Mekkora az 5 m sebessége. A hiperszonikus háború ijesztő a bizonytalanságtól. A hiperszonikus sebességet jellemző részlet

1950. február 6-án egy újabb teszt során a szovjet MiG-17 sugárhajtású vadászrepülőgép vízszintes repülésben meghaladta a hangsebességet, és csaknem 1070 km/h-ra gyorsult. Így lett belőle az első sorozatgyártású szuperszonikus repülőgép. Mikoyan és Gurevich fejlesztők egyértelműen büszkék voltak ötletükre.

Harci repüléseknél a MiG-17-et szinte hangosnak tekintették, mivel utazósebessége nem haladta meg a 861 km / h-t. De ez nem akadályozta meg, hogy a harcos a világ egyik legelterjedtebbje legyen. Különböző időkben Németországban, Kínában, Koreában, Lengyelországban, Pakisztánban és több tucat más országban szolgált. Ez a szörny még a vietnami háború harcaiban is részt vett.

A MiG-17 messze nem az egyetlen képviselője a szuperszonikus repülőgépek műfajának. Elmesélünk még egy tucat olyan légi bélést, amely a hanghullámot is felülmúlta, és világszerte ismertté vált.

Harang X-1

Az amerikai légierő speciálisan rakétahajtóművel szerelte fel a Bell X-1-et, mivel ezzel akarták tanulmányozni a szuperszonikus repülés problémáit. 1947. október 14-én az eszköz 1541 km/h-ra (1,26 Mach) gyorsult, legyőzte az előre meghatározott akadályt, és csillaggá változott az égen. Ma a rekordot döntõ modell az egyesült államokbeli Smithsonian Múzeumban nyugszik.

Forrás: NASA

Észak-amerikai X-15

Az észak-amerikai X-15-öt szintén rakétamotorok hajtják. Ám, ellentétben amerikai megfelelőjével, a Bell X-1-gyel, ez a repülőgép 6167 km/h (5,58 Mach) sebességet ért el, így az emberiség történetében (1959 óta) az első és 40 éven át az egyetlen olyan emberes hiperszonikus repülőgép, amely szuborbitálisan végzett. emberes űrrepülések. Segítségével még a légkör reakcióját is tanulmányozták a szárnyas testek belépésére. Összesen három darab Kh-15 típusú rakéta vitorlázó repülőgépet gyártottak.

Forrás: NASA

Lockheed SR-71 Blackbird

Bűn nem katonai célokra használni a szuperszonikus repülőgépeket. Ezért az amerikai légierő megtervezte a Lockheed SR-71 Blackbird stratégiai felderítő repülőgépet, amelynek maximális sebessége 3700 km/h (3,5 Mach). A fő előnyök a gyors gyorsulás és a nagy manőverezőképesség, ami lehetővé tette számára, hogy elkerülje a rakétákat. Ezenkívül az SR-71 volt az első repülőgép, amelyet a radarjelek csökkentésére szolgáló technológiával szereltek fel.

Összesen 32 blokkot építettek, ebből 12 lezuhant. 1998-ban kivonták a szolgálatból.

Forrás: af.mil

MiG-25

Csak felidézhetjük a hazai MiG-25-öt - a 3. generációs szuperszonikus nagy magasságú vadász-elfogót, 3000 km / h maximális sebességgel (2,83 Mach). A gép annyira menő volt, hogy még a japánok is vágytak rá. Ezért 1976. szeptember 6-án Viktor Belenko szovjet pilótának el kellett térítenie egy MiG-25-öt. Ezt követően az Unió számos részén hosszú évek leforgása alatt a repülőgépek elkezdtek hiányosan tankolni. A cél az, hogy ne érjék el a legközelebbi külföldi repülőteret.

Forrás: Alekszej Beltyukov

MiG-31

A szovjet tudósok nem hagyták abba a munkát a haza levegőjéért. Ezért 1968-ban megkezdődött a MiG-31 tervezése. 1975. szeptember 16-án pedig először járt az égen. Ez a kétüléses szuperszonikus minden időjárási körülmények között nagy hatótávolságú elfogó vadászrepülőgép 2500 km/h sebességre (2,35 Mach) gyorsult, és az első negyedik generációs szovjet harci repülőgép lett.

