Kaujas raķetes "no gaisa līdz gaisam" izskatījās nedaudz neparasti - tās degunu pagarināja metāla konuss. 1991. gada 28. novembrī viņa palaida no izmēģinājumu vietas netālu no Baikonuras kosmodroma un bija iznīcināta augstu virs zemes. Kaut arī raķete nešāva nevienu gaisa objektu, palaišanas mērķis tika sasniegts. Pirmoreiz pasaulē lidojuma laikā tika pārbaudīts hiperskaņas ramjetdzinējs (scramjet engine).
Scramjet dzinējs vai, kā saka, "hiperskaņas plūsma uz priekšu" ļaus jums lidot no Maskavas uz Ņujorku 2 - 3 stundās, atstāt spārnoto mašīnu no atmosfēras kosmosā. Aviācijas un kosmosa lidmašīnai nebūs nepieciešama revakcinācijas plakne, piemēram, Zengeram (sk. TM, Nr. 1, 1991), vai palaišanas ierīcei, tāpat kā vilcieniem un Buranam (sk. TM). Nr. 4, 1989), - kravas nogādāšana orbītā maksās gandrīz desmit reizes lētāk. Rietumos šādas pārbaudes notiks ne ātrāk kā pēc trim gadiem …
Scramjet motors spēj paātrināt lidmašīnu līdz 15-25M (M ir Mach skaitlis, šajā gadījumā skaņas ātrums gaisā), savukārt jaudīgākie turboreaktīvie dzinēji, kas ir aprīkoti ar modernām civilām un militārām spārnotām lidmašīnām, ir tikai līdz 3,5M. Tas nedarbojas ātrāk - gaisa temperatūra, samazinoties gaisa ieplūdes plūsmai, paaugstinās tik daudz, ka turbokompresora iekārta nespēj to saspiest un padot degšanas kamerā (CC). Protams, ir iespējams stiprināt dzesēšanas sistēmu un kompresoru, taču tad to izmēri un svars palielināsies tik daudz, ka hiperskaņas ātrumi vairs nebūs aktuāli - izkāpt no zemes.
Ramjet motors darbojas bez kompresora - gaiss kompresoru stacijas priekšā ir saspiests ātruma galvas dēļ (1. att.). Pārējais principā ir tāds pats kā turboreaktīvajam - sadegšanas produkti, izplūstot caur sprauslu, paātrina aparātu.
Ideja par strūklaku, kas vēl nebija hiperskaņas, 1907. gadā tika izvirzīta franču inženiera Renē Laurenta vadībā. Bet viņi daudz vēlāk izveidoja īstu “priekšu plūsmu”. Šeit vadībā bija padomju speciālisti.
Pirmkārt, 1929. gadā viens no N. E. Žukovska studentiem B. S. Stečkins (vēlāk akadēmiķis) izveidoja gaisa strūklas dzinēja teoriju. Pēc tam, četrus gadus vēlāk, GIRD (Jet Propulsion Study Group) dizainera J. A. Pobedonostseva vadībā, pēc eksperimentiem stendā, ramjeti vispirms aizsūtīja lidot.
Motors tika ievietots 76 mm lielgabala apvalkā un no mucas tika izšauts ar virsskaņas ātrumu 588 m / s. Pārbaudes turpināja divus gadus. Šāviņi ar ramjetdzinēju izstrādāja vairāk nekā 2M - neviena cita pasaules lidmašīna tajā laikā nelidoja ātrāk. Tajā pašā laikā Girdovīti ierosināja, uzbūvēja un pārbaudīja pulsējoša strūklas motora modeli - tā gaisa ieplūde periodiski tika atvērta un aizvērta, kā rezultātā sadegšana degkamerā pulsēja. Līdzīgus motorus vēlāk Vācijā izmantoja arī uz raķetēm FAU-1.
Reklāmas video:
Pirmos lielos ramjetdzinējus atkal izveidoja padomju dizaineri I. A. Merkulovs 1939.gadā (zemskaņas ramjetdzinējs) un M. M. Bondaryuk 1944. gadā (virsskaņas). Kopš 40. gadiem darbs pie "tiešās plūsmas" sākās Centrālajā aviācijas motoru institūtā (CIAM).
Daži gaisa kuģu tipi, ieskaitot raķetes, bija aprīkoti ar virsskaņas ramjetdzinējiem. Tomēr 50. gados kļuva skaidrs, ka ar M skaitļiem, kas pārsniedz 6–7, ramjets ir neefektīvs. Atkal, tāpat kā turboreaktīvā dzinēja gadījumā, kompresoru stacijas priekšā bremzētais gaiss tajā iekļuva pārāk karsts. To nebija jēgas kompensēt, palielinot ramjet motora masu un izmērus. Turklāt augstā temperatūrā sadegšanas produktu molekulas sāk izdalīties, absorbējot enerģiju, kas paredzēta vilces radīšanai.
