Os sucessos na criação de aeronaves de combate supersônicas, inclusive da classe pesada, na década de 50 criaram um ambiente favorável para o estudo da possibilidade de criação de uma aeronave supersônica de passageiros (SPS). A história do surgimento dos primeiros projetos ATP remonta aos primeiros anos do pós-guerra, quando foram propostos vários projetos hipotéticos nos EUA e na Grã-Bretanha, que nas suas soluções técnicas estavam muito longe da implementação prática. Na segunda metade da década de 50, primeiro aeronaves militares pesadas supersônicas experimentais e depois em série apareceram em ambos os lados da Cortina de Ferro, e quase imediatamente, com base neles, as principais empresas de aviação do mundo prepararam projetos SPS de vários designs aerodinâmicos e de layout. Uma análise detalhada e um maior desenvolvimento dos projetos SPS propostos baseados nos primeiros bombardeiros supersônicos mostraram que a criação de um SPS competitivo eficaz através da modificação de um protótipo militar é uma tarefa extremamente difícil (em contraste com o processo de criação do primeiro jato avião de passageiros baseado em aeronaves subsônicas de combate pesado).
As primeiras aeronaves supersônicas de combate pesado, em suas soluções de projeto, atenderam principalmente aos requisitos de um vôo supersônico de relativamente curto prazo. Para o SPS, era necessário garantir voos de cruzeiro de longa duração a velocidades correspondentes a pelo menos M = 2, além das especificidades da tarefa de transporte de passageiros exigirem um aumento significativo na fiabilidade de todos os elementos da estrutura da aeronave, sujeito a operação mais intensiva, tendo em conta o aumento da duração dos voos em modos supersónicos. Gradualmente, analisando todas as opções possíveis de soluções técnicas, os especialistas em aviação, tanto na URSS como no Ocidente, chegaram à firme opinião de que um ATP rentável deve ser concebido como um tipo de aeronave fundamentalmente novo.
Andrei Nikolaevich decidiu confiar o projeto do Tu-144 ao Departamento “K”, que já havia lidado com veículos não tripulados e tinha experiência suficiente no domínio de vôos de longo prazo em velocidades superiores a M=2 (aeronave não tripulada de ataque Tu-121, não tripulada aeronaves de reconhecimento - Tu-123 serial e Tu-139 experiente). Andrei Nikolaevich nomeou A. A. Tupolev como designer-chefe e chefe de trabalho no Tu-144. Foi sob a sua liderança, com o envolvimento das melhores forças da ciência e tecnologia da aviação nacional, que nasceu a ideologia e o futuro aparecimento do Tu-144 no Departamento “K”. Posteriormente, após a morte de A. N. Tupolev e a nomeação de A. A. Tupolev como chefe da empresa, o projeto Tu-144 foi liderado por Yu. N. Popov e B. A. Gantsevsky. Em breve o Tu-144 se tornará um dos temas principais e prioritários nas atividades do Design Bureau e de todo o MAP pelos próximos 10 anos.
A aparência aerodinâmica do Tu-144 foi determinada principalmente pela obtenção de um longo alcance de vôo em modo de cruzeiro supersônico, sujeito à obtenção das características de estabilidade e controlabilidade exigidas e características especificadas de decolagem e pouso. Com base nos custos específicos prometidos do NK-144, na fase inicial do projeto, a tarefa foi definida para atingir Kmax = 7 no modo de voo de cruzeiro supersônico. Para considerações econômicas, tecnológicas e de peso gerais, o número Mach do voo de cruzeiro foi considerado 2,2. Durante o desenvolvimento da configuração aerodinâmica do Tu-144 no Design Bureau e no TsAGI, foram consideradas várias dezenas de opções possíveis. Um projeto “normal” com superfícies de cauda horizontais na fuselagem traseira foi estudado, mas foi abandonado, uma vez que tais superfícies de cauda contribuíam em até 20% para o equilíbrio geral de arrasto da aeronave. Também abandonaram o desenho canard, tendo avaliado o problema da influência do desestabilizador na asa principal. Finalmente, com base nas condições para obter a qualidade aerodinâmica necessária e obter espalhamentos de foco mínimos em velocidades subsônicas e supersônicas, optamos por um projeto de asa baixa - “sem cauda” com uma asa triangular composta em forma de ogiva (a asa foi formada por dois superfícies triangulares com ângulo de varredura ao longo do bordo de ataque de 78° - para a parte flutuante dianteira e 55° - para a parte traseira da base), com quatro motores turbofan localizados sob a asa, com cauda vertical localizada ao longo do eixo longitudinal da aeronave, e um trem de pouso retrátil de três pernas.
O projeto da fuselagem utilizou principalmente ligas de alumínio tradicionais. A asa era formada por perfis simétricos e apresentava torção complexa em duas direções: longitudinal e transversal. Isto alcançou o melhor fluxo ao redor da superfície da asa no modo supersônico, além disso, tal torção ajudou a melhorar o equilíbrio longitudinal neste modo. Os elevons estavam localizados ao longo de todo o bordo de fuga da asa, consistindo em quatro seções em cada meia asa. A estrutura da asa é multi-longarina, com um poderoso revestimento de trabalho feito de placas sólidas feitas de ligas de alumínio, parte central as asas e os elevons eram feitos de ligas de titânio. As seções elevon foram impulsionadas por dois boosters irreversíveis. O leme também foi desviado por meio de boosters irreversíveis e consistia em duas seções independentes uma da outra. A forma aerodinâmica da fuselagem foi selecionada a partir das condições para obtenção de arrasto mínimo no modo supersônico. Para conseguir isso, eles até complicaram até certo ponto o projeto da aeronave.
Uma característica do Tu-144 era seu rebaixamento e bem envidraçado arco fuselagem em frente à cabine do piloto, o que proporcionou boa revisão em altos ângulos de ataque de decolagem e pouso inerentes a uma aeronave com asa de baixa proporção. O abaixamento e levantamento da parte dianteira da fuselagem foram realizados por acionamento hidráulico. Ao projetar a parte desviante não vedada e suas unidades, foi possível manter a suavidade do revestimento na junção da parte móvel com a cabine selada e o restante da superfície da fuselagem. A forma das nacelas do motor foi determinada principalmente por considerações de layout e condições de confiabilidade da usina. Quatro DTRDFs NK-144 foram colocados próximos um do outro sob a asa. Cada motor tinha sua própria entrada de ar e duas entradas de ar adjacentes foram combinadas em um bloco comum. As entradas de ar sob as asas são planas com uma cunha horizontal. A desaceleração do fluxo em velocidades de voo supersônicas foi realizada em três ondas de choque oblíquas, um choque de fechamento direto e um difusor subsônico. O funcionamento de cada entrada de ar era assegurado por um sistema de controle automático, que alterava a posição dos painéis em cunha e da aba de bypass dependendo do modo de operação do motor NK-144. O comprimento das naceles dos motores foi determinado pelo tamanho dos motores e pelos requisitos do TsAGI e CIAM para garantir o comprimento necessário dos canais de entrada de ar para o funcionamento normal dos motores. Deve-se notar que, ao contrário do projeto das entradas de ar e dos motores do Concorde, onde este processo ocorreu como um todo único, o projeto do NK-144 e das nacelas do motor com entradas de ar ocorreu como dois processos amplamente independentes, que levou, em certa medida, ao sobredimensionamento das naceles dos motores e, subsequentemente, a muitas inconsistências mútuas no funcionamento dos motores e no sistema de admissão de ar.
Foi planeado, tal como no Concorde, introduzir um sistema de travagem de aterragem por inversão dos motores; o reverso foi planeado para ser instalado nos dois motores exteriores (o sistema reverso não foi concluído, como resultado, os veículos experimentais e de produção foram operado com pára-quedas de frenagem). O trem de pouso principal foi retraído para a asa, o trem do nariz foi retraído para a parte frontal da fuselagem, no espaço entre os dois blocos de entrada de ar. A pequena altura de construção da asa exigiu uma redução no tamanho das rodas, como resultado, um carrinho de doze rodas com rodas de diâmetro relativamente pequeno foi utilizado no trem de pouso principal. O principal suprimento de combustível estava localizado nos tanques do caixão das asas. Os tanques de caixão da asa dianteira e o tanque de quilha adicional serviram para equilibrar a aeronave. O trabalho principal na seleção do projeto aerodinâmico ideal do Tu-144 no OKB foi liderado por G.A. Cheremukhin, a otimização da usina para o projeto foi realizada por uma divisão chefiada por V.M. Bul. No Tu-144 , muitas soluções fundamentais do sistema de controle remoto foram realmente aplicadas, em particular, as unidades de direção para acionar os controles da aeronave processaram sinais do sistema para melhorar a estabilidade e controlabilidade ao longo dos canais longitudinais e de pista. Em alguns modos, esta medida possibilitou voar durante a instabilidade estática.
