Technologie Scramjet - Jak Byl Vytvořen Nadzvukový Motor - Alternativní Pohled
Technologie Scramjet - Jak Byl Vytvořen Nadzvukový Motor - Alternativní Pohled
Video: Technologie Scramjet - Jak Byl Vytvořen Nadzvukový Motor - Alternativní Pohled
Video: Первый взгляд на Declasse Scramjet и "Автоколонну". Китайский хлам по завышенной цене!!! 2023, Únor
Anonim

Bojová raketa „povrch-vzduch“vypadala poněkud neobvykle - její nos byl prodloužen kovovým kuželem. 28. listopadu 1991 vypustila z testovacího místa poblíž kosmodromu Baikonur a sebrala se vysoko nad zemí. Ačkoli střela nezastřelila žádný letecký objekt, bylo dosaženo cíle odpálení. Poprvé na světě byl za letu testován hypersonický ramjetový motor (scramjetový motor).

Image
Image

Scramjetový motor nebo, jak se říká, „hypersonický dopředný tok“vám umožní letět z Moskvy do New Yorku za 2 - 3 hodiny, nechat okřídlený stroj z atmosféry do vesmíru. Letadlo pro letectví nebude potřebovat pomocné letadlo, jako pro Zenger (viz TM, č. 1, 1991), ani startovní vozidlo, jako pro raketoplány a Buran (viz TM). 4, 1989), - dodání nákladu na orbitu bude stát téměř desetkrát levnější. Na Západě se takové testy uskuteční nejdříve o tři roky později …

Scramjetový motor je schopen zrychlit letadlo na 15 - 25M (M je Machovo číslo, v tomto případě rychlost zvuku ve vzduchu), zatímco nejvýkonnější proudové motory, které jsou vybaveny moderními civilními a vojenskými křídly, jsou až 3,5m. Nefunguje to rychleji - teplota vzduchu, když je průtok v přívodu vzduchu zpomalen, stoupá natolik, že turbokompresorová jednotka není schopna jej stlačit a přivádět do spalovací komory (CC). Je samozřejmě možné posílit chladicí systém a kompresor, ale pak se jejich rozměry a hmotnost zvětší natolik, že hypersonické rychlosti budou vyloučeny - vystoupit ze země.

Nárazový motor pracuje bez kompresoru - vzduch před kompresorovou stanicí je stlačován díky své rychlosti (obr. 1). Zbytek je v zásadě stejný jako u proudového motoru - produkty spalování, unikající tryskou, urychlují přístroj.

Myšlenka ramjet, pak ještě hypersonický, byl předložen v roce 1907 francouzským inženýrem Rene Laurentem. Ale mnohem později vybudovali skutečný „dopředný tok“. Zde byli v čele sovětští specialisté.

Nejprve, v roce 1929, jeden ze studentů N.E. Zhukovsky, B.S. Stechkin (později akademik), vytvořil teorii proudového motoru. A pak, o čtyři roky později, pod vedením designéra Yu.A. Pobedonostseva v GIRD (Skupina pro studium tryskového pohonu), po experimentech na stánku, byl nejprve tryskový letoun vyslán do letu.

Motor byl umístěn ve skořápce děla 76 mm a vystřelil z hlavně nadzvukovou rychlostí 588 m / s. Testy pokračovaly dva roky. Střely s náporovým motorem se vyvíjely více než 2M - v té době žádné jiné letadlo na světě nelétalo rychleji. Současně Girdovites navrhl, vyrobil a testoval model pulzujícího ramjetového motoru - jeho přívod vzduchu se periodicky otevíral a uzavíral, v důsledku čehož spalovalo spalovací komoru. Podobné motory byly později použity v Německu na raketách FAU-1.

Propagační video:

První velké ramjetové motory byly opět vytvořeny sovětskými designéry I.A.Merkulovem v roce 1939 (podzvukový ramjetový motor) a M.M. Bondaryukem v roce 1944 (nadzvukový). Od 40. let začaly práce na „přímém toku“v Ústředním leteckém ústavu (CIAM).

