Искатель. 1964. Выпуск №5
Шрифт:
Вот тогда-то и родилась сказанная Владимиром Михайловичем Мясищевым фраза, которая сегодня по праву считается классической: «Барьеры существуют не столько в самой природе, сколько в наших знаниях. Такова диалектика развития…» Прошло совсем немного времени, и жизнь подтвердила справедливость этой мысли. Оказалось, что лобовое сопротивление действительно растет очень сильно, если штурмовать звуковой барьер на самолетах с дозвуковыми аэродинамическими формами. Но если эти формы изменить…
На «лабораторном столе» аэродинамиков родились формы сверхзвуковых самолетов: тонкие и короткие крылья, фюзеляжи с большим удлинением, фонари пилотских кабин с заостренной передней кромкой и воздухозаборники
Но не только аэродинамика штурмовала звуковой барьер. Самые разные профессии пришлось созвать под свои знамена авиационной науке: слишком уж необычным было поведение самолетов в новой для человечества области скоростей. «Вдруг самолет затрясся, словно пулемет при стрельбе… Скорость, которую я навязываю ему, приближается к скорости звука, и самолет дрожит — он определенно находится на грани разрушения. Бог неба держит нас в зубах, и земля подо мной конвульсивно содрогается. От этой проклятой тряски самолет разлетится в куски… Инстинктивно хочу убавить скорость… Газ убрать, воздушные тормоза выпустить! Тряска усиливается, меня словно бьет в конвульсиях… Я тяну ручку управления на себя. Господи, еще хуже… Я жду. Немного приподнимаю нос самолета. Снова жду… Так! Внезапно наступает тишина. Почему?..» Так описывает приближение к звуковому барьеру американский летчик-испытатель У. Бриджмен в своей книге «Один в бескрайнем небе».
Почему прекратилась тряска, почему машины — неожиданно теряют устойчивость, почему «захлебываются» компрессоры двигателей и горят лопатки турбин?.. Понадобились годы упорных исканий, прежде чем сверхзвук был окончательно покорен. Впрочем, конструкторам здесь еще много работы. Лишь сравнительно небольшое число машин достигает сегодня скоростей порядка 1500, 1700, 2000 или 2500 километров в час. И перед этими стремительными птицами уже выросло новое препятствие — тепловой барьер.
Воздух, столь податливый на малых скоростях, обретает в сверхзвуковом полете невиданную «твердость». Разрезая его упругую стену, носки крыльев нагреваются до температур в несколько сотен градусов. Немногим меньше температура трения воздуха об обшивку. Самые лучшие материалы не в состоянии выдержать упорных тепловых «атак»: алюминиевые сплавы становятся податливыми, как воск, теряют прочность сталь и титан.
Кинетический нагрев зависит от скорости полета и плотности разрезаемого крылом воздуха. Плотность падает с высотой, одновременно уменьшается и нагрев. Так возник «тепловой пол» самолетов — температурная граница сверхзвукового полета. Конечно, эта граница временная, ее определяет термостойкость тех материалов, которыми человек располагает сегодня. Но как только наука найдет материалы, способные сохранять достаточную прочность при более высоких температурах, так «тепловой пол» немедленно опустится на меньшие высоты.
Казалось бы, выход найден: большие высоты — обширное поле для громадных скоростей. Но это только так кажется. На больших высотах, в разреженных слоях атмосферы, маленькие крылья скоростных машин отказываются создавать необходимую подъемную силу. Так на больших высотах выросла еще одна граница — «потолок крыльев», — выше которой могут «жить» лишь баллистические снаряды и спутники. Природа отвела скоростным крыльям человека лишь узкий «коридор», в котором трудно развернуться, когда речь заходит о сверхзвуковом пассажирском сообщении.
Большинству пассажиров Аэрофлота хорошо знаком высотный полет — они отлично чувствуют себя в герметизированных салонах «ТУ», «ИЛов», «АНов», бороздящих небо в нескольких километрах от земли.
Но как только
Атмосферное давление быстро падает с высотой. И для того чтобы обеспечить нормальные условия для пассажиров, высотные машины снабжают специальными устройствами, поддерживающими в салонах если не земное, то, во всяком случае, близкое к нему давление, а сами салоны делают герметическими. Проблема герметизации встает перед конструкторами сверхзвуковых машин во всей своей остроте.
Стоит нарушить герметичность, как воздух со страшной силой устремляется в разреженное пространство за бортом. В практике одной из зарубежных авиалиний известен даже такой случай. В полете был поврежден иллюминатор. Поток воздуха, вырвавшийся наружу, увлек за собой пассажира, сидевшего вблизи иллюминатора, и выбросил его за борт. Конечно, подобные происшествия — исключение. Да и не в них главная опасность. В случае нарушения герметизации резко упадет давление в кабинах и перед пассажирами возникнет угроза «кислородного голода».
Правда, случись подобное происшествие сегодня, ничего особенного не произойдет: пилоты немедленно начнут снижаться до безопасной для жизни и здоровья пассажиров высоты. Дозвуковые машины позволяют это сделать без особого труда: уменьшаются обороты двигателей, навстречу потоку уходят воздушные тормоза, и, теряя скорость, самолет быстро планирует к земле. А в те короткие минуты, что тратятся на этот маневр, на помощь пассажирам приходят аварийные кислородные приборы.
Сегодня все просто. Но когда разговор заходит о сверхзвуковом полете, эта простота оборачивается невероятными трудностями. Мало того, что быстро погасить большую скорость машины достаточно сложно: резкого торможения при снижении не перенесут сами пассажиры. А при медленном торможении снижающийся самолет неизбежно упрется в «тепловой пол». Выход один — обеспечить максимальную надежность герметизации кабин. Но как это сделать? И взоры конструкторов вот уже в который раз обращаются к потенциальным источникам разгерметизации — отверстиям в фюзеляже: как уменьшить их количество? От дверных проемов, конечно, освободиться не удастся. А от окон?..
Как часто пассажиры пользуются окнами? Пожалуй, только тогда, когда самолет стоит или движется по земле. А в полете в лучшем случае заглянут раз-другой, чтобы удостовериться в сохранности крыльев и моторов. Словом, окна пассажирских салонов — это скорее дань комфорту. Так само собой напрашивается решение — отказаться от окон.
Ученые и инженеры предлагают заменить окна экранами телевизоров. Эксперимент с установкой телевизоров недавно был проведен в Японии. А те расчетные исследования, которые выполнены в США, показывают, что только экономия в весе конструкции за счет отказа от оконных проемов окупит установку телевизионных экранов для каждого пассажира. Если один из членов экипажа будет время от времени управлять приемочной телевизионной камерой, сопровождая показ комментариями, то это даст пассажирам гораздо лучшее представление о том, что происходит в полете или во время стоянки на земле, чем любое сочетание окон.
Кстати сказать, телевизор не единственная возможность заменить окна. Дело в том, что полет в сверхзвуковом самолете будет продолжаться сравнительно недолго — максимум два-три часа. И это время можно использовать для демонстрации кинофильмов. У нас в стране, пожалуй, впервые в мире проводилась опытная демонстрация кинофильмов в самолете «АН-10» — его просторный салон с приподнятыми задними рядами кресел как нельзя лучше подходит на роль зрительного зала. Конечно, все это пока отдельные эксперименты.