Scramjet технологиясы - гиперсоникалық қозғалтқыш қалай жасалған

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

«Жер-әуе» жауынгерлік зымырандары біршама ерекше көрінді - оның мұрны металл конуспен ұзартылған. 1991 жылы 28 қарашада «Байқоңыр» ғарыш айлағы маңындағы полигоннан ұшып, жер үстінде өздігінен жойылды. Зымыран ешқандай әуе нысанын түсірмегенімен, ұшыру мақсатына қол жеткізілді. Дүние жүзінде бірінші рет гиперсоникалық рамжет қозғалтқышы (скрамжет қозғалтқышы) ұшу кезінде сынақтан өтті.

Скрамжет қозғалтқышы немесе олар айтқандай, «гиперсоникалық тікелей ағын» Мәскеуден Нью-Йоркке 2-3 сағатта ұшуға мүмкіндік береді, қанатты машинаны атмосферадан ғарышқа қалдырады. Аэроғарыш ұшағына Зенгер (ТМ, № 1, 1991 ж. қараңыз) сияқты күшейткіш ұшақ немесе шаттлдар мен Буран (ТМ № 4, 1989 ж. қараңыз) сияқты зымыран тасығыш қажет емес - жүкті орбитаға жеткізу он есеге жуық арзанға түседі. Батыста мұндай сынақтар үш жылдан ерте емес болады …

Скрамжеттік қозғалтқыш ұшақтың жылдамдығын 15 - 25 М (М - Мах саны, бұл жағдайда ауадағы дыбыс жылдамдығы), ал қазіргі заманғы азаматтық және әскери қанатты ұшақтармен жабдықталған ең қуатты турбореактивті қозғалтқыштар қабілетті., тек 3,5М дейін. Ол тезірек жұмыс істемейді - ауа температурасы, ауа сорғышындағы ағын баяулағанда, турбокомпрессорлық қондырғы оны қысып, жану камерасына (СК) жеткізе алмайтындай жоғарылайды. Әрине, салқындату жүйесі мен компрессорды күшейтуге болады, бірақ содан кейін олардың өлшемдері мен салмағы соншалықты артады, сондықтан гиперсоникалық жылдамдықтар туралы сөз болмайды - жерден шығу.

Раджет қозғалтқышы компрессорсыз жұмыс істейді - компрессорлық станцияның алдындағы ауа оның жоғары жылдамдықтағы қысымына байланысты қысылады (1-сурет). Қалғандары, негізінен, турбореактивті ұшақпен бірдей - жану өнімдері саптама арқылы шығып, аппаратты жеделдетеді.

Раджет қозғалтқышының идеясын, ол кезде әлі гипер дыбысты емес, 1907 жылы француз инженері Рене Лоран ұсынған. Бірақ олар нағыз «алға ағынды» әлдеқайда кейінірек құрды. Мұнда кеңес мамандары алдыңғы қатарда болды.

Алдымен 1929 жылы Н. Е. Жуковскийдің шәкірттерінің бірі Б. С. Стечкин (кейіннен академик) әуе реактивті қозғалтқышының теориясын жасады. Содан кейін төрт жылдан кейін конструктор Ю. А. Победоноцевтің жетекшілігімен GIRD (Реактивті қозғалысты зерттеу тобы) стендтегі эксперименттерден кейін рамжет алғаш рет ұшуға жіберілді.

Қозғалтқыш 76 мм зеңбіректің қабығына орналастырылды және 588 м / с дыбыс жылдамдығымен оқпаннан атылды. Сынақтар екі жылға созылды. Раджет қозғалтқышы бар снарядтар 2М-ден астам дамыды - ол кезде әлемде бірде-бір құрылғы жылдам ұшпаған. Сонымен қатар, гирдовиттер пульсирленген рамжет қозғалтқышының үлгісін ұсынды, құрастырды және сынады - оның ауа сорғышы мезгіл-мезгіл ашылып жабылады, нәтижесінде жану камерасындағы жану импульсті болды. Ұқсас қозғалтқыштар кейінірек Германияда FAU-1 зымырандарында қолданылды.

Алғашқы үлкен ramjet қозғалтқыштарын 1939 жылы кеңес конструкторлары И. А. Меркулов (субсоникалық рамжет қозғалтқышы) және 1944 жылы М. М. Бондарюк (дыбыстықтан жоғары) жасады. 40-шы жылдардан бастап Орталық авиациялық моторлар институтында (CIAM) «тікелей ағын» жұмысы басталды.

Әуе кемелерінің кейбір түрлері, соның ішінде зымырандар, дыбыстан жылдам рамжеттік қозғалтқыштармен жабдықталған. Алайда, 50-ші жылдары M саны 6-7-ден асатын болса, ramjet тиімсіз екені белгілі болды. Тағы да, турбореактивті қозғалтқыштағыдай компрессорлық станцияның алдында тежелген ауа оған тым қызып кетті. Раджет қозғалтқышының массасы мен өлшемдерін ұлғайту арқылы мұны өтеудің мағынасы болмады. Сонымен қатар, жоғары температурада жану өнімдерінің молекулалары ыдырай бастайды, күш салуға арналған энергияны сіңіреді.

Дәл сол кезде 1957 жылы атақты ғалым, рамжеттік қозғалтқыштың алғашқы ұшу сынақтарының қатысушысы Е. С. Щетинков гипер дыбыстық қозғалтқышты ойлап тапты. Бір жылдан кейін Батыста осындай оқиғалар туралы басылымдар пайда болды. Скрамжеттік жану камерасы ауа сорғыштың артында бірден басталады, содан кейін ол кеңейетін саптамаға тегіс өтеді (Cурет 2). Оған кіре берісте ауа баяулағанымен, бұрынғы қозғалтқыштардан айырмашылығы, ол компрессорлық станцияға ауысады, дәлірек айтсақ, дыбыстан жоғары жылдамдықпен асығады. Сондықтан оның камера қабырғаларына қысымы және температурасы рамжеттік қозғалтқышқа қарағанда әлдеқайда төмен.

Біраз уақыттан кейін сыртқы жануы бар скрамжеттік қозғалтқыш ұсынылды (3-сурет) Мұндай қозғалтқышы бар ұшақта жанармай тікелей фюзеляждың астында жанады, ол ашық компрессорлық станцияның бөлігі ретінде қызмет етеді. Әрине, жану аймағындағы қысым кәдімгі жану камерасына қарағанда аз болады - қозғалтқыштың күші аздап төмендейді. Бірақ салмақтың артуы болады - қозғалтқыш компрессорлық станцияның үлкен сыртқы қабырғасынан және салқындату жүйесінің бөлігінен құтылады. Рас, сенімді «ашық тікелей ағын» әлі құрылмаған – оның ең тамаша сағаты ХХІ ғасырдың ортасында келетін шығар.

Дегенмен, өткен қыстың қарсаңында сынақтан өткен скрамжет қозғалтқышына оралайық. Ол шамамен 20 К (- 253 ° C) температурада резервуарда сақталған сұйық сутегімен құйылды. Дыбыстан жылдам жану ең қиын мәселе болды. Сутегі камераның қимасы бойынша біркелкі таралады ма? Оның толығымен жанып кетуіне уақыт бола ма? Автоматты жануды басқаруды қалай ұйымдастыруға болады? - камераға сенсорларды орнатуға болмайды, олар еріп кетеді.

Өте қуатты компьютерлерде математикалық модельдеу де, стендтік тесттер де көптеген сұрақтарға жан-жақты жауап бере алмады. Айтпақшы, ауа ағынын модельдеу үшін, мысалы, 8М-де, стендте жүздеген атмосфералық қысым және шамамен 2500 К температура қажет - ыстық мартен пешіндегі сұйық метал әлдеқайда «салқын». Одан да жоғары жылдамдықта қозғалтқыш пен ұшақтың өнімділігін тек ұшу кезінде тексеруге болады.

Бұл біздің елде де, шетелде де ұзақ уақыт бойы ойластырылған. 60-шы жылдары Америка Құрама Штаттары жоғары жылдамдықты X-15 зымыран ұшағында скрамджет қозғалтқышының сынақтарын дайындады, бірақ олар ешқашан болған емес.

