Прыжок через барьер
Владимир Тучков
С чем сталкиваются пилоты, превышающие скорость звука
14 октября 1947 года впервые была достигнута сверхзвуковая скорость в управляемом полёте на экспериментальном самолёте Bell X-1. За штурвал самолета в тот день сел отважный пилот Чак Йегер, имевший смутное представление о том, с чем он может столкнуться во время прыжка через звуковой барьер.
На подступах к рекорду
Попытки превзойти скорость звука предпринимались и до американцев. В 1941 году совершил первый полет немецкий истребитель-перехватчик Messerschmitt Me.163 Komet, на который был установлен жидкостный реактивный двигатель. Его удалось разогнать лишь до 960 км/ч (0,83М). В бою он тоже не блистал. Всего в Люфтваффе к 1944 году было передано 470 машин. Но лишь немногие из них совершили несколько вылетов. В результате этих полетов было потеряно 11 машин и сбито 6 самолетов антигитлеровской коалиции.
В 1942 году начались летные испытания советского экспериментального самолета БИ-1 с ЖРД. В марте 1943 года самолет, который пилотировал летчик-испытатель Г. Я.Бахчиванжи, разбился во время набора скорости при пикировании. Из-за отказа приборов достигнутую скорость точно зафиксировать не удалось. По различным оценкам, она находилась в пределах от 800 до 1000 км/ч.
Если бы до трагического полета Бахчиванджи ученые-аэродинамики более досконально изучили эффекты, с которыми сталкивается самолет, преодолевая звуковой барьер, у него были бы реальные шансы и самому выжить, и сохранить машину.
Чак Йегер также был смутно знаком с особенностями полета на сверхзвуковых скоростях. Однако проведенные в послевоенные годы исследования в этой области аэродинамики позволили конструкторам действовать не вслепую, а сделать для Йегера машину, в которой по самым пессимистическим оценкам у него было не менее 80% шансов уцелеть.
Советское авиаконструирование тоже занималось исследованиями в этой области. И 26 декабря 1948 года пилот Соколовский на экспериментальном истребителе Ла-176 также превысил скорость звука. Это также пионерный рекорд, поскольку на Ла-176 был установлен турбореактивный двигатель РД-12 с тягой в 3000 килограммов силы, в то время как Йегер летал с ракетным двигателем, имевшим в 9 раз большую тягу — 26 000 кгс.
Немного необременительной теории
Скорость звука при нормальных атмосферных условиях равна 331 м/с, что равно 1200 км/ч. Данная скорость называется скоростью Маха и обозначается буквой «М».
Проблемы преодоления звукового барьера начинаются не точно на отметке М, а раньше. В зависимости от геометрии планера так называемый «волновой кризис» может наступать и при 900 км/ч, а то и раньше.
Самолет (точнее его двигатели) распространяет во всех направлении звуковую волну. При низких скоростях она благополучно рассеивается в пространстве. Когда же самолет начинает догонять свою волну, то он догоняет и сгущение воздуха. Поскольку волна в атмосфере распространяется в виде сгущений и разряжений. Условно говоря, на пути собирающегося превысить скорость звука летательного аппарата встает барьер в виде уплотнения воздуха.
Если же взглянуть на этот процесс более детально, то обнаруживается множество нюансов. Например, усиливается турбулентность. Но не равномерно. Различные части самолета в зависимости от их геометрии «натыкаются» на барьер в различные моменты подхода к скорости звука. Происходят скачки уплотнения. Как следствие этого — возникает вибрация.
При преодолении барьера, то есть уплотненного ревом собственных двигателей слоя воздуха, необходимо потратить дополнительную энергию, причем значительную. Обороты двигателя необходимо увеличить, для чего он должен обладать повышенным ресурсом мощности.
Существуют различные конструкторские принципы снижения негативных процессов в сверхзвуковых машинах. Главный из них — замена прямых крыльев на стреловидные. Также необходимо уменьшать толщину крыльев и хвостового оперения.
Одним из грозных для пилотов эффектов является затягивание самолета при достижении звуковой скорости в пикирование. Именно поэтому в 1943 году на БИ-1 погиб Бахчиванджи.
И, наконец, необходимо разоблачить распространенное заблуждение относительно того, что при преодолении звукового барьера раздается мощный хлопок, похожий на взрыв. Пилот в этот момент абсолютно ничего не слышит и не ощущает. Разве что в кабине чуть приглушается звук двигателей. А то, что мы считаем «взрывом воздуха при преодолении числа Маха», таковым не является. Это ударная волна от, условно говоря, сгущения воздуха, которая несется позади самолета все время, когда он летит со сверхзвуковой скоростью. И если самолет, сделав круг, опять пролетит над той же точкой земли, то опять прозвучит «взрыв». Если полет проходит на большой высоте этот эффект не наблюдается.
Бравый капитан со сломанными ребрами
История с преодолением звукового барьера чем-то напоминает полет Юрия Гагарина, у которого также была не вполне понятная перспектива относительно сохранения жизни. Когда компания Bell, создавшая экспериментальный ракетоплан Х-1, предложила своему штатному испытателю преодолеть звуковой барьер, тот потребовал за реальный риск заплатить ему 150 тыс. долларов. После войны это были очень большие деньги.
И тогда на базе Эдвардс, где разместили ракетоплан, отыскали смельчака — 24-летнего капитана ВВС Чака Йегера. Он получал 300 долларов в месяц, ни в чем не нуждался и был искателем острых впечатлений. Как в воздухе, так и на земле.
Одно из таких приключений он нашел за два дня до исторического полета, когда во время ночных автогонок сломал себе два ребра. Но диагноз поставил ему гражданский доктор, а не военный, к которому Йегер не рискнул обратиться, поскольку тот мог отстранить от вожделенного полета.
В запланированное время Йегер сел в ракетоплан, надел гермошлем, и вместе с ракетопланом его поднял в воздух бомбардировщик В-29. На высоте 15 тыс. метров произошла расстыковка, и Йегер включил ракетный двигатель. На пологом снижении он первым в мире покорил звуковой барьер. А 6 лет спустя на модернизированном ракетоплане Х-1А бравый 30-летний Йегер, уже майор, достиг скорости в 2,5 М.
Чак Йегер, которому идет 92-год, снялся в фильме про пилотов, испытал множество самолетов, прослужил в ВВС 34 года, участвовал во Второй мировой и Вьетнамской войнах и вышел в отставку в звании бригадного генерала, удостоенный множеством государственных наград.
Снимок в открытие статьи: пилот Чак Йегер у экспериментального самолёта Bell X-1 / Фото: airandspace.si.edu