Суперкруиз - Supercruise

В Английский Electric Lightning был одним из первых самолетов, способных к суперкруизу.

Суперкруиз поддерживается сверхзвуковой полет сверхзвуковой самолет с полезной нагрузкой на груз, пассажиров или оружие, выполняемую эффективно, что обычно исключает использование крайне неэффективных форсажные камеры или «разогреть». Многие известные сверхзвуковые военный самолет не способный к суперкруизу может только поддерживать Мах Полет 1+ короткими очередями, обычно с форсажем. Самолеты, такие как SR-71 Блэкберд предназначены для крейсерского полета на сверхзвуковой скорости с включенными форсажными камерами.

Одним из самых известных примеров самолета, способного к суперкруизу, был Конкорд. Благодаря долгой эксплуатации в качестве коммерческого авиалайнера Concorde является рекордсменом по количеству времени, проведенному в суперкруизе; больше, чем все остальные самолеты вместе взятые.[1]

Преимущества

Основным преимуществом является способность самолета летать на сверхзвуковой скорости без использования форсажной камеры, которая потребляет большое количество топлива и ограничивает дальность полета.

Возможность суперкруиза также дает преимущества для скрытность самолет, потому что шлейф форсажной камеры отражает радиолокационные сигналы и создает значительный инфракрасная подпись.[2]

История

Конкорд обычно суперкрутом большую часть времени Атлантический, что позволяет ему добраться из Лондона до Нью-Йорка за три часа - рекорд, который еще не превзошел ни один другой коммерческий самолет.

На 3 Август 1954 г. Gerfaut исследовательский самолет с двигателем SNECMA Atar 101 Двигатель D2A превысил число Маха 1 на горизонтальный полет без использования форсажных камер.[3][4] Первым серийным самолетом, предназначенным для превышения скорости 1 Мах в горизонтальном полете, был Lockheed F-104 Истребитель который отличался радикальным дизайном, с тонкими, как бритва, короткими крыльями, прикрепленными к фюзеляжу значительно дальше назад, чем у большинства современных самолетов. Крыло обеспечивало отличные сверхзвуковые и высокоскоростные характеристики на малой высоте, но приводило к плохой разворачиваемости и высокой посадочной скорости. Это был первый серийный самолет, достигший скорости 2 Маха, и первый самолет, достигший высоты 100 000 футов после взлета собственным двигателем. Starfighter установил мировые рекорды по скорости, высоте и времени набора высоты в 1958 году, став первым самолетом, удерживающим все три показателя одновременно. Не подогретый Армстронг Сиддели Сапфир с питанием от прототипа P.1 Английский Electric Lightning, превышено Мах 1 на 11 Август 1954 года. Неделей ранее, 4 Август, Ч.1, WG760 пролетел мимо Роланд Бимонт на его первый полет, по незнанию превысил Мах 1 в подъеме, хотя из-за ошибка положения, то Махметр только показал максимум Маха 0,95. Бимонт, который не заметил никаких изменений в поведении самолета, был удивлен, узнав об этом после анализа данных полета.[5] Однако эта ранняя демонстрация сверхзвукового полета была чрезвычайно ограничена, поскольку Lightning мог лететь без повторного нагрева только на скорости примерно 1,02 Маха.[6] в то время как более поздние версии смогли достичь гораздо более высоких скоростей, но только в течение очень коротких периодов времени. Поскольку E-E Lightning не может поддерживать сверхзвуковую скорость в течение 20 минут, как было первоначально заявлено в первом заявлении о миссии майора Бойда и др., Чтобы упомянуть «Суперкруиз», его не следует обозначать как таковой!

В BAC TSR-2 ударно-разведывательный самолет, впервые вылетевший 27 Сентябрь 1964 г. был одним из первых военных самолетов, специально разработанных для сверхзвукового крейсерского полета; один из запланированных профилей полета был для сверхзвукового крейсерского полета со скоростью 2,0 Маха на высоте 50 000–58 000 футов (15–18 км).[7] Сверхзвуковой крейсерский полет на нижних эшелонах был на уровне Маха. 1.1 на высоте 200 футов (61 м).[8] ТСР-2 использовал Бристоль Олимп двигатели, более поздняя версия которых также будет приводить в действие Конкорд.

Качественная вариация Cd-фактора (коэффициент трения ) с число Маха (скорость) для самолета; суперкруизинг выше Маха 2 эффективен.

