— ПЛАНЫ, ПРОЕКТЫ, ПРЕДПРИЯТИЯ
Самолет имеет прямое крыло с трапецевидными консолями размахом более 100 метров.
Давайте подумаем, с чем столкнется Пол Аллен.
Первое - параметры ВПП. Судя по картинке, колея шасси порядка 40 метров. Это очень много. Не всякий аэропорт имеет ВПП с полосой такой ширины. Более того, поскольку мы имеем тяжелый самолет с огромным размахом крыльев, а ветер может дуть с разных сторон горизонта, нам потребуется несколько полос под разными курсовыми углами. Вывод - базироваться это чудо может только на соляные озера, либо придется строить специальный аэропорт, а это уже - миллиарды вечнозеленых и крайние ограничения по базированию.
Второе - посадка. При посадке шасси испытывает ударную нагрузку. Если самолет идет с креном - то шасси испытывает нагрузку неравномерно. И если при колее в 10 метров разница высот шасси в момент касания может составлять 20-30 см - то на колее в 40 метров мы можем говорить о метре и более при тех же углах крена. В обычных самолетах (с узкой колеей шасси) проблема нагрузок на шасси решается ходом подвески. В самолете Пола Аллена придется делать подвеску с очень большим ходом... Особенно это важно, если пуск не состоялся по техническим причинам, под центропланом висит двести тонн горючки и окислителя, и шансов на выживание в случае ошибки не остается от слова вообще, потому что огня будет не озеро - а море.
Тихий океан огня будет...
Более того, неравномерное - то есть неодновременное - касание земли "поплавками" приведет к появлению значительного - в силу колеи в 40 метров и сильно разнесенной массы - разворачивающего момента. Лично мне не совсем понятно, что с этим можно сделать на системной основе. Молиться, что ли? Теоретически, предраскрутка колес может уменьшить разворачивающий момент, но это делает конструкцию вообще запредельно дорогой и сложной...
Глянув на крыло, мы увидим, что оно прямое со слабой стреловидностью в консолях, узкое и длинное. Такие крылья очень подвержены крутке. Более того - два "поплавка"-фюзеляжа, разделенные центропланом, играют роль грузов-балансиров, увеличивающих импульс крутящего момента на центроплане. Даже в обычном, прямом полете эти корпуса будут ходить вверх-вниз друг относительно друга, выдавая на центроплан знакопеременную нагрузку и вызывая усталостное разрушение конструкции. Чтобы избавиться от этого явления, потребуется система контроля геометрии планера, которая через систему бустеров будет подрабатывать рулями высоты и направления.
Однако в случае отказа системы управления рулями высоты или направления на одном из фюзеляжей, второй превратится в груз-маятник, и система управления должна будет рулить таким образом, чтобы скомпенсировать возникающие на центроплане моменты. Грубо говоря, управление обычным самолетом, без разнесенных масс, с учетом всяких круток, изгибов, неравномерного обдува крыла и так далее, похоже на езду на одноколесном велосипеде. А здесь придется не просто ехать - придется еще и жонглировать.
И как-то делать это так, чтобы при отваливании одной педали не рассыпался весь велосипед.
Самое же веселое заключается в том, что полезная нагрузка (которую я оцениваю примерно в 200 тонн) крепится на достаточно узком пилоне. Длина пилона приблизительно равна хорде профиля, и на взгляд я ее оцениваю примерно в 20 метров. На этом вот пилоне у нас висит 30-40 метровая ракета, которая с точки зрения механики также представляет из себя - правильно, дети - маятник. Да еще и (в силу равномерной заполненности топливом) с равномерным распределением массы. К тому же этот маятник испытывает раскачивающие силы при изменении тангажа, под действием аэродинамических сил от набегающего потока, под действием неравномерной аэродинамической силы из-за вихревого срыва потоки с задней кромки (донный эффект). Резкий газ или сброс тяги также приводят к раскачиванию полезной нагрузки. А в случае раскачивания фюзеляжей (например, бустеры не справились или отказали) - пойдут угловые моменты и от центроплана...
В общем, центроплан этого пепелаца должен пройти тренировку у Чака Норриса, иначе никак...
Не зря в космонавтике параллельные нагрузки крепятся на максимально разнесенных точках. Ой, не зря...
Опять же, атмосфера редко бывает спокойной, и даже в безоблачном небе случаются воздушные вихри. Каковые, в силу двух либо трех разнесенных масс, вызовут колебания этой шикарной системы из маятников. Система управления, вынужденно отрабатывающая эти колебания бустерами, автоматически снизит управляющие моменты. Иными словами - управление аппаратом в сложных метеоусловиях будет тугим, а в очень сложных - превратится в русскую рулетку. А русская рулетка - это палка о многих концах...
