Teknolojia ya Scramjet - jinsi injini ya hypersonic iliundwa

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Kombora la kupambana na "uso-kwa-hewa" lilionekana kuwa la kawaida - pua yake ilipanuliwa na koni ya chuma. Mnamo Novemba 28, 1991, iliondoka kwenye tovuti ya majaribio karibu na Cosmodrome ya Baikonur na kujiangamiza yenyewe juu ya ardhi. Ingawa kombora hilo halikuangusha kitu chochote cha angani, lengo la kurusha lilifikiwa. Kwa mara ya kwanza ulimwenguni, injini ya ramjet ya hypersonic (injini ya scramjet) ilijaribiwa kwa kukimbia.

Injini ya scramjet, au, kama wanasema, "mtiririko wa moja kwa moja wa hypersonic" itaruhusu kuruka kutoka Moscow hadi New York kwa masaa 2-3, kuacha mashine yenye mabawa kutoka anga hadi angani. Ndege ya angani haitahitaji ndege ya nyongeza, kama kwa Zenger (tazama TM, No. 1, 1991), au gari la uzinduzi, kama kwa shuttles na Buran (ona TM No. 4, 1989), - utoaji wa mizigo kwenye obiti. itagharimu karibu mara kumi nafuu. Huko Magharibi, majaribio kama haya hayatafanyika mapema zaidi ya miaka mitatu …

Injini ya scramjet ina uwezo wa kuharakisha ndege hadi 15 - 25M (M ni nambari ya Mach, katika kesi hii, kasi ya sauti angani), wakati injini za turbojet zenye nguvu zaidi, zilizo na ndege za kisasa za kiraia na za kijeshi., ni hadi 3.5M pekee. Haifanyi kazi kwa kasi - joto la hewa, wakati mtiririko wa ulaji wa hewa umepungua, huongezeka sana kwamba kitengo cha turbocompressor hakiwezi kuipunguza na kuisambaza kwenye chumba cha mwako (CC). Inawezekana, bila shaka, kuimarisha mfumo wa baridi na compressor, lakini basi vipimo na uzito wao itaongezeka sana kwamba kasi ya hypersonic itakuwa nje ya swali - kupata kutoka chini.

Injini ya ramjet inafanya kazi bila compressor - hewa mbele ya kituo cha compressor ni compressed kutokana na shinikizo lake la kasi (Mchoro 1). Wengine, kimsingi, ni sawa na kwa turbojet - bidhaa za mwako, zinazotoroka kupitia pua, kuharakisha vifaa.

Wazo la injini ya ramjet, ambayo bado sio ya hypersonic, iliwekwa mbele mnamo 1907 na mhandisi wa Ufaransa Rene Laurent. Lakini waliunda "mtiririko wa mbele" wa kweli baadaye. Hapa wataalam wa Soviet walikuwa wakiongoza.

Kwanza, mnamo 1929, mmoja wa wanafunzi wa N. E. Zhukovsky, B. S. Stechkin (baadaye msomi), aliunda nadharia ya injini ya ndege ya anga. Na kisha, miaka minne baadaye, chini ya uongozi wa mbuni Yu. A. Pobedonostsev katika GIRD (Kundi la Utafiti wa Jet Propulsion), baada ya majaribio kwenye stendi, ramjet ilitumwa kwanza kukimbia.

Injini iliwekwa kwenye ganda la kanuni ya mm 76 na ikafukuzwa kutoka kwa pipa kwa kasi ya juu ya 588 m / s. Vipimo viliendelea kwa miaka miwili. Miradi iliyo na injini ya ramjet ilitengeneza zaidi ya 2M - hakuna kifaa kimoja ulimwenguni kiliruka haraka wakati huo. Wakati huo huo, Girdovites ilipendekeza, ikajenga na kupima mfano wa injini ya ramjet ya pulsating - ulaji wake wa hewa mara kwa mara ulifunguliwa na kufungwa, kama matokeo ya ambayo mwako katika chumba cha mwako ulipiga. Injini kama hizo zilitumiwa baadaye nchini Ujerumani kwenye roketi za FAU-1.

Injini kubwa za kwanza za ramjet ziliundwa tena na wabunifu wa Soviet I. A. Merkulov mnamo 1939 (injini ya subsonic ramjet) na M. M. Bondaryuk mnamo 1944 (supersonic). Tangu miaka ya 40, kazi ya "mtiririko wa moja kwa moja" ilianza katika Taasisi kuu ya Aviation Motors (CIAM).

