Kolika je brzina 5 m. Hipersonični rat zastrašuje neizvjesnošću. Izvod koji karakterizira hipersoničnu brzinu

Dana 6. veljače 1950., tijekom još jednog testiranja, sovjetski mlazni lovac MiG-17 u vodoravnom letu premašio je brzinu zvuka, ubrzavši do gotovo 1070 km/h. To ga je pretvorilo u prvi masovno proizveden nadzvučni zrakoplov. Programeri Mikoyan i Gurevich očito su bili ponosni na svoju zamisao.

Za borbene letove, MiG-17 se smatrao gotovo zvučnim, jer njegova brzina krstarenja nije prelazila 861 km / h. Ali to nije spriječilo borca ​​da postane jedan od najrasprostranjenijih na svijetu. U različito vrijeme bio je u službi u Njemačkoj, Kini, Koreji, Poljskoj, Pakistanu i desecima drugih zemalja. Ovo čudovište čak je sudjelovalo u borbama u Vijetnamskom ratu.

MiG-17 daleko je od jedinog predstavnika žanra nadzvučnih zrakoplova. Ispričat ćemo vam još desetak zračnih brodova koji su također nadmašili zvučni val i postali poznati u cijelom svijetu.

Zvono X-1

Zračne snage SAD-a posebno su opremile Bell X-1 raketnim motorom, jer su ga željele koristiti za proučavanje problema nadzvučnog leta. 14. listopada 1947. uređaj je ubrzao do 1541 km/h (1,26 Macha), prevladao unaprijed zadanu barijeru i pretvorio se u zvijezdu na nebu. Danas se rekordni model nalazi u Smithsonian muzeju u Sjedinjenim Državama.

Izvor: NASA

Sjevernoamerički X-15

Sjevernoamerički X-15 također pokreću raketni motori. No, za razliku od svog američkog kolege Bell X-1, ovaj je zrakoplov postigao brzinu od 6167 km/h (5,58 Macha), postavši prvi i 40 godina jedini hipersonični zrakoplov s posadom u povijesti čovječanstva (od 1959.) koji je izvodio suborbitalne svemirski letovi s ljudskom posadom. Uz njegovu pomoć proučavana je čak i reakcija atmosfere na ulazak krilatih tijela u nju. Ukupno su proizvedene tri jedinice raketnih jedrilica Kh-15.

Izvor: NASA

Lockheed SR-71 Blackbird

Grijeh je ne koristiti nadzvučne zrakoplove u vojne svrhe. Stoga je američko ratno zrakoplovstvo dizajniralo Lockheed SR-71 Blackbird, strateški izviđački zrakoplov s maksimalnom brzinom od 3700 km/h (3,5 Macha). Glavne prednosti su brzo ubrzanje i visoka upravljivost, što mu je omogućilo izbjegavanje projektila. Također, SR-71 je bio prvi zrakoplov opremljen tehnologijama za smanjenje radarskog signala.

Izgrađene su ukupno 32 jedinice, od kojih se 12 srušilo. Uklonjen iz službe 1998.

Izvor: af.mil

MiG-25

Ne možemo se ne prisjetiti domaćeg MiG-25 - nadzvučnog visinskog lovca-presretača treće generacije s maksimalnom brzinom od 3000 km / h (2,83 Macha). Avion je bio toliko kul da su ga čak i Japanci poželjeli. Stoga je 6. rujna 1976. sovjetski pilot Viktor Belenko morao oteti MiG-25. Nakon toga, tijekom niza godina u mnogim dijelovima Unije, zrakoplovi su počeli nepotpuno puniti gorivo. Cilj je spriječiti ih da stignu do najbliže strane zračne luke.

Izvor: Alexey Beltyukov

MiG-31

Sovjetski znanstvenici nisu prestali raditi za zračno dobro domovine. Stoga je 1968. započeo projektiranje MiG-31. A 16. rujna 1975. prvi put je posjetio nebo. Ovaj dvosjed supersonični lovac dugog dometa za sve vremenske uvjete ubrzao je do brzine od 2500 km/h (2,35 Macha) i postao prvi sovjetski borbeni zrakoplov četvrte generacije.

MiG-31 je dizajniran za presretanje i uništavanje zračnih ciljeva na iznimno malim, malim, srednjim i velikim visinama, danju i noću, u jednostavnim i teškim vremenskim uvjetima, uz aktivno i pasivno radarsko ometanje, kao i lažne termalne ciljeve. Četiri MiG-a 31 mogu kontrolirati zračni prostor dug do 900 kilometara. Ovo nije avion, već ponos Unije, koji je još uvijek u službi s Rusijom i Kazahstanom.

Izvor: Vitalij Kuzmin

Lockheed / Boeing F-22 Raptor

Najskuplji nadzvučni zrakoplov sagradili su Amerikanci. Modelirali su višenamjenski lovac pete generacije koji je postao najskuplji među njihovim kolegama. Lockheed/Boeing F-22 Raptor trenutno je jedini lovac pete generacije u službi i prvi serijski lovac sa supersoničnom krstarećom brzinom od 1890 km/h (1,78 Macha). Maksimalna brzina je 2570 km/h (2,42 Maha). Do sada ga nitko nije nadmašio u zraku.

Izvor: af.mil

Su-100 / T-4

Su-100 / T-4 ("tkanje") razvijen je kao lovac za nosače zrakoplova. No, inženjeri Projektnog biroa Suhoj uspjeli su ne samo postići svoj cilj, već i modelirati hladan udarno-izviđački nosač raketa, koji su kasnije htjeli koristiti čak i kao putnički zrakoplov i akcelerator za svemirski sustav Spiral. Maksimalna brzina T-4 je 3200 km/h (3 maha).

Ovog tjedna održan je treći probni let američkog hipersoničnog zrakoplova (GLA) X-51 AWaveRider - prototipa perspektivne rakete. Međutim, 15 sekundi nakon lansiranja, čak i prije nego što je glavni motor počeo raditi, WaveRider je izgubio kontrolu i pao u ocean.

Prethodni test, koji se održao prošle godine, također je pao - gas, koji ubrzava vozilo do brzine potrebne za pokretanje glavnog motora, nije radio na vrijeme i nije se odvajao. Međutim, ranije, 2010. godine, motor "stroja" uspio je raditi 200 sekundi (planirano 300), ubrzavajući uređaj na pet brzina zvuka (5M). Trajanje njegovog rada je tako tri puta premašilo prethodni rekord koji je postavio ruski/sovjetski hipersonični leteći laboratorij (HLL) "Kholod". Istodobno, za razliku od domaćeg aparata, "Amerikanac" je kao gorivo koristio zrakoplovni kerozin, a ne vodik.

Trenutni neuspjeh će nedvojbeno usporiti američki hipersonični program na koji je utrošeno 2 milijarde dolara. Međutim, to ne negira činjenicu da SAD već ima ključnu tehnologiju za ovaj program - radni prototip hipersoničnog mlaznog motora (scramjet ).

Potencijalno, takvi motori mogu ubrzati zrakoplov do 17 brzina zvuka na vodik i do 8 na ugljikovodično gorivo. Međutim, da bi funkcionirao, potrebno je postići stabilno izgaranje goriva u nadzvučnoj struji zraka - što, prema riječima jednog od programera, nije ništa lakše nego držati upaljenu šibicu u epicentru uragana. Međutim, ne tako davno se vjerovalo da je pri korištenju ugljikovodika to u principu nemoguće, a jedino prikladno gorivo za scramjet motor je eksplozivno, koje stvara poteškoće u radu i "nabubri" volumene spremnika goriva zbog niska gustoća vodika. Ipak, od 2004. godine na Zapadu je proveden niz relativno uspješnih ispitivanja zrakoplova, kako vodikovih tako i "kerozenskih".

Koje je praktično značenje programa vrijednog 2 milijarde dolara? Projektna brzina X-51 je 7M (oko 7 tisuća km/h na visini od 20 km), projektni domet je 1600 km, a visina leta je oko 25 km. Drugim riječima, po "dometu" otprilike odgovara krstarećoj raketi BGM-109 "Tomogavk" (1600 km, s nuklearnom bojnom glavom - 2500 km) ili balističkoj raketi srednjeg dometa - na primjer, povučenom pod Pershingom -2 INF Ugovor (1770 km). Koje su prednosti "leta na valovima" u usporedbi s "konkurentima"?

BGM-109 ima podzvučnu brzinu od 880 km/h. Dakle, let do maksimalnog dometa traje oko dva sata. Za to vrijeme projektil se može otkriti i uništiti, a cilj se može pomaknuti. Naravno, krstareća raketa koja leti na visini od oko 60 m iznad tla i ima nizak radarski potpis zbog svoje veličine vrlo je problematična meta za protuzračnu obranu. No, poznati su i uspješni primjeri obrane napadnutih objekata od "Tomahawaka" - primjerice, iračkog nuklearnog centra tijekom "Pustinjske oluje".

Balistički projektil s dometom istog reda ima prosječnu brzinu od oko 10.000 km/h. No, prvo, "balistika" se može detektirati iz svemira već u trenutku lansiranja - prilično je jasno vidljiva impresivna baklja iz radnih raketnih motora. Drugo, maksimalna visina putanje balističkih projektila s takvim dometom je blizu 400 km, pa se prilično rano "osvjetljavaju" na radarima proturaketne obrane. Treće, "balistika" je nemanevarski cilj, što omogućuje njihovo presretanje čak i protuzračnim projektilima koji ciljaju na olovnu točku. Općenito, uz suvremeni razvoj sustava proturaketne obrane, balistička raketa srednjeg dometa prilično je ranjiva meta.

Istovremeno, balističke rakete su fenomenalno neučinkovito dostavno vozilo u odnosu na omjer lansirne mase i nosivosti. Kemijski raketni motori kombiniraju ogroman potisak s još monstruoznijom proždrljivošću, a balistički letovi su u principu energetski intenzivni. Kao rezultat toga, na primjer, "Pershing-2" s lansirnom težinom od 7,4 tone nosio je bojnu glavu od 399 kg. Za usporedbu - "Tomahawki" nose gotovo istu količinu s vlastitom težinom od oko jednu i pol tonu.

Sada usporedimo s hipersoničnim projektilima. Brzina i vrijeme leta općenito su usporedivi s onima Pershing-2. Istodobno, X-51, prvo, koristi mnogo ekonomičniji zračni mlazni motor. Drugo, ne penje se na visinu od 400 km, "obavještavajući" o svojoj prisutnosti sve okolne radare proturaketne obrane. Treće, sposoban je aktivno manevrirati. Napominjemo da su, kao što su pokazala ispitivanja koja je 2007. proveo švedski SaabBofors, pri brzinama od 5,5 M teški manevri mogući čak i u gustim slojevima atmosfere. Kao rezultat toga, presretanje WaveRider-a moguće je samo ako je presretač zamjetno bolji od potonjeg u brzini i upravljivosti. Sada takvih presretača jednostavno nema.

Postojeći sustavi proturaketne obrane također su nesposobni za borbu protiv hipersoničnih projektila klase X-51. U ovom slučaju, čak i u slučaju temeljne mogućnosti uništenja, velika brzina cilja naglo smanjuje zonu presretanja.

Drugim riječima, WaveRider kombinira vrijeme pristupa usporedivo s balističkim projektilima srednjeg dometa s mnogo manjom vidljivošću i virtualnom neranjivosti protiv moderne protuzračne obrane / obrane od projektila. U međuvremenu, svojedobno se vodstvo SSSR-a jako potrudilo da ukloni Pershing iz Europe, razmjenjujući ih za mnogo veći broj vlastitih raketa srednjeg dometa - i to s dobrim razlogom. Vrijeme leta američkih projektila od 8-10 minuta pretvorilo ih je u gotovo idealno sredstvo za razoružavanje i “obezglavljivanje” napada – napadnuti jednostavno nisu imali vremena za odgovor. U slučaju dovođenja X-51 u seriju, situacija će se reproducirati u degradiranoj verziji - unatoč činjenici da je stvaranje nuklearnih verzija "čamaca s valovima" sasvim moguće.

Istodobno, uporaba GPRVD-a nije ograničena na vozila srednjeg dometa. S jedne strane, prema NATO-ovoj Savjetodavnoj skupini za svemirska istraživanja i razvoj (AGARD), scrumjets se mogu široko koristiti u čisto taktičkim sustavima kratkog dometa - protutenkovskim projektilima (također dizajniranim za uništavanje utvrda), projektilima zrak-zrak i malokalibarske (30-40 mm) granate za gađanje zračnih ciljeva. Drugi vjerojatni smjer je korištenje scramjet u proturaketima dizajniranim za presretanje balističkih projektila u početnoj fazi putanje.

S druge strane, korištenje hipersoničnih tehnologija može dovesti do pojave temeljno novih klasa strateških sustava. Najkonzervativnija opcija je korištenje hipersoničnih vozila kao "manevarskih bojnih glava" za tradicionalne balističke rakete.

Imajte na umu da balistička raketa dugog dometa nije jako ranjiva u srednjem dijelu putanje (budući da je okružena ogromnim brojem laganih lažnih ciljeva, dipolnih reflektora i ometača), ali je ranjiva na početnim i završnim dijelovima putanje (lake lažne mete eliminira sama atmosfera, kao rezultat toga, bojnu glavu prati samo mala količina teškog LC). Istodobno, i bojna glava i njezina "svita" su skup balističkih ciljeva koji se ne manevriraju, što radikalno olakšava zadatak proturaketne obrane. Međutim, brzi i manevarski "stroj" s scramjet motorom praktički je neranjiv na postojeće sustave protuzračne i proturaketne obrane. Kao rezultat toga, kombiniranjem klasične ICBM s hipersoničnom manevarskom bojnom glavom moguće je postići pouzdan proboj odgovarajućeg ešalona proturaketne obrane.

Drugim riječima, govorimo o tehnologiji koja je sposobna istinski revolucionirati vojne poslove. Hipersonična prijetnja neizbježno će postati stvarnost u vrlo doglednoj budućnosti.

U siječnju se dogodio značajan događaj: klub vlasnika hipersoničnih tehnologija dopunjen je novim članom. Kina je 9. siječnja 2015. testirala hipersoničnu jedrilicu (jedrilicu) pod nazivom WU-14. To je vođeno vozilo koje se nalazi na vrhu interkontinentalne balističke rakete (ICBM). Raketa podiže jedrilicu u svemir, nakon čega jedrilica zaroni prema cilju, razvijajući brzinu od tisuća kilometara na sat.

Prema Pentagonu, kineski hipersonični uređaj WU-14 može se ugraditi na razne kineske balističke rakete s dometom paljbe od 2.000 do 12.000 km. Tijekom siječanjskih testova, WU-14 je razvio brzinu od 10 M - više od 12,3 tisuće km / h. Suvremeni sustavi protuzračne obrane nisu u stanju pouzdano pogoditi manevarski cilj koji leti takvom brzinom. Tako je Kina postala treća zemlja, nakon SAD-a i Rusije, s tehnologijom hipersoničnih nosača nuklearnog i konvencionalnog oružja.

Hiperzvučna jedrilica HTV-2 odvojena je od gornjeg stupnja (SAD)

Sjedinjene Američke Države i Kina rade na sličnim projektima za hipersonične jedrilice, koje dobivaju početno ubrzanje usponom na veliku visinu pomoću lansirnog vozila, a zatim ubrzavaju tijekom kontroliranog spuštanja s velikih visina. Prednosti takvog sustava su veliki domet (do globalnog udara u bilo koju točku na površini Zemlje), relativno jednostavna jedrilica (bez pogonskog motora), velika masa bojeve glave i velika brzina leta (više od 10 M ).

Rusija je usredotočena na razvoj hipersoničnih ramjet (scramjet) raketa koje se mogu lansirati sa zemlje, brodova ili ratnih zrakoplova. Postoji rusko-indijski projekt razvoja takvih sustava naoružanja, kako bi do 2023. Indija također mogla ući u "hipersonični klub". Prednost hipersoničnih projektila je u tome što su jeftinije i fleksibilnije od jedrilica lansiranih s ICBM.

Eksperimentalna hipersonična raketa s scramjet X-51A WaveRider (SAD)

Obje vrste hipersoničnog oružja mogu nositi konvencionalne ili nuklearne bojeve glave (CW). Stručnjaci Australskog instituta za stratešku politiku izračunali su da je kinetička energija udara hipersonične bojeve glave (bez visokoeksplozivne ili nuklearne bojeve glave) mase 500 kg i brzine 6 M u smislu nanesene štete iznosi usporedivo s detonacijom bojeve glave konvencionalne podzvučne rakete AGM-84 Harpoon opremljene bojnom glavom s eksplozivom težine oko 100 kg. To je samo četvrtina vatrene moći ruske protubrodske rakete P-270 Mosquito s eksplozivom težine 150 kg i brzinom od 4 M.

Čini se da hipersonično oružje nije puno superiornije od postojećih nadzvučnih, ali sve nije tako jednostavno. Činjenica je da se bojeve glave balističkih projektila lako otkrivaju na velikoj udaljenosti i padaju duž predvidljive putanje. I premda je njihova brzina ogromna, moderna računalna tehnologija omogućila je presretanje bojnih glava tijekom faze spuštanja, što američki proturaketni obrambeni sustav pokazuje s različitim uspjehom.

Pritom se hipersonični zrakoplovi približavaju cilju relativno ravnom putanjom, zadržavaju se kratko u zraku i mogu manevrirati. U većini scenarija, moderni sustavi protuzračne obrane nisu u stanju otkriti i pogoditi hipersonični cilj u kratkom vremenskom razdoblju.

Hiperzvučna raketa brzine 6 M preletjet će udaljenost od Londona do New Yorka za samo 1 sat

Moderne protuzračne rakete jednostavno ne mogu sustići hipersonični cilj, na primjer, protuzračni raketni sustav S-300 može ubrzati do brzine od 7,5 M, pa čak i tada samo na kratko. Stoga će meta s brzinom od oko 10 M u većini slučajeva biti preteška za nju. Osim toga, razorna moć hipersoničnog oružja može se povećati korištenjem kasetne bojeve glave: brzi geleri od volframovih "čavla" mogu onesposobiti industrijski pogon, veliki brod ili uništiti gužvu ljudstva i oklopnih vozila iznad veliko područje.

Proliferacija hipersoničnog oružja sposobnog probiti bilo koji sustav protuzračne obrane otvara nova pitanja osiguranja globalne sigurnosti i vojnog pariteta. Ako se na ovom području ne postigne ravnotežno odvraćanje, kao što je slučaj s nuklearnim oružjem, hipersonični udari mogli bi se pretvoriti u uobičajeno oruđe pritiska, jer bi samo nekoliko hipersoničnih bojnih glava moglo uništiti gospodarstvo male zemlje.

Prema izračunima Pentagona, američki program brzog globalnog udara hipersoničnim oružjem omogućit će pogoditi bilo koju metu bilo gdje u svijetu bez radijacijske kontaminacije terena u roku od sat vremena. Čak i u slučaju nuklearnog sukoba, sustav može djelomično zamijeniti nuklearno oružje, pogađajući do 30% ciljeva.

Tako će članovi "hipersoničnog kluba" moći gotovo zajamčeno uništavati objekte kritične neprijateljske infrastrukture, na primjer, elektrane, zapovjedna mjesta vojske, vojne baze, velike gradove i industrijske objekte. Prema proračunima stručnjaka, do pojave prvih serijskih uzoraka hipersoničnog oružja ostalo je 10-15 godina, tako da još ima vremena za razvoj političkih dogovora koji ograničavaju korištenje takvog oružja u lokalnim sukobima. Ako se takvi sporazumi ne postignu, postoji veliki rizik od još većih humanitarnih katastrofa povezanih s upotrebom novog oružja.

Opće informacije

Let hipersoničnom brzinom dio je nadzvučnog režima leta i odvija se u nadzvučnom strujanju plina. Nadzvučni protok zraka bitno se razlikuje od podzvučnog, a dinamika leta zrakoplova pri brzinama iznad brzine zvuka (iznad 1,2 M) bitno se razlikuje od podzvučnog leta (do 0,75 M, raspon brzina od 0,75 do 1,2 M naziva se transzvučna brzina ).

Određivanje donje granice hipersonične brzine obično se povezuje s početkom procesa ionizacije i disocijacije molekula u graničnom sloju (BL) u blizini aparata koji se kreće u atmosferi, što se počinje događati na oko 5 M. Također, ovu brzinu karakterizira činjenica da ramjet motor (" Ramjet ") s podzvučnim izgaranjem goriva (" SPVRD ") postaje beskorisan zbog izuzetno velikog trenja koje se javlja pri kočenju prolaznog zraka u motoru ove vrste. Dakle, u hipersoničnom rasponu brzina za nastavak leta moguće je koristiti samo raketni motor ili hipersonični ramjet motor (scramjet motor) sa nadzvučnim izgaranjem goriva.

Karakteristike protoka

Dok je definicija hiperzvučnog strujanja (HF) prilično kontroverzna zbog nedostatka jasne granice između nadzvučnog i hiperzvučnog strujanja, HF se može okarakterizirati određenim fizičkim pojavama koje se više ne mogu zanemariti prilikom razmatranja, a to su:

Tanak sloj udarnog vala

Kako se brzina i odgovarajući Machovi brojevi povećavaju, tako se povećava i gustoća iza udarnog vala (SW), što odgovara smanjenju volumena iza udarnog vala zbog očuvanja mase. Stoga, sloj udarnog vala, odnosno volumen između vozila i SW, postaje tanak pri visokim Machovim brojevima, stvarajući tanki granični sloj (BL) oko vozila.

Formiranje viskoznih udarnih slojeva

Dio velike kinetičke energije sadržane u strujanju zraka pri M> 3 (viskozni protok) pretvara se u unutarnju energiju zbog viskozne interakcije. Povećanje unutarnje energije ostvaruje se povećanjem temperature. Budući da je gradijent tlaka normalan na strujanje unutar graničnog sloja približno nula, značajno povećanje temperature pri visokim Machovim brojevima dovodi do smanjenja gustoće. Dakle, PS na površini vozila raste i, pri visokim Machovim brojevima, spaja se s tankim slojem udarnog vala u blizini pramca, tvoreći viskozni udarni sloj.

Pojava valova nestabilnosti u PS, koji nisu karakteristični za sub- i nadzvučna strujanja

Protok visoke temperature

Protok velike brzine u prednjoj točki vozila (točka ili područje stagnacije) uzrokuje zagrijavanje plina do vrlo visokih temperatura (do nekoliko tisuća stupnjeva). Visoke temperature zauzvrat stvaraju neravnotežna kemijska svojstva strujanja, koja se sastoje u disocijaciji i rekombinaciji molekula plina, ionizaciji atoma, kemijskim reakcijama u toku i s površinom aparata. U tim uvjetima procesi konvekcije i prijenosa topline zračenja mogu biti značajni.

Parametri sličnosti

Uobičajeno je da se parametri protoka plina opisuju skupom kriterija sličnosti koji nam omogućuju svođenje gotovo beskonačnog broja fizičkih stanja u skupine sličnosti i koji omogućuju usporedbu protoka plina s različitim fizikalnim parametrima (tlak, temperatura, brzina itd.). ) jedno s drugim. Na tom se principu temelje eksperimenti u aerotunelima i prijenos rezultata tih eksperimenata na stvarne zrakoplove, unatoč činjenici da se u eksperimentima s cijevima veličina modela, brzine strujanja, toplinska opterećenja itd. mogu uvelike razlikovati od načini stvarnog leta, u isto vrijeme, parametri sličnosti (Mach, Reynolds, Stantonovi brojevi itd.) odgovaraju onima leta.

Za trans- i nadzvučno ili kompresibilno strujanje, u većini slučajeva takvi su parametri kao što su Machov broj (omjer brzine strujanja i lokalne brzine zvuka) i Reynoldsov broj dovoljni za potpuni opis strujanja. Za hipersonični tok ovi parametri su često nedostatni. Prvo, jednadžbe koje opisuju oblik udarnog vala postaju praktički neovisne pri brzinama od 10 M. Drugo, povećana temperatura hipersoničnog strujanja znači da postaju vidljivi učinci vezani uz neidealne plinove.

Uzimanje u obzir učinaka u stvarnom plinu znači više varijabli koje su potrebne za potpuno opisivanje stanja plina. Ako je nepomični plin u potpunosti opisan s tri veličine: tlakom, temperaturom, toplinskim kapacitetom (adijabatskim indeksom), a plin u pokretu opisan je s četiri varijable, što uključuje i brzinu, tada vrući plin u kemijskoj ravnoteži također zahtijeva jednadžbe stanja za njegove sastavne kemijske komponente, a plin s procesima disocijacije i ionizacije također mora uključivati ​​vrijeme kao jednu od varijabli svog stanja. Općenito, to znači da u bilo kojem trenutku neravnotežno strujanje zahtijeva 10 do 100 varijabli za opisivanje stanja plina. Osim toga, razrijeđeni hipersonični protok (HF), koji se obično opisuje u terminima Knudsenovih brojeva, ne poštuje Navier-Stokesove jednadžbe i zahtijeva modifikaciju. HP se obično kategorizira (ili klasificira) korištenjem ukupne energije izražene pomoću ukupne entalpije (mJ/kg), ukupnog tlaka (kPa) i temperature stagnacije (K) ili brzine (km/s).

Idealan plin

U ovom slučaju, protok zraka koji prolazi može se smatrati idealnim protokom plina. HJ u ovom režimu još uvijek ovisi o Machovim brojevima i simulacija se vodi temperaturnim invarijantama, a ne adijabatskom stijenkom, koja se javlja pri manjim brzinama. Donja granica ovog područja odgovara brzinama od oko 5 M, gdje SPVRM s podzvučnim izgaranjem postaju neučinkoviti, a gornja granica odgovara brzinama u području od 10-12 M.

Idealan plin s dvije temperature

To je dio slučaja režima strujanja idealnog plina velike brzine u kojem se protok zraka koji prolazi može smatrati kemijski idealnim, ali se vibracijska temperatura i temperatura rotacijskog plina moraju razmatrati odvojeno, što rezultira dva odvojena temperaturna obrasca. To je od posebne važnosti u projektiranju nadzvučnih mlaznica, gdje hlađenje vibracijama uslijed pobuđivanja molekula postaje važno.

Disocirani plin

Način dominacije prijenosa zraka

Pri brzinama iznad 12 km/s, prijenos topline na vozilo počinje se odvijati uglavnom radijalnim prijenosom, koji zajedno s povećanjem brzine počinje dominirati nad termodinamičkim prijenosom. Modeliranje plina u ovom slučaju podijeljeno je u dva slučaja:

• optički tanak - u ovom slučaju se pretpostavlja da plin ne apsorbira zračenje koje dolazi iz njegovih drugih dijelova ili odabranih jedinica volumena;
• optički debeo - gdje se uzima u obzir apsorpcija zračenja plazme, koje se zatim ponovno emitira, uključujući i tijelo aparata.

Modeliranje optički debelih plinova izazovan je zadatak, budući da, zbog izračuna prijenosa zračenja u svakoj točki u toku, količina proračuna raste eksponencijalno s brojem razmatranih točaka.

vidi također

Bilješke (uredi)

Linkovi

• Anderson John Hiperzvučna i visokotemperaturna plinska dinamika, drugo izdanje. - AIAA Education Series, 2006 .-- ISBN 1563477807
• NASA-in vodič za hipersoniku.

Običan putnički avion leti brzinom od oko 900 km/h. Vojni mlazni lovac može postići oko tri puta veću brzinu. Međutim, moderni inženjeri iz Ruske Federacije i drugih zemalja svijeta aktivno razvijaju još brže strojeve - hipersonične zrakoplove. Koja je specifičnost odnosnih pojmova?

