Bekæmpelses missil "overflade-til-luft" så noget usædvanligt ud - dens næse blev forlænget af en metal kegle. Den 28. november 1991 lancerede hun fra et teststed nær Baikonur-kosmodrome og selvdestrucerede højt over jorden. Selvom missilet ikke skyder ned nogen luftgenstand, blev lanceringsmålet opnået. For første gang i verden blev en hypersonisk ramjet-motor (scramjet-motor) testet under flyvning.
Scramjet-motoren, eller som de siger, "hypersonic fremadstrømning" vil give dig mulighed for at flyve fra Moskva til New York på 2 - 3 timer og efterlade den bevingede maskine fra atmosfæren i rummet. Et fly- og rumfartøj behøver ikke et forstærkerfly, som for Zenger (se TM, nr. 1, 1991), eller et køretøj, som for skyttelbusser og Buran (se TM Nr. 4, 1989), - levering af gods til bane koster næsten ti gange billigere. I Vesten finder sådanne prøver sted tidligst tre år senere …
Scramjet-motoren er i stand til at fremskynde flyet op til 15 - 25M (M er Mach-nummeret, i dette tilfælde hastigheden for lyden i luften), mens de mest kraftfulde turbojet-motorer, der er udstyret med moderne civile og militærvingede fly, kun er op til 3,5M. Det fungerer ikke hurtigere - lufttemperaturen, når strømmen i luftindtaget decelereres, stiger så meget, at turbocompressorenheden ikke er i stand til at komprimere den og føre den ind i forbrændingskammeret (CC). Det er naturligvis muligt at styrke kølesystemet og kompressoren, men så vil deres dimensioner og vægt stige så meget, at hypersoniske hastigheder er ude af spørgsmålet - at komme af jorden.
En ramjet-motor fungerer uden kompressor - luften foran kompressorstationen komprimeres på grund af dens hastighedshoved (fig. 1). Resten er i princippet den samme som for en turbojet - forbrændingsprodukter, der slipper ud gennem dysen, accelererer apparatet.
Ideen om en ramjet, dengang endnu ikke hypersonisk, blev fremsat i 1907 af den franske ingeniør Rene Laurent. Men de byggede en rigtig "fremadstrøm" meget senere. Her var sovjetiske specialister i spidsen.
Først i 1929 skabte en af eleverne af N. E. Zhukovsky, B. S. Stechkin (senere akademiker) teorien om en luftstrålemotor. Og derefter, fire år senere, under ledelse af designer Yu. A. Pobedonostsev i GIRD (Group for the Study of Jet Propulsion), efter eksperimenter på standen, blev ramjet først sendt flyvende.
Motoren blev placeret i skallen på en 76 mm kanon og fyret fra tønden med en supersonisk hastighed på 588 m / s. Testene gik i to år. Projektiler med en ramjet-motor udviklede mere end 2M - ingen andre fly i verden fløj hurtigere på det tidspunkt. Samtidig foreslog, byggede og testede Girdoviterne en model af en pulserende ramjet-motor - dens luftindtag åbnes og lukkede med jævne mellemrum, hvilket resulterede i, at forbrændingen i forbrændingskammeret pulserede. Lignende motorer blev senere brugt i Tyskland på FAU-1 raketter.
Salgsfremmende video:
De første store ramjetmotorer blev igen oprettet af sovjetiske designere I. A. Merkulov i 1939 (subsonisk ramjet-motor) og M. Bondaryuk i 1944 (supersonisk). Siden 40'erne begyndte arbejdet med "direkte flow" på Central Institute of Aviation Motors (CIAM).
Nogle typer fly, inklusive missiler, var udstyret med supersoniske ramjet-motorer. Dog tilbage i 50'erne blev det klart, at med M-numre over 6 - 7, er ramjet ineffektiv. Igen, som for turbojet-motoren, brød luften bremset foran kompressorstationen for varmt. Det gav ikke mening at kompensere for dette ved at øge ramjetmotorens masse og dimensioner. Derudover begynder molekyler af forbrændingsprodukter ved høje temperaturer at dissocere og absorbere den energi, der er beregnet til at skabe tryk.
Det var derefter i 1957, at S. Shchetinkov, en berømt videnskabsmand, der deltog i de første flyvetest på en ramjet-motor, opfandt en hypersonisk motor. Et år senere optrådte publikationer om lignende udviklinger i Vesten. Forbrændingskammeret til scramjet begynder næsten øjeblikkeligt bag luftindtaget, derefter passerer det glat ind i et ekspanderende dyse (fig. 2). Selvom luften nedsættes ved indgangen til den, i modsætning til tidligere motorer, bevæger den sig til kompressorstationen, eller rettere, styrter med supersonisk hastighed. Derfor er dets tryk på kammervæggene og temperaturen meget lavere end i en ramjet-motor.
Lidt senere blev en scramjet-motor med ekstern forbrænding foreslået (fig. 3). For et fly med en sådan motor vil brændstoffet brænde direkte under flykroppen, der vil tjene som en del af den åbne kompressorstation. Naturligvis vil trykket i forbrændingszonen være mindre end i en konventionel forbrænder - motorens drivkraft falder lidt. Men du får en vægtøgning - motoren slipper for den massive ydre væg på kompressorstationen og en del af kølesystemet. Det er sandt, at en pålidelig "åben direkte strøm" endnu ikke er skabt - dens fineste time kommer sandsynligvis i midten af XXI-tallet.
Lad os dog vende tilbage til scramjet-motoren, der blev testet før aftenen sidste vinter. Det blev brændstof med flydende brint opbevaret i en tank ved en temperatur på ca. 20 K (- 253 ° C). Supersonic forbrænding var måske det sværeste problem. Vil brint fordeles jævnt over kammerets tværsnit? Vil det have tid til at brænde helt ud? Sådan organiseres automatisk forbrændingsstyring? - du kan ikke installere sensorer i kammeret, de smelter.
Hverken matematisk modellering på ultra-magtfulde computere eller bænketests leverede omfattende svar på mange spørgsmål. For at simulere en luftstrøm, for eksempel ved 8M, kræver stativet et tryk på hundreder af atmosfærer og en temperatur på ca. 2500 K - flydende metal i en varm ovn med ildsted er meget køligere. Ved endnu højere hastigheder kan motor- og flypræstation kun bekræftes under flyvning.
Det blev tænkt i lang tid både her og i udlandet. Tilbage i 60'erne forberedte De Forenede Stater test af en scramjet-motor på et højhastigheds-X-15-raketfly, men tilsyneladende fandt de ikke sted.
Den indenlandske eksperimentelle scramjet-motor blev lavet med dobbelttilstand - ved en flyvehastighed på mere end 3M virkede den som en normal "direkte strøm", og efter 5 - 6M - som en hypersonisk en. Til dette blev stederne for brændstofforsyning til kompressorstationen ændret. Antiflymissilet, der blev taget ud af drift, blev motoraccelerator og bærer af det hypersonic flyvende laboratorium (HLL). GLL, der inkluderer styresystemer, målinger og kommunikation med jorden, en brintbeholder og brændstofsamlinger, blev anbragt i rummet i det andet trin, hvor hovedmotoren (LRE) med dens brændstoftanke efter fjernelse af spidshovedet forblev. Den første fase - pulverforstærkere, - efter at have spredt raketten fra starten, adskilt efter nogle få sekunder.
Anti-fly missil med scramjet ved startpuden (foto offentliggøres for første gang).
Bænketest og forberedelse til flyvningen blev udført ved P. I. Baranov Central Institute of Aviation Motors i samarbejde med Luftforsvaret, Fakel-maskinbygningsdesignbureauet, der gjorde sin raket til et flyvende laboratorium, Soyuz-designbureauet i Tuyev og Temp-designbureauet i Moskva, der producerede motoren. og brændstofregulatoren og andre organisationer. Programmet blev overvåget af kendte luftfartsspecialister R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov og V. A. Sosunov.
For at understøtte flyvningen oprettede CIAM et mobilt flydende brændstofpåfyldningskompleks og et ombord flydende brintforsyningssystem. Når flydende brint nu betragtes som et af de mest lovende brændstoffer, kan oplevelsen med at håndtere det, akkumuleret ved CIAM, være nyttig for mange.
… Raketten blev lanceret sent på aftenen, den var allerede næsten mørk. På få øjeblikke forsvandt "keglen" i lave skyer. Der var en stilhed, der var uventet sammenlignet med den oprindelige rumble. Testerne, der så starten, tænkte endda: gik alt virkelig galt? Nej, apparatet fortsatte på sin tilsigtede sti. På det 38. sekund, da hastigheden nåede 3,5 M, startede motoren, brint begyndte at strømme ind i CC.
Men den 62. skete det uventede virkelig: den automatiske nedlukning af brændstofforsyningen fungerede - scramjet-motoren lukkede ned. Derefter, omkring det 195. sekund, startede det automatisk igen og arbejdede indtil 200. Det blev tidligere bestemt som det sidste sekund af flyvningen. I dette øjeblik ødelagde raketten, selvom den stadig var over teststedets område, selvdestrueret.
Den maksimale hastighed var 6200 km / t (lidt over 5,2M). Motoren og dens systemer blev overvåget af 250 indbyggede sensorer. Målingerne blev sendt til jorden ved radiotelemetri.
Ikke alle oplysninger er behandlet endnu, og en mere detaljeret historie om flyvningen er for tidligt. Men det er allerede klart nu, at piloter og kosmonauter om nogle få årtier vil ride på den "hypersoniske fremadstrømning".
Fra redaktøren. Flytest af scramjet-motorer på X-30-fly i USA og på Hytex i Tyskland er planlagt til 1995 eller de næste par år. Vores specialister kunne imidlertid i den nærmeste fremtid teste den "direkte strøm" med en hastighed på mere end 10 M på kraftige missiler, som nu trækkes ud af drift. Det er sandt, at de domineres af et uafklaret problem. Ikke videnskabelig eller teknisk. CIAM har ingen penge. De er ikke engang tilgængelige for de halvt tiggende lønninger til ansatte.
Hvad er det næste? Nu er der kun fire lande i verden, der har en fuld cyklus med bygning af flymotorer - fra grundlæggende forskning til serieproduktion. Dette er USA, England, Frankrig og i øjeblikket Rusland. Så der vil ikke være flere af dem i fremtiden - tre.
Amerikanerne investerer nu hundreder af millioner af dollars i scramjet-programmet …
Figur: 1. Skematisk diagram over en ramjet-motor (ramjet): 1 - luftindtagets centrale krop, 2 - luftindtagets hals, 3 - forbrændingskammer (CC), 4 - dyse med et kritisk afsnit. Hvide pile viser brændstoflevering. Udformningen af luftindtaget er sådan, at den luftstrøm, der er kommet ind i den, hæmmes og kommer ind i kompressorstationen under højt tryk. Forbrændingsprodukter, der forlader forbrændingskammeret, accelereres i en indsnævret dyse til lydens hastighed. Interessant nok skal dysen udvides for yderligere at accelerere gasserne. Eksemplet med en flod, når strømmen accelererer i forhold til indsnævring af bredderne, er kun egnet til subsoniske strømme.
Figur: 2. Skematisk diagram over en hypersonisk ramjet-motor (scramjet-motor): 1 - CS, 2 - ekspanderende dyse. CS begynder ikke bag diffusoren, som i ramjet-motoren, men næsten straks bag luftindtaget. Brændstof-luftblandingen brænder med supersonisk hastighed. Forbrændingsprodukterne accelereres endnu mere i den ekspanderende dyse.
Figur: 3. Skematisk diagram over en scramjet-motor med ekstern forbrænding: 1 - brændstofindsprøjtningspunkt. Forbrænding finder sted på ydersiden af motoren - forbrændingsprodukternes tryk er mindre end i et lukket forbrændingskammer, men trykket - kraften, der virker på væggen i luftrammen, er større end frontalmodstanden, der sætter enheden i bevægelse.
Forfattere: Yuri SHIKHMAN, Vyacheslav SEMENOV, forskere fra Central Institute of Aviation Motors