Secolul 21 a început deja să dezvolte noi perspective și să ne fixeze noi obiective. Aeronavele au acum să zboare la viteze hipersonice, și de a face acest lucru în motoarele lor trebuie să îmbine armonios caracteristicile tehnologiei de aviație și spațiu. Supersonic statoreactor - motor statoreactor - nu utilizează părți în mișcare, aeronava echipat cu acest motor va fi capabil să acopere sute de kilometri într-o chestiune de minute, se va transforma în realitate regulat zboruri transcontinentale SuperSpeed și misiuni spațiale ieftine.
Rezultatele obținute în acest experiment pentru a evalua rezultatele au ajutat conceptul de aeronave supersonice sobru cu motor de avion. Seria de zboruri programate pentru următorii câțiva ani este de a extinde domeniul de aplicare a datelor experimentale existente, astfel încât într-un deceniu, ca primele vehicule hipersonice cu statoreactor va fi lansat în funcțiune comercială.
În Statele Unite, dezvoltarea motoarelor cu jet de aer co-curent are o istorie îndelungată. Pe baza evoluțiilor teoretice, a început din anii patruzeci, la sfârșitul anilor cincizeci, forțele aeriene ale SUA, Marina și NASA s-au apropiat de stadiul experimental. Nivelul actual de elaborare a acestei idei se bazează pe o varietate de programe de cercetare cu construirea de motoare similare pe hidrogen și combustibili cu hidrocarburi.
În traductorul tradițional, fluxul de aer supersonic care intră în admisia aerului este inhibat de viteza subsonică de undele de șoc, undele de șoc care se formează datorită unei anumite geometrii a orificiului de admisie a aerului. Combustibilul este injectat în acest flux subsonic, comprimat prin frânare, amestecul ars, iar gazele fierbinți care trec prin duza reglabilă sau neregulată sunt accelerate din nou la viteze supersonice.
În jgheabul hipersonic, debitul de aer este mai lent la intrare într-un grad mai mic și rămâne supersonic în timpul întregului proces de combustie al combustibilului. În acest caz, nu este nevoie de duze reglabile, iar funcționarea motorului este optimizată pentru o gamă largă de numere Mach. Bomboanele hipersonice moderne cu două moduri sunt capabile să funcționeze atât în moduri de combustie subsonice, cât și supersonice, asigurând o tranziție lină între moduri.
Conceptul STGVD este un exemplu de interfață armonioasă între structura aeronavei și propulsorul acesteia. În această schemă, motorul ocupă întreaga suprafață inferioară a aeronavei. Centrala electrică este alcătuită din șapte elemente de bază, dintre care cinci se referă la motorul însuși și două la fuselajul aparatului. Zona motorului este partea din față și din spate a orificiului de admisie a aerului, camera de combustie, duza și sistemul de alimentare cu combustibil. Fuselajul poate include suprafețele inferioare ale părții nasului și părții laterale care afectează motorul.
În sistemul de injecție de aer de mare viteză, partea inferioară a fuselajului și priza de aer interacționează eficient. Ei apucă și comprimă colectiv fluxul de aer, alimentându-l în camera de combustie. Spre deosebire de motoarele cu jet de aer convențional, în SPVD la viteze de zbor supersonice și hipersonice, comprimarea necesară a aerului de intrare este realizată fără utilizarea unui compresor mecanic. Compresia inițială este creată de nasul inferior al fuselajului aeronavei, iar admisia de aer îl aduce la nivelul necesar de compresie.
fluxul de aer care intră suferă o serie de unde de soc la prova aeronavei și la intrarea de admisie a aerului, viteza sa este redusă, crescând astfel presiunea și temperatura. Partea din spate a orificiului de admisie a aerului servește ca o componentă fundamentală a SST. În această zonă, fluxul de intrare supersonic se compară cu presiunea din spate, care depășește presiunea statică de admisie a aerului. Când un rezultat al procesului de ardere începe să se separe de stratul de perete de delimitare, în partea din spate a zonei de intrare este format dintr-o serie de șocuri, creând un fel de „anticameră“ înainte de această cameră de ardere. Prezența porțiunii posterioare a prizei de aer se poate realiza în camera de ardere a căldurii necesare pentru a controla nivelurile și presiunea tot mai mare, astfel încât să se evite o situație numită „blocare“, la care undele de șoc interferează cu pătrunderea fluxului de aer în partea din spate a sistemului de admisie a aerului.
Camera de combustie asigură cea mai eficientă amestecare a aerului cu combustibil prin injecție, distribuită pe lungimea camerei. Astfel, se obține cel mai eficient transfer de energie termică la tracțiunea motorului. Sistem de evacuare a gazelor, constând dintr-o duză și suprafața de jos a fuselajului spate, asigură controlată expansiunea gazelor fierbinți comprimate care, de fapt, asigură forța necesară. Procesul de extindere transformă energia potențială în camera de ardere în energie cinetică. Zona duzei are loc o multitudine de fenomene fizice - și ardere, precum și efectele stratului limită, iar fluxurile de gaze ineglae și instabilitatea stratului de forfecare, și o multitudine de efecte de volum specific. Forma duzei are o importanță deosebită pentru eficiența motorului și pentru zborul în ansamblu, deoarece afectează ridicarea și controlul aeronavei.
Cum funcționează
Înainte ca aeronava cu HSVRD să atingă vitezele dorite, motorul său trebuie să treacă în mod constant prin mai multe moduri de funcționare. Pentru a accelera până la viteze de aproximativ 3 Mach, puteți utiliza una dintre mai multe posibilități - de exemplu, motoare suplimentare cu turbină cu gaz sau boostere de rachete (atât interne cât și externe).
La o viteză de 3,4 Mach GPRVD reconstruit din modul de viteză redusă la un mod de tracțiune atunci când curse motor format sigilii stabile, creând la orificiul de intrare al camerei de ardere, una sau mai multe porțiuni ale fluxului de aer la viteza subsonic. În statoreactoare convențională este prevăzută o admisie a aerului și un difuzor - reduc viteza de curgere sub viteza sunetului prin creșterea zona difuzorului, astfel este posibil să se realizeze arderea completă a amestecului la viteze subsonice.
În spatele camerei de ardere este amplasată o duză de dilatare, care asigură tracțiunea necesară. În HGRVD la ieșirea din cameră există o "presiune termică a gazului", care nu necesită o îngustare geometrică reală a duzelor. Această îngustare a debitului este formată datorită amestecului de gaze cu aer și unei distribuții precis calibrate a debitului.
În timp ce planul cu HVRD pe propria putere accelerează de la 3 la 8 Mach, în intervalul de la 5 la 7 Mach, motorul trece în alt mod. Acesta este un moment de tranziție, când motorul funcționează atât ca ramjet tradițional cât și ca hipersonic. Creșterea temperaturii și presiunii în camera de ardere încetinește. Ca urmare, o zonă de precomprimare mai scurtă devine suficientă pentru funcționarea normală. Unda de șoc este deplasată de la gâtul de admisie a aerului la intrarea în camera de combustie.
Atunci când viteza depășește 5 Mach, modul de combustie supersonică asigură deja o tracțiune mai înaltă, astfel încât specificitatea motorului necesită utilizarea modului Ramjet până când vehiculul atinge o viteză de 5-6 Mach. La pragul de aproximativ 6 Machs, frânarea fluxului de aer la viteze subsonice conduce în locuri la o oprire aproape completă, ceea ce determină salturi de presiune puternice și transfer de căldură. Undeva în intervalul cuprins între 5 și 6 mah, apariția acestor simptome poate servi drept semnal pentru trecerea la regimul GVRDD pur. Atunci când viteza depășește 7 Mach, procesul de ardere nu mai permite divizarea fluxului de aer și motorul începe să funcționeze în modul HVRD fără unde de șoc înaintea camerei de ardere. Undele de șoc din priza de aer sunt distribuite de-a lungul întregului motor. La viteze mai mari de 8 Mach, legile fizicii necesită combustie supersonică, deoarece motorul nu va mai putea suporta presiunile și temperaturile care ar apărea atunci când debitul de aer se frânează la viteze subsonice.
La lucrările SHVRD la viteze de la 5 la 15 Machov există mai multe probleme tehnice. Este dificultatea amestecării combustibilului cu aerul, luptând cu supraîncărcarea termică a motorului, în special cu supraîncălzirea tuturor muchiilor de ghidare ale orificiului de admisie a aerului. Pentru zborurile cu viteze hipersonice sunt necesare structuri și materiale speciale.
Când viteza de combustibil injectat este egalată cu viteza fluxului de aer intră combustor, care are loc la viteze de Mach 12, amestecarea combustibilului cu aerul devine foarte dificil. La numerele Mach chiar mai mari, temperaturile uriașe din camera de combustie fac ca moleculele să se descompună și să le ionizeze. Aceste procese, suprapusă pe imaginea deja complexă a fluxului de aer, în cazul în care interacțiunea amestecare supersonică a camerei de ardere cu conducta de admisie a aerului și legile de funcționare ardere face aproape imposibilă calcularea fluxurilor de gaze, modul de alimentare cu combustibil și bilanțul termic al camerei de ardere.
În timpul unui zbor hipersonic, încălzirea motorului unei aeronave depinde nu numai de funcționarea camerei de ardere, ci și de alte sisteme: pompe, hidraulică, electronică. Sistemele de control al schimbului de căldură în aeronavele hipersonice se concentrează în principal pe motor, deoarece acesta este cel care suportă sarcini termice maxime. Motorul generează o mulțime de probleme - zona debitului reactiv este caracterizată de încărcături termice, mecanice și acustice uriașe, plus este umplută în întregime cu un amestec coroziv de produse de ardere la cald și oxigen.
Dacă motorul nu se răcește, temperatura camerei de ardere va depăși 2760 de grade Celsius și aceasta este mai mare decât punctul de topire pentru majoritatea metalelor. Din fericire, problema temperaturilor ridicate poate fi depășită prin răcirea activă, selecția adecvată a materialelor și dezvoltarea unor structuri speciale la temperaturi ridicate.
Aeronava hipersonică însăși impune cerințe stricte asupra structurilor și materialelor. Aici sunt:
Temperaturi foarte ridicate;
- încălzirea aparatului în ansamblu;
- zone de încălzire localizate și în mișcare localizate de la unde de șoc;
- sarcini aerodinamice ridicate;
- sarcini mari datorate pulsațiilor de presiune;
- posibilitatea unui flutter grav, a vibrațiilor, a sarcinilor fluctuante de origine termică;
- eroziune sub influența fluxului de aer și jetului în interiorul motorului.
Acum, după zborul cu succes al modelelor X-43A și a testelor la sol ale mai multor modele la scară largă, planurile de a crea un avion cu drepturi depline, cu combustibil pe bază de hidrogen sau combustibil pe bază de hidrogen și hidrocarburi, sunt cu atât mai realiste. Când materialele noastre au fost trimise la imprimare, NASA se pregătea să lanseze un alt X-43A și să accelereze la o viteză de 10 Mach, adică până la 12.000 km / h.
Retipărită cu permisiunea Institutului American de fizică al fizicianului industrial
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: