Scramjet технологиясы - гиперсоникалык кыймылдаткыч кантип түзүлгөн

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

Согуштук ракета "жерден абага" бир аз адаттан тыш көрүнгөн - анын мурду металл конус менен узартылган. 1991-жылы 28-ноябрда Байконур космодромунун жанындагы полигондон учуп, жерден бийикте өзүн-өзү кыйраткан. Ракета эч кандай аба объектисин атып түшүрбөсө да, учуруу максатына жетишилди. Дуйнодо биринчи жолу гиперсоникалык ramjet кыймылдаткычы (скрамжет мотору) учуу учурунда сыналган.

Скрамжеттик кыймылдаткыч же алар айткандай, «гиперсоникалык түз агым» Москвадан Нью-Йоркко 2-3 саатта учууга, канаттуу машинаны атмосферадан космоско калтырууга мүмкүндүк берет. Аэрокосмостук учакка Зенгер (ТМ, № 1, 1991) сыяктуу жүк ташуучу учак, же шаттлдар жана Буран (ТМ № 4, 1989) үчүн ракеталык аппарат керек эмес - орбитага жүк жеткирүү дээрлик он эсе арзан болот. Батышта мындай сыноолор үч жылдан кийин болот …

Скрамжеттик кыймылдаткыч учакты 15 - 25 М (М - Мах саны, бул учурда абадагы үн ылдамдыгы) ылдамдатууга жөндөмдүү, ал эми заманбап жарандык жана аскердик канаттуу учактар менен жабдылган эң күчтүү турбореактивдүү кыймылдаткычтар., 3,5 миллионго чейин гана. Ал тезирээк иштебейт - абанын агымы басаңдаганда абанын температурасы ушунчалык көтөрүлүп, турбокомпрессордук блок аны кысып, күйүү камерасына (CC) бере албайт. Албетте, муздатуу системасын жана компрессорду бекемдөөгө болот, бирок андан кийин алардын өлчөмдөрү жана салмагы ушунчалык көбөйүп, гиперүн ылдамдыгы сөз болбой калат - жерден чыгуу.

Раджет кыймылдаткычы компрессорсуз иштейт - компрессордук станциянын алдындагы аба анын жогорку ылдамдыктагы басымынан улам кысылган (1-сүрөт). Калгандары, негизинен, турбореактивдүү учактардагыдай эле - түтүк аркылуу чыгып кеткен күйүү продуктулары аппаратты тездетет.

Рамжеттик кыймылдаткычтын идеясы, ал кездеги гипер үндүү эмес, француз инженери Рене Лоран тарабынан 1907-жылы коюлган. Бирок алар чыныгы «алдыга агымды» бир топ кечирээк курушту. Бул жерде советтик адистер алдыда болушту.

Биринчиден, 1929-жылы Н. Е. Жуковскийдин окуучуларынын бири Б. С. Стечкин (кийин академик) аба реактивдүү кыймылдаткычтын теориясын түзгөн. Анан төрт жылдан кийин конструктор Ю. А. Победоносцевдин жетекчилиги астында GIRDде (Реактивдүү кыймылды изилдөө тобу) стенддеги эксперименттерден кийин рамжет биринчи жолу учуу үчүн жөнөтүлгөн.

Мотор 76 мм замбиректин кабыгында жайгаштырылган жана 588 м / с ылдамдыкта баррельден атылган. Сыноолор эки жылга созулду. Ramjet кыймылдаткычы менен снаряддар 2M ашык иштелип чыккан - ал убакта дүйнөдө бир дагы аппарат тез учкан эмес. Ошол эле учурда Гирдовиттер пульсациялоочу рамжеттик кыймылдаткычтын моделин сунуш кылышкан, курушкан жана сынашкан - анын аба соргучтары мезгил-мезгили менен ачылып, жабылып турган, анын натыйжасында күйүү камерасында күйүү импульс болуп турган. Ушундай эле кыймылдаткычтар кийинчерээк Германияда FAU-1 ракеталарында колдонулган.

Биринчи чоң ramjet кыймылдаткычтары кайрадан советтик конструкторлор И. А. Меркулов тарабынан 1939-жылы (субсоникалык ramjet кыймылдаткычы) жана М. М. Бондарюк тарабынан 1944-жылы (суперсоникалык) түзүлгөн. 40-жылдардан тарта Борбордук авиациялык мотор институтунда (CIAM) "түз агым" боюнча иш башталган.

Самолёттордун кээ бир турлеру, анын ичинде ракеталар да унден ылдам учуучу рамжеттик кыймылдаткычтар менен жабдылган. Бирок, 50-жылдары M саны 6 - 7ден ашса, ramjet натыйжасыз экени айкын болду. Кайрадан турбореактивдүү кыймылдаткычтагыдай эле компрессордук станциянын алдында тормоздолгон аба ага өтө ысык кирип кеткен. Бул ramjet кыймылдаткычынын массасын жана өлчөмдөрүн көбөйтүү менен ордун толтуруу үчүн мааниси жок болчу. Мындан тышкары, жогорку температурада, күйүү продуктуларынын молекулалары күч түзүүгө арналган энергияны сиңирип, диссоциациялана баштайт.

Дал ошондо 1957-жылы атактуу окумуштуу, ramjet кыймылдаткычынын биринчи учуу сыноолорунун катышуучусу Е. С. Щетинков гипер үн кыймылдаткычын ойлоп тапкан. Бир жылдан кийин Батышта ушул сыяктуу окуялар тууралуу басылмалар пайда болду. Скрамжеттин күйүүчү камерасы дээрлик дароо аба соргучтун артында башталат, андан кийин ал акырындап кеңейүүчү саптамага өтөт (2-сүрөт). Ага кире бериште аба басаңдаса да, мурунку кыймылдаткычтардан айырмаланып, компрессордук станцияга жылат, тагыраагы, үндүн ылдамдыгы менен шашат. Ошондуктан, анын камеранын дубалдарына басымы жана температурасы ramjet кыймылдаткычына караганда бир топ төмөн.

Бир аздан кийин сырттан күйүүчү скрамжеттик кыймылдаткыч сунушталды (3-сүрөт) Мындай кыймылдаткычы бар учакта күйүүчү май түз фюзеляждын астында күйөт, ал ачык компрессордук станциянын бир бөлүгү катары кызмат кылат. Албетте, күйүү зонасында басым кадимки күйүү камерасына караганда азыраак болот - кыймылдаткычтын күчү бир аз төмөндөйт. Бирок салмактын өсүшү чыгат - кыймылдаткыч компрессордук станциянын массалык тышкы дубалынан жана муздатуу системасынын бир бөлүгүнөн кутулат. Ырас, ишенимдүү “ачык түз агым” али түзүлө элек – анын эң сонун сааты, балким, XXI кылымдын орто ченинде келет.

Бирок, өткөн кыштын алдында сыналган скрамжет моторуна кайрылып көрөлү. Ал болжол менен 20 К (- 253 ° C) температурада резервуарда сакталган суюк суутек менен күйгүзүлгөн. Үндөн ылдам күйүү, балким, эң кыйын маселе болгон. Суутек камеранын бөлүгүнө бирдей бөлүштүрүлөбү? Ал толугу менен күйүп кетүүгө убакыт болобу? Автоматтык күйүүнү башкарууну кантип уюштуруу керек? - камерага сенсорлорду орнотууга болбойт, алар эрип кетет.

Өтө күчтүү компьютерлерде математикалык моделдөө да, стенддик тесттер да көптөгөн суроолорго толук жооп бере алган жок. Айтмакчы, аба агымын симуляциялоо үчүн, мисалы, 8М, стендге жүздөгөн атмосфералык басым жана болжол менен 2500 К температура талап кылынат - ысык мартен мешинде суюк металл алда канча "муздак" болот. Андан да жогорку ылдамдыкта кыймылдаткычтын жана учактын иштеши учуу учурунда гана текшерилет.

Биздин өлкөдө да, чет өлкөлөрдө да көптөн бери ойлонулуп келген. 60-жылдары Америка Кошмо Штаттары жогорку ылдамдыктагы X-15 ракеталык учагында scramjet кыймылдаткычынын сыноолорун даярдап жаткан, бирок, сыягы, алар эч качан болгон эмес.

Ата мекендик эксперименталдык скрамжеттик кыймылдаткыч кош режимде жасалган - учуу ылдамдыгы 3M ашкан, ал кадимки "түз агым" катары, ал эми 5 - 6Mден кийин - гиперсоникалык катары иштеген. Бул үчүн компрессордук станцияны күйүүчү май менен камсыз кылуучу жерлер өзгөртүлгөн. Кызматтан алынып жаткан зениттик ракета кыймылдаткычтын ылдамдаткычы жана гиперсоникалык учуу лабораториясынын (HLL) алып жүрүүчүсү болуп калды. Башкаруу системаларын, өлчөөлөрдү жана жер менен байланышты, суутек цистернасын жана күйүүчү май блокторун камтыган GLL экинчи этаптын бөлүмдөрүнө орнотулган, ал жерде согуш боеголовкасын алып салгандан кийин негизги кыймылдаткыч (LRE) күйүүчү май менен кошо орнотулган. танктар калды. Биринчи этап - порошок күчөткүчтөр, - ракетаны башынан эле таркатып, бир нече секунддан кийин бөлүнгөн.

Стенддик сыноолор жана учууга даярдоо П. И. Баранов атындагы борбордук авиациялык мотор институтунда, Аскер-аба күчтөрү менен бирдикте ракетасын учуучу лабораторияга айландырган «Факел» машина куруу конструктордук бюросунда, Туевдеги «Союз» конструктордук бюросунда жана кыймылдаткычты жасап чыгарган Москвадагы Темп конструктордук бюросу жана куйуучу майды регулятор жана башка уюмдар. Программага белгилүү авиация адистери Р. И. Курзинер, Д. А. Огородников жана В. А. Сосунов жетекчилик кылышкан.

Учууну колдоо үчүн CIAM суюк водородду май куюучу мобилдүү комплексти жана борттогу суюк суутек менен камсыздоо системасын түздү. Эми суюк суутек эң келечектүү отундардын бири катары каралып жатканда, CIAMда топтолгон аны иштетүү тажрыйбасы көптөр үчүн пайдалуу болушу мүмкүн.

…Ракета кечинде учурулду, ансыз деле караңгы кирип калган эле. Бир нече көз ирмемден кийин "конус" ташуучу жапыз булуттардын арасында көрүнбөй калды. Баштапкы ызы-чуу менен салыштырганда күтүүсүз жымжырттык өкүм сүрдү. Башталышын көргөн тестерлер: чындап эле баары туура эмес болуп кеттиби? Жок, аппарат езунун белгиленген жолун улантты. 38-секундда ылдамдыгы 3,5M жеткенде кыймылдаткыч иштей баштады, суутек ККга агып кирди.

Бирок 62-күнү күтүлбөгөн окуя чындап эле болду: күйүүчү май менен камсыздоону автоматтык түрдө өчүрүү ишке киргизилди - скрамжет кыймылдаткычы иштебей калды. Андан кийин болжол менен 195 секундда автоматтык түрдө кайра ишке кирди жана 200гө чейин иштеди… Бул мурда учуунун акыркы секундасы деп аныкталган. Ушул учурда ракета полигондун территориясында дагы эле өзүн-өзү жок кылды.

Максималдуу ылдамдыгы 6200 км / ч (5,2M бир аз көбүрөөк) болгон. Кыймылдаткычтын жана анын системаларынын иштешине борттогу 250 датчиктер контролдук кылып турду. Жерге радиотелеметрия аркылуу елчеелер берилди.

Азырынча бардык маалыматтар иштелип чыга элек, ал эми учуу тууралуу кененирээк маалымат эрте. Бирок бир нече ондогон жылдардан кийин учкучтар менен космонавттар «гиперсоникалык алдыга агымга» бара тургандыгы азыртан эле ачык-айкын.

Редактордон. АКШдагы X-30 учактарында жана Германиядагы Hytex учактарында scramjet кыймылдаткычтарынын учуу сыноолору 1995-жылга же жакынкы бир нече жылга пландаштырылган. Биздин адистер жакынкы келечекте 10 миллиондон ашык ылдамдыкта «түз агымды» сынап көрүшү мүмкүн, алар азыр колдонуудан чыгарылып жаткан кубаттуу ракеталарда. Ырас, аларда чечилбеген маселе үстөмдүк кылат. Илимий же техникалык эмес. CIAMда акча жок. Алар кызматкерлердин жарым-жартылай кайырчылык маянасына да жетпейт.

Кийинкиси эмне? Азыр дуйнеде самолёттордун кыймылдаткычтарын куруунун толук цикли бар болгону терт гана мамлекет бар - фундаменталдуу изилдеелердон тартып сериялык продукцияны чыгарууга чейин. Булар АКШ, Англия, Франция жана азырынча Россия. Демек, келечекте алардын саны дагы жок болмок - үчөө.

Америкалыктар азыр скрамжет программасына жүздөгөн миллион долларларды жумшап жатышат …