Postavljajo mi vprašanja o testiranju nove rakete Avangard s "hipersoničnimi" (hitrost leta v atmosferi se imenuje 20-27 Machov, t.j. hitrost zvoka) bojnimi glavami.
Resnici na ljubo je podatkov za resen komentar premalo, tiste, ki so na voljo, pa so zelo kontradiktorne. Nekaj pa se da reči.
Začel bom z definicijo "hipersoničnega". V letalstvu se za hiperzvočno hitrost šteje hitrost že 5-6 (seveda ali več) hitrosti zvoka za določeno višino. Zakaj za to? Ker je hitrost zvoka v zraku odvisna od njegovega tlaka, tlak pa pada z višino. Temu primerno je na različnih višinah različna hitrost zvoka (če koga zanima naj pogugla ISA standard - International Standard Atmosphere).
Na splošno ima vsako vozilo, ki leti v atmosferi s hitrostjo nad M>5...6, hiperzvočno hitrost.
Na primer, spuščajoči modul vesoljskega plovila Soyuz, ko se vrača iz vesolja, vstopi v atmosfero pri prvi ubežni hitrosti (približno M = 23 ... 24), in vsaka nosilna raketa, ki se začne z zemeljske površine in pospeši do prve ubežna hitrost, tudi s tem, da na neki točki leti s hipersonično hitrostjo (dokler ne zapusti atmosfere). Ampak - pozor! Ne moremo jih imenovati hiperzvočna letala! In tu se začne goljufanje, ki ga slišimo iz uradnih virov, ko se hvalimo z našim novim orožjem: najprej »Dagger«, zdaj »Vanguard«. Ker ni vsako vozilo, ki leti s hipersonično hitrostjo, »hipersonično letalo«. Na primer, bojne glave balističnih raket, ki letijo od sredine prejšnjega stoletja in v atmosfero vstopajo s hipersonično hitrostjo, niso hiperzvočna letala (HAV).
V letalstvu obstaja jasna definicija GLA - to je letalo, ki nekaj časa izvaja ENOTEN hipersonični let v atmosferi. Enakomerno je, ko potisk motorja kompenzira zračni upor (zagotovljena je konstantnost hiperzvočne hitrosti), sila gravitacije pa kompenzira aerodinamični vzgon (konstantnost višine leta). V tem primeru je mogoče manevriranje (spreminjanje smeri leta) doseči z odklonom aerodinamičnih površin (krmila) ali spreminjanjem vektorja potiska motorja.
Motor je lahko raketni (na tekoče ali trdno gorivo) ali zračni (na primer hiperzvočni ramjet).
Raketni motor deluje zelo kratek čas, merjen v sekundah (deseticah). Zato naprava z raketnim motorjem najprej nabere hitrost, nato pa, ko zmanjka goriva in izklopi motor, leti po vztrajnosti, upočasnjena zaradi upora prihajajočega zračnega toka. Zato raketa, ki del časa leti z nadzvočno hitrostjo, NI hiperzvočno letalo. V skladu s tem je Kinzhal aerobalistična raketa Iskander, ki se izstreljuje iz zraka, ne pa hiperzvočno letalo. Kot isti "Satan" ali "Iskander".
Enakomerno hiperzvočno letenje lahko zagotovi le hiperzvočni reaktivni motor za dihanje zraka (scramjet motor), ki se od raketnega motorja razlikuje po tem, da medtem ko je njegovo gorivo (gorivo in oksidant) shranjeno na krovu letala in zgori v desetinah sekund, potem je v hiperzvočnem vozilu z motorjem scramjet na krovu samo gorivo, oksidant (kisik) pa se vzame iz okoliškega ozračja. To je tisto, kar zagotavlja za velikostne rede višji izkoristek (ekonomičnost) motorja scramjet, njegov čas delovanja pa je več deset minut ali več.
Če povzamem povedano: hipersonično letalo je vozilo s hipersonično KRIŽARJENO hitrostjo, ki zaradi hipersoničnega motorja za dihanje zraka izvaja ENAKOMEREN let s hipersonično hitrostjo. In iz razpoložljivih informacij niti Avangard niti njegove jadralne bojne glave niso hiperzvočne letale, temveč zgolj manevrirne bojne glave s povečanim atmosferskim segmentom letenja. In očitno - leti po inerciji. Naj vas spomnim, da so bile prve izstrelitve prototipov takšnih bojnih glav izvedene v ZSSR že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja (na primer »raketoplani MP-1« Vladimirja Čelomeja).
Kar zadeva dejansko ustvarjanje resnično hiperzvočnih letal z motorji Scramjet, je to zelo kompleksna inženirska naloga, katere rešitve Avangard niti približno ne rešuje. In ali je sodobna Rusija sploh »pretrda«, da bi to naredila, je veliko vprašanje... Tudi Američanom to še ni uspelo, mi pa smo jim glede tega v riti, čeprav je ZSSR imela dobre premike v okviru "hladna" tema.
Zakaj "hladno"? Da, saj je edino gorivo za hiperzvočna letala lahko tekoči vodik ali utekočinjen plin, katerega toplotna kapaciteta pomaga pri hlajenju vozila in hiperzvočnega motorja med letom.
Še dve točki, ki zahtevata pojasnilo, sodeč po komentarjih o lansiranju Avangarda.
Prva je temperatura čelnega ("vetrnega") dela bojne glave pri 2000 stopinjah. S temperaturo na fronti udarnega vala 20.000 stopinj - povsem realno. Dovolj je spomniti se, da so nogavice "karbon-ogljik" na Buranu vzdržale temperature do 1750 stopinj in od takrat so se pojavili novi materiali (za tiste, ki jih zanima, glejte tukaj http://www.buran.ru/htm/tersaf4. htm, spodaj objava vsebuje sliko za ploščato toplotno zaščito "Buran").
Druga je hitrost leta M=27. Mnogi so opazili, da je ta hitrost višja od prve kozmične hitrosti, tj. in naš Buran, pa ameriški shuttli, pa razni landerji, kot vse bojne glave balističnih raket, vstopajo v ozračje z nižjo hitrostjo. Na primer, za Buran se je izračun pristajalne poti začel z višine 152.500 metrov ("uradna meja" vesolja je 100 km) - v tem trenutku je imel hitrost 7.578 metrov na sekundo, kar je bilo enako 22,82 macha. Ladja je padala, tj. pospešeno, tako da je bilo največje Machovo število = 27,92 doseženo na višini 93-90 km. Še vedno je vesolje, atmosfere skorajda ni. Na primer, višina hitrosti (dinamični tlak prihajajočega toka) na tej višini pri navedeni hitrosti 7,5 km/s je samo ... 10 kg na kvadratni (!) meter. V takih razmerah lahko samo popoln idiot govori o "hipersoničnem" letu na višini 90 km. No, ali pa humanist. No, pri temperaturi se že vse pozna - od začetnih 27 stopinj Celzija v orbiti do višine 90 km se temperatura uspe dvigniti do 1200 stopinj.
Če pa govorimo o maksimalnem segrevanju (tu je pomemben kumulativni učinek, hitrostni pritisk pa narašča hitreje od stopnje zmanjševanja hitrosti), potem dosežemo največ 1656 stopinj C na višini 77800 metrov (hitrost 7582 m). /s, ali M = 26,69), in ostane do nadmorske višine 69400 metrov (hitrost 6277 m/s, ali M=21,05). Kot lahko vidite, so omenjene hitrosti M=27 povsem realne, vendar je enakomeren let v tem načinu s sodobnimi tehnologijami nepredstavljiv. Vse, kar danes slišimo, je amatersko trganje številk iz konteksta.
No, glede "novoletnega darila" - najprej vrni pokojnino, balabol ...
PS: kaj naj še dodam. Sredi "ničelnih" let se je pojavila izjemno zanimiva in strogo zaupna tema (za napete kompetentne tovariše lahko dam povezavo do edine odprte objave v reviji "Letalska tehnika in tehnologije" NPO "Molniya") - tako imenovano "transatmosfersko letalo". Na kratko - STANOVNI let v atmosferi pri potovalnih hitrostih NAD prvo kozmično hitrostjo.
PPS: in nazadnje (če smo natančni) - kot definicijo za “hipersonično letalo” sem uporabil definicijo pojma “hipersonično letalo”
Zvišanje delovnih temperatur toplotno zaščitnih materialov
6. februarja 1950 je med drugim preizkusom sovjetski reaktivni lovec MiG-17 v vodoravnem letu presegel hitrost zvoka in pospešil na skoraj 1070 km/h. To ga je spremenilo v prvo množično proizvedeno nadzvočno letalo. Razvijalca Mikoyan in Gurevich sta bila očitno ponosna na svojo idejo.
Za bojne lete je MiG-17 veljal za transonični, saj njegova potovalna hitrost ni presegla 861 km/h. Toda to ni preprečilo, da bi borec postal eden najpogostejših na svetu. V različnih obdobjih je bil v službi Nemčije, Kitajske, Koreje, Poljske, Pakistana in desetine drugih držav. Ta pošast je celo sodelovala v bojih v vietnamski vojni.
MiG-17 še zdaleč ni edini predstavnik zvrsti nadzvočnih letal. Povedali vam bomo še o ducatu letal, ki so prav tako prehiteli zvočne valove in postali znani po vsem svetu.
Zvonec X-1
Ameriško letalstvo je Bell X-1 posebej opremilo z raketnim motorjem, ker so želeli z njim proučevati probleme nadzvočnega letenja. 14. oktobra 1947 je naprava pospešila do 1541 km/h (Machovo število 1,26), premagala dano oviro in se spremenila v zvezdo na nebu. Danes je model, ki podira rekord, v muzeju Smithsonian v ZDA.
Vir: NASA
Severnoameriški X-15
Severnoameriški X-15 je opremljen tudi z raketnimi motorji. Toda za razliko od svojega ameriškega dvojnika Bell X-1 je to letalo doseglo hitrost 6167 km/h (Machovo število 5,58) in tako postalo prvo in 40 let edino hiperzvočno letalo s posadko v zgodovini človeštva (od leta 1959, ki je izvajalo suborbitalno letalo). vesoljski poleti s posadko. Z njegovo pomočjo so preučevali celo reakcijo atmosfere na vstop krilatih teles vanjo. Skupaj so bile izdelane tri enote raketoplanov tipa X-15.
Vir: NASA
Lockheed SR-71 Blackbird
Greh bi bil ne uporabiti nadzvočnih letal v vojaške namene. Zato so ameriške zračne sile zasnovale Lockheed SR-71 Blackbird, strateško izvidniško letalo z največjo hitrostjo 3.700 km/h (Machovo število 3,5). Glavne prednosti so hitro pospeševanje in visoka okretnost, kar mu je omogočilo izogibanje raketam. SR-71 je bilo tudi prvo letalo, ki je bilo opremljeno s tehnologijami za zmanjšanje radarskega zaznavanja.
Zgrajenih je bilo samo 32 enot, od katerih se jih je 12 ponesrečilo. Leta 1998 je bil umaknjen iz uporabe.
Vir: af.mil
MiG-25
Ne moremo si kaj, da ne bi spomnili domačega MiG-25 - nadzvočnega višinskega lovca-prestreznika 3. generacije z največjo hitrostjo 3000 km/h (Machovo število 2,83). Letalo je bilo tako kul, da so si ga zaželeli celo Japonci. Zato je moral 6. septembra 1976 sovjetski pilot Viktor Belenko ugrabiti MiG-25. Po tem so se letala v mnogih delih Unije letala začela nepopolno oskrbovati z gorivom. Cilj je preprečiti, da bi odleteli na najbližje tuje letališče.
Vir: Alexey Beltyukov
MiG-31
Sovjetski znanstveniki niso nehali delati v zračno korist domovine. Zato se je leta 1968 začelo načrtovanje MiG-31. In 16. septembra 1975 je bil prvič na nebu. Ta dvosedežni nadzvočni lovec-prestreznik dolgega dosega za vse vremenske razmere je pospešil do hitrosti 2500 km/h (Machovo število 2,35) in postal prvo sovjetsko bojno letalo četrte generacije.
MiG-31 je namenjen prestrezanju in uničevanju zračnih ciljev na ekstremno nizkih, nizkih, srednjih in velikih višinah, podnevi in ponoči, v enostavnih in neugodnih vremenskih razmerah, z aktivnim in pasivnim radarskim motenjem ter lažnih toplotnih ciljev. Štirje MiG-31 lahko nadzorujejo zračni prostor v dolžini do 900 kilometrov. To ni letalo, ampak ponos Unije, ki je še vedno v službi Rusije in Kazahstana.
Vir: Vitaly Kuzmin
Lockheed/Boeing F-22 Raptor
Najdražja nadzvočna letala so zgradili Američani. Izdelali so večnamenski lovec pete generacije, ki je med njihovimi kolegi postal najdražji. Lockheed/Boeing F-22 Raptor je trenutno edini lovec pete generacije v uporabi in prvi serijski lovec z nadzvočno potovalno hitrostjo 1890 km/h (1,78 macha). Največja hitrost 2570 km/h (2,42 macha). V zraku ga še nihče ni presegel.
Vir: af.mil
Su-100/T-4
Su-100/T-4 ("tkanje") je bil razvit kot lovec letalonosilka. Toda inženirjem oblikovalskega biroja Sukhoi je uspelo ne le doseči svoj cilj, ampak tudi simulirati hladen udarni in izvidniški bombnik-raketonosec, ki so ga pozneje celo želeli uporabiti kot potniško letalo in pospeševalnik za letalsko-vesoljski sistem Spiral. Največja hitrost T-4 je 3200 km/h (3 macha).
Kar je definirano na naslednji način: , kjer je u hitrost gibanja toka ali telesa, in je hitrost zvoka v mediju. Hitrost zvoka je definirana kot , kjer je adiabatni indeks medija (za idealen n-atomski plin, katerega molekula ima prostostne stopnje, je enak ). Tukaj je skupno število prostostnih stopenj molekule. Hkrati je število translacijskih prostostnih stopenj . Za linearno molekulo število rotacijskih prostostnih stopenj, število vibracijskih prostostnih stopenj (če obstajajo). Za vse druge molekule,.
Pri gibanju v mediju z nadzvočno hitrostjo telo za seboj nujno ustvari zvočno valovanje. Pri enakomernem premočrtnem gibanju ima sprednji del zvočnega vala stožčasto obliko z vrhom v gibajočem se telesu. Emisija zvočnega valovanja povzroči dodatno izgubo energije gibajočega se telesa (poleg izgube energije zaradi trenja in drugih sil).
Podobni učinki oddajanja valov gibajočih se teles so značilni za vse fizične pojave valovne narave, na primer: sevanje Čerenkova, valovanje, ki ga ustvarjajo ladje na površini vode.
Razvrstitev hitrosti v ozračju
V normalnih atmosferskih razmerah je hitrost zvoka približno 331/s. Višje hitrosti so včasih izražene v Machovih številih in ustrezajo nadzvočnim hitrostim, pri čemer so hiperzvočne hitrosti del tega območja. NASA definira "hiter" hiperzvok v območju hitrosti 10-25 M, kjer zgornja meja ustreza prvi ubežni hitrosti. Zgornje hitrosti se ne štejejo za hiperzvočno hitrost, ampak " povratna hitrost» vesoljsko plovilo na Zemljo.
Primerjava načinov
| Način | Machove številke | km/ | /sek | Splošne značilnosti naprave |
|---|---|---|---|---|
| Podzvočno | <1.0 | <1230 | <340 | Najpogosteje letalo s propelerjem oz gledališče operacij, ravna ali poševna krila. |
| Transsound (angleščina) ruski | 0.8-1.2 | 980-1470 | 270-400 | Z odprtinami za dovod zraka in rahlo zamahnjenimi krili postane stisljivost zraka opazna. |
| Nadzvočno | 1.0-5.0 | 1230-6150 | 340-1710 | Robovi letal so ostrejši, repna enota se premika. |
| Hiperzvok | 5.0-10.0 | 6150-12300 | 1710-3415 | Ohlajeno telo iz nikelj-titana, majhna krilca. (X-43) |
| Hiter hiperzvok | 10.0-25.0 | 12300-30740 | 3415-8465 | Silikonske ploščice za toplotno zaščito, ki podpirajo telo naprave namesto kril. |
| "Hitrost povratka" | >25.0 | >30740 | >8465 | Ablativni toplotni ščit, brez kril, oblika kapsule. |
Nadzvočni predmeti
Vesoljske ladje in njihovi nosilci ter večina sodobnih bojnih letal pospešujejo do nadzvočnih hitrosti. Razvitih je bilo tudi več potniških nadzvočnih letal - Tu-144, Concorde, Aerion. Hitrost krogle večine sodobnega strelnega orožja je večja od M1.
Glej tudi
Opombe
Fundacija Wikimedia.
- 2010.
- Električna napetost
Machovo število
Oglejte si, kaj je "nadzvočna hitrost" v drugih slovarjih: NADZVOČNA HITROST - hitrost gibanja medija ali telesa v mediju, ki presega hitrost zvoka v danem mediju. Fizični enciklopedični slovar. M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prohorov. 1983 ...
Oglejte si, kaj je "nadzvočna hitrost" v drugih slovarjih: Fizična enciklopedija - NADZVOČNA HITROST, hitrost, ki presega lokalno hitrost zvoka. V suhem zraku pri temperaturi 0 °C je ta hitrost 330 m/s ali 1188 km/h. Njegova velikost je običajno izražena s številom MAX, ki je razmerje med hitrostjo... ...
Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar Nadzvočna hitrost - 1) hitrost plina V presega lokalno hitrost zvoka a: V > a (M > 1, M Machovo število). 2) S. s. hitrost letenja letala, ki presega hitrost zvoka v nemotenem toku (pogosto let s S.S. pomeni let s hitrostjo ... ...
Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar Enciklopedija tehnologije
Oglejte si, kaj je "nadzvočna hitrost" v drugih slovarjih:- hitrost gibanja telesa (pretok plina) presega hitrost zvoka pri enakih pogojih. Značilen z vrednostmi Machovega števila (M); ima M vrednosti od 1 do 5. Hitrost, ki presega hitrost zvoka za več kot 5-krat... ... Morski slovar - hitrost gibanja telesa (pretok plina) presega hitrost zvoka pri enakih pogojih (hitrost zvoka v zraku pri 0°C je 331 m/s). Značilen z Machovim številom M (), ki ima vrednosti od 1 do 5. Hitrost, ki presega M... ...
Velika politehnična enciklopedija nadzvočno hitrostjo - Hitrost plina presega lokalno hitrost zvoka, . [GOST 23281 78] Teme aerodinamika letal Splošni izrazi značilnosti toka plina EN nadzvočna hitrost ...
Velika politehnična enciklopedija Priročnik za tehnične prevajalce - viršgarsinis greitis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Skraidymo aparato greitis, viršijantis garso greitį terpėje arba aplinkoje, kurioje jis juda. atitikmenys: angl. hiperzvočna hitrost; nadzvočna hitrost vok....
Velika politehnična enciklopedija- viršgarsinis greitis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. hiperzvočna hitrost; nadzvočna hitrost vok. Überschallgeschwindigkeit, f; Ultraschallgeschwindigkeit, f rus. nadzvočna hitrost, f pranc. vitesse hypersonique, f … Fizikos terminų žodynas
Velika politehnična enciklopedija- viršgarsinis greitis statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Greitis, viršijantis garso greitį. atitikmenys: angl. nadzvočna hitrost; hitrost rus. nadzvočna hitrost... Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas
Hipersonično letalo je sposobno leteti v atmosferi s hitrostjo večjo ali enako 5M (M je hitrost zvoka); prav tako lahko objekt prosto manevrira z uporabo aerodinamičnih sil. Za katero koli državo na svetu je lastništvo takšne naprave mamljiva možnost, saj ponuja neomejene možnosti, predvsem na vojaškem področju; v prvi vrsti je takšno napravo mogoče obravnavati kot sredstvo za dostavo jedrskega orožja. Dejansko je tako raketo skoraj nemogoče sestreliti. Danes niti ena država na svetu nima hiperzvočnih raket, čeprav poteka intenziven razvoj hiperzvočnih motorjev.
V Rusiji je bilo takšno delo opravljeno s kratkimi premori, a že leta 2001, julija, je bila izstreljena raketa Topol. Hkrati je bilo po mnenju strokovnjakov izjemno obnašanje bojne glave zelo izjemno. Takrat ni bilo potrditve, da bo bojna glava opremljena z lastnim motorjem, ki bi ji omogočal manevriranje v atmosferi s hiperzvočno hitrostjo. Že omenjene vaje, ki so bile februarja 2004, so postale prava senzacija. Med temi vadbenimi manevri je bil izstreljen par balističnih raket: Topol-M in RS-18. Slednji je bil opremljen z eksperimentalno napravo, ki se je pojavljala v vesolju in se ponovno vračala v atmosfero. Ta manever se je zdel neverjeten.
Ko bojna glava vstopi v goste plasti atmosfere, je njena hitrost 5000 m/s, zato mora biti opremljena s posebno zaščito pred pregrevanjem in preobremenitvami. Hitrost eksperimentalne naprave ni bila nič manjša, kar ji ni preprečilo spreminjanja hitrosti brez sesutja. V aerodinamiki ni čudežev. Sovjetski Buran, ameriški shuttli in sodobni lovci imajo veliko skupnega. V vseh pogledih bi morala biti naprava, testirana med vadbenimi manevri, zelo podobna X-90. Njegov videz je še danes skrivnost. Ta naprava je za razliko od balističnih bojnih glav sposobna v vsakem trenutku spremeniti svojo pot leta, kar ustreza vnaprej nastavljenemu programu, lahko pa jo je tudi preusmeriti na drug cilj neposredno nad sovražnim ozemljem.
Konvencionalna bojna glava vedno sledi svoji stalni poti in jo lahko kadar koli prestreže protiraketna raketa. RS-18 je imel napravo, ki mu je spreminjala smer leta in višino, kar mu je pomagalo premagati vsak protiraketni sistem. Na vprašanje novinarjev, kako se bodo ZDA odzvale na to novico, je predsednik odgovoril, da ZDA same aktivno razvijajo lastno orožje. Washington je nedavno opustil pogodbo ABM in izjavil, da ta korak nikakor ni uperjen proti Rusiji.
V ZDA ima razvoj ramjetnih motorjev z dihanjem zraka svojo precej dolgo zgodovino. Teoretični razvoj se je začel že v 40. letih prejšnjega stoletja, ameriška mornarica, letalstvo in NASA pa so okoli 50. let začeli eksperimentalno fazo. Ideja te študije temelji na različnih raziskovalnih programih, ki so povezani z zasnovo motorjev na ogljikovo in vodikovo gorivo. Med temi dogodki bi rad posebej izpostavil program NASA. Leta 1986 so razvijalci dobili cilj ustvariti letalo, ki bi lahko doseglo hitrost nad 15 machov, hkrati pa vzletelo in pristalo na vodoravni ploščadi. Program se je končal leta 1993 in zasnova motorja, ustvarjena med programom, ki se je izkazala za izvirno, je bila osnova elektrarne, ki je bila uporabljena na X-43A.
Letalske sile ZDA so leta 2001 izvedle zemeljske preizkuse prvega nehlajenega ramjetnega letala, ki je deloval na ogljikovodikovo gorivo. Poskusi so bili izvedeni skupaj s podjetjem za gradnjo motorjev. Rezultat tega sodelovanja leta 2003 je bil motor iz nikljevih zlitin. Poleg tega se ta motor hladi s pretokom lastnega goriva in lahko v prihodnosti postane osnova za križarke, vesoljska plovila in letala. Zemeljska testiranja ramjeta so bila izvedena lani, delo je izvajala cela skupina organizacij - ameriška mornarica, Aerojet, DARPA in univerza Hopkins. Motor je bil izdelan iz nikljevih zlitin in je bil namenjen samo za hiperzvočne križarke z gorivom JP10.
ruski razvoj.
Vladimir Lvovich Freishtadt je delal v Sanktpeterburškem znanstvenoraziskovalnem podjetju za hiperzvočne sisteme, v holdingu Leninets, in je predstavil popolnoma nov koncept hipersoničnega letala (HLA). Predlagal je, da vozila, ki leti z ogromno hitrostjo, ne bi smeli zaščititi pred vročino, ampak, nasprotno, prepustiti to toploto, da bi izboljšali in povečali vire energije. Na podlagi koncepta Ajax je hiperzvočno letalo odprt, neizoliran aerotermodinamični sistem. V tem sistemu v vseh fazah atmosferskega leta majhen del kinetične energije, ki jo razdelijo podsistemi na krovu, poveča skupni vir te naprave in se nadalje pretvori v električno in kemično energijo. To je rešilo številne težave, vključno s problemom hlajenja letala.
Ajax je prvotno nastal kot odgovor na ameriške načrte o izdelavi hiperzvočnega izvidniškega letala Aurora, ki naj bi ga kasneje preoblikovali v hiperzvočno letalo ultra dolgega dosega, še kasneje pa v začetno stopnjo za izstrelitev tovora v orbita.
Hipersonično letalo kot gorivo uporablja ogljikovodike (utekočinjeni metan ali kerozin) in vodo. Za izkoriščanje toplote je v dvojnem ohišju aparata nameščen termokemični reaktor. Ogljikovodikovo gorivo se dovaja neposredno v ta reaktor, potem ko naprava pospeši in se ohišje segreje. Ogljikovodikovo gorivo se uporablja kot endotermno gorivo, torej absorbira toploto. Pod vplivom tlaka, temperature in s pomočjo katalizatorja se zmes vode in goriva razgradi na prosti vodik in olefin. Ta zmes, ki vsebuje vodik, gre neposredno v magnetoplazma-kemični motor, ki je hiperzvočni ramjet, MHD generator in MHD pospeševalnik, ki se nahaja za zgorevalno komoro. MHD generator ima vlogo kompresorja in upočasni pretok zraka na optimalno hitrost. Ioniziran in inhibiran zračni tok že vstopa v zgorevalno komoro, tam pa se dovaja tudi gorivo, obogateno z vodikom (metan ali kerozin).
Produkti zgorevanja, ki že tečejo, vstopijo v šobo, jih dodatno pospeši MHD pospeševalnik in, ko se že razširijo, izstopijo. Za ionizacijo zraka in pospešitev pretoka uporabljajo elektriko, ki jo proizvaja MHD generator. S tem je mogoče povečati hitrost letala za 30 % in pridobiti številne dodatne prednosti. Plazemski lijak, ki se oblikuje okoli dovoda zraka scramjet, poveča premer njegove učinkovitosti in se poveča na skoraj stotine metrov, plazemski oblaki-pege pred letalom pa znatno zmanjšajo zračni upor v bližini kril. Za ionizacijo zraka lahko uporabite lasersko sevanje ali vir nevtronov.
Tako bo lahko naprava, ki bo letela v atmosferi, pretvarjala kinetično energijo prihajajočega zračnega toka v široko paleto različnih vrst energije. Na osnovi koncepta Ajax je bila razvita hiperzvočna družina letal Neva za orbitalni in zemeljski prevoz potnikov ali tovora. Koncept Ajax je nov z velikim tehničnim tveganjem, zato so se razvnele burne razprave o izvedljivosti razvoja in projekta. Leta 1993 je bila pravkar znana končna sodba strokovne komisije vodilnih znanstvenikov. V sodbi je navedeno, da ta koncept absolutno ni v nasprotju s sodobnimi znanstvenimi podatki.
Vendar so bila za izvedbo del potrebna sredstva, ki jih ni bilo na voljo. In maja 2001 je postalo znano, da je JSC Leninets podpisal sporazum s Kitajsko o začetku skupnega dela na GLA koncepta Ajax. Projekt je zasnovan za 15 let. Obseg naložb še ni določen, vendar se po približnih ocenah strokovnjakov za razvoj podobnega projekta v tujini porabi približno 70-80 milijonov dolarjev. Podpis finančnih dokumentov v letu 2011 je predviden septembra. Sporazum predvideva tudi sodelovanje pri razvoju elektronske opreme za različne vrste letalstva in satelitskih navigacijskih sistemov.
