NASA показало сверхзвуковой пролет самолета на фоне Солнца

NASA опубликовало видеозапись пролета учебного самолета T-38 Talon на сверхзвуковой скорости на фоне Солнца. Она была сделана шлирен-методом для изучения ударных волн, образующихся на кромках планера самолета. Снимки и видеозаписи ударных волн необходимы специалистам NASA для исследований, которые ведутся в рамках проекта по разработке «тихого» сверхзвукового самолета.

Шлирен-метод является одним из основных способов изучения воздушных потоков при проектировании и испытании новой авиационной техники. Такой способ фотографии позволяет выявлять оптические неоднородности в прозрачных преломляющих средах. В шлирен-фотографии используются специальные линзы с отсекающей диафрагмой.

В таких фотоаппаратах прямые лучи проходят линзу и концентрируются на отсекающей диафрагме, которую еще называют ножом Фуко. При этом отраженный и рассеянный свет линзой не фокусируется на ноже и попадает на матрицу фотоаппарата. Благодаря этому ослабленный рассеянный и отраженный преломлениями в воздухе свет не теряется в прямых лучах.

На опубликованной видеозаписи отчетливо видны ударные волны. Они представляют собой области, в которых давление и температура среды испытывают резкий и сильный скачок. Ударные волны воспринимаются наблюдателем на земле как взрыв или как очень громкий хлопок в зависимости от расстояния до сверхзвукового объекта.

Звук взрыва от ударных волн называется звуковым ударом, и именно он является одним из основных препятствий в развитии сверхзвуковой пассажирской авиации. В настоящее время авиационные правила запрещают сверхзвуковые полеты самолетов над населенными частями суши.

Авиационные власти могут разрешить сверхзвуковые полеты над населенной частью суши, если воспринимаемый уровень шума пассажирских самолетов не будет превышать 75 децибел. Для того, чтобы сделать существование гражданской сверхзвуковой авиации возможным, разработчики сегодня ищут разные технические способы сделать новые самолеты «тихими».

В полете на сверхзвуковой скорости самолет образует множество ударных волн. Они обычно возникают на кончике носового обтекателя, на передней и задней кромках крыла, на передних кромках хвостового оперения, в зонах завихрителей потока и на кромках воздухозаборников.

Одним из способов снижения воспринимаемого уровня шума является изменение аэродинамической конструкции самолета. В частности, считается, что перепроектирование некоторых элементов планера позволит избегать резких скачков давления на фронте ударной волны и резких же падений давления в задней ее части с последующей нормализацией.

Ударная волна с резкими скачками называется N-волной, поскольку на графике напоминает именно эту букву латинского алфавита. Именно такие ударные волны воспринимаются как взрыв. Новая аэродинамическая конструкция самолета должна будет генерировать S-волны с плавным и не таким значительным, как у N-волны, перепадом давления. Предполагается, что S-волны будут восприниматься как мягкая пульсация.

Разработкой демонстратора технологий «тихого» сверхзвукового самолета в рамках проекта QueSST занимается американская компания Lockheed Martin. Работы ведутся по заказу NASA. В июне текущего года завершилось эскизное проектирование летательного аппарата.

Планируется, что первый полет демонстратора состоится в 2021 году. «Тихий» сверхзвуковой самолет будет выполнен однодвигательным. Его длина составит 28,7 метра. Он получит планер, фюзеляж и крыло которого внешне напоминают перевернутый самолет. На QueSST установят обычные вертикальный киль и горизонтальные рули для маневрирования на малой скорости полета.

На верхушке киля будет установлено маленькое Т-образное оперение, которое будет «разбивать» ударные волны от носовой части и фонаря кабины пилотов. Носовая часть самолета будет значительно удлинена для уменьшения лобового сопротивления и уменьшения числа перепадов на планере, где могут образовываться ударные волны во время полета на сверхзвуковой скорости.

Технология QueSST предполагает разработку такой аэродинамической конструкции самолета, на кромках которой образовывалось бы как можно меньшее количество ударных волн. При этом те волны, которые будут все же образовываться, должны быть значительно менее интенсивными.

Василий Сычёв