Если говорить о новом носителе, я бы рекомендовал схему несущего корпуса с высокими стойками шасси и небольшими консолями. Такая система позволила бы обеспечить надежную поперечную прочность и прочность крутки, позволила бы обеспечить максимально разнесенное по длине крепление нагрузки, и устранила бы влияние бустеров на запасы по управлению самолетом. Либо же - схема биплан-тандем с различным поперечным V переднего и заднего крыльев, с целью минимизаци эффекта наложения индуктивных вихрей (как у Квики). При некотором уменьшении аэродинамического качества мы значительно повышаем запасы по прочности всего аппарата вцелом только за счет геометрии, аппарат получает меньший размах крыльев и лучшие взлетные характеристики.
Пилотировать этот агрегат сможет только пилот экстра-класса.
И последнее. Если говорить о безопасности экипажа космического корабля, а Пол Аллен планирует выводить в космос и обитаемые аппараты, то система спасения, обеспечивающая безопасность от старта до выхода в космос, становится необходимой. Р/н "Союз" оснащена такой системой, и однажды это позволило спасти экипаж при взрыве носителя на старте. Учитывая потенциальные опасности самолетного старта (подлом шасси, взрыв покрышек на взлете) мне очень сложно представить систему спасения, которая вытащит экипаж из подобной передряги - особенно если учесть, сколько горючки за спиной находится...
В заключение хочется отметить, что подобные схемы прорабатывались еще в СССР, и от них отказались в силу того, что экономика такого решения оказалась запредельно дорогой даже для чрезмерно дешевых советских условий...
Некто Пол Аллен пытается решить проблему воздушного запуска КА с помощью самого большого самолета-носителя в мире. Как видим, самолет построен по двухбалочной схеме "катамаран", с подвеской ракеты в средней части. Запуск производится сбрасыванием нагрузки вниз, что позволяет получить нормальное расхождение и уход носителя в сторону. Суммарная масса комплекса составляет порядка 540 тонн, при этом масса полезной нагрузки на орбите может достигать 7 тонн. Это очень смелый проект - примерно столько же выводит р/н "Союз" (11А511) на низкую орбиту. Ну и у Пола Аллена, я думаю, речь идет не о суточной...
Самолет имеет прямое крыло с трапецевидными консолями размахом более 100 метров.
Давайте подумаем, с чем столкнется Пол Аллен.
Первое - параметры ВПП. Судя по картинке, колея шасси порядка 40 метров. Это очень много. Не всякий аэропорт имеет ВПП с полосой такой ширины. Более того, поскольку мы имеем тяжелый самолет с огромным размахом крыльев, а ветер может дуть с разных сторон горизонта, нам потребуется несколько полос под разными курсовыми углами. Вывод - базироваться это чудо может только на соляные озера, либо придется строить специальный аэропорт, а это уже - миллиарды вечнозеленых и крайние ограничения по базированию.
Второе - посадка. При посадке шасси испытывает ударную нагрузку. Если самолет идет с креном - то шасси испытывает нагрузку неравномерно. И если при колее в 10 метров разница высот шасси в момент касания может составлять 20-30 см - то на колее в 40 метров мы можем говорить о метре и более при тех же углах крена. В обычных самолетах (с узкой колеей шасси) проблема нагрузок на шасси решается ходом подвески. В самолете Пола Аллена придется делать подвеску с очень большим ходом... Особенно это важно, если пуск не состоялся по техническим причинам, под центропланом висит двести тонн горючки и окислителя, и шансов на выживание в случае ошибки не остается от слова вообще, потому что огня будет не озеро - а море.
Тихий океан огня будет...
Более того, неравномерное - то есть неодновременное - касание земли "поплавками" приведет к появлению значительного - в силу колеи в 40 метров и сильно разнесенной массы - разворачивающего момента. Лично мне не совсем понятно, что с этим можно сделать на системной основе. Молиться, что ли? Теоретически, предраскрутка колес может уменьшить разворачивающий момент, но это делает конструкцию вообще запредельно дорогой и сложной...
Глянув на крыло, мы увидим, что оно прямое со слабой стреловидностью в консолях, узкое и длинное. Такие крылья очень подвержены крутке. Более того - два "поплавка"-фюзеляжа, разделенные центропланом, играют роль грузов-балансиров, увеличивающих импульс крутящего момента на центроплане. Даже в обычном, прямом полете эти корпуса будут ходить вверх-вниз друг относительно друга, выдавая на центроплан знакопеременную нагрузку и вызывая усталостное разрушение конструкции. Чтобы избавиться от этого явления, потребуется система контроля геометрии планера, которая через систему бустеров будет подрабатывать рулями высоты и направления.
Однако в случае отказа системы управления рулями высоты или направления на одном из фюзеляжей, второй превратится в груз-маятник, и система управления должна будет рулить таким образом, чтобы скомпенсировать возникающие на центроплане моменты. Грубо говоря, управление обычным самолетом, без разнесенных масс, с учетом всяких круток, изгибов, неравномерного обдува крыла и так далее, похоже на езду на одноколесном велосипеде. А здесь придется не просто ехать - придется еще и жонглировать.
И как-то делать это так, чтобы при отваливании одной педали не рассыпался весь велосипед.
Самое же веселое заключается в том, что полезная нагрузка (которую я оцениваю примерно в 200 тонн) крепится на достаточно узком пилоне. Длина пилона приблизительно равна хорде профиля, и на взгляд я ее оцениваю примерно в 20 метров. На этом вот пилоне у нас висит 30-40 метровая ракета, которая с точки зрения механики также представляет из себя - правильно, дети - маятник. Да еще и (в силу равномерной заполненности топливом) с равномерным распределением массы. К тому же этот маятник испытывает раскачивающие силы при изменении тангажа, под действием аэродинамических сил от набегающего потока, под действием неравномерной аэродинамической силы из-за вихревого срыва потоки с задней кромки (донный эффект). Резкий газ или сброс тяги также приводят к раскачиванию полезной нагрузки. А в случае раскачивания фюзеляжей (например, бустеры не справились или отказали) - пойдут угловые моменты и от центроплана...
В общем, центроплан этого пепелаца должен пройти тренировку у Чака Норриса, иначе никак...
Не зря в космонавтике параллельные нагрузки крепятся на максимально разнесенных точках. Ой, не зря...
Опять же, атмосфера редко бывает спокойной, и даже в безоблачном небе случаются воздушные вихри. Каковые, в силу двух либо трех разнесенных масс, вызовут колебания этой шикарной системы из маятников. Система управления, вынужденно отрабатывающая эти колебания бустерами, автоматически снизит управляющие моменты. Иными словами - управление аппаратом в сложных метеоусловиях будет тугим, а в очень сложных - превратится в русскую рулетку. А русская рулетка - это палка о многих концах...
Если говорить о новом носителе, я бы рекомендовал схему несущего корпуса с высокими стойками шасси и небольшими консолями. Такая система позволила бы обеспечить надежную поперечную прочность и прочность крутки, позволила бы обеспечить максимально разнесенное по длине крепление нагрузки, и устранила бы влияние бустеров на запасы по управлению самолетом. Либо же - схема биплан-тандем с различным поперечным V переднего и заднего крыльев, с целью минимизаци эффекта наложения индуктивных вихрей (как у Квики). При некотором уменьшении аэродинамического качества мы значительно повышаем запасы по прочности всего аппарата вцелом только за счет геометрии, аппарат получает меньший размах крыльев и лучшие взлетные характеристики.
Пилотировать этот агрегат сможет только пилот экстра-класса.
И последнее. Если говорить о безопасности экипажа космического корабля, а Пол Аллен планирует выводить в космос и обитаемые аппараты, то система спасения, обеспечивающая безопасность от старта до выхода в космос, становится необходимой. Р/н "Союз" оснащена такой системой, и однажды это позволило спасти экипаж при взрыве носителя на старте. Учитывая потенциальные опасности самолетного старта (подлом шасси, взрыв покрышек на взлете) мне очень сложно представить систему спасения, которая вытащит экипаж из подобной передряги - особенно если учесть, сколько горючки за спиной находится...
В заключение хочется отметить, что подобные схемы прорабатывались еще в СССР, и от них отказались в силу того, что экономика такого решения оказалась запредельно дорогой даже для чрезмерно дешевых советских условий...
А теперь о том, что мне во всем этом не понравилось...
Во-первых, за самолетом остается так называемый спутный след. Это завихрения воздуха, порождаемые индуктивным эффектом на законцовках крыла. След этот такой интенсивности, что были случаи, когда нормальные большие самолеты, попадая на взлете в спутный след взлетавшего перед ними лайнера, теряли управление и разбивались. Вместе со всеми пассажирами.
А как же планера запускают? - спросите вы. Спрашивали - отвечаем. Взлетная скорость поршневых самолетов находится в пределах 100 км/ч. У Ан-2 - 110 км/ч, у Вильги - 90. У пустого Боинг-737 - 220, у Эйрбас А300 - 300 км/ч. При этом нагрузка на крыло у Ан-2 и Вильги низкая, что позволяет им взлетать с минимальной механизацией крыла (закрылки) и небольшой тягой, что минимизирует возмущения воздуха в спутном следе. Удельная нагрузка на крыло у скоростных самолетов высокая, что предусматривает не только большую скорость отрыва, но и задействование мощной механизации крыла, и гораздо более мощные двигатели, что в свою очередь приводит к формированию мощного спутного следа. Даже в крейсерском режиме, то есть на высоте и скорости, современный самолет формирует очень неслабые воздушные возмущения...
И вот в этом вот спутном следе у нас будет болтаться планер с подвешенной космической ракетой? Не смешите мои тапочки...
Во-вторых, взлетный режим двигателей современных самолетов - 100% мощности, крейсерский - 70% мощности. Это без чемодана на веревочке, простите - планера со спутником, телепающегося сзади. Прикидываем дополнительное сопротивление, и понимаем, что ресурс у движков закончится не просто быстро - а очень быстро. Ну то есть совсем быстро... Потому что 100% режим будет у нас длиться не несколько минут, а раз в десять больше - как минимум. Со всеми вытекающими.
Далее. Путевая скорость у нас - просто из-за телепающегося сзади чемодана, простите - космоплана, - будет ниже оптимальной для данной высоты. Соответственно, мы не сможем набрать большой высоты и скорости для запуска. То есть - энергетическая ценность подобного носителя КА будет ниже, полезная нагрузка - тоже ниже, а цена старта - выше. Уже неплохо.
В-четвертых. Если мы будем подвешивать носитель с КА под бомбардировщиком, как в нашей схеме или в "Пегасе" - крылья разгонного блока могут быть маленькими. Просто потому, что задействованы они будут только при сбросе, то есть для них стартовая скорость - 800 км/ч. А в случае планера эти крылья должны будут оторвать носитель с КА (допустим - 20 тонн) от земли при скорости в 200 км/ч. То есть крылья нам нужны большие. А самое главное - как ни цепляй на планер разгонный ракетный двигатель - эти самые большие крылья будут давать такое сопротивление, что вопрос о разгоне до сверхзвука (я не говорю о гиперзвуке) носителя с КА после отделения речи идти - не может в принципе. То есть - по определению.
Во-первых, за самолетом остается так называемый спутный след. Это завихрения воздуха, порождаемые индуктивным эффектом на законцовках крыла. След этот такой интенсивности, что были случаи, когда нормальные большие самолеты, попадая на взлете в спутный след взлетавшего перед ними лайнера, теряли управление и разбивались. Вместе со всеми пассажирами.
А как же планера запускают? - спросите вы. Спрашивали - отвечаем. Взлетная скорость поршневых самолетов находится в пределах 100 км/ч. У Ан-2 - 110 км/ч, у Вильги - 90. У пустого Боинг-737 - 220, у Эйрбас А300 - 300 км/ч. При этом нагрузка на крыло у Ан-2 и Вильги низкая, что позволяет им взлетать с минимальной механизацией крыла (закрылки) и небольшой тягой, что минимизирует возмущения воздуха в спутном следе. Удельная нагрузка на крыло у скоростных самолетов высокая, что предусматривает не только большую скорость отрыва, но и задействование мощной механизации крыла, и гораздо более мощные двигатели, что в свою очередь приводит к формированию мощного спутного следа. Даже в крейсерском режиме, то есть на высоте и скорости, современный самолет формирует очень неслабые воздушные возмущения...
И вот в этом вот спутном следе у нас будет болтаться планер с подвешенной космической ракетой? Не смешите мои тапочки...
Во-вторых, взлетный режим двигателей современных самолетов - 100% мощности, крейсерский - 70% мощности. Это без чемодана на веревочке, простите - планера со спутником, телепающегося сзади. Прикидываем дополнительное сопротивление, и понимаем, что ресурс у движков закончится не просто быстро - а очень быстро. Ну то есть совсем быстро... Потому что 100% режим будет у нас длиться не несколько минут, а раз в десять больше - как минимум. Со всеми вытекающими.
Далее. Путевая скорость у нас - просто из-за телепающегося сзади чемодана, простите - космоплана, - будет ниже оптимальной для данной высоты. Соответственно, мы не сможем набрать большой высоты и скорости для запуска. То есть - энергетическая ценность подобного носителя КА будет ниже, полезная нагрузка - тоже ниже, а цена старта - выше. Уже неплохо.
В-четвертых. Если мы будем подвешивать носитель с КА под бомбардировщиком, как в нашей схеме или в "Пегасе" - крылья разгонного блока могут быть маленькими. Просто потому, что задействованы они будут только при сбросе, то есть для них стартовая скорость - 800 км/ч. А в случае планера эти крылья должны будут оторвать носитель с КА (допустим - 20 тонн) от земли при скорости в 200 км/ч. То есть крылья нам нужны большие. А самое главное - как ни цепляй на планер разгонный ракетный двигатель - эти самые большие крылья будут давать такое сопротивление, что вопрос о разгоне до сверхзвука (я не говорю о гиперзвуке) носителя с КА после отделения речи идти - не может в принципе. То есть - по определению.
Комментариев нет:
Отправить комментарий