Torjunta-ohjus "pinta-ilmaan" näytti hieman epätavalliselta - sen nenää pidennettiin metallikartiolla. Hän aloitti 28. marraskuuta 1991 testialueelta lähellä Baikonurin kosmodromia ja itsetuhoutuneena korkealla maanpinnan yläpuolella. Vaikka ohjus ei ampunut alas mitään ilma-alusta, laukaisukohta saavutettiin. Ensimmäistä kertaa maailmassa hypersonic ramjet -moottoria (scramjet moottori) testattiin lennon aikana.
Scramjet-moottori tai, kuten sanotaan, "yliääninen eteenvirtaus" antaa sinun lentää Moskovasta New Yorkiin 2 - 3 tunnissa, jättää siivekäs kone ilmakehästä avaruuteen. Ilma- ja avaruuslentokone ei tarvitse tehosterokotinta, kuten Zenger (katso TM, nro 1, 1991), tai kantoraketti, kuten sukkulat ja Buran (katso TM Nro 4, 1989), - lastin toimittaminen kiertoradalle maksaa melkein kymmenen kertaa halvemmalla. Lännessä tällaiset testit tehdään aikaisintaan kolme vuotta myöhemmin …
Scramjet-moottori pystyy kiihdyttämään lentokoneen 15 - 25 M: iin (M on Mach-luku, tässä tapauksessa äänen nopeus ilmassa), kun taas tehokkaimmat turbo-moottorit, jotka on varustettu nykyaikaisilla siviili- ja sotilaslentolaivoilla, ovat vain 3,5M. Se ei toimi nopeammin - ilman lämpötila, kun ilmanottovirta hidastuu, ilman lämpötila nousee niin paljon, että turbokompressoriyksikkö ei pysty puristamaan sitä ja toimittamaan sitä polttokammioon (CC). On tietenkin mahdollista vahvistaa jäähdytysjärjestelmää ja kompressoria, mutta silloin niiden mitat ja paino kasvavat niin paljon, että yliäänenopeudet ovat poissuljettua - saada pois maasta.
Ramjet-moottori toimii ilman kompressoria - kompressorin aseman edessä oleva ilma on puristettu paineen nopeuspäästään johtuen (kuva 1). Loppuosa on periaatteessa sama kuin turboreaktiolla - suuttimen läpi karkautuvat palamistuotteet kiihdyttävät laitetta.
Ranskan insinööri Rene Laurent esitti vuonna 1907 ajatuksen ramjetista, joka ei sitten ollut vielä yliääninen. Mutta he rakensivat todellisen "eteenpäin suuntautuvan virtauksen" paljon myöhemmin. Täällä johtoasemassa olivat Neuvostoliiton asiantuntijat.
Ensin, vuonna 1929, yksi N. E. Žukovskyn opiskelijoista, B. S. Stechkin (myöhemmin akateemikko), loi teorian ilma-suihkumoottorista. Ja sitten, neljä vuotta myöhemmin, suunnittelija Y. Pobedonostsevin johdolla GIRD: ssä (työryhmän työntövoimatutkimusryhmä), osastolla tehtyjen kokeilujen jälkeen ramjet lähetettiin ensin lentämään.
Moottori sijoitettiin 76 mm: n tykin rungossa ja ampui tynnyriltä yliäänenopeudella 588 m / s. Testit jatkuivat kaksi vuotta. Rakettimoottorilla varustetut ammukset kehittivät yli 2 miljoonaa - mikään muu lentokone maailmassa ei lentänyt nopeammin tuolloin. Samanaikaisesti Girdovites ehdotti, rakensi ja testasi sykkivän ramjet-moottorin mallia - sen ilmanotto avattiin ja suljettiin määräajoin, minkä seurauksena palaminen polttokammiossa pulssi. Samanlaisia moottoreita käytettiin myöhemmin Saksassa FAU-1-raketeissa.
Mainosvideo:
Neuvostoliiton suunnittelijat I. A. Merkulov loivat ensimmäiset suuret ramjet-moottorit vuonna 1939 (suboniconic -suihkumoottori) ja M. Bondaryuk vuonna 1944 (yliäänet). 40-luvulta lähtien "suoran virtauksen" käsittely aloitettiin ilmailuajoneuvojen keskusinstituutissa (CIAM).
Joissakin ilma-alustyypeissä, ohjukset mukaan lukien, oli varustettu ylääänen räjähdysmoottorilla. Takaisin 50-luvulla tuli kuitenkin selväksi, että M-lukujen ollessa yli 6 - 7, ramjetti on tehoton. Jälleen, kuten turbojetimoottorin tapauksessa, kompressoriaseman edessä jarrutettu ilma päättyi siihen liian kuumaksi. Tätä ei ollut järkevää kompensoida lisäämällä ramjet-moottorin massaa ja mittoja. Lisäksi korkeissa lämpötiloissa palamistuotteiden molekyylit alkavat dissosioitua, absorboimalla työntövoiman luomiseen tarkoitetun energian.