Kriteriji hipersoničnih zrakoplova

Što je hipersonični avion? Kao takav, uobičajeno je shvaćati aparat sposoban letjeti mnogo puta većom brzinom od brzine zvuka. Pristupi istraživača određivanju specifičnog pokazatelja razlikuju se. Postoji široko rasprostranjena metodologija prema kojoj se zrakoplov treba smatrati hipersoničnim ako je višestruki od pokazatelja brzine najbržih modernih nadzvučnih vozila. Što je oko 3-4 tisuće km/h. Odnosno, hipersonični zrakoplov, ako se pridržavate ove metodologije, trebao bi razviti brzinu od 6 tisuća km / h.

Bespilotna i vođena vozila

Pristupi istraživača također se mogu razlikovati u pogledu određivanja kriterija za razvrstavanje određenog vozila kao zrakoplova. Postoji verzija da se kao takvi mogu klasificirati samo oni strojevi kojima upravljaju ljudi. Postoji stajalište prema kojem se bespilotno vozilo može smatrati i zrakoplovom. Stoga neki analitičari strojeve ovog tipa svrstavaju u one koji su podložni ljudskoj kontroli i one koji funkcioniraju autonomno. Takva se podjela može opravdati, budući da bespilotne letjelice mogu imati mnogo impresivnije tehničke karakteristike, na primjer, u smislu zagušenja i brzine.

Istodobno, mnogi istraživači hipersonične zrakoplove smatraju jedinstvenim konceptom za koji je brzina ključni pokazatelj. Nije važno sjedi li osoba za kormilom zrakoplova ili automobilom upravlja robot - glavno je da je avion dovoljno brz.

Polijetanje - samostalno ili uz vanjsku pomoć?

Široko rasprostranjena klasifikacija hipersoničnih zrakoplova temelji se na tome da se svrstavaju u kategoriju onih koji su sposobni sami poletjeti, ili onih koji uključuju postavljanje na snažniji nosač - raketu ili teretni avion. Postoji stajalište prema kojemu je legitimno na vozila razmatrane vrste odnositi uglavnom ona koja su sposobna poletjeti samostalno ili uz minimalno sudjelovanje drugih vrsta opreme. Međutim, oni istraživači koji vjeruju da je glavni kriterij za karakterizaciju hipersoničnog zrakoplova - brzina, trebao bi biti najvažniji u svakoj klasifikaciji. Bilo da se radi o klasifikaciji uređaja kao bespilotnog, kontroliranog, sposobnog za samostalno uzlijetanje ili uz pomoć drugih strojeva - ako odgovarajući pokazatelj dosegne gore navedene vrijednosti, onda govorimo o hipersoničnoj letjelici.

Glavni problemi hipersoničnih rješenja

Hipersonični koncepti stari su desetljećima. Tijekom godina razvoja odgovarajućeg tipa aparata, svjetski inženjeri rješavaju niz značajnih problema koji objektivno onemogućuju puštanje u pogon proizvodnje "hiperzvuka" - baš kao i organiziranje proizvodnje turboelisnih zrakoplova.

Glavna poteškoća u dizajnu hipersoničnih zrakoplova je stvaranje motora koji može biti dovoljno energetski učinkovit. Drugi problem je izgradnja potrebnih aparata. Činjenica je da brzina hipersoničnog zrakoplova u onim vrijednostima koje smo gore razmotrili podrazumijeva snažno zagrijavanje tijela zbog trenja o atmosferu.

Danas ćemo razmotriti nekoliko primjera uspješnih prototipova zrakoplova odgovarajućeg tipa, čiji su programeri uspjeli napraviti značajan napredak u smislu uspješnog rješavanja navedenih problema. Proučimo sada najpoznatija svjetska dostignuća u smislu stvaranja hipersoničnih zrakoplova ovog tipa.

od strane Boeinga

Najbrži hipersonični zrakoplov na svijetu, prema nekim stručnjacima, američki je Boeing X-43A. Dakle, tijekom testiranja ovog uređaja zabilježeno je da je postigao brzinu veću od 11 tisuća km/h. To je oko 9,6 puta brže

Što hipersonični zrakoplov X-43A čini tako posebnim? Karakteristike ovog zrakoplova su sljedeće:

Maksimalna brzina zabilježena na testovima je 11.230 km/h;

Raspon krila - 1,5 m;

Duljina tijela - 3,6 m;

Motor - ramjet, Supersonic Combustion Ramjet;

Gorivo - atmosferski kisik, vodik.

Može se primijetiti da je predmetni uređaj jedan od ekološki najprihvatljivijih. Činjenica je da korišteno gorivo praktički ne podrazumijeva oslobađanje štetnih produkata izgaranja.

Hipersonični zrakoplov X-43A zajednički su razvili NASA-ini inženjeri, Orbical Science Corporation i Minocraft. nastajao je oko 10 godina. U njegov razvoj uloženo je oko 250 milijuna dolara. Konceptualna novost predmetnog zrakoplova je da je zamišljen s ciljem ispitivanja najnovije tehnologije za osiguranje rada pogonskog potiska.

Razvoj iz orbitalne znanosti

Orbital Science, koja je, kao što smo gore napomenuli, sudjelovala u stvaranju aparata X-43A, također je uspjela stvoriti vlastiti hipersonični zrakoplov - X-34.

Njegova najveća brzina je preko 12 tisuća km/h. Istina, tijekom praktičnih testova to nije postignuto - štoviše, nije bilo moguće postići brojku koju pokazuje zrakoplov X43-A. Zrakoplov koji se razmatra ubrzava se kada se aktivira raketa Pegasus, koja radi na kruto gorivo. X-34 je prvi put testiran 2001. godine. U pitanju je zrakoplov znatno veći od uređaja Boeing – duljina mu je 17,78 m, raspon krila 8,85 m. Maksimalna visina leta hipersoničnog stroja iz Orbical Sciencea je 75 kilometara.

Zrakoplov iz Sjeverne Amerike

Još jedan poznati hipersonični zrakoplov je X-15, proizvođača North American. Ovaj se aparat analitičara naziva eksperimentalnim.

Opremljen je, što nekim stručnjacima daje razlog da ga, zapravo, ne svrstavaju u zrakoplov. Međutim, prisutnost raketnih motora omogućuje uređaju, posebice, da izvodi Dakle, tijekom jednog od testova u ovom načinu rada, testirali su ga piloti. Svrha aparata X-15 je proučavanje specifičnosti hipersoničnih letova, evaluacija određenih projektnih rješenja, novih materijala i upravljanje značajkama takvih strojeva u različitim slojevima atmosfere. Važno je napomenuti da je odobren još 1954. godine. X-15 leti brzinom od preko 7 tisuća km / h. Domet njegovog leta je više od 500 km, visina prelazi 100 km.

Najbrži proizvodni zrakoplov

Hipersonična vozila koja smo gore proučavali zapravo spadaju u kategoriju istraživačkih. Bit će korisno razmotriti neke proizvodne uzorke zrakoplova koji su po karakteristikama bliski hiperzvučnim ili su (prema jednoj ili drugoj metodologiji) takvi.

Među tim strojevima je i američki razvojni SR-71. Neki istraživači nisu skloni pripisati ovaj zrakoplov hipersoničnom, jer je njegova maksimalna brzina oko 3,7 tisuća km / h. Među njegovim najznačajnijim karakteristikama je i težina pri uzlijetanju koja prelazi 77 tona. Duljina aparata je veća od 23 m, raspon krila je veći od 13 m.

Ruski MiG-25 smatra se jednim od najbržih vojnih zrakoplova. Uređaj može postići brzinu od preko 3,3 tisuće km/h. Maksimalna uzletna težina ruskog zrakoplova je 41 tona.

Dakle, Ruska Federacija je među vodećima na tržištu serijskih rješenja koja su po karakteristikama bliska hiperzvučnim. Ali što je s ruskim razvojem "klasičnih" hipersoničnih zrakoplova? Jesu li inženjeri iz Ruske Federacije u stanju stvoriti rješenje koje je konkurentno strojevima iz Boeinga i Orbital Scencea?

Ruska hipersonična vozila

Ruski hipersonični zrakoplov je trenutno u razvoju. Ali ide prilično aktivno. Riječ je o zrakoplovu U-71. Njegova prva testiranja, sudeći prema medijskim napisima, obavljena su u veljači 2015. u blizini Orenburga.

Pretpostavlja se da će se zrakoplov koristiti u vojne svrhe. Dakle, hipersonični uređaj će moći, ako je potrebno, isporučiti razorno oružje na značajne udaljenosti, nadzirati teritorij, a također će se koristiti kao element jurišnog zrakoplovstva. Neki istraživači smatraju da je 2020.-2025. Strateške raketne snage će dobiti oko 20 zrakoplova odgovarajućeg tipa.

U medijima se pojavljuju informacije da će razmatrani hipersonični zrakoplov Rusije biti postavljen na balističku raketu Sarmat, koja je također u fazi projektiranja. Neki analitičari smatraju da razvijeni hipersonični aparat Yu-71 nije ništa drugo do bojna glava, koja će se u završnoj fazi leta morati odvojiti od balističke rakete, kako bi tada, zahvaljujući visokoj manevarskoj sposobnosti zrakoplova, nadvladala proturaketnu obranu. sustava.

Projekt "Ajax"

Među najznačajnijim projektima vezanim uz razvoj hipersoničnih zrakoplova je Ajax. Proučimo ga detaljnije. Hipersonični zrakoplov Ajax je konceptualni razvoj sovjetskih inženjera. U znanstvenoj zajednici se o tome počelo govoriti 80-ih godina. Među najznačajnijim značajkama je sustav toplinske zaštite, koji je dizajniran da zaštiti kućište od pregrijavanja. Stoga su programeri uređaja "Ajax" predložili rješenje za jedan od "hipersoničnih" problema koje smo gore naveli.

Tradicionalna shema toplinske zaštite zrakoplova uključuje postavljanje posebnih materijala na tijelo. Programeri "Ajaxa" predložili su drugačiji koncept, prema kojem uređaj nije trebao štititi od vanjskog zagrijavanja, već puštati toplinu u stroj, istovremeno povećavajući njegov energetski resurs. Glavnim konkurentom sovjetskog aparata smatrao se hipersonični zrakoplov "Aurora", stvoren u Sjedinjenim Državama. Međutim, zbog činjenice da su dizajneri iz SSSR-a značajno proširili mogućnosti koncepta, najširi raspon zadataka bio je povjeren novom razvoju, posebno istraživanju. Možemo reći da je "Ajax" hipersonični višenamjenski zrakoplov.

Razmotrimo detaljnije tehnološke inovacije koje su predložili inženjeri iz SSSR-a.

Dakle, sovjetski programeri "Ajaxa" predložili su korištenje topline koja nastaje kao rezultat trenja tijela zrakoplova o atmosferu, kako bi se pretvorila u korisnu energiju. Tehnički, to bi se moglo realizirati postavljanjem dodatnih školjki na uređaj. Kao rezultat toga, formirano je nešto poput druge zgrade. Njegova je šupljina trebala biti ispunjena nekom vrstom katalizatora, na primjer, mješavinom zapaljivog materijala i vode. Toplinski izolacijski sloj od čvrstog materijala u "Ajaxu" je trebao biti zamijenjen tekućim, koji bi s jedne strane trebao štititi motor, a s druge bi doprinio katalitičkoj reakciji, što bi u međuvremenu moglo biti popraćeno endotermnim efektom – prijenosom topline dijelova tijela prema unutra. U teoriji, hlađenje vanjskih dijelova aparata moglo bi biti bilo što. Višak topline, pak, trebao se iskoristiti kako bi se povećala učinkovitost motora zrakoplova. Ujedno bi ova tehnologija omogućila stvaranje, zbog reakcije, goriva i vrsta slobodnog vodika.

Trenutno nema dostupnih informacija široj javnosti o nastavku razvoja "Ajaxa", ali istraživači smatraju vrlo obećavajućim uvođenje sovjetskih koncepata u praksu.

Kineska hipersonična vozila

Kina postaje konkurent Rusiji i Sjedinjenim Državama na hipersoničnom tržištu. Među najpoznatijim razvojima inženjera iz NRK-a je zrakoplov WU-14. Riječ je o hipersoničnom vođenom zrakoplovnom okviru postavljenom na balističku raketu.

ICBM lansira zrakoplov u svemir, odakle se stroj naglo spušta prema dolje, razvijajući hipersoničnu brzinu. Kineski uređaj može se montirati na različite ICBM s dometom od 2 do 12 tisuća km. Utvrđeno je da je tijekom testova WU-14 mogao postići brzine veće od 12 tisuća km/h, čime je prema nekim analitičarima postao najbrži hipersonični zrakoplov.

U isto vrijeme, mnogi istraživači smatraju da kineski razvoj nije sasvim legitimno upućivati ​​na klasu zrakoplova. Dakle, verzija je široko rasprostranjena, prema kojoj bi uređaj trebao biti klasificiran upravo kao bojna glava. Štoviše, vrlo je učinkovit. Prilikom letenja označenom brzinom, čak ni najmoderniji sustavi proturaketne obrane neće moći jamčiti presretanje odgovarajućeg cilja.

Može se primijetiti da se Rusija i Sjedinjene Države također bave razvojem hipersoničnih vozila koja se koriste u vojne svrhe. Istodobno, ruski koncept, prema kojem bi se trebali proizvoditi strojevi odgovarajućeg tipa, bitno se razlikuje, o čemu svjedoče podaci u pojedinim medijima, od tehnoloških principa koje provode Amerikanci i Kinezi. Dakle, programeri iz Ruske Federacije koncentriraju napore u području stvaranja zrakoplova opremljenih ramjet motorom koji se može lansirati sa zemlje. Rusija u tom smjeru planira surađivati ​​s Indijom. Hiperzvučna vozila stvorena prema ruskom konceptu, prema nekim analitičarima, karakteriziraju niža cijena i širi raspon primjene.

Istodobno, hipersonični zrakoplov Rusije, koji smo već spomenuli (Yu-71), pretpostavlja, kako neki analitičari smatraju, isti položaj na ICBM-ima. Ako se ova teza pokaže točnom, tada će se moći reći da inženjeri iz Ruske Federacije rade istovremeno u dva popularna konceptualna smjera u konstrukciji hipersoničnih zrakoplova.

Sažetak

Dakle, vjerojatno najbrži hipersonični zrakoplov na svijetu, ako govorimo o zrakoplovima, bez obzira na njihovu klasifikaciju, to je ipak kineski WU-14. Iako morate razumjeti da se stvarne informacije o njemu, uključujući i one vezane uz testove, mogu klasificirati. To je u skladu s načelima kineskih programera, koji često nastoje pod svaku cijenu zadržati svoje vojne tehnologije u tajnosti. Brzina najbrže hipersonične letjelice je preko 12 tisuća km/h. Američki razvojni X-43A ga "sustiže" - mnogi stručnjaci ga smatraju najbržim. Teoretski, hipersonični zrakoplov X-43A, kao i kineski WU-14, može sustići razvoj Orbical Science, dizajniran za brzinu veću od 12 tisuća km / h.

Karakteristike ruskog zrakoplova U-71 još nisu poznate široj javnosti. Moguće je da će biti bliski parametrima kineskog zrakoplova. Ruski inženjeri također razvijaju hipersonični zrakoplov koji može poletjeti ne na temelju ICBM-a, već samostalno.

Aktualni projekti istraživača iz Rusije, Kine i Sjedinjenih Država na ovaj ili onaj način povezani su s vojnom sferom. Hiperzvučni zrakoplovi, bez obzira na njihovu moguću klasifikaciju, smatraju se prvenstveno nositeljima oružja, najvjerojatnije nuklearnog. Međutim, u radovima istraživača iz različitih zemalja svijeta postoje teze da "hiperzvuk", poput atomskih tehnologija, može biti miran.

Poanta je pojava pristupačnih i pouzdanih rješenja koja omogućuju organiziranje masovne proizvodnje strojeva odgovarajućeg tipa. Korištenje takvih uređaja moguće je u najširem rasponu grana gospodarskog razvoja. Najveća potražnja za hipersoničnim zrakoplovima vjerojatno će se naći u svemirskoj i istraživačkoj industriji.

Kako tehnologija za proizvodnju odgovarajućih strojeva postaje jeftinija, transportna poduzeća mogu početi pokazivati ​​interes za ulaganje u takve projekte. Industrijske korporacije, pružatelji različitih usluga mogu početi razmatrati "hiperzvuk" kao alat za povećanje konkurentnosti poslovanja u smislu organizacije međunarodnih komunikacija.