A MiG-31-et úgy tervezték, hogy elfogja és megsemmisítse a légi célokat rendkívül alacsony, alacsony, közepes és nagy magasságban, nappal és éjszaka, egyszerű és nehéz időjárási körülmények között, aktív és passzív radarzavarással, valamint hamis hőcélpontokkal. Négy MiG-31 képes akár 900 kilométer hosszú légteret irányítani. Ez nem egy repülőgép, hanem az Unió büszkesége, amely még mindig szolgálatban áll Oroszországgal és Kazahsztánnal.

Forrás: Vitalij Kuzmin

Lockheed / Boeing F-22 Raptor

A legdrágább szuperszonikus repülőgépet az amerikaiak építették. Egy ötödik generációs többcélú vadászgépet modelleztek, amely a legdrágább lett kollégáik körében. A Lockheed / Boeing F-22 Raptor jelenleg az egyetlen szolgálatban lévő ötödik generációs vadászgép, és az első sorozatgyártású vadászgép, amelynek szuperszonikus utazósebessége 1890 km/h (1,78 Mach). A maximális sebesség 2570 km/h (2,42 Mach). Eddig senki sem múlta felül a levegőben.

Forrás: af.mil

Szu-100 / T-4

A Su-100 / T-4 ("szövés") repülőgép-hordozók vadászgépeként lett kifejlesztve. A Szuhoj Tervező Iroda mérnökeinek azonban nem csak céljukat sikerült elérniük, hanem egy menő csapásmérő-felderítő bombázó-rakétahordozót is modelleztek, amelyet később akár utasszállító repülőgépként és a Spiral repülőgép-rendszer gyorsítójaként is szerettek volna használni. A T-4 maximális sebessége 3200 km/h (3 Mach).

Ezen a héten zajlott le az amerikai hiperszonikus repülőgép (GLA) X-51 AWaveRider harmadik tesztrepülése - egy ígéretes rakéta prototípusa. Azonban 15 másodperccel az indítás után, még azelőtt, hogy a főmotor elkezdett működni, a WaveRider elvesztette az irányítást, és az óceánba esett.

A korábbi, tavalyi teszt is kudarcot vallott - nem működött időben és nem vált le a gázpedál, amely a főmotor indításához szükséges sebességre gyorsítja a járművet. Korábban, 2010-ben azonban a "gép" motorja 200 másodpercig tudott működni (a tervek szerint 300), amivel öt hangsebességre (5M) gyorsította fel a készüléket. Működésének időtartama tehát háromszor haladta meg az orosz/szovjet hiperszonikus repülőlaboratórium (HLL) „Kholod” által felállított korábbi rekordot. Ugyanakkor a hazai apparátussal ellentétben az "amerikai" repülési kerozint használt üzemanyagként, nem hidrogént.

A mostani kudarc kétségtelenül lelassítja az amerikai hiperszonikus programot, amelyre 2 milliárd dollárt költöttek. Ez azonban nem zárja ki azt a tényt, hogy az USA már rendelkezik ehhez a programhoz egy kulcsfontosságú technológiával - egy hiperszonikus sugárhajtómű (scramjet) működő prototípusával. ).

Potenciálisan az ilyen hajtóművek képesek akár 17 hangsebességgel felgyorsítani a repülőgépet hidrogénnel és akár 8-ra szénhidrogén üzemanyaggal. Ahhoz azonban, hogy működjön, az üzemanyag stabil égését kell elérni szuperszonikus légáramban – ami az egyik fejlesztő szerint semmivel sem egyszerűbb, mint egy hurrikán epicentrumában égő gyufát tartani. Nem is olyan régen azonban azt hitték, hogy szénhidrogén üzemanyag használatakor ez elvileg lehetetlen, és a scramjet motorhoz csak egy robbanásveszélyes üzemanyag alkalmas, ami működési nehézségeket okoz, és "duzzasztja" az üzemanyagtartályok térfogatát. a hidrogén alacsony sűrűsége. Ennek ellenére 2004 óta számos viszonylag sikeres repülőgép-tesztet végeztek nyugaton, hidrogénnel és "kerozinnal" egyaránt.

Mi a gyakorlati értelme a 2 milliárd dolláros programnak? Az X-51 tervezési sebessége 7M (kb. 7 ezer km/h 20 km-es magasság esetén), a tervezési hatótávolság 1600 km, a repülési magasság pedig körülbelül 25 km. Más szóval, a "hatótávolság" szempontjából nagyjából megfelel a BGM-109 "Tomogavk" cirkáló rakétának (1600 km, nukleáris robbanófejjel - 2500 km) vagy egy közepes hatótávolságú ballisztikus rakétának - például a Pershing alatt leszerelt. -2 INF Szerződés ( 1770 km). Milyen előnyei vannak a „hullámrepülésnek” a „versenytársakhoz” képest?

A BGM-109 szubszonikus sebessége 880 km/h. Így a repülés a maximális hatótávolságig körülbelül két órát vesz igénybe. Ez idő alatt a rakéta észlelhető és megsemmisíthető, a célpont pedig elmozdulhat. Természetesen a föld felett körülbelül 60 m magasságban repülő, méretéből adódóan alacsony radarjelzésű cirkálórakéta a légvédelem szempontjából igen problémás célpont. Vannak azonban sikeres példák is a "Tomahawks" támadott objektumok védelmére - például az iraki nukleáris központ a "sivatagi vihar" idején.

Az azonos sorrendű ballisztikus rakéták átlagos sebessége körülbelül 10 000 km / h. Azonban először is a „ballisztikát” már a kilövés pillanatában észlelni lehet az űrből - a működő rakétahajtóművek lenyűgöző fáklyája jól látható. Másodszor, az ilyen hatótávolságú ballisztikus rakéták maximális pályamagassága megközelíti a 400 km-t, tehát meglehetősen korán "világítanak" a rakétavédelmi radaron. Harmadszor, a "ballisztika" egy nem manőverező célpont, amely lehetővé teszi, hogy akár a vezérpontot célzó légvédelmi rakétákkal is elkapják őket. Általánosságban elmondható, hogy a rakétavédelmi rendszerek modern fejlesztésével egy közepes hatótávolságú ballisztikus rakéta meglehetősen sérülékeny célpont.

Ugyanakkor a ballisztikus rakéták az indítási tömeg és a hasznos teher arányát tekintve fenomenálisan nem hatékony szállítóeszköz. A vegyi rakétahajtóművek a hatalmas tolóerőt a még szörnyűbb mohósággal ötvözik, és a ballisztikus repülések elvileg energiaigényesek. Ennek eredményeként például a 7,4 tonnás indítótömegű "Pershing-2" 399 kg-os robbanófejet szállított. Összehasonlításképpen - a "Tomahawks" majdnem ugyanannyit szállít, körülbelül másfél tonna önsúly mellett.

Hasonlítsuk össze most a hiperszonikus rakétákkal. A sebesség és a repülési idő általában összehasonlítható a Pershing-2-ével. Ugyanakkor az X-51 egyrészt sokkal gazdaságosabb légsugárhajtóművet használ. Másodszor, nem mászik fel 400 km-es magasságra, "informálva" jelenlétét az összes környező rakétavédelmi radarnak. Harmadszor, képes aktívan manőverezni. Vegye figyelembe, hogy amint azt a svéd SaabBofors által 2007-ben végzett tesztek mutatják, 5,5 M sebességnél nehéz manőverek lehetségesek még a légkör sűrű rétegeiben is. Ennek eredményeként a WaveRider elfogás csak akkor lehetséges, ha az elfogó észrevehetően felülmúlja az utóbbit sebességben és manőverezhetőségben. Most egyszerűen nincsenek ilyen elfogók.

A meglévő rakétavédelmi rendszerek sem alkalmasak az X-51 osztályú hiperszonikus rakéták elleni harcra. Ebben az esetben a megsemmisítés alapvető lehetősége esetén is a célpont nagy sebessége élesen csökkenti az elfogási zónát.

Más szóval, a WaveRider a közepes hatótávolságú ballisztikus rakétákhoz hasonló megközelítési időt kombinál sokkal gyengébb láthatósággal és virtuális sebezhetetlenséggel a modern légvédelemmel/rakétavédelemmel szemben. Mindeközben egy időben a Szovjetunió vezetése mindent megtett, hogy eltávolítsa a Pershinget Európából, sokkal nagyobb számú saját közepes hatótávolságú rakétára cserélve őket – és erre jó okkal. Az amerikai rakéták 8-10 perces repülési ideje szinte ideális eszközzé tette őket a támadások lefegyverzésére és „lefejezésére” – a megtámadottaknak egyszerűen nem volt idejük reagálni. Az X-51 sorozatba hozatala esetén a helyzet degradált változatban reprodukálódik - annak ellenére, hogy a "hullámhajók" nukleáris verzióinak létrehozása teljesen lehetséges.

Ugyanakkor a GPRVD használata nem korlátozódik a közepes hatótávolságú járművekre. Egyrészt a NATO Űrkutatási és Fejlesztési Tanácsadó Csoportja (AGARD) szerint a scrumjet-ek széles körben alkalmazhatók pusztán taktikai kis hatótávolságú rendszerekben - páncéltörő rakétákban (ezeket az erődítmények megsemmisítésére is tervezték), levegő-levegő rakétákban. és kis kaliberű (30-40 mm) lövedékek légi célok eltalálásához. Egy másik valószínű irány a scramjet alkalmazása a ballisztikus rakéták elfogására tervezett rakétaelhárítókban a röppálya kezdeti szakaszában.

Másrészt a hiperszonikus technológiák alkalmazása a stratégiai rendszerek alapvetően új osztályainak megjelenéséhez vezethet. A legkonzervatívabb megoldás a hiperszonikus járművek „manőverező robbanófejek” használata a hagyományos ballisztikus rakétákhoz.

Megjegyzendő, hogy egy nagy hatótávolságú ballisztikus rakéta nem túl sérülékeny a röppálya középső szakaszán (mivel nagyszámú könnyű hamis célpont, dipólus reflektor és zavaró veszi körül), de a pálya kezdeti és utolsó szakaszán sérülékeny. (a könnyű hamis célpontokat maga a légkör küszöböli ki, ennek eredményeként a robbanófejet csak kis mennyiségű nehéz LC kíséri). Ugyanakkor mind a robbanófej, mind annak „kísérete” nem manőverező ballisztikus célpontok halmaza, ami radikálisan megkönnyíti a rakétavédelem feladatát. A nagy sebességű és manőverező, scramjet motorral szerelt "gép" azonban gyakorlatilag sebezhetetlen a jelenlegi légvédelmi és rakétavédelmi rendszerekkel szemben. Ennek eredményeként egy klasszikus ICBM és egy hiperszonikus manőverező robbanófej kombinálásával megbízható áttörést lehet elérni a megfelelő rakétavédelmi ágon.

Más szóval, olyan technológiáról beszélünk, amely képes valóban forradalmasítani a katonai ügyeket. A hiperszonikus fenyegetés elkerülhetetlenül valósággá válik a nagyon belátható jövőben.

Januárban jelentős esemény történt: új taggal bővült a hiperszonikus technológiák tulajdonosainak klubja. Kína 2015. január 9-én tesztelt egy WU-14 nevű hiperszonikus siklót (siklót). Ez egy irányított jármű, amely egy interkontinentális ballisztikus rakéta (ICBM) tetején ül. A rakéta felemeli a vitorlázó repülőgépet az űrbe, majd a sikló a célpontnál merül, több ezer kilométeres óránkénti sebességet fejlesztve.

A Pentagon szerint a kínai WU-14 hiperszonikus eszközt különféle kínai ballisztikus rakétákra lehet telepíteni, amelyek lőtávolsága 2000-12000 km. A januári tesztek során a WU-14 10 M sebességet fejlesztett ki - több mint 12,3 ezer km / h. A modern légvédelmi rendszerek nem képesek megbízhatóan eltalálni egy ilyen sebességgel repülő manőverező célpontot. Így Kína az Egyesült Államok és Oroszország után a harmadik ország lett a nukleáris és hagyományos fegyverek hiperszonikus hordozóinak technológiájával.

A HTV-2 hiperszonikus vitorlázógép elkülönül a felső szakasztól (USA)

Az Egyesült Államok és Kína hasonló hiperszonikus siklóterveken dolgoznak, amelyek kezdeti gyorsulást úgy kapnak, hogy hordozórakéta segítségével nagy magasságba emelkednek, majd a nagy magasságból irányított süllyedés során felgyorsulnak. Egy ilyen rendszer előnyei a nagy hatótávolság (akár globális csapás a Föld felszínének bármely pontján), a viszonylag egyszerű vitorlázóeszköz (nincs meghajtó motor), a nagy robbanófej tömeg és a nagy repülési sebesség (több mint 10 M). ).

Oroszország a földről, hajókról vagy harci repülőgépekről indítható hiperszonikus ramjet (scramjet) rakéták fejlesztésére összpontosít. Létezik egy orosz-indiai projekt ilyen fegyverrendszerek fejlesztésére, hogy 2023-ra India is beléphessen a „hiperszonikus klubba”. A hiperszonikus rakéták előnye, hogy olcsóbbak és rugalmasabbak, mint az ICBM-ekkel indított vitorlázók.

Kísérleti hiperszonikus rakéta scramjet X-51A WaveRiderrel (USA)

Mindkét típusú hiperszonikus fegyver hordozhat hagyományos vagy nukleáris robbanófejeket (CW). Az Ausztrál Stratégiai Politikai Intézet szakemberei kiszámították, hogy egy 500 kg tömegű és 6 M sebességű hiperszonikus robbanófej (nagy robbanóanyag vagy nukleáris robbanófej nélkül) becsapódásának kinetikai energiája az okozott sebzés szempontjából hasonló a hagyományos AGM-84 Harpoon szubszonikus rakéta robbanófejének felrobbantásához, amely körülbelül 100 kg tömegű robbanófejjel van felszerelve. Ez csak a negyede a 150 kg tömegű és 4 M sebességű, robbanóanyaggal rendelkező orosz P-270 Mosquito hajóelhárító rakéta tűzerejének.

Úgy tűnik, hogy a hiperszonikus fegyverek nem sokkal jobbak a meglévő szuperszonikus fegyvereknél, de minden nem olyan egyszerű. A tény az, hogy a ballisztikus rakéták robbanófejei könnyen észlelhetők nagy távolságból, és előre látható pálya mentén esnek. És bár sebességük óriási, a modern számítástechnika lehetővé tette a robbanófejek leszállási szakaszában történő elfogását, amit az amerikai rakétavédelmi rendszer váltakozó sikerrel bizonyít.

Ugyanakkor a hiperszonikus repülőgépek viszonylag lapos pályán közelítik meg a célt, rövid ideig tartózkodnak a levegőben, és képesek manőverezni. A legtöbb esetben a modern légvédelmi rendszerek nem képesek rövid időn belül észlelni és eltalálni a hiperszonikus célpontot.

Egy 6 M sebességű hiperszonikus rakéta mindössze 1 óra alatt repíti meg London és New York közötti távolságot

A modern légvédelmi rakéták egyszerűen nem tudnak utolérni egy hiperszonikus célpontot, például egy S-300-as légvédelmi rakétarendszer 7,5 M-es sebességre képes felgyorsulni, és akkor is csak rövid ideig. Így a 10 M körüli sebességű cél a legtöbb esetben túl kemény lesz számára. Ezenkívül a hiperszonikus fegyverek pusztító ereje kazettás robbanófej használatával növelhető: a volfrám "szögekből" készült nagysebességű repeszek ellehetetleníthetnek egy ipari létesítményt, egy nagy hajót, vagy elpusztíthatják a munkaerő és a páncélozott járművek torlódását. nagy terület.

A bármely légvédelmi rendszeren áthatolni képes hiperszonikus fegyverek elterjedése új kérdéseket vet fel a globális biztonság és a katonai paritás biztosításával kapcsolatban. Ha ezen a területen nem sikerül egyensúlyi elrettentőt elérni, mint az atomfegyvereknél, akkor a hiperszonikus csapások gyakori nyomásgyakorló eszközzé válhatnak, mert néhány hiperszonikus robbanófej tönkreteheti egy kis ország gazdaságát.

A Pentagon számításai szerint a hiperszonikus fegyvereket alkalmazó gyors globális csapás amerikai programja lehetővé teszi, hogy a világ bármely pontján bármely célpontot eltaláljunk anélkül, hogy a terep egy órán belül sugárszennyeződne. A rendszer még nukleáris konfliktus esetén is képes részben helyettesíteni az atomfegyvereket, akár a célpontok 30%-át is eltalálhatja.

Így a „hiperszonikus klub” tagjai szinte garantáltan megsemmisíthetik az ellenség kritikus infrastruktúrájának objektumait, például erőműveket, hadsereg parancsnoki állomásait, katonai bázisokat, nagyvárosokat és ipari létesítményeket. Szakértők számításai szerint 10-15 év van még hátra a hiperszonikus fegyverek első sorozatmintájának megjelenéséig, így még van idő az ilyen fegyverek helyi konfliktusokban való használatát korlátozó politikai megállapodások kidolgozására. Ha nem születnek ilyen megállapodások, az új fegyverek használatához kapcsolódóan még nagyobb humanitárius katasztrófák kockázata is fennáll.

Általános információ

A hiperszonikus sebességű repülés a szuperszonikus repülési rendszer része, és szuperszonikus gázáramban hajtják végre. A szuperszonikus légáramlás alapvetően különbözik a szubszonikustól, a repülőgép repülésének dinamikája pedig a hangsebesség feletti sebességgel (1,2 M felett) alapvetően különbözik a szubszonikus repüléstől (0,75 M-ig, a 0,75 és 1,2 M közötti sebességtartományt transzonikus sebességnek nevezzük). ).

A hiperszonikus sebesség alsó határának meghatározása általában az atmoszférában mozgó berendezés közelében lévő határrétegben (BL) a molekulák ionizációs és disszociációs folyamatainak megindulásával jár, ami körülbelül 5 M-nél kezdődik. ezt a sebességet az a tény jellemzi, hogy a szubszonikus tüzelőanyag-égetéssel ("SPVRD") működő ramjet motor ("Ramjet") használhatatlanná válik az ilyen típusú motorokban az áthaladó levegő fékezésekor fellépő rendkívül nagy súrlódás miatt. Így a repülés folytatásához a hiperszonikus sebességtartományban csak rakétahajtómű vagy szuperszonikus tüzelőanyag-égetéssel működő hiperszonikus ramjet motor (scramjet engine) használható.

Áramlási jellemzők

Míg a hiperszonikus áramlás (HF) meghatározása meglehetősen ellentmondásos a szuperszonikus és a hiperszonikus áramlások közötti egyértelmű határ hiánya miatt, a HF bizonyos fizikai jelenségekkel jellemezhető, amelyeket már nem lehet figyelmen kívül hagyni, ha figyelembe vesszük, nevezetesen:

Vékony lökéshullámréteg

A sebesség és a megfelelő Mach-számok növekedésével a lökéshullám mögötti sűrűség (SW) is növekszik, ami a lökéshullám mögötti térfogat csökkenésének felel meg a tömegmegmaradás miatt. Emiatt a lökéshullámréteg, vagyis a jármű és az SW közötti térfogat nagy Mach-számoknál elvékonyodik, és vékony határréteget (BL) hoz létre a jármű körül.

Viszkózus sokkrétegek kialakulása

Az M> 3 (viszkózus áramlás) levegőáramlásban lévő nagy kinetikus energia egy része viszkózus kölcsönhatás következtében belső energiává alakul. A belső energia növekedése a hőmérséklet növekedésében valósul meg. Mivel a határrétegen belüli áramlásra merőleges nyomásgradiens megközelítőleg nulla, a hőmérséklet jelentős emelkedése nagy Mach-számoknál a sűrűség csökkenéséhez vezet. Így a jármű felületén lévő PS növekszik, és magas Mach-számoknál összeolvad a lökéshullám vékony rétegével az orr közelében, és viszkózus lökésréteget képez.

Instabilitási hullámok megjelenése PS-ben, amelyek nem jellemzőek a szub- és szuperszonikus áramlásokra

Magas hőmérsékletű áramlás

A nagy sebességű áramlás a jármű elülső pontjában (a stagnálás helyén vagy területen) a gáz nagyon magas hőmérsékletre (akár több ezer fokra) felmelegedését okozza. A magas hőmérséklet viszont az áramlás nem egyensúlyi kémiai tulajdonságait hozza létre, amelyek a gázmolekulák disszociációjában és rekombinációjában, az atomok ionizációjában, az áramlásban és a készülék felületével való kémiai reakciókban állnak