Если бы максимальная скорость была приоритетом для современных военных истребителей и бомбардировщиков, то насколько быстрыми они были бы?

Берт Рутан довольно страстно говорит об отсутствии инноваций в космических полетах, но также упоминает, что скоростные (максимальные) характеристики истребителей застопорились:

На самом деле, из того немногого, что я знаю об истребителях пятого поколения, максимальная скорость не только не меняется, но и ухудшается.

Такие черты, как малозаметность, запрещают изменяемую геометрию воздухозаборника и изменяемую геометрию крыла, максимальная скорость, по-видимому, никогда не используется в реальности, вероятно, это дорого и создает другие проблемы (здесь нам нужно только посмотреть на SR-71). Кроме того, другие характеристики двигателя, вероятно, более желательны, такие как суперкрейсерский режим и хорошее ускорение в диапазоне, где это критично и действительно полезно.

Однако в этом вопросе я спрашиваю, какой примерно (4, 5, 6 Маха?) была бы максимальная скорость, если бы максимальной скорости был выделен такой же бюджет и приоритет, как в эпоху холодной войны?

Причина, по которой я чувствую, что на этот вопрос вообще можно ответить, заключается в том, что я полагаю, что есть некоторые очень реальные, практические проблемы с очень высокопроизводительными самолетами, для преодоления которых требуются экстраординарные решения. Таким образом, ответ, который определяет, где они примерно находятся, будет иметь большое значение для удовлетворительного ответа.

По сути, суть этого вопроса заключается в том, чтобы определить, были ли какие-либо значительные улучшения в аэродинамике, двигателе или других характеристиках, которые позволили бы истребителю двигаться значительно быстрее, чем, например, F-15 или МиГ-25, сохраняя при этом динамику. тот же функционал, что и у тех же типов самолетов.

Точно так же хорошо известно, что для бомбардировщика устойчивый полет со скоростью 3 Маха может быть достигнут, например, при взгляде на XB-70 или SR-71. Даже с образцами 1950-х гг. Что реально сегодня?

Просто для ясности: я не ожидаю здесь точной цифры, но если есть какие-то исследования, которые изучали это, это было бы очень интересно прочитать. Если нет исследований, возможно, кто-то все равно захочет принять вызов и предложить несколько исчерпывающий ответ в качестве гипотезы. Любая математика/физика была бы отличной.

Я предполагаю, что для того, чтобы хотя бы начать отвечать на этот вопрос, надо определиться, что такое "истребитель", должен ли он иметь воздушно-реактивный двигатель или может иметь еще и ракетный двигатель, по типу Х-15? Поскольку я задаю вопрос, я также позволю себе произвольно определить это здесь: тип двигателя не имеет значения, может быть более одного двигателя разных типов одного и того же типа. Все, что имело бы смысл в контексте истребителя или даже бомбардировщика. Кроме того, это должен быть пилотируемый самолет. Если он может достичь суборбитального полета и выше, как Х-15, это все еще самолет (опять же, в произвольном определении).

Ответ, который разделяет воздушное дыхание и ракетные двигатели на две разные категории, хорош.

Это определение создания истребителя/бомбардировщика в основном основано на желании исключить беспилотные экспериментальные самолеты, даже если гиперзвуковые самолеты, такие как X-43, вероятно, служат хорошим ориентиром, я чувствую, что они мало укоренены в реальности, не имея системы жизнеобеспечения. , никаких оружейных систем и, возможно, никакой практической цели, кроме записи данных.

Это также может показаться бессмысленным вопросом, но это может быть весьма полезным с точки зрения преодоления разрыва между самолетами и космическими кораблями или любого другого приложения, о котором можно подумать, — суборбитальные пассажирские самолеты и т. д.

