Tehnologia Scramjet - Modul în Care A Fost Creat Un Motor Hipersonic - Vedere Alternativă

Tehnologia Scramjet - Modul în Care A Fost Creat Un Motor Hipersonic - Vedere Alternativă
Tehnologia Scramjet - Modul în Care A Fost Creat Un Motor Hipersonic - Vedere Alternativă

Video: Tehnologia Scramjet - Modul în Care A Fost Creat Un Motor Hipersonic - Vedere Alternativă

Video: Tehnologia Scramjet - Modul în Care A Fost Creat Un Motor Hipersonic - Vedere Alternativă
Video: Scramjet engine - How it works and how ISRO (India) successfully flight tested it! 2024, Martie
Anonim

Racheta de luptă „suprafață-aer” părea oarecum neobișnuită - nasul său era întins de un con metalic. Pe 28 noiembrie 1991, ea s-a lansat de pe un loc de testare lângă cosmodromul Baikonur și s-a autodistructat deasupra solului. Deși racheta nu a doborât niciun obiect aerian, obiectivul de lansare a fost atins. Pentru prima dată în lume, un motor rampers hipersonic (motor Scramjet) a fost testat în zbor.

Image
Image

Motorul Scramjet sau, așa cum spun ei, „fluxul hipersonic înainte” vă vor permite să zburați de la Moscova la New York în 2 - 3 ore, lăsați mașina cu aripi din atmosferă în spațiu. Un avion aerospațial nu va avea nevoie de un avion de rapel, ca pentru Zenger (a se vedea TM, nr. 1, 1991) sau un vehicul de lansare, ca pentru navete și Buran (vezi TM Nr. 4, 1989), - livrarea mărfii pe orbită va costa de zece ori mai ieftin. În Occident, astfel de teste vor avea loc nu mai devreme de trei ani mai târziu …

Motorul Scramjet este capabil să accelereze aeronava până la 15 - 25 M (M este numărul Mach, în acest caz, viteza sunetului în aer), în timp ce cele mai puternice motoare turboet, care sunt echipate cu aeronave moderne cu aripi civile și militare, sunt de până la 3,5 M. Nu funcționează mai repede - temperatura aerului, atunci când debitul în admisia de aer este decelerată, crește atât de mult încât unitatea de turbocompresoare nu este în măsură să o comprimeze și să o alimenteze în camera de ardere (CC). Este posibil, desigur, să consolideze sistemul de răcire și compresorul, dar atunci dimensiunile și greutatea lor vor crește atât de mult, încât vitezele hipersonice vor fi în afara problemei - pentru a coborî de pe sol.

Un motor ramjet funcționează fără compresor - aerul din fața stației compresorului este comprimat datorită capului său de viteză (Fig. 1). Restul, în principiu, este același ca pentru un turbojet - produsele de ardere, care scapă prin duză, accelerează aparatul.

Ideea unui ramjet, atunci nu încă hipersonic, a fost propusă în 1907 de inginerul francez Rene Laurent. Dar au construit un adevărat „flux înainte” mult mai târziu. Aici specialiștii sovietici erau în frunte.

Mai întâi, în 1929, unul dintre studenții lui N. E. Zhukovsky, B. S. Stechkin (ulterior academician), a creat teoria unui motor cu jet de aer. Și apoi, patru ani mai târziu, sub conducerea designerului Yu. A. Pobedonostsev în GIRD (Group for the Study of Jet Propulsion), după experimente la stand, ramjetul a fost trimis pentru prima dată la zbor.

Motorul a fost adăpostit în carcasa unui tun de 76 mm și a tras din baril cu o viteză supersonică de 588 m / s. Testele au continuat timp de doi ani. Proiectilele cu un motor ramjet au dezvoltat mai mult de 2M - nicio altă aeronavă din lume nu a zburat mai repede la acel moment. În același timp, Girdoviții au propus, construit și testat un model al unui motor ramjet pulsator - intrarea sa de aer a fost deschisă și închisă periodic, ca urmare a pulsului din camera de ardere. Motoare similare au fost ulterior folosite în Germania pe rachetele FAU-1.

Video promotional:

Primele motoare ramjet mari au fost din nou create de designerii sovietici I. A. Merkulov în 1939 (motor subssonic ramjet) și M. M. Bondaryuk în 1944 (supersonic). Începând cu anii 40, lucrările la „fluxul direct” au început la Institutul Central al Motoarelor Aviaționale (CIAM).

Unele tipuri de aeronave, inclusiv rachetele, erau echipate cu motoare supersonice ramjet. Cu toate acestea, în anii 50 a devenit clar că, cu numere M care depășesc 6 - 7, ramjetul este ineficient. Din nou, ca în cazul motorului turboaset, aerul frânat în fața stației compresorului a intrat prea tare. Nu avea sens să compensezi prin creșterea masei și dimensiunilor motorului ramjet. În plus, la temperaturi ridicate, moleculele produselor de ardere încep să se disocieze, absorbind energia destinată creării apăsării.

Atunci, în 1957, E. S. Shchetinkov, un cunoscut om de știință, participant la primele teste de zbor ale unui motor ramjet, a inventat un motor hipersonic. Un an mai târziu, în Occident au apărut publicații despre evoluții similare. Camera de ardere Scramjet începe aproape imediat în spatele admisiei de aer, apoi trece fără probleme într-o duză în expansiune (Fig. 2). Deși aerul este încetinit la intrarea în el, spre deosebire de motoarele anterioare, se deplasează către stația de compresie sau, mai degrabă, se grăbește cu viteză supersonică. Prin urmare, presiunea sa asupra pereților camerei și a temperaturii sunt mult mai mici decât la un motor ramjet.

Puțin mai târziu, a fost propus un motor Scramjet cu combustie externă (Fig. 3) Într-o aeronavă cu un astfel de motor, combustibilul va arde direct sub fuselaj, care va servi ca parte a CS deschis. În mod natural, presiunea în zona de combustie va fi mai mică decât într-un combustor convențional - tracțiunea motorului va scădea ușor. Însă veți obține o creștere în greutate - motorul va scăpa de peretele exterior masiv al stației de compresie și o parte a sistemului de răcire. Adevărat, un „flux direct deschis” fiabil nu a fost încă creat - ora cea mai fină va veni probabil la mijlocul secolului XXI.

Să revenim însă la motorul Scramjet, care a fost testat în ajunul iernii trecute. Acesta a fost alimentat de hidrogenul lichid depozitat într-un rezervor la o temperatură de aproximativ 20 K (- 253 ° C). Combinația supersonică a fost poate cea mai dificilă problemă. Va fi distribuit uniform hidrogenul pe secțiunea transversală a camerei? Va avea timp să se ardă complet? Cum se organizează controlul automat al combustiei? - nu puteți instala senzori în cameră, se vor topi.

Nici modelarea matematică pe computerele ultra-puternice și nici testele de banc nu au oferit răspunsuri complete la multe întrebări. Apropo, pentru a simula un flux de aer, de exemplu, la 8M, suportul necesită o presiune de sute de atmosfere și o temperatură de aproximativ 2500 K - metalul lichid într-un cuptor cu vatră deschisă este mult mai rece. La viteze și mai mari, performanțele motorului și aeronavei pot fi verificate doar în zbor.

A fost gândit mult timp atât aici cât și în străinătate. În anii 60, Statele Unite pregăteau teste ale unui motor scramjet pe un avion de rachetă X-15 de mare viteză, însă se pare că acestea nu au avut loc.

Motorul intern Scramjet experimental a fost realizat în regim dual - la o viteză de zbor care depășește 3M, a funcționat ca un "flux direct" normal, iar după 5 - 6M - ca unul hipersonic. Pentru aceasta au fost schimbate locurile de alimentare cu combustibil la stația de compresie. Racheta anti-aeriană scoasă din serviciu a devenit acceleratorul și purtătorul laboratorului de zbor hipersonic (HLL). GLL, care include sisteme de control, măsurători și comunicare cu solul, un rezervor de hidrogen și ansambluri de combustibil, au fost amplasate în compartimentele celei de-a doua etape, unde, după îndepărtarea focarului, motorul principal (LRE) cu rezervoarele sale de combustibil a rămas. Prima etapă - impulsuri de pulbere, - după ce au dispersat racheta de la început, s-au separat după câteva secunde.

Rachete antiaeriene cu scramjet la lanseta (fotografia este publicată pentru prima dată)
Rachete antiaeriene cu scramjet la lanseta (fotografia este publicată pentru prima dată)

Rachete antiaeriene cu scramjet la lanseta (fotografia este publicată pentru prima dată).

Testele de bancuri și pregătirea zborului au fost efectuate la Institutul Central al Motoarelor Aviației P. I. Baranov, în cooperare cu Forța Aeriană, biroul de proiectare a construcțiilor de mașini Fakel, care și-a transformat racheta într-un laborator de zbor, biroul de proiectare Soyuz din Tuyev și biroul de proiectare Temp din Moscova, care a fabricat motorul. și regulatorul de combustibil și alte organizații. Programul a fost supravegheat de cunoscuți specialiști în aviație R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov și V. A. Sosunov.

