„Scramjet“technologija - Kaip Buvo Sukurtas Hipersonic Variklis - Alternatyvus Vaizdas

„Scramjet“technologija - Kaip Buvo Sukurtas Hipersonic Variklis - Alternatyvus Vaizdas
„Scramjet“technologija - Kaip Buvo Sukurtas Hipersonic Variklis - Alternatyvus Vaizdas
Anonim

Kovinė raketa „paviršius – oras“atrodė kiek neįprastai - jos nosis buvo prailginta metaliniu kūgiu. 1991 m. Lapkričio 28 d. Ji paleido iš bandymų aikštelės netoli Baikonūro kosmodromo ir savaime sunaikinta aukštai virš žemės. Nors raketa nenušovė nė vieno oro objekto, paleidimo tikslas buvo pasiektas. Pirmą kartą pasaulyje buvo išbandytas hipersonic ramjet variklis (scramjet variklis) skrydžio metu.

Image
Image

- „Salik.biz“

„Scramjet“variklis arba, kaip sakoma, „viršgarsinis srautas pirmyn“leis jums skristi iš Maskvos į Niujorką per 2 - 3 valandas, palikti sparnuotą mašiną iš atmosferos į kosmosą. Aviacijos ir kosmoso lėktuvui nereikės stiprintuvo, pvz., „Zenger“(žr. TM, Nr. 1, 1991), ar paleidimo priemonės, kaip šaudyklėms ir „Buran“(žr. TM). 1989 m. Nr. 4), - krovinio pristatymas į orbitą kainuos beveik dešimt kartų pigiau. Vakaruose tokie bandymai vyks ne anksčiau kaip po trejų metų …

„Scramjet“variklis gali pagreitinti orlaivį iki 15 - 25M (M yra Macho skaičius, šiuo atveju - garso greitis ore), o galingiausi turboreaktyviniai varikliai, kuriuose įrengti modernūs civiliniai ir kariniai sparnuoti orlaiviai, yra tik iki 3,5M. Jis neveikia greičiau - oro temperatūra, lėtėjant oro srautui, pakyla tiek, kad turbokompresoriaus blokas nesugeba jo suspausti ir tiekti į degimo kamerą (CC). Galima, žinoma, sustiprinti aušinimo sistemą ir kompresorių, tačiau tada jų matmenys ir svoris padidės tiek, kad hipergarsiniai greičiai nebebus svarbūs - išlipti ant žemės.

Ramjet variklis veikia be kompresoriaus - oras priešais kompresoriaus stotį yra suspaustas dėl jo greičio galvos (1 pav.). Likusi dalis iš principo yra tokia pati kaip turboreaktyviniams įrenginiams - degimo produktai, išeidami pro purkštuką, pagreitina aparatą.

„Ramjet“, tada dar nepergarsinio, idėją iškėlė 1907 m. Prancūzijos inžinierius Rene Laurentas. Bet jie sukūrė tikrą „pirmyn srautą“daug vėliau. Čia vadovavo sovietų specialistai.

Pirmiausia, 1929 m. Vienas iš N. E. Žukovskio studentų B. S. Stechkinas (vėliau akademikas) sukūrė oro srovės variklio teoriją. Po ketverių metų, vadovaujant dizaineriui J. Pobedonoscevui GIRD (reaktyvinio variklio tyrimo grupė), po eksperimentų stende, raketas pirmiausia buvo nusiųstas skristi.

Variklis buvo įdėtas į 76 mm patrankos korpusą ir buvo išmestas iš statinės viršgarsiniu 588 m / s greičiu. Testai vyko dvejus metus. Sviediniai su raketiniu varikliu sukūrė daugiau nei 2M - joks kitas lėktuvas pasaulyje tuo metu neskraidė. Tuo pačiu metu Girdovitai pasiūlė, pagamino ir išbandė pulsuojančio raketinio variklio modelį - jo oro įsiurbimas periodiškai atsidarydavo ir užsidarydavo, todėl degimas degimo kameroje pulsuodavo. Panašūs varikliai vėliau buvo naudojami Vokietijoje raketose FAU-1.

Reklaminis vaizdo įrašas:

Pirmuosius didelius raketinius variklius vėl sukūrė sovietiniai dizaineriai I. A. Merkulovas 1939 m. (Pogarsinis raketinis variklis) ir M. M. Bondaryukas 1944 m. (Viršgarsinis). Nuo 40-ies metų „tiesioginio srauto“darbas prasidėjo Centriniame aviacijos variklių institute (CIAM).

Kai kurių tipų orlaiviuose, įskaitant raketas, buvo sumontuoti viršgarsiniai raketiniai varikliai. Tačiau praėjusio amžiaus 50-aisiais tapo aišku, kad M skaičius viršija 6 - 7, raketas yra neveiksmingas. Vėlgi, kaip ir turboreaktyvinio variklio atveju, oras, stabdomas priešais kompresoriaus stotį, pateko į jį per karštą. To kompensuoti padidinus „ramjet“variklio masę ir matmenis nebuvo prasmės. Be to, aukštoje temperatūroje degimo produktų molekulės pradeda išsiskirti, sugerdamos energiją, skirtą sukurti trauka.

Būtent tada, 1957 m., Garsus mokslininkas E. S. Shchetinkovas, dalyvavęs pirmojo skrydžio bandymuose su raketiniu varikliu, išrado hipersonic variklį. Po metų Vakaruose pasirodė leidiniai apie panašius pokyčius. „Scramjet“degimo kamera prasideda beveik iškart už oro įleidimo angos, tada sklandžiai pereina į besiplečiantį purkštuką (2 pav.). Nors prie įėjimo į jį oras sulėtėja, skirtingai nei ankstesni varikliai, jis juda į kompresoriaus stotį, arba, greičiau, skuba viršgarsiniu greičiu. Todėl jo slėgis kameros sienelėse ir temperatūra yra daug mažesni nei „ramjet“variklyje.

Šiek tiek vėliau buvo pasiūlytas „scramjet“variklis su išoriniu degimu (3 pav.) Lėktuve su tokiu varikliu degalai degs tiesiai po korpusu, kuris tarnaus kaip atviros CS dalis. Natūralu, kad slėgis degimo zonoje bus mažesnis nei įprastame degiklyje - variklio trauka šiek tiek sumažės. Bet jūs gausite svorį - variklis atsikratys didžiulės kompresoriaus stoties išorinės sienos ir aušinimo sistemos dalies. Tiesa, patikimas „atviras tiesioginis srautas“dar nebuvo sukurtas - geriausia jo valanda greičiausiai ateis XXI amžiaus viduryje.

Grįžkime vis dėlto prie scramjet variklio, kuris buvo išbandytas praėjusios žiemos išvakarėse. Jį varė skystas vandenilis, laikomas rezervuare maždaug 20 K (- 253 ° C) temperatūroje. Viršgarsinis degimas buvo bene sunkiausia problema. Ar vandenilis bus tolygiai paskirstytas per kameros skerspjūvį? Ar turės laiko visiškai perdegti? Kaip organizuoti automatinę degimo kontrolę? - kameroje negalima įrengti jutiklių, jie ištirps.

Nei matematinis modeliavimas ypač galinguose kompiuteriuose, nei bandymai stendu nepateikė išsamių atsakymų į daugelį klausimų. Beje, norint imituoti oro srautą, pavyzdžiui, esant 8M, stovui reikalingas šimtų atmosferų slėgis ir maždaug 2500 K temperatūra - skystas metalas karštoje atviros židinio krosnyje yra daug vėsesnis. Dar didesniu greičiu variklio ir orlaivio veikimą galima patikrinti tik skrydžio metu.

Ilgai buvo galvojama tiek čia, tiek užsienyje. Dar 60-aisiais metais JAV buvo rengiami plačiajuosčio variklio bandymai greitaeigiu raketų X-15 lėktuvu, tačiau, matyt, jie neįvyko.

Buitinis eksperimentinis scramjet variklis buvo pagamintas dviejų režimų - didesniam nei 3M skrydžio greičiui, jis veikė kaip normalus „tiesioginis srautas“, o po 5–6M - kaip hipersonic. Tam buvo pakeistos degalų tiekimo į kompresorių stotį vietos. Iš tarnybos pašalinta priešlėktuvinė raketa tapo hipergarsinio skraidymo laboratorijos (HLL) variklio greitintuvu ir nešikliu. GLL, įskaitant valdymo sistemas, matavimus ir ryšį su žeme, vandenilio baką ir degalų blokus, buvo dokuojami į antrosios pakopos skyrius, kur, pašalinus kovinę galvutę, liko pagrindinis variklis (LRE) su jo degalų bakais. Pirmasis etapas - miltelių stiprintuvai, - išsklaidę raketą nuo pat pradžių, po kelių sekundžių atsiskyrė.

Priešlėktuvinė raketa su scramjet prie paleidimo padėklo (nuotrauka publikuojama pirmą kartą)
Priešlėktuvinė raketa su scramjet prie paleidimo padėklo (nuotrauka publikuojama pirmą kartą)

Priešlėktuvinė raketa su scramjet prie paleidimo padėklo (nuotrauka publikuojama pirmą kartą).

Bandymai suolu ir pasiruošimas skrydžiui buvo atlikti PI Baranovo centriniame aviacijos variklių institute kartu su oro pajėgomis, „Fakel“mašinų gamybos projektavimo biuru, kuris savo raketą pavertė skraidančia laboratorija, „Sojuz“projektavimo biuru Tuyeve ir „Temp“projektavimo biuru Maskvoje, kuris gamino variklį. degalų reguliatorius ir kitos organizacijos. Programą prižiūrėjo žinomi aviacijos specialistai R. I. Kurzineris, D. A. Ogorodnikovas ir V. A. Sosunovas.

Norėdami palaikyti skrydį, CIAM sukūrė mobilųjį skystojo vandenilio degalų papildymo kompleksą ir laive esančio skysto vandenilio tiekimo sistemą. Dabar, kai skystas vandenilis laikomas vienu iš perspektyviausių degalų, CIAM sukaupta jo tvarkymo patirtis gali būti naudinga daugeliui.

… Raketa paleista vėlai vakare, jau buvo beveik tamsu. Po kelių akimirkų „kūgio“nešiklis išnyko žemuose debesyse. Buvo tyla, kuri buvo netikėta, palyginti su pradiniu triukšmu. Startą stebėję bandytojai net pagalvojo: ar tikrai viskas nutiko? Ne, aparatas tęsė numatytą kelią. 38 sekundę, kai greitis pasiekė 3,5M, užvedė variklis, į CC pradėjo tekėti vandenilis.

Tačiau 62-ąjį kartą tikrai įvyko netikėtas atvejis: suveikė automatinis degalų tiekimo nutraukimas - uždaromas scramjet variklis. Tada, maždaug 195-ą sekundę, jis automatiškai vėl įsijungė ir dirbo iki 200-osios … Anksčiau tai buvo nustatyta kaip paskutinė skrydžio sekundė. Šiuo metu raketa, būdama vis dar virš bandymo vietos teritorijos, buvo savaime sunaikinta.

Didžiausias greitis buvo 6200 km / h (kiek daugiau nei 5,2M). Variklis ir jo sistemos buvo stebimi 250 borto jutiklių. Matavimai buvo perduoti į žemę radijo telemetrijos būdu.

Dar ne visa informacija buvo apdorota, o išsamesnė istorija apie skrydį dar per anksti. Tačiau jau dabar akivaizdu, kad po kelių dešimtmečių lakūnai ir kosmonautai važiuos „hipersoniniu pirmyn“.

Iš redaktoriaus. Planuojami skrambūrinių variklių bandymai X-30 orlaiviuose JAV ir „Hytex“Vokietijoje. Tačiau mūsų specialistai artimiausiu metu galėtų išbandyti „tiesioginį srautą“daugiau kaip 10M greičiu ant galingų raketų, kurios dabar yra pašalintos iš tarnybos. Tiesa, jose dominuoja neišspręsta problema. Ne mokslinis ar techninis. CIAM neturi pinigų. Jų nėra net už pusiau elgetaujančius darbuotojų atlyginimus.

Kas toliau? Dabar tik keturios šalys pasaulyje vykdo visą orlaivių variklių gamybos ciklą - nuo fundamentinių tyrimų iki serijinės gamybos. Tai yra JAV, Anglija, Prancūzija ir kol kas Rusija. Taigi ateityje jų nebus daugiau - trys.

Dabar amerikiečiai investuoja šimtus milijonų dolerių į scramjet programą …

Image
Image

Paveikslas: 1. Raketinio variklio (raketinio variklio) schema: 1 - centrinis oro įsiurbimo korpusas, 2 - oro įsiurbimo anga, 3 - degimo kamera (CC), 4 - antgalis su kritine sekcija. Baltos rodyklės rodo degalų tiekimą. Oro įleidimo angos konstrukcija yra tokia, kad oro srautas, patenkantis į jį, yra slopinamas ir patenka į kompresoriaus stotį esant aukštam slėgiui. Degimo produktai, išeidami iš degimo kameros, pagreitėja susiaurintame antgalyje iki garso greičio. Įdomu tai, kad purkštuką reikia išplėsti, kad dar labiau pagreitintumėte dujas. Upės pavyzdys, kai srovė greitėja proporcingai krantų susiaurėjimui, tinka tik pogarsiniams srautams.

Paveikslas: 2. Hipersonic ramjet variklio (scramjet variklio) schema: 1 - CS, 2 - besiplečiantis purkštukas. CS prasideda ne už difuzoriaus, kaip vožtuve, bet beveik iš karto už oro įleidimo angos. Kuro ir oro mišinys dega viršgarsiniu greičiu. Degimo produktai dar labiau įsibėgėja besiplečiančiame antgalyje.

Paveikslas: 3. Scramjet variklio su išoriniu degimu schema: 1 - degalų įpurškimo taškas. Degimas vyksta variklio išorėje - degimo produktų slėgis yra mažesnis nei uždaroje degimo kameroje, tačiau trauka - jėga, veikianti lėktuvo korpuso sienas, yra didesnė už priekinę varžą, dėl kurios prietaisas juda.

Autoriai: Jurijus SHIKHMANAS, Viačeslavas SEMENOVAS, Centrinio aviacijos variklių instituto tyrėjai