Některé typy letadel, včetně raket, byly vybaveny nadzvukovými ramjetovými motory. Avšak v padesátých letech se ukázalo, že s čísly M vyššími než 6 - 7 je ramjet neúčinný. Stejně jako v případě proudového motoru se vzduch zabrzdený před kompresorovou stanicí dostal do něj příliš horký. Nemělo smysl to kompenzovat zvyšováním hmotnosti a rozměrů ramjetového motoru. Kromě toho se při vysokých teplotách molekuly produktů spalování začnou disociovat a absorbují energii určenou k vytvoření tahu.

To bylo pak v roce 1957, že E. S. Shchetinkov, slavný vědec, účastník prvních letových zkoušek ramjetového motoru, vynalezl hypersonický motor. O rok později se na Západě objevily publikace o podobném vývoji. Spalovací komora scramjet začíná téměř okamžitě za přívodem vzduchu, pak plynule přechází do rozpínací trysky (obr. 2). Přestože je vzduch u vstupu zpomalen, na rozdíl od předchozích motorů se pohybuje na COP, nebo spěchá nadzvukovou rychlostí. Proto je jeho tlak na stěny komory a teplota mnohem nižší než u vznětového motoru.

O něco později byl navržen scramjetový motor s vnějším spalováním (obr. 3) V letadle s takovým motorem bude palivo hořet přímo pod trupem, které bude sloužit jako součást otevřené CS. Tlak ve spalovací zóně bude přirozeně nižší než u konvenčního spalovacího zařízení - tah motoru se mírně sníží. Ale dostanete přibývání na váze - motor se zbaví masivní vnější stěny kompresorové stanice a části chladicího systému. Je pravda, že spolehlivý „otevřený přímý tok“ještě nebyl vytvořen - jeho nejlepší hodina pravděpodobně přijde v polovině XXI století.

Vraťme se však k motoru scramjet, který byl testován v předvečer minulé zimy. To bylo poháněno kapalným vodíkem uloženým v tanku při teplotě asi 20 K (- 253 ° C). Nadzvukové spalování bylo snad nejobtížnějším problémem. Bude vodík rovnoměrně distribuován po průřezu komory? Bude mít čas úplně vyhořet? Jak uspořádat automatické řízení spalování? - v komoře nemůžete instalovat senzory, budou se topit.

Matematické modelování na ultra výkonných počítačích ani testy na stolech neposkytly komplexní odpovědi na mnoho otázek. Mimochodem, pro simulaci proudu vzduchu, například při 8 M, stojan vyžaduje tlak stovek atmosfér a teplota asi 2500 K - tekutý kov v horké peci s nístějí je mnohem chladnější. Při ještě vyšších rychlostech lze výkon motoru a letadla ověřit pouze za letu.

Dlouho se to myslelo u nás i v zahraničí. V 60. letech Spojené státy připravovaly testy scramjetového motoru na vysokorychlostním raketovém letounu X-15, zřejmě se však neuskutečnily.

Domácí experimentální scramjetový motor byl vyroben v duálním režimu - při letové rychlosti vyšší než 3M, fungoval jako normální "přímý tok" a po 5 - 6M - jako nadzvukový. Za tímto účelem byla změněna místa dodávky paliva do kompresorové stanice. Protilietadlová raketa vyřazovaná z provozu se stala akcelerátorem motoru a nosičem hypersonické létající laboratoře (HLL). GLL, včetně řídicích systémů, měření a komunikace se zemí, vodíkovou nádrží a palivovými jednotkami, byly ukotveny do oddílů druhé etapy, kde po odstranění hlavice zůstal hlavní motor (LRE) s jeho palivovými nádržemi. První fáze - posilovače prášku, - po rozpuštění rakety od začátku, se po několika sekundách oddělila.

Protilietadlová raketa s scramjetem na odpalovací ploše (fotografie je publikována poprvé)
Protilietadlová raketa s scramjetem na odpalovací ploše (fotografie je publikována poprvé)

Protilietadlová raketa s scramjetem na odpalovací ploše (fotografie je publikována poprvé).

Lavinové zkoušky a příprava na let byly prováděny na Ústředním leteckém ústavu PI Baranov, spolu s letectvem, konstrukčním úřadem Fakel, který přeměnil její raketu na létající laboratoř, konstrukční kancelář Sojuz v Tuyevu a konstrukční kancelář Temp v Moskvě, která vyráběla motor a regulátor paliva a další organizace. Na program dohlíželi známí leteckí specialisté R.I.Kurziner, D.A. Ogorodnikov a V.A. Sosunov.

