.
[37] Jones L.В. Lower bounds for sonic bangs. J. Roy. Aeronaut. Soc., June 1961, vol. 65, no. 606, pp. 433–436.
[38] Jones L.В. Lower bounds for sonic bangs in the far field. Aeronaut. Q., Feb. 1967, vol. XVIII, pt. I, pp. 1–21.
[39] Seebass R. Minimum sonic boom shock strengths and overpressures. Nature, 1969, Feb. 15, vol. 221, no. 5181, pp. 651–653.
[40] George A.R. Lower bounds for sonic booms in the midfield. AIAA J., 1969, vol. 7, no. 8, pp. 1542–1545.
[41] George A.R., Seebass R. Sonic boom minimization including both front and rear shocks. AIAA J., 1971, vol. 9, no. 10, pp. 2091–2903.
[42] Seebass R., George A.R. Sonic boom minimization. Journal of Acoustical Society of America, 1972, vol. 51, no. 2, pp. 686–694.