Только сверхзвуковой транспорт (SST), Concorde и последняя версия Ту-144 ( Ту-144Д ), большую часть времени проводили, путешествуя на расчетных скоростях, без необходимости дожигания. Например, некоторые боевые самолеты, которые указаны как способные к суперкруизу, могут делать это только без внешнего вооружения. Для взлета Concorde был добавлен подогрев, чтобы справиться с увеличением веса, которое произошло после первоначальной конструкции. Поскольку он был доступен, он также использовался для трансзвукового ускорения, чтобы сократить время и топливо, используемое для достижения крейсерского полета. Модернизированный Ту-144Д имел более экономичные двигатели, чем Ту-144, который не требовал форсажных камер во время крейсерского полета, а также более совершенную конструкцию воздухозаборника, которая увеличивала полный диапазон полезной нагрузки с 3080 до 5330 км (1910 до 3310 миль) ( Рабочий диапазон Concorde составлял 6470 км или 4020 миль).[9]

Военное использование

Термин «суперкруиз» первоначально использовался для описания требований к характеристикам истребителя, установленных полковником ВВС США. Джон Бойд, Пьер Спрей, и полковник Эверест Риччони, сторонники F-16 Сокол.[нужна цитата ] После запуска в производство F-16 они начали работу над улучшенной конструкцией истребителя, способного совершать сверхзвуковой крейсерский полет над территорией противника в течение минимум двадцати минут. Поскольку воздушный бой часто является результатом неожиданности, а скорость боя определяется скоростью неожиданного самолета, это дало бы конструкции, способной к суперкруизу, существенное преимущество в характеристиках во многих ситуациях. Предполагаемый истребитель имел бы максимальную скорость чуть более 1 Маха, а топливная фракция более 40%, минимум, необходимый для соблюдения двадцатиминутного требования. Требование топливной фракции требовало очень строгой конструкции с небольшим количеством передовой электроники. В ВВС США не проявили интереса к предложению в то время, но годы спустя возродили термин и изменили его, чтобы применить к требованиям для Продвинутый тактический истребитель,[10] что привело к F-22 Raptor.

В F-22 Raptor способен к суперкруизу на скорости 1,8 Маха (но здесь видно, что он работает на форсажном режиме).
В Dassault Rafale способен к суперкрейсерфингу с четырьмя ракетами и танком для опускания живота.[11]
В Еврофайтер Тайфун способен к суперкруизу на скорости 1,5 Маха.[12]

Суперкруизные возможности F-22 Raptor рекламируются как главное преимущество в летно-технических характеристиках по сравнению с другими истребителями, причем суперкруизный режим демонстрируется как минимум до скорости Мах. 1.8.[13] Практически все нынешние и прошлые реактивные истребители, до F-22, летели со скоростью примерно Мах. 0,8–0,9 при значительных в военном отношении боевых нагрузках.[14] Однако суперкруизинг использует больше топлива для прохождения того же расстояния, чем на дозвуковых скоростях. Ассоциация ВВС оценка того, что использование суперкруизного режима для рывка на 100 морских миль (120 миль; 190 км) в рамках миссии сократит возможности F-22 боевой радиус примерно от 600 морских миль (690 миль; 1100 км) до примерно 450 морских миль (520 миль; 830 км).[нужна цитата ] Это снижение не подтверждено, поскольку высота и профиль полета классифицируются, как и большинство возможностей F-22, но это все же гораздо меньшее снижение, чем было бы в результате использования форсажной камеры.[нужна цитата ]

В производстве находится несколько двигателей, разработанных для облегчения тактически важного суперкруиза:

  • Два Пратт и Уитни F119 Эта мощность F-22 Raptor делает его самым мощным истребителем-суперкруизером на вооружении. F-22 Raptor может развивать скорость до 1,8 Маха без внешних накопителей.[15][16] (Примечание: General Electric YF120 Двигатели, способные к суперкруизу, также использовались в прототипе F-22 во время этого полета, но не были выбраны для производства.)
  • В EJ200 двигатель построен EuroJet Turbo GmbH установлен в Еврофайтер Тайфун. Он способен развивать суперкрейсерскую скорость 1,5 Маха с ракетной нагрузкой превосходства в воздухе.[12] Пилоты «Тайфуна» заявили, что скорость 1,3 Маха достижима в боевой конфигурации с внешними магазинами.[17]
  • В General Electric F414G в JAS 39 Gripen NG разработан для суперкруиза и, как было показано, достигает 1,2 Маха.[18]
  • В Snecma M88 эта сила Dassault Rafale. Сдвоенные двигатели позволяют Rafale совершать суперкруиз с четырьмя ракетами и нижним баком.[11]
  • Два АЛ-41Ф-1С двигатели Сухой Су-35 может развивать сверхзвуковую скорость без включения форсажных камер. Но без внешнего вооружения.[19]

Самостоятельно в России работают над «Изделие 30» (после модификаций производных АЛ31Ф и АЛ41Ф, например ТРДД 117С) и РД33МКРУ «Морская оса»; все новое АЛ-41 двигатель с полным перепроектированием, чтобы добавить суперкруизную способность к Сухой Су-57. Это еще не принесло плодов, но временный промежуток 117S Двигатель, производимый по этой программе, похоже, уже достигает суперкруизной цели. Недавно было объявлено, что во время испытаний истребителя Су-35БМ, оснащенного этими двигателями, он двигался со сверхзвуковой скоростью, он продолжал ускоряться без использования форсажной камеры, тем самым предполагая, что у него была возможность суперкруизирования, хотя это еще не произошло. Посмотрел, возможно ли это с боевой нагрузкой.[20]

Все известные суперкруизные самолеты могут делать это только на значительной высоте (где воздух тоньше и поэтому оказывает меньшее сопротивление), что ограничивает использование маска местности для ускользания от обнаружения.

Самолет, предназначенный для крейсерского режима на форсаже

В Локхид А-12, СР-71 Блэкберд и YF-12, были рассчитаны на продолжительную работу на сверхзвуковых скоростях с использованием форсажной камеры. Миссии SR-71 выполнялись в крейсерском режиме максимальной дальности, с настройками форсажной камеры в нижней части диапазона, около 98% времени.[21]

В Североамериканский XB-70 Valkyrie использовал шесть General Electric YJ93 двигатели для продолжительного полета на скорости Мах 3.0, его расчетная точка.[22] В отличие от двигателя J-58 в SR-71, YJ93 не нуждался в специальном топливе, поскольку он использовал JP-6.[22] Для круиза использовалась частичная форсажная камера.[23] Опытный образец XB-70A AV-2 выдерживал скорость, превышающую Мах. 3 по 32 минуты на одном рейсе. Этот тип был разработан для работы на проектной скорости в течение нескольких часов на межконтинентальных дистанциях.[24] На 100% военный удар (максимальная дроссельная заслонка без форсажной камеры) на высоте 35000 футов (11000 м) XB-70 будет превышать M1,03, если его масса не превышает 400000 фунтов (180000 кг), увеличиваясь до M1,2, когда масса падает до 250000 фунтов (110000 кг). )[25]

В Микоян-Гуревич МиГ-25 был разработан для сверхзвукового крейсерского полета на скорости 2,35 Маха с работающим частичным форсажем. В двигателях использовался чрезвычайно низкий коэффициент давлений 4,75, но он был усилен давлением набегающего воздуха во время сверхзвукового полета.[26] Низкая степень сжатия компрессора означала низкий КПД на дозвуковых скоростях и высокий КПД на сверхзвуковых.

В BAC TSR-2 был разработан для крейсерского полета на M2.0 с использованием форсажных камер и имел прогнозируемую максимальную скорость M2.35. Он также мог летать на сверхзвуке без форсажной камеры, как это было продемонстрировано во время доставки.[27][28]

Самолет с суперкруизной способностью

В сервисе:

Ранее в строю:

Только прототип / экспериментальный:

Гражданское:

