Куралдар гиперсоникалык ылдамдыкта жарышат

Куралдар гиперсоникалык ылдамдыкта жарышат
Куралдар гиперсоникалык ылдамдыкта жарышат

Video: Куралдар гиперсоникалык ылдамдыкта жарышат

Video: Куралдар гиперсоникалык ылдамдыкта жарышат
Video: 7-класс. Физика. Негизги физикалык чоңдуктар. 2024, Март
Anonim
Сүрөт
Сүрөт

АКШнын Аскердик аба күчтөрү X-51A Waveriderди сынашты, ал үн ылдамдыгынан 5 эсе ылдамдыкка ээ болду жана 3 мүнөттөн ашык уча алды, буга чейин орус иштеп чыгуучулары кармаган дүйнөлүк рекорд койду. Сынак жалпысынан жакшы өттү, гиперсоникалык курал жарышка даяр.

2010-жылдын 27-майында X-51A Waverider (толкундуу учуу деп эркин которулган, ал эми "эрксизден" серфингер катары) Тынч океандын үстүнөн B-52 бомбалоочу учагынан кулап түшкөн. Белгилүү ATCAMS ракетасынан алынган X-51A күчөткүч стадиясы Waveriderди 19.8 миң метр бийиктикке алып келди, мында гиперсоникалык рамжет кыймылдаткычы (GPRVD, же scrumjet) күйгүзүлдү. Андан кийин ракета 21, 3 миң метр бийиктикке көтөрүлүп, Mach 5 ылдамдыгын алды (5 M - үндүн беш ылдамдыгы). Жалпысынан ракета кыймылдаткычы болжол менен 200 секунд иштеди, андан кийин X-51A телеметрикалык үзгүлтүктөрдүн чыгышына байланыштуу өзүн өзү жок кылуу сигналын жөнөттү. Планга ылайык, ракета 6 М ылдамдыкты иштеп чыгышы керек болчу (долбоорго ылайык, X-51дин ылдамдыгы 7 М болгон, башкача айтканда 8000 км / сааттан ашык) жана кыймылдаткыч иштеши керек болчу 300 секунд.

Сыноолор кемчиликсиз болгон жок, бирок бул алардын эң сонун жетишкендикке айланышына тоскоол болгон жок. Кыймылдаткычтын иштөө убактысы советтик (кийинчерээк орус) "Холод" учуучу лабораториясы өткөргөн мурунку рекорддон (77 сек) үч эсе ашты. 5M ылдамдыгына алгач суутек сыяктуу "эксклюзивдүү" эмес, кадимки углеводород күйүүчү майы менен жетишилген. Waverider атактуу SR-71 өтө ылдам чалгындоочу учакта колдонулуучу төмөн бууланган керосинди JP-7 колдонгон.

Сүрөт
Сүрөт

Scrumjet деген эмне жана азыркы жетишкендиктердин маңызы эмнеде? Негизи, ramjet кыймылдаткычтары (ramjet кыймылдаткычтары) баарына тааныш болгон турбо -кыймылдаткычтарга (турбо -кыймылдаткычтарга) караганда алда канча жөнөкөй. Кыймылдаткыч кыймылдаткыч - бул жөн гана аба соргуч (бир гана кыймылдуу бөлүк), күйүү камерасы жана мурун. Мында реактивдүү турбиналар менен салыштырылат, бул жерде күйүүчү камерага абаны чыгаруу үчүн биргелешкен аракеттер менен 1913 -жылы ойлоп табылган бул схемага желдеткич, компрессор жана турбинанын өзү кошулат. Кыймылдаткыч кыймылдаткычтарда бул милдетти келе жаткан аба агымы өзү аткарат, бул ысык газдардын агымында жана турбожет жашоосунун башка кымбат кубанычтарында иштеген татаал конструкциялардын зарылдыгын дароо жок кылат. Натыйжада, ramjet кыймылдаткычтары жеңил, арзан жана жогорку температурага азыраак.

