Заблуждение: входящий в атмосферу корабль нагревается от трения

    Эту статью могут комментировать только участники сообщества.
    Вы можете вступить в сообщество одним кликом по кнопке справа.
    Олег Гор перепечатал из popmech-ru.turbopages.org
    3 оценок, 247 просмотров Обсудить (15)

    Есть вот такие расхожие суждения, которые, с одной стороны, и не вполне далеки от истины, но с другой - неверно отражают суть явления. Да, при вхождении в плотные слои атмосферы обшивка космического корабля начинает нагреваться, да так, что не будь термоизоляции, она неминуемо разрушилась бы. Как часто разрушаются, например, не долетев до поверхности Земли метеорные тела. И, разумеется, главная причина нагрева – встреча несущегося на сверхзвуковой скорости объекта с достаточно плотной газовой средой. При этом даже в научно-популярной литературе приходится встречать утверждение о том, что все дело в трении о воздух. А вот это уже неправда. 

    Трение о воздух, конечно, происходит, и при этом выделяется какое-то количество тепла, однако раскаляет обшивку спускаемого аппарата и заставляет пылать и взрываться летящие к земле болиды другой физический процесс, называемый аэродинамическим нагревом. 

    Как известно, впереди движущегося в газе со сверхзвуковой скоростью тела формируется ударная волна — тонкая переходная область, в которой происходит резкое, скачкообразное увеличение плотности, давления и скорости вещества. Естественно, при повышении давления газа он нагревается — резкое увеличение давления приводит к быстрому повышению температуры. Вторым фактором — это и есть собственно аэродинамический нагрев — становится торможение молекул газа в тонком слое, прилегающем непосредственно к поверхности движущегося объекта — энергия хаотичного движения молекул возрастает, и температура вновь растет. А уже горячий газ нагревает и само мчащееся на сверхзвуке тело, причем тепло переносится как с помощью теплопроводности, так и с помощью излучения. Правда излучение молекул газа начинает играть заметную роль при очень высоких скоростях, например, на 2-й космической. 

    С проблемой аэродинамического нагрева приходится сталкиваться не только конструкторам космических кораблей, но и разработчикам сверхзвуковых летательных аппаратов — тех, что никогда не покидают атмосферу. 

    Известно, что конструкторы первых в мире сверхзвуковых пассажирских самолетов — Concorde и Ту-144 — были вынуждены отказаться от идеи заставить свои самолеты летать со скоростью 3 Маха (пришлось довольствоваться «скромными» 2,3). Причина — аэродинамический нагрев. При такой скорости он раскалял бы обшивки лайнеров до таких температур, которые могли уже сказаться на прочности алюминиевых конструкций. Заменять же алюминий на титан или специальную сталь (как в военных проектах) было невозможно по экономическим соображениям. Кстати, о том, как решали проблему аэродинамического нагрева конструкторы знаменитого советского высотного перехватчика МиГ-25, можно прочитать в статье: 

     

     «Есть только МиГ. Охотник за призраками МиГ-25».

    В армии я некоторое время служил водителем гигантского аэродромного топливозаправщика. Самые сильные аэродромные впечатления — посадка перехватчиков МиГ-25, которые почему-то приземлялись всегда парами. Из-за облаков беззвучно вылетали две стремительные машины, на огромной скорости плавно касались взлетной полосы колесами и мгновенно выпускали тормозные парашюты.

     

     

    За кем охотился МиГ-25 В-70 «Валькирия»

     

    Несмотря на противоперегрузочный костюм, пилот МиГ-25 за полет терял по 5 кг веса

     

     

     

     

     

    МиГ-31 — перехватчик, у которого есть цель в жизни

     

    Основные характеристики самолетов МиГ-25

     

    Взлетали перехватчики, наоборот, с оглушительным ревом, сотрясая все вокруг, с огромным хвостом форсажного пламени позади, исчезая высоко в небе за какие-то секунды. Несмотря на обилие на аэродроме разнообразной военной техники — гигантских стратегических бомбардировщиков и транспортных самолетов, штурмовиков, фронтовых истребителей и вертолетов, все разговоры вертелись вокруг МиГ-25, уж больно необычен был самолет без следов заклепок на борту, с неправдоподобно тонкими крыльями, с двигательными соплами, куда свободно залезал человек. И уж совсем мифическим был тот факт, что это единственный самолет, с которого после посадки сливалось 200 л 40-градусного водно-спиртового раствора, слегка отдающего резиной и за всенародную аэродромную любовь прозванного «Массандрой». В ответ на вопрос, зачем в полете столько водки, пилоты перехватчиков, затянутые в противоперегрузочные высотные костюмы и сгибающиеся под тяжестью канистр с «Массандрой», загадочно хранили молчание. Может, они и в самом деле не знали. А вот мы теперь знаем.

    Полет «Валькирий»

    В конце 1954 года командующий стратегической авиацией ВВС США генерал Кертис Ли Мэй поднял вопрос о создании бомбардировщика, обладающего дальностью полета без дозаправки не менее 11 тыс. км при «максимально возможной» скорости. А спустя несколько лет в США развернулись интенсивные работы по супербомбардировщику B-70 «Валькирия». Самолет должен был иметь крейсерскую скорость в 1,5−2 М, а максимальную до 3 М. Первое боевое авиакрыло было намечено сформировать уже к августу 1965 года. В 1960 году об этой сверхсекретной программе узнали в Советском Союзе и КБ Микояна начало разработку высокоскоростного перехватчика с невиданными характеристиками для перехвата американских «Валькирий». Вторгающаяся со стороны Северного полюса предполагаемая армада бомбардировщиков, со скоростью в 3 раза больше скорости звука, сильно давила на психику руководства СССР. Поэтому инициатива Микояна быстро нашла поддержку в правительстве (надо отметить, пока в правительстве сохранялись позиции родного брата Анастаса Микояна, практически все предложения Артема Микояна находили поддержку) и КБ было выдано задание на разработку проекта перехватчика Е-155 — будущего МиГ-25.

     

    Задача оказалась невероятно сложной. Только самолеты преодолели звуковой барьер, как ставилась цель летать в 3 раза быстрее звука. К тому же предстояло преодолеть еще один барьер — тепловой.

    Уже при полете МиГ-19 с числом М=1,3 при температуре 00С воздух в районе носового обтекателя нагревался до 720С. Аналогичный нагрев обтекателя МиГ-21 при М=2,05 достигал уже 1070С. Расчеты показывали, что при М=3 температура превысит 3000С. Оказалось, на таких скоростях плавился плексиглас остекления кабины пилота, разлагалась гидравлическая жидкость, все детали из резины, включая шины, теряли упругость. Но самое неприятное: основной авиационный материал — алюминиевые сплавы теряли свои прочностные свойства уже при 1300С. Казалось, на безальтернативной основе остался только титан, на котором и остановились американцы. Однако при традиционной клепке авиационных корпусов требовалась герметизация швов. Высокотемпературных герметиков, выдерживающих предполагаемые режимы полета перехватчика, в России не существовало. Титановые листы безуспешно пытались сваривать — материал растрескивался. Зато сваривать сталь в нашей стране умели великолепно. После долгих раздумий в КБ решили сваривать самолет из стали. Качественная сталь обладает прочностью в 3 раза выше, чем алюминиевые сплавы, но и весит в 3 раза больше. По меньшей мере это означало, что каждый элемент надо было делать в 3 раза тоньше, что требовало кардинального пересмотра традиционного подхода к проблемам сопротивления, устойчивости, вибрации и т. д. В итоге конечный самолет на 80% состоял из стали, на 8% - из титана и только на 11% - из жаропрочного алюминиевого сплава. В конструкции планера было 5 км сварных швов и 1,4 млн сварных точек. О качестве работ говорит тот факт, что за один год сварочных работ при общей длине швов в 450 км были обнаружены только две незначительные утечки топлива (незначительная капельная течь). Неожиданным побочным эффектом нового материала стала удивительная ремонтопригодность самолета — сварку можно было вести прямо на стоянке.  

    Совершенно необычным был двигатель перехватчика, представляющий собой развитие двигателя ТРД-15К для беспилотных аппаратов конструкции Микулина. После доработки компрессора, камеры сгорания и форсажной камеры получился почти прямоточный двигатель, с очень коротким компрессором, чрезвычайно прожорливый, но имеющий характеристики, сходные с ракетным двигателем. Он идеально подходил для одной единственной цели — практически мгновенно набирать огромную высоту и скорость. Но никогда и никому такие двигатели ставить на серийной самолет не разрешили бы: правительство всегда требовало универсальные машины. Микоян оказался исключением (не будем забывать, кто был его братом). По этой же причине Е-155 обзавелся поджарым, спринтерским планером, с огромными воздухозаборниками и тонкими лезвиями крыльев и оперения.

