Det amerikanske luftvåpenet testet X-51A Waverider, som klarte å få fart 5 ganger lydens hastighet, og klarte å fly i mer enn 3 minutter, og satte en verdensrekord som tidligere ble holdt av russiske utviklere. Testen gikk bra i det hele tatt, hypersoniske våpen er klare til å løpe.
27. mai 2010 ble X-51A Waverider (løst oversatt som en bølgeflyging, og i "ufrivillig" som en surfer) droppet fra et B-52-bombefly over Stillehavet. Booster-etappen X-51A, lånt fra den velkjente ATCAMS-raketten, brakte Waverider til en høyde på 19,8 tusen meter, der en hypersonisk ramjetmotor (GPRVD eller scrumjet) ble slått på. Etter det steg raketten til en høyde på 21, 3 tusen meter og tok en hastighet på Mach 5 (5 M - fem lydhastigheter). Totalt fungerte rakettmotoren i omtrent 200 sekunder, hvoretter X-51A sendte et signal til selvdestruksjon i forbindelse med utbruddet av telemetriavbrudd. I følge planen skulle raketten utvikle en hastighet på 6 M (i henhold til prosjektet var hastigheten på X-51 7 M, det vil si over 8000 km / t), og motoren måtte jobbe for 300 sekunder.
Testene var ikke perfekte, men dette forhindret dem ikke i å bli en enestående prestasjon. Motordriftstiden overskred den forrige rekorden (77 s) med tre ganger, holdt av det sovjetiske (senere russiske) flygende laboratoriet "Kholod". 5M -hastigheten ble først oppnådd med konvensjonelt hydrokarbonbrensel, og ikke med noe "eksklusivt" som hydrogen. Waverider brukte JP-7, et lavdamp parafin som ble brukt på det berømte SR-71 ultrahastighets rekognoseringsflyet.
Hva er en Scrumjet og hva er essensen i de nåværende prestasjonene? I prinsippet er ramjet -motorer (ramjet -motorer) mye enklere enn turbojet -motorer (turbojet -motorer) som er kjent for alle. En ramjet -motor er ganske enkelt et luftinntak (den eneste bevegelige delen), et forbrenningskammer og en dyse. I denne sammenligner den seg positivt med jetturbiner, hvor en vifte, en kompressor og selve turbinen blir lagt til denne elementære ordningen, oppfunnet tilbake i 1913, ved kombinert innsats for å drive luft inn i forbrenningskammeret. I ramjet -motorer utføres denne funksjonen av selve den møtende luftstrømmen, noe som umiddelbart eliminerer behovet for sofistikerte design som opererer i en strøm av varme gasser og andre dyre gleder i et turbojet -liv. Som et resultat er ramjet -motorer lettere, billigere og mindre følsomme for høye temperaturer.
Enkelhet har imidlertid en pris. Direkteflytmotorer er ineffektive ved subsoniske hastigheter (opptil 500-600 km / t fungerer ikke i det hele tatt)-de har ganske enkelt ikke nok oksygen, og derfor trenger de flere motorer som akselererer apparatet til effektive hastigheter. På grunn av det faktum at volumet og trykket til luften som kommer inn i motoren bare er begrenset av luftinntakets diameter, er det ekstremt vanskelig å effektivt kontrollere motorens skyvekraft. Ramjet -motorer blir vanligvis "skjerpet" for et smalt spekter av driftshastigheter, og utenfor det begynner de å oppføre seg utilstrekkelig. På grunn av disse iboende manglene ved subsoniske hastigheter og moderate supersoniske, overgår turbojetmotorer radikalt bedre enn sine direkteflytende konkurrenter.
Situasjonen endres når smidigheten til flyet går av skala for 3 svinger. Ved høye flygehastigheter komprimeres luften så mye i motorens innløp at behovet for en kompressor og annet utstyr forsvinner - mer presist blir de en hindring. Men med disse hastighetene føles supersoniske ramjet -motorer SPRVD ("ramjet") bra. Når hastigheten øker, blir imidlertid fordelene med den gratis "kompressoren" (supersonisk luftstrøm) et mareritt for motordesignere.
I turbojet og SPVRD brenner parafin med relativt lav strømningshastighet - 0,2 M. Dette lar deg oppnå god blanding av luft og injisert parafin og følgelig høy effektivitet. Men jo høyere hastigheten på den innkommende strømmen er, desto vanskeligere er det å bremse den og jo høyere tap er det forbundet med denne øvelsen. Fra 6 M må strømmen senkes 25-30 ganger. Det gjenstår bare å brenne drivstoff i en supersonisk strøm. Det er her de virkelige vanskelighetene begynner. Når luft kommer inn i forbrenningskammeret med en hastighet på 2,5-3 tusen km / t, blir prosessen med å opprettholde forbrenningen lik, med en av utviklernes ord, å "prøve å holde en fyrstikk tent midt i en tyfon. " For ikke så lenge siden ble det antatt at dette med petroleum er umulig.
Problemene til utviklerne av hypersoniske kjøretøyer er på ingen måte begrenset til opprettelsen av en brukbar SCRVD. De trenger også å overvinne den såkalte termiske barrieren. Flyet varmes opp fra friksjon mot luften, og varmeintensiteten er direkte proporsjonal med kvadratet i strømningshastigheten: hvis hastigheten dobles, øker oppvarmingen firedoblet. Oppvarmingen av et fly under flyging med supersoniske hastigheter (spesielt i lave høyder) er noen ganger så stor at det fører til ødeleggelse av strukturen og utstyret.
Når du flyr med en hastighet på 3 M, selv i stratosfæren, er temperaturen på inngangskantene til luftinntaket og vingens forkant mer enn 300 grader, og resten av huden - mer enn 200. Enheten med en hastighet på 2-2,5 ganger mer vil varme opp 4-6 ganger mer. På samme tid mykner organisk glass, selv ved temperaturer på omtrent 100 grader, ved 150 - styrken til duralumin reduseres betydelig, ved 550 - titanlegeringer mister de nødvendige mekaniske egenskapene, og ved temperaturer over 650 grader smelter aluminium og magnesium, stål mykner.
Et høyt oppvarmingsnivå kan løses enten ved passiv termisk beskyttelse, eller ved aktiv varmefjerning ved å bruke drivstoffreservene om bord som kjøler. Problemet er at med en veldig anstendig "avkjøling" av parafin - varmekapasiteten til dette drivstoffet er bare halvparten av vann - det tåler ikke høye temperaturer godt, og volumene av varme som må "fordøyes" blir ganske enkelt uhyrlig.
Den mest enkle måten å løse begge problemene (supersonisk forbrenning og avkjøling) er å forlate parafin til fordel for hydrogen. Sistnevnte relativt lett - i sammenligning med parafin, selvfølgelig - brenner selv i en supersonisk strøm. Samtidig er flytende hydrogen av åpenbare årsaker også en utmerket kjøler, noe som gjør det mulig å ikke bruke massiv termisk beskyttelse og samtidig sikre en akseptabel temperatur om bord. I tillegg har hydrogen tre ganger brennverdien av parafin. Dette gjør det mulig å heve grensen for oppnåelige hastigheter opp til 17 M (maksimum på hydrokarbondrivstoff - 8 M) og samtidig gjøre motoren mer kompakt.
Det er ikke overraskende at de fleste av de tidligere rekordstore hypersoniske flyene fløy presist på hydrogen. Hydrogendrivstoff ble brukt av vårt flygende laboratorium "Kholod", som så langt inntar andreplassen når det gjelder varigheten til scramjet -motoren (77 s). Til ham skylder NASA en rekordhastighet for jetbiler: i 2004 nådde NASA X-43A ubemannede hypersoniske fly en hastighet på 11 265 km / t (eller 9,8 M) i en flygehøyde på 33,5 km.
Bruken av hydrogen fører imidlertid til andre problemer. En liter flytende hydrogen veier bare 0,07 kg. Selv om man tar hensyn til den tre ganger større "energikapasiteten" til hydrogen, betyr dette en firedobling av volumet av drivstofftanker med en konstant mengde lagret energi. Dette resulterer i oppblåsing av størrelsen og vekten av apparatet som helhet. I tillegg krever flytende hydrogen svært spesifikke driftsforhold - "alle gruene til kryogene teknologier" pluss spesifisiteten til selve hydrogenet - det er ekstremt eksplosivt. Med andre ord, hydrogen er et utmerket drivstoff for eksperimentelle kjøretøyer og stykkmaskiner som strategiske bombefly og rekognoseringsfly. Men som drivstoff for massevåpen som kan baseres på konvensjonelle plattformer som en vanlig bombefly eller ødelegger, er det uegnet.
Desto mer signifikant er prestasjonen til skaperne av X-51, som klarte å klare seg uten hydrogen og samtidig oppnå imponerende hastigheter og rekordindikatorer for flytiden med en ramjet-motor. En del av rekorden skyldes et innovativt aerodynamisk design - selve bølgeflytningen. Apparatets merkelige kantete utseende, dets ville design skaper et system av sjokkbølger, det er de, og ikke apparatets kropp, som blir den aerodynamiske overflaten. Som et resultat oppstår løftekraften med minimal interaksjon mellom hendelsesstrømmen og selve kroppen, og som et resultat reduseres intensiteten av oppvarmingen kraftig.
X-51 har et svart karbon-karbon høytemperatur varmeskjold som ligger bare på spissen av nesen og på baksiden av undersiden. Hoveddelen av kroppen er dekket med et hvitt lavtemperatur varmeskjold, som indikerer en relativt skånsom oppvarmingsmodus: og dette er på 6-7 M i ganske tette lag av atmosfæren og uunngåelige dykk ned i troposfæren til målet.
I stedet for et hydrogen "monster", har det amerikanske militæret anskaffet en enhet drevet av praktisk luftfartsdrivstoff, som umiddelbart tar det ut av feltet med morsomt eksperiment til realmessige områder. Foran oss er ikke lenger en demonstrasjon av teknologi, men en prototype av et nytt våpen. Hvis X-51A lykkes med alle testene, vil utviklingen av en fullverdig kampversjon av X-51A +, utstyrt med den mest moderne elektroniske fyllingen, om noen år begynne.
I henhold til de foreløpige planene til Boeing, vil X-51A + være utstyrt med enheter for rask identifisering og ødeleggelse av mål under aktive motstandsforhold. Evnen til å kontrollere kjøretøyet ved hjelp av et modifisert JDAM-grensesnitt designet for målretting av høy presisjon ammunisjon ble testet med hell under foreløpige tester i fjor. Det nye bølgeflyet passer godt inn i standarddimensjonene for amerikanske missiler, det vil si at det trygt passer inn i vertikale utsendingsenheter ombord, transport-oppskytningscontainere og bombefly. Vær oppmerksom på at ATCAMS-missilet, som boosterstadiet for Waverider ble lånt fra, er et operasjonelt-taktisk våpen som brukes av amerikanske MLRS-rakettsystemer med flere oppskytninger.
Så, 12. mai 2010, over Stillehavet, testet USA en prototype av et helt praktisk hypersonisk cruisemissil, å dømme etter den planlagte fyllingen, designet for å ødelegge høyt beskyttede bakkemål (estimert rekkevidde er 1600 km). Kanskje over tid vil overflaten bli lagt til dem. I tillegg til den enorme hastigheten, vil slike missiler ha en høy penetreringsevne (forresten, energien til et organ akselerert til 7 M tilsvarer praktisk talt en TNT -ladning av samme masse) og - en viktig egenskap for statisk ustabile bølger - evnen til veldig skarpe manøvrer.
Dette er langt fra det eneste lovende yrket hypersoniske våpen.
På slutten av 1990 -tallet bemerket rapporter fra NATO Space Research and Development Advisory Group (AGARD) at hypersoniske missiler bør ha følgende applikasjoner:
- beseire befestede (eller begravde) fiendtlige mål og komplekse bakkemål generelt;
- luftvern;
- erobringen av luftens overlegenhet (slike missiler kan betraktes som et ideelt middel for å avskjære høytflygende luftmål på lange avstander);
- anti -missilforsvar - avlytting av oppskytning av ballistiske missiler i den innledende fasen av banen.
- bruk som gjenbrukbare droner både for å slå bakkemål og for rekognosering.
Til slutt er det klart at hypersoniske missiler vil være det mest effektive - om ikke det eneste - motgiftet mot hypersoniske angrepsvåpen.
En annen retning i utviklingen av hypersoniske våpen er opprettelsen av små, store drivmotorer med scramjet-motorer montert i prosjektiler designet for å ødelegge luftmål (kaliber 35-40 mm), samt pansrede kjøretøyer og festningsverk (kinetiske ATGM). I 2007 fullførte Lockheed Martin tester av en prototype kinetisk anti-tank missil CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). En slik missil i en avstand på 3400 m ødela vellykket den sovjetiske T-72-tanken, utstyrt med forbedret reaktiv rustning.
I fremtiden kan enda mer eksotiske design dukke opp, for eksempel transatmosfæriske fly som er i stand til suborbitalflyvninger på et interkontinentalt område. Manøvrering av hypersoniske stridshoder for ballistiske missiler er også ganske relevant - og i nær fremtid. Med andre ord, i de neste 20 årene vil militære saker endres dramatisk, og hypersonisk teknologi vil bli en av de viktigste faktorene i denne revolusjonen.