Отандық тәжірибелік скрамжеттік қозғалтқыш қос режимде жасалды - 3М-ден асатын ұшу жылдамдығында ол кәдімгі «тікелей ағын» ретінде жұмыс істеді, ал 5-6М-ден кейін - гиперсоникалық ретінде. Ол үшін компрессорлық станцияға отын беретін орындар өзгертілді. Қызметтен алынып жатқан зениттік зымырандар қозғалтқыш үдеткіші және гиперсоникалық ұшатын зертхананың (HLL) тасымалдаушысы болды. Басқару жүйелерін, өлшеулерді және жермен байланысын, сутегі цистернасын және отын қондырғыларын қамтитын GLL екінші кезеңнің бөлімдеріне қондырылды, онда оқтұмсық шығарылғаннан кейін негізгі қозғалтқыш (LRE) оның отыны бар танктер қалды. Бірінші кезең – ұнтақты күшейткіштер – зымыранды басынан бастап таратып, бірнеше секундтан кейін бөлініп шықты.

Стендтік сынақтар мен ұшуға дайындық П. И. Баранов атындағы Орталық авиациялық мотор институтында Әскери-әуе күштерімен, зымыран ұшатын зертханаға айналдырған «Факел» машина жасау конструкторлық бюросымен, Туевтегі «Союз» конструкторлық бюросында және қозғалтқышты және отын реттегішін шығарған Мәскеудегі Темп конструкторлық бюросы және басқа да ұйымдар. Бағдарламаға жетекшілік еткен белгілі авиация мамандары Р. И. Курзинер, Д. А. Огородников және В. А. Сосунов.

Ұшуды қолдау үшін CIAM мобильді сұйық сутегі жанармай құю кешенін және борттық сұйық сутегі беру жүйесін жасады. Енді сұйық сутегі ең перспективалы отындардың бірі ретінде қарастырылған кезде, CIAM-да жинақталған оны өңдеу тәжірибесі көптеген адамдар үшін пайдалы болуы мүмкін.

…Зымыран кешкі уақытта ұшырылды, қараңғы түсіп қалған еді. Біраз уақыттан кейін «конус» тасымалдаушы аласа бұлттарға сіңіп жоғалып кетті. Бастапқы шумен салыстырғанда күтпеген тыныштық орнады. Басталуын бақылаған тестерлер тіпті ойлады: бәрі шынымен дұрыс болмады ма? Жоқ, аппарат өз жолын жалғастырды. 38 секундта, жылдамдық 3,5 М-ге жеткенде, қозғалтқыш іске қосылды, сутегі КҚ-ға ағып кете бастады.

Бірақ 62-де күтпеген жағдай болды: жанармай беруді автоматты түрде өшіру іске қосылды - скрамжет қозғалтқышы өшіп қалды. Содан кейін шамамен 195 секундта ол автоматты түрде қайта іске қосылды және 200-ге дейін жұмыс істеді … Бұрын бұл ұшудың соңғы секунды ретінде анықталған. Осы сәтте зымыран полигон аумағында әлі де өзін-өзі жойып жіберді.

Максималды жылдамдығы 6200 км/сағ болды (5,2М-ден сәл артық). Қозғалтқыштың және оның жүйелерінің жұмысы 250 борттық сенсор арқылы бақыланды. Өлшемдер радиотелеметрия арқылы жерге жіберілді.

Барлық ақпарат әлі өңделген жоқ және ұшу туралы толығырақ әңгіме ерте. Бірақ бірнеше онжылдықтарда ұшқыштар мен ғарышкерлер «гиперсоникалық алға ағынмен» аттанатыны қазірдің өзінде белгілі болды.

Редактордан. АҚШ-тағы X-30 ұшақтарында және Германиядағы Hytex ұшақтарында скрамжеттік қозғалтқыштардың ұшу сынақтары 1995 жылға немесе алдағы бірнеше жылға жоспарланған. Біздің мамандар жақын арада «тікелей ағынды» 10М-ден асатын жылдамдықпен қазір қызметтен шығарылып жатқан қуатты зымырандарда сынай алады. Рас, оларда шешімін таппаған мәселе басым. Ғылыми немесе техникалық емес. CIAM-да ақша жоқ. Олар тіпті қызметкерлердің жартылай қайыршы жалақысына да жетпейді.

Ары қарай не? Қазір әлемде іргелі зерттеулерден бастап сериялық өнімдерді шығаруға дейінгі ұшақ қозғалтқыштарын жасаудың толық циклі бар төрт ел ғана бар. Бұл АҚШ, Англия, Франция және әзірге Ресей. Сондықтан болашақта олардан артық болмайды - үшеу.

Америкалықтар қазір скрамжет бағдарламасына жүздеген миллион доллар инвестициялауда …