Tieši 1957. gadā slavenais zinātnieks E. S. Ščetņenkovs, kas bija raketes dzinēja pirmā lidojuma izmēģinājumu dalībnieks, izgudroja hiperskaņas motoru. Gadu vēlāk Rietumos parādījās publikācijas par līdzīgām norisēm. Scramjet sadegšanas kamera sākas gandrīz uzreiz aiz gaisa ieplūdes, pēc tam tā vienmērīgi nonāk paplašināšanas sprauslā (2. att.). Lai arī pie ieejas tajā gaiss tiek palēnināts, atšķirībā no iepriekšējiem motoriem, tas pārvietojas uz kompresora staciju vai drīzāk plosās ar virsskaņas ātrumu. Tāpēc tā spiediens uz kameras sienām un temperatūra ir daudz zemāks nekā ramjetdzinējā.
Nedaudz vēlāk tika ierosināts scramjet motors ar ārēju sadedzināšanu (3. att.) Lidmašīnā ar šādu motoru degviela degs tieši zem fizelāžas, kas kalpos kā daļa no atvērtās CS. Dabiski, ka spiediens sadegšanas zonā būs mazāks nekā parastajā kūpinājumā - motora vilce nedaudz samazināsies. Bet jūs iegūstat svara pieaugumu - motors atbrīvosies no kompresoru stacijas masīvās ārējās sienas un dzesēšanas sistēmas daļas. Tiesa, uzticama "atvērta tieša plūsma" vēl nav izveidota - tās precīzākā stunda, iespējams, pienāks XXI gadsimta vidū.
Atgriezīsimies tomēr pie scramjet dzinēja, kas tika pārbaudīts pagājušās ziemas priekšvakarā. To darbināja šķidrais ūdeņradis, ko uzglabā tvertnē aptuveni 20 K (- 253 ° C) temperatūrā. Iespējams, ka vissarežģītākā problēma bija virsskaņas sadedzināšana. Vai ūdeņradis tiks vienmērīgi sadalīts pa kameras šķērsgriezumu? Vai būs laiks pilnībā izdegt? Kā organizēt automātisko degšanas kontroli? - kamerā nevar uzstādīt sensorus, tie izkusīs.
Ne matemātiskā modelēšana īpaši jaudīgajos datoros, ne arī stenda testi nesniedza izsmeļošas atbildes uz daudziem jautājumiem. Starp citu, lai modelētu gaisa plūsmu, piemēram, pie 8M, statīvs prasa simtiem atmosfēras spiediena un temperatūru aptuveni 2500 K - šķidrs metāls karstā atvērtās pavarda krāsnī ir daudz vēsāks. Pie vēl lielākiem ātrumiem dzinēja un gaisa kuģa darbību var pārbaudīt tikai lidojuma laikā.
Par to ilgi domāja gan šeit, gan ārzemēs. 60. gados Amerikas Savienotās Valstis gatavoja scramjet motora testus ātrgaitas raķešu X-15 lidmašīnās, tomēr acīmredzot tās nenotika.
Pašmāju eksperimentālais skramdžetdzinējs tika izgatavots divrežīmu režīmā - ar lidojuma ātrumu, kas pārsniedz 3M, tas darbojās kā parasta "priekšu plūsma", bet pēc 5 - 6M - kā hiperskaņas. Šim nolūkam tika mainītas degvielas padeves vietas kompresoru stacijai. Pretlidojuma raķetes, kas tika izņemtas no ekspluatācijas, kļuva par dzinēja paātrinātāju un hiperskaņas lidojumu laboratorijas (HLL) nesēju. GLL, kurā ietilpst vadības sistēmas, mērījumi un komunikācija ar zemi, ūdeņraža tvertne un degvielas komplekti, tika novietoti otrā posma nodalījumos, kur pēc kaujas galviņas noņemšanas palika galvenais dzinējs (LRE) ar tā degvielas tvertnēm. Pirmais posms - pulvera pastiprinātāji, - no sākuma izkliedējis raķeti, pēc dažām sekundēm atdalās.
Pretraķešu raķete ar scramjet pie palaišanas bloka (foto tiek publicēts pirmo reizi).
Izmēģinājumi un sagatavošanās lidojumam tika veikti P. I. Baranova aviācijas motoru centrālajā institūtā sadarbībā ar gaisa spēkiem, Fakela mašīnbūves projektēšanas biroju, kas savu raķeti pārvērta par lidojošo laboratoriju, Soyuz dizaina biroju Tujevā un Temp dizaina biroju Maskavā, kas ražoja motoru. un degvielas regulators, un citas organizācijas. Programmu uzraudzīja pazīstami aviācijas speciālisti R. I. Kurziners, D. A. Ogorodņikovs un V. A. Sosunovs.