A escolha da ideologia do sistema de controle do Tu-144 é em grande parte mérito de G.F. Naboishchikov. Ao criar e trazer isso fundamentalmente novo sistema sistema de controle, uma contribuição importante foi feita por L.M. Rodnyansky, que já havia trabalhado em sistemas de controle no Design Bureau de PO Sukhoi e VM Myasishchev, e no início dos anos 60 fez muito para ajustar o sistema de controle muito “bruto” de o Tu-22. O cockpit foi projetado levando em consideração os requisitos da ergonomia moderna; foi projetado para quatro pessoas: os dois assentos dianteiros eram ocupados pelo primeiro e segundo piloto, atrás deles estava o engenheiro de vôo, o quarto assento do primeiro protótipo era destinado a o engenheiro experimental. No futuro, foi planejado limitar a tripulação a três pilotos. A decoração e layout da cabine de passageiros do Tu-144 atendeu aos requisitos internacionais para design moderno e conforto, foram utilizados materiais de acabamento de última geração no seu acabamento. Os equipamentos de voo e navegação do Tu-144 estavam equipados com os sistemas mais avançados que a aviônica doméstica poderia fornecer na época: um piloto automático perfeito e um computador eletrônico de bordo mantinham automaticamente o curso; os pilotos podiam ver em uma tela localizada em painel, onde em este momento onde está o avião e quantos quilômetros faltam para o destino; a aproximação de pouso foi realizada automaticamente a qualquer hora do dia em condições climáticas difíceis, etc. - tudo isso foi um grande salto para a nossa aviação.
A construção do primeiro protótipo Tu-144 (“044”) começou em 1965, enquanto um segundo protótipo estava sendo construído para testes estáticos. O experimental “044” foi inicialmente projetado para 98 passageiros, posteriormente esse número foi aumentado para 120. Assim, o peso estimado de decolagem aumentou de 130 toneladas para 150 toneladas. O protótipo da máquina foi construído em Moscou nas oficinas da MMZ “Experience”, algumas das unidades foram fabricadas em suas filiais. Em 1967, foi concluída a montagem dos principais elementos da aeronave. No final de 1967, o experimental “044” foi transportado para ZhLI e DB, onde ao longo de 1968 foram realizados trabalhos de acabamento e o veículo foi equipado com sistemas e unidades em falta.
Ao mesmo tempo, os voos de um análogo do MiG-21I (A-144, “21-11”), criado com base no caça MiG-21S, começaram no campo de aviação LII. Um análogo foi criado no AI Mikoyan Design Bureau e tinha uma asa geométrica e aerodinamicamente semelhante à asa do experimental “044”. Um total de duas aeronaves “21-11” foram construídas; muitos pilotos de teste voaram nelas, incluindo aqueles que testariam o Tu-144, em particular E.V. Elyan. A aeronave analógica voou com sucesso a velocidades de 2.500 km/h, e os materiais desses voos serviram de base para o ajuste final da asa do Tu-144, e também permitiram que os pilotos de teste se preparassem para o comportamento de uma aeronave com tal asa.
No final de 1968, o experimental “044” (cauda número 68001) estava pronto para o seu primeiro voo. Uma tripulação foi designada para o veículo, composta por: o comandante do navio, o Honorável Piloto de Testes E.V.E-lyan (que mais tarde recebeu um Herói pelo Tu-144 União Soviética); segundo piloto - Herói Homenageado do Piloto de Testes da União Soviética M.V. Kozlov; engenheiro de teste líder V. N. Benderov e engenheiro de vôo Yu.T. Seliverstov. Considerando a novidade e a natureza incomum do novo carro, o OKB tomou uma decisão extraordinária: pela primeira vez, eles decidiram instalar assentos ejetáveis para tripulação em um carro de passageiros experimental. Durante o mês, foram realizadas corridas de motores, corridas e verificações finais dos sistemas em solo. Desde o início da terceira década de dezembro de 1968, o “044” estava em prontidão de pré-lançamento, o veículo e a tripulação estavam totalmente preparados para o primeiro vôo, durante todos esses dez dias não houve tempo no aeródromo LII e no experiente Tu -144 permaneceram no chão. Finalmente, no último dia do ano de 1968, 25 segundos após a largada, “044” se separou pela primeira vez pista Aeródromo LII e rapidamente ganhou altitude. O primeiro voo durou 37 minutos, durante o voo o carro foi acompanhado por uma aeronave analógica “21-11”.
Avião supersônico de passageiros e sendo uma aeronave construída na URSS, o primeiro Concorde decolaria apenas em 2 de março de 1969. Está provado na prática que aeronaves pesadas sem cauda têm direitos de cidadania na URSS (antes deste voo, tudo se limitava a um grande número de aeronaves pesadas sem cauda). Em 5 de junho de 1969, uma aeronave experimental excedeu a velocidade supersônica pela primeira vez a uma altitude de 11.000 m; em maio de 1970, a aeronave estava voando a velocidades M = 1,25-1,6 em altitudes de até 15.000 m. Em 12 de novembro de 1970 , "044" voou em um vôo de uma hora por meia hora a uma velocidade superior a 2.000 km/h, a uma altitude de 16.960 m foi alcançada uma velocidade máxima de 2.430 km/h. Durante os testes, o protótipo voou repetidamente fora da URSS , em maio-junho de 1971 "044" participou do salão de Le Bourget, onde "conheceu" pela primeira vez o Concorde anglo-francês. O “044” era movido por motores experimentais NK-144 com um consumo específico de combustível em modo de cruzeiro supersônico de 2,23 kg/kgf/hora; com esse consumo específico durante os testes, o Tu-144 conseguiu atingir um alcance de voo supersônico de 2.920 km , que foi significativamente menor que o intervalo exigido. Além disso, durante os testes encontramos algumas falhas de projeto: durante os voos, foram observados aumento de vibração e aquecimento da fuselagem traseira do pacote de motor quádruplo; mesmo as estruturas de titânio não ajudaram. Tendo completado o programa de voo de teste “044” (cerca de 150 voos no total), permaneceu num protótipo. Nada mais foi exigido dela: ela cumpriu sua tarefa de provar a viabilidade técnica de criar uma aeronave supersônica de passageiros na URSS. Era preciso avançar, aprimorando o design das aeronaves e dos motores.
O trabalho no desenvolvimento do projeto básico da aeronave 044 seguiu em duas direções: a criação de um novo motor turbojato econômico de pós-combustão do tipo RD-36-51 e uma melhoria significativa na aerodinâmica e no design do Tu-144. O resultado disso foi atender aos requisitos de alcance de voo supersônico. A decisão da comissão do Conselho de Ministros da URSS sobre a versão Tu-144 com RD-36-51 foi tomada em 1969. Paralelamente, por proposta do MAP-MGA, é tomada uma decisão, antes da criação do RD-36-51 e da sua instalação no Tu-144, sobre a construção de seis Tu-144 com NK-144A com redução do consumo específico de combustível. O projeto do Tu-144 de série com NK-144A deveria ser significativamente modernizado, mudanças significativas deveriam ser feitas na aerodinâmica da aeronave, obtendo um Kmax superior a 8 em modo de cruzeiro supersônico. Esta modernização deveria garantir o cumprimento dos requisitos da primeira fase em termos de autonomia (4000-4500 km), no futuro foi planeada a transição em série para o RD-36-51.
A construção da aeronave Tu-144 (“004”) modernizada de pré-produção começou na MMZ “Experience” em 1968. De acordo com dados calculados com motores NK-144 (Cp = 2,01), o alcance supersônico estimado deveria ter sido de 3.275 km, e com NK-144A (Cp = 1,91) deveria ter ultrapassado 3.500 km. A fim de melhorar as características aerodinâmicas da aeronave no modo de cruzeiro M = 2,2, a forma do plano da asa foi alterada (a varredura da parte de influxo ao longo da borda de ataque foi reduzida para 76 graus e a base foi aumentada para 57 graus), o o formato da asa ficou mais próximo do “gótico”. Em comparação com "044", a área da asa aumentou e foi introduzida uma torção cônica mais intensa nas extremidades das asas. Porém, a inovação mais importante na aerodinâmica da asa foi a mudança na parte central da asa, que garantiu o autoequilíbrio no modo cruzeiro com perda mínima de qualidade, levando em consideração a otimização das deformações de vôo da asa neste modo. O comprimento da fuselagem foi aumentado para acomodar 150 passageiros e o formato do nariz foi melhorado, o que também teve um efeito positivo na aerodinâmica da aeronave.
Ao contrário do “044”, cada par de motores em nacelas de motor emparelhadas com entradas de ar foi afastado, liberando deles a parte inferior da fuselagem, descarregando-a do aumento de temperatura e cargas de vibração, enquanto alterava a superfície inferior da asa no lugar da área calculada de compressão do fluxo, aumentando o vão entre a superfície inferior da asa e a superfície superior da entrada de ar - tudo isso possibilitou aproveitar de forma mais intensa o efeito de compressão do fluxo na entrada do ar consumos no Kmax do que foi possível alcançar no “044”. O novo layout das nacelas dos motores exigiu alterações no chassi: o trem de pouso principal foi colocado sob as nacelas dos motores, com eles retraídos para dentro entre os dutos de ar dos motores, passaram para um carrinho de oito rodas e o esquema de retração o trem de pouso do nariz também mudou. Uma diferença importante“004” de “044” foi a introdução de um desestabilizador de asa frontal multiseção retrátil em vôo, que se estendia da fuselagem durante os modos de decolagem e pouso, e possibilitou garantir o equilíbrio necessário da aeronave com os elevons- flaps desviados. Melhorias no projeto, aumento da carga útil e das reservas de combustível levaram a um aumento no peso de decolagem da aeronave, que ultrapassou 190 toneladas (para “044” - 150 toneladas).
A construção do Tu-144 nº 01-1 de pré-produção (cauda nº 77101) foi concluída no início de 1971, e a aeronave fez seu primeiro vôo em 1º de junho de 1971. De acordo com o programa de testes de fábrica, a aeronave realizou 231 voos, com duração de 338 horas, das quais 55 horas a aeronave voou em velocidade supersônica. Esta máquina foi usada para resolver questões complexas de interação entre a usina e a aeronave em vários modos de voo. Em 20 de setembro de 1972, o carro voou pela rodovia Moscou-Tashkent, enquanto o percurso foi percorrido em 1 hora e 50 minutos, a velocidade de cruzeiro durante o vôo atingiu 2.500 km/h. O veículo de pré-produção tornou-se a base para a implantação da produção em série na Fábrica de Aviação de Voronezh (VAZ), que, por decisão do governo, foi encarregada do desenvolvimento da série Tu-144.
O primeiro vôo do Tu-144 de série nº 01-2 (cauda nº 77102) com motores NK-144A ocorreu em 20 de março de 1972. Na série, com base nos resultados dos testes do veículo de pré-produção, a aerodinâmica da asa foi ajustada e sua área foi novamente aumentada ligeiramente. O peso de decolagem da série atingiu 195 toneladas. No momento dos testes operacionais dos veículos de produção, o consumo específico de combustível do NK-144A deveria ser aumentado para 1,65-1,67 kg/kgf/hora através da otimização do bico do motor e, posteriormente, para 1,57 kg/kgf/hora, enquanto o alcance do voo deveria ser aumentado para 3.855-4.250 km e 4.550 km, respectivamente. Na realidade, eles foram capazes de atingir em 1977, durante os testes e desenvolvimento das séries Tu-144 e NK-144A, Média = 1,81 kg/kgf hora em modo de impulso supersônico de cruzeiro 5.000 kgf, Média = 1,65 kg/kgf hora na decolagem modo de empuxo de pós-combustão 20.000 kgf, Av = 0,92 kg/kgf hora no modo subsônico de cruzeiro de empuxo 3.000 kgf e no modo de pós-combustão máxima no modo transônico recebemos 11.800 kgf.
Em 3 de junho de 1973, o primeiro veículo de produção caiu durante um voo de demonstração em Le Bourget. A tripulação liderada pelo piloto de testes M.V. Kozlov foi morta (além de M.V. Kozlov, o co-piloto V.M. Molchanov, o vice-designer-chefe V.N. Benderov, o engenheiro de vôo A.I. Dralin, o navegador G. N. Bazhenov, o engenheiro B.A. Pervukhin). Foi criada uma comissão para investigar o desastre, da qual participaram especialistas da URSS e da França. Com base nos resultados da investigação, os franceses constataram que não houve falha na parte técnica da aeronave, e a causa do desastre foi: a presença de tripulantes soltos na cabine, o súbito aparecimento da aeronave Mirage em o campo de visão da tripulação da aeronave Tu-144, a presença de uma câmera de cinema nas mãos de um dos tripulantes, que, se caída, poderia travar o volante. Aparentemente, naquele momento, tal conclusão agradava a todos. Talvez EV Elyan tenha falado de forma mais sucinta e precisa sobre a queda do Tu-144 em Le Bourget na década de 90: “Este desastre é um exemplo amargo de como uma confluência de negligência aparentemente pequena e insignificante, neste caso por parte dos serviços de controle de vôo franceses , levou a consequências trágicas."
A produção do Tu-144 com NK-144A continuou em Voronezh até o início de 1977. Uma grande quantidade de testes de voo foi realizada nessas máquinas e começaram os voos com passageiros. No Tu-144 nº 02-1 (cauda nº 77103), o primeiro vôo foi realizado em 13 de dezembro de 1973, foram testados o complexo de vôo e navegação NPK-144 e o sistema de alimentação, testes foram realizados em tomada abortada modos de desligamento e voos técnicos foram realizados em todas as cidades da URSS.
No Tu-144 nº 02-2 (cauda nº 77144), primeiro vôo em 14 de junho de 1974, foram realizados estudos de aerodinâmica, resistência, comportamento em grandes ângulos de ataque, verificado o funcionamento dos sistemas e equipamentos da aeronave em situações de voo de emergência, em 1975 o carro voou em Le Bourget.
O Tu-144 nº 03-1 (número lateral 77105) foi construído em 1973 e imediatamente convertido em Tu-144D com motores RD-36-51A.
O Tu-144 nº 04-1 (cauda nº 77106), primeiro vôo em 4 de março de 1975, foi usado para avaliar a eficiência do sistema compressor de ar, e nele foram resolvidos alguns problemas com o sistema de combustível. Em 26 de dezembro de 1975, esta máquina realizou seu primeiro voo operacional na rota Moscou-Alma-Ata. A essa altura, além dos pilotos do MAP, os pilotos da MGA já haviam começado a voar no Tu-144. O avião transportou carga e correio ao longo da rota; os voos ocorreram em altitudes de 18 mil me a velocidades de 2.200 km/h. Atualmente, o Tu-144 nº 04-1 pode ser visto em exposição no Museu de Monino.
Tu-144 nº 04-2 (cauda nº 77108), primeiro vôo em 12 de dezembro de 1975, foram realizados trabalhos de desenvolvimento nos sistemas de equipamentos de navegação, no ABS-144, no sistema de aproximação do diretor, no autothrottle.
Tu-144 nº 05-1 (cauda nº 77107), primeiro vôo em 20 de agosto de 1975, após testes de fábrica e testes em diversos programas, foi apresentado em 1977 como um objeto complexo para testes conjuntos de estado. Com base nos resultados destes testes, constatou-se que as características de desempenho de voo da aeronave, com exceção da autonomia prática de voo com determinado número de passageiros e peso de decolagem, correspondiam aos requisitos especificados para o Tu-144. (durante os testes, obtiveram um alcance prático de vôo supersônico com peso de decolagem de 195 toneladas com carga comercial 15 toneladas 3.080 km, com 7 toneladas - 3.600 km. Foi enfatizado que o alcance de vôo de 4.000-4.500 km, com um comercial carga de 14-15 toneladas no Tu-144 com NK-144A não pode ser realizada e notou-se que a obtenção do alcance necessário é possível com motores RD-36-51A.
Após a conclusão dos testes conjuntos, o MAP-MGA decide iniciar o transporte de passageiros em aeronaves Tu-144 com NK-144A. Tu-144 nº 05-2 (cauda nº 77109), primeiro voo em 29 de abril de 1976, e Tu-144 nº 06-1 (cauda nº 77110), primeiro voo em 14 de fevereiro de 1977, foram usados para transporte regular de passageiros ao longo da rodovia Moscou-Moscou Alma-Ata. O Tu-144 partiu em seu primeiro voo de passageiros em 1º de novembro de 1977. Os voos numa distância de 3.260 km a uma altitude de 16.000-17.000 m e a uma velocidade de 2.000 km/h eram realizados uma vez por semana, o número de passageiros a bordo não ultrapassava 80 pessoas. Até o fim da operação regular com passageiros, em maio de 1978, as tripulações da Aeroflot no Tu-144 realizaram 55 voos, transportando 3.284 passageiros. O Tu-144 com NK-144A tornou-se a primeira aeronave de passageiros na URSS a receber um certificado nacional de aeronavegabilidade para a segurança do transporte de passageiros; outras aeronaves da Aeroflot na época não possuíam tal certificado (a exceção era o Tu-134, que foi certificado na Polónia de acordo com os padrões de aeronavegabilidade ingleses).
Modificação: Tu-144
Envergadura, m: 28,80
Comprimento da aeronave, m: 65,70
Altura da aeronave, m: 12,85
Área da asa, m2: 507,00
Peso, kg
- avião vazio: 91800
- decolagem normal: 150.000
- decolagem máxima: 195.000
Tipo de motor: 4 motores turbofan NK-144A
Impulso, kgf
-normal: 4 x 15.000
-forçado: 4 x 20.000
Velocidade máxima, km/h: 2500 (M=2,35)
Velocidade de cruzeiro, km/h: 2200
Alcance prático, km: 6500
Alcance de vôo supersônico, km: 2920
Teto prático, m: 18.000-20.000
Tripulação, pessoas: 3
Carga útil de 150 passageiros ou 15.000 kg de carga.
Tu-144 antes de seu primeiro vôo.
Tu-144 após a decolagem.
Há exatos 15 anos, os três últimos aviões supersônicos de passageiros Concorde da companhia aérea britânica British Airways fizeram seu voo de despedida. Naquele dia, 24 de outubro de 2003, esses aviões, voando a baixa altitude sobre Londres, pousaram em Heathrow, encerrando a curta história da aviação supersônica de passageiros. No entanto, hoje os projetistas de aeronaves em todo o mundo estão novamente pensando na possibilidade de voos rápidos - de Paris a Nova York em 3,5 horas, de Sydney a Los Angeles em 6 horas, de Londres a Tóquio em 5 horas. Mas depois aeronave supersônica retornará às rotas internacionais de passageiros, os desenvolvedores terão que resolver muitos problemas, entre os quais um dos mais importantes é a redução do ruído das aeronaves rápidas.
Uma breve história de voos rápidos
A aviação de passageiros começou a tomar forma na década de 1910, quando surgiram os primeiros aviões projetados especificamente para transportar pessoas por via aérea. A primeira delas foi a limusine francesa Bleriot XXIV da Bleriot Aeronautique. Foi usado para entretenimento caminhadas aéreas. Dois anos depois, o S-21 Grand apareceu na Rússia, criado com base no bombardeiro pesado Russian Knight de Igor Sikorsky. Foi construído na Fábrica de Transporte Russo-Báltico. Então a aviação começou a se desenvolver aos trancos e barrancos: primeiro começaram os voos entre cidades, depois entre países e depois entre continentes. Os aviões possibilitaram chegar ao seu destino mais rapidamente do que de trem ou navio.
Na década de 1950, o progresso no desenvolvimento de motores a jato acelerou significativamente e o voo supersônico tornou-se disponível para aeronaves militares, ainda que brevemente. A velocidade supersônica costuma ser chamada de movimento até cinco vezes mais rápido que a velocidade do som, que varia dependendo do meio de propagação e de sua temperatura. Em condições normais pressão atmosférica Ao nível do mar, o som viaja a 331 metros por segundo, ou 1.191 quilômetros por hora. À medida que você ganha altitude, a densidade e a temperatura do ar diminuem e a velocidade do som diminui. Por exemplo, a uma altitude de 20 mil metros já são cerca de 295 metros por segundo. Mas já a uma altitude de cerca de 25 mil metros e à medida que sobe para mais de 50 mil metros, a temperatura da atmosfera começa a aumentar gradativamente em relação às camadas inferiores, e com isso a velocidade local do som aumenta.
O aumento da temperatura nestas altitudes é explicado, entre outras coisas, pela elevada concentração de ozono no ar, que forma o escudo de ozono e absorve parte da energia solar. Como resultado, a velocidade do som a uma altitude de 30 mil metros acima do mar é de cerca de 318 metros por segundo, e a uma altitude de 50 mil - quase 330 metros por segundo. Na aviação, o número Mach é amplamente utilizado para medir a velocidade de vôo. Em termos simples, expressa a velocidade local do som para uma altitude, densidade e temperatura do ar específicas. Assim, a velocidade de um voo convencional, igual a dois números Mach, ao nível do mar será de 2.383 quilômetros por hora, e a uma altitude de 10 mil metros - 2.157 quilômetros por hora. Pela primeira vez, o piloto americano Chuck Yeager quebrou a barreira do som a uma velocidade de Mach 1,04 (1.066 quilômetros por hora) a uma altitude de 12,2 mil metros em 1947. Este foi um passo importante para o desenvolvimento de voos supersônicos.
Na década de 1950, projetistas de aeronaves em vários países ao redor do mundo começaram a trabalhar em projetos de aeronaves supersônicas de passageiros. Como resultado, o Concorde francês e o Tu-144 soviético apareceram na década de 1970. Estas foram as primeiras e até agora as únicas aeronaves supersônicas de passageiros do mundo. Ambos os tipos de aeronaves usavam motores turbojato convencionais otimizados para operação de longo prazo em vôo supersônico. Tu-144 esteve em serviço até 1977. Os aviões voavam a uma velocidade de 2,3 mil quilômetros por hora e podiam transportar até 140 passageiros. No entanto, os bilhetes para os seus voos custam em média 2,5 a 3 vezes mais do que o normal. A baixa demanda por voos rápidos, mas caros, bem como as dificuldades gerais de operação e manutenção do Tu-144, levaram à sua retirada dos voos de passageiros. No entanto, as aeronaves foram utilizadas por algum tempo em voos de teste, inclusive sob contrato com a NASA.
O Concorde serviu por muito mais tempo - até 2003. Os voos em aviões franceses também eram caros e não muito populares, mas a França e a Grã-Bretanha continuaram a operá-los. O custo de uma passagem para esse voo era, pelos preços de hoje, cerca de 20 mil dólares. O Concorde francês voou a uma velocidade de pouco mais de dois mil quilômetros por hora. O avião poderia cobrir a distância de Paris a Nova York em 3,5 horas. Dependendo da configuração, o Concorde poderia transportar de 92 a 120 pessoas.
A história do Concorde terminou de forma inesperada e rápida. Em 2000, ocorreu a queda do avião Concorde, que matou 113 pessoas. Um ano depois, começou uma crise nas viagens aéreas de passageiros causada pelos ataques terroristas de 11 de setembro de 2001 (dois aviões com passageiros sequestrados por terroristas colidiram com as torres da Segunda Guerra Mundial Shopping em Nova York, outro, o terceiro, caiu no prédio do Pentágono no condado de Arlington, e o quarto caiu em um campo perto de Shanksville, na Pensilvânia). Então expirou o período de garantia das aeronaves Concorde, que eram administradas pela Airbus. Todos esses fatores juntos tornaram a operação de aeronaves supersônicas de passageiros extremamente não lucrativa e, no verão e no outono de 2003, a Air France e a British Airways se revezaram no desmantelamento de todos os Concordes.
Após o encerramento do programa Concorde em 2003, ainda havia esperança para o retorno ao serviço das aeronaves supersônicas de passageiros. Os projetistas esperavam por novos motores eficientes, cálculos aerodinâmicos e sistemas de projeto auxiliados por computador que pudessem tornar os voos supersônicos economicamente acessíveis. Mas em 2006 e 2008 Organização Internacional aviação Civil adotou novos padrões de ruído de aeronaves que proibiam, entre outras coisas, todos os voos supersônicos sobre áreas terrestres povoadas em Tempo de paz. Esta proibição não se aplica a produtos especialmente designados aviação militar corredores aéreos. Trabalhe em novos projetos aeronave supersônica desaceleraram, mas hoje começaram a ganhar impulso novamente.
Silencioso supersônico
Hoje, diversas empresas e organizações governamentais em todo o mundo estão desenvolvendo aeronaves supersônicas de passageiros. Tais projectos, em particular, levam Empresas russas Sukhoi e Tupolev, o Instituto Aerohidrodinâmico Central Zhukovsky, a francesa Dassault, a Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial, a europeia Airbus, a americana Lockheed Martin e Boeing, bem como várias startups, incluindo Aerion e Boom Technologies. Em geral, os designers foram divididos em dois campos. Representantes do primeiro deles acreditam que não será possível desenvolver uma aeronave supersônica “silenciosa” que corresponda ao nível de ruído dos aviões subsônicos em um futuro próximo, o que significa que é necessário construir uma aeronave de passageiros rápida que mude para supersônico onde for permitido. Essa abordagem, acreditam os projetistas do primeiro campo, ainda reduzirá o tempo de voo de um ponto a outro.
Os designers do segundo campo concentraram-se principalmente no combate às ondas de choque. Ao voar em velocidade supersônica, a fuselagem de uma aeronave gera muitas ondas de choque, as mais significativas das quais ocorrem na área do nariz e da cauda. Além disso, as ondas de choque ocorrem tipicamente nos bordos de ataque e de fuga da asa, nos bordos de ataque da cauda, nas áreas de redemoinho e nas bordas das entradas de ar. Uma onda de choque é uma região na qual a pressão, a densidade e a temperatura de um meio sofrem um salto repentino e forte. Pelos observadores no solo, essas ondas são percebidas como um grande estrondo ou mesmo uma explosão - é por isso que os voos supersônicos sobre terras povoadas são proibidos.
O efeito de uma explosão ou de um estrondo muito alto é produzido pelas chamadas ondas de choque do tipo N, que se formam quando uma bomba explode ou no planador de um caça supersônico. No gráfico de crescimento de pressão e densidade, essas ondas se assemelham à letra N do alfabeto latino devido a um aumento acentuado na pressão na frente da onda com uma queda acentuada na pressão após ela e subsequente normalização. Durante experimentos de laboratório Pesquisadores da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão descobriram que alterar o formato da fuselagem pode suavizar os picos no gráfico da onda de choque, transformando-o em uma onda do tipo S. Tal onda tem uma queda de pressão suave que não é tão significativa quanto a de uma onda N. Os especialistas da NASA acreditam que as ondas S serão percebidas pelos observadores como uma batida distante na porta de um carro.
Onda N (vermelha) antes da otimização aerodinâmica de um planador supersônico e uma semelhança com a onda S após a otimização
Em 2015, designers japoneses montaram o planador não tripulado D-SEND 2, cujo formato aerodinâmico foi projetado para reduzir o número de ondas de choque geradas nele e sua intensidade. Em julho de 2015, os desenvolvedores testaram a fuselagem no local de testes de mísseis de Esrange, na Suécia, e notaram uma redução significativa no número de ondas de choque geradas na superfície da nova fuselagem. Durante o teste, o D-SEND 2, não equipado com motores, foi retirado do balão de ar quente de uma altura de 30,5 mil metros. Durante a queda, o planador de 7,9 metros de comprimento atingiu uma velocidade de Mach 1,39 e passou por balões amarrados equipados com microfones localizados em diferentes alturas. Ao mesmo tempo, os pesquisadores mediram não apenas a intensidade e o número das ondas de choque, mas também analisaram a influência do estado da atmosfera na sua ocorrência precoce.
Segundo a agência japonesa, o estrondo sônico de aeronaves comparáveis em tamanho aos jatos supersônicos de passageiros Concorde e projetados de acordo com o projeto D-SEND 2, ao voar em velocidades supersônicas, terá metade da intensidade de antes. O japonês D-SEND 2 difere dos planadores das aeronaves convencionais modernas pelo arranjo não axissimétrico do nariz. A quilha do veículo é deslocada em direção à proa, e a cauda horizontal é totalmente móvel e possui ângulo de instalação negativo em relação ao eixo longitudinal da fuselagem, ou seja, as pontas da empenagem estão localizadas abaixo do ponto de fixação, e não acima, como sempre. A asa do planador tem uma varredura normal, mas é escalonada: ela se ajusta suavemente à fuselagem, e parte de sua borda de ataque está localizada em um ângulo agudo em relação à fuselagem, mas mais perto da borda de fuga esse ângulo aumenta acentuadamente.
De acordo com um esquema semelhante, a startup supersônica americana Aerion está sendo criada e desenvolvida pela Lockheed Martin para a NASA. O russo (Aeronave Comercial Supersônica/Aeronave Supersônica de Passageiros) também está sendo projetado com ênfase na redução do número e da intensidade das ondas de choque. Alguns dos projetos de aeronaves rápidas de passageiros estão previstos para serem concluídos na primeira metade da década de 2020, mas os regulamentos da aviação ainda não serão revistos até lá. Isso significa que a nova aeronave realizará inicialmente voos supersônicos apenas sobre a água. O facto é que, para levantar a restrição aos voos supersónicos sobre terras povoadas, os promotores terão de realizar muitos testes e submeter os seus resultados às autoridades da aviação, incluindo a Administração Federal de Aviação dos EUA e a Agência Europeia para a Segurança da Aviação.
S-512 / Spike Aeroespacial
Novos motores
Outro sério obstáculo à criação de uma aeronave supersônica de passageiros em série são os motores. Os projetistas de hoje já encontraram muitas maneiras de tornar os motores turbojato mais econômicos do que eram há dez ou vinte anos. Isso inclui a utilização de caixas de câmbio que removem o acoplamento rígido do ventilador e da turbina no motor, e a utilização de materiais compósitos cerâmicos que permitem otimizar o equilíbrio de temperatura na zona quente da usina, e ainda a introdução de um terceiro adicional circuito de ar além dos dois já existentes, interno e externo. No campo da criação de motores subsônicos econômicos, os projetistas já alcançaram resultados surpreendentes, e novos desenvolvimentos em andamento prometem economias significativas. Você pode ler mais sobre pesquisas promissoras em nosso material.
Mas, apesar de todos esses desenvolvimentos, ainda é difícil considerar o voo supersônico econômico. Por exemplo, uma promissora aeronave supersônica de passageiros da startup Boom Technologies receberá três motores turbofan da família JT8D da Pratt & Whitney ou o J79 da GE Aviation. Em voo de cruzeiro, o consumo específico de combustível destes motores é de cerca de 740 gramas por quilograma-força por hora. Nesse caso, o motor J79 pode ser equipado com pós-combustor, o que aumenta o consumo de combustível para dois quilogramas por quilograma-força por hora. Esse consumo é comparável ao consumo de combustível dos motores, por exemplo, do caça Su-27, cujas tarefas são significativamente diferentes do transporte de passageiros.
Para efeito de comparação, o consumo específico de combustível dos únicos motores turbofan D-27 em série do mundo, instalados na aeronave de transporte ucraniana An-70, é de apenas 140 gramas por quilograma-força por hora. O motor americano CFM56, um “clássico” dos aviões Boeing e Airbus, tem consumo específico de combustível de 545 gramas por quilograma-força por hora. Isto significa que, sem uma grande reformulação dos motores dos aviões a jato, os voos supersônicos não se tornarão baratos o suficiente para serem difundidos e só serão procurados na aviação executiva - o alto consumo de combustível leva a preços mais elevados dos bilhetes. Também não será possível reduzir em volume o alto custo do transporte aéreo supersônico - as aeronaves projetadas hoje são projetadas para transportar de 8 a 45 passageiros. Os aviões convencionais podem acomodar mais de cem pessoas.
No entanto, no início de outubro deste ano, a GE Aviation projetou um novo motor a jato turbofan Affinity. Essas usinas estão planejadas para serem instaladas nas promissoras aeronaves supersônicas de passageiros AS2 da Aerion. A nova usina combina estruturalmente as características dos motores a jato com baixa taxa de desvio para aeronaves de combate e usinas de energia com alta taxa de desvio para aeronaves de passageiros. Ao mesmo tempo, não existem tecnologias novas ou inovadoras no Affinity. A GE Aviation classifica o novo motor como uma usina com taxa de bypass média.
O motor é baseado em um gerador de gás modificado do motor turbofan CFM56, que por sua vez é estruturalmente baseado no gerador de gás do F101, a usina do bombardeiro supersônico B-1B Lancer. A usina receberá um sistema eletrônico de controle digital do motor atualizado com total responsabilidade. Os desenvolvedores não divulgaram nenhum detalhe sobre o design do motor promissor. No entanto, a GE Aviation espera que o consumo específico de combustível dos motores Affinity não seja muito superior ou mesmo comparável ao consumo de combustível dos modernos motores turbofan de aeronaves subsónicas convencionais de passageiros. Como isso pode ser alcançado em voos supersônicos não está claro.
Boom/Tecnologias de Boom
Projetos
Apesar dos muitos projetos de aeronaves supersônicas de passageiros no mundo (incluindo até mesmo o projeto não realizado de conversão do bombardeiro estratégico Tu-160 em um avião supersônico de passageiros proposto pelo presidente russo Vladimir Putin), o AS2 da startup americana Aerion, S-512, pode ser considerado o mais próximo dos testes de voo e produção em pequena escala da espanhola Spike Aerospace e da Boom American Boom Technologies. O primeiro está planejado para voar a Mach 1,5, o segundo a Mach 1,6 e o terceiro a Mach 2,2. A aeronave X-59, criada pela Lockheed Martin para a NASA, será um demonstrador de tecnologia e um laboratório voador; não há planos de colocá-la em produção.
A Boom Technologies já anunciou que tentará fazer voos em aeronaves supersônicas muito baratos. Por exemplo, o custo de um voo na rota Nova York - Londres foi estimado pela Boom Technologies em cinco mil dólares. É quanto custa hoje voar nesta rota na classe executiva em um avião subsônico regular. O avião comercial Boom voará em velocidade subsônica sobre terras povoadas e mudará para velocidade supersônica sobre o oceano. A aeronave, com 52 metros de comprimento e 18 metros de envergadura, terá capacidade para transportar até 45 passageiros. Até o final de 2018, a Boom Technologies planeja selecionar um dos vários novos projetos de aeronaves para implementação em metal. O primeiro voo do avião está previsto para 2025. A empresa adiou esses prazos; O Boom estava originalmente programado para voar em 2023.
Segundo cálculos preliminares, o comprimento da aeronave AS2, projetada para 8 a 12 passageiros, será de 51,8 metros e a envergadura será de 18,6 metros. O peso máximo de decolagem da aeronave supersônica será de 54,8 toneladas. O AS2 voará sobre a água a uma velocidade de cruzeiro de Mach 1,4-1,6, diminuindo para Mach 1,2 em terra. A velocidade de vôo um pouco mais baixa sobre terra, juntamente com o formato aerodinâmico especial da fuselagem, evitará, como os desenvolvedores esperam, quase completamente a formação de ondas de choque. A autonomia de vôo da aeronave na velocidade de Mach 1,4 será de 7,8 mil quilômetros e 10 mil quilômetros na velocidade de Mach 0,95. O primeiro voo da aeronave está previsto para o verão de 2023, e o primeiro voo transatlântico ocorrerá em outubro do mesmo ano. Seus desenvolvedores marcarão o 20º aniversário do último vôo do Concorde.
Finalmente, a Spike Aerospace planeja começar a testar em voo um protótipo completo do S-512 o mais tardar em 2021. As entregas das primeiras aeronaves de produção aos clientes estão programadas para 2023. De acordo com o projeto, o S-512 poderá transportar até 22 passageiros em velocidades de até Mach 1,6. A autonomia de voo desta aeronave será de 11,5 mil quilômetros. Desde outubro do ano passado, a Spike Aerospace lançou vários modelos em escala reduzida de aeronaves supersônicas. Seu objetivo é testar as soluções de projeto e a eficácia dos elementos de controle de voo. Todas as três promissoras aeronaves de passageiros estão sendo criadas com ênfase em um formato aerodinâmico especial que reduzirá a intensidade das ondas de choque geradas durante o voo supersônico.
Em 2017, o tráfego aéreo de passageiros em todo o mundo ascendeu a quatro mil milhões de pessoas, das quais 650 milhões viajaram vôos longos extensão de 3,7 a 13 mil quilômetros. 72 milhões de passageiros de longo curso voaram na primeira classe e na classe executiva. São estes 72 milhões de pessoas que os criadores de aviões supersónicos de passageiros têm como alvo principal, acreditando que pagarão de bom grado um pouco mais de dinheiro pela oportunidade de passar cerca de metade do tempo habitual no ar. No entanto, a aviação supersônica de passageiros provavelmente começará a se desenvolver ativamente após 2025. O fato é que os voos de pesquisa do laboratório X-59 começarão apenas em 2021 e durarão vários anos.
Resultados de pesquisas obtidos durante voos do X-59, incluindo mais de assentamentos- voluntários (seus residentes concordaram que aviões supersônicos sobrevoassem durante a semana; após os voos, os observadores informarão aos pesquisadores sobre sua percepção do ruído), está planejado submetê-lo à Administração Federal de Aviação dos EUA. Espera-se que, com base neles, possa rever a proibição de voos supersónicos sobre terras povoadas, mas isso não acontecerá antes de 2025.
Vasily Sychev
Um exemplo de projetos de aeronaves supersônicas existentes.
Hoje vou começar com uma breve introdução :).
Neste site já tenho voos de aeronaves. Ou seja, é hora de escrever algo sobre supersônico, especialmente porque prometi fazê-lo :-). Outro dia comecei a trabalhar com bastante zelo, mas percebi que o tema é tão interessante quanto volumoso.
Meus artigos ultimamente não têm sido particularmente curtos, não sei se isso é uma vantagem ou uma desvantagem :-). E a questão sobre o tema “ supersônico“ameaçou ficar ainda maior e não se sabe quanto tempo levaria para “criá-lo” :-).
Então decidi tentar fazer alguns artigos. Uma espécie de pequenas séries (três ou quatro peças), em que cada componente será dedicado a um ou dois conceitos sobre o tema velocidades supersônicas . E será mais fácil para mim, e incomodarei menos meus leitores :-), e Yandex e Google darão mais apoio (o que é importante, você entende :-)). Bem, o que resulta disso cabe a você julgar, é claro.
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Então, vamos falar hoje sobre supersônico e aeronave supersônica. O próprio conceito de " supersônico“em nossa língua (especialmente no grau superlativo) pisca com muito mais frequência do que o termo “subsônico”.
Por um lado, isto é, em geral, compreensível. Subsônico aeronaves há muito se tornaram algo completamente comum em nossas vidas. A aeronave supersônica, embora voem no espaço aéreo há 65 anos, ainda parecem ser algo especial, interessante e digno de maior atenção.
Por outro lado, isso é bastante justo. Afinal, os voos para supersônico- pode-se dizer que esta é uma área separada de movimento fechada por algum tipo de barreira. No entanto, pessoas inexperientes podem muito bem ter uma pergunta: “O que exatamente há de tão notável nesse som supersônico? Que diferença faz se um avião voa a uma velocidade de 400 km/h ou 1.400 km/h? Dê a ele um motor mais potente e tudo ficará bem!” A aviação estava aproximadamente nesta posição semântica no início do seu desenvolvimento.
A velocidade sempre foi o maior sonho e, inicialmente, essas aspirações foram traduzidas com bastante sucesso em realidade. Já em 1945, o piloto de testes da Messerschmitt, L. Hoffmann, em vôo horizontal em uma das primeiras aeronaves do mundo com motores a jato, o ME-262, atingiu a velocidade de 980 km/h em vôo horizontal a uma altitude de 7.200 m.
Porém, na realidade, tudo está longe de ser tão simples. Afinal, o voo para supersônico difere do subsônico não apenas na magnitude da velocidade e nem tanto nela. A diferença aqui é qualitativa.
Já a velocidades de cerca de 400 km/h, uma propriedade do ar como a compressibilidade começa a se manifestar gradualmente. E, em princípio, não há nada de inesperado aqui. - é gás. E todos os gases, como se sabe, ao contrário dos líquidos, são compressíveis. Quando comprimido, os parâmetros do gás mudam, como densidade, pressão, temperatura. Por causa disso, vários processos físicos podem ocorrer de maneira diferente em um gás comprimido e em um gás rarefeito.
Quanto mais rápido o avião voa, mais ele, junto com suas superfícies aerodinâmicas, se torna uma espécie de pistão, de certa forma comprimindo o ar à sua frente. É um exagero, claro, mas no geral é assim :-).
À medida que a velocidade aumenta, o padrão aerodinâmico do fluxo ao redor da aeronave muda, e quanto mais rápido, mais :-). E assim por diante supersônico ela já é qualitativamente diferente. Ao mesmo tempo, novos conceitos de aerodinâmica vêm à tona, que muitas vezes simplesmente não fazem sentido para aeronaves de baixa velocidade.
Para caracterizar a velocidade de vôo, agora se torna conveniente e necessário usar um parâmetro como o número Mach (número Mach, a razão entre a velocidade da aeronave em relação ao ar em um determinado ponto e a velocidade do som no fluxo de ar em esse ponto). Outro tipo de resistência aerodinâmica aparece e se torna perceptível (muito perceptível!) - Impedância característica(juntamente com o já aumentado arrasto normal).
Fenômenos como crise de ondas (com um número crítico M), barreira supersônica, ondas de choque e ondas de choque.
Além disso, as características de controlabilidade e estabilidade da aeronave deterioram-se devido ao deslocamento para trás do ponto de aplicação das forças aerodinâmicas.
Ao se aproximar da região de velocidades transônicas, a aeronave pode sofrer fortes tremores (isso era mais típico da primeira aeronave que invadiu a então misteriosa fronteira da velocidade do som), semelhante em suas manifestações a outro fenômeno muito desagradável que os aviadores tiveram que enfrentar no seu desenvolvimento profissional. Este fenômeno é denominado flutter (tópico para outro artigo :-)).
Um momento tão desagradável surge como o aquecimento do ar em decorrência de sua frenagem brusca na frente da aeronave (a chamada aquecimento cinético), bem como aquecimento como resultado do atrito viscoso do ar. Ao mesmo tempo, as temperaturas são bastante elevadas, cerca de 300ºС. A superfície de uma aeronave aquece a essas temperaturas durante um longo vôo supersônico.
Com certeza falaremos sobre todos os conceitos e fenômenos citados acima, bem como os motivos de sua ocorrência, em outros artigos com mais detalhes. Mas agora, acho que está bem claro que supersônico- isso é algo completamente diferente de voar em velocidade subsônica (especialmente baixa).
Para conviver com todos os efeitos e fenômenos emergentes em altas velocidades e corresponder plenamente ao seu propósito, a aeronave também deve mudar qualitativamente. Agora isso deve ser aeronave supersônica, ou seja, uma aeronave capaz de voar a velocidades superiores à velocidade do som em uma determinada área do espaço aéreo.
E para isso não basta apenas aumentar a potência do motor (embora este também seja um detalhe muito importante e obrigatório). Essas aeronaves geralmente mudam de aparência. Cantos e arestas nítidas e linhas retas aparecem em sua aparência, em contraste com os contornos “lisos” das aeronaves subsônicas.
Aeronave supersônica Eles têm uma asa varrida ou triangular em planta. Uma típica e uma das mais famosas aeronaves de asa delta é o maravilhoso caça MIG-21 (velocidade máxima a uma altitude de 2.230 km/h, no solo 1.300 km/h).
Aeronave supersônica com asa delta MIG-21.
Uma das opções de asa varrida é uma asa ogival, que possui um coeficiente de sustentação aumentado. Possui um influxo especial próximo à fuselagem, projetado para formar vórtices espirais artificiais.
MIG-21I com asa ogival.
MIG-21I - asa ogival.
Asa ogival do TU-144.
É interessante que uma asa deste tipo, posteriormente instalada no TU-144, tenha sido testada em um laboratório voador baseado no mesmo MIG-21 (MIG-21I).
Segunda opçao - asa supercrítica. Possui perfil achatado com parte traseira especialmente curvada, o que permite retardar a ocorrência de crise de ondas em altas velocidades e pode ser vantajoso em termos de eficiência para aeronaves subsônicas de alta velocidade. Esta asa foi utilizada, em particular, na aeronave SuperJet 100.
SuperJet 100. Um exemplo de asa supercrítica. A curvatura do perfil é claramente visível (parte traseira)
As fotos são clicáveis.
Depois que o homem começou a explorar as extensões do céu, ele sempre procurou melhorar as aeronaves tanto quanto possível, para torná-las mais confiáveis, mais rápidas e mais espaçosas. Uma das invenções mais avançadas da humanidade nesse sentido são os aviões supersônicos de passageiros. Mas, infelizmente, salvo raras excepções, a maior parte dos empreendimentos foram encerrados ou encontram-se em fase de projecto. Um desses projetos é a aeronave supersônica de passageiros Tu-244, que discutiremos a seguir.
Mais rápido que o som
Mas antes de começarmos a falar diretamente sobre o Tu-244, vamos fazer excursão curta na história da humanidade superando a velocidade da fronteira do som, porque esta aeronave será uma continuação direta dos desenvolvimentos científicos nesta direção.
Um impulso significativo ao desenvolvimento da aviação foi dado pela Segunda Guerra Mundial. Foi então que surgiram verdadeiros projetos de aeronaves capazes de atingir velocidades superiores às das hélices. Desde a segunda metade da década de 40 do século passado, foram ativamente adotados tanto na aviação militar quanto na civil.
A próxima tarefa era aumentá-la ao máximo.Se alcançar a barreira supersônica não era difícil simplesmente aumentando a potência dos motores, então superá-la era um problema significativo, já que as leis da aerodinâmica mudam nessas velocidades.
No entanto, a primeira vitória na corrida com o som foi alcançada já em 1947 em uma aeronave experimental americana, mas as tecnologias supersônicas começaram a ser amplamente utilizadas apenas no final dos anos 50 e início dos anos 60 do século XX na aviação militar. Surgiram modelos de produção como o MiG-19, o norte-americano A-5 Vigilante, o Convair F-102 Delta Dagger e muitos outros.
Aviões supersônicos de passageiros
Mas a aviação civil não teve tanta sorte. A primeira aeronave supersônica de passageiros apareceu apenas no final dos anos 60. Além disso, até o momento, apenas dois modelos de produção foram criados - o Tu-144 soviético e o Concorde franco-britânico. Estas eram aeronaves típicas de longo curso. O Tu-144 esteve em serviço de 1975 a 1978, e o Concorde de 1976 a 2003. Assim, no momento, nem uma única aeronave supersônica é utilizada no transporte aéreo de passageiros.
Houve muitos projetos de construção de aviões super e hipersônicos, mas alguns deles acabaram sendo encerrados (Douglas 2229, Super-Caravelle, T-4, etc.), e a implementação de outros se estendeu por tempo indefinidamente (Motores de Reação A2, SpaceLiner, Transporte Supersônico de Próxima Geração). Este último inclui o projeto da aeronave Tu-244.
Início do desenvolvimento
O projeto de criação de uma aeronave que deveria substituir o Tu-144 foi lançado pelo Tupolev Design Bureau ainda na época soviética, no início dos anos 70 do século passado. Ao projetar o novo avião, os projetistas utilizaram os desenvolvimentos de seu antecessor, o Concorde, além de materiais de colegas americanos que participaram da obra. Todos os desenvolvimentos foram realizados sob a liderança de Alexey Andreevich Tupolev.
Em 1973, a aeronave projetada foi batizada de Tu-244.
Objetivos do projeto
O principal objetivo deste projeto era criar uma aeronave supersônica verdadeiramente competitiva para transporte de passageiros em comparação com aviões a jato subsônicos. Quase a única vantagem do primeiro sobre o segundo foi o ganho de velocidade. Em todos os outros aspectos, os aviões supersônicos eram inferiores aos seus concorrentes mais lentos. O transporte de passageiros neles simplesmente não compensava economicamente. Além disso, pilotá-los era mais perigoso do que pilotar simples aeronaves a jato. Este último fator, aliás, tornou-se o motivo oficial pelo qual a operação da primeira aeronave supersônica Tu-144 foi interrompida poucos meses após seu início.
Assim, foi justamente a solução para esses problemas que foi apresentada aos desenvolvedores do Tu-244. A aeronave deveria ser confiável, rápida, mas ao mesmo tempo sua operação para fins de transporte de passageiros deveria ser economicamente rentável.
Especificações
O modelo final da aeronave Tu-244 aceito para desenvolvimento deveria ter as seguintes características técnicas e operacionais.
A tripulação do avião incluía três pessoas. A capacidade da cabine foi medida em 300 passageiros. É verdade que na versão final do projeto teve que ser reduzido para 254 pessoas, mas de qualquer forma era muito mais que o Tu-154, que acomodava apenas 150 passageiros.
A velocidade de cruzeiro planejada era de 2.175 mil km/h, o dobro. Para efeito de comparação, o mesmo valor do Tu-144 era de 2.300 mil km/h, e do Concorde era de 2.125 mil km/h. Ou seja, foi planejado tornar o avião um pouco mais lento que seu antecessor, mas com isso aumentar significativamente sua capacidade, o que deveria proporcionar benefícios econômicos no transporte de passageiros. O movimento foi fornecido por quatro.O alcance de vôo da nova aeronave deveria ser de 7.500 a 9.200 km. Capacidade de carga - 300 toneladas.
O avião deveria ter 88 m de comprimento, 15 m de altura, envergadura de 45 m e superfície de trabalho de 965 m 2.
Principal diferença externa do Tu-144 deveria ter havido uma mudança no desenho do nariz.
Continuação do desenvolvimento
O projeto de construção do avião supersônico de segunda geração Tu-244 assumiu um caráter bastante demorado e sofreu diversas alterações significativas. No entanto, mesmo após o colapso da URSS, o Tupolev Design Bureau não interrompeu o desenvolvimento nessa direção. Por exemplo, já em 1993, no show aéreo na França, foi fornecido informação detalhada sobre desenvolvimento. No entanto, situação econômica país na década de 90 não poderia deixar de afetar o destino do projeto. Na verdade, o seu destino está no ar, embora trabalho de design continuou, e não houve nenhuma mensagem oficial sobre seu encerramento. Foi nessa época que especialistas americanos começaram a aderir ativamente ao projeto, embora os contatos com eles tenham sido realizados na época soviética.
Para continuar a pesquisa sobre a criação de aviões supersônicos de passageiros de segunda geração, em 1993, duas aeronaves Tu-144 foram convertidas em laboratórios voadores.
Fechando ou congelando?
Tendo como pano de fundo os desenvolvimentos em curso e as declarações de que até 2025 as aeronaves TU-244 entrarão em serviço na aviação civil no valor de 100 unidades, a ausência deste projeto no programa estadual de desenvolvimento da aviação para 2013-2025, que foi adotado em 2012, foi bastante inesperado. Deve-se dizer que este programa também carecia de uma série de outros desenvolvimentos notáveis que até então eram considerados promissores na indústria aeronáutica, por exemplo, o avião executivo supersônico Tu-444.
Este fato pode indicar que o projeto Tu-244 está totalmente encerrado ou congelado por tempo indeterminado. Neste último caso, a produção destas aeronaves supersónicas só será possível muito depois de 2025. No entanto, nunca foram dadas explicações oficiais sobre este assunto, o que deixa um amplo campo para diferentes interpretações.
Perspectivas
Levando em consideração tudo o que foi dito acima, podemos dizer que o projeto Tu-244 está atualmente pelo menos suspenso no ar e, possivelmente, completamente fechado. Ainda não houve nenhum anúncio oficial sobre o destino do projeto. Além disso, não foram indicadas as razões pelas quais foi suspenso ou encerrado permanentemente. Embora se possa presumir que podem residir na falta de fundos públicos para financiar tais desenvolvimentos, na falta de rentabilidade económica do projecto ou no facto de que em 30 anos poderá simplesmente tornar-se obsoleto, e agora tarefas mais promissoras estão na agenda. No entanto, é bem possível que todos os três fatores possam influenciar simultaneamente.
Em 2014, a mídia fez suposições sobre a retomada do projeto, mas até o momento não recebeu confirmação oficial, bem como refutações.
Deve-se notar que os desenvolvimentos estrangeiros de aeronaves supersônicas de passageiros de segunda geração ainda não atingiram a linha de chegada, e a implementação de muitos deles é uma grande questão.
Ao mesmo tempo, embora não haja declaração oficial de pessoas autorizadas, não há necessidade de desistir completamente do projeto da aeronave Tu-244.
No campo aviação supersônica não sobrou ninguém. Não está claro se tais aeronaves não são necessárias (não lucrativas) ou se nossa civilização ainda não alcançou tal perfeição técnica e confiabilidade nessa direção.
Pequenos projetos privados começam gradualmente a aparecer.
A empresa americana Aerion Corporation, da pequena cidade de Reno, Nevada, começou a aceitar encomendas para a criação de uma aeronave supersônica privada AS2 Aerion, que está sendo criada com o apoio da Airbus
Ainda não está claro o que resultará disso, mas aqui estão os detalhes...
O fabricante afirma que a sua tecnologia patenteada de fluxo laminar reduz o arrasto aerodinâmico sobre as asas em até 80%, permitindo usina elétrica com três motores, cobre distâncias com rapidez suficiente. Por exemplo, um avião voará de Paris a Washington em apenas três horas, e de Singapura a São Francisco em apenas seis horas. Os voos supersônicos sobre o território dos EUA são proibidos, mas isso não se aplica aos voos sobre o oceano. O corpo da aeronave é feito principalmente de fibra de carbono e é “costurado” nas costuras com uma liga de titânio. Sem reabastecimento, a aeronave pode voar até 5.400 milhas. A produção da primeira aeronave está prevista para 2021.
Quais projetos de aeronaves supersônicas não foram implementados na realidade? Bem, por exemplo, alguns dos mais graves:
Jato executivo supersônico Sukhoi (SSBJ, S-21) - projeto supersônico avião de passageiros classe executiva, desenvolvida pelo Sukhoi Design Bureau. Em busca de financiamento, a Sukhoi OJSC colaborou neste projeto com a Gulfstream Aerospace, a Dassault Aviation, bem como várias empresas chinesas.
O desenvolvimento do S-21 e sua modificação maior, o S-51, começou em 1981 por iniciativa do designer-chefe do Sukhoi Design Bureau da época, Mikhail Petrovich Simonov. O projeto foi liderado pelo vice-designer-chefe Mikhail Aslanovich Pogosyan.
Uma análise da operação comercial das aeronaves Tu-144 e Concorde mostrou que, com o aumento dos preços do combustível de aviação, as aeronaves supersônicas não podem competir com aviões subsônicos mais econômicos no segmento de transporte de massa. O número de passageiros dispostos a pagar a mais pela velocidade é pequeno e é determinado principalmente por representantes de grandes empresas e altos funcionários. Ao mesmo tempo, as rotas prioritárias são as companhias aéreas que ligam as capitais mundiais. Isso determinou o conceito da aeronave destinada a transportar de 8 a 10 passageiros em um alcance de 7 a 10 mil quilômetros (para garantir voos diretos entre cidades do mesmo continente e com um reabastecimento ao voar de qualquer para qualquer capital do mundo). Também era importante reduzir a duração da viagem para que a aeronave pudesse acomodar todos aeroportos internacionais paz.
Durante os trabalhos na aeronave, foram estudadas diversas opções de layout - com 2, 3 ou 4 motores. O colapso da União Soviética levou à cessação do financiamento governamental para o programa. O Sukhoi Design Bureau começou a procurar investidores independentes para o projeto. Em particular, no início da década de 1990, o trabalho foi realizado em colaboração com Empresa americana Gulfstream Aerospace - ao mesmo tempo, estava sendo estudada uma variante com 2 motores ingleses, designada S-21G. Contudo, em 1992, o lado americano retirou-se do projecto, temendo custos inacessíveis. O projeto foi suspenso.
Em 1993, foram encontrados investidores para o projeto na Rússia e o projeto foi retomado. Os US$ 25 milhões recebidos de investidores permitiram chegar à fase de conclusão do projeto. Foram realizados testes de motores em solo, bem como testes de modelos de aeronaves em túneis de vento.
Em 1999, o projeto da aeronave foi apresentado no show aéreo de Le Bourget, ao mesmo tempo em que Mikhail Petrovich Simonov afirmou que seriam necessários cerca de 1 bilhão de dólares a mais para concluir todos os trabalhos na aeronave e iniciar a produção de aviões comerciais em série. Com financiamento oportuno e total, a aeronave poderia ter voado pela primeira vez em 2002 e o custo por unidade teria sido de cerca de US$ 50 milhões. Foi considerada a possibilidade de continuar a colaboração no projeto com a empresa francesa Dassault Aviation, mas o contrato não se concretizou.
Em 2000, o Sukhoi Design Bureau tentou encontrar investidores para este projeto na China.
Atualmente não foram encontrados investimentos para concluir o desenvolvimento e criação de aeronaves. No programa estadual “Desenvolvimento” adotado no final de 2012 indústria da aviação para 2013 - 2025" não há menção à aeronave
ZEHST(abreviatura de Transporte HiperSônico de Emissão Zero- Inglês Transporte de alta velocidade e emissão zero) é um projeto de avião de passageiros supersônico-hipersônico, implementado sob a liderança da agência aeroespacial europeia EADS.
O projeto foi apresentado pela primeira vez em 18 de junho de 2011 no show aéreo de Le Bourget. De acordo com o projeto, presume-se que a aeronave acomodará de 50 a 100 passageiros e atingirá uma velocidade de até 5.029 km/h. A altitude de vôo deve ser de até 32 km.
O sistema de jato da aeronave consistirá em dois motores turbojato usados durante a decolagem e aceleração para Mach 0,8, depois os foguetes acelerarão a aeronave para Mach 2,5, após o que dois motores ramjet localizados sob as asas aumentarão a velocidade para Mach 4.
Tu-444- um projeto de uma aeronave executiva supersônica russa de passageiros desenvolvida pela Tupolev OJSC. Substituiu o projeto Tu-344 e foi concorrente do projeto Sukhoi Design Bureau SSBJ. Não há menção ao projeto no programa estadual “Desenvolvimento da Indústria da Aviação para 2013-2025” adotado no final de 2012.
O projeto do Tu-444 começou no início dos anos 2000 e, em 2004, teve início a concepção preliminar do projeto. O desenvolvimento foi precedido de um cálculo do mais rentável características técnicas para uma aeronave desta classe. Assim, constatou-se que um alcance de 7.500 quilômetros é suficiente para cobrir os principais centros empresariais do mundo, e a extensão ideal da corrida de decolagem é de 1.800 metros. O mercado potencial foi estimado em 400-700 aeronaves, o primeiro voo estava programado para ocorrer em 2015
No entanto, apesar do uso de desenvolvimentos antigos de vários escritórios de design no projeto, incluindo o próprio Tupolev (por exemplo, Tu-144, deveria usar motores AL-F-31), a necessidade de uma série de inovações técnicas ficou claro o que se revelou impossível sem investimentos financeiros significativos que não poderiam ser atraídos. Apesar do desenvolvimento de um projeto preliminar em 2008, o projeto estagnou.
Bem, mais alguns tópicos de aviação para vocês: vamos lembrar, e aqui está este. E você sabe que existe e voou assim. Aqui está outro incomum O artigo original está no site InfoGlaz.rf Link para o artigo do qual esta cópia foi feita -