Pentru a susține zborul, CIAM a creat un complex mobil de alimentare cu hidrogen lichid și un sistem de alimentare cu hidrogen lichid la bord. Acum, când hidrogenul lichid este considerat unul dintre cei mai promițători combustibili, experiența manipulării acestuia, acumulată la CIAM, poate fi utilă pentru mulți.

… Racheta lansată seara târziu, era deja aproape întuneric. În câteva momente, transportatorul „conului” a dispărut în nori joși. A existat o tăcere neașteptată în comparație cu zvonul inițial. Testerii care au urmărit începutul chiar s-au gândit: totul a mers prost? Nu, aparatul a continuat pe calea sa prevăzută. În secunda 38, când viteza a atins 3,5 M, motorul a pornit, hidrogenul a început să curgă în CC.

Dar pe 62, neașteptatul s-a întâmplat cu adevărat: oprirea automată a alimentării cu combustibil a funcționat - motorul scramjet a fost oprit. Apoi, în jur de secunda 195, automat a pornit din nou și a funcționat până în 200 … A fost anterior determinat ca ultima secundă a zborului. În acest moment, racheta, aflată încă pe teritoriul site-ului de testare, s-a autodistructat.

Viteza maximă a fost de 6200 km / h (puțin peste 5,2 M). Motorul și sistemele sale au fost monitorizate de 250 de senzori de bord. Măsurătorile au fost transmise la sol prin radiotelemetrie.

Nu toate informațiile au fost procesate încă și o poveste mai detaliată despre zbor este prematură. Dar este deja clar acum că peste câteva decenii, piloții și cosmonauții vor merge pe „fluxul înainte hipersonic”.

De la redactor. Testele de zbor ale motoarelor Scramjet pe aeronave X-30 din Statele Unite și Hytex în Germania sunt planificate pentru 1995 sau pentru următorii ani. Specialiștii noștri ar putea, însă, în viitorul apropiat să testeze „fluxul direct” cu o viteză de peste 10 M pe rachete puternice, care sunt acum retrase din serviciu. Este adevărat, ele sunt dominate de o problemă nerezolvată. Nu științific sau tehnic. CIAM nu are bani. Nu sunt disponibile nici măcar pentru salariile pe jumătate ale cerințelor angajaților.

Ce urmeaza? Acum există doar patru țări din lume care au un ciclu complet de construire a motoarelor de avioane - de la cercetarea fundamentală la producția în serie. Acestea sunt SUA, Anglia, Franța și, deocamdată, Rusia. Așadar, nu vor mai exista niciunul dintre ei în viitor - trei.

Americanii investesc acum sute de milioane de dolari în programul Scramjet …

Image
Image

Figura: 1. Schema unui motor ramjet (motor ramjet): 1 - corpul central al admisiei de aer, 2 - gâtul admisiei de aer, 3 - camera de ardere (CC), 4 - duza cu secțiune critică. Săgețile albe indică livrarea de combustibil. Proiectarea admisiei de aer este astfel încât fluxul de aer care a intrat să fie inhibat și să intre în stația compresorului sub presiune ridicată. Produsele de ardere, care părăsesc camera de ardere, sunt accelerate într-o duză îngustată până la viteza sunetului. Interesant este că duza trebuie extinsă pentru a accelera și mai mult gazele. Exemplul cu un râu, când curentul se accelerează proporțional cu restrângerea malurilor, este potrivit numai pentru fluxurile subsonice.

Figura: 2. Schema unui motor ramjet hipersonic (motor scramjet): 1 - CS, 2 - duză în expansiune. CS începe nu în spatele difuzorului, ca în motorul ramjet, ci aproape imediat în spatele gâtului admisiei de aer. Amestecul combustibil-aer arde la viteză supersonică. Produsele de ardere sunt accelerate și mai mult în duza în expansiune.

Figura: 3. Schema unui motor Scramjet cu combustie externă: 1 - punct de injecție de combustibil. Combustia apare la exteriorul motorului - presiunea produselor de ardere este mai mică decât într-o cameră de combustie închisă, dar tracțiunea - forța care acționează pe pereții cadrului aerian, este mai mare decât rezistența frontală, care pune în mișcare aparatul.

Autori: Yuri SHIKHMAN, Vyacheslav SEMENOV, cercetători ai Institutului Central al Aviației

Recomandat: