A „felszíntől levegőig” harci rakéta kissé szokatlannak tűnt - orrát fémkúp meghosszabbította. 1991. november 28-án elindult egy, a Baikonur kozmodrom melletti teszthelyről, és maga a föld fölött önpusztult. Noha a rakéta egyetlen légi tárgyat sem lőtt le, a rakétát sikerült elérni. A világon először egy hiperszonikus ramjet motort (scramjet motor) teszteltek repülés közben.
A scramjet motor vagy, amint mondják, a "hiperszonikus előremenő áramlás" lehetővé teszi, hogy 2-3 óra alatt repüljön Moszkvából New Yorkba, és hagyja el a szárnyas gépet a légkörből az űrbe. A repüléshez használt repülőgépnek nincs szüksége emlékeztető repülőgépre, mint a Zenger esetében (lásd TM, 1. szám, 1991), vagy indító járműre, mint a ingajárat és a Buran esetében (lásd TM No. 4, 1989), - a rakomány pályára kerülése csaknem tízszer olcsóbb lesz. Nyugaton az ilyen tesztekre legkorábban három évvel később kerül sor …
A scramjet motor képes felgyorsítani a repülőgépet 15-25 M-ig (M a Mach szám, ebben az esetben a hangsebesség a levegőben), míg a legerősebb turbó motorok, amelyeket modern polgári és katonai szárnyas repülőgépekkel felszereltek, csak 3,5M-ig terjednek. Nem működik gyorsabban - amikor a levegőbeáramlás áramlása lelassul, a levegő hőmérséklete annyira megemelkedik, hogy a turbokompresszor nem tudja összenyomni és betáplálni az égéskamrába (CC). Természetesen meg lehet erősíteni a hűtőrendszert és a kompresszort, de ezek mérete és súlya annyira növekszik, hogy a hiperszonikus sebességek nem számítanak - leszállni a földre.
A ramjet motor kompresszor nélkül működik - a kompresszor állomás előtti levegő sebességfejének köszönhetően összenyomódik (1. ábra). A többi elvben megegyezik a turbófúvókával - a fúvókán keresztül kiszabaduló égéstermékek felgyorsítják a készüléket.
A ramjet, akkor még nem hipertóniás elképzelését Rene Laurent francia mérnök 1907-ben terjesztette elő. De sokkal később építtek egy valódi "előremenő áramlást". Itt a szovjet szakemberek vezettek.
Először, 1929-ben, N. E. Zhukovsky egyik hallgatója, B. S. Stechkin (később akadémikus) elkészítette a levegősugaras motor elméletét. Aztán, négy évvel később, Y. Pobedonostsev tervező vezetésével a GIRD-ben (Jet Propulsion Study Group), az állványon végzett kísérletek után először repültek a ramjet.
A motort egy 76 mm-es ágyú héjában helyezték el és 588 m / s szuperszonikus sebességgel lőtték ki a hordóból. A teszteket két évig folytatták. A ramjet motorral felszerelt lövedékek több mint 2M-et fejlesztettek ki - a világon egyetlen más repülőgép sem repült gyorsabban abban az időben. Ugyanakkor a Girdoviták egy pulzáló ramjet motor modelljét javasolták, készítették és tesztelték - annak légszívása periodikusan kinyílt és zárt, amelynek eredményeként az égés a tüzelőkamrában megindult. Később hasonló motorokat használtak Németországban a FAU-1 rakétákon.
Promóciós videó:
Az első nagy ramjet motorokat ismét a szovjet tervezők I. A. Merkulov 1939-ben (szubszonikus ramjet motorok) és M. M. Bondaryuk 1944-ben (szuperszonikus) készítették. A 40-es évek óta a „Közvetlen áramlással” kapcsolatos munka megkezdődött a Repülési Motorok Központi Intézetében (CIAM).
Bizonyos típusú légi járműveket, beleértve a rakétákat, szuperszonikus nyomatékmotorokkal szerelték fel. Azonban az 50-es években világossá vált, hogy ha az M szám meghaladja a 6–7-et, a nyomaték hatástalan. A kompresszor állomás előtt fékezett levegő ugyanúgy, mint a turbóhajtású motor esetében, túl meleg lett. Nem volt értelme ezt kompenzálni a ramjet motor tömegének és méretének növelésével. Ezenkívül, magas hőmérsékleten, az égéstermékek molekulái elkezdenek disszociálni, és felszívják az erőt létrehozó energiát.
Ezután 1957-ben Shchetinkov, a híres tudós, a ramjet motor első repülési tesztjeiben részt vevő személy, felfedezte a hiperszonikus motort. Egy évvel később nyugaton jelentek meg hasonló fejleményekről szóló publikációk. A scramjet égési kamra szinte azonnal a légbevezetés mögött kezdődik, majd simán átjut egy bővülő fúvókába (2. ábra). Noha a levegő a bejáratánál lelassul, a korábbi motorokkal ellentétben, a kompresszorállomás felé mozog, vagy inkább szuperszonikus sebességgel rohan. Ezért a kamra falaira gyakorolt nyomása és hőmérséklete sokkal alacsonyabb, mint egy ramjet motornál.
Kicsit később egy külső égésű scramjet motort javasoltak (3. ábra). Egy ilyen motorral rendelkező repülőgépben az üzemanyag közvetlenül a törzs alatt fog égni, amely a nyitott CS része lesz. Természetesen az égési zónában a nyomás alacsonyabb lesz, mint egy hagyományos égésterméknél - a motor tolóerője kissé csökken. De súlygyarapodást érhet el - a motor megszabadul a kompresszorállomás hatalmas külső falától és a hűtőrendszer egy részétől. Igaz, hogy még nem jött létre megbízható "nyílt közvetlen áramlás" - a legszebb órája valószínűleg a XXI. Század közepén jön.
Térjünk vissza a scramjet motorhoz, amelyet a tavaly tél előestéjén teszteltünk. Folyékony hidrogénnel táplálták el, amelyet tartályban tároltak körülbelül 20 K (- 253 ° C) hőmérsékleten. A szuperszonikus égés volt talán a legnehezebb probléma. A hidrogén egyenletesen oszlik el a kamra keresztmetszetében? Van ideje teljesen kiégni? Hogyan szervezzük meg az automatikus égésvezérlést? - nem telepíthet érzékelőket a kamrába, ezek megolvadnak.
Sem a matematikai modellezés az ultra nagy teljesítményű számítógépeken, sem a teszt nem adott átfogó választ sok kérdésre. Mellesleg, például a 8M-os levegőáramlás szimulálásához az állvány több száz atmoszféra nyomást és körülbelül 2500 K hőmérsékletet igényel - a forró nyitott kandallós kemencében a folyékony fém sokkal hidegebb. Még nagyobb sebességnél a motor és a repülőgép teljesítménye csak repülés közben ellenőrizhető.
Régóta gondolkodtak itt és külföldön egyaránt. A 60-as években az Egyesült Államok nagy sebességű X-15 rakéta repülőgépeken készített scramjet motor tesztelését, de nyilvánvalóan nem ezekre került sor.
A háztartási kísérleti scramjet motort kettős üzemmódban állítottuk elő - 3M-ot meghaladó repülési sebességgel, normál "közvetlen áramlásként", 5 - 6M után pedig hiperszonikus motorként működött. Ennek érdekében megváltoztak a kompresszorállomás üzemanyag-ellátásának helyei. A szolgálatból eltávolított légijármű-rakéta a hiperszonikus repülő laboratórium (HLL) motorgyorsítójává és hordozójává vált. A GLL-t, beleértve a vezérlőrendszereket, a mérést és a talajjal való kommunikációt, egy hidrogéntartályt és az üzemanyag-egységeket, a második szakasz rekeszeihez dokkolták, ahol a lőfeje eltávolítása után a fő motor (LRE) és üzemanyagtartályai maradtak. Az első szakasz - porfokozók -, a rakéta elejétől kezdve szétszórva, néhány másodperc múlva elválasztva.
Légijármű-rakéta scramjet-rel a rakétán (a fotót először teszik közzé).
A próbatesteket és a repülésre való felkészülést a P. I. Baranov Repülőgépmotorok Központi Intézetében végezték, a légierővel, a Fakel gépgyártó tervezőirodájával együttműködve, amely rakéta repülő laboratóriummá változott, a Soyuz tervezőirodával Tuyevben és a templomi tervezőirodával Moszkvában, amely a motort gyártotta. valamint az üzemanyag-szabályozó és más szervezetek. A programot R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov és Sosunov V. An ismert repülési szakemberek felügyelték.
A repülés támogatása érdekében a CIAM létrehozott egy mobil folyékony hidrogén utántöltő komplexet és egy fedélzeti folyékony hidrogénellátó rendszert. Most, amikor a folyékony hidrogént az egyik legígéretesebb üzemanyagnak tekintik, a CIAM-ban felhalmozott kezelési tapasztalatok sokak számára hasznosak lehetnek.
… A rakéta késő este indult, már majdnem sötét volt. Néhány pillanat alatt a "kúp" hordozója eltűnt az alacsony felhőkben. Volt egy csend, amely váratlan volt a kezdeti zúgáshoz képest. A rajtot figyelõ tesztelõk még azt is gondolták: vajon minden rosszul van-e? Nem, a készülék folytatta a tervezett úton. A 38. másodpercnél, amikor a sebesség elérte a 3,5 M-ot, elindult a motor, a hidrogén kezdett áramolni a CC-be.
De a 62. napon valóban nem történt váratlan helyzet: az üzemanyag-ellátás automatikus leállt - a scramjet motor leállt. Aztán, körülbelül a 195. másodpercnél, automatikusan újraindult, és a 200-ig működött. Korábban a repülés utolsó másodpercévé vált. Ebben a pillanatban a rakéta, bár még mindig a teszt helyén fekszik, önpusztult.
A maximális sebesség 6200 km / h volt (alig több mint 5,2M). A motort és rendszerét 250 fedélzeti érzékelő figyelte. A méréseket rádiótelemetriai úton továbbítottuk a földre.
Még nem minden információ került feldolgozásra, és a járat részletesebb története korai. De már most egyértelmű, hogy néhány évtized alatt a pilóták és a kozmetikusok a "hiperszonikus előremenő" irányba haladnak.
A szerkesztőtől. A scramjet motorok repülési tesztelését az Egyesült Államokban az X-30 repülőgépeknél és a németországi Hytexnél 1995-re vagy a következő évekre tervezik. Szakembereink azonban a közeljövőben kipróbálhatják a "közvetlen áramlást" több mint 10 millió sebességgel erőteljes rakétáknál, amelyeket most már kivonnak a szolgálatból. Igaz, hogy egy megoldatlan probléma uralja őket. Nem tudományos vagy műszaki. A CIAM-nak nincs pénze. Még a munkavállalók félig koldus fizetésére sem állnak rendelkezésre.
Mi a következő lépés? Most a világon csak négy országban van teljes repülőgép-hajtómű-ciklus - az alapkutatástól a sorozatgyártásig. Ezek az Egyesült Államok, Anglia, Franciaország és egyelőre Oroszország. Tehát a jövőben nem lesz többük - három.
Az amerikaiak több száz millió dollárt fektetnek a scramjet programba …
Ábra: 1. A nyomatékos motor (ramjet) sematikus rajza: 1 - a levegő szívócső központi teste, 2 - a levegő szívócsatorna tornya, 3 - az égési kamra (CC), 4 - kritikus szakaszú fúvóka. Fehér nyilak jelzik az üzemanyag szállítását. A levegő beszívása úgy van kialakítva, hogy a belépő légáram gátolódik, és nagy nyomás alatt lép be a kompresszor állomásba. Az égéstermékeket, elhagyva az égési kamrát, egy szűkített fúvókában gyorsítják fel a hang sebességéig. Érdekes módon a fúvókát ki kell bővíteni a gázok további felgyorsítása érdekében. A folyóval kapcsolatos példa, amikor az áram a bankok szűkítésével arányosan gyorsul, csak a szubszonikus áramlásokra alkalmas.
Ábra: 2. A hiperszonikus ramjet motor (scramjet motor) vázlatos rajza: 1 - CS, 2 - expanziós fúvóka. A CS nem a diffúzor mögött kezdődik, mint a ramjet motorban, hanem szinte közvetlenül a légbeszívó torkának mögött. Az üzemanyag-levegő keverék szuperszonikus sebességgel ég. Az égéstermékeket a táguló fúvóka még gyorsabbá teszi.
Ábra: 3. A scramjet motor vázlata külső égéssel: 1 - üzemanyag-befecskendezési pont. Az égés a motor külső részén fordul elő - az égéstermékek nyomása kisebb, mint egy zárt égéskamrában, de a tolóerő - a repülőgép falára ható erő nagyobb, mint az elülső ellenállás, amely a készüléket mozgásba helyezi.
Szerzők: Jurij SHIKHMAN, Vjačeslav SEMENOV, a Repülési Motorok Központi Intézetének kutatói