Secolul al XX-lea a devenit epoca avioanelor și zborurilor spațiale. Dar dacă rachetele au atins viteze spațiale (mai mult de 7,9 km / s), atunci cele mai rapide aeronave încă zboară cu viteze mult mai modeste, cu o ordine de mărime mai mică. Depășirea acestei rupturi rapide de către aeronavele cu jet de aer hipersonic va însemna debutul unei noi ere - era vehiculelor aerospațiale. Și apoi zborul de la New York la Paris va dura nu mai mult de 1-2 ore, ceea ce este comparabil cu o călătorie normală în țară. Distanțele dintre continente vor deveni nesemnificative, iar planeta noastră nativă este "mai mică". În jurul lumii în 8 ore - asta e realitatea mâine!
Astăzi, avioanele cu motoare turbojet, care operează cu combustibil uzual de hidrocarburi - kerosen, domină pe cer. Motoarele moderne pot oferi avioanelor o viteză care nu este mult mai mare decât supersonic. Să nu mai vorbim de aeronavele de pasageri care zboară la viteze subsonice (cu excepția Concorde și Tu-144), viteza maximă a jeturilor de luptă chiar este de trei ori mai mare decât viteza sunetului.
Ce împiedică aeronava să ajungă la viteze mari și să pătrundă în spațiul din apropierea Pământului, trecând într-o nouă calitate - vehicule aerospațiale? Este clar că cu cât este mai mare viteza aeronavei, cu atât mai puternic ar trebui să fie motorul. Poate viitorul este pentru avioane cu motoare cu rachete?
Într-adevăr, cea mai mare viteză pentru avioanele cu echipaj a fost realizată în 1967 de către avionul experimental american X-15 cu un motor cu rachetă. Dar acest motor are un dezavantaj semnificativ: funcționează folosind combustibil și oxidant, stocate la bordul rachetei. Iar aceste componente sunt consumate într-o cantitate atât de mare încât exclud exclusiv utilizarea acestor motoare pentru zborurile lungi în atmosferă.
Baza principiului reactiv al mișcării este legea conservării momentului, în cel mai simplu caz reprezentând egalitatea MV = mv. (Stânga - masa și viteza aeronavei, spre dreapta - masa și viteza produselor de combustie a combustibilului, evacuate din motor în direcția opusă). Această lege vă permite să zburați cu aeronave cu jet, rachete - să vă desprindeți de pe Pământ și să mergeți în spațiu și este, de asemenea, motivul impactului filmării
Singura cale de ieșire din această situație este dezvoltarea vitezelor de rachete de către aeronave cu motoare cu jet de aer. Acestea din urmă utilizează oxigenul din aer ca agent de oxidare, consumul de combustibil fiind mult mai mic, ceea ce permite de câteva ori creșterea economiei zborurilor în atmosferă. Din păcate, motoarele moderne de aeronave nu pot funcționa la viteze hipersonice (M> 3-4) datorită încălzirii extreme a aerului atunci când frânează admisia de aer a motorului. Pentru a dezvolta viteze hipersonice, este necesar să se creeze sisteme de propulsie cu jet de aer complet nou.
De ce zboară avioanele ca niște rachete?
Dar astfel de dispozitive hipersonice vor fi utile nu numai pentru militari. Sistemele aerospațiale cu mai multe etape, care constau dintr-un avion și un orbitor de întoarcere, vor oferi nu numai o utilizare reutilizabilă a vehiculelor de livrare, ci vor crește și sarcina utilă livrată pe orbită. Pe măsură ce fluxul de trafic va crește de-a lungul rutei terestre-orbită-pământ, acest lucru va reduce în mod semnificativ costul livrării de bunuri, fără a menționa posibila dezvoltare a turismului spațial.
Pentru o persoană obișnuită, avantajul va fi o accelerare și intensificare semnificativă a traficului de pasageri pe rute îndepărtate, intercontinentale. Avioanele cu o viteză de 10 milioane pentru un timp prea puțin obositor pentru pasageri - doar o jumătate de zi - vor putea să zboare din SUA sau Europa în Australia, adică să depășească 16-17 mii km!
Într-un cuvânt, perspectivele pentru crearea aviației hipersonice arată promițătoare. Dar se pune întrebarea: în ce măsură este fezabil din punct de vedere tehnic și în ce măsură sunt pregătite țările care au făcut cele mai mari progrese în domeniul tehnologiilor aerospațiale?
Astăzi, procesele industriale există numai pentru producția de aeronave echipate cu motoare turboreactoare cu kerosen și este proiectat pentru o viteză maximă de 3M. Pentru aeronavele capabile să atingă viteze 5-6M aplica modele existente de titan și aliaje care pot rezista la temperaturi de până la 500-600 ° C, dar turboreactoare sau rachete motoarelor turbopryamotochnye trebuie să funcționeze la un combustibil de hidrocarburi termorezistent. Deoarece astfel de evoluții există deja, vor fi necesare doar unele îmbunătățiri ale tehnologiilor existente.
Dar pentru avioanele hipersonice cu M> 5-6 și vehiculele spațiului aerian, sunt necesare tehnologii absolut diferite, diferite atât de la aeronavele moderne, cât și de cele de tip rachetă-spațiu. Centrala electrică pentru astfel de dispozitive ar trebui să fie nu numai economică. Trebuie să lucreze într-o gamă de viteze fără precedent - de la subsonic la hipersonic.
Soluția problemei - fluxul hipersonic?
De fapt, un motor cu jet de tambur poate funcționa eficient numai la viteze supersonice (M> 2), fiind inadecvat pentru modurile de decolare și aterizare. Prin urmare, în cazul avioanelor hipersonice, în aceste cazuri ar trebui utilizate în plus motoare convenționale cu turbopropulsie sau cu rachete. O altă opțiune este o varietate de centrale electrice combinate sau hibride.
Economia motoarelor cu jet de aer poate fi îmbunătățită prin comutarea la combustibilul rachetă - hidrogen lichid sau, de exemplu, metan lichid. Hidrogenul, în general, este combustibilul ideal pentru aviație. În primul rând, are o valoare calorică mare, oferind un maximum de energie pe combustie per unitate de masă de combustibil. În al doilea rând, în timpul arderii, se transformă în apă obișnuită, fiind un combustibil prietenos cu mediul, care este important.
Acum este general acceptat faptul că, în scopul de a testa și testarea de combustie supersonică scară largă în condiții naturale, este mai indicat să se utilizeze vehicule aeriene fără pilot experimentale speciale, care sunt afișate pe traiectoria la viteza hipersonice de zbor de „forță“, o rachetă sau o aeronavă de transport. Astfel de sisteme sunt numite laboratoare de zbor hipersone. Un exemplu aici este rusul "rece".
Dezvoltarea unui combustie supersonică, a început în urmă cu peste 40 de ani, este acum întâmplă în multe țări cu industria aerospațială avansate: în Rusia, Statele Unite ale Americii, Marea Britanie, Franța, etc. Cu toate acestea, în ciuda progresului făcut progrese mari, motorul creând o sarcină care ar putea fi utilizat într-un proiect real al hipersonic. aeronave, rămâne până la sfârșit nu este rezolvată.
Cum se face cu încălzirea aerodinamică
Una dintre cele mai importante probleme în dezvoltarea avioanelor hipersone și aerospațiale este încălzirea intensă a aeronavelor în timpul mișcării la viteze supersonice. Această problemă se referă atât la planurile planoarelor, cât și la centralele electrice (ale căror resurse de zbor ar trebui să fie de cel puțin 30-60 de mii de ore) și combustibilul pentru aviație, așa cum sa menționat deja mai sus.