Raketa Kh-90 "Koala" ("AS-19 Koala").
Prvo hiperzvočno manevrirno raketo na svetu so testirali februarja 2004 med poveljniško štabno vajo Varnost 2004. Prisoten je bil tudi predsednik Putin. Projekt AS-19 je odgovor Rusije na nov program protiraketne obrambe Washingtona; novo rusko orožje se izstreljuje iz strateških bombnikov razreda TU-160. Premaga vsak sistem protiraketne obrambe in se imenuje X-90. Ta projekt na Zahodu nosi naslov "AS-19 Koala". Domneva se, da se pod X-90 skriva prva vodena hiperzvočna križarna raketa na svetu, katere taktične in tehnične lastnosti ter zunanji podatki so vojaška skrivnost. Po nekaterih poročilih naj bi ga začeli uporabljati leta 2010.
TU-160M je strateški bombnik, ki je postal simbol vojaške moči v Rusiji. "M" pomeni spremenjeno, to je, da so krila avtomobila nekoliko povečana. Tako je z njegovo pomočjo izstreljen X-90, ki ima sposobnost premagati vse sisteme protiraketne obrambe, ki se srečajo na njegovi poti, in z natančno natančnostjo zadeti tarčo tudi na drugih celinah.
X-90 je svojo zgodovino začel leta 1971. Potem se je skupina razvijalcev obrnila na vlado ZSSR z zahtevo za izdelavo majhnih strateških križarskih raket, ki bi lahko izvajale različne akcije na nizkih višinah, ki se uporabljajo za teren. Ta predlog pri vodstvu takrat ni naletel na odziv. Na to so se spomnili šele, ko so ZDA leta 1975 začele razvijati strateške križarke Cruise Missile. Razvijalcem je bilo leta 1976 nujno naloženo, da začnejo z razvojem, ta projekt pa naj bi bil dokončan do sredine leta 1982. Decembra 1983 naj bi bila raketa dana v uporabo.
Glavna zahteva je bila, da mora imeti raketa nadzvočno hitrost. X-90 je do konca 70. let dosegel hitrost 3M, že v 80. letih pa je hitrost dosegla 3-4M. Na letalskem mitingu MAKS-1997 so lahko vsi obiskovalci paviljona Rainbow občudovali eksperimentalno hiperzvočno letalo. Ta naprava je prototip nove križarne rakete, ki bo lahko na krovu nosila par individualno usmerjenih bojnih glav, ki lahko neodvisno zadenejo cilje na razdalji več kot 100 km od glavne rakete in od njene točke ločitve. Nosilec bo bombnik TU-160M.
Takrat je bilo hiperzvočno letalo X-90 dolgo približno 12 metrov in opremljeno z ramjet motorjem. Današnja raketa ne presega 9 metrov. Ko se raketa loči od letala nosilca na višini 8000-20000, se ji odprejo trikotna krila, ki imajo razpon približno 7 metrov, odpre pa se tudi repna enota. Nato se vklopi pospeševalnik na trdo gorivo, s pomočjo katerega raketa pospeši do nadzvočne hitrosti, nato začne delovati glavni motor, ki zagotavlja hitrost 4-5M. Približen doseg je 3.500 kilometrov.
Kako vse to deluje?
Da letalo s pogonom scramjet doseže zahtevane hitrosti, mora njegov motor iti skozi več stopenj delovanja. Za pospešitev hitrosti do 3-4 macha lahko uporabite plinske turbinske motorje ali raketne pospeševalnike, zunanje in notranje. Z doseganjem hitrosti 4 Macha motor scramjet začne prehajati iz potiska pri nizki hitrosti v način stabilnih udarnih valov, ki se tvorijo v motorju. Ustvarjajo odseke zračnega toka na vhodu v zgorevalno komoro s podzvočno hitrostjo. Pri tradicionalnem scramjet motorju to storita difuzor in dovod zraka, ki zaradi povečanja površine difuzorja zmanjšata pretok hitrosti na raven, ki je precej nižja od hitrosti zvoka, torej na ta način popolna zgorevanje zmesi se lahko doseže pri podzvočnih hitrostih. Potreben potisk zagotavlja razširljiva in zožena šoba, ki se nahaja za zgorevalno komoro. Pri izstopu iz komore v scramjetu se oblikuje "dušenje toplotnega plina", ki sploh ne zahteva geometrijskega dejanskega zožitve šobe. Pretok je zožen zaradi mešanja plina z zrakom, tokovi pa so natančno porazdeljeni.
Medtem ko letalo s scramjet motorjem pospeši z lastnim potiskom od 3 do 8 machov, motor uspe preklopiti v drug način v območju od 5 do 7 machov. Ta trenutek velja za prehodnega, saj motor deluje tako kot hiperzvočni kot tradicionalni scramjet. V zgorevalni komori se upočasnita tako dvig temperature kot dvig tlaka. Zaradi tega za normalno delovanje motorja zadostuje kratko predkompresijsko območje. Od vratu za dovod zraka se udarni valovi čim bolj približajo vstopu v zgorevalno komoro.
Ko doseže prag 6 Machov, se zračni tok glede na podzvočne hitrosti toliko upočasni, da se ponekod skoraj popolnoma ustavi, kar povzroči precej ostre spremembe v prenosu toplote in tlaku. Pojav takšnih simptomov, približno med 5 in 6 machi, lahko služi kot signal, da je čas za preklop na polni način Scramjet. No, če je hitrost že presegla 7 Machov, potem proces zgorevanja ne loči več zračnega toka, nato pa motor začne delovati v istem načinu scramjet, vendar brez udarnih valov pred zgorevalno komoro. Udarni valovi, ki izvirajo iz dovoda zraka, se porazdelijo po celotnem motorju.
Pri hitrostih nad 8 Machov začnejo veljati fizikalni zakoni, ki preprosto zahtevajo, da je način zgorevanja nadzvočen, saj motor ne bo vzdržal temperatur in pritiskov, ki lahko nastanejo, ko se zračni tok upočasni na podzvočne hitrosti.
Scramjet motor, ki deluje pri hitrostih od 5 do 15 machov, povzroča številne tehnične težave. To vključuje boj proti preobremenitvam motorja (predvsem toplotnim) in težavam, ki nastanejo pri mešanju goriva z zrakom, in pregrevanju vseh prednjih robov dovoda zraka. Za letenje s hiperzvočnimi hitrostmi so potrebni posebni materiali in dizajni.
Pri hitrosti približno 12 Machov hitrost vbrizganega goriva izenači hitrost zračnega toka, ki vstopa v zgorevalno komoro, in mešanje zraka z gorivom postane zelo oteženo. Pri doseganju še višjih Machovih hitrosti visoke temperature v zgorevalni komori izzovejo ionizacijo molekul in njihov razpad. In vsi ti procesi padejo na tako zapleteno sliko pretoka zraka, v katerem se pojavi samo nadzvočno mešanje, pa tudi interakcija kanala za dovod zraka z zgorevalno komoro in zakoni zgorevanja, zaradi česar je skoraj nemogoče izračunati pretoke plinov , način dobave toplotne bilance in goriva izgorevalne komore.
Med hipersoničnim letom se motor letala ne segreva samo zaradi delovanja zgorevalne komore, ampak tudi zaradi drugih sistemov: črpalk, hidravlike, elektronike. Pri hiperzvočnih letalih so sistemi za upravljanje toplote večinoma vedno vgrajeni v motorju, saj ta doživlja največje toplotne obremenitve. Na splošno je z motorjem veliko težav in nesporazumov. Za cono curka so bile vedno značilne ogromne mehanske, toplotne in zvočne obremenitve, vedno pa je bila napolnjena le s korozivno aktivno zmesjo, sestavljeno iz vročega kisika in produktov zgorevanja.
Če motor ni ohlajen, bo temperatura zgorevalne komore presegla 2760 stopinj Celzija, kar je nedvomno veliko več od tališča večine kovin. K sreči je problem visokih temperatur mogoče rešiti z aktivnim hlajenjem, razvojem posebnih visokotemperaturnih struktur in pravilno izbiro materialov. Hiperzvočno letalo ima svoje stroge zahteve glede materialov in struktur. Tukaj so: previsoke temperature; popolno ogrevanje naprave; gibljive in stacionarne ogrevalne cone iz številnih udarnih valov; velike aerodinamične obremenitve; velike obremenitve, ki izhajajo iz pulziranja tlaka; možnost resnih tresljajev, tresljajev, ki nihajo obremenitve toplotnega izvora; erozija pod vplivom curkov znotraj motorja in vhodnih zračnih tokov.
Zdaj, po uspešnih preizkusih na tleh več modelov v polnem obsegu in po uspešnem letu na X-43A, postajajo načrti za ustvarjanje popolnega letala z motorjem Scramjet, ki ga poganja ogljikovodik ali vodik, vse bolj resnični. . NASA za izstrelitev pripravlja še en X-43A in ga namerava pospešiti do 10 machov (do 12.000 km/h).
Pratt & Whitney, ameriške zračne sile in Boeingovo podjetje Phantom Works bodo še naprej preizkušali motorje s Scramjet, ki uporabljajo ogljikovodikovo gorivo. Ti testi bodo z relativno enostavnim motorjem za izdelavo prikazali celoten razpon vseh možnih pospeškov ter možnost stabilnega in konstantnega delovanja le nekaj minut pri hitrostih 4-6 Machov. Z računalniki in senzorji naj bi preverili tudi vodljivost motorja in nasploh celotne naprave.
Predstavitev teh različnih tehnoloških napredkov ter številni drugi načrtovani zračni in zemeljski preizkusi bodo utrli pot ustvarjanju ekonomsko upravičenih in večnamenskih hiperzvočnih motorjev za vesoljska plovila, križarke in letala ultra dolgega dosega. . Te naprave bodo začele delovati okoli leta 2015 in 2025.
10-07-2015, 11:34
Kaj je v ozadju govoric o ustvarjanju novega super-močnega orožja v Rusiji?
Vojaški analitični center Janes Information Group (ZDA) je objavil poročilo o uspešnem ruskem testiranju novega hiperzvočnega letala Yu-71 (Yu-71 v angleški transkripciji).
Po navedbah Američanov so bili testi opravljeni že februarja 2015. Izstrelitev naj bi potekala s poligona Dombarovsky blizu Orenburga. Njihovi vojaški analitiki navadnemu človeku poročajo o strogo zaupnih in srhljivih informacijah.
Poročajo, da je Yu-71 del ruskega tajnega projekta 4202. V tujini je bilo ugotovljeno, da je hitrost naše hiperzvočne rakete 11.200 km/h. Objekta, ki manevrira s tako hitrostjo, ni mogoče sestreliti - sistem protiraketne obrambe je proti takšnim hitrostim nemočen. Poleg tega lahko Yu-71 nosi jedrsko bojno glavo.
Po mnenju ameriških analitikov bo Rusija kmalu imela možnost visokonatančnih napadov na izbrane cilje. Poleg tega bo zagotovljeno, da bo ena raketa zadela tudi najbolj zaščitene med njimi. V ZDA predvidevajo, da se bo v 5 letih začela namestitev skupine ruskih hiperzvočnih raket v bližini Orenburga, v polku Dombarovski strateških raketnih sil, ki je tam nameščen, in skupaj od leta 2020 do 2025 24 bojnih vozil ustvarjen na podlagi Yu-71, bo začel delovati. Iz dokumenta tudi izhaja, da bo do takrat Rusija ustvarila novo težko medcelinsko balistično raketo Sarmat, ki bo lahko nosila Yu-71.
Trdi se, da Moskva potrebuje hiperzvočno orožje, da bi pridobila vpliv v pogajanjih z Washingtonom in omejila učinkovitost ameriškega sistema protiraketne obrambe.
Pred objavo te senzacije so poročali, da je kitajska vojska izvedla tudi (še en) uspešen preizkus hiperzvočnega jurišnega letala WU-14, ki je sposobno prebiti ameriški protiraketni obrambni sistem in izvesti jedrski napad.
Na splošno so bili Američani oblegani z vseh strani: z zahoda Kitajska, z vzhoda in severa Rusija. In hočejo eno stvar - raztrgati ameriške in evropske sisteme protiraketne obrambe, kot Tuzikov termofor, da bi z obličja zemlje izbrisali vse strateške objekte Pentagona. Logika te groze je preprosta: Washington, daj nam nove milijarde za razvoj lastnih hiperzvočnih raket, sicer bomo ostali nepokriti, kot svetopisemski Adam.
V ZDA delo na hiperzvočnih raketah poteka z nič manj, če ne večjo intenzivnostjo kot v Rusiji in na Kitajskem skupaj. In to z zelo dobro finančno podporo.
Prelomnih uspehov očitno ni bilo, milijarde, namenjene iz proračuna, pa so že porabljene. Kaj naj storim? Začeti moramo grozljivo zgodbo in si zagotoviti neomejeno financiranje. Kar je bilo tudi storjeno.
Sama zamisel o izdelavi raket, ki bi lahko letele 5-7 ali celo desetkrat hitreje od hitrosti zvoka, je vojsko vedno privlačila. Takšne naprave imajo tako močno kinetično energijo, da so sposobne povzročiti najresnejšo škodo kateremu koli sovražnemu objektu tudi brez bojne glave. In z jedrsko bojno glavo...
Načeloma pospešiti bojno glavo, izstreljeno v nizkozemeljsko orbito, do hiperzvoka in jo usmeriti navzdol, ni zelo težko. Težava je v natančnem vodenju, saj še ni mogoče nadzorovati objekta, ki se premika s hitrostjo nad 10.000 km/h. Tudi zato, ker se lahko z ostro spremembo ravne poti leta bojna glava preprosto zruši zaradi ogromnih preobremenitev.
Toda zgraditi funkcionalno napravo, ki je sposobna leteti s hiperzvočnimi hitrostmi in celo manevrirati v ozračju, je neverjetno težko.
Ne gre samo za preobremenitve, ampak tudi za posebnosti zgorevanja goriva, ogromno trenje zraka na površini letečega vozila in skoke tlaka na različnih površinah hiperzvočne križarke.
Kljub temu delo v tej smeri poteka že več desetletij.
ZSSR se je najbolj približala praktični izdelavi hiperzvočne križarne rakete. Hiperzvočno eksperimentalno letalo (GELA) ali X-90 je bilo ustvarjeno v IKB Raduga v poznih osemdesetih letih. Po razpadu ZSSR je bil projekt leta 1992 zaprt. Kasneje je bil aparat GELA večkrat prikazan na vesoljskem sejmu MAKS v Žukovskem.
Po zasnovi je šlo za križarsko raketo z zložljivim delta krilom in trupom, ki je bil skoraj v celoti namenjen ramjet motorju. Z izstrelitveno težo 15 ton bi lahko raketa X-90, kot so trdili njeni razvijalci, pospešila do hitrosti najmanj M = 4,5 - to je najmanjša vrednost hiperzvoka. Po zanesljivih, a nikoli uradno potrjenih podatkih je bila raketa X-90 konec osemdesetih let uspešno izstreljena z nosilnega letala in je dosegla projektno hitrost. Vendar pa ta projekt kasneje ni bil financiran in sama tema hiperzvoka je bila zaprta več kot 10 let.
V tujini je ustvarjanje hiperzvočnih letal potekalo vzporedno z delom v Sovjetski zvezi. Res je, brez večjega uspeha. Projekt Boeing X-43 je postal preboj. Navzven je ameriško letalo nekoliko spominjalo na zaprti sovjetski X-90. Leta 2001 je ta hiperzvočni dron opravil svoj prvi polet, vendar je bil neuspešen. Drugi let naj bi potekal gladko. Nismo dosegli super hitrosti, smo pa izdelali nadzorni sistem. Toda ob tretji izstrelitvi, novembra 2004, je dron X-43 postavil rekord in pospešil do hitrosti 11.200 km/h. To je višje od tistega, kar je dosegel naš X-90.
Razvoj eksperimentalnega projekta X-43 v ZDA je bila raketa X-51. Še najbolj je podoben našemu nikoli izvedenemu projektu GELA. Trdi se, da lahko X-51 postane eno glavnih orožij ameriškega strateškega letalstva. Po uradnih podatkih naj bi imela raketa X-51 hitrost letenja reda M = 6-7, kar je blizu dolgoletni zmogljivosti našega X-90.
Takšne hitrosti po mnenju strokovnjakov zadoščajo za morebitno uporabo raket v hitrem globalnem udarnem sistemu. Leta 2010 je prišlo do prve izstrelitve in poleta X-51.