17 декабря 1903 года братья Райт осуществили первый в истории управляемый человеком полет на самолете. Несмотря на то, что скорость полета составляла всего 10,9 км/ч (при встречном ветре в 43 км/ч), а его дальность всего 37 метров, это событие фактически открыло первую главу истории современной авиации. Спустя всего 61 год и 5 дней с момента первого полета человека на самолете свой первый взлет осуществил Lockheed SR-71 Blackbird — сверхзвуковой стратегический разведчик ВВС США.
Этот самолет по-прежнему считается самым быстрым в истории, после того как в 1976 году на нем был установлен абсолютный рекорд скорости среди пилотируемых самолётов с прямоточными двигателями — 3529,56 км/ч. И своему званию «Черный дрозд» обязан своим уникальным гибридным двигателям.
На скоростях до 2 Маха две тяговые системы Lockheed SR-71 Blackbird работают как самые обычные прямоточные воздушно-реактивные двигатели. Воздух подается внутрь через переднюю часть гондолы двигателя, проходя по узкому каналу, в результате чего создается воздушная волна, которая проходит в многоступенчатый компрессор, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. Разогретая смесь раскручивает турбину, создавая тягу. Прямо за турбиной находится форсажная камера, в которую при добавлении топлива усиливается давление, заставляя избыточный воздух быстрее выходить из сопла двигателя, увеличивая тем самым его тягу. И хотя форсажная камера за счет более мощного потока воздуха позволяет серьезно повысить ускорение самолета, ее использование очень неэффективно в плане расхода топлива.
Уникальным двигатель J58, использующийся в сверхзвуковом самолете Lockheed SR-71 Blackbird, делают шесть перепускных воздуховода, которые обычно не отображаются на схемах этого двигателя. Эти воздуховодные трубки начинают работать, когда самолет набирает скорость выше 2,2 Маха. Они продвигают сжатый воздух из четвертой ступени компрессора прямо в форсажную камеру, минуя тем самым газотурбинный агрегат (основную часть двигателя). Это позволяет системе вести себя скорее как прямонаправленный двигатель и гораздо эффективнее расходовать топливо в форсажной камере.
Большая часть движущей силы самолета полагается на циркуляцию сжатого воздуха в соотношении 39:1, дополнительное сжатие воздуха в соотношении 1,6:1 создается за счет четырех турбин. Сочетание воздушной компрессии за счет турбин и системы прямоточной компрессии делает J58 весьма уникальным двигателем — прямоточным реактивным двигателем, который, в свою очередь, позволяет развивать скорости, при которых обычные реактивные двигатели могут просто расплавиться. Но это еще не все.
Одной из важнейших деталей, которые позволяют J58 справляться с такими невероятными задачами, являются его воздухозаборники. В передней части двигателя расположен специальный подвижный конус. Позади конуса расположен диффузор, где воздух разделяется на два потока перед тем, как попадает непосредственно в сам двигатель. На сверхзвуковых скоростях на конус подается давление основной сверхзвуковой волны, что позволяет подавать к двигателю наиболее высокий объем доступного воздуха. Рядом с входом воздухозаборника формируется вторая ударная волна так называемого номинального значения. Образуется она когда воздух низкого давления на сверхзвуковых скоростях поступает в мотогондолу двигателя и переходит в состояние высокого давления внутри гондолы (то есть затормаживается до досверхзвукового значения).
Состояние ударной волны номинального значения (имеющего наибольшую пользу для работы всей системы) зависит от скорости самолета, а также от положения воздухозаборника и воздухозаборного конуса. Для того чтобы максимизировать время состояния ударной волны номинального значения, конус воздухозаборника, который находится в выдвинутом положении при числах Маха до 1,6, начинает задвигаться внутрь. При достижении самолетом крейсерской скорости в 3,2 Маха края разбиваемого конусом воздушного потока направлены прямо на обтекатель фронтальной части гондолы. При такой скорости двигатель J58 достигает максимального значения своей эффективности расхода топлива.
В передней части воздухозаборника имеются так называемые воздушные ловушки, по которым проходящий воздушный поток используется для охлаждения двигателя. При низких дозвуковых скоростях воздуха, поступающего через воздухозаборную камеру, становится недостаточно для охлаждения двигателя, поэтому с внешней части двигателя предусмотрены специальные заслонки, которые при низких скоростях остаются открытыми и забирают дополнительный воздух. При повышении скорости свыше 0,5 Маха эти заслонки закрываются и воздушный поток идет уже через основной воздухозаборник.
За соплом двигателя расположены специальные створки, которые также находятся в открытом положении при низких скоростях самолета. Они помогают предотвращать потерю силы тяги, которая может возникать в момент недостаточного потока выпуска. Они закрываются при скорости полета от 1,2 Маха и большую часть времени находятся в закрытом состоянии во время всего полета самолета, открываясь только при взлете, посадке и дозаправке самолета в воздухе.
Благодаря наличию описанных выше заслонок и створок, двигатель J58 позволяет самолету летать на гораздо более низких скоростях, по сравнению с его крейсерской скоростью.
Технологии, которые сделали SR-71 BLACKBIRD самым быстрым самолетом в истории: 3 комментария