Путешествие в Аэроград
Шрифт:
Пожалуй, наиболее обнадеживающий выход из положения — придать самолёту ещё большую скорость, допустим, в пять-десять раз выше звуковой. Пределы есть и в этом случае. Например, первая космическая скорость, при которой ракетный корабль сможет преодолеть земное тяготение (без крыльев!), превышает скорость звука в 27 раз, а вторая (для свободного передвижения в солнечной системе) — в 37 раз; тут уже речь идет не о самолёте… (Скорость звука условились называть по имени физика Маха «число М». Если скорость полёта в три раза больше неё, говорят «три М», а пишут М-3 или ЗМ).
Так вот, самолёты, о которых я хочу рассказать вам сейчас, будут, надо полагать, летать со скоростью М-5:20. Их называют гиперзвуковые, то есть «сверх-сверхзвуковые».
С ними много хлопот и немало неизвестного.
Предполагают, что гиперзвуковые летательные аппараты возможны в обозримом будущем нескольких типов…
Планирующие аппараты-ракетопланы. По существу, космическая ракета с маленькими крылышками, позволяющими (при спуске) планировать в атмосфере на большие расстояния с выключенными двигателями.
Такие ракетопланы могут весить сотни тонн и достигать огромных размеров.
Рикошетирующие аппараты. Это странное название происходит от французского слова «рикошет» (отскакивание). Вспомните, как прыгают акробаты на батуте в цирке. Батут — туго натянутая пружинящая сетка. Если прыгнуть на неё — батут подбросит вас вверх, потом снова и снова. Очень красивый номер!
Так вот, представьте себе, что мы с вами выключили двигатель на таком самолёте (с целью экономии горючего) и несёмся с высоты 70—100 километров, а едва войдя в плотные слои атмосферы, где подъёмая сила крыльев достигает желаемых величин, — делаем горку, то есть снова выскакиваем за счет аэродинамических сил, чуть не в космос, потом ещё и ещё, но с каждым разом оказываемся всё ниже, таким способом можно «напрыгать» и 5, и 10, и даже все 20 тысяч километров!
Воздушно-космические самолёты. Это тоже транспортные летательные аппараты. Они могут весить тысячу и больше тонн, а подниматься до высоты 400–500 километров. Скорее всего, такие самолёты будут двух- или трёхступенчатыми, как космические корабли. Одна ступень оторвёт всю махину от земли и поднимет на заданную высоту, а потом отцепится и вернётся на базу для следующего взлёта. Другая разгонит полёт до скорости 10–20 тысяч километров в час, тоже отцепится и сядет где-то по пути (может быть, с пассажирами, летящими на меньшее расстояние). Третья пролетит по всему маршруту и совершит посадку на заданном конечном аэродроме…
Но я надеюсь, что будут созданы и одноступенчатые, то есть более привычные нам, гиперзвуковые самолёты.
Между прочим, наш земной шар становится теперь маловат для гиперзвуковых полётов… Если бы можно было накачать Землю, как футбольную камеру, чтобы гиперзвуковой самолёт летел на большее расстояние, билет стоил бы дешевле. При гиперзвуковых полётах возникает немало проблем. Одна из них — перегрузки. В авиации это слово означает, что подъёмная сила крыла становится больше полётного веса самолёта. На фигурах высшего пилотажа перегрузки иногда бывают такие, что порой в глазах темнеет! Они возникают, строго говоря, при всяком ускоренном движении и на земле. Сели вы в электропоезд, и он трогается с места очень резво. Вы чувствуете, как вас прижимает к спинке сиденья (если вы сидите лицом в сторону движения); говорят — прямая, или положительная, перегрузка. Подъезжаете к станции, и при резком торможении вас как бы отделяет от сиденья: электричке уже «надоело» ехать, а вы будто разохотились вовсю — отрицательная перегрузка.
При взлёте на гиперзвуковом самолёте трудно добиться плавности ускорения и малых её величин, чтобы любой человек мог летать без риска для здоровья.
Необходимо преодолеть также тепловой барьер. Трение о воздух нагревает обшивку самолёта до 2000°. Во-первых, понадобятся тугоплавкие металлы, во-вторых, сложная система охлаждения.
При больших гиперзвуковых скоростях воздух, прилегающий к самолёту, уже выглядит не как идеальный газ, его молекулы начинают всё беспокойнее вибрировать, и воздух превращается в плазму. Изменяется вся аэродинамическая картина вокруг такого самолёта…
Сами понимаете, потребуются ещё колоссальная мощность двигателя, чтобы добиться высоких скоростей, и весьма экономный расход горючего, чтобы достичь желаемой дальности полёта.
Не берусь предугадать, какой тип двигателя победит в этом соревновании, хотя легче допустить, что ядерный имеет ряд преимуществ. Будущее покажет.
Но о двух любопытных вариантах расскажу…
Каждому тепловому двигателю нужен кислород для горения рабочей смеси — это вы уже знаете из уроков физики. Так вот вполне возможен двигатель, который в полёте берёт кислород из окружающей атмосферы, сжимает его и использует для окисления (горения), скажем, жидкого водорода, имеющегося в топливных баках самолёта. Таким образом, часть горючего как бы вокруг тебя!
А другой вариант ещё фантастичнее…
В силу некоторых аэродинамических особенностей, у таких самолётов носок фюзеляжа и передняя кромка крыла заострены больше, чем у СПС, и профиль крыла напоминает вытянутый треугольник, у которого основание вверху, а вершина внизу. Так вот, когда какой-то двигатель разгонит самолёт до скорости М-5: 10, то его выключают, а топливо выпрыскивают на нижнюю поверхность крыла изнутри…
Можно также выдвинуть часть нижней поверхности фюзеляжа, чтобы он (сбоку) тоже приобрёл на время форму вытянутого клина, и выпрыскивать наружу горючее недалеко от вершины и этого треугольника.
Что происходит при этом? Горючее, попадая в струю раскалённого воздуха — плазмы, воспламеняется и как бы взрывается, создается область повышенного давления внизу, в последней трети крыла (причем по всему размаху!) и фюзеляжа.
Часть этого давления, превратившись в тягу, станет толкать самолёт вперёд, а часть разовьёт подъёмную силу. И всё это не где-то внутри двигателя, в камере сгорания, а, так оказать, у всех на виду. И никаких коленчатых валов, турбин, вообще нет движущихся частей.
Получается двигатель… внешнего сгорания!
Как же будет выглядеть гиперзвуковой самолёт? Вот его примерный «портрет».
С небольшим треугольным в плане крылом и вытянутым, широким фюзеляжем, скорее всего, без окон. Пилотская кабина, конечно, будет иметь окна, но при входе в плотные слои атмосферы и они на время зашторятся тугоплавкими металлическими листами, которые откроются лишь перед посадкой.
…Самое удивительное: почти всё, о чём я только что рассказал, — не фантазия и предположения, а рабочие проекты в стадии экспериментирования. Уже летают на высотах более 100 километров и со скоростью 5–6 тысяч километров в час. Но пока ещё — пилоты-испытатели.