Scramjet технологи - хэт авианы хөдөлгүүрийг хэрхэн бүтээсэн

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

"Газар-агаар" байлдааны пуужин нь зарим талаараа ер бусын харагдаж байв - хамар нь металл конусаар уртассан байв. 1991 оны 11-р сарын 28-нд Байконурын сансрын буудлын ойролцоох туршилтын талбайгаас хөөрч, газрын гадарга дээр өөрийгөө устгасан. Хэдийгээр пуужин ямар ч агаарын объектыг харваагүй ч хөөргөх зорилтоо биелүүлсэн байна. Дэлхийд анх удаа хэт авианы ramjet хөдөлгүүрийг (scramjet хөдөлгүүр) нислэгт туршсан.

Скрамжет хөдөлгүүр буюу тэдний хэлснээр "гиперсоник шууд урсгал" нь Москвагаас Нью Йорк руу 2-3 цагийн дотор нисч, далавчит машиныг агаар мандлаас сансарт үлдээх боломжийг олгоно. Сансрын нисэх онгоцонд Зэнгэр (ТМ, 1991 оны №1-ийг үзнэ үү), эсвэл шаттл болон Буран (ТМ № 4, 1989) гэх мэт хөөргөх онгоц хэрэггүй - тойрог замд ачаа хүргэх. бараг арав дахин хямд болно. Баруунд ийм туршилтыг гурван жилийн дараа хийх болно …

Скрамжет хөдөлгүүр нь онгоцны хурдыг 15-25М хүртэл хурдасгах чадвартай (М нь Махны тоо, энэ тохиолдолд агаар дахь дууны хурд), харин орчин үеийн иргэний болон цэргийн далавчит онгоцоор тоноглогдсон хамгийн хүчирхэг турбожет хөдөлгүүрүүд юм., зөвхөн 3.5M хүртэл байна. Энэ нь илүү хурдан ажиллахгүй байна - агаарын хэрэглээний урсгал удаашрах үед агаарын температур маш их өсдөг тул турбокомпрессорын төхөөрөмж үүнийг шахаж, шаталтын камерт (CC) нийлүүлэх боломжгүй болно. Мэдээжийн хэрэг, хөргөлтийн систем ба компрессорыг бэхжүүлэх боломжтой, гэхдээ дараа нь тэдгээрийн хэмжээс, жин нь маш их нэмэгдэх тул хэт авианы хурд нь газраас гарах боломжгүй болно.

Ramjet хөдөлгүүр нь компрессоргүйгээр ажилладаг - компрессорын станцын урд талын агаар нь өндөр хурдны даралтаас болж шахагддаг (Зураг 1). Үлдсэн хэсэг нь зарчмын хувьд турбо тийрэлтэт онгоцтой адил юм - шаталтын бүтээгдэхүүн нь хушуугаар дамжин гарч, төхөөрөмжийг хурдасгадаг.

1907 онд Францын инженер Рене Лоран (Rene Laurent) тэр үед хэт авианы хурдтай биш байсан ramjet хөдөлгүүрийн санааг дэвшүүлсэн. Гэвч тэд нэлээд хожуу жинхэнэ "урагш урсгал"-ыг бий болгосон. Энд Зөвлөлтийн мэргэжилтнүүд тэргүүлж байв.

Анх 1929 онд Н. Е. Жуковскийн шавь нарын нэг Б. С. Стечкин (хожим академич) агаарын тийрэлтэт хөдөлгүүрийн онолыг бүтээжээ. Дараа нь дөрвөн жилийн дараа дизайнер Ю. А. Победоносцевын удирдлаган дор GIRD (Тийрэлтэт хөдөлгүүрийг судлах бүлэг) дээр туршилт хийсний дараа ramjet онгоцыг анх нислэгт илгээв.

Хөдөлгүүрийг 76 мм-ийн их бууны бүрхүүлд байрлуулсан бөгөөд торхноос 588 м / с хурдтай буудсан. Туршилтууд хоёр жил үргэлжилсэн. Рамжет хөдөлгүүртэй пуужингууд 2М-ээс илүү хөгжсөн - тэр үед дэлхий дээр нэг ч төхөөрөмж илүү хурдан нисээгүй. Үүний зэрэгцээ Гирдовитчууд лугшилттай ramjet хөдөлгүүрийн загварыг санал болгож, барьж, туршиж үзсэн - түүний агаарын хэрэглээ үе үе нээгдэж, хаагддаг бөгөөд үүний үр дүнд шаталтын камер дахь шаталт импульс болдог. Үүнтэй төстэй хөдөлгүүрийг дараа нь Германд FAU-1 пуужинд ашигласан.

Анхны том ramjet хөдөлгүүрүүдийг 1939 онд Зөвлөлтийн зохион бүтээгч И. А. Меркулов (субсоник ramjet хөдөлгүүр), 1944 онд М. М. Бондарюк (хэт хурдан) дахин бүтээжээ. 40-өөд оноос хойш Нисэхийн моторын төв хүрээлэнд (CIAM) "шууд урсгал" -ын ажил эхэлсэн.

Зарим төрлийн нисэх онгоцууд, тэр дундаа пуужингууд нь дуунаас хурдан ramjet хөдөлгүүрээр тоноглогдсон байв. Гэсэн хэдий ч 50-аад оны үед M тоо 6-7-аас дээш байвал ramjet үр дүнгүй болох нь тодорхой болсон. Дахин хэлэхэд турбожет хөдөлгүүрийн нэгэн адил компрессорын станцын урд тоормослогдсон агаар хэт халсан. Рамжет хөдөлгүүрийн масс, хэмжээсийг нэмэгдүүлэх замаар үүнийг нөхөх нь утгагүй байв. Нэмж дурдахад, өндөр температурт шаталтын бүтээгдэхүүний молекулууд задарч, түлхэц үүсгэх зорилготой энергийг шингээж эхэлдэг.

Тэр үед 1957 онд ramjet хөдөлгүүрийн анхны нислэгийн туршилтын оролцогч, алдарт эрдэмтэн Е. С. Щетинков хэт авианы хөдөлгүүр зохион бүтээжээ. Жилийн дараа Баруунд үүнтэй төстэй үйл явдлын тухай нийтлэлүүд гарч ирэв. Скрамжет шатаах камер нь агаарын хэрэглээний ард бараг шууд эхэлдэг бөгөөд дараа нь өргөжиж буй цорго руу жигд шилждэг (Зураг 2). Хэдийгээр түүний үүдэнд агаар удааширч байгаа боловч өмнөх хөдөлгүүрүүдээс ялгаатай нь компрессорын станц руу шилждэг, эс тэгвээс дуунаас хурдан хурдтайгаар гүйдэг. Тиймээс тасалгааны хананд үзүүлэх даралт, температур нь ramjet хөдөлгүүртэй харьцуулахад хамаагүй бага байдаг.

Хэсэг хугацааны дараа гаднах шаталттай скрамжет хөдөлгүүрийг санал болгосон (Зураг 3) Ийм хөдөлгүүртэй онгоцонд түлш нь их биений доор шууд шатах бөгөөд энэ нь задгай компрессорын станцын нэг хэсэг болно. Мэдээжийн хэрэг, шаталтын бүс дэх даралт нь ердийн шаталтын камертай харьцуулахад бага байх болно - хөдөлгүүрийн хүч бага зэрэг буурах болно. Гэхдээ жин нэмэгдэх болно - хөдөлгүүр нь компрессорын станцын асар том гаднах хана, хөргөлтийн системийн хэсгээс салах болно. Найдвартай "нээлттэй шууд урсгал" хараахан бий болоогүй байгаа нь үнэн - түүний хамгийн сайхан цаг нь XXI зууны дундуур ирэх байх.

Гэсэн хэдий ч өнгөрсөн өвлийн өмнөхөн туршсан scramjet хөдөлгүүр рүү буцаж орцгооё. Энэ нь ойролцоогоор 20 К (- 253 ° C) температурт саванд хадгалагдсан шингэн устөрөгчөөр тэжээгддэг. Дуунаас хурдан шатаах нь магадгүй хамгийн хэцүү асуудал байсан. Устөрөгч нь тасалгааны хэсэгт жигд тархах уу? Бүрэн шатах цаг гарах болов уу? Автомат шаталтын хяналтыг хэрхэн зохион байгуулах вэ? - Та камерт мэдрэгч суулгаж болохгүй, тэд хайлах болно.

Хэт хүчирхэг компьютер дээр математик загварчлал ч, вандан тестүүд ч олон асуултад иж бүрэн хариулт өгч чадаагүй. Дашрамд хэлэхэд, агаарын урсгалыг дуурайхын тулд, жишээлбэл, 8М-ийн үед индэр нь хэдэн зуун атмосферийн даралт, ойролцоогоор 2500 К-ийн температурыг шаарддаг - халуун ил зууханд шингэн металл илүү "хүйтэн" байдаг. Илүү өндөр хурдтай үед хөдөлгүүр болон онгоцны гүйцэтгэлийг зөвхөн нислэгийн үед шалгаж болно.

Манайд ч, гадаадад ч эртнээс бодогдож ирсэн. 60-аад оны үед АНУ өндөр хурдны X-15 пуужингийн онгоцонд скрамжет хөдөлгүүрийн туршилтыг бэлтгэж байсан боловч тэд хэзээ ч хийгээгүй бололтой.

Дотоодын туршилтын scramjet хөдөлгүүрийг хос горимоор хийсэн - 3М-ээс дээш нислэгийн хурдтай, энэ нь ердийн "шууд урсгал" болж, 5-6М-ийн дараа - гиперсоник байдлаар ажилласан. Үүний тулд компрессорын станцад түлш нийлүүлэх газрыг өөрчилсөн. Ашиглалтаас хасагдаж байгаа зенитийн пуужин нь хэт авианы нисдэг лабораторийн (HLL) хөдөлгүүрийн хурдасгуур, тээвэрлэгч болсон. Хяналтын систем, хэмжилт, газартай холбоо, устөрөгчийн сав, түлшний хэсгүүдийг багтаасан GLL-ийг хоёр дахь шатны тасалгаанд суурилуулсан бөгөөд байлдааны хошууг салгасны дараа үндсэн хөдөлгүүрийг (LRE) түлшээр нь нийлүүлэв. танкууд үлдсэн. Эхний шат - нунтаг өргөгч, - пуужинг эхнээс нь тарааж, хэдхэн секундын дараа салгав.

Вандан туршилт, нислэгийн бэлтгэл ажлыг П. И. Барановын нэрэмжит Нисэхийн моторын төв дээд сургууль, Агаарын цэргийн хүчин, пуужингаа нисдэг лаборатори болгосон Факелийн машин бүтээх товчоо, Туев дахь Союзын дизайны товчоо, хөдөлгүүрийг үйлдвэрлэсэн Москва дахь Темпийн дизайны товчоо, түлшний зохицуулагч болон бусад байгууллагууд. Хөтөлбөрийг нисэхийн нэрт мэргэжилтнүүд Р. И. Курзинер, Д. А. Огородников, В. А. Сосунов нар удирдан явуулсан.

Нислэгийг дэмжихийн тулд CIAM нь хөдөлгөөнт шингэн устөрөгч цэнэглэх цогцолбор, шингэн устөрөгчийн хангамжийн системийг бий болгосон. Шингэн устөрөгчийг хамгийн ирээдүйтэй түлшний нэг гэж үзэх үед CIAM-д хуримтлуулсан түүнтэй харьцах туршлага олон хүнд хэрэгтэй байж болох юм.

…Пуужин оройн цагаар хөөрч, аль хэдийн харанхуй болсон байв. Хэдэн хормын дараа "конус" зөөгч намуухан үүлэн дунд алга болов. Анхны шуугиантай харьцуулахад санаанд оромгүй чимээгүй болов. Эхлэлийг харсан тестерүүд: бүх зүйл үнэхээр буруу болсон уу? Үгүй ээ, төхөөрөмж нь төлөвлөсөн замаараа үргэлжлүүлэв. 38 дахь секундэд хурд 3.5М хүрэхэд хөдөлгүүр асч, устөрөгч CC руу урсаж эхлэв.

Гэвч 62-нд гэнэтийн зүйл тохиолдов: түлшний хангамжийн автомат унтрах ажиллагаа идэвхжсэн - scramjet хөдөлгүүр унтарсан. Дараа нь ойролцоогоор 195 дахь секундэд автоматаар дахин ажиллаж, 200 дахь секунд хүртэл ажилласан … Өмнө нь нислэгийн сүүлчийн секунд гэж тодорхойлсон. Яг энэ мөчид пуужин туршилтын талбайн дээгүүр байхдаа өөрийгөө устгасан байна.

Хамгийн дээд хурд нь 6200 км / цаг (5.2М-ээс бага зэрэг) байв. Хөдөлгүүр ба түүний системийн ажиллагааг 250 самбар дээрх мэдрэгчээр хянаж байв. Хэмжилтийг радио телеметрийн тусламжтайгаар газарт дамжуулсан.

Бүх мэдээлэл хараахан боловсруулагдаагүй байгаа бөгөөд нислэгийн тухай илүү дэлгэрэнгүй түүх бол эрт байна. Гэвч хэдэн арван жилийн дараа нисгэгчид болон сансрын нисэгчид "гиперсоник урагшлах урсгал"-аар явах нь аль хэдийн тодорхой болсон.

Редактороос. АНУ-ын X-30 онгоц, Германы Hytex онгоцонд скрамжет хөдөлгүүрийн нислэгийн туршилтыг 1995 онд буюу ойрын хэдэн жилд хийхээр төлөвлөж байна. Манай мэргэжилтнүүд ойрын ирээдүйд ашиглалтаас хасагдаж байгаа хүчирхэг пуужингууд дээр "шууд урсгал" -ыг 10М-ээс дээш хурдтайгаар турших боломжтой. Тэдэнд шийдэгдээгүй асуудал давамгайлж байгаа нь үнэн. Шинжлэх ухаан, техникийн биш. CIAM мөнгөгүй. Тэд ажилчдынхаа хагас гуйлгачин цалинд ч хүрдэггүй.

Дараа нь юу юм? Суурь судалгаанаас эхлээд цуваа бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх хүртэл нисэх онгоцны хөдөлгүүр бүтээх бүрэн мөчлөгтэй дэлхийн дөрөвхөн улс л байна. Эдгээр нь АНУ, Англи, Франц, одоохондоо Орос юм. Тиймээс ирээдүйд тэд байхгүй болно - гурав.

Америкчууд одоо scramjet хөтөлбөрт хэдэн зуун сая долларын хөрөнгө оруулалт хийж байна …