Det amerikanska flygvapnet testade X-51A Waverider, som lyckades få hastighet 5 gånger ljudets hastighet, och kunde flyga i mer än 3 minuter och satte ett världsrekord som tidigare hölls av ryska utvecklare. Testet gick bra på det stora hela, hypersoniska vapen är redo att tävla.
Den 27 maj 2010 tappades X-51A Waverider (löst översatt som en vågflygning och i "ofrivillig" som en surfare) från ett B-52-bombplan över Stilla havet. Förstärkningssteget X-51A, lånat från den välkända ATCAMS-raketen, förde Waverider till en höjd av 19,8 tusen meter, där en hypersonisk ramjetmotor (GPRVD eller scrumjet) var påslagen. Därefter steg raketen till 21, 3 tusen meters höjd och fick en hastighet på Mach 5 (5 M - fem ljudhastigheter). Totalt fungerade raketmotorn i cirka 200 sekunder, varefter X-51A skickade en signal till självförstörelse i samband med utbrottet av telemetriavbrott. Enligt planen skulle raketen utveckla en hastighet på 6 M (enligt projektet var X-51: s hastighet 7 M, det vill säga över 8000 km / h), och motorn fick arbeta för 300 sekunder.
Testerna var inte perfekta, men detta hindrade dem inte från att bli en enastående prestation. Motordriftstiden överskred det tidigare rekordet (77 s) tre gånger, som innehades av det sovjetiska (senare ryska) flyglaboratoriet "Kholod". 5M -hastigheten uppnåddes först med konventionellt kolvätebränsle, och inte med något "exklusivt" som väte. Waverider använde JP-7, ett petroleum med låga ångor som användes på det berömda SR-71-höghastighetsspaningsflygplanet.
Vad är en Scrumjet och vad är kärnan i de nuvarande prestationerna? I princip är ramjetmotorer (ramjetmotorer) mycket enklare än turbojetmotorer (turbojetmotorer) som alla känner till. En ramjetmotor är helt enkelt ett luftintag (den enda rörliga delen), en förbränningskammare och ett munstycke. I detta jämförs det positivt med jetturbiner, där en fläkt, en kompressor och själva turbinen läggs till detta elementära system, som uppfanns 1913, genom kombinerade ansträngningar att driva luft in i förbränningskammaren. I ramjetmotorer utförs denna funktion av själva mötande luftflöde, vilket omedelbart eliminerar behovet av sofistikerade konstruktioner som fungerar i en ström av heta gaser och andra dyra glädjeämnen i ett turbojetliv. Som ett resultat är ramjetmotorer lättare, billigare och mindre känsliga för höga temperaturer.
Enkelhet har dock ett pris. Direktflödesmotorer är ineffektiva vid subsoniska hastigheter (upp till 500-600 km / h fungerar inte alls)-de har helt enkelt inte tillräckligt med syre och därför behöver de ytterligare motorer som påskyndar apparaten till effektiva hastigheter. På grund av det faktum att volymen och trycket för luften som kommer in i motorn endast begränsas av luftintagets diameter, är det extremt svårt att effektivt styra motorns dragkraft. Ramjet -motorer är vanligtvis "vässade" för ett smalt intervall av drifthastigheter, och utanför det börjar de bete sig otillräckligt. På grund av dessa inneboende brister vid subsoniska hastigheter och måttliga överljud, överträffar turbojetmotorer radikalt sina konkurrenter med direktflöde.
Situationen ändras när flygplanets smidighet går ur skala för 3 gungor. Vid höga flyghastigheter komprimeras luften så mycket i motorns inlopp att behovet av en kompressor och annan utrustning försvinner - närmare bestämt blir de ett hinder. Men vid dessa hastigheter känns supersoniska ramjetmotorer SPRVD ("ramjet") bra. Men när hastigheten ökar blir fördelarna med den fria "kompressorn" (supersoniskt luftflöde) till en mardröm för motordesigners.
I turbojet och SPVRD bränns fotogen med en relativt låg flödeshastighet - 0,2 M. Detta gör att du kan uppnå bra blandning av luft och injicerat fotogen och följaktligen hög effektivitet. Men ju högre hastigheten för den inkommande strömmen, desto svårare är det att bromsa den och desto högre förluster är förknippade med denna övning. Från 6 M måste flödet bromsas 25-30 gånger. Det återstår bara att bränna bränsle i ett supersoniskt flöde. Det är här de verkliga svårigheterna börjar. När luft kommer in i förbränningskammaren med en hastighet av 2,5-3 tusen km / h blir processen med att upprätthålla förbränningen liknande, med en av utvecklarens ord, att "försöka hålla en tändsticka tänd mitt i en tyfon. " För inte så länge sedan trodde man att det är omöjligt när det gäller fotogen.
Problemen för utvecklare av hypersoniska fordon är inte på något sätt begränsade till skapandet av en fungerande SCRVD. De måste också övervinna den så kallade termiska barriären. Flygplanet värms upp från friktion mot luften, och uppvärmningsintensiteten är direkt proportionell mot kvadraten i flödeshastigheten: om hastigheten fördubblas ökar uppvärmningen fyrfaldigt. Uppvärmningen av ett flygplan under flygning med överljudshastighet (särskilt på låga höjder) är ibland så stor att det leder till förstörelse av strukturen och utrustningen.
När du flyger med en hastighet av 3 M, även i stratosfären, är temperaturen på ingångskanterna på luftintaget och vingens främre kanter mer än 300 grader och resten av huden - mer än 200. Enheten med en hastighet på 2-2,5 gånger mer värmer upp 4-6 gånger mer. Samtidigt, även vid temperaturer på cirka 100 grader, mjukas organiskt glas, vid 150 - styrkan hos duralumin reduceras avsevärt, vid 550 - förlorar titanlegeringar de nödvändiga mekaniska egenskaperna och vid temperaturer över 650 grader smälter aluminium och magnesium, stål mjuknar.
En hög uppvärmningsnivå kan lösas antingen genom passivt termiskt skydd, eller genom aktivt värmeavlägsnande genom att använda bränslereserverna ombord som kylare. Problemet är att med en mycket anständig "kylning" av fotogen - värmekapaciteten för detta bränsle är bara hälften av vatten - det tål inte höga temperaturer väl, och värmemängderna som behöver "smälta" är helt enkelt monstruös.
Det enklaste sättet att lösa båda problemen (supersonisk förbränning och kylning) är att överge fotogen till förmån för väte. Det senare brinner relativt lätt - i jämförelse med fotogen, naturligtvis - även i ett supersoniskt flöde. Samtidigt är flytande väte av uppenbara skäl också en utmärkt kylare, vilket gör det möjligt att inte använda massivt termiskt skydd och samtidigt säkerställa en acceptabel temperatur ombord. Dessutom har väte tre gånger värmevärdet av fotogen. Detta gör det möjligt att höja gränsen för uppnåbara hastigheter upp till 17 M (max på kolvätebränsle - 8 M) och samtidigt göra motorn mer kompakt.
Det är inte förvånande att de flesta av de tidigare rekordstora hypersoniska flygplanen flög exakt på väte. Vätebränsle användes av vårt flyglaboratorium "Kholod", som hittills intar andraplatsen när det gäller scramjetmotorns varaktighet (77 s). För honom har NASA en rekordhastighet för jetfordon: 2004 nådde NASA X-43A obemannade hypersoniska flygplan en hastighet av 11 265 km / h (eller 9,8 M) på en flyghöjd på 33,5 km.
Användningen av väte leder dock till andra problem. En liter flytande väte väger bara 0,07 kg. Även om man tar hänsyn till vätgas tre gånger större "energikapacitet" innebär detta en fyrfaldig ökning av bränsletankarnas volym med en konstant mängd lagrad energi. Detta resulterar i uppblåsning av storleken och vikten av apparaten som helhet. Dessutom kräver flytande väte mycket specifika driftsförhållanden - "alla fasor av kryogen teknik" plus specificiteten av själva vätet - det är extremt explosivt. Med andra ord är väte ett utmärkt bränsle för experimentella fordon och bitmaskiner som strategiska bombplan och spaningsflygplan. Men som bränsle för massvapen som kan baseras på konventionella plattformar som en vanlig bombplan eller förstörare är det olämpligt.
Desto viktigare är prestationen för skaparna av X-51, som lyckades klara sig utan väte och samtidigt uppnå imponerande hastigheter och rekordindikatorer för flygningens varaktighet med en ramjetmotor. En del av rekordet beror på en innovativ aerodynamisk design - just den vågflygningen. Apparatens märkliga kantiga utseende, dess vilda design skapar ett system av chockvågor, det är de, och inte apparatens kropp, som blir den aerodynamiska ytan. Som ett resultat uppstår lyftkraften med minimal interaktion av det infallande flödet med kroppen själv, och som ett resultat minskar intensiteten av dess uppvärmning kraftigt.
X-51 har en svart kol-kol högtemperatur värmesköld som ligger endast längst fram på näsan och på baksidan av undersidan. Huvuddelen av kroppen är täckt med en vit lågtemperaturvärmesköld, vilket indikerar ett relativt skonsamt uppvärmningsläge: och detta är vid 6-7 M i ganska täta lager av atmosfären och oundvikliga dyk ner i troposfären mot målet.
I stället för ett väte "monster" har den amerikanska militären förvärvat en enhet som drivs med praktiskt flygbränsle, som omedelbart tar det ur området för roliga experiment till den verkliga tillämpningsområdet. Framför oss är inte längre en demonstration av teknik, utan en prototyp av ett nytt vapen. Om X-51A lyckas klara alla tester kommer utvecklingen av en fullvärdig stridsversion av X-51A +, utrustad med den mest moderna elektroniska fyllningen, om några år att börja.
Enligt preliminära planer för Boeing kommer X-51A + att vara utrustad med enheter för snabb identifiering och förstörelse av mål under förhållanden med aktivt motstånd. Möjligheten att styra fordonet med hjälp av ett modifierat JDAM-gränssnitt utformat för att rikta in högprecisionsammunition testades framgångsrikt under preliminära tester förra året. Det nya vågflygplanet passar bra in i standarddimensionerna för amerikanska missiler, det vill säga det passar säkert in i vertikala sjösättningsanordningar ombord, transport-lanseringscontainrar och bombplan. Observera att ATCAMS-missilen, från vilken booster-scenen för Waverider var lånad, är ett operativt-taktiskt vapen som används av de amerikanska MLRS-raketsystemen.
Således, den 12 maj 2010, över Stilla havet, testade USA en prototyp av en helt praktisk hypersonisk kryssningsmissil, att döma av den planerade fyllningen, avsedd att förstöra mycket skyddade markmål (det beräknade området är 1600 km). Kanske, med tiden, kommer ytan att läggas till dem. Förutom den enorma hastigheten kommer sådana missiler att ha en hög penetrationsförmåga (förresten, energin i en kropp som accelereras till 7 M motsvarar praktiskt taget en TNT -laddning av samma massa) och - en viktig egenskap hos statiskt instabila vågor - förmågan till mycket skarpa manövrer.
Detta är långt ifrån det enda lovande yrket hypersoniska vapen.
I slutet av 1990 -talet noterade rapporter från NATO Space Research and Development Advisory Group (AGARD) att hypersoniska missiler bör ha följande tillämpningar:
- besegra befästa (eller begravda) fiendemål och komplexa markmål i allmänhet;
- luftförsvar;
- erövring av luftens överlägsenhet (sådana missiler kan anses vara ett idealiskt sätt att fånga upp högflygande luftmål på långa avstånd).
- missilförsvar - avlyssning av uppskjutande ballistiska missiler i banans första skede.
- använda som återanvändbara drönare både för att slå markmål och för spaning.
Slutligen är det klart att hypersoniska missiler kommer att vara det mest effektiva - om inte det enda - motgiftet mot hypersoniska attackvapen.
En annan riktning i utvecklingen av hypersoniska vapen är skapandet av småstora fastdrivna scramjetmotorer monterade i projektiler avsedda att förstöra luftmål (kaliber 35-40 mm), såväl som pansarfordon och befästningar (kinetiska ATGM). 2007 genomförde Lockheed Martin tester av en prototyp kinetisk anti-tank missil CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). En sådan missil på ett avstånd av 3400 m förstörde framgångsrikt den sovjetiska T-72-tanken, utrustad med förbättrad reaktiv rustning.
I framtiden kan ännu mer exotiska konstruktioner dyka upp, till exempel transatmosfäriska flygplan som kan suborbitala flygningar på ett interkontinentalt område. Manövrering av hypersoniska stridsspetsar för ballistiska missiler är också ganska relevant - och inom en snar framtid. Med andra ord, under de närmaste 20 åren kommer militära angelägenheter att förändras dramatiskt och hypersonisk teknik kommer att bli en av de viktigaste faktorerna i denna revolution.