Pro podporu letu společnost CIAM vytvořila mobilní tankovací systém pro kapalný vodík a palubní systém dodávky kapalného vodíku. Nyní, když je kapalný vodík považován za jedno z nejslibnějších paliv, mohou být zkušenosti s jeho nakládáním nashromážděné v CIAM pro mnohé užitečné.

… Raketa odpálila pozdě večer, už byla skoro temná. V několika okamžicích zmizel nositel „kužele“do nízkých mraků. Ve srovnání s počátečním rachotem bylo neočekávané ticho. Testeři, kteří sledovali start, si dokonce mysleli: všechno se opravdu pokazilo? Ne, zařízení pokračovalo po zamýšlené cestě. Když 38. rychlost, když rychlost dosáhla 3,5M, motor nastartoval, vodík začal proudit do CC.

Ale na 62., neočekávané skutečně došlo: automatické vypnutí dodávky paliva fungovalo - scramjet motor vypnut. Potom, asi v 195. sekundě, se automaticky znovu rozběhla a fungovala až do 200. … To bylo dříve určeno jako poslední vteřina letu. V tuto chvíli se raketa, stále ještě nad územím testovacího místa, sama zničila.

Maximální rychlost byla 6200 km / h (něco přes 5,2 M). Motor a jeho systémy byly monitorovány 250 palubními senzory. Měření byla přenášena na zem pomocí radiotelemetrie.

Dosud nebyly zpracovány všechny informace a podrobnější příběh o letu je předčasný. Nyní je však jasné, že za několik desetiletí budou piloti a kosmonauti jezdit „nadzvukovým tokem vpřed“.

Z editoru. Letové zkoušky scramjet motorů na letadle X-30 ve Spojených státech a na Hytexu v Německu jsou plánovány na rok 1995 nebo několik následujících let. Naši specialisté však mohli v blízké budoucnosti otestovat „přímý tok“rychlostí vyšší než 10 M na výkonných střelách, které jsou nyní stahovány z provozu. Je pravda, že jim dominuje nevyřešený problém. Není vědecké ani technické. CIAM nemá peníze. Nejsou ani k dispozici pro polopouštně platy zaměstnanců.

Co bude dál? Nyní jsou na světě pouze čtyři země, které mají celý cyklus výroby leteckých motorů - od základního výzkumu po sériovou výrobu. Jsou to USA, Anglie, Francie a prozatím Rusko. V budoucnu by jich tedy už nebylo - tři.

Američané nyní investují stovky milionů dolarů do programu scramjet …

Image
Image

Postava: 1. Schematický diagram náporového motoru (náporového motoru): 1 - centrální tělo přívodu vzduchu, 2 - hrdlo přívodu vzduchu, 3 - spalovací komora (CC), 4 - tryska s kritickým průřezem. Bílé šipky označují dodávku paliva. Konstrukce přívodu vzduchu je taková, že proud vzduchu, který vstoupil, je potlačen a vstupuje do kompresorové stanice pod vysokým tlakem. Produkty spalování opouštějící spalovací komoru se zrychlují v zúžené trysce na rychlost zvuku. Je zajímavé, že tryska musí být expandována pro další urychlení plynů. Příklad s řekou, kdy proud zrychluje úměrně ke zužování břehů, je vhodný pouze pro podzvukové toky.

Postava: 2. Schematický diagram hypersonického ramjetového motoru (scramjetový motor): 1 - CS, 2 - rozšiřující se tryska. CS nezačíná za difuzorem, jako u ramjetového motoru, ale téměř okamžitě za hrdlem přívodu vzduchu. Směs paliva a vzduchu hoří nadzvukovou rychlostí. Produkty spalování jsou v expanzní trysce ještě více urychleny.

Postava: 3. Schematický diagram scramjetového motoru s vnějším spalováním: 1 - bod vstřikování paliva. Spalování probíhá na vnější straně motoru - tlak produktů spalování je menší než v uzavřené spalovací komoře, ale tah - síla působící na stěny draku je větší než čelní odpor, který uvádí zařízení do pohybu.

Autoři: Yuri SHIKHMAN, Vyacheslav SEMENOV, vědci Ústředního leteckého ústavu

Populární podle témat