Juuri sitten vuonna 1957 kuuluisa tutkija E. S. Shchetinkov, joka osallistui mäntämoottorin ensimmäisiin lentokokeisiin, keksi hypersonic-moottorin. Vuotta myöhemmin ilmestyi lännessä vastaavaa kehitystä koskevia julkaisuja. Scramjet-palamiskammio alkaa melkein heti ilmanottoaukon takana, sitten se kulkee sujuvasti laajenevaan suuttimeen (kuva 2). Vaikka ilmaa hidastaa sen sisäänkäynnillä, toisin kuin aiemmissa moottoreissa, se liikkuu kompressoriasemalle, tai pikemminkin ryntää yliäänenopeudella. Siksi sen paine kammion seiniin ja lämpötila ovat paljon alhaisemmat kuin mäntämoottorissa.
Hieman myöhemmin ehdotettiin ulkoisella palamisella varustettua scramjet-moottoria (kuva 3). Ilma-aluksessa, jolla on tällainen moottori, polttoaine palaa suoraan rungon alla, joka toimii osana avointa CS: tä. Paine palamisalueella on luonnollisesti alhaisempi kuin tavanomaisessa polttimessa - moottorin työntövoima laskee hieman. Mutta saat painonnousun - moottori pääsee eroon kompressoriaseman massiivisesta ulkoseinästä ja osasta jäähdytysjärjestelmää. Totta, luotettavaa "avointa suoravirtausta" ei ole vielä luotu - sen hienoin aika tulee todennäköisesti XXI-luvun puolivälissä.
Palatkaamme kuitenkin scramjet-moottoriin, joka testattiin viime talven aattona. Sitä käytettiin nestemäisellä vedyllä, jota säilytettiin säiliössä lämpötilassa noin 20 K (- 253 ° C). Yliääninen palaminen oli ehkä vaikein ongelma. Jakaantuuko vety tasaisesti kammion poikkileikkaukselle? Onko sillä aikaa loppua loppuun? Kuinka järjestää automaattinen palamisen hallinta? - Antureita ei voi asentaa kammioon, ne sulavat.
Ei matemaattiset mallinnukset ultratehoisissa tietokoneissa eivätkä penkki-testit antaneet kattavia vastauksia moniin kysymyksiin. Muuten, ilmavirran simuloimiseksi, esimerkiksi 8 M lämpötilassa, jalusta vaatii satojen ilmakehän paineen ja lämpötilan noin 2500 K - nestemäinen metalli kuumassa avoimessa tulisijauunissa on paljon "viileämpi". Vielä suuremmilla nopeuksilla moottorin ja lentokoneen suorituskyky voidaan varmistaa vain lennon aikana.
Sen ajateltiin pitkään sekä täällä että ulkomailla. 60-luvulla Yhdysvallat oli valmistelemassa scramjet-moottorin testejä nopeaan X-15-rakettikoneeseen, mutta ilmeisesti niitä ei toteutettu.
Kotimaisesta kokeellisesta scramjet-moottorista tehtiin kaksimuotoinen - yli 3M lennon nopeudella se toimi normaalina "suorana virtauksena" ja 5 - 6M jälkeen - yliääninä. Tätä varten kompressoriaseman polttoaineen syöttöpaikat muutettiin. Palvelusta poistettavasta ilma-aluksen ohjuksesta tuli moottorin kiihdytin ja hypersonic-lentävän laboratorion (HLL) kantaja. GLL, mukaan lukien ohjausjärjestelmät, mittaus ja kommunikaatio maan kanssa, vetysäiliö ja polttoaineyksiköt, telakoitiin toisen vaiheen osastoihin, joissa päämiehen poistamisen jälkeen päämoottori (LRE) ja sen polttoainesäiliöt pysyivät. Ensimmäinen vaihe - jauhevahvistimet, - levittäen raketin alusta alkaen, erotettiin muutaman sekunnin kuluttua.
Ilma-aluksen ohjukset, joissa on scramjet laukaisupaneelilla (valokuva julkaistaan ensimmäistä kertaa).
Penkkikokeet ja lentovalmistelut tehtiin PI Baranovin ilmailuajoneuvojen keskusinstituutissa yhdessä ilmavoimien, Fakelin koneenrakennuksen suunnittelutoimiston kanssa, joka muutti rakettinsa lentäväksi laboratorioksi, Soyuzin suunnittelutoimiston Tuyevissa ja Tempin suunnittelutoimiston Moskovassa, joka valmisti moottorin. ja polttoaineen sääntelijä ja muut organisaatiot. Ohjelmaa valvoivat tunnetut ilmailun asiantuntijat R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov ja V. A. Sosunov.
Lennon tukemiseksi CIAM loi siirrettävän nestemäisen vedyn tankkauskompleksin ja koneessa olevan nestemäisen vedyn syöttöjärjestelmän. Nyt, kun nestemäistä vetyä pidetään yhtenä lupaavimmista polttoaineista, CIAM: ssa kertynyt sen käsittelykokemus voi olla hyödyllinen monille.
… Rakettin laukaisu myöhään illalla, se oli jo melkein pimeä. Muutamassa hetkessä "kartion" kantaja katosi alhaisiin pilviin. Oli hiljaisuus, joka oli odottamaton verrattuna alkuperäiseen ryminään. Aloitusta seuranneet testaajat jopa ajattelivat: menikö kaikki todella pieleen? Ei, laite jatkoi suunnitellulla tiellä. 38 sekunnissa, kun nopeus saavutti 3,5 M, moottori käynnistyi, vety alkoi virtata CC: hen.
Mutta 62. päivänä odottamaton todella tapahtui: polttoaineen automaattinen sammutus toimi - scramjet-moottori sammui. Sitten, noin 195. sekunnissa, se käynnistyi automaattisesti uudelleen ja toimi 200: seen saakka … Se määritettiin aiemmin lennon viimeiseksi sekunniksi. Tällä hetkellä raketti, vaikka se oli edelleen testialueen yli, tuhoutui itse.
Suurin nopeus oli 6200 km / h (hieman yli 5,2M). Moottoria ja sen järjestelmiä tarkkailtiin 250 laivalla varustetun anturin avulla. Mittaukset siirrettiin maahan radiotelemetrisesti.
Kaikkia tietoja ei ole vielä käsitelty, ja tarkempi tarina lennosta on ennenaikainen. Mutta on jo nyt selvää, että muutaman vuosikymmenen aikana lentäjät ja kosmonautit ajavat "yliäänen eteenpäin virtauksen".
Toimittajalta. Scramjet-moottorien lentotestit X-30-koneilla Yhdysvalloissa ja Hytexillä Saksassa on suunniteltu vuodelle 1995 tai lähivuosina. Asiantuntijamme voivat kuitenkin lähitulevaisuudessa testata "suoran virtauksen" yli 10 miljoonan nopeudella voimakkaista ohjuksilla, jotka on nyt poistettu käytöstä. Totta, heitä hallitsee ratkaisematon ongelma. Ei tieteellinen tai tekninen. CIAM: lla ei ole rahaa. Niitä ei ole edes käytettävissä työntekijöiden puoliksi kerjättäviltä palkoilta.
Mitä seuraavaksi? Nyt maailmassa on vain neljä maata, joiden lentokoneiden moottorien valmistus on täydellinen - perustutkimuksesta sarjatuotantoon. Nämä ovat Yhdysvallat, Englanti, Ranska ja toistaiseksi Venäjä. Joten heitä ei tulevaisuudessa enää olisi - kolme.
Amerikkalaiset sijoittavat nyt satoja miljoonia dollareita scramjet-ohjelmaan …
Kuvio: 1. Kaavio ramjet-moottorista (ramjet-moottori): 1 - ilmanottoaukon keskiosa, 2 - ilmanottoaukon kurkku, 3 - palamiskammio (CC), 4 - suutin, jossa on kriittinen osa. Valkoiset nuolet ilmaisevat polttoaineen toimituksen. Ilmanotto on suunniteltu sellaiseksi, että siihen kulkeva ilmavirta on estetty ja tulee kompressorin asemaan korkeassa paineessa. Palamistuotteet, jotka poistuvat palotilasta, kiihdytetään kapenevassa suuttimessa äänen nopeuteen. Mielenkiintoista on, että suutinta on laajennettava kaasujen kiihdyttämiseksi edelleen. Esimerkki joesta, kun virta kiihtyy verrannollisesti rantojen supistumiseen, sopii vain äänivirtauksiin.
Kuvio: 2. Kaavio hypersonic ramjet-moottorista (scramjet moottori): 1 - CS, 2 - laajeneva suutin. CS ei ala diffuusorin takana, kuten ramjet-moottorissa, vaan melkein heti ilmanottoaukon kurkun taakse. Polttoaine-ilma-seos palaa yliäänen nopeudella. Palamistuotteet kiihtyvät vielä enemmän laajentuvassa suuttimessa.
Kuvio: 3. Kaavio kaaviosta ulkoisella palamisella varustetusta scramjet-moottorista: 1 - polttoaineen ruiskutuskohta. Palaminen tapahtuu moottorin ulkopinnalla - palamistuotteiden paine on pienempi kuin suljetussa palamiskammiossa, mutta työntövoima - korin seinämiin vaikuttava voima on suurempi kuin etukestävyys, joka asettaa laitteen liikkeelle.
Tekijät: Juri SHIKHMAN, Vjatseslav SEMENOV, ilmailuajoneuvojen keskusinstituutin tutkijat