Scramjet texnologiyasi - gipertovushli dvigatel qanday yaratilgan

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

"Yerdan havoga" jangovar raketa biroz g'ayrioddiy ko'rinardi - uning burni metall konus bilan cho'zilgan. 1991-yil 28-noyabrda u Bayqoʻngʻir kosmodromi yaqinidagi poligondan havoga koʻtarildi va yerdan balandda oʻzini-oʻzi yoʻq qildi. Raketa hech qanday havo ob'ektini urib tushirmagan bo'lsa-da, uchirish maqsadiga erishildi. Dunyoda birinchi marta gipertovushli ramjet dvigateli (skramjet dvigateli) parvozda sinovdan o‘tkazildi.

Skramjet dvigateli yoki ular aytganidek, "gipersonik to'g'ridan-to'g'ri oqim" Moskvadan Nyu-Yorkka 2-3 soatda uchib, qanotli mashinani atmosferadan kosmosga qoldirishga imkon beradi. Aerokosmik samolyotga Zenger (TM, № 1, 1991) kabi yukni kuchaytiruvchi samolyot yoki raketa va Buran uchun (Qarang: TM № 4, 1989) - yukni orbitaga etkazib berish kerak bo'lmaydi. deyarli o'n barobar arzonga tushadi. G'arbda bunday sinovlar uch yildan keyin bo'lib o'tadi …

Skramjet dvigateli samolyotni 15-25M gacha tezlashtirishga qodir (M - Mach raqami, bu holda havodagi tovush tezligi), eng kuchli turbojetli dvigatellar esa zamonaviy fuqarolik va harbiy qanotli samolyotlar bilan jihozlangan., faqat 3,5M gacha. U tezroq ishlamaydi - havo olish tizimidagi oqim sekinlashganda havo harorati shunchalik ko'tariladiki, turbokompressor bloki uni siqib, yonish kamerasiga (CC) etkazib bera olmaydi. Albatta, sovutish tizimi va kompressorni mustahkamlash mumkin, ammo keyin ularning o'lchamlari va vazni shunchalik ko'payadiki, gipertovush tezligi haqida gap bo'lmaydi - erdan tushish.

Ramjetli dvigatel kompressorsiz ishlaydi - kompressor stantsiyasi oldidagi havo yuqori tezlikdagi bosimi tufayli siqiladi (1-rasm). Qolganlari, printsipial jihatdan, turbojet bilan bir xil - yonish mahsulotlari, ko'krak orqali qochib, apparatni tezlashtiradi.

O'sha paytda hali gipertovushli bo'lmagan ramjet dvigatelining g'oyasi 1907 yilda frantsuz muhandisi Rene Loran tomonidan ilgari surilgan. Ammo ular ancha keyinroq haqiqiy "oldinga oqim" ni qurishdi. Bu erda sovet mutaxassislari etakchilik qilishdi.

Dastlab 1929 yilda N. E. Jukovskiyning shogirdlaridan biri B. S. Stechkin (keyinchalik akademik) havo reaktiv dvigatel nazariyasini yaratdi. Va keyin, to'rt yil o'tgach, dizayner Yu. A. Pobedonostsev boshchiligida GIRDda (Reaktiv harakatni o'rganish guruhi) stenddagi tajribalardan so'ng, ramjet birinchi marta parvozga jo'natildi.

Dvigatel 76 mm to'pning qobig'iga joylashtirilgan va barreldan 588 m / s tezlikda otilgan. Sinovlar ikki yil davom etdi. Ramjet dvigatelli raketalar 2M dan ortiq ishlab chiqilgan - o'sha paytda dunyoda biron bir qurilma tezroq uchmagan. Shu bilan birga, Girdovitlar pulsatsiyalanuvchi ramjet dvigatelining modelini taklif qildilar, qurdilar va sinovdan o'tkazdilar - uning havo kirishi vaqti-vaqti bilan ochiladi va yopiladi, buning natijasida yonish kamerasida yonish pulsatsiyalanadi. Shunga o'xshash dvigatellar keyinchalik Germaniyada FAU-1 raketalarida ishlatilgan.

Birinchi yirik ramjet dvigatellari yana sovet konstruktorlari I. A. Merkulov tomonidan 1939 yilda (subsonik ramjet dvigateli) va M. M. Bondaryuk tomonidan 1944 yilda (supersonik) yaratilgan. 40-yillardan boshlab Markaziy Aviatsiya Motors Institutida (CIAM) "to'g'ridan-to'g'ri oqim" bo'yicha ish boshlandi.

Samolyotlarning ba'zi turlari, shu jumladan raketalar, tovushdan tez ramjet dvigatellari bilan jihozlangan. Biroq, 50-yillarda M raqamlari 6 - 7 dan oshganda, ramjet samarasiz ekanligi ma'lum bo'ldi. Shunga qaramay, turbojetli dvigatelda bo'lgani kabi, kompressor stantsiyasi oldida tormozlangan havo juda qizib ketdi. Buni ramjet dvigatelining massasi va o'lchamlarini oshirish orqali qoplash mantiqiy emas edi. Bundan tashqari, yuqori haroratlarda yonish mahsulotlarining molekulalari ajrala boshlaydi, bu esa tortishish hosil qilish uchun mo'ljallangan energiyani o'zlashtiradi.

O'shanda 1957 yilda mashhur olim, ramjet dvigatelining birinchi parvoz sinovlari ishtirokchisi E. S. Shchetinkov gipertovushli dvigatelni ixtiro qilgan edi. Bir yil o'tgach, G'arbda shunga o'xshash voqealar haqida nashrlar paydo bo'ldi. Skramjet yonish kamerasi deyarli darhol havo qabul qilish orqasida boshlanadi, keyin u silliq ravishda kengayadigan ko'krakka o'tadi (2-rasm). Unga kirishda havo sekinlashgan bo'lsa-da, oldingi dvigatellardan farqli o'laroq, u kompressor stantsiyasiga o'tadi, aniqrog'i, tovushdan yuqori tezlikda yuguradi. Shuning uchun uning kamera devorlariga bosimi va harorati ramjet dvigateliga qaraganda ancha past.

Biroz vaqt o'tgach, tashqi yonishli skramjet dvigatel taklif qilindi (3-rasm) Bunday dvigatelga ega samolyotda yoqilg'i to'g'ridan-to'g'ri fyuzelyaj ostida yonadi, bu ochiq kompressor stantsiyasining bir qismi bo'lib xizmat qiladi. Tabiiyki, yonish zonasidagi bosim an'anaviy yonish kamerasiga qaraganda kamroq bo'ladi - dvigatelning kuchi biroz pasayadi. Ammo vazn ortishi paydo bo'ladi - dvigatel kompressor stantsiyasining katta tashqi devoridan va sovutish tizimining bir qismidan xalos bo'ladi. To'g'ri, ishonchli "to'g'ridan-to'g'ri ochiq oqim" hali yaratilmagan - uning eng yaxshi vaqti XXI asrning o'rtalariga to'g'ri keladi.

Keling, o'tgan qish arafasida sinovdan o'tgan skramjet dvigateliga qaytaylik. U tankda taxminan 20 K (- 253 ° C) haroratda saqlangan suyuq vodorod bilan yoqilg'i bilan ta'minlangan. Tovushdan tez yonish, ehtimol, eng qiyin muammo edi. Vodorod kameraning kesimida teng taqsimlanadimi? U butunlay yonib ketishga vaqt topadimi? Avtomatik yonish nazoratini qanday tashkil qilish kerak? - kameraga datchiklarni o'rnatolmaysiz, ular eriydi.

Na o'ta kuchli kompyuterlarda matematik modellashtirish, na dastgoh testlari ko'p savollarga to'liq javob bera olmadi. Aytgancha, havo oqimini simulyatsiya qilish uchun, masalan, 8M da, stend yuzlab atmosfera bosimi va taxminan 2500 K haroratni talab qiladi - issiq ochiq o'choqdagi suyuq metall ancha "sovuqroq". Bundan ham yuqori tezlikda dvigatel va samolyotning ishlashi faqat parvozda tekshirilishi mumkin.

Bu bizning mamlakatimizda ham, chet elda ham uzoq vaqtdan beri o'ylangan. 60-yillarda Qo'shma Shtatlar yuqori tezlikda uchadigan X-15 raketa samolyotida skramjet dvigatelining sinovlarini tayyorlayotgan edi, ammo ular hech qachon amalga oshirilmagan.

Mahalliy eksperimental skramjet dvigateli ikki tomonlama rejimda ishlab chiqarilgan - 3M dan ortiq parvoz tezligida u oddiy "to'g'ridan-to'g'ri oqim" sifatida, 5-6M dan keyin esa gipertovush sifatida ishladi. Buning uchun kompressor stantsiyasiga yoqilg'i etkazib berish joylari o'zgartirildi. Xizmatdan chiqarilayotgan zenit-raketa gipertovushli uchish laboratoriyasining (HLL) dvigatel tezlatgichi va tashuvchisiga aylandi. Boshqarish tizimlari, o'lchovlar va er bilan aloqa, vodorod baki va yonilg'i bloklarini o'z ichiga olgan GLL ikkinchi bosqich bo'limlariga o'rnatildi, u erda jangovar kallak olib tashlangandan so'ng asosiy dvigatel (LRE) yoqilg'isi bilan jihozlangan. tanklar qoldi. Birinchi bosqich - kukunli kuchaytirgichlar - raketani boshidan tarqatib, bir necha soniyadan keyin ajratilgan.

Skameyka sinovlari va parvozga tayyorgarlik PI Baranov nomidagi Markaziy aviatsiya motorlari institutida, Harbiy havo kuchlari, raketasini uchuvchi laboratoriyaga aylantirgan Fakel mashinasozlik konstruktorlik byurosi, Tuyevdagi "Soyuz" konstruktorlik byurosi va dvigatelni ishlab chiqaruvchi Moskvadagi Temp konstruktorlik byurosi, yoqilg'i regulyatori va boshqa tashkilotlar. Mashhur aviatsiya mutaxassislari R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov va V. A. Sosunovlar dasturni nazorat qildilar.

Parvozni qo'llab-quvvatlash uchun CIAM mobil suyuq vodorod yonilg'i quyish majmuasini va bortda suyuq vodorod ta'minoti tizimini yaratdi. Endi, suyuq vodorod eng istiqbolli yoqilg'ilardan biri sifatida qaralganda, CIAMda to'plangan uni qayta ishlash tajribasi ko'pchilik uchun foydali bo'lishi mumkin.

…Raketa kechki payt uchirildi, allaqachon qorong‘i tushgan edi. Bir necha daqiqadan so'ng, "konus" tashuvchi past bulutlar ichida g'oyib bo'ldi. Dastlabki shovqin bilan solishtirganda kutilmagan sukunat hukm surdi. Boshlanishni kuzatgan sinovchilar hatto o'ylashdi: haqiqatan ham hamma narsa noto'g'ri ketdimi? Yo'q, apparat o'z yo'lida davom etdi. 38-sekundda, tezlik 3,5M ga yetganda, dvigatel ishga tushdi, vodorod CCga oqib tusha boshladi.

Ammo 62-kuni kutilmagan voqea ro'y berdi: yonilg'i ta'minotining avtomatik o'chirilishi ishga tushdi - skramjet dvigateli yopildi. Keyin, taxminan, 195-sekundda u avtomatik ravishda yana ishga tushdi va 200-gacha ishladi … Ilgari u parvozning oxirgi soniyasi sifatida belgilangan edi. Ayni damda raketa poligon hududidan o‘tib, o‘zini-o‘zi yo‘q qildi.

Maksimal tezlik soatiga 6200 km (5,2M dan bir oz ko'proq) edi. Dvigatel va uning tizimlarining ishlashi 250 bort sensori tomonidan nazorat qilindi. O'lchovlar radiotelemetriya orqali erga uzatildi.

Hali barcha ma'lumotlar qayta ishlanmagan va parvoz haqida batafsilroq hikoya qilish erta. Ammo bir necha o'n yilliklar ichida uchuvchilar va kosmonavtlar "gipersonik oldinga oqim" ga o'tishlari allaqachon aniq.

Muharrirdan. AQShdagi X-30 samolyotlarida va Germaniyadagi Hytex samolyotlarida skramjet dvigatellarining parvoz sinovlari 1995 yilga yoki keyingi bir necha yilga rejalashtirilgan. Bizning mutaxassislarimiz yaqin kelajakda 10M dan yuqori tezlikda "to'g'ridan-to'g'ri oqim" ni hozirda xizmatdan olib tashlangan kuchli raketalarda sinab ko'rishlari mumkin. To'g'ri, ularda hal qilinmagan muammo hukmronlik qiladi. Ilmiy yoki texnik emas. CIAMda pul yo'q. Ular xodimlarning yarim tilanchi maoshlariga ham yo'q.

Keyin nima? Hozir dunyoda samolyot dvigatellarini yaratishning to'liq tsikliga ega bo'lgan to'rtta mamlakat mavjud - fundamental tadqiqotlardan tortib seriyali mahsulotlarni ishlab chiqarishgacha. Bular AQSh, Angliya, Fransiya va hozircha Rossiya. Shunday qilib, kelajakda ulardan ko'pi bo'lmaydi - uchtasi.

Amerikaliklar endi scramjet dasturiga yuzlab million dollar sarmoya kiritmoqdalar …