În prezent, tehnologia de fabricare a structurilor rezistente la căldură a fost creată cu referire la aparatele orbitale returnate. Astfel, la sfârșitul anilor 1950, au fost dezvoltate așa-numitele așa-numite structuri fierbinți de aliaje rezistente la căldură, de exemplu, învelișul celular. Proiecte similare pot fi folosite pentru aeronave hipersonice.
Pe lângă designul "fierbinte", au fost propuse încă două tipuri. Prima este așa-numita construcție ecranată cu izolație termică și un ecran care separă elementele de putere ale motorului și cadrului aeronavei de stratul de protecție termică. În acest caz, acestea din urmă funcționează la temperaturi moderate, astfel încât să poată utiliza materiale convenționale și mai ușoare.
O altă abordare este răcirea activă a pielii exterioare a dispozitivului. Un agent frigorific atractiv este hidrogenul lichid, folosit ca motor pentru motor. Cel mai eficient design implică combinarea unui sistem de răcire cu un sistem de convecție cu combustibil lichid și cu ecrane termice separate de un spațiu de aer de la elementele răcite. Resursa rece a combustibilului este folosită pentru răcirea atât a motorului, cât și a cadrului aeronavei.
Studiile americane au arătat că, pentru a răci un avion de transport hipersonic care atinge viteze de 6M și are un SHPVD normal, de exemplu o configurație axiometrică, aproape toată depozitarea la rece a combustibilului trebuie să fie cheltuită. Acesta este motivul pentru care este atât de important să se dezvolte modelele de admisie a aerului care reduc încărcăturile de căldură inevitabile ale aeronavei.
De la începutul anilor 1970, ITAM SB RAS desfășoară cercetări pentru a dezvolta aporturi tridimensionale, așa-numitele convergente de aer. Jetul de aer, capturat de o astfel de admisie de aer, este comprimat în direcții convergente. Drept urmare, secțiunea transversală a canalului intern de motor obține o formă compactă, aproape circulară, asigurând astfel o zonă relativ mică (lavabilă) a pereților cu cea mai mare presiune la căldură din camera de admisie a aerului și de combustie. Acest lucru simplifică foarte mult protecția termică a motorului în comparație cu, de exemplu, un design cu un canal de intrare axiometric care are un canal intern al motorului. Convertirea aportului de aer asigură de asemenea un grad mai mare de comprimare la unghiurile inferioare de înclinare ale suprafețelor de compresie.
Ieri și astăzi aviația hipersonică
În FRG, în cadrul programului național de tehnologii hipersone, în 1985-1986 a fost dezvoltat un sistem de spațiu aerian în două trepte Sänger. unul dintre obiective a fost acela de a asigura autonomia Europei în domeniul zborurilor spațiale.
O direcție promițătoare în dezvoltarea vehiculelor aerospațiale este crearea unui motor combinat cu jet de aer. La vehiculele cu astfel de centrale electrice, aerul capturat este lichefiat, apoi din acesta este eliberat un oxidant-oxigen în formă lichidă. Acumularea de oxigen lichid are loc în faza unui zbor suficient de lung în atmosferă, după care motoarele cu rachetă oxigen-hidrogen sunt pornite și aparatul intră pe orbită. Studiile în această direcție se desfășoară în Rusia, Statele Unite și în alte țări. Unul dintre cele mai renumite este sistemul de aerospațiu reutilizabil HOTOL - creat în Marea Britanie.
Primul proiect intern al unei nave a spațiului aerian a fost dezvoltat în 1966 la NII-1 (acum Centrul de Cercetare Keldysh), prima organizație de rachete de stat a țării, unde la acel moment a lucrat ES Shchetinkov. Aproape în același timp, proiectarea de aeronave hipersonice în diverse scopuri a fost efectuată, de asemenea, într-o serie de birouri de proiectare ale Ministerului Industriei Aviației. Primul proiect sovietic al sistemului aerospațial reutilizabil - "Spiral" - a început să fie dezvoltat în biroul de design al lui AI Mikoyan la numai patru ani după zborul spațial al lui Iuri Gagarin.
Dezvoltarea de aeronave hipersonic de diferite niveluri de dificultate, cu o combustie supersonică sau centrale electrice combinate au fost efectuate în alte organizații de cercetare - pentru Aerohydrodynamic Institutul Central (TsAGI) în CIAM, ITAM Novosibirsk. Aceste studii experimentale și teoretice în cauză, în special flux supersonic de ardere a combustibililor probleme aerodinamica si incalzire aerodinamice importante la trântă eficiența tehnică a aparatului în ansamblu.
Un cuvant despre Ajax
În motorul unic cu jet de aer Ajax, trebuie să se realizeze frânarea prin ionizare și magnetogazdynamică (MHD) a fluxului de aer, în timp ce energia cinetică eliberată va fi transformată în energie electrică.
căldură „liber“ din aerodinamic unitate de încălzire de locuințe și canalul motorului este utilizat pentru a îmbunătăți caracteristicile de consum de combustibil. Ideea este că sursa originală de energie (combustibil conventional) se supune reformarea cu abur, pentru care se adaugă apă la acesta și este forțat prin sistemul de răcire activă a unei aeronave care include o recuperare a căldurii reactoare chimice construite în canalul carcasa motorului și planoare.
Ca rezultat, hidrogenul liber este produs din combustibilul de hidrocarburi, care, amestecat cu kerosen, formează un amestec combustibil - convertin. Această reacție este însoțită de o absorbție puternică a căldurii, care asigură răcirea părților necesare ale aparatului. Convertizorul propriu-zis intră în camera de combustie, oferind o ardere mai bună decât combustibilul original.
În cadrul proiectului, sa planificat dezvoltarea aeronavelor în diverse scopuri: o aeronavă de transport și pasageri; Accelerarea aeronavelor; sistem aerospațial; module de testare și altele. Programul de lucru a fost proiectat timp de 20 de ani, însă, spre marele meu regret, nu am primit niciun sprijin din partea statului. Deși trebuie remarcat faptul că tehnologiile unice care ar putea fi create în cadrul "Ajax" ar fi utilizate pe scară largă în economia națională.
Ce se va întâmpla mâine?
În următorii 10-15 ani, este posibil să se aștepte implementarea practică a proiectelor de rachete de croazieră hipersonică și dezvoltarea individuală a aeronavelor experimentale cu HVRD.
Crearea avioanelor hipersone cu scop militar și a dispersoarelor de avioane nu cauzează dificultăți tehnice fundamentale. Principalele obstacole în acest mod sunt costul ridicat și incertitudinea relevanței acestora în situația internațională actuală.
argumente raționale în favoarea necesității unei tehnologii „hipersonic“ poate avea ca rezultat o lungă perioadă de timp, dar adânc în jos, probabil, fiecare dintre noi se află încă și clar dorința copilărească - uite pe planeta lor de origine de la înălțimea zborului de ambarcațiuni aerospațiale.
Introducerea în exploatare a aeronavelor de transport și de pasageri hipersonic va fi determinată de doi factori: viteza de creștere a traficului de călători pe distanțe lungi și posibilitatea creșterii economiei vehiculelor, ceea ce necesită progres tehnologic considerabil.
Viitorul aviației hipersonești astăzi poate fi văzut destul de distinct. Dar chiar dacă și niciodată avionul hipersonic aerospațiale rupt departe de suprafața pământului, care a apărut din cauza de înaltă tehnologie lor modernă nu ar deveni „de prisos“ pentru omenire. materiale rezistente la căldură și modele, rezultatele studiilor proceselor de ardere în sub- și debitul de aer supersonic, combustibil rezistent la Criogenice și căldură, diferitele subsisteme, care lucrează în condiții dificile, și alte forme de dezvoltare își vor găsi locul într-o mare varietate, inclusiv - non-aviație, industrii.
Termeni de utilizare
Plățile electronice sunt efectuate prin intermediul centrului de procesare PayOnline și al serviciului ROBOKASSA
Trimiteți-le prietenilor: