Техника - молодёжи 1964-03, страница 27

СКОРОСТЬ И ВЫСОТА.

Объясняется это тем, что на дозвуковом режиме молекулы воздуха воспринимают расходящиеся от крыла возмущения, «расступаются» и плавно обтекают крыло, на сверхзвуковом — подминаются крылом, уплотняются, образуя так называемые ударные волны. На их образование приходится расходовать значительную энергию. Следовательно, с точки зрения экономичности полеты со скоростью, в несколько раз превышающей скорость звука, казалось бы, малоэффективны. Однако, как говорится, нет худа без добра.

С увеличением скорости полета увеличивается до некоторого предела термический кпд воздушно-реактивных двигателей. Ведь с ростом скорости в камеры сгорания поступает более уплотненный и более разогретый е результате торможения воздух. Это и улучшает кпд двигателей. Значит, можно найти наивыгоднейшую скорость.

Конструктор еще ведет свои расчеты, а пилота уже манят —

Плавно разогнавшись, самолет оторвался от земли, и тотчас же стрелка альтиметра побежала от нуля, отсчитывая километры набранной высоты. Четкая закономерность вскоре бросится нам в глаза: крейсерской скорости, с которой мы уверенно скользили на некоторой высоте, десятком километров выше начинает ие хватать. Причина ясна: с высотой уменьшилась плотность воздуха — во столько же раз уменьшилась подъемная сила; а чтобы она все время была равна весу самолета, необходимо прибавить скорость. Попробуем выразить подмеченную закономерность в виде графика зависимости крейсерской скорости от высоты полета. Скорость самолота в горизонтальном полете будем откладывать иа горизонтальной оси, соответствующую ей высоту — на вертикальной. Точка за точкой ляжет на график: соединив их вместе, мы огредим «запретную зону». Соответствующие ей скорости и высоты несовместимы в горизонтальном полете.

Отмеченная зона не велика, просторы справа и вниз от нее, казалось бы, к нашим услугам. Однако именно здесь нас встречает самый страшный враг гиперзвуковых полетов — Слои воздуха, непосредственно примыкающие к обшивке летательного аппарата, вследствие вязкости прилипают к ней, внешние слои скользят по ним, в результате трения слоев воздуха и выделяется огромное количество тепла.

Хуже всего приходится точкам, которые первыми встречают воздушный поток: нос, кромки крыльев и т. д. Чтобы легче понять, почему им приходится особенно туго, будем рассматривать явление, как это обычно делается в аэродинамике, — с точки зрения наблюдателя, неподвижного относительно самолета. Для него полет — это гипер: вуко юй ураган, непрерывно обрушивающийся иа самолет. Частицы воздуха, налетающие иа нос, иа передние кромки крыльев, внезапно останавливаются, и вся их чудовищная кинетическая энергия переходит в тепловую. Температура газа вблизи таких точек застоя становится равной так называемой температуре торможения. Если нет тепловой защиты, температура частей самолета, принимающих иа себя первые «удары» потоков воздуха, сравнявшись с температурой окружающей среды, достигнет гигантских значений: при М = 10 она составляет 3000°, при М = 20 — 5000° и г. д.

Ограничив предельную температуру иа кромках, мы можем получить на графике вторую кривую, отгораживающую

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВ.

Тан представляют себе комструиторы одни из вариантов будущего самолета с «изменяемой геометрией».

новую запретную зону и оставляющую для полетов лишь узкий «коридор».

Но в руках конструкторов есть немало средств борьбы с аэродинамическим нагревом. Прежде всего нагрев зависит от формы движущегося тела: чем оно тупее, тем медленнее оно нагревается. Природа наглядно демонстрирует преимущества таких форм на остатках метеоритов, которым, несмотря на космические скорости, удается достичь Земли. Их оплавленные юверхности имеют грубосферическую форму. Конечно, было бы опрометчивым представлять себе гиперзвуковой корабль будущего в виде шара. Ведь то, что кажется полезным с точки зрения тепловой защиты, может быть ущербным в других отношениях. Тупая кромка крыла иа гиперэвуковых скоростях — это большое лобовое сопротивление, это потеря драгоценного аэродинамического качества. Зато дай волю инжеиеру-аэродннамику, он сделал бы, пожалуй, гиперэвуковой корабль в виде пластинки. Реальный проект явится компромиссом между этими крайностями.

Однако как ни хитри, миновать тепловой барьер окольным путем ие удастся. Рано или поздно с ним придется столкнуться лицом к лицу. В том или ином виде

необходима. Первое, что приходит а голову, — теплоизоляция: отделить раскаленную обшивку от внутренних отсеков с пассажирами, при-ЗАШИТА борами, грузом надежными, но в то

⁴ же время легкими материалами.

К сожалению, одним отгораживанием многого ие добьешься. Нужны более решительные меры.

Забыв иа минутку о самолетах, обратимся к обыкновенному чайнику. Какими бы мощнейшими средствами мы его ни обогревали, если уж вода закипела, температура ее не поднимется выше 100". Проектиру мые гиперзвуковые самолеты будущего, вернее их самые уязвимые для тепла части, уподобляют такому чайнику. Их поверхность покрывается слоем

ТЕПЛОВАЯ

Тепловой баланс для шара, движущегося с гиперэвуиовой скоростью в атмосфере. 1. Тепловое излучение от оболочки расна-леииых газов. 3. Передача тепла теплопроводностью от оболочни раскаленных газов. 3. Отвод тепла излучением от раскаленной поверхности шара 4. Отвод тепла эа счет испарения или возгонки раскаленной поверхности. б. Отвод тепла аа счет охлаждения теплопроводностью, в. Отвод тепла эа счет теплоотдачи «выпотеванием». Жидкость подводится е поры расналеииой поверхности и, испаряясь, охлаждает ее.

УДАРНАЯ ВОЛНА

ПОГРАНИЧНЫЙ

СЛОЙ sW'

23