Сверхзвуковых самолетов

прессора турбореактивного двигателя (ТРД), либо в сверхзвуковых самолетах непосредственно из атмосферы через патрубок, в котором затормаживается встречный поток воздуха, что вызывает соответствующее повышение давления.

продолжительностью воздействия повышенных температур, возникающих в процессе сверхзвукового полета. Транспортный самолет, наоборот, в течение ресурса будет проводить многие часы с крейсерской скоростью свыше 1 М. При создании транспортных самолетов будущего ставятся задачи снижения уровня шума в процессе полета и при преодолении звукового барьера, увеличения дальности и грузоподъемности. Возможность повышения двух последних показателей является следствием уменьшения лобового сопротивления и снижения массы. Необходимое совершенствование конструкции может быть достигнуто путем применения композиционных материалов определенных типов, в частности на основе полиимидных или металлических матриц. Температурный порог длительной работоспособности этих материалов близок к 315° С. Хотя алюминиевая матрица представляется более стабильной и надежной, она обладает повышенной плотностью по сравнению с полимером. Оба материала в достаточной степени изучены. Для элементов конструкций, подверженных более интенсивному нагреву, возможно использование материалов на основе титановой матрицы. Даже в сверхзвуковых самолетах существует много деталей, к которым не предъявляются требования высокой теплостойкости и в которых могли быть использованы существующие стандартные композиционные материалы.

Большинство создающихся материалов получают широкое освещение в технической печати и на профессиональных конференциях, но, по крайней мере, лишь через десять лет после разработки они становятся общедоступными. Не удивительно, что созданные материалы находят применение в тех случаях, о которых разработчики не могли даже предположить в течение первых лет после появления таких материалов. Примером может служить титан, который начал применяться благодаря своим высокотемпературным свойствам, а в настоящее время находит применение в сверхзвуковых самолетах благодаря хорошей свариваемости, хорошим усталостным характеристикам и меньшим размерам деталей, изготовляемых из него, по сравнению с алюминием. Важными характеристиками некоторых композиционных материалов является возможность их свободного конструирования, их высокие усталостные характеристики, позволяющие создать более простые и прочные композиции, снижающие затраты, идущие на сборку изделия, сокращающие энергетические затраты при механической обработке и т. д. Эти вопросы обсуждались в главах 2, 3 и 13.

При широком производстве водорода он будет даже дешевле бензина. Поэтому специалисты настойчиво ведут исследования, в направлении возможности применения Цводорода в авиации и на автотранспорте. В США такие работы ведутся под руководством доктора Дж. Роджерса в Оклахом-•ском университете. Подобные исследования проводятся и в Японии. В 1972 г. в США фирма «Локхид-Калифорниа» провела опыты по применению водорода в качестве топлива для гражданской авиации на дозвуковых и сверхзвуковых самолетах. Были получены положительные результаты.

Отношение предела ползучести к удельному весу материала иногда называют удельной жаропрочностью (удельным пределом ползучести). В табл. 4.9 приведены значения предела ползучести (при 1000 °С за 24 часа на 1%) и удельной жаропрочности для ряда чистых металлов; эти характеристики очень важны для оценки материалов, используемых в ракетах и сверхзвуковых самолетах.

Эти процессы играют важную роль при использовании титановых сплавов в установках опреснения воды и в сверхзвуковых самолетах. Некоторые опреснительные установки сконструированы частично из титана или из малолегированных сплавов титана. Было показано, что добавки 0,2% Pd (а также никеля и молибдена) уменьшают тенденцию к щелевой коррозии [232]. Необходимо отметить, что эти малолегированные титановые сплавы не чувствительны к КР в водных средах. Полное разрушение не будет происходить по этому механизму. Для конструкции сверхзвуковых самолетов используют более высокопрочные сплавы, которые проявляют некоторую чувствительность к коррозионному растрескиванию, поэтому щелевая и Питтинговая коррозия могли привести к участкам зарождения трещин.

Поведение сверхзвуковых самолетов. На сверхзвуковых самолетах явления «валежка», обратная реакция по крену на скольжение, ухудшение поперечной управляемости и динамических свойств самолета на больших высотах — практически не проявляются, что значительно упрощает пилотирование самолета и делает полет-более безопасным. Это достигается за счет более совершенной аэродинамической формы сверхзвукового самолета, значительной жесткости конструкции, улучшения динамических свойств самолета на больших высотах благодаря постановке демпферов. Демпфер, как и автопилот, работает автоматически. Реагируя на угловую скорость самолета, демпфер через раздвижные тяги соответлтвующим образом отклоняет рули самолета, не действуя при этом на штурваб (ручку) управления и педали.

Авиационное органическое стекло обладает высокой прозрачностью, хорошей светостойкостью, морозостойкостью, бензо- и маслостойкостью, огнестойкостью. Оно хорошо сохраняет свои свойства в условиях эксплуатации при температуре наружного воздуха от —60 до +60° С. На сверхзвуковых самолетах широко применяются органическое стекло марок СТ-1, ТСТ-1; 1-57; 2-55; Т2-55; Э-2.

На современных сверхзвуковых самолетах применяются входные устройства, которые различаются принципом организации процесса торможения сверхзвукового потока (числом скачков и их расположением относительно плоскости входа), формой поперечного сечения воздухозаборников, расположением их на летательном аппарате и рядом других признаков.

Двухконтурные турбореактивные двигатели широко применяются и в военной авиации на дозвуковых и сверхзвуковых самолетах различного назначения.

