«МАХровые» маньяки
07.12.2004 10:29
…превысив скорость звука.

Правильно, речь идёт о том, что на Западе называют хлестко звучащим словом Scramjet. На русский язык этот термин переводится длиннющим словосочетанием «гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель» (Supersonic Combustion Ramjet). А вот что означает слово Ramjet, из которого выведено Scramjet?

Ramjet – это реактивный двигатель, в котором воспламенение топлива осуществляется путём подачи мощного прямого потока воздуха. Существует такое технологическое понятие, как эффект скоростного напора (ram effect). Если летательный аппарат летит с высокой скоростью, то искусственного нагнетания воздуха для окисления/сжигания топлива не требуется.

Таким образом, ramjet-двигатель, по сути дела, представляет собой трубу определённой конструкции, обычно лишённую каких-либо крупных подвижных частей, а стало быть, весит значительно меньше, например, турбореактивного двигателя. А в авиации вес летательного аппарата – это один из ключевых вопросов, как известно.
Ramjet обладает рядом малоприятных недостатков: в частности, он малоэффективен на скоростях менее 1000 км/ч (до разгона в половину скорости звука бесполезен вовсе), и вообще, склонен работать нормально только на заранее рассчитанных скоростях и высотах.

Одним из первых летательных аппаратов с экспериментальным ramjet-двигателем стал Lockheed Х-7. Вообще американцы имеют обыкновение давать своим (и не только) самолётам всякие громкие названия: F-16 Falcon («Сокол»), F-15 Eagle («Орёл»), F-18 Hornet («Шершень»), но X-7 получил название самого прозаичного характера: «Летающий дымоход» (Flying Stove Pipe).

Этот беспилотный аппарат использовался для испытаний различных типов ramjet-двигателей, и, в общей сложности, с 1951 по 1960 годы было совершено 130 испытательных запусков.

Этот десятиметровый «снаряд» с размахом крыльев чуть более трех метров поднимался в воздух, будучи прикреплённым к брюху бомбардировщиков B-29 или B-50, затем в дело шел стартовый твердотопливный двигатель, который разгонял X-7 до скорости 1625 км/ч и отбрасывался – тут же начинал работать ramjet-двигатель. Максимальная скорость, которую удалось набрать аппарату, составила 3250 км/ч.

Некоторое время двигатели такого типа использовали в боевых ракетах. До рабочей скорости ramjet их разгоняли ракетные двигатели, а если такая ракета прикреплена к корпусу сверхзвукового истребителя, то в каком-либо другом двигателе необходимости не было вообще. Но сейчас их заменили всё-таки либо малые турбовентиляторные, либо ракетно-реактивные двигатели.

Принципиальное различие между ramjet и scramjet состоит в том, что в первом нагнетаемый воздух тормозится до скорости ниже звуковой. В scramjet же прямой поток воздуха, разогревающий и воспламеняющий топливо (водород, как правило), проходит сквозь всю конструкцию на сверхзвуковой скорости...

Вообще говоря, эксперименты со scramjet-двигателями ведутся уже очень и очень давно. В частности, ещё на рубеже 1960 - 1970-х годов ВМФ США вел эксперименты с двигателем SCRAM, а позднее существовала некая программа NASP (National Aerospace Plane), закрытая в 1994 году. Характерно, что большая часть результатов этих экспериментов остаётся засекреченной. В 1996 году начались первые эксперименты в рамках программы Hyper-X. Принципиальное различие между ними состоит в технологическом подходе: в рамках NASP инженеры стремились собрать воедино множество новых, неиспытанных ещё технологий сразу в одном крупномасштабном аппарате. Эта затея себя не оправдала, и разработчики Hyper-X приняли другой план действий: постепенное расширение диапазона используемых технологий, по мере того как проводятся эксперименты и совершенствуются прежние разработки. Кроме того, вместо того чтобы пытаться построить сразу крупный scramjet-аппарат, были созданы три некрупных аппарата X-43A...

Первое испытание было произведено в 2001 году. Поднявшаяся в воздух конструкция выглядела довольно странно, даже, пожалуй, аляповато: аппарат поднимался в воздух, будучи прикреплённым к брюху тяжёлого бомбардировщика B-52. К самому X-43A была пристроена ракета Pegasus, разгонявшая X-43A до трёх скоростей звука, после чего начинал функционировать scramjet-двигатель.

Иначе говоря, сначала в воздух поднималось нечто громадное, затем от него отделялось и набирало громадную скорость что-то помельче, а затем отделялся совсем миниатюрный, по сравнению с остальными частями, аппарат и с дикой скоростью уносился вдаль.
Увы, первое же испытание окончилось провалом: X-43A начал отклоняться от курса, и было принято решение о его ликвидации.

После этого в течение целых двух лет шло расследование причин аварии, приведшей к потере весьма недешёвого аппарата. В 2003 году было объявлено, что главной причиной явились просчёты конструкторов, а точнее, неправильная интерпретация результатов компьютерного моделирования и испытаний аппарата в аэродинамической трубе.
Принцип «не гонялся бы ты, поп, за дешевизной» тоже был помянут, и не всуе, судя по всему.

Испытания были возобновлены только в 2004 году. Промежуточно-финальный аккорд прозвучал 16 ноября, когда после ряда обычных для NASA задержек и перепроверок (если бы они ещё служили гарантией безопасности!) состоялся успешный запуск, и X-43A разогнался до скорости более 11 тысяч км/ч, вдесятеро превысив скорость звука...

А между тем не только американцы занимаются экспериментами с прямоточными гиперзвуковыми двигателями. Австралийцы тоже «увлеклись» программой HyShot: 30 июля 2002 года произведен первый испытательный запуск scramjet-аппарата, разработанного в Университете штата Квинсленд. Особое внимание привлекает то, каким образом осуществлялся разгон: с помощью ракетоносителя Orion-Terrier аппарат HyShot был поднят на высоту 314 км (т.е. был выведен в открытый космос). Затем аппарат по параболической траектории вернулся в плотные слои атмосферы на скорости в 7,6 Маха, и, когда заработал scramjet-двигатель, HyShot в течение 6 секунд шёл ровно на той же скорости. При этом австралийцы потратили на всё про всё 1,1 млн. долларов США, а NASA – 250 миллионов. Как говорится, почувствуйте разницу…

И что дальше? А собственно, пока ничего. Да, scramjet-аппараты разгоняются до потрясающих скоростей – более 10 Махов. Теоретически эта скорость позволяет преодолевать расстояние от Лондона до Сиднея за два часа. Проблема в том, что самый продолжительный пока полёт scramjet-аппарата (X-43A) занял что-то около десяти секунд. Можно сказать, что первый шаг сделан, да только, если посчитать, сколько времени идут уже разработки ГПВРД, невольно призадумаешься о том, когда же ждать более серьезных результатов.

Ведь, как уже сказано, scramjet-двигатель начинает работать только на очень значительных скоростях. Понятно, что модель запуска, при которой крупный самолёт поднимает гиперзвуковую кроху в воздух, затем запускается ракетный двигатель, а уж потом scramjet, едва ли годится для реального использования в гражданской авиации. Понятно также, что использовать один только ГПВРД не представляется возможным: для разгона в любом случае понадобится что-то ещё. А вот что еще непонятно, так это как быть с перегрузками...