Что такое гиперзвуковой двигатель

Была обычная баллистическая ракета, а стала « гиперзвуковая». Полетит ли она лучше, дальше и быстрее? Да и вообще — насколько « гиперзвуковое» оружие опаснее обычного? Мы расскажем вам всё о новых разработках и заодно научим отличать « сверхзвук» от « гиперзвука» на слух.

Новый тип гиперзвукового летательного аппарата

Новичок

14 Май 2021

Проект гиперзвукового летательного аппарата(ГЗЛА) с вертикальным взлетом и посадкой(ВВП) основанный на новом виде двигателе волновой природы это волновой воздушно-реактивный двигатель (ВВРД) вместо традиционного турбореактивного двигателя (ТРД).

Установка отличается другим принципом воздушного реактивного двигателя она не содержит винтов и турбин, а имеет механическую волну. Принцип работы двигателя заключается в следующем механическая волна состоящая из телескопических пластин перемещается вдоль двигателя с любой скоростью доступной приводам этой волны вдоль самого двигателя вытесняя воздух из одного конца двигателя в другой создавая реактивную тягу. Аналогия принципа это как морская волна перемещает морского серфера по поверхности моря. Скорость перемещения волны определяется длинной двигателя, вертикальной амплитудой телескопический пластин, длинной самой волны и скоростью приводов телескопический пластин. Скорость движения волны может достигать десятков тысяч километров в час и более. В самом двигателе нет физических частей, деталей, движущихся с скоростью десятков тысяч километров в час ,а перемещается с такой скоростью только форма волны (виртуальный поршень) по двигателю которую формируют телескопические пластины находящиеся в тоннелях в которых волны и вытесняют воздух.

Двигатель многосекционный для режимов висения и низкоскоростного полета. Каждая секция сама по себе короткий низкоскоростной двигатель с малой длинной волны, соединяясь образуют один длинный маршевый двигатель с большой длинной волны для высокоскоростного полета.
В ГЗЛА маршевые двигатели идут вдоль корпуса аппарата рассоединение дает возможность легко направить вектор тяги этих двигатель поворачивая их вокруг поперечной оси в сторону земли для взлета с возможностью управления вектором тяги. Разделение на 6-12 секций добавляет еще одно преимущество важное для зависании ГЗЛА увеличивается массовый расход воздуха 4-6 раз что дает суммарное увеличение тяги двигателей в 2-2.5 раза при той же мощности силовой (энергетической) установки. Еще одна функция разделения маршевого двигателя на секции и их раздвигания в сторону носовой части аппарата этим действием совмещается фокус подъемной силы двигателей с центром масс летательного аппарата без этого висение было бы невозможно. В целом скорость ГЗЛА ограничивается только мощностью энергетической установки, запасом топлива и тепловым барьером аппарата сам ВВРД не имеет принципиальный ограничений на скорость движения в отличии от турбореактивного с его предельными тремя скоростями Маха(звука). Если брать поршневые энергетические установки при наличии компрессора с степенью сжатия десятки раз из-за низкой плотности атмосферы на больших высотах полета то скорость ограничится 2-3 Махами причина невозможность охлаждать установку набегающим потоком он уже будет горячим больше 200 градусов Цельсия. Газотурбинная установка позволит поднять скорость до 4-7 Махов.
Дальнейший набор скорости при маломощных энергетических установках возможен после достижения скорости 2-3 Маха за счет динамического сжатия набегающего потока можно использовать ВВРД в режиме гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя(ГПВРД). Энергетическая установка и приводимые ей механические волны останавливаются образуя собой конструкцию сверх или гиперзвукового ПВРД с воздухозаборником, камерой сгорания, соплом адаптируя свою форму под нужное число Маха. В этом режиме топливо подается непосредственно в камеру сгорания, ГЗЛА продолжает разгон до 17 махов в зависимости от вида топлива теоретический же предел ГПВРД первая космическая скорость.
К плюсам двигателя можно отнести низкую шумность. Высокую безопасность поскольку двигатель имеет небольшую кинетическую энергию запасенную в работающих деталях, что благоприятно отразится в случае его разрушения не будет разлетающихся частей имеющих скорости в тысячи километров час которые могут повредить летательный аппарат или ранить людей. Приемистость двигателя следствие низких рабочих скоростей деталей. Легкий реверс тяги достаточно волну двигать в обратную сторону.
Отдельно стоит отметить легкость пилотирования и высокую безопасность аппарата обусловленную большим количеством секций ВВРД с значительным запасом резерва тяги каждого двигателя на случай отказа каких либо ВВРД в режиме висения. Аналогичный запас мощности у энергоустановок на чрезвычайном режиме работы. Аппарат допускает безопасное касание зданий и даже столкновение на скорости до 20-30 км/ч не приведет к падению.
В случае небольшого летательного аппарата длинной 8-10 метров шириной 2-2.5 метра (как на видео) , колесных шасси, складывающихся крыльях возможно создать гиперзвуковой летающий автомобиль вертикального взлета и посадки на 2-3 пассажира пригодный для движения на дорогах общего пользования для небольших поездок, что может повысить удобство его эксплуатации. Стоимость первой итерации массового поршневого аппарата для скоростей 2000-2500 км/ч на линиях конвейерной сборки аналогичным автомобильным без режима ГПВРД, применения экзотических тугоплавких сплавов и керамик,а на автомобильных материалах и компонентах составит порядка миллиона долларов.

Ту-155

Бывший

14 Май 2021

Читать еще: Toyota prius температура двигателя

Что известно о российском и американском гиперзвуковом оружии

В середине сентября между представителями администрации России и США возник спор о том, кто из стран обладает оригинальными разработками гиперзвукового оружия. Во время него президент России, чтобы доказать, что разработки страны не являются украденными, раскрыл имя человека, который когда-то лично выступил с идеей создания гиперзвукового блока «Авангард». Рассказываем подробности этого запутанного спора.

Читайте «Хайтек» в

Что такое гиперзвуковое оружие?

Это новейшие системы, способные передвигаться со скоростью, значительно большей, чем скорость звука, — 6 000 км/час. Это делает подобное оружие неуязвимым для современных систем противоракетной обороны, какими бы продвинутыми в техническом плане они ни были.

Еще одно важное преимущество гиперзвука — он существенно уменьшает время для принятия решения по ответному удару. В условиях, когда все стратегическое командование замыкается на главе государства, возможности для эффективного ответа значительно снижаются.

До недавнего времени в условиях господства ядерного оружия государства защищали свои территории с помощью системы противоракетной обороны, которая включает средства обнаружения, оповещения и непосредственно сами противоракеты. Задача ПРО — успеть уничтожить вражескую боеголовку до того, как она поразит цель.

Проблема в том, что даже самые современные системы противоракетной обороны заточены на ракеты, летящие по баллистической траектории. Их полет рассчитывается: вычисляется место гипотетического удара вероятного противника, после чего там сосредотачиваются достаточные для отражения атаки силы.

С гиперзвуковым оружием это не работает. Его скорость, в разы превосходящая отметку в 5 000 км/час, не оставляет времени на то, чтобы соответствующим образом отреагировать. Использование гиперзвукового оружия позволяет уничтожить ядерный щит любого противника в считанные минуты без угрозы возмездия.

Таким образом, накопленные некоторыми мировыми державами ядерные арсеналы становятся просто бесполезными. Неуязвимость и колоссальная скорость гиперзвукового оружия — вот что делает его опаснее ядерного. Кроме того, ни один, даже самый мощный, компьютер не способен вычислить постоянно меняющуюся траекторию гиперзвуковых ракет.

Исчезновение фактора сдерживания в таком случае резко повышает вероятность превентивной атаки. Может появиться соблазн использовать гиперзвук для нанесения быстрого и эффективного удара и обезоруживания противника с целью принудить его к выгодным для себя условиям.

Прежде всего бросается в глаза носовая часть. Мы привыкли к тому, что все существующие ракеты — хоть межконтинентальные, хоть тактические, имеют внешний вид этакого «заточенного карандаша». А гиперзвуковая напоминает гигантскую акулу со срезанным носом.

С чего начался конфликт США и России об оружии?

Президент США Дональд Трамп 19 сентября во время предвыборного митинга в штате Миннесота заявил, что Россия создала свое гиперзвуковое оружие на основе информации, похищенной при администрации его предшественника Барака Обамы

Трамп напомнил своим сторонникам, что у России есть «супер-пупер-гиперзвуковая ракета», которая развивает скорость в пять раз больше, чем обычная. По его словам, у США же есть ракета, летящая с намного большей скоростью

Но Россия получила эту информацию (о технологии создания гиперзвуковой ракеты) от администрации Обамы, Россия похитила эту информацию. Вы об этом знали? Россия получила эту информацию и потом создала ее.

Дональд Трамп, президент США

В этого же день российский президент Владимир Путин в честь Дня оружейника поговорил по видеосвязи с разработчиком ракет системы «Авангард», почетным генеральным конструктором «НПО машиностроения» Гербертом Ефремовым.

Во время этого разговора он заявил, что Россия была вынуждена начать разрабатывать гиперзвуковое оружие из-за выхода США из Договора по противоракетной обороне в 2002 году. По его словам, масштабные работы начались в 2004 году. Тогда президентом США был Джордж Буш — младший, предшественник Обамы и республиканец так же, как и Трамп.

Выход США из Договора по ПРО в 2002 году вынудил Россию приступить к разработке гиперзвукового оружия. Мы должны были создать это оружие в ответ на развертывание США системы стратегической ПРО, которая в перспективе была бы способна фактически нейтрализовать, обнулить весь наш ядерный потенциал.

Владимир Путин, президент России

Что еще важно знать?

«Авангард» — российские гиперзвуковые ракеты, которые, по словам президента России, двигаются со скоростью, в 27 раз превышающей скорость звука. Впервые Путин упомянул их в декабре 2018-го, а затем заявлял, что такое российское оружие позволяет сохранять стратегический баланс и стабильность в мире.

Трамп говорил о «супер-пупер-ракете», которая в 17 раз быстрее всех существующих, в мае. Позже в Пентагоне уточнили, что президент США имел в виду мартовские испытания, во время которых скорость ракеты в 17 раз превышала скорость звука. При этом, по данным CNN, разработки США уступают российским или китайским, а на вооружение поступят вряд ли раньше 2023 года.

А что говорит Герберт Ефремов, который лично выступил с идеей создания гиперзвукового блока «Авангард»?

Бывший гендиректор военно-промышленной корпорации «НПО машиностроения» Герберт Ефремов дал интервью, где рассказал подробнее о своей работе.

Работа Герберта Ефремова была засекречена более 60 лет. Он начинал инженером в одной из ведущих ракетно-космических фирм СССР и России (ОКБ-52 Минавиапрома СССР, сейчас — ВПК «НПО машиностроения»), где разрабатывали спутники и пилотируемые космические корабли. Генеральный конструктор, а позже генеральный директор НПО, Ефремов участвовал в разработке межконтинентальных баллистических ракет УР-100, пилотируемой орбитальной станции «Алмаз», системы морской космической разведки и серии научных спутников-лабораторий «Протон». Ракетный комплекс «Бастион», который использовался Россией в Сирии, также создавался под руководством Ефремова. С 2007 года конструктор занимает в НПО должность советника по науке.

По словам Ефремова, Владимир Путин поставил задачу создать «Авангард» как боевую систему в 2004 году. Но эксперименты велись еще с 1980-х, во время активного конфликта с Америкой.

Эксперты при этом считают, что «Авангард» будет очень заметным, потому что при полете нагреется до очень высоких температур и будет светиться в инфракрасном диапазоне. На это Ефремов ответил, что, несмотря на видимость, в ракету будет нельзя попасть в любом случае из-за ее высокой скорости.

Еще один критик российской гиперзвуковой ракеты, инженер Андрей Горбачевский в разговоре с «Новой газетой» утверждает, что на подлете к цели скорость у «Авангарда» уже будет ниже гиперзвуковой — в том числе из-за маневрирования.

Еще одна российская разработка, которую испытали 6 октября, — гиперзвуковая крылатая ракета «Циркон».

Вчера в 7 часов 15 минут из акватории Белого моря фрегатом «Адмирал флота Советского Союза Горшков» в рамках летных испытаний впервые выполнена стрельба гиперзвуковой крылатой ракетой «Циркон» по морской цели, расположенной в Баренцевом море.

Валерий Герасимов, начальник Генерального штаба

«Циркон» (3М22) относится к категории гиперзвукового оружия. На своей траектории она способна развивать огромную скорость (около 9 Махов). Гиперзвуковая ракета «Циркон» позиционируется как противокорабельная. На сегодняшний день в мире не существует средств, которые могли бы эффективно перехватывать такие виды оружия. Также важно отметить, что такое оружие сегодня есть только в Российской Федерации.

Какое оружие есть в США?

Американцы в свою очередь продолжают испытания гиперзвуковой крылатой ракеты X-51A Waverider. Правда, скорость ее значительно ниже, чем у «Авангарда», — не более 7 500 км/час (около 6 Махов).

Пентагон планирует использовать ракету в рамках стратегии быстрого глобального удара, которая предполагает возможность атаковать любую цель на всем земном шаре в течение одного часа.

Основными целями в Вашингтоне называют Северную Корею и террористические группировки, которые могут захватить оружие массового поражения. Однако Россия и Китай полагают, что новейшая американская разработка может быть направлена и против них.

В США гиперзвуковые проекты развивались в рамках инициативы Prompt Global Strike. При этом тестировались две конкурирующих разработки — Advanced HypersonicWeapon (AHW) и HypersonicTechnologyVehicle 2 (HTV-2). Из них лишь одно испытание AHW в 2011 году прошло успешно, хотя детальной информации о нем нет. Однако последний испытательный запуск в 2014 году оказался неудачным.

Также сообщается, что США сотрудничают с Австралией в рамках исследовательского проекта HIFiRE (Hypersonic International Flight Research Experimentation Program). Уже были проведены несколько запусков гиперзвуковых летательных аппаратов, и в июле 2017 года разработчикам удалось достичь скорости Маха 7,5. На другой гиперзвуковой проект Tactical Boost Glide (TBG), разрабатываемый на опыте HTV-2 и финансируемым DARPA (Агентством перспективных исследований обороны) уже потрачено 147 млн долларов.

А что с суперпуперракетой?

«Супер-пупер-ракета», появление которой ранее анонсировал президент США Дональд Трамп, представляет собой гиперзвуковую ракету AGM-183A, создаваемую в интересах американских военно-воздушных сил. Об этом заявил военный эксперт и главный редактор журнала «Арсенал Отечества» Виктор Мураховский.

Он раскрыл характеристики AGM-183A: она должна развивать максимальную скорость до 20 Махов, ее оценочная дальность стрельбы составит порядка 900 км.

По словам эксперта, в такой ракете нет прорыва, так как при создании используются известные материалы и технологии. По сути, это аэробаллистическая ракета, стартующая с воздушного носителя. Она разгоняется твердотопливной ступенью, а дальше летит сам гиперзвуковой блок по баллистической траектории, описал Мураховский.

Что в итоге?

Отметим, что в России говорят в первую очередь о ядерном оснащении гиперзвукового оружия, в США — о неядерном, а в Китае ничего прямо не говорят. Что касается других стран, то, например, во Франции следующее поколение крылатых ракет воздушного базирования в ядерном оснащении планируется сделать гиперзвуковым. Не исключено, что в будущем ситуация поменяется, и все придут к «двойному назначению» гиперзвуковых вооружений.

Сейчас же важнейшей задачей остается продвижение инициатив о контроле над вооружениями в области высокоточного оружия большой дальности в обычном оснащении, являющегося стратегическим неядерным оружием. И «гиперхайп» может быть хорошим катализатором для такой дискуссии.

История скорости

В 50-е годы шла борьба за достижения скорости звука. Когда инженеры и ученые поняли, как ведет себя самолет при скорости выше скорости звука и научились создавать летательные аппараты предназначенные для таких полетов, пришло время идти дальше. Заставить самолеты летать еще быстрее.

Читать еще: Давление насоса карбюраторного двигателя

В 1967 году американский экспериментальный летательный аппарат X-15 достиг скорости 6,72 М (7274 км/ч). Он был оснащен ракетным двигателем и летал на высотах от 81 до 107 км (100 км, это линия Кармана, условная граница атмосферы и космоса). Поэтому, правильнее называть X-15 не самолетом, а ракетопланом. Взлететь самостоятельно он не мог, ему требовался самолет-разгонщик. Но все таки, это был гиперзвуковой полет. Причем, летали X-15 с 1962 по 1968 годы, а 7 полетов на X-15 совершил тот самый Нил Армстронг.

Стоит понимать, что полеты вне атмосферы, какими бы быстрыми они не были не корректно считать гиперзвуковыми, ведь плотность среды в которой движется летательный аппарат очень мала. Эффектов присущих сверхзвуковому или гиперзвуковому полету просто не будет.

В 1965 году YF-12 (прототип знаменитого SR-71) достиг скорости 3,331,5 км/ч, а в 1976 уже сам серийный SR-71 — 3,529,6 км/ч. Это «всего лишь» 3,2–3,3 М. Далеко не гиперзвук, но уже для полетов на этой скорости в атмосфере пришлось разрабатывать специальные двигатели, которые на малых скоростях работали в обычном режиме, а на высоких в режиме прямоточного двигателя, а для пилотов — специальные системы жизнеобеспечения (скафандры и системы охлаждения), так как самолет нагревался слишком сильно. Позднее, эти скафандры использовались для проекта Шаттл. Очень долгое время SR-71 являлся самым скоростным самолетом в мире (летать он перестал в 1999 году).

SR-71 и его пилоты

Советский Миг-25Р теоретически мог достичь скорости в 3,2 М, но эксплуатационная скорость ограничивалась значением 2,83 М.

В те же 60-е в США и СССР существовали проекты космических проектов X-20 «Dyna Soar» и «Спираль» соответственно. Для Спирали изначально предполагалось использование гиперзвукового самолета-разгонщика, потом сверхзвукового, а потом проект вообще закрыли. Та же судьба постигла и американский проект.

Космический самолет Спираль

Вообще проекты именно гиперзвуковых летательных аппаратов того времени были связны с полетами вне атмосферы. Иначе и быть не может, на «малых» высотах слишком высока плотность и соответственно сопротивление, что приводит ко многим негативным факторам, которые в то время преодолеть не смогли.

Американский космический самолет X-20

Гиперзвук в настоящее время

За всеми перспективными исследованиями, как обычно стоят военные. В случае с гиперзвуковыми скоростями, это тоже имеет место. Сейчас исследования ведутся в основном в направлении космических аппаратов, гиперзвуковых крылатых ракет и так называемых гиперзвуковых боевых блоков. Теперь уже речь идет о «настоящем» гиперзвуке, полетах в атмосфере. Обратите внимание, работы по гиперзвуковым скоростям были в активной фазе в 60-70 годах, потом все проекты были закрыты.

Вернулись к скоростям выше 5 М только на рубеже 2000-х годов. Когда технологии позволили создавать эффективные прямоточные двигатели для гиперзвуковых полетов.

В 2001 первый полет совершил беспилотный летательный аппарат с прямоточным двигателем

Boeing X-43. Уже в 2014 он разогнался до скорости в 9,6 М (11 200 км/ч). Хотя проектировался X-43 для скоростей в 7 раз выше скорости звука. При этом рекорд был поставлен не в космосе, а на высоте всего 33 500 метров.

X-43 на фото выглядит маленьким черным треугольником прикрепленным к разгонной ракете

В 2009 году начались испытания прямоточного двигателя для крылатой ракеты компании Boeing X-51A Waverider. В 2013 году аппарат X-51A разогнался до гиперзвуковой скорости — 5,1 М на высоте 21 000 метров.

X-51A Waverider гиперзвуковая крылатая ракета

Аналогичные проекты на разных стадиях осуществляют и другие страны: Германия (SHEFEX), Великобритания (Skylon), Россия («Холод» и «Игла»), Китай (WU-14) и даже Индия (Брамос), Австралия (ScramSpace) и Бразилия (14-X).

ГЛЛ-31 проекта «Холод»

Интересный проект летательного аппарата для полета с гиперзвуковой скоростью в атмосфере, американский Falcon HTV-2, считается провальным. Предположительно, Falcon смог разогнаться до огромной для атмосферы скорости — 23 М. Но только предположительно, так как все экспериментальные аппараты просто напросто сгорели.

Рекордный Falcon HTV-2 выглядит очень просто

Все перечисленные летательные аппараты (кроме Skylon) не могут самостоятельно набрать необходимую для работы прямоточного двигателя скорость и используют разные ускорители. Но Skylon пока только проект не сделавший пока ни единого испытательного полета.

Далекое будущее гиперзвука

Существуют и гражданские проекты гиперзвуковых самолетов для перевозки пассажиров. Это европейские SpaceLiner с одним типом двигателя и ZEHST который должен использовать целых 3 типа двигателя на разных режимах полета. Также над своими проектами работают и другие страны.

Такие лайнеры предположительно смогут доставить пассажиров из Лондона в Нью-Йорк всего лишь за час. Полетать на таких самолетах мы сможем не раньше 40-х, 50-х годов 21 века. А пока гиперзвуковые скорости остаются уделом военных, либо космических аппаратов.

Прямоточный реактивный двигатель. пврд.

Реактивный двигатель – устройство, создающее требуемую для перемещения силу тяги, преобразовывая внутреннюю энергию горючего в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Классы реактивных двигателей:

Все реактивные двигатели подразделяют на 2 класса:

Воздушно-реактивные – тепловые двигатели, применяющие энергию окисления воздуха, приобретаемого из воздуха. В этих двигателях рабочее тело представлено смесью продуктов горения с остальными элементами отобранного воздуха.
Ракетные – двигатели, каковые на борту содержат все нужные компоненты и могут трудиться кроме того в безвоздушном пространстве.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель – самый простой в классе ВРД по конструкции. Требуемое для работы устройства увеличение давления образуется методом торможения встречного воздушного потока.

Рабочий процесс ПВРД возможно коротко обрисовать следующим образом:

Во входное устройство двигателя поступает воздушное пространство со скоростью полета, кинетическая его энергия преобразуется во внутреннюю, давление и температура окружающей среды увеличиваются. На входе в камеру сгорания и на всей протяженности проточной части отмечается большое давление.

Нагревание сжатого воздуха в камере сгорания происходит методом окисления подаваемого воздуха, наряду с этим внутренняя энергия рабочего тела возрастает.
Потом поток сужается в сопле, рабочее тело достигает звуковой скорости, а снова при расширении – сверхзвуковой. Благодаря тому, что рабочее тело движется со скоростью, превышающей скорость встречного потока, в создается реактивная тяга.

pВ конструктивном замысле ПВРД есть предельно несложным устройством. В составе двигателя имеется камера сгорания, вовнутрь которой горючее поступает из топливных форсунок, а воздушное пространство – из диффузора. Камера сгорания заканчивается входом в сопло, которое есть суживающейся-расширяющимся.

Развитие разработки смесевого жёсткого горючего повлекло за собой применение этого горючего в ПВРД. В камере сгорания находится топливная шашка с центральным продольным каналом. Проходя по каналу, рабочее тело неспешно окисляет поверхность горючего и нагревается само.

Использование жёсткого горючего еще более упрощает состоящую конструкцию двигателя: топливная совокупность делается ненужной.

Смесевое горючее по собственному составу в ПВРД отличается от используемого в РДТТ. В случае если в ракетном двигателе солидную часть состава горючего занимает окислитель, то в ПВРД он употребляется в маленьких пропорциях для активирования процесса горения.

Наполнитель смесевого горючего ПВРД в основном складывается из мелкодисперсного порошка бериллия, магния либо алюминия. Их теплота окисления значительно превосходит теплоту сгорания углеводородного горючего. Как пример твердотопливного ПВРД возможно привести маршевый двигатель крылатой противокорабельной ракеты «П-270 Москит».

Тяга ПВРД зависит от скорости полета и определяется исходя из влияния нескольких факторов:

Чем больше показатель скорости полета, тем громадным будет расход воздуха, проходящего через тракт двигателя, соответственно, большее количество кислорода будет попадать в камеру сгорания, что увеличивает расход горючего, тепловую и механическую мощность мотора.
Чем больше расход воздуха через тракт двигателя, тем выше будет создаваемая мотором тяга. Но существует некоторый предел, расход воздуха через тракт мотора не имеет возможности возрастать неограниченно.
При возрастании скорости полета возрастает уровень давления в камере сгорания. Благодаря этого возрастает термический КПД двигателя.
Чем больше отличие между скоростью полета прохождения и скоростью аппарата реактивной струи, тем больше тяга двигателя.

Зависимость тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя от скорости полета возможно представить следующим образом: до того момента, пока скорость полета намного ниже скорости прохождения реактивной струи, тяга будет возрастать вместе с ростом скорости полета. В то время, когда скорость полета приближается к скорости реактивной струи, тяга начинает падать, миновав определенный максимум, при котором отмечается оптимальная скорость полета.

В зависимости от скорости полета выделяют такие категории ПВРД:

дозвуковые;
сверхзвуковые;
гиперзвуковые.

Любая из групп имеет собственные отличительные изюминки конструкции.

Эта несколько двигателей предназначена для обеспечения полетов на скоростях, равных от 0,5 до 1,0 числа Маха. торможение и Сжатие воздуха в таких двигателях происходит в диффузоре – расширяющемся канале устройства на входе потока.

Эти двигатели имеют очень низкую эффективность. При полетах на скорости М= 0,5 уровень повышения давления в них равен 1,186, почему совершенный термический КПД для них – всего 4,76%, а вдруг еще и учитывать утраты в настоящем двигателе, эта величина будет приближаться к нулю. Это значит, что при полетах на скоростях M

Но кроме того на предельной скорости для дозвукового диапазона при М=1 уровень повышения давления равен 1,89, а совершенный термический коэффициент – всего 16, 7%. Эти показатели в 1,5 раза меньше, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания, и в 2 раза меньше, нежели у газотурбинных двигателей. Газотурбинные и поршневые двигатели к тому же действенны для применения при работе в стационарном положении.

Исходя из этого прямоточные дозвуковые двигатели в сравнении с другими авиационными двигателями были неконкурентоспособными и на данный момент серийно не выпускаются.

Читать еще: Вольво бензиновый двигатель работает

Сверхзвуковые ПВРД вычислены на осуществление полетов в диапазоне скоростей 1 M 5.

Торможение газового сверхзвукового потока постоянно выполняется разрывно, наряду с этим образуется ударная волна, которая именуется скачком уплотнения. На дистанции ударной волны процесс сжатия газа не есть изоэнтропийным. Следовательно, наблюдаются утраты механической энергии, уровень повышения давления в нем меньший, нежели в изоэнтропийном ходе.

Чем замечательнее будет скачок уплотнения, тем больше изменится скорость потока на фронте, соответственно, больше утраты давления, время от времени достигающие 50%.

Чтобы минимизировать утраты давления, организуется сжатие не в одном, а нескольких скачках уплотнения с меньшей интенсивностью. По окончании каждого из таких скачков отмечается понижение скорости потока, которая остается сверхзвуковой. Это достигается, в случае если фронт скачков расположен под углом к направлению скорости потока.

Параметры потока в промежутках между скачками остаются постоянными.

В последнем скачке скорость достигает дозвукового показателя, сжатия воздуха и дальнейшие процессы торможения происходят непрерывно в канале диффузора.

В случае если входное устройство мотора находится в области невозмущенного потока (к примеру, впереди летательного аппарата на носовом окончании либо на достаточном отдалении от фюзеляжа на крыльевой консоли), оно выполняется асимметричным и комплектуется центральным телом – острым долгим «конусом», выходящим из обечайки. Центральное тело предназначено для во встречном воздушном потоке косых скачков уплотнения, каковые снабжают торможение и сжатие воздуха до момента его поступления в особый канал входного устройства. Представленные входные устройства стали называться устройств конического течения, воздушное пространство в них циркулирует, образуя коническую форму.

Центральное коническое тело возможно оснащено механическим приводом, что разрешает ему двигаться на протяжении оси двигателя и оптимизировать торможение потока воздуха на различных скоростях полета. Эти входные устройства именуются регулируемыми.

При фиксации двигателя под крылом либо снизу фюзеляжа, другими словами в области аэродинамического влияния элементов конструкции самолета, применяют входные устройства плоской формы двухмерного течения. Они не оснащаются центральным телом и имеют поперечное прямоугольное сечение.

Их еще именуют устройствами смешанного либо внутреннего сжатия, потому, что внешнее сжатие тут имеет место лишь при скачках уплотнения, образующихся у передней кромки крыла либо носового окончания летательного аппарата. Входные регулируемые устройства прямоугольного сечения способны поменять положение клиньев в канала.

В сверхзвуковом скоростном диапазоне ПВРД более действен, нежели в дозвуковом. К примеру, на скорости полета М=3 степень повышения давления образовывает 36,7, что приближается к показателю турбореактивных двигателей, а расчетный совершенный КПД достигает 64,3 %. На практике эти показатели меньшие, но на скоростях в диапазоне М=3-5 СПВРД по эффективности превосходят все существующие типы ВРД.

При температуре невозмущенного воздушного потока 273°K и скорости самолета М=5 температура рабочего заторможенного тела равна 1638°К, при скорости М=6 — 2238°К, а в настоящем полете с учетом действия силы и скачков уплотнения трения делается еще выше.

Предстоящее нагревание рабочего тела есть проблематичным из-за термической неустойчивости конструкционных материалов, входящих в состав двигателя. Исходя из этого предельной для СПВРД считается скорость, равная М=5.

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель

К категории гиперзвуковых ПВРД относится ПВРД, что трудится на скоростях более 5М. По состоянию на начало XXI века существование для того чтобы двигателя было лишь гипотетическим: не собрано ни единого примера, что бы прошел летные опробования и подтвердил актуальность и целесообразность его серийного выпуска.

На входе в устройство ГПВРД торможение воздуха выполняется лишь частично, и в течении остального такта перемещение рабочего тела есть сверхзвуковым. Большинство кинетической исходной энергии потока наряду с этим сохраняется, по окончании сжатия температура довольно низкая, что разрешает высвободить рабочему телу большое количество тепла. По окончании входного устройства проточная часть двигателя по всей собственной длине расширяется.

За счет сгорания горючего в сверхзвуковом потоке происходит нагрев рабочего тела, оно расширяется и ускоряется.

Данный тип двигателя рекомендован с целью проведения полетов в разреженной стратосфере. Теоретически таковой двигатель возможно применять на многоразовых носителях космических аппаратов.

Важной проблемой конструирования ГПВРД есть организация сгорания горючего в сверхзвуковом потоке.

В различных государствах начаты пара программ по созданию ГПВРД, все они находятся на стадии теоретических изысканий и предпроектных лабораторных изучений.

Где используются ПВРД

ПВРД не работает при нулевой скорости и низких скоростях полета. Летательный аппарат с таким двигателем требует установки на нем запасных приводов, в роли которых может выступать твердотопливный ракетный ускоритель либо самолет-носитель, с которого производится запуск аппарата с ПВРД.

По причине неэффективности ПВРД на малых скоростях его фактически неуместно применять на пилотируемых самолетах. Такие двигатели предпочтительно применять для беспилотных, крылатых, боевых ракет одноразового применения благодаря надежности, дешевизне и простоте. ПВРД кроме этого используют в летающих мишенях.

Борьбу по чертям ПВРД образовывает лишь ракетный двигатель.

Во время холодной войны между США и СССР создавались проекты прямоточных воздушных реактивных двигателей с ядерным реактором.

В таких агрегатах в качестве источника энергии выступала не химическая реакция сжигания горючего, а тепло, которое производил ядерный реактор, установленный вместо камеры сгорания. В таком ПВРД воздушное пространство, поступающий через входное устройство, попадает в активную область реактора, охлаждает конструкцию и сам нагревается до 3000 К. Потом происходит его истекание из сопла двигателя со скоростью, приближенной к скорости идеальных ракетных двигателей.

Ядерные ПВРД предназначались для установки в межконтинентальных крылатых ракетах, несущих ядерный заряд. Конструкторы в обеих государствах создали малогабаритные ядерные реакторы, каковые поместились в габариты крылатой ракеты.

В первой половине 60-ых годов двадцатого века в рамках программ изучения ядерных ПВРД Tory и Pluto совершили стационарные огневые опробования ядерного ПВРД Tory-IIC. Программа опробований была закрыта в июле 1964 г., летные опробования двигателя не проводили. Предположительной обстоятельством сворачивания программы имело возможность послужить совершенствование комплектации баллистических ракет ракетными химическими двигателями, каковые разрешали реализовать боевые задачи без привлечения ядерных ПВРД.

Термодинамика потока и воздушно-реактивный двигатель.

Увлекательные записи:

Крушение самолета в горах. самолет упал в горах. 1995 год.
Самолет сухого кр-860. фото. история. характеристики.
Туполев ту-114. фото и видео, история и характеристики ту-114.

Необходимое послесловие

Конечно, форум «Армия-2021» нельзя сравнивать с МАКС-2021. На первом было больше оружия, танков, ракет, на втором — авиации: самолетов, вертолетов, БПЛА. Сходно одно: и там и тут, и на той и на другой выставке военные и гражданские деятели выдают старые, еще советские проекты за новые.

На МАКСе, например, это был Су-75. Этот якобы новый российский самолет был возрождением проекта легкого многофункционального фронтового самолета (ЛМФС), разработка которого в ОКБ им П. О. Сухого велась еще в начале 1990-х, уже в новой России. Образец обошелся российским налогоплательщикам в 30 миллионов долларов.

И разве можно назвать новыми показанные на «Армии» основные боевые танки Т-90А, Т-72Б3, Т-80У-Е1, средний танк Т-34-85, боевые машины пехоты БМП-3, БМП-2, самоходную гаубицу «Мста-СМ»?

На брифинге, прошедшем накануне форума, корреспондент «Ридуса» не мог не задать вопрос, почему на «Армии» не показываются действительно новинки, такие как ЗРК С-500 «Прометей», «Циркон» — гиперзвуковая корабельная ракета, «Кинжал» — гиперзвуковой авиационный ракетный комплекс, «Буревестник» — перспективная российская межконтинентальная крылатая ракета глобальной дальности с ядерной энергетической установкой. Они бы повысили престиж форума. Но ни один из десяти генералов, участвующих в брифинге, не ответил или не захотел отвечать на этот вопрос.

Понятно, что демонстрации образцов этой боевой техники в определенной степени препятствует режим секретности, но ведь можно было же выставить на «Армии-2021» хотя бы ее полноразмерные макеты. На прошедшем недавно МАКС-2021 «Ростеху» ничто не помешало показать макет перспективного истребителя СУ-75 (Checkmate), предположительно еще даже не воспроизведенного в металле.

Как заявил министр обороны Сергей Шойгу накануне форума, в этом году планируется подписать 45 государственных контрактов примерно на 500 миллиардов рублей. Он уточнил, что будут заключены договора на поставку в Вооруженные силы робототехнических комплексов «Уран-14», систем дистанционного минирования, артиллерийских и тяжелых огнеметных систем, спецтехники для сухопутных войск, на строительство разведывательных кораблей и минных тральщиков, на поставку и модернизацию авиатехники, на закупку высокоточного оружия. Да, планы грандиозные, только ли будут они выполнены — это вопрос.

0 0 голоса

Рейтинг статьи