    Отличало перехватчик от других самолетов и необычное по тем временам двухкилевое оперение. Легенда, бытующая в КБ, описывает его появление так. Разведчики принесли как-то в КБ фотографию разрабатывающегося в США новейшего скоростного разведчика SR-71. Фотография была настолько мутной, что ничего рассмотреть на ней было нельзя, за исключением того, что килей было два. Решили подстраховаться, установив на Е-155 также два киля. Попутно выяснилось, что если их установить не совсем перпендикулярно к горизонту — это ощутимо снижает радиолокационную заметность. Собственно поэтому большинство современных боевых самолетов имеют два наклонных киля, а гражданские — традиционный один.

     

    МиГ-25 — чемпион

    Невероятно, но практически за два года основные проблемы были решены. Односторонний пуск на огромных скоростях подвешенной на внешних узлах подвески ракеты приводил к опасной асимметрии, которая была устранена цельно-поворотным дифференциальным стабилизатором. Самолет пронизывала целая система теплообменников, турбохолодильников для уменьшения температуры воздуха от 7000С на входе компрессора до необходимых 200С для нормального функционирования оборудования. Для радиоэлектронного оборудования была специально разработана мощная водно-спиртовая система охлаждения, заправляемая как раз теми загадочными 200 л «Массандры». На теплоотражающие стальные перегородки Госплан выделил по 5 кг серебра на самолет — и ни граммом больше. Тело и голова пилота охлаждались специальным потоком воздуха, но прикасаться голой рукой к стеклянной кабине было строжайше запрещено — все равно, что дотронуться до раскаленного железа. В итоге получился уникальный, не имеющий мировых аналогов самолет, как ничто в мире умеющий набирать высоту и скорость. Самолету было присвоено специальное «спортивное» название «Е-266», под которым он был зарегистрирован в Международной авиационной федерации ФАИ, и он начал расправляться с мировыми рекордами, установленными преимущественно американским суперразведчиком SR-71. Это было продолжением своеобразного психологического прессинга США, вдогонку космическим успехам СССР. До сих пор многие из рекордов Е-266 остаются непобитыми.

    Таблица рекордов

    Под стать планеру была и начинка перехватчика. Четыре новые ракеты «воздух — воздух» К-40 с титановым корпусом позволяли вести стрельбу на дальность до 50 км, развивая при этом невиданную скорость, превышающую число М=5. Бортовая радиоэлектронная аппаратура впервые позволяла выводить перехватчик на цель в полуавтоматическом режиме, что при ожидаемых скоростях сближения было просто необходимым: обычные человеческие рефлексы просто не успевали срабатывать. Проблемы начались там, где их не ждали, — у суперперехватчика исчез суперпротивник.

     

    Бесцельный перехватчик

    Появление в СССР первых дальних мобильных зенитных ракетных комплексов заставило американцев сделать вывод, что по уязвимости сверхзвуковой В-70 будет не намного лучше дозвукового В-52 при разнице в цене в десятки раз. В марте 1964 года, израсходовав более $1,3 млрд, США отказались от дальнейшей разработки «Валькирий», ограничившись постройкой двух 2-местных экспериментальных самолетов ХВ-70А без боевых систем. (Правда, в Советском Союзе до 1967 года эта машина считалась не экспериментальной, а боевой.) У еще не родившегося МиГ-25 исчезла цель, ведь он был предназначен для решения одной единственной задачи. Через полюс к нам летят неповоротливые, но удивительно быстрые «Валькирии». С заполярных аэродромов к ним навстречу поднимаются такие же неповоротливые, но такие же скоростные перехватчики и расстреливают B-70 прямо над полюсом. Как истребитель МиГ-25 никуда не годился: ближний и средний бой он вести не мог — радиус виража превышал 10 км. Правда, некоторая надежда на американцев у разработчиков все же была: долгое время советская разведка считала, что разрабатываемый создателем U-2 Кларенсом Джонсоном сверхскоростной разведчик A-11 (будущий SR-71) — на самом деле, бомбардировщик. В заблуждение ввела буква «A» в названии. Обычно ею в ВВС США обозначались самолеты, предназначенные для нанесения ударов по наземным целям (от слова «Attack»). У Джонсона же буква появилась от слова «Archangel» — U-2 в ходе разработки носил обозначение «Angel». Существует еще одна версия — «А» обозначает «Agency», ведь заказчиком нового самолета выступало ЦРУ.

     

    Во все другие времена исчезновение цели автоматически привело бы к свертыванию программы. Но не для человека с фамилией Микоян. На Горьковском авиазаводе разворачивается все увеличивающийся выпуск чудо-машины: в 1967—1970 годах выпущено 79 машин, в 1971—1975-м — уже 343, в 1976—1980-м — 402 и в 1981—1985-м — 288. Всего на заводе построили 1112 (!) МиГ-25 всех модификаций.

    Модификаций было действительно много, причем некоторые на грани анекдота. Чувствуя необходимость как-то обосновывать все возрастающий выпуск самолета, Микоян находил ему все новые и новые применения. Самое простое решение лежало на поверхности: если МиГ-25 летает выше и быстрее SR-71, то почему бы из него не сделать советский тактический разведчик. Сказано — сделано. У МиГ-25 изменили носовой обтекатель, в котором размещалось разведывательное оборудование; установили дополнительные антенны; для увеличения дальности кили были превращены в интегральные топливные баки (по 350 л в каждом); был разработан специальный подфюзеляжный топливный бак больших размеров (5300 л); было снято все вооружение. В 1969 году неуловимый российский разведчик МиГ-25Р пошел в серию.

    Совсем уж невероятной кажется история создания стратосферного бомбардировщика на базе МиГ-25. Дело в том, что некоторые разведчики МиГ-25Р, предназначенные для фотосъемки в ночное и сумеречное время, для подсветки целей могли нести до 8 осветительных бомб калибра 100 или 250 кг — этакие сверхмощные фотовспышки. Эти самолеты довольно интенсивно применялись во время арабоизраильских конфликтов. А что если вместо фотобомб навешивать фугасные — такая идея пришла в микояновскую голову. В кратчайшие сроки была разработана сложнейшая аппаратура прицельного бомбометания из стратосферы на сверхзвуковой скорости (!) «Пеленг-2», была увеличена до 5 т бомбовая нагрузка, внедрена тандемная подвеска авиабомб. Есть данные, что 4 подобных самолета дважды (в 1971-м и 1973-м годах) направлялись в Египет, где активно вели разведывательные полеты, в том числе во время военных действий в октябре 1973 года. Далее источники противоречат сами себе: с одной стороны, утверждается, что бомбометание эти самолеты не вели, с другой — что система бомбометания в командировках была отработана. Можно предположить, что бросали, но не попали — попробуй попасть с 20 км на скорости несколько тысяч километров в час.

     

    Не прошла только одна микояновская модификация МиГ-25 — административный самолет для высшего комсостава МиГ-25П. Видно, престарелое руководство просто боялось не выдержать перегрузки при полете в 7-местном раскаленном самолете со средней скоростью 2500 км/ч.

    Продолжение следует

    История имеет продолжение. В начале 70-х США приступили к разработке бомбардировщика B-1, оснащенного револьверными пусковыми барабанами, позволяющими в короткий срок выпустить 8 крылатых ракет, не залетая в зону действия советского ПВО. Для перехвата ракет была создана специальная модификация МиГ-25, получившая отдельное название — «МиГ-31». Самолет получил новые более экономичные двигатели, ракеты большой дальности (до 110 км) и совершенно уникальную бортовую аппаратуру. МиГ-31 предназначены для действий четверками, в которых ведущий самолет выполняет роль своеобразного сверхзвукового «Авакса», в автоматическом режиме распределяя цели и наводя на них 3 ведомых самолета. Самолеты в таком порядке находятся друг от друга на расстоянии 200 км, перекрывая своими радарами зону в 800−900 км. На сегодняшний день Нижегородским авиазаводом выпущено более 400 различных модификаций МиГ-31. У американцев в строю сейчас 93 B-1B. Так что с целями для «тридцать первого» все в порядке. Беда в том, что, судя по всему, лететь к нам через Северный полюс B-1B не собираются.

    Комментировать

    осталось 1185 символов
    пользователи оставили 15 комментариев , вы можете свернуть их
    Илья И. # написал комментарий 1 октября 2020, 10:10
    Просто, к слову: в КНДР научно доказали существование единорога.
    Илья И. # ответил на комментарий Илья И. 1 октября 2020, 12:07
    чего минусуете?
    я правду говорю
    или вы не любите правду?
    ах да, совсем забыл, где я нахожусь...
    Илья И. # написал комментарий 1 октября 2020, 10:21
    Почитал. Такое чувство, что все повествование ведется про то, как удалось что-то содрать у американцев, попытаться догнать их и сделать из дерьма (пардон - железа) конфетку. Ну и потом бравада. Ничего нового, все в истином русском духе.
    Олег Гор # ответил на комментарий Илья И. 1 октября 2020, 11:55

    "...как удалось что-то содрать у американцев..." -

    Американские военные эксперты признали, что американский истребитель F-35 – жалкая копия украденного у России Як-141.
    ссылка на новости-сша.ru-an.info

    Илья И. # ответил на комментарий Олег Гор 1 октября 2020, 12:06
    я брезгую ходить по новостным ресурсам, где последние быквы ru
    и другим не советую
    Илья И. # ответил на комментарий Олег Гор 2 октября 2020, 07:58
    Ну так научись это читать, пропагандошка:

    Заголовок: The Failed Jump Jet That Helped Inspire the F-35?

    Текст: The most important differences between the Yak-38 and Sea Harrier aircraft lay in payload: the Yak-38 had no radar, limiting its potential as a fleet defense fighter. Its air-to-air armament was confined to small R-60 heat-seeking missiles with a maximum range of five miles, as well as optional twenty-three-millimeter cannon pods. For ground attack, the Yak-38 had just four underwing hardpoints for bombs or unguided rockets, and had a small maximum bomb load between one thousand and two thousand pounds—about one-quarter of what the Harrier could carry. The Forger could also launch Kh-23 antiship missiles with a range of a few kilometers, but the Forger’s pilot would have had a difficult time controlling the manually guided weapons without a back seater.

    Дерьмо твой ЯК, а ты... догадайся сам
    Олег Гор # ответил на комментарий Илья И. 2 октября 2020, 10:38

    Текст: "...It’s that critical data that likely helped shape the development of the engine systems that are the heart and soul of the modern F-35..." -11й абзац.

    Дерьмо твой F35,


    а ты... догадайся сам.

    Илья И. # ответил на комментарий Олег Гор 2 октября 2020, 11:22
    "It’s that critical data that likely helped shape the development of the engine systems that are the heart and soul of the modern F-35" - так где здесь написано про жалкую копию, дебилушка? :)
    tabletka # написал комментарий 1 октября 2020, 11:18
    Вообще то спирт,,масандра,,используется во всех военных истребителях,штурмовиках,бомбардировщиках в качестве вприскивания охлаждающей жидкости в тормозные диски шасси и в остекление фонаря(кабина). Летом крепость спирта до 70%,зимой 42-45%. Пить его вполне можно,по вкусу как немецкий шнапс.
    Виктор Козлов # ответил на комментарий tabletka 1 октября 2020, 11:45
    Вообще то массандра на МиГ-25 использовалась для охлаждения электрических генераторов на полёте со сверхзвуковой скоростью, а спирт для охлаждения бортовой РЛС. И спирт это спирт, остальное - спиртосодержашие (спиртоводяные) жидкости/смеси. И массандра зимой "крепче", чем "летняя" (спирт меньше разводят). То, что Вы называете "спиртом" в авиации называли "шпага" (как раз 70 градусов), была ещё "султыга" - это где-то 30 градусов.
    • Регистрация
    • Вход
    Ваш комментарий сохранен, но пока скрыт.
    Войдите или зарегистрируйтесь для того, чтобы Ваш комментарий стал видимым для всех.
    Код с картинки
    Я согласен
    Код с картинки
      Забыли пароль?
    ×

    Напоминание пароля

    Хотите зарегистрироваться?
    За сутки посетители оставили 815 записей в блогах и 6379 комментариев.
    Зарегистрировалось 34 новых макспаркеров. Теперь нас 5026245.