Бирок, жөнөкөйлүк бир баага келет. Түз агымдуу кыймылдаткычтар субсоникалык ылдамдыкта эффективдүү эмес (500-600 км / саатка чейин такыр иштебейт)-аларда кычкылтек жетишсиз, ошондуктан аппаратты эффективдүү ылдамдыкка жеткирүүчү кошумча кыймылдаткычтар керек. Кыймылдаткычка кирген абанын көлөмү жана басымы аба кирүүчү диаметри менен гана чектелгендиктен, кыймылдаткычтын кыймылын эффективдүү башкаруу өтө кыйын. Ramjet кыймылдаткычтары, адатта, иштөө ылдамдыгынын тар диапазону үчүн "курчутулат" жана анын сыртында алар өзүн начар алып жүрө башташат. Субсоникалык ылдамдыкта жана орточо ылдамдыкта мындай табигый кемчиликтерден улам турбожет кыймылдаткычтары түз агымдагы атаандаштарынан кескин түрдө ашып түшөт.

Учактын шамдагайлыгы 3 ирет масштабдан чыкканда абал өзгөрөт. Учуунун жогорку ылдамдыгында аба кыймылдаткычтын кире беришинде ушунчалык кысылгандыктан, компрессорго жана башка жабдууларга болгон муктаждык жоголот - тагыраагы, алар тоскоолдукка айланат. Бирок бул ылдамдыкта SPRVD ("ramjet") супер -ылдам рамжет кыймылдаткычтары сонун сезилет. Бирок, ылдамдык жогорулаган сайын, бекер "компрессордун" (супер ылдамдыктагы аба агымы) пайдасы мотор дизайнерлери үчүн коркунучтуу түшкө айланат.

Турбожетте жана SPVRDде керосин салыштырмалуу аз ылдамдыкта күйөт - 0,2 М. Бул аба менен сайылган керосинди жакшы аралаштырууга жана ошого жараша жогорку эффективдүүлүккө жетишүүгө мүмкүндүк берет. Бирок кирген агымдын ылдамдыгы канчалык жогору болсо, аны тормоздоо ошончолук кыйын жана бул көнүгүү менен байланышкан жоготуулар ошончолук жогору болот. 6 Мден баштап, агымды 25-30 эсе басаңдатууга туура келет. Болгону күйүүчү майды тез үн менен күйгүзүү. Чыныгы кыйынчылыктар мына ушул жерден башталат. Аба күйүү бөлмөсүнө саатына 2,5-3 миң км ылдамдык менен киргенде, күйүүнү сактоо процесси окшош болуп калат, иштеп чыгуучулардын биринин сөзү боюнча, "тайфундун ортосунда ширеңкени күйгүзүүгө аракет кылуу". " Жакында эле керосин учурда бул мүмкүн эмес деп ишенишкен.

Гиперсоникалык унааларды иштеп чыгуучулардын көйгөйлөрү иштей турган SCRVD түзүү менен эле чектелбейт. Алар ошондой эле термикалык тоскоолдукту жеңиши керек. Учак абага болгон сүрүлүүдөн ысыйт жана жылытуунун интенсивдүүлүгү агымдын ылдамдыгынын квадратына түз пропорционалдуу: эгер ылдамдык эки эсе көбөйсө, анда жылытуу төрт эсе жогорулайт. Учуп бараткан учактын үнүнөн тез ылдамдыкта (өзгөчө төмөн бийиктикте) жылытылышы кээде ушунчалык чоң болгондуктан, конструкциянын жана жабдуулардын бузулушуна алып келет.

3 М ылдамдыкта учканда, атүгүл стратосферада, аба кирүүчү жана канаттын алдыңкы четтеринин кирүүчү четтеринин температурасы 300 градустан ашат, ал эми теринин калган бөлүгү - 200дөн жогору. 2-2,5 эсе ылдамдык 4-6 эсе жылыйт. Ошол эле учурда, болжол менен 100 градус температурада, органикалык айнек жумшарат, 150дө - дуралюминдин күчү бир кыйла төмөндөйт, 550де титандын эритмелери керектүү механикалык касиеттерин жоготот, ал эми 650 градустан жогору температурада алюминий менен магний эрип кетет., болот жумшартат.

Жылытуунун жогорку деңгээлин пассивдүү жылуулук коргоо аркылуу же борттогу күйүүчү майдын запастарын муздаткыч катары колдонуу менен активдүү жылуулуктан тазалоо жолу менен чечсе болот. Көйгөй, керосиндин абдан татыктуу "муздатуучу" жөндөмү менен - бул отундун жылуулук сыйымдуулугу суунун жарымына барабар - ал жогорку температурага жакшы чыдай албайт жана "сиңирилиши" керек болгон жылуулук көлөмү жөн гана коркунучтуу.

Эки маселени чечүүнүн эң оңой жолу (супер тез күйүү жана муздатуу) - суутектин пайдасына керосинден баш тартуу. Акыркысы салыштырмалуу оңой - керосинге салыштырмалуу, албетте, үндөн тез агууда да күйөт. Ошол эле учурда, суюк водород белгилүү себептерден улам эң сонун муздатуучу болуп саналат, бул массалык жылуулуктан коргоону колдонбоого мүмкүндүк берет жана ошол эле учурда бортто алгылыктуу температураны камсыздайт. Мындан тышкары, суутектин керосинден үч эсе калориялуу мааниси бар. Бул жеткиликтүү ылдамдыктын чегин 17 Мге чейин көтөрүүгө мүмкүндүк берет (карбонгидрат күйүүчү майы боюнча максимум - 8 М) жана ошол эле учурда кыймылдаткычты компакттуу кылат.

Буга чейинки рекорд койгон гиперсоникалык учактардын көпчүлүгү так суутек менен учканы таң калыштуу эмес. Водород күйүүчү майын биздин учуучу лаборатория "Холод" колдонгон, ал азырынча scramjet кыймылдаткычынын узактыгы боюнча экинчи орунду ээлейт (77 с). Ага НАСА реактивдүү унаалар үчүн рекорддук ылдамдыкка карыз: 2004-жылы NASA X-43A учкучсуз гиперсоникалык учагы 3365 км учуу бийлигинде 11 265 км / саат (же 9,8 М) ылдамдыкка жеткен.

Сүрөт
Сүрөт

Водородду колдонуу башка көйгөйлөргө алып келет. Бир литр суюк водороддун салмагы болгону 0,07 кг. Суутектин үч эсе чоң "энергия сыйымдуулугун" эске алганда да, бул дайыма сакталган энергия менен күйүүчү май бактарынын көлөмүнүн төрт эсе көбөйүшүн билдирет. Бул бүтүндөй аппараттын көлөмүн жана салмагын жогорулатууга алып келет. Мындан тышкары, суюк водород өзгөчө иштөө шарттарын талап кылат - "криогендик технологиялардын бардык коркунучтары" жана суутектин өзгөчөлүгү - бул өтө жарылуучу. Башкача айтканда, водород эксперименталдык унаалар жана стратегиялык бомбардировщиктер жана чалгындоо учактары сыяктуу машиналар үчүн эң сонун отун. Бирок кадимки бомбардировщик же кыйратуучу сыяктуу кадимки платформаларга негизделген массалык курал үчүн отун катары ал жараксыз.

Баарынан маанилүүсү, X-51тин жаратуучуларынын жетишкендиги, алар водородсуз жасай алышты жана ошол эле учурда таасирдүү ылдамдыктарга жана учуучу мотор менен учуу мөөнөтүнүн рекорддук көрсөткүчтөрүнө жетишишти. Рекорддун бир бөлүгү инновациялык аэродинамикалык дизайнга - дал ошол толкундуу учууга байланыштуу. Аппараттын таң калыштуу бурчтук көрүнүшү, анын жапайы көрүнүшү конструкциясы шок толкундарынын системасын түзөт, алар аппараттын денеси эмес, аэродинамикалык бетке айланат. Натыйжада, көтөрүү күчү келип түшкөн агымдын дененин өзү менен минималдуу өз ара аракеттенүүсү менен пайда болот жана натыйжада анын ысыгынын интенсивдүүлүгү кескин төмөндөйт.

X-51 мурундун эң учунда жана астынкы жагында гана жайгашкан кара көмүртек-көмүртектүү жогорку температуралуу жылуулук калканы бар. Дененин негизги бөлүгү салыштырмалуу жумшак ысытуу режимин көрсөтүүчү ак төмөн температурадагы жылуулук калканы менен капталган: жана бул атмосферанын тыгыз катмарларында 6-7 Мде жана тропосферага максаттуу түрдө чумкуу.

Водород "желмогузунун" ордуна, америкалык аскерлер практикалык авиациялык күйүүчү май менен иштеген аппаратты сатып алышты, ал аны дароо эле кызыктуу тажрыйба талаасынан чыныгы колдонуу чөйрөсүнө алып чыгат. Биздин алдыбызда технологиянын демонстрациясы эмес, жаңы куралдын прототиби. Эгерде X-51A бардык сыноолордон ийгиликтүү өтсө, бир нече жылдан кийин эң заманбап электрондук толтуруу менен жабдылган X-51A +толук кандуу согуштук версиясын иштеп чыгуу башталат.

Сүрөт
Сүрөт

Боингдин алдын ала пландарына ылайык, X-51A + активдүү каршылык көрсөтүү шартында буталарды тез аныктоо жана жок кылуу үчүн түзүлүштөр менен жабдылат. Жогорку тактыктагы ок-дарыларды бутага алуу үчүн иштелип чыккан JDAM интерфейсинин жардамы менен унааны башкаруу мүмкүнчүлүгү өткөн жылы алдын ала сыноолордо ийгиликтүү сыналган. Жаңы толкундуу учак америкалык ракеталардын стандарттык өлчөмдөрүнө жакшы дал келет, башкача айтканда, кеменин вертикалдуу учуруучу аппараттарына, транспорттук контейнерлерге жана бомбардировщиктерге туура келет. Белгилей кетсек, Waverider үчүн күчөткүч стадия алынган ATCAMS ракетасы америкалык MLRS көп учуруучу ракета системалары тарабынан колдонулган ыкчам-тактикалык курал.

Сүрөт
Сүрөт

Ошентип, 2010 -жылдын 12 -майында Тынч океандын үстүндө Америка Кошмо Штаттары өтө корголгон жердеги буталарды (болжолдуу диапазону 1600 км) жок кылуу үчүн пландаштырылган толтурууга ылайык, толугу менен практикалык гиперсоникалык канаттуу ракетанын прототибин сынаган. Балким, убакыттын өтүшү менен аларга үстүртөн кошулаар. Эбегейсиз ылдамдыктан тышкары, мындай ракеталар жогорку кирүү жөндөмүнө ээ болушат (айтмакчы, 7 Мге чейин ылдамдаган дененин энергиясы иш жүзүндө ошол эле массалык тротил зарядына барабар) жана - статикалык туруксуз толкундардын маанилүү касиети. - өтө курч маневр жасоо жөндөмдүүлүгү.

Бул гиперсезик куралдардын келечектүү бир гана кесибинен алыс.

1990 -жылдардын аягында НАТОнун космостук изилдөөлөр жана өнүктүрүү боюнча консультативдик тобунун (AGARD) отчетторунда гиперсоникалык ракеталар төмөнкүдөй колдонмолорго ээ болушу керектиги белгиленген:

- душмандын бекемделген (же көмүлгөн) буталарын жана жалпысынан жер үстүндөгү татаал буталарды талкалоо;

- абадан коргонуу;

- аба үстөмдүгүн багынтуу (мындай ракеталарды алыскы аралыкта бийик учуучу аба буталарын кармоо үчүн идеалдуу каражат катары кароого болот);

- ракетага каршы коргонуу - траекториянын алгачкы этабында баллистикалык ракеталарды учурууну кармоо.

- жердеги буталарга сокку уруу үчүн да, чалгындоо үчүн дагы колдонулуучу дрондор катары колдонуу.

Акыр -аягы, гиперсоникалык ракеталар эң натыйжалуу болору айкын - эгерде бир гана болбосо - гиперсоникалык чабуул куралдарына каршы.

Гиперсоникалык куралдарды өнүктүрүүнүн дагы бир багыты-аба буталарын (калибрлери 35-40 мм), ошондой эле брондолгон машиналарды жана чептерди (кинетикалык ATGM) жок кылууга арналган снаряддарга орнотулган чакан көлөмдөгү катуу кыймылдаткычтуу скрамжет кыймылдаткычтарын түзүү. 2007-жылы Локхид Мартин CKEM (Compact Kinetic Energy ракетасы) кинетикалык танкка каршы ракетасынын прототибин сыноодон өткөргөн. 3400 м алыстыктагы мындай ракета жакшыртылган реактивдүү курал менен жабдылган советтик Т-72 танкасын ийгиликтүү талкалады.

Келечекте дагы экзотикалык конструкциялар пайда болушу мүмкүн, мисалы, континенттер аралык аралыкта суборбиталдык учууга жөндөмдүү трансатмосфералык учак. Балистикалык ракеталар үчүн маневрлөөчү гиперсоникалык дүрмөттөр дагы абдан актуалдуу - жана жакынкы келечекте. Башкача айтканда, жакынкы 20 жылда аскердик иштер кескин түрдө өзгөрөт жана гиперсоникалык технологиялар бул революциянын эң маанилүү факторлорунун бири болуп калат.

Сунушталууда: