Scramjet texnologiyası - hipersəs mühərriki necə yaradılıb

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Döyüş raketi "yer-hava" bir qədər qeyri-adi görünürdü - burnu metal konus ilə uzadılmışdı. 28 noyabr 1991-ci ildə o, Baykonur kosmodromunun yaxınlığındakı sınaq meydançasından havaya qalxdı və yerin hündürlüyündə özünü məhv etdi. Raket heç bir hava obyektini vurmasa da, buraxılış hədəfinə nail olub. Dünyada ilk dəfə olaraq hipersəsli ramjet mühərriki (skramjet mühərriki) uçuş zamanı sınaqdan keçirilib.

Skramjet mühərriki və ya necə deyərlər, "hipersonik birbaşa axın" 2-3 saat ərzində Moskvadan Nyu-Yorka uçmağa, qanadlı maşını atmosferdən kosmosa buraxmağa imkan verəcəkdir. Aerokosmik təyyarənin Zenger üçün olduğu kimi gücləndirici təyyarəyə (bax: TM, № 1, 1991) və ya reaktiv daşıyıcıya, mekiklər və Buran üçün (bax, TM № 4, 1989) - yükün orbitə çatdırılmasına ehtiyac olmayacaq. təxminən on dəfə ucuz başa gələcək. Qərbdə belə sınaqlar üç ildən tez olmayacaq …

Skramjet mühərriki təyyarəni 15 - 25M-ə qədər sürətləndirməyə qadirdir (M Mach rəqəmidir, bu halda havadakı səs sürətidir), ən güclü turbojet mühərrikləri isə müasir mülki və hərbi qanadlı təyyarələrlə təchiz edilmişdir., yalnız 3,5M-ə qədərdir. Daha sürətli işləmir - hava girişindəki axın yavaşladıqda havanın temperaturu o qədər yüksəlir ki, turbokompressor qurğusu onu sıxıb yanma kamerasına (CC) verə bilmir. Əlbəttə ki, soyutma sistemini və kompressoru gücləndirmək mümkündür, lakin sonra onların ölçüləri və çəkisi o qədər artacaq ki, hipersonik sürətlərdən söhbət gedə bilməz - yerdən qalxmaq.

Ramjet mühərriki kompressorsuz işləyir - kompressor stansiyasının qarşısındakı hava yüksək sürətli təzyiqə görə sıxılır (şəkil 1). Qalanları, prinsipcə, bir turbojet üçün olduğu kimidir - burundan qaçan yanma məhsulları aparatı sürətləndirir.

O vaxtlar hələ hipersəs olmayan ramjet mühərriki ideyası 1907-ci ildə fransız mühəndisi Rene Laurent tərəfindən irəli sürülmüşdür. Amma çox sonralar əsl “irəli axın” qurdular. Burada sovet mütəxəssisləri öndə gedirdilər.

Əvvəlcə 1929-cu ildə N. E. Jukovskinin tələbələrindən biri B. S. Şteçkin (sonralar akademik) hava reaktiv mühərrik nəzəriyyəsini yaratdı. Və sonra, dörd il sonra, dizayner Yu. A. Pobedonostsevin rəhbərliyi altında GIRD-də (Reaktiv Sürətin Tədqiqi Qrupu) stenddə aparılan təcrübələrdən sonra ramjet əvvəlcə uçuşa göndərildi.

Mühərrik 76 mm-lik topun qabığında yerləşdirilib və lülədən 588 m/s sürətlə səsdən atəşə tutulub. Testlər iki il davam etdi. Ramjet mühərriki olan mərmilər 2M-dən çox inkişaf etdi - o dövrdə dünyada heç bir cihaz daha sürətli uçmadı. Eyni zamanda, Girdovites pulsasiya edən ramjet mühərrikinin modelini təklif etdi, qurdu və sınaqdan keçirdi - onun hava girişi vaxtaşırı açılır və bağlanır, bunun nəticəsində yanma kamerasında yanma impulslanır. Oxşar mühərriklər daha sonra Almaniyada FAU-1 raketlərində istifadə edildi.

İlk böyük ramjet mühərrikləri yenidən 1939-cu ildə sovet konstruktorları İ. A. Merkulov (subsonik ramjet mühərriki) və M. M. Bondaryuk 1944-cü ildə (supersonik) tərəfindən yaradılmışdır. 40-cı illərdən etibarən Mərkəzi Aviasiya Motorları İnstitutunda (CIAM) "birbaşa axın" üzərində iş başladı.

Bəzi növ təyyarələr, o cümlədən raketlər səsdən sürətli ramjet mühərrikləri ilə təchiz edilmişdir. Bununla belə, 50-ci illərdə məlum oldu ki, M rəqəmləri 6 - 7-dən çox olduqda, ramjet təsirsizdir. Yenə turbojet mühərrikində olduğu kimi, kompressor stansiyasının qarşısında əyləclənmiş hava ona çox isti daxil oldu. Ramjet mühərrikinin kütləsini və ölçülərini artırmaqla bunu kompensasiya etməyin mənası yox idi. Bundan əlavə, yüksək temperaturda yanma məhsullarının molekulları təkan yaratmaq üçün nəzərdə tutulmuş enerjini udaraq dissosiasiya etməyə başlayır.

Məhz o zaman 1957-ci ildə məşhur alim, ramjet mühərrikinin ilk uçuş sınaqlarının iştirakçısı E. S. Şçetinkov hipersəs mühərriki icad etdi. Bir il sonra Qərbdə oxşar hadisələr haqqında nəşrlər çıxdı. Skramjet yanma kamerası demək olar ki, dərhal hava girişinin arxasında başlayır, sonra hamar bir şəkildə genişlənən buruna keçir (şəkil 2). Onun girişində hava ləngisə də, əvvəlki mühərriklərdən fərqli olaraq kompressor stansiyasına doğru hərəkət edir, daha doğrusu, səsdən yüksək sürətlə qaçır. Buna görə də, onun kameranın divarlarına təzyiqi və temperaturu ramjet mühərrikindən xeyli aşağıdır.

Bir az sonra, xarici yanma ilə skramjet mühərriki təklif edildi (şəkil 3) Belə bir mühərriki olan bir təyyarədə yanacaq birbaşa gövdə altında yanacaq, bu da açıq kompressor stansiyasının bir hissəsi kimi xidmət edəcəkdir. Təbii ki, yanma zonasındakı təzyiq adi yanma kamerasına nisbətən daha az olacaq - mühərrik itkisi bir qədər azalacaq. Ancaq çəki artımı ortaya çıxacaq - mühərrik kompressor stansiyasının kütləvi xarici divarından və soyutma sisteminin bir hissəsindən xilas olacaq. Düzdür, etibarlı “açıq birbaşa axın” hələ yaradılmayıb – onun ən gözəl saatı yəqin ki, XXI əsrin ortalarına gələcək.

Bununla belə, keçən qış ərəfəsində sınaqdan keçirilmiş scramjet mühərrikinə qayıdaq. Təxminən 20 K (- 253 ° C) temperaturda bir çəndə saxlanılan maye hidrogenlə yanacaqla dolduruldu. Səsdən sürətli yanma bəlkə də ən çətin problem idi. Hidrogen kameranın bölməsində bərabər paylanacaqmı? Tamamilə yanmağa vaxtı olacaqmı? Avtomatik yanma nəzarətini necə təşkil etmək olar? - bir kamerada sensorlar quraşdıra bilməzsiniz, onlar əriyəcəklər.

Nə super güclü kompüterlərdə riyazi modelləşdirmə, nə də dəzgah testləri bir çox suallara hərtərəfli cavab vermədi. Yeri gəlmişkən, hava axını simulyasiya etmək üçün, məsələn, 8M-də, stend yüzlərlə atmosfer təzyiqi və təxminən 2500 K temperatur tələb edir - isti ocaq sobasında maye metal daha "soyuqdur". Daha yüksək sürətlərdə mühərrik və təyyarənin performansı yalnız uçuş zamanı yoxlanıla bilər.

Bu, həm ölkəmizdə, həm də xaricdə uzun müddətdir ki, düşünülür. Hələ 60-cı illərdə ABŞ yüksək sürətli X-15 raket təyyarəsində skramjet mühərrikinin sınaqlarını hazırlayırdı, lakin görünür, heç vaxt baş tutmayıb.

Yerli eksperimental skramjet mühərriki ikili rejimdə hazırlanmışdır - 3M-dən çox uçuş sürətində, adi "birbaşa axın" kimi, 5-6M-dən sonra isə hipersəs kimi işləyirdi. Bunun üçün kompressor stansiyasına yanacağın verilmə yerləri dəyişdirilib. İstismardan çıxarılan zenit raketi hipersonik uçan laboratoriyanın (HLL) mühərrik sürətləndiricisi və daşıyıcısı oldu. İdarəetmə sistemlərini, ölçmələri və yerlə əlaqəni, hidrogen çəni və yanacaq aqreqatlarını ehtiva edən GLL ikinci mərhələnin bölmələrinə yerləşdirildi, burada döyüş başlığı çıxarıldıqdan sonra yanacağı ilə əsas mühərrik (LRE) tanklar qaldı. Birinci mərhələ - toz gücləndiriciləri - raketi başlanğıcdan səpələyib, bir neçə saniyədən sonra ayrıldı.

Skamya sınaqları və uçuşa hazırlıq Pİ Baranov adına Mərkəzi Aviasiya Mühərrikləri İnstitutunda, Hərbi Hava Qüvvələri ilə, raketini uçan laboratoriyaya çevirən Fakel maşınqayırma konstruktor bürosunda, Tuyevdəki Soyuz konstruktor bürosunda və mühərriki və yanacaq tənzimləyicisini istehsal edən Moskvadakı Temp konstruktor bürosu və digər təşkilatlar. Proqrama tanınmış aviasiya mütəxəssisləri R. İ. Kurziner, D. A. Oqorodnikov və V. A. Sosunov rəhbərlik etmişlər.

Uçuşa dəstək olmaq üçün CIAM mobil maye hidrogen yanacaq doldurma kompleksi və bortda maye hidrogen təchizatı sistemi yaratdı. İndi, maye hidrogen ən perspektivli yanacaqlardan biri hesab edildikdə, CIAM-da toplanmış onunla işləmə təcrübəsi çoxları üçün faydalı ola bilər.

…Raket axşam saatlarında buraxıldı, artıq hava az qala qaralmışdı. Bir neçə dəqiqədən sonra "konus" daşıyıcı alçaq buludlar arasında itdi. İlkin gurultu ilə müqayisədə gözlənilməz bir sükut çökdü. Başlanışı izləyən testçilər hətta düşündülər: hər şey həqiqətən səhv oldu? Xeyr, aparat nəzərdə tutduğu yolda davam edirdi. 38-ci saniyədə, sürət 3,5M-ə çatdıqda, mühərrik işə düşdü, hidrogen CC-yə axmağa başladı.

Ancaq ayın 62-də gözlənilməz hadisə baş verdi: yanacaq təchizatının avtomatik dayandırılması işə salındı - scramjet mühərriki bağlandı. Sonra, təxminən 195-ci saniyədə avtomatik olaraq yenidən işə düşdü və 200-cü saniyəyə qədər işlədi… Əvvəllər bu, uçuşun son saniyəsi kimi müəyyən edilmişdi. Bu anda raket hələ sınaq meydançasının ərazisində ikən özünü məhv edib.

Maksimal sürət 6200 km/saat idi (5,2M-dən bir qədər çox). Mühərrikin və onun sistemlərinin işinə 250 bort sensoru nəzarət edirdi. Ölçmələr radiotelemetriya vasitəsilə yerə ötürülürdü.

Bütün məlumatlar hələ işlənməyib və uçuş haqqında daha ətraflı hekayə tezdir. Ancaq indi aydındır ki, bir neçə onillikdən sonra pilotlar və kosmonavtlar "hipersonik irəli axını" ilə hərəkət edəcəklər.

Redaktordan. ABŞ-da X-30 və Almaniyada Hytex-də skramjet mühərriklərinin uçuş sınaqları 1995-ci ildə və ya yaxın bir neçə il ərzində planlaşdırılır. Mütəxəssislərimiz yaxın gələcəkdə hazırda xidmətdən çıxarılan güclü raketlərdə 10M-dən çox sürətlə "birbaşa axını" sınaqdan keçirə bilər. Düzdür, onlarda həll olunmamış problem hökm sürür. Elmi və texniki deyil. CIAM-ın pulu yoxdur. Onlar hətta işçilərin yarı dilənçi maaşlarına belə çatmırlar.

Sonra nə var? İndi dünyada yalnız dörd ölkə var ki, təyyarə mühərriklərinin yaradılmasının tam dövrü var - fundamental tədqiqatlardan tutmuş seriyalı məhsulların istehsalına qədər. Bunlar ABŞ, İngiltərə, Fransa və hələlik Rusiyadır. Beləliklə, gələcəkdə onlardan daha çox olmayacaq - üç.

Amerikalılar indi scramjet proqramına yüz milyonlarla dollar sərmayə qoyurlar …