Peluru berpandu "permukaan-ke-udara" kelihatan agak tidak biasa - hidungnya dipanjangkan oleh kerucut logam. Pada 28 November 1991, dia melancarkan dari tempat ujian berhampiran kosmodrom Baikonur dan hancur sendiri di atas tanah. Walaupun peluru berpandu itu tidak menembak jatuh objek udara, sasaran peluncuran tercapai. Buat pertama kalinya di dunia, mesin ramjet hipersonik (mesin scramjet) diuji dalam penerbangan.
Mesin scramjet atau, seperti yang mereka katakan, "aliran maju hipersonik" akan membolehkan anda terbang dari Moscow ke New York dalam 2 - 3 jam, membiarkan mesin bersayap dari atmosfera ke angkasa. Pesawat aeroangkasa tidak memerlukan pesawat penguat, seperti untuk Zenger (lihat TM, No. 1, 1991), atau kenderaan pelancaran, seperti untuk pesawat ulang-alik dan Buran (lihat TM No. 4, 1989), - penghantaran kargo ke orbit akan memakan kos hampir sepuluh kali lebih murah. Di Barat, ujian seperti itu akan dilakukan tidak lebih awal dari tiga tahun kemudian …
Enjin scramjet mampu mempercepat pesawat hingga 15 - 25M (M adalah nombor Mach, dalam hal ini, kelajuan suara di udara), sementara enjin turbojet yang paling kuat, yang dilengkapi dengan pesawat bersayap awam dan tentera moden, hanya dapat mencapai 3.5M. Ia tidak berfungsi lebih cepat - suhu udara, apabila aliran masuk udara diperlahankan, meningkat sehingga unit turbocompressor tidak dapat memampatkannya dan membekalkannya ke ruang pembakaran (CC). Sudah tentu, untuk menguatkan sistem penyejukan dan pemampat, tetapi dimensi dan berat badan mereka akan meningkat sehingga kelajuan hipersonik tidak dapat dilupakan - untuk turun dari permukaan tanah.
Enjin ramjet berfungsi tanpa pemampat - udara di hadapan stesen pemampat dimampatkan kerana kepala halaju (Gamb. 1). Selebihnya, pada prinsipnya, sama dengan produk turbojet - pembakaran, melarikan diri melalui muncung, mempercepat alat.
Idea ramjet, yang belum hipersonik, dikemukakan pada tahun 1907 oleh jurutera Perancis Rene Laurent. Tetapi mereka membina "aliran maju" yang nyata kemudian. Di sini pakar Soviet memimpin.
Pertama, pada tahun 1929, salah seorang pelajar N. E. Zhukovsky, B. S. Stechkin (kemudian ahli akademik), mencipta teori enjin jet udara. Dan kemudian, empat tahun kemudian, di bawah kepemimpinan pereka Yu. A. Pobedonostsev dalam GIRD (Kumpulan untuk Kajian Jet Propulsion), setelah melakukan eksperimen di kandang, ramjet pertama kali dihantar ke penerbangan.
Mesin dipasang di cangkang meriam 76 mm dan ditembakkan dari tong pada kelajuan supersonik 588 m / s. Ujian itu berlangsung selama dua tahun. Proyektil dengan mesin ramjet dikembangkan lebih dari 2M - tidak ada pesawat lain di dunia yang terbang lebih cepat pada masa itu. Pada masa yang sama, Girdovites mencadangkan, membangun dan menguji model mesin ramjet berdenyut - pengambilan udaranya dibuka dan ditutup secara berkala, akibatnya pembakaran di ruang pembakaran berdenyut. Enjin serupa kemudian digunakan di Jerman pada roket FAU-1.
Video promosi:
Enjin ramjet besar pertama sekali lagi dicipta oleh pereka Soviet I. A. Merkulov pada tahun 1939 (enjin ramjet subsonik) dan M. Bondaryuk pada tahun 1944 (supersonik). Sejak tahun 40-an, kerja-kerja "aliran langsung" bermula di Central Institute of Aviation Motors (CIAM).
Beberapa jenis pesawat, termasuk peluru berpandu, dilengkapi dengan mesin ramjet supersonik. Namun, pada tahun 50-an menjadi jelas bahawa dengan bilangan M melebihi 6 - 7, ramjet tidak berkesan. Sekali lagi, seperti pada enjin turbojet, udara yang membrek di hadapan stesen pemampat masuk ke dalamnya terlalu panas. Tidak masuk akal untuk mengimbangi ini dengan meningkatkan jisim dan dimensi mesin ramjet. Di samping itu, pada suhu tinggi, molekul produk pembakaran mula terurai, menyerap tenaga yang bertujuan untuk menghasilkan tujahan.
Pada tahun 1957, E. S Shchetinkov, seorang saintis terkenal, peserta dalam ujian penerbangan pertama mesin ramjet, mencipta mesin hipersonik. Setahun kemudian, penerbitan mengenai perkembangan serupa muncul di Barat. Ruang pembakaran scramjet bermula hampir tepat di belakang pengambilan udara, kemudian dengan lancar masuk ke muncung yang mengembang (Gamb. 2). Walaupun udara diperlahankan di pintu masuk, tidak seperti enjin sebelumnya, ia bergerak ke stesen pemampat, atau lebih tepatnya, bergegas dengan kelajuan supersonik. Oleh itu, tekanan pada dinding ruang dan suhu jauh lebih rendah daripada pada mesin ramjet.
Tidak lama kemudian, mesin scramjet dengan pembakaran luaran dicadangkan (Gbr. 3) Dalam pesawat dengan mesin seperti itu, bahan bakar akan terbakar langsung di bawah pesawat, yang akan berfungsi sebagai bagian dari CS terbuka. Secara semula jadi, tekanan di zon pembakaran akan lebih rendah daripada pada pembakaran konvensional - daya tuju mesin akan menurun sedikit. Tetapi anda mendapat kenaikan berat badan - mesin akan menghilangkan dinding luar yang besar dari stesen pemampat dan sebahagian daripada sistem penyejukan. Benar, "aliran langsung terbuka" yang boleh dipercayai belum dibuat - jam terbaiknya mungkin akan tiba pada pertengahan abad XXI.
Mari kembali ke mesin scramjet, yang diuji pada malam musim sejuk yang lalu. Ia didorong oleh hidrogen cair yang disimpan di dalam tangki pada suhu sekitar 20 K (- 253 ° C). Pembakaran supersonik mungkin merupakan masalah yang paling sukar. Adakah hidrogen akan diedarkan secara merata ke atas keratan rentas ruang? Adakah ia mempunyai masa untuk habis sepenuhnya? Bagaimana mengatur kawalan pembakaran automatik? - anda tidak boleh memasang sensor di ruang, ia akan mencair.
Baik pemodelan matematik pada komputer yang sangat berkuasa, atau ujian bangku memberikan jawapan yang komprehensif untuk banyak soalan. Ngomong-ngomong, untuk mensimulasikan aliran udara, misalnya, pada jarak 8M, pendirian memerlukan tekanan beratus-ratus atmosfera dan suhu sekitar 2500 K - logam cair di dalam tungku perapian terbuka panas jauh lebih sejuk. Pada kelajuan yang lebih tinggi, prestasi enjin dan pesawat hanya dapat disahkan dalam penerbangan.
Sudah lama difikirkan di sini dan di luar negara. Pada tahun 60-an, Amerika Syarikat sedang menyiapkan ujian mesin scramjet pada pesawat roket berkelajuan tinggi X-15, namun nampaknya ia tidak berlaku.
Enjin scramjet eksperimental domestik dibuat dwi-mod - pada kelajuan penerbangan melebihi 3M, ia berfungsi sebagai "aliran langsung" biasa, dan setelah 5 - 6M - sebagai yang hipersonik. Untuk ini, tempat bekalan bahan bakar ke stesen pemampat diubah. Peluru berpandu anti-pesawat yang dikeluarkan dari perkhidmatan menjadi pemecut enjin dan pembawa makmal terbang hipersonik (HLL). GLL, yang merangkumi sistem kontrol, pengukuran dan komunikasi dengan tanah, tangki hidrogen dan rakitan bahan bakar, disambungkan ke petak tahap kedua, di mana, setelah penyingkiran kepala pelindung, mesin utama (LRE) dengan tangki bahan bakarnya tetap ada. Tahap pertama - penggalak serbuk, - setelah menyebarkan roket dari awal, dipisahkan setelah beberapa saat.
Peluru berpandu anti-pesawat dengan scramjet di landasan pelancaran (foto diterbitkan untuk pertama kalinya).
Ujian bangku dan persiapan untuk penerbangan dilakukan di PI Baranov Central Institute of Aviation Motors, bersama dengan Angkatan Udara, biro reka bentuk mesin Fakel, yang mengubah roketnya menjadi makmal terbang, biro reka bentuk Soyuz di Tuyev dan biro reka bentuk Temp di Moscow, yang menghasilkan mesin dan pengatur bahan bakar, dan organisasi lain. Program ini diselia oleh pakar penerbangan terkenal R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov dan V. A. Sosunov.
Untuk menyokong penerbangan, CIAM membuat kompleks pengisian bahan bakar hidrogen cecair mudah alih dan sistem bekalan hidrogen cecair di atas kapal. Kini, apabila hidrogen cair dianggap sebagai bahan bakar yang paling menjanjikan, pengalaman menanganinya, terkumpul di CIAM, dapat bermanfaat bagi banyak orang.
… Roket yang dilancarkan pada waktu petang, sudah hampir gelap. Dalam beberapa saat pembawa "kerucut" hilang menjadi awan rendah. Ada keheningan yang tidak dijangka berbanding dengan gemuruh awal. Penguji yang menyaksikan permulaannya berfikir: adakah semuanya betul-betul salah? Tidak, alat itu terus berjalan di jalan yang diinginkan. Pada detik ke-38, ketika kelajuan mencapai 3.5M, mesin menyala, hidrogen mula mengalir ke CC.
Tetapi pada hari ke-62, yang tidak dijangka berlaku: penutupan automatik bekalan bahan bakar berfungsi - mesin scramjet dimatikan. Kemudian, pada sekitar detik ke-195, ia secara automatik dimulakan semula dan berfungsi hingga ke-200 … Ia sebelumnya ditentukan sebagai detik terakhir penerbangan. Pada masa ini, roket itu, ketika masih berada di wilayah tempat ujian, musnah sendiri.
Kelajuan maksimum adalah 6200 km / jam (lebih dari 5.2M). Enjin dan sistemnya dipantau oleh 250 sensor onboard. Pengukuran dihantar ke tanah dengan telemetri radio.
Belum semua maklumat diproses, dan cerita yang lebih terperinci mengenai penerbangan itu terlalu awal. Tetapi sudah jelas sekarang bahawa dalam beberapa dekad, juruterbang dan angkasawan akan menaiki "aliran maju hipersonik".
Dari penyunting. Ujian penerbangan mesin scramjet pada pesawat X-30 di Amerika Syarikat dan Hytex di Jerman dirancang untuk tahun 1995 atau beberapa tahun akan datang. Pakar kami, bagaimanapun, dapat dalam waktu dekat menguji "aliran langsung" pada kelajuan lebih dari 10 juta pada peluru berpandu kuat yang kini ditarik dari perkhidmatan. Benar, mereka dikuasai oleh masalah yang tidak dapat diselesaikan. Bukan saintifik atau teknikal. CIAM tidak mempunyai wang. Mereka juga tidak mendapat gaji setengah pekerja.
Apa yang akan datang? Sekarang hanya ada empat negara di dunia yang memiliki kitaran penuh mesin mesin pesawat - dari penyelidikan asas hingga pengeluaran bersiri. Ini adalah Amerika Syarikat, Inggeris, Perancis dan, buat masa ini, Rusia. Jadi tidak akan ada lagi di masa depan - tiga.
Orang Amerika kini melaburkan ratusan juta dolar dalam program scramjet …
Gambar: 1. Gambarajah skematik mesin ramjet (mesin ramjet): 1 - badan pusat pengambilan udara, 2 - tekak pengambilan udara, 3 - ruang pembakaran (CC), 4 - muncung dengan bahagian kritikal. Anak panah putih menunjukkan penghantaran bahan bakar. Reka bentuk pengambilan udara sedemikian rupa sehingga aliran udara yang masuk ke dalamnya terhambat dan memasuki stesen pemampat di bawah tekanan tinggi. Produk pembakaran, meninggalkan ruang pembakaran, dipercepat dalam muncung yang menyempit dengan kecepatan suara. Menariknya, muncung mesti diperluas untuk mempercepat gas. Contohnya dengan sungai, ketika arus melaju sesuai dengan penyempitan tebing, hanya sesuai untuk aliran subsonik.
Gambar: 2. Gambarajah skematik mesin ramjet hipersonik (mesin scramjet): 1 - CS, 2 - muncung mengembang. CS bermula bukan di belakang penyebar, seperti pada mesin ramjet, tetapi hampir tepat di belakang tekak pengambilan udara. Campuran bahan bakar-udara membakar pada kelajuan supersonik. Produk pembakaran dipercepat lebih banyak lagi pada muncung yang mengembang.
Gambar: 3. Gambarajah skematik mesin scramjet dengan pembakaran luaran: 1 - titik suntikan bahan api. Pembakaran berlaku di bahagian luar enjin - tekanan produk pembakaran kurang daripada di ruang pembakaran tertutup, tetapi daya dorong - daya yang bertindak pada dinding kerangka udara, lebih besar daripada rintangan frontal, yang membuat alat bergerak.
Penulis: Yuri SHIKHMAN, Vyacheslav SEMENOV, penyelidik Institut Pusat Motors Penerbangan