На дозвуковых скоростях полета обычно оказывается достаточной тяга ТРД при приемлемой экономичности силовой установки. Включение форсажа на этих скоростях увеличивает тягу, однако существенно ухудшает экономичность двигателя, поэтому форсаж используется кратковременно. При достаточно высоких сверхзвуковых скоростях полета включение форсажа становится выгодным и в длительном полете, так как тяга при этом увеличивается в несколько раз, а расход топлива возрастает умеренно. Вследствие этого ТРД применяются на военных и гражданских дозвуковых, а ТРДФ на военных сверхзвуковых самолетах. Кроме того, применение ТРДФ целесообразно и на сверхзвуковых пассажирских самолетах.

В современной хизни к материалам предъявляются высокие требования с цель» обеспечения надежной и долговечной работы космических кораблей, сверхзвуковых самолетов, скоростных судов, современных химических и нефтехимических производств, строительных конструкций, подземных сооружений и т.д.

Жаропрочные сплавы. Эти сплавы используют для деталей, работающих при температурах до 300 °С (поршни, головки цилиндров, крыльчатки, лопатки и диски осевых компрессоров турбореактивных двигателей, обшивка сверхзвуковых самолетов и т. д.). Жаропрочные сплавы имеют более сложный химический состав, чем рассмотренные выше алюминиевые сплавы. Их дополнительно легируют железом, никелем и титаном.

Для газотурбинных двигателей современных сверхзвуковых самолетов, продолжительность работы которых. ограничивается 200 -500 ч, скорость деформации устанавливается в 0,2%.

В 1950 г. закончилась разработка крупноразмерного реактивного двигателя АЛ-5 с силой тяги 5000 кг. В начале 50-х годов коллективом А. М. Люлька была предпринята разработка мощных турбореактивных двигателей для самолетов, завершившаяся в 1952 г. выпуском экспериментального двигателя ТР-7, снабженного осевым компрессором со сверхзвуковыми ступенями. В 1948— 1952 гг. конструкторским коллективом В. Я. Климова были выпущены турбореактивные двигатели ВК-1 и ВК-1Ф с центробежными компрессорами, причем в двигателе ВК-1Ф впервые использовался метод форсирования тяги дожиганием топлива за турбиной в форсажной камере, предложенный и разработанный в 1945 г. группой И. А. Меркулова (конструкция форсажной камеры была выполнена в ЦИАМ В. П. Лебедевым и другими, а окончательная доводка ее осуществлена под руководством Н. Г. Мецхварашвили). Форсажный режим, увеличивший тягу на 25 %, в следующем десятилетии стал основным для турбореактивных двигателей сверхзвуковых самолетов.

С 1949 г. была начата подготовка к проектированию сверхзвуковых самолетов-истребителей.

Исключительно велико значение авиации в обеспечении обороноспособности нашей страны. Удовлетворяя требования всемерного укрепления обороны Советского государства, отечественная авиационная промышленность освоила производство межконтинентальных самолетов-ракетоносцев, вооруженных мощными ракетами класса «воздух—земля», всепогодных сверхзвуковых истребителей, действующих в широком диапазоне высот, сверхзвуковых истребителей-бомбардировщиков, предназначаемых для поражения наземных и воздушных целей, сверхзвуковых самолетов-перехватчиков самолетов-амфибий противолодочной авиации, оборудованных совершенными' средствами поиска и уничтожения подводных кораблей, и т. д.

В отличие от военных сверхзвуковых самолетов, в которых уже на настоящем этапе возможно использование композиционных материалов, сверхзвуковые транспортные самолеты будущего поставлены в намного более тяжелые условия внешней среды. Применение существующих полимерных композиционных материалов в военной авиации упрощено в связи с относительно малой

Все ранее рассмотренные преимущества, обеспечиваемые применением композиционных материалов в мотогондолах, воздуховодах и др. с целью снижения массы и шума, справедливы и для сверхзвуковых самолетов при условии правильного выбора материалов и температурных режимов их эксплуатации.

Полет при гиперзвуковых скоростях первоначально рассматривался только в сфере исследовательской деятельности и, в конечном итоге, применительно к военной авиации. Однако последние исследования указывают на существование коммерческих возможностей для летательных аппаратов будущего. По-видимому, полет при скоростях около 6 М и выше может обеспечить специфические преимущества транспортных самолетов ультрадальнего класса. Преодоление конструкционных преград является первой задачей, решение которой необходимо для создания этих самолетов. Композиционные материалы могут быть одним из ключевых средств решения этой задачи. Как и в случае сверхзвуковых самолетов, большая часть конструкции гиперзвукового самолета не испытывает высоких температур. В других частях могут использоваться металлические композиционные материалы для того, чтобы обеспечить необходимую для экономичной эксплуатации массу конструкции.

Вероятность наличия крайне нежелательной взаимосвязи между выбросами двигателей сверхзвуковых самолетов и нарушением баланса стратосферного озона побудила министерство транспорта США к' тому, чтобы разработать программу оценки воздействия на климат. Решение о разработке программы последовало за отказом конгресса финансировать из федерального бюджета проект создания сверхзвуковых пассажирских самолетов.

Реакции (12.24) и (12.25), как правило, не играют особой роли в разрушении озона, поскольку окислов азота в атмосфере обычно не так уж и много1. Существуют, однако, два направления деятельности человека, которые в значительной степени способствуют увеличению концентрации стратосферных окислов азота — испытания ядерного оружия и полеты сверхзвуковых самолетов.