Baadhi ya aina za ndege, kutia ndani makombora, zilikuwa na injini za ramjet za juu zaidi. Walakini, nyuma katika miaka ya 50 ikawa wazi kuwa kwa nambari za M zinazozidi 6 - 7, ramjet haifai. Tena, kama ilivyokuwa kwa injini ya turbojet, hewa ambayo ilikuwa imevunjwa mbele ya kituo cha compressor iliingia ndani yake moto sana. Haikuwa na maana ya kulipa fidia kwa hili kwa kuongeza wingi na vipimo vya injini ya ramjet. Kwa kuongeza, kwa joto la juu, molekuli za bidhaa za mwako huanza kutengana, kunyonya nishati inayokusudiwa kuunda msukumo.

Ilikuwa mnamo 1957 kwamba E. S. Shchetinkov, mwanasayansi maarufu, mshiriki katika majaribio ya kwanza ya ndege ya injini ya ramjet, aligundua injini ya hypersonic. Mwaka mmoja baadaye, machapisho kuhusu maendeleo kama hayo yalionekana Magharibi. Chumba cha mwako wa scramjet huanza karibu mara moja nyuma ya ulaji wa hewa, kisha hupita vizuri kwenye pua ya kupanua (Mchoro 2). Ingawa hewa hupunguzwa kasi kwenye mlango wake, tofauti na injini za hapo awali, huhamia kituo cha compressor, au tuseme, hukimbia kwa kasi ya juu. Kwa hiyo, shinikizo lake juu ya kuta za chumba na joto ni chini sana kuliko katika injini ya ramjet.

Baadaye kidogo, injini ya scramjet yenye mwako wa nje ilipendekezwa (Mchoro 3) Katika ndege yenye injini hiyo, mafuta yatawaka moja kwa moja chini ya fuselage, ambayo itatumika kama sehemu ya kituo cha wazi cha compressor. Kwa kawaida, shinikizo katika eneo la mwako litakuwa chini kuliko katika chumba cha kawaida cha mwako - msukumo wa injini utapungua kidogo. Lakini faida ya uzani itageuka - injini itaondoa ukuta mkubwa wa nje wa kituo cha compressor na sehemu ya mfumo wa baridi. Kweli, "mtiririko wa wazi wa moja kwa moja" wa kuaminika bado haujaundwa - saa yake bora zaidi itakuja katikati ya karne ya XXI.

Wacha turudi, hata hivyo, kwa injini ya scramjet, ambayo ilijaribiwa usiku wa kuamkia msimu wa baridi uliopita. Ilichochewa na hidrojeni kioevu iliyohifadhiwa kwenye tanki kwa joto la karibu 20 K (- 253 ° C). Mwako wa supersonic labda ndio shida ngumu zaidi. Je! hidrojeni itasambazwa sawasawa juu ya sehemu ya chumba? Je, itakuwa na wakati wa kuchoma kabisa? Jinsi ya kupanga udhibiti wa mwako kiotomatiki? - huwezi kufunga sensorer kwenye chumba, zitayeyuka.

Wala uundaji wa kihesabu kwenye kompyuta zenye nguvu nyingi, wala majaribio ya benchi hayakutoa majibu ya kina kwa maswali mengi. Kwa njia, kuiga mtiririko wa hewa, kwa mfano, saa 8M, msimamo unahitaji shinikizo la mamia ya anga na joto la karibu 2500 K - chuma kioevu katika tanuru ya moto ya wazi ni "baridi zaidi". Kwa kasi ya juu zaidi, utendakazi wa injini na ndege unaweza tu kuthibitishwa katika safari ya ndege.

Imekuwa ikifikiriwa kwa muda mrefu katika nchi yetu na nje ya nchi. Nyuma katika miaka ya 60, Merika ilikuwa ikitayarisha majaribio ya injini ya scramjet kwenye ndege ya kasi ya X-15 ya roketi, hata hivyo, inaonekana, haikufanyika kamwe.

Injini ya majaribio ya ndani ya scramjet ilitengenezwa kwa njia mbili - kwa kasi ya kukimbia inayozidi 3M, ilifanya kazi kama "mtiririko wa moja kwa moja" wa kawaida, na baada ya 5 - 6M - kama hypersonic. Kwa hili, maeneo ya usambazaji wa mafuta kwa kituo cha compressor yalibadilishwa. Kombora la kuzuia ndege, ambalo linaondolewa kutoka kwa huduma, likawa kiongeza kasi cha injini na mbebaji wa maabara ya kuruka ya hypersonic (HLL). GLL, ambayo ni pamoja na mifumo ya udhibiti, vipimo na mawasiliano na ardhi, tanki ya hidrojeni na vitengo vya mafuta, viliwekwa kwenye sehemu za hatua ya pili, ambapo, baada ya kuondolewa kwa kichwa cha vita, injini kuu (LRE) na mafuta yake. mizinga ilibaki. Hatua ya kwanza - nyongeza za poda, - baada ya kutawanya roketi tangu mwanzo, ikitenganishwa baada ya sekunde chache.

Vipimo vya benchi na maandalizi ya kukimbia yalifanyika katika Taasisi kuu ya PI Baranov ya Aviation Motors, pamoja na Jeshi la Anga, ofisi ya muundo wa mashine ya Fakel, ambayo iligeuza roketi yake kuwa maabara ya kuruka, ofisi ya muundo wa Soyuz huko Tuyev na. Ofisi ya Ubunifu wa Muda huko Moscow, ambayo ilitengeneza injini, kidhibiti cha mafuta, na mashirika mengine. Wataalamu mashuhuri wa anga R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov na V. A. Sosunov walisimamia mpango huo.

Ili kusaidia safari ya ndege, CIAM iliunda changamano cha rununu cha kuongeza mafuta kwa hidrojeni kioevu na mfumo wa usambazaji wa hidrojeni kioevu kwenye bodi. Sasa, wakati hidrojeni kioevu inachukuliwa kuwa mojawapo ya mafuta ya kuahidi zaidi, uzoefu wa kushughulikia, uliokusanywa katika CIAM, unaweza kuwa na manufaa kwa wengi.

… Roketi ilirushwa jioni, tayari ilikuwa karibu giza. Muda mfupi baadaye, carrier wa "cone" alipotea kwenye mawingu ya chini. Kulikuwa na ukimya ambao haukutarajiwa ukilinganisha na sauti ya awali. Wajaribu waliotazama mwanzo hata walifikiria: je, kila kitu kilienda vibaya? Hapana, kifaa kiliendelea kwenye njia iliyokusudiwa. Katika sekunde ya 38, kasi ilipofikia 3.5M, injini ilianza, hidrojeni ilianza kuingia kwenye CC.

Lakini mnamo tarehe 62, zisizotarajiwa kweli zilifanyika: kuzima kiotomatiki kwa usambazaji wa mafuta kulianzishwa - injini ya scramjet ilizimwa. Kisha, karibu sekunde ya 195, ilianza tena kiotomatiki na kufanya kazi hadi ya 200 … Hapo awali iliamuliwa kama sekunde ya mwisho ya safari. Kwa wakati huu, roketi, ikiwa bado iko juu ya eneo la tovuti ya majaribio, imejiharibu yenyewe.

Kasi ya juu ilikuwa 6200 km / h (kidogo zaidi ya 5.2M). Uendeshaji wa injini na mifumo yake ilifuatiliwa na sensorer 250 za bodi. Vipimo vilipitishwa na telemetry ya redio hadi ardhini.

Sio maelezo yote ambayo yamechakatwa, na hadithi ya kina zaidi kuhusu safari ya ndege ni ya mapema. Lakini tayari ni wazi sasa kwamba katika miongo michache marubani na wanaanga watapanda "mtiririko wa mbele wa hypersonic".

Kutoka kwa mhariri. Majaribio ya ndege ya injini za scramjet kwenye ndege ya X-30 huko USA na kwenye Hytex huko Ujerumani yamepangwa kwa 1995 au miaka michache ijayo. Wataalamu wetu wanaweza, katika siku za usoni, kujaribu "mtiririko wa moja kwa moja" kwa kasi ya zaidi ya 10M kwenye makombora yenye nguvu, ambayo sasa yanaondolewa kutoka kwa huduma. Kweli, wanatawaliwa na tatizo ambalo halijatatuliwa. Sio kisayansi au kiufundi. CIAM hawana pesa. Hazipatikani hata kwa mishahara ya nusu-omba-omba ya wafanyikazi.

Nini kinafuata? Sasa kuna nchi nne tu ulimwenguni ambazo zina mzunguko kamili wa ujenzi wa injini ya ndege - kutoka kwa utafiti wa kimsingi hadi uzalishaji wa bidhaa za serial. Hizi ni USA, England, Ufaransa na, kwa sasa, Urusi. Kwa hivyo hakutakuwa na zaidi yao katika siku zijazo - tatu.

Wamarekani sasa wanawekeza mamia ya mamilioni ya dola katika mpango wa scramjet …