Рекомендации

  1. ^ "Оборона и безопасность, разведка и анализ - IHS Jane's 360". janes.com. Получено 2015-09-04.
  2. ^ «Стелс-дизайн самолетов / самолетов-невидимок». fighter-planes.com. Получено 2015-09-04.
  3. ^ «Разработка реактивных и турбинных авиационных двигателей», 4-е издание, Билл Ганстон, 2006 г., ISBN  0 7509 4477 3, п. 160
  4. ^ «1956 - 0414 - Летный архив». flightglobal.com. Получено 2015-09-04.
  5. ^ "Инглиш Электрик - Армстронг Сиддели - Роллс-Ройс Эйвон - 1957 - 0541 - Летный архив". flightglobal.com. Получено 2015-09-04.
  6. ^ English Electric Aircraft и их предшественники, Стивен Рэнсом и Роберт Фэйрклаф, Патнэм, Лондон, 1987 г. (стр. 227)
  7. ^ "Изображение: tna-air2-17329e53a_02.JPG, (627 × 490 пикселей)". Nuclear-weapons.info. 2008-08-29. Получено 2015-09-04.
  8. ^ "Изображение: ddSy1.jpg, (2711 × 1832 пикселей)". i.imgur.com. Получено 2015-09-04.
  9. ^ ТУПОЛЕВ Ту-144, Гордон, Комиссаров и Ригмант 2015, Schiffer Publishing Ltd., ISBN  978-0-7643-4894-5, стр.248
  10. ^ Эпоха резки, стр.141
  11. ^ а б Министерство обороны Франции заказало еще 59 истребителей Rafale
  12. ^ а б "Eurofighter Typhoon - Luftüberlegenheitsrolle - австрийский сайт Eurofighter на немецком языке". web.archive.org. Архивировано 15 августа 2009 года.. Получено 2015-09-04.CS1 maint: неподходящий URL (связь)
  13. ^ Эйтон, Марк. «F-22 Raptor». Ежемесячный журнал AirForces, август 2008 г., стр. 75. Дата обращения: 19 июля 2008 г.
  14. ^ «Галерея оружия ВВС США» С. 147–155. Журнал ВВС, Май 2006 г.
  15. ^ General Jumper квалифицируется на F / A-22 Raptor, af.mil, 13 января 2005 г.
  16. ^ Последний в своем роде. Flightglobal.
  17. ^ "Еврофайтер Тайфун". fighter-planes.com. Получено 2015-09-04.
  18. ^ "Грипен Суперкруизы". Gripen International, 21 января 2009 г.
  19. ^ «АЛ-41Ф-1С».
  20. ^ "О ходе испытаний нового российского истребителя Су-35БМ: Наука и техника: Lenta.ru". lenta.ru. Получено 2015-09-04.
  21. ^ "Полет на SR-71", полковник Грэм, ВВС США (в отставке), ISBN  978-0-7603-3239-9, Зенит Пресс, 2008, с.132
  22. ^ а б "Заключительный отчет об исследовании самолета B-70, том III", апрель 1972 г., SD-72-SH-0003, Космический отдел, Североамериканский Роквелл
  23. ^ «Выхлопные сопла изменяемой геометрии и их влияние на летно-технические характеристики самолета» Аммер и Панч, General Electric Co., SAE 680295, Общество автомобильных инженеров
  24. ^ Jenkins, Dennis R .; Лэндис, Тони Р .; Уайт, Элвин С .; Фултон, Фитцхью Л. (2005). Валькирия: Мах Северной Америки 3 Супербомбер. Специальная пресса. п. различные страницы. ISBN  1-58007-072-8.
  25. ^ К. 1B-70 (X) A-1A Приложение к Лётному руководству XB-70A стр. A5-4
  26. ^ Советские разведчики времен холодной войны, Каземат, Ефим Гордон стр.70
  27. ^ а б Торнборо, Энтони. TSR2 (специальный аэрогид). Саффолк, Великобритания: специальные публикации, 2005. ISBN  0-946958-46-7
  28. ^ Утрата империи и обретение роли: Великобритания, США, НАТО и ядерное оружие, 1964-70 К. Стоддарт
  29. ^ Министерство обороны Франции заказало еще 59 истребителей Rafale, стр.8
  30. ^ «Еврофайтер Тайфун - Luftüberlegenheitsrolle». web.archive.org. 15 августа 2009 г.
  31. ^ «Совершенно превосходный продукт» (PDF ). Грипен Новости: 2. июнь 2001.
  32. ^ "Грипен Суперкруизы" (пресс-релиз). Получено 2009-12-04.
  33. ^ "F-22 Raptor". ВВС США.
  34. ^ Карнозов, Владимир (4 сентября 2007 г.). «Сухой представляет« суперкруизирующий »многоцелевой истребитель Су-35-1». Flightglobal. Архивировано из оригинал 24 августа 2013 г.. Получено 24 апреля 2013.
  35. ^ "Каково это было летать и сражаться с F-16N Viper, легендарным хотродом Топгана". Получено 2018-12-17.
  36. ^ "Молния | 1963 | 0596 | Полетный архив".
  37. ^ "Версии F-16 - F-16 XL". www.f-16.net.
  38. ^ а б Стивенсон, Ричард В. (24 апреля 1991 г.). «ВВС выбирают дизайн истребителя Lockheed» - через NYTimes.com.
  39. ^ К. 1B-70 (X) A-1A Приложение к лётному руководству XB-70A, стр. A5-4
  40. ^ Наследие соревнований легких бойцов, airforcemag.com, февраль 2017 г.
  41. ^ "Сааб 35 Дракен". Saab.com. 2015-12-14. Получено 2018-03-24. В то время понимание сверхзвуковой авиации было ограниченным, поэтому конфигурация «двойной треугольник» была испытана ранее, в 1952 году, на специально разработанном экспериментальном самолете Saab 210 «Little Dragon». Первый полет был совершен 25 октября 1955 года Бенгтом Олоу, а вскоре после этого, в январе 1956 года, Draken преодолел звуковой барьер во время набора высоты и без форсажа!
  42. ^ Электростанция, ConcordeSST- описывает полный цикл двигателя Concorde от взлета до приземления, включая отключение подогрева для начала суперкруизной скорости на скорости 1,7 Маха.