Как достигается суперкруиз?

Дело не столько в двигателе, сколько в сочетании двигателя и самолета. Теоретически все, что нужно, это чтобы тяга двигателя (двигателей) без форсажной камеры была в состоянии преодолеть присущее самолету сопротивление на скорости больше 1 Маха. Просто, правда?

Что ж, для этого вам придется столкнуться с довольно сложной физикой. Во-первых и проще всего, учитывая коэффициент лобового сопротивления самолета в «чистой» конфигурации, сила лобового сопротивления увеличивается пропорционально квадрату скорости. Итак, чтобы ехать в два раза быстрее, вам понадобится вчетверо больше тяги при прочих равных условиях. Реактивные двигатели просто не масштабируются таким образом; вам нужен двигатель большего размера, чтобы обеспечить большую максимальную тягу, и тогда все уже не будет равным.

Во-вторых, самолеты строятся не так, как автомобили, где во многих случаях под капотом достаточно места, чтобы установить блок двигателя большего размера и турбокомпрессор для удвоения мощности при незначительном дополнительном весе. Конструкции истребителей должны как можно плотнее обернуть аэродинамическую обшивку вокруг пилота, двигателя, авионики и топливного бака. Долгое время КПД двигателя был довольно статичным, поэтому большая тяга означала больше двигателя. Большой двигатель означает больший самолет, что означает большее сопротивление, которое компенсирует прирост тяги и, следовательно, увеличение скорости большего двигателя.

В-третьих, когда самолет пересекает звуковой барьер, происходят некоторые сложные аэродинамические изменения. Поток воздуха в двигатели увеличивается на более высоких оборотах, что снижает степень сжатия двигателя; впускные турбины становятся все менее и менее эффективными по мере увеличения скорости, и, таким образом, вы получаете все меньше и меньше пользы от «байпасного» воздушного потока турбовентилятора. Форсажные камеры — это более или менее простой способ продолжать увеличивать тягу после того, как впускные турбины перестают значительно сжимать воздух, забирая этот воздух, выбрасывая в него кучу лишнего топлива и получая продолжительный взрыв. Однако при этом используется в десять-пятьдесят раз больше крейсерского расхода топлива самолета.

F-22 достигает сверхкрейсерского полета частично за счет расширения эффективного рабочего диапазона двигателей с «переменным байпасом». На более низких скоростях перепуск двигателя увеличивается, чтобы турбовентиляторные двигатели могли увеличивать тягу с минимальным расходом топлива. На более высоких скоростях полета, когда эффект турбовентилятора уменьшается, байпас компрессора уменьшается, чтобы подавать больше воздуха в камеру сгорания (вместе с большим количеством топлива), что увеличивает тягу выше нормального предела сжатия более эффективно, чем простое сжигание байпасного потока воздуха с помощью форсажной камеры.

Наконец, есть простое требование суперкрейсерского полета в профиле миссии самолета. Не так много вещей в воздушном бою происходит на сверхзвуковой скорости; вы не можете эффективно вести воздушный бой на скорости 1 Маха, потому что ваша устойчивая скорость поворота измеряется в милях, вы часто не можете сбрасывать гравитационные боеприпасы (бомбы), потому что они не будут падать от самолета стабильным или предсказуемым образом, и в В случае с Raptor вам нужно открыть двери полезной нагрузки, чтобы развернуть свое оружие, и это сразу же увеличит ваше сопротивление.

Суперкруиз имеет единственную цель; увеличить скорость перехода самолета в зону цели и обратно без ущерба для дальности за счет сброса топлива в форсажные камеры в десять-пятьдесят раз больше «военной мощности». Для истребителя завоевания господства в воздухе (комбинированный перехватчик/истребитель) это очень важно, но F-22 был первым истребителем США, разработанным с нуля, чтобы использовать преимущества последнего технического прогресса в конструкции самолетов, чтобы это могло быть достигнуто. В последний раз американские конструкторы истребителей получили возможность спроектировать суперистребитель «без затрат» почти 40 лет назад с F-15, а два основных проекта истребителей, которые поступят на вооружение США тем временем, F- 16 и Ф/А-18,

Первыми в производство поступили другие истребители с суперкрейсерским полетом, разработанные союзниками по НАТО; английский перехватчик Electric Lightning считается первым серийным истребителем, способным совершать сверхкруизные полеты (до появления этого термина), а Dassault Rafale, как сообщается, обладает сверхкрейсерскими способностями в определенных конфигурациях, готовых к выполнению миссии, со скоростью до 1,3 Маха и превосходит Raptor на скорости до 1,3 Маха. рынке примерно на 2 года, хотя Raptor имеет значительно более высокую максимальную скорость при полной военной мощности (100% дроссельная заслонка без форсажа).

Практически любой реактивный двигатель можно использовать для суперкрейсерского полета. Однако некоторые характеристики помогают:

• Конвергентно-расширяющееся сопло для сверхзвуковых выходных скоростей
• Эффективный впуск с восстановлением высокого давления
• Хорошее соотношение тяги и веса

Самолет должен иметь достаточную тягу и низкое лобовое сопротивление, поэтому помогают управление по площади и малая полетная масса.

Суперкруиз был придуман как маркетинговый термин для Lockheed F-22 . Обратите внимание, что ряд более ранних конструкций также мог летать на сверхзвуке без форсажной камеры . Стелс-дизайн F-22 требует внутреннего хранения оружия, что облегчает достижение сверхкрейсерского полета. Внешние склады, полные оружия, и внешние баки сделали бы суперкрейсерский полет практически невозможным.