Китай успешно испытал прототип гиперзвукового двигателя, способного облететь Землю за два часа

2В закладки

Прототип прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) нового типа sodramjet испытали в аэродинамической трубе. Он успешно проработал на скорости воздушного потока в 9 чисел Маха, а по результатам эксперимента оказалось, что теоретический предел его скорости достигает 16 чисел Маха. Это позволит летательному аппарату с таким двигателем обогнуть Землю за два часа, но аэродинамической трубы для проверки подобных скоростей в Китае еще не построили

Размещение модели sodramjet в аэродинамической трубе / ©Zonglin JIANG, Zijian ZHANG, Yunfeng LIU, Chun WANG, Changtong LUO, The criteria for hypersonic airbreathing propulsion and its experimental verification, Chinese Journal of Aeronautics, 2020, ISSN 1000-9361, https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.11.001

Отчет об испытаниях прототипа ученые из Китайской академии наук (CASопубликовали в журнале Chinese Journal of Aeronautics. Ведущий автор исследования Цзиан Цзунлинь (Jiang Zonglin) заявил, что разработка его команды послужит основой для создания многоразовых орбитальных космопланов и гиперзвуковых самолетов нового поколения. Название sodramjet образовано от словосочетания standing oblique detonation ramjet engine, которое можно перевести, как ПВРД с воспламенением наклонной стоячей ударной волной.

Двигатель работает на чистом водороде а в его конструкции использованы неназванные особые сплавы. Их создали специально для sodramjet, поскольку применяемые в ракетно-космической отрасли металлы с трудом выдержали бы температуры, возникающие в новом ПВРД. Устройство испытанного прототипа разительно отличается от известных схем гиперзвуковых прямоточных двигателей. В нем реализована идея зажигания топлива ударной волной, предложенная американскими исследователями еще в 1960-е годы. Но полвека назад материаловедение не позволило создать даже экспериментальные образцы таких двигателей из-за их невероятно высоких рабочих температур.

Опрошенные изданием South China Morning Post отраслевые эксперты предполагают, что эти испытания китайского sodramjet выполнены “давно”. Обычно в Поднебесной подобные проекты скрыты ореолом строгой секретности и об их ходе доподлинно ничего не бывает известно. Нынешняя публикация результатов эксперимента в открытом доступе может говорить о том, что программа разработки гиперзвуковых двигателей в Китае уже продвинулась существенно дальше.

Инженеры и ученые Китайской академии наук проводили эксперимент в гиперзвуковой аэродинамической трубе, способной создавать скорость воздушного потока до 9 чисел Маха. Это примерно равно 11 тысячам километров в час. Показатели прототипа во время испытаний были стабильными — он работал как положено. В ходе экстраполяции результатов измерений ученые сделали вывод, что sodramjet будет стабильно разгоняться и эффективно работать на скорости до 16 чисел Маха. А это уже примерно 19,5 тысяч километров в час, то есть весь экватор летательный аппарат с таким двигателем облетит чуть более, чем за два часа

Прототип двигателя sodramjet / ©Zonglin JIANG, Zijian ZHANG, Yunfeng LIU, Chun WANG, Changtong LUO, The criteria for hypersonic airbreathing propulsion and its experimental verification, Chinese Journal of Aeronautics, 2020, ISSN 1000-9361, https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.11.001

Чтобы проверить теоретические выкладки придется дождаться постройки более мощной аэродинамической трубы. Ну а до практического применения sodramjet может и вовсе никогда не дойти. Да, реализованная китайскими учеными схема демонстрирует потрясающие показатели. Фактически, чем быстрее такой двигатель летит, тем эффективнее он работает. Однако использованные в его конструкции материалы выдержали лишь кратковременные эксперименты. Как они поведут себя при полетах длительностью в десятки минут — предсказать пока трудно.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели привлекали авиаконструкторов и ракетчиков своей простотой и высокими теоретическими характеристиками с самого момента их изобретения в начале XX века. Минимум подвижных деталей (разве что регулируемый воздухозаборник нужен), максимум эффективности на больших скоростях — просто сказка. Однако практическое применение они нашли в довольно узких областях.

Прототип двигателя sodramjet в аэродинамической трубе / ©Zonglin JIANG, Zijian ZHANG, Yunfeng LIU, Chun WANG, Changtong LUO, The criteria for hypersonic airbreathing propulsion and its experimental verification, Chinese Journal of Aeronautics, 2020, ISSN 1000-9361, https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.11.001

Принцип действия подобных двигателей основан на сжатии набегающего воздуха не компрессором, а формой воздухозаборника. Из-за этого они неспособны работать при нулевой скорости движения и обладают плачевной эффективностью вплоть до 1 числа Маха. Сверхзвуковые ПВРД (ramjet), где входящий воздушный поток замедляется до дозвуковой скорости оказалось практически невозможно разогнать дальше 5 чисел Маха. Быстрее — и температуры что в воздухозаборнике, что в камере сгорания превышают все разумные пределы. Вместе с этим резко падает топливная эффективность. Зато они нашли применение в зенитных и противокорабельных ракетах, которые разгоняются до сверхзвуковой скорости твердотопливными первыми ступенями.

Гиперзвуковые ПВРД (scramjet) устроены несколько иначе. В них поток воздуха никогда не затормаживается ниже скорости звука, что позволяет расширить рабочий диапазон двигателя. Судя по тем данным, что есть в открытом доступе, современные scramjet достигают скорости в 7-8 чисел Маха. Дальше разгоняться мешают возникающие в воздухозаборнике фронты ударных волн, которые буквально срывают пламя в камере сгорания. Вдобавок, из-за нестабильной работы двигателя в нем также лавинообразно нарастает температура. Предположительно, именно такие ПВРД устанавливаются на перспективные гиперзвуковые ракеты, разрабатываемые в XXI веке.

Теоретически, все эти ограничения можно обойти, причем иногда даже реализовав некоторые идеи «в металле». Именно это и продемонстрировали китайские специалисты. Однако, решив проблемы с перегревом двигателя, возникает аналогичная ситуация с летательным аппаратом. На скоростях выше 3 чисел Маха планер самолета или ракеты начинает разогреваться до температур, при которых алюминиевые сплавы теряют прочность. После 5 чисел Маха возможно использование только одноразовых конструкций. На сегодняшний день без использования сложных систем охлаждения или абляционных покрытий (как правило, одноразовых), реализовать многоразовый гиперзвуковой летательный аппарат не представляется возможным.

Для информации: Skylon SABRE

Ключевой частью проекта является уникальная силовая установка — два многорежимных турборакетнопрямоточных двигателя (англ. hypersonic precooled hybrid synergistic air breathing rocket engine — SABRE[en] — гиперзвуковой комбинированный синергетический воздушно-реактивный/ракетный двигатель с предварительным охлаждением). То есть, это турборакетные двигатели с дополнительными прямоточными контурами.

Принцип работы двигателей.

В основные (ракетные) камеры сгорания (их по 4 в каждом двигателе) подаются топливо (жидкий водород) и окислитель — либо атмосферный воздух, нагнетаемый турбокомпрессором и сильно охлаждаемый при прохождении через теплообменник (воздушно-реактивный режим), либо жидкий кислород из баков (ракетный режим). Турбокомпрессор приводится во вращение газовой турбиной, на которую в качестве рабочего тела подаётся нагретый гелий, получающий тепло от охлаждаемого в теплообменнике воздуха и дополнительно разогреваемый при охлаждении им сопел. Затем гелий охлаждается частью топлива — жидкого водорода (гелиевый цикл). Кроме того, двигатели оснащены вспомогательными прямоточными камерами сгорания, питаемыми воздухом из внешних обходных каналов и используемыми для сжигания излишков водорода, испаряющегося при охлаждении воздуха, не попавшего в теплообменники двигателей во время их работы в воздушно-реактивном режиме. Таким образом, прямоточный контур создаёт некоторую часть тяги, наиболее значительную при низких скоростях полёта (в отличие от турбопрямоточных двигателей, где прямоточный контур тем эффективнее, чем больше скорости полёта). Прямоточные камеры сгорания располагаются кольцеобразно вокруг ракетных.

https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Skylon

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

18
Войдите, чтобы видеть ещё 15 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Армстронг Н.
Вечность назад

9М — дитсадочок. Путін на 26М літає, і нічо

Вернер фон Браун
Вечность назад

Ну вот, а говорят, что китайцы всё у совка слизали. :)

Сергей Королёв
Вечность назад

Ребята продули модельку, она не развалилась = статья.

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
If you were unable to log in, try this link.