Lidojuma atbalstam CIAM izveidoja pārvietojamo šķidrā ūdeņraža uzpildes kompleksu un borta šķidrā ūdeņraža padeves sistēmu. Tagad, kad šķidro ūdeņradi uzskata par vienu no daudzsološākajiem degvielām, CIAM uzkrātā pieredze ar to strādājot var būt noderīga daudziem.
… Raķete palaida vēlu vakarā, jau bija gandrīz tumšs. Pēc dažiem mirkļiem "konusa" nesējs pazuda zemos mākoņos. Bija klusums, kas bija negaidīts, salīdzinot ar sākotnējo dārdoņu. Testētāji, kas vēroja sākumu, pat domāja: vai tiešām viss noiet greizi? Nē, aparāts turpināja savu iecerēto ceļu. 38. sekundē, kad ātrums sasniedza 3.5M, iedarbinājās motors, CC sāka plūst ūdeņradis.
Bet 62. gadā patiešām notika negaidīts: nostrādāja automātiska degvielas padeves izslēgšana - scramjet dzinējs tika izslēgts. Pēc tam, aptuveni 195. sekundē, tas automātiski iesākās no jauna un strādāja līdz 200. datumam. Iepriekš tas tika noteikts kā pēdējā lidojuma sekunde. Šajā brīdī raķete, būdama pāri testa vietas teritorijai, bija pati iznīcināta.
Maksimālais ātrums bija 6200 km / h (nedaudz virs 5,2M). Dzinēju un tā sistēmas uzraudzīja 250 borta sensori. Mērījumus uz zemes pārraidīja ar radio telemetrijas palīdzību.
Pagaidām vēl nav apstrādāta visa informācija, un sīkāks stāsts par lidojumu ir pāragrs. Bet tagad jau ir skaidrs, ka pēc dažām desmitgadēm piloti un kosmonauti brauks pa “hiperskaņas plūsmu uz priekšu”.
No redaktora. Scramjet dzinēju lidojumu testi X-30 lidmašīnās Amerikas Savienotajās Valstīs un Hytex Vācijā ir plānoti 1995. gadā vai tuvākajos gados. Tomēr mūsu speciālisti tuvākajā nākotnē varētu pārbaudīt "tiešo plūsmu" ar ātrumu vairāk nekā 10M ar jaudīgām raķetēm, kuras tagad tiek izņemtas no ekspluatācijas. Tiesa, viņus dominē neatrisināta problēma. Nav zinātnisks vai tehnisks. CIAM nav naudas. Tie nav pieejami pat darbinieku pussloga algai.
Ko tālāk? Tagad pasaulē ir tikai četras valstis, kurās ir pilns gaisa kuģu dzinēju ražošanas cikls - no fundamentāliem pētījumiem līdz sērijveida ražošanai. Tās ir ASV, Anglija, Francija un pagaidām Krievija. Tātad nākotnē viņu vairs nebūs - trīs.
Amerikāņi tagad iegrožo simtiem miljonu dolāru scramjet programmā …
Attēls: 1. Aktīvā dzinēja (ramjet motora) shematiska diagramma: 1 - gaisa ieplūdes centrālais korpuss, 2 - gaisa ieplūdes kakls, 3 - sadegšanas kamera (CC), 4 - sprausla ar kritisko sekciju. Baltas bultiņas norāda degvielas piegādi. Gaisa ieplūdes uzbūve ir tāda, ka tajā ieplūstošā gaisa plūsma tiek kavēta un zem augsta spiediena nonāk kompresora stacijā. Sadegšanas produktus, atstājot degšanas kameru, sašaurinātā sprauslā paātrina līdz skaņas ātrumam. Interesanti, ka sprausla ir jāpaplašina, lai vēl vairāk paātrinātu gāzes. Upes piemērs, kad straume paātrinās proporcionāli krastu sašaurinājumam, ir piemērots tikai zemskaņas plūsmām.
Attēls: 2. Hiperskaņas ramjetmotora (scramjet dzinēja) shematiska shēma: 1 - CS, 2 - paplašinoša sprausla. CS sākas nevis aiz difuzora, kā rullī, bet gandrīz uzreiz aiz gaisa ieplūdes rīkles. Degvielas un gaisa maisījums deg virsskaņas ātrumā. Paplašināšanas sprauslā sadegšanas produkti tiek vēl vairāk paātrināti.
Attēls: 3. Scramjet motora ar ārējo degšanu shematiska diagramma: 1 - degvielas iesmidzināšanas punkts. Degšana notiek motora ārpusē - sadegšanas produktu spiediens ir mazāks nekā slēgtā sadegšanas kamerā, bet vilces spēks - spēks, kas iedarbojas uz lidmašīnas korpusa sienām, ir lielāks par frontālo pretestību, kas aparātu kustina.
Autori: Jurijs ŠIKHMANS, Vjačeslavs SEMENOVS, Centrālā aviācijas motoru institūta pētnieki