Lahingulakett "õhk-õhk" nägi välja pisut ebaharilik - selle nina pikendas metallkoonus. 28. novembril 1991 startis ta Baikonuri kosmodroomi lähedal asuvalt katseplatsilt, mis oli hävitatud kõrgel maapinnast. Ehkki rakett ei lasknud alla ühtki õhuobjekti, saavutati stardisihtmärk. Esmakordselt maailmas katsetati lennu ajal hüpersoonilist ramjet-mootorit (scramjet-mootor).
Scramjet-mootor või, nagu öeldakse, "ülehelikiiruseline vool" võimaldab teil lennata Moskvast New Yorki 2 - 3 tunni jooksul, jätta tiivuline masin atmosfäärist kosmosesse. Kosmosesõiduk ei vaja korduvlennukit nagu Zenger (vt TM, nr 1, 1991) ega kanderaketti, nagu süstikute ja Burani puhul (vt TM Nr 4, 1989), - veose orbiidile toimetamine maksab peaaegu kümme korda odavamalt. Läänes toimuvad sellised katsed mitte varem kui kolm aastat hiljem …
Scramjet-mootor on võimeline kiirendama lennukit 15 - 25M-ni (M on Machi arv, sel juhul heli kiirus õhus), samas kui võimsaimad turboreaktiivmootorid, mis on varustatud tänapäevaste tsiviil- ja sõjaväe tiibadega õhusõidukitega, on vaid kuni 3,5M. See ei tööta kiiremini - õhutemperatuur, kui õhu sisselaskevool aeglustub, tõuseb nii palju, et turbokompressor ei suuda seda kokku suruda ja põlemiskambrisse (CC) tarnida. Muidugi on võimalik jahutussüsteemi ja kompressorit tugevdada, kuid siis suurenevad nende mõõtmed ja kaal nii palju, et hüpersoonikiirused jäävad välja - maast välja saamiseks.
Rammumootor töötab ilma kompressorita - kompressorijaama ees olev õhk on kiiruspea tõttu tihendatud (joonis 1). Ülejäänud on põhimõtteliselt sama, mis turboreaktiivil - düüsi kaudu põgenevad põlemisproduktid kiirendavad seadet.
Ramburi, siis veel mitte ülehelikiiruse idee esitas 1907. aastal prantsuse insener Rene Laurent. Kuid nad ehitasid tõelise "edasiliikumise" palju hiljem. Siin olid eesotsas Nõukogude spetsialistid.
Esiteks lõi 1929. aastal üks N. E. Žukovski õpilastest B. S. Stechkin (hilisem akadeemik) õhujoa mootori teooria. Ja siis, neli aastat hiljem, GIRD-is (reaktiivjõudude uurimise rühmas) disainer Y. Pobedonostsevi juhtimisel, pärast stendikatsetusi, saadeti rakett esmakordselt lennule.
Mootor paigutati 76 mm kahuri kesta ja tulistas tünnist ülehelikiirusel 588 m / s. Katsed kestsid kaks aastat. Rammumootoriga mürsud arendasid rohkem kui 2M - ükski teine lennuk maailmas ei lendanud sel ajal kiiremini. Samal ajal pakkusid, ehitasid ja testisid Girdovitid pulseeriva mässmootori mudelit - selle õhu sisselaskeava perioodiliselt avati ja suleti, mille tagajärjel põles põlemiskambris põlemine. Sarnaseid mootoreid kasutati hiljem ka Saksamaal FAU-1 rakettidel.
Reklaamvideo:
Esimesed suured rambemootorid lõid taas Nõukogude disainerid I. A. Merkulov 1939. aastal (alahelikiirusega raketimootor) ja M. M. Bondaryuk 1944. aastal (ülehelikiirused). Alates 40ndatest alustati lennundusmootorite keskinstituudis (CIAM) tööd "otsese voolu" loomiseks.
Mõned lennukitüübid, sealhulgas raketid, olid varustatud ülehelikiirusega raketimootoritega. Kuid 50ndatel sai selgeks, et kui M-arv ületab 6 - 7, on mälumõõtur ebaefektiivne. Jällegi, nagu turboreaktiivmootori puhul, sattus kompressorijaama ees pidurdatud õhk sinna liiga kuumaks. Seda polnud mõtet kompenseerida ramjeti mootori massi ja mõõtmete suurendamise teel. Lisaks hakkavad kõrgetel temperatuuridel põlemisproduktide molekulid dissotsieeruma, neelates neis energiat, mis on mõeldud tõukejõu tekitamiseks.
Just siis, 1957. aastal, leiutas kuulus teadlane E. S. Shchetinkov, kes oli rakettmootori esimestel lennukatsetel osaleja, hüpersoonse mootori. Aasta hiljem ilmusid läänes sarnaste arengutega seotud väljaanded. Scramjeti põlemiskamber algab peaaegu kohe õhu sisselaskeava tagant, seejärel suundub see sujuvalt paisuvasse düüsi (joonis 2). Ehkki selle sissepääsu juures aeglustub õhk, erinevalt eelmistest mootoritest, liigub see kompressorijaama või pigem tormab ülehelikiirusel. Seetõttu on selle rõhk kambri seintele ja temperatuur palju madalam kui mässmootoril.
Veidi hiljem pakuti välja välispõlemismootoriga scramjet-mootor (joonis 3) Sellise mootoriga lennukis põleb kütus otse kere all, mis hakkab toimima avatud kompressorijaama osana. Loomulikult on rõhk põlemistsoonis väiksem kui tavalises põletis - mootori tõukejõud väheneb veidi. Kuid saate kaalutõusu - mootor vabaneb kompressorjaama massiivsest välisseinast ja osast jahutussüsteemist. Tõsi, usaldusväärset "avatud otsest voogu" pole veel loodud - selle peenim tund saabub tõenäoliselt XXI sajandi keskel.
Naaskem aga tagasi scramjet-mootori juurde, mida testiti eelmisel talvel eelõhtul. Seda toitis vedel vesinik, mida hoiti paagis temperatuuril umbes 20 K (- 253 ° C). Üleheli põlemine oli võib-olla kõige raskem probleem. Kas vesinik jaotub kambri ristlõikes ühtlaselt? Kas on aega täielikult läbi põleda? Kuidas korraldada automaatset põlemisjuhtimist? - te ei saa sensoreid kambrisse paigaldada, need sulavad.
Ei matemaatiline modelleerimine ülivõimsates arvutites ega pinktestid ei andnud paljudele küsimustele põhjalikke vastuseid. Muide, õhuvoolu simuleerimiseks, näiteks 8M juures, vajab tugijala sadade atmosfääride rõhku ja temperatuuri umbes 2500 K - kuumas lahtise ahjuga ahjus on vedel metall palju "jahedam". Veelgi suurematel kiirustel saab mootori ja lennuki jõudlust kontrollida ainult lennu ajal.
Nii siin kui ka välismaal arvati pikka aega. 60-ndatel aastatel valmistasid USA kiirlennukite X-15 rakettlennukil scramjet-mootorit katsetama, kuid ilmselt neid ei toimunud.
Kodumaine eksperimentaalkraamimootor tehti kaherežiimiliseks - üle 3M lennukiirusel töötas see tavalise "edasi-tagasi vooluna" ja pärast 5 - 6M - hüpersoonina. Selleks muudeti kompressorijaama kütuse tarnimise kohti. Kasutusest eemaldatud õhutõrjerakett sai hüperheli lendava labori (HLL) mootorikiirendiks ja kandjaks. GLL, sealhulgas juhtimissüsteemid, mõõtmine ja kommunikatsioon maapinnaga, vesinikupaak ja kütuseagregaadid, dokkiti teise astme sektsioonidesse, kuhu pärast lahingupea eemaldamist jäi peamasin (LRE) koos selle kütusepaakidega. Esimene etapp - pulbervõimendid -, olles raketi juba algusest peale hajunud, eraldus mõne sekundi pärast.
Lennukivastane rakett koos scramjetiga stardiplatsil (foto avaldatakse esmakordselt).
Pingitestid ja lennu ettevalmistamine viidi läbi PI Baranovi lennundusmootorite keskinstituudis koos õhuväe, Fakeli masinaehituse projekteerimisbürooga, mis muutis oma raketi lendavaks laboriks, Tuyevi disainibüroos Sojuz ja Moskvas projekteerimisbüroos Temp, kus toodeti mootorit. ja kütuseregulaator ning muud organisatsioonid. Programmi juhendasid tuntud lennundusspetsialistid R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov ja V. A. Sosunov.
Lennu toetamiseks lõi CIAM mobiilse vedela vesiniku tankimiskompleksi ja pardal oleva vedela vesiniku toitesüsteemi. Kui vedelat vesinikku peetakse üheks kõige lootustandvamaks kütuseks, võib CIAMis kogutud selle käitlemise kogemus olla paljudele kasulik.
… Rakett startis hilisõhtul, oli juba peaaegu pime. Mõne hetke pärast kadus "koonuse" kandja madalatesse pilvedesse. Seal oli vaikus, mis oli esialgse müristamisega võrreldes ootamatu. Algust jälginud testijad mõtlesid isegi: kas kõik läks tõesti valesti? Ei, aparaat jätkas kavandatud rada. 38. sekundil, kui kiirus jõudis 3.5M-ni, käivitus mootor, hakkas vesinik voolama CC-sse.
Kuid 62. päeval juhtus ootamatus tõesti: automaatne kütusevarustuse seiskamine töötas - scramjet-mootor seiskus. Siis, umbes 195. sekundil, hakkas see automaatselt uuesti tööle ja töötas kuni 200. sekundini … See määrati varem lennu viimaseks sekundiks. Sel hetkel rakett, olles endiselt katseplatsi territooriumi kohal, hävis ise.
Maksimaalne kiirus oli 6200 km / h (veidi üle 5,2M). Mootorit ja selle süsteeme jälgiti 250 pardal oleva anduri abil. Mõõtmised edastati raadiotelemeetria abil maapinnale.
Kogu teavet pole veel töödeldud ja üksikasjalikum lugu lennu kohta on ennatlik. Kuid nüüd on juba selge, et mõnekümne aasta pärast sõidavad piloodid ja kosmonautid "hüpersoonilise ettevoolu".
Toimetajalt. Scramjet-mootorite lennutestid USA-s X-30 lennukitel ja Saksamaal Hytexil on kavandatud 1995. või lähiaastateks. Meie spetsialistid võiksid aga lähitulevikus katsetada "otsest voolu" kiirusega üle 10M võimsatel rakettidel, mis on nüüd kasutusest kõrvaldatud. Tõsi, neid domineerib lahendamata probleem. Pole teaduslik ega tehniline. CIAMil pole raha. Neid ei saa kasutada isegi töötajate poolt kerjatud palkade jaoks.
Mis järgmiseks? Nüüd on maailmas vaid neli riiki, kus on lennumasinate ehitamise täistsükkel - alustades teadusuuringutest kuni seeriatootmiseni. Need on USA, Inglismaa, Prantsusmaa ja praegu Venemaa. Nii et neid ei oleks tulevikus rohkem - kolm.
Ameeriklased investeerivad scramjet-programmi nüüd sadu miljoneid dollareid …
Joonis: 1. Rihmamootori (rambemootori) skeem: 1 - õhu sissevõtu keskosa, 2 - õhu sissevõtu kõri, 3 - põlemiskamber (CC), 4 - kriitilise sektsiooniga pihusti. Valged nooled näitavad kütuse tarnimist. Õhu sissevõtu konstruktsioon on selline, et sinna sisenenud õhuvool on takistatud ja siseneb kõrge rõhu all kompressorijaama. Põlemiskambrist väljuvad põlemisproduktid kiirendatakse kitsendatud otsikus heli kiiruseni. Huvitav on see, et gaaside edasiseks kiirendamiseks tuleb otsikut laiendada. Jõe näide, kui vool kiireneb proportsionaalselt kallaste kitsenemisega, sobib ainult alahelikiirusel toimuvate voogude jaoks.
Joonis: 2. Hüpersoonse rakettmootori (scramjet mootori) skeem: 1 - CS, 2 - laienev otsik. CS ei alga mitte hajuti taga, nagu ramjet-mootoris, vaid peaaegu kohe õhu sissevõtu kurgu taga. Kütuse ja õhu segu põleb ülehelikiirusel. Põlemissaadusi kiirendatakse laienevas otsikus veelgi.
Joonis: 3. Välise põlemisega scramjet-mootori skemaatiline diagramm: 1 - kütuse sissepritsepunkt. Põlemine toimub mootori välisküljel - põlemisproduktide rõhk on väiksem kui suletud põlemiskambris, kuid tõukejõud - lennukikere seintele mõjuv jõud on suurem kui eesmine takistus, mis paneb seadme liikuma.
Autorid: Juri SHIKHMAN, Vjatšeslav SEMENOV, lennundusmootorite keskinstituudi teadlased