Если вы не укажете диапазон и грузоподъемность, и даже профиль миссии, вы никогда не получите ничего более практичного, чем исследовательский прототип, такой как x43.
Вы говорите о том, что максимальная скорость «ухудшилась», как будто это вызывает сожаление. На самом деле, как и во всем, улучшение характеристик в одной области должно быть уравновешено компромиссами в других, а максимальная скорость выше 1 Маха имеет разную минимальную полезность по сравнению с другими факторами, такими как маневренность, грузоподъемность, скрытность, дальность, выносливость и т. д. .... Все, что дает вам преимущество в максимальной скорости, — это возможность убежать от другого самолета, который не может двигаться так же быстро, как вы, и это только в том случае, если у вас достаточно топлива для его использования.
@ user3528438 Я указал это косвенно, приведя конкретные примеры, такие как F-15 и МиГ-25, хотя у них разная полезная нагрузка, но они имеют схожие профили миссий, и точные цифры здесь не важны. Я чувствую, что тип ответа, применимый здесь, достаточно хорошо объяснен в самом вопросе.
@Charles Bretana, вероятно, в одном контексте это хорошо, что оно ухудшилось, как вы указываете, и отрицательно в другом. Разработки в военной авиации имеют тенденцию предоставлять полезные технологии и для других секторов, в частности, одним из примеров могут быть космические технологии, поскольку компании, производящие самолеты, в прошлом заключали контракты на строительство космических кораблей. Чем ближе будут эти технологии, тем больше пользы от них получит космический полет. Однако это почти наверняка не единственный случай, когда это было бы полезно.
Мы не только не знаем, мы не можем знать. Если бы скорость была главным приоритетом, за эти десятилетия было бы проведено много исследований с результатами, которые мы не можем предсказать; изобретены новые материалы/топливо и т. д. Даже на социальном уровне, если бы это было действительно так важно, люди бы (или не могли!) смириться с звуковыми ударами, шумом и т. д., более или менее счастливо в разных странах, с разными обходными путями в разных странах. место...
@Зевс Достаточно далеко; очевидно, вы правы в том, что мы не можем знать, что могут дать дополнительные исследования. Тем не менее, все же можно сделать предположение о «нижней границе» того, что можно сделать сегодня. Если бы в течение этих десятилетий были проведены дополнительные исследования, это почти наверняка было бы лучше, но, по крайней мере, такая нижняя граница, основанная на том, что мы имеем сегодня, все же могла бы дать некоторое руководство. Кроме того, такая гипотеза, вероятно, укажет, по крайней мере, на некоторые из проблем, которые дальнейшие исследования вряд ли смогут легко преодолеть, например, на жесткие физические ограничения, не имеющие решения.

Ответы (2)

Увеличение скорости самолета приводит к необходимости идти на компромиссы. Сопротивление будет увеличиваться пропорционально квадрату скорости, а это означает, что для достижения удвоения скорости потребуется в 4 раза больше мощности. Эта проблема усугубляется тем фактом, что очень сложно спроектировать двигатель (и планер), который действительно хорошо работает на сверхзвуковых скоростях, но при этом хорошо работает на дозвуковых скоростях.

Все дизайнерские решения всегда заканчиваются компромиссами. Повышение маневренности обычно требует выполнения действий, которые увеличивают сопротивление, а это означает, что вам потребуется больше мощности для компенсации (для чего затем потребуется более крупный двигатель, что снизит вашу маневренность из-за увеличения веса).

Все эти решения означают, что в конечном итоге увеличение скорости истребителя неизбежно требует уменьшения чего-то еще: либо скорости поворота, либо боезапаса вооружения, либо дальности. В то время как более совершенные технологии дали нам более мощные двигатели, а новые материалы и сплавы позволяют нам создавать более маневренные самолеты, мы на самом деле видели, что максимальная скорость самолетов снижается по сравнению с прошлыми истребителями, хотя мы могли создать самолет с такой же скоростью. как и все из прошлого, с повышенной маневренностью и боевой нагрузкой по сравнению с ней.

Эти решения принимаются потому, что, уменьшая максимальную скорость самолетов, они, в свою очередь, также получают лучшую маневренность, поэтому это сознательное решение взять более высокую боевую нагрузку, увеличенную дальность и более высокую маневренность вместо более высокой максимальной скорости, потому что очень быстро максимальная скорость просто не так уж полезна в бою по сравнению со всем остальным. Разведку (именно для этого и был разработан SR-71) лучше справляются спутники, которые на практике невозможно сбить и которые не требуют полетов над воздушным пространством другой страны, что может вызвать их гнев. Бомбардировщики предпочли бы нести большую полезную нагрузку и быть достаточно быстрыми, чтобы добраться до цели, но их значительное ускорение за счет уменьшенной полезной нагрузки не принесет вам многого. То же самое касается и истребителей, им нужно летать довольно быстро, но чистое преимущество в скорости над противником тоже не так уж полезно (по сравнению с просто наличием лучшего бойца). Таким образом, сочетание как физики, так и конкретных вещей, которые ценят военные, просто означает, что простое увеличение скорости не имеет большого значения.

Спасибо за ответ, но в основном это указывает на причины, по которым увеличение максимальной скорости не является приоритетом, я уже указывал различные причины этого в самом вопросе, и вопрос не в этом. Тот факт, что сопротивление увеличивается пропорционально квадрату скорости, является правдой, однако плотность воздуха также является фактором, и самолет может просто увеличить свой практический потолок, чтобы смягчить эту проблему — ведь именно так космическим кораблям удается выйти на орбиту. скорость, что было бы невозможно на уровне земли.
Увеличение сервисного уплотнения работает только тогда, когда вы носите свой собственный окислитель, в какой-то момент не хватает воздуха для поддержания подъемной силы и/или тяги в двигателе. Так что приходится идти на компромиссы, потому что у нас нет самолетов с оптимальными характеристиками на всех высотах и ​​скоростях. Вы можете сделать самолет, который летает очень быстро, за счет чего-то еще. В конце концов, вы ограничены указанной выше военной миссией, которая должна быть выполнена. Истребитель не истребитель, если он не может сражаться.

Если мы возьмем вершину разработки быстрых обычных самолетов - SR71 и XB70, мы обнаружим, что 3 Маха - это практический предел для продолжительного полета, учитывая современную металлургию. Кроме того, температура становится ограничивающим фактором, как и температура трения, когда обшивка самолета нагревается до 600-800 градусов по Фаренгейту при постоянной скорости 3 Маха. и прочность титана (SR71) и сотовой нержавеющей стали (XB70). Отказ системы кондиционирования воздуха в кабине также означает либо значительное замедление, либо очень быструю подготовку экипажа.

X15, запущенный в воздух, поддерживал скорость, превышающую 6 Маха, но только в течение очень коротких промежутков времени, несколько минут... Ограничивающим фактором здесь было топливо. X15 не мог поддерживать скорость 6 Маха достаточно долго, чтобы температура превысила расчетную, в то время как SR71 и XB70 могли поддерживать скорость 3 Маха более часа. Если бы X15 мог поддерживать скорость 6 Маха, он столкнулся бы с очень серьезными проблемами с нагревом, а не с довольно серьезными проблемами с нагревом, которые он испытывал при коротких переходах на высокую скорость.

Таким образом, с современными технологиями 3 Маха — практический предел для продолжительного полета. Кроме того, проблемы увеличиваются в геометрической прогрессии. И это даже не говоря о расходах... помните, что для SR71 требовалось специальное масло с высокой температурой воспламенения JP7, а также специальное масло и многое другое. Он был снят с производства в основном из-за дороговизны эксплуатации.

Что мешает летательному/космическому кораблю с ракетным двигателем просто приблизиться к суборбитальной (или более высокой) высоте, чтобы избежать проблемы с нагревом?
Когда вы уменьшаете плотность воздуха, тип двигателя, необходимого для питания самолета, становится другим. Реактивный газотурбинный двигатель зависит от способности всасывать воздух (и, следовательно, не требует бака с окислителем) для работы. Тот же самый воздух, который реактивный двигатель использует для создания тяги, вызывает проблемы с нагревом. Чтобы воздух правильно сгорал в стандартной турбине, его необходимо замедлить до скорости менее 1 Маха. Когда вы достигаете скорости около 2,5+ Маха, двигатели с набегающим воздухом начинают становиться более эффективными.
Если бы максимальная скорость была приоритетом для современных военных истребителей и бомбардировщиков, то насколько быстрыми они были бы?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v