Кіріспе

АҚШ-тың жоспарланған үстінкү дыбыстық жылдамдықтағы ұшақ жобасы

Локхид L 2000 – 1960 жылдары Lockheed Corporation компаниясының АҚШ-тың алғашқы үстінкү дыбыстық жылдамдықтағы ұшағын салу бойынша үкімет қаржыландырған конкурстағы өтінімі. L 2000 келісімшартты Boeing 2707 ұтып алды, бірақ бұл бәсекелес жоба саяси, экологиялық және экономикалық себептерге байланысты тоқтатылды. 1961 жылы президент Джон Кеннеди үкіметті коммерциялық авиалайнерді дамыту шығындарының 75% мөлшерінде субсидиялауға міндеттеді, бұл сол кездегі англо-француздық Concorde ұшағымен бәсекелесу мақсатында жасалған еді. Федералдық авиация басқармасының (FAA) директоры Нажиб Халаби, Concorde дизайнымен тікелей бәсекелесудің орнына, оны жетілдіруді жөн көрді. Concorde-ден айтарлықтай озып кететін SST 250 жолаушыны (сол кезде бұл үлкен сан, Concorde-ден екі есе көп) тасымалдауға, Mach 2.7–3.0 жылдамдығымен ұшуға және 4000 миль (7400 км) қашықтыққа ұшуға арналған. Бағдарлама 1963 жылдың 5 маусымында іске қосылды, ал FAA 1990 жылға қарай 500 SST-ге сұраныс болады деп болжады. Boeing, Lockheed және North American компаниялары ресми жауап берді. North American компаниясының жобасы тез арада қабылданбады, ал Boeing және Lockheed компанияларының жобалары одан әрі зерттеу үшін таңдалды.

Алғашқы жобалау зерттеулері

АҚШ-тың ірі авиациялық фирмаларының көпшілігі 1950 жылдары SST жобаларын қарастыруға белгілі бір уақыт бөлді. Lockheed-тің алғашқы әрекеттері 1958 жылға дейін жетеді. Lockheed компаниясы ұшу жылдамдығы шамамен 150 км/сағ болатын, ал қону және ұшу жылдамдығы сол дәуірдегі ірі субұйымдық реактивтік ұшақтарымен салыстырылатын ұшақ іздеді. Алғашқы жобалар Lockheed-тің F 104 Starfighter ұшағында қолданылғанға ұқсас, конус тәрізді тік қанатын, аэродинамикалық теңгерім үшін дельта пішінді канартпен біріктірді. Жел тоннеліндегі сынақтар кезінде бұл конструкция ұшақтың қысым центрінің (C/L) айтарлықтай өзгерісін көрсетті. Бұл ұшақтың жылдамдығы өзгере қалғанда үлкен түзетулерді қажет ететін, созылуға әкелетін фактор болды. Қозғалыстың бір бөлігін азайту үшін дельта қанаты қолданылды, бірақ бұл жеткіліксіз деп танылды. Lockheed өзгермелі геометриялы, икемді қанатты конструкцияның осы мақсатқа жете алатынын білді, бірақ ол тым ауыр деп санады: олар бекітілген қанатты шешімді бағалады. Ең нашар жағдайда, олар балласт ретінде отынды пайдаланатын бекітілген қанатты ұшақты жобалауға дайын болды. 1962 жылға қарай Lockheed компаниясы төрт қозғалтқыш блогы қанаттың ішіне орналасқан, жоғары сыйпалы, иілісқан жебе тәрізді конструкцияға келді, сондай-ақ канартқа ие болды. Жақсарту мақсатқа жақындады, бірақ әлі де оңтайлы емес еді. 1963 жылы олар қанаттың алдыңғы жиегін алға қарай созып, канарттың қажеті жоқ екенін анықтады және қанатты шамалы бұрылыс пен қисықтығы бар қос дельта пішініне өзгертті. Бұл, фюзеляждың мұқият пішіндендірілуімен бірге, қанаттың жоғары сыйпалы алдыңғы бөлігінің үстін көтерілуінен туындаған қысым центрінің өзгерісін бақылауға мүмкіндік берді. Қозғалтқыштар қанаттың ішіне орналастырылғаннан кейін, қанаттың астына ілініп орналастырылды.

Кейінгі жобалау зерттеулері

Жаңа дизайн L 2000 1 деп белгіленді және 223 фут (70 м) ұзындығымен, 132 дюйм (335,2 см) ені бар тар денелі фюзеляжымен аэродинамикалық талаптарға сай келді, бұл жолаушыларға кабинада қатарластырылған бес орындықтан және бірінші сыныпта төрт орындықтан орын беруге мүмкіндік берді. Типикалық аралас сыныпты компоновкада шамамен 170 жолаушыға арналған орындар болса, жоғары тығыздықтағы компоновкада 200 жолаушыдан астам орынға дейін жетеді. L 2000 1 ұзын, сүйір мұрынға ие болды, жоғарғы жағынан жазық, ал төменгі жағынан қисық болды, бұл дыбыс жылдамдығынан асып түсу мүмкіндігін жақсартты және ұшып-қону кезінде жеткілікті көрінуді қамтамасыз ету үшін мұрынды төмен түсіруге болатын. Қанаттың дизайны 80° алға қарай және қалған бөлігі 60° артқа қарай бұрылған, жалпы ауданы 778 м² құрады. Жоғары бұрыштар алдыңғы жиегінде күшті айналымдарды тудырды, бұл орташа және жоғары шабуыл бұрыштарында көтеруді арттырды, сонымен қатар тоқтаған кезде басқару беттеріндегі тұрақты ағынды сақтап қалды. Бұл айналымдар жақсы бағыттық басқаруды да қамтамасыз етті, төмен жылдамдықта мұрынды төмен түсіргенде бұл жеткіліксіз болды. Қанаттың қалыңдығы 3% ғана болды, бірақ үлкен ауданының арқасында айтарлықтай көтеруді қамтамасыз етті, бұл вихрьтік көтерудің көмегімен Боинг 707-ге тең ұшып-қону жылдамдықтарына қол жеткізуге мүмкіндік берді. Сонымен қатар, дельта қанат – табиғи түрде берік құрылым, оған қосымша нығайту қажет емес. Ұшақтың шассисі дәстүрлі үш дөңгелекті типті, екі дөңгелекті алдыңғы тірегі бар. Екі алты дөңгелекті бас тіректерінің әрқайсысы Douglas DC-8 ұшағында қолданылатын шиналарды пайдаланды, бірақ олар азотпен толтырылып, қысымы төмендетілді. Қызметке ену мерзімін оңтайландыру үшін Lockheed Pratt & Whitney J58 турбовентиляторлы қозғалтқышының күшейтілген түрін пайдалануға шешім қабылдады. J58 бұрынғысынан жоғары серпімді және жоғары өнімді реактивтік қозғалтқыш ретінде Lockheed A-12 (кейін Lockheed SR-71 Blackbird) ұшағында өзін жақсы көрсеткен. Турбовентилятор болғандықтан, ол төмен биіктікте және төмен жылдамдықта әдеттегі турбореактивтік қозғалтқыштан гөрі тыныш деп есептелді, ұшып көтерілу үшін қосымша отты қажет етпеді және төмен қуат режимінде жұмыс істеуге мүмкіндік берді. Қозғалтқыштар клиновидті бөлгіші бар цилиндрлі қаптарға орналастырылды, ал кіреберіс жүйесін қамтамасыз ететін шаршы пішіндес сору бар. Кіреберіс жүйесі қозғалмалы бөліктерді қажет етпейтіндей етіп жасалған және табиғи түрде тұрақты болды. Дыбыстық соққылардың шуын азайту үшін олар дыбыс кедергісін 30 000 фут (9144 м) биіктікте емес, 42 000 фут (12 802 м) биіктікте бұзуды жоспарлады. Бұл ыстық күндері мүмкін болмаса, қалыпты күндері орындалуы мүмкін. Жылдамдану дыбыс кедергісінен 1,15 Махқа дейін жалғасады, осы кезде жерде дыбыстық соққылар естіледі. Ұшақ дыбыстық соққы деңгейін азайту үшін дәл жолмен көтеріледі. Шамамен 71 500 фут (21 793 м) биіктіктегі алғашқы тегістеуден кейін, ұшақ жоғары қарай көтеріліп, ақырында 76 500 фут (23 317 м) биіктікке жетеді. Төмендеулер де дыбыстық соққы деңгейін азайту үшін, дыбыс асты жылдамдыққа жеткенше дәл орындалады. 1964 жылы АҚШ үкіметі SST бағдарламасына қатысты жаңа талаптарды қабылдады, бұл Lockheed компаниясын олардың дизайнын өзгертуге міндеттеді, енді L 2000 2 деп аталды. Жаңа дизайн қанатқа көптеген өзгерістер енгізді; бірі – алдыңғы дельтаның алдыңғы жағын дөңгелету, бұл жоғары қарай қарайтын бейімділікті жою үшін жасалды. Жоғары жылдамдықтағы аэродинамикалық тиімділікті арттыру үшін қанаттың қалыңдығы 2,3% дейін азайтылды, алдыңғы жиектері өткірленді, қанаттың бұрылу бұрыштары 80/60°-тан 85/62°-ға дейін өзгертілді және алдыңғы дельтаға айтарлықтай бұрылыс және қисықтық қосылды; артқы дельтаның көп бөлігі Mach 3.0 жылдамдығында элевондардың тегіс болуын қамтамасыз ету үшін жоғары қарай бұрылды. Сонымен қатар, қанаттар орналасқан фюзеляждың төменгі жағында қанаттар/корпус қоршаулары қосылды, бұл қалыпты пішінді мұрынды пайдалануға мүмкіндік берді. Төмен жылдамдықты сақтау үшін артқы дельта айтарлықтай ұлғайтылды; пайдалы жүктемені арттыру үшін артқы жиегі 10° алға қарай бұрылып, қанаттың ішкі бөлігін артқа қарай созды. Жаңа мұрын жалпы ұзындығын 214 футқа (65,2 м) дейін қысқартты, бірақ ішкі өлшемдері дерлік өзгермеді. Қанаттың ұзындығы бұрынғыдай болды, ал қанаттың жұқаруына қарамастан, 9026 фут² (838,5 м²) қанаттың ауданының артуы ұшып-қону өнімділігін сақтады. Ұшақтың жалпы көтеру-көшіру арақатынасы 7,25-тен 7,94-ке дейін өсті. L 2000 2 ұшағын әзірлеу барысында Lockheed компаниясы бұрын таңдаған қозғалтқыш енді қанағаттандырмайтындығы анықталды. L 2000 1 мен L 2000 2 аралығында Pratt & Whitney JTF 17A деп аталатын жаңа қосымша турбовентиляторлық қозғалтқышты жасады, ол күштірек итеру күшін өндірді. General Electric GE4 турбореактивтік қозғалтқышын жасады, ол өзгермелі басқару қанаттарымен жабдықталған, ол теңіз деңгейінде аз қуатты болса да, жоғары биіктікте көбірек қуат өндірді. Екі қозғалтқышқа да круиз кезінде белгілі бір деңгейде қосымша от қажет болды. Lockheed компаниясының дизайны JTF 17A-ны GE 4-ке қарағанда артық деп санады, бірақ GE қозғалтқыш конкурсын жеңіп, Lockheed SST шартын жеңсе, қауіп бар еді, сондықтан олар екі қозғалтқышты да қабылдай алатын жаңа қозғалтқыш қаптарын жасады. Аэродинамикалық өзгерістер қозғалтқыш қабының қысқаруына және жаңа кіреберіс дизайнына мүмкіндік берді. Бұл кіреберіс жүйесі ең аз сыртқы қаптама бұрыштарына ие болды және жоғары қысымды қалпына келтіруге мүмкіндік беру үшін дәл контурланған, қозғалмалы бөліктерді қажет етпеді және екі қозғалтқыш нұсқасымен максималды өнімділікті қамтамасыз етті. Шуды азайту үшін немесе қосымша от өнімділігін арттыру үшін қаптың артқы бөлігіне сору есіктері қосылды. Жылдам тоқтату және жылдам төмендеу үшін, сондай-ақ жерде тежеуге көмектесу үшін, мұсаушықтың бір бөлігін Mach 1.2 жылдамдығынан төмен жылдамдықтарда итеру реверсі ретінде пайдалануға болады. Қаптар жаңа қанатқа жақын орналастырылды, бұл оларды ауа ағынының кенеттен өзгеруінен жақсы қорғады. Жаңа қозғалтқыштардың артық итеру күші дыбыс кедергісін барлық жағдайларда 45 000 фут (13 716 м) биіктікке дейін кешіктіруге мүмкіндік берді. Дыбыс жылдамдығынан асып түсу мүмкіндігі әлі де қарастырылып жатқандықтан, Lockheed L 2000 2B-ның үлкен, қысқа қашықтықтағы нұсқаларын да қарастырды. Барлық дизайн бірдей салмаққа ие болды, жаңа құйрық дизайны, фюзеляж ұзындығына өзгерістер, алдыңғы дельтаны кеңейту, сыйымдылығын арттыру және жанармай сыйымдылығының өзгерістері болды. Ең үлкен нұсқа 250 отандық жолаушыға арналған сыйымдылыққа ие болды, ал орташа нұсқа 220 жолаушымен Атланттық мұхиты арқылы ұшуға қабілетті болды. Фюзеляж ұзындығының өзгеруіне қарамастан, ұшақтың ұшып көтерілу кезінде тым жоғары бұрылу қаупі айтарлықтай артпады.

Дизайн конкурсы

1966 жылға қарай дизайн L 2000 7A және L 2000 7B түрінде соңғы нысанына енді. L 2000 7A ұшағында қайта жасақталған қанат және 83 м-ге дейін ұзартылған фюзеляж болды. Ұзын фюзеляж 230 жолаушыға арналған жасыл және бірінші сыныпты орындарға мүмкіндік берді. Жаңа қанат салыстырмалы түрде үлкен алдыңғы дельтамен, қанаттың бұрылысы мен қисығындағы жақсартулармен ерекшеленді. Қанаттың ұзындығы бірдей болғанымен, қанаттың ауданы 9 424 фут² (875 м²) дейін ұлғайтылды, 84° бұрылыс сәл төмендетілді, ал 65° негізгі дельта қанаты ұлғайтылды, сонымен қатар артқы жиегіндегі бұрылыс азайтылды. Бұрынғы нұсқалардан айырмашылығы, бұл ұшақта төмен жылдамдықтарда көтеру күшін арттыру және рульдің сәл төмен бұрылуын қамтамасыз ету үшін алдыңғы жиегіндегі жапсырмалар болды. Фюзеляж, ұзындығының артуына, қанат дизайнындағы өзгерістерге және соқтығысуды одан әрі азайтуға жасалған тырысқандардың нәтижесінде, қанаттар орналасқан жердегі вертикальді жұқаруға, жанар май мен жүк тасымалдауға арналған қанат пен корпус арасындағы көбірек көзге түсетін бөлікке, ұзын мұрынға және жақсартылған құйрыққа ие болды. Ұшақ бұрынғыдай бағыттық тұрақты болмағандықтан, ұшақтың артқы фюзеляжының төменгі жағында қосымша вертикальді қанат орналастырылды. L 2000 7B 89 м-ге дейін ұзартылды, ұзартылған кабинасы және жоғары қарай иілген құйрығы қолданылды, бұл айналу кезінде құйрықтың ұшу-қону жолағына тию мүмкіндігін азайтуға көмектесті. Екі дизайнның да максималды салмағы 590 000 фунт (267 600 кг) болды, ал аэродинамикалық көтеру күші мен соқтығысу арақатынасы 8:1-ге дейін арттырылды. Boeing 2707 200 және L 2000 7 дизайндық макеттерінің толық масштабты үлгілері FAA-ға ұсынылды және 1966 жылдың 31 желтоқсанында Boeing дизайны таңдалды. Lockheed дизайны өндіруге оңай және тәуекелсіз деп бағаланды, бірақ ұшу кезіндегі және жоғары жылдамдықтағы көрсеткіштері сәл төмен болды. JTF 17A салдарынан L 2000 7 де шулы болады деп болжалды. Boeing дизайны Concorde-тан басымдығы жоғары және бастапқы дизайн талаптарына сәйкес келетін, осылайша озық деп есептелді. Boeing ақырында өзгермелі геометриялық қанат дизайнын Lockheed дизайнына ұқсас қарапайым дельта қанатына ауыстырды, бірақ құйрығымен. Boeing SST бағдарламасы 1971 жылдың 20 мамырында АҚШ Конгресі SST бағдарламасына федералдық қаржыландыруды тоқтатқаннан кейін, 1971 жылдың 24 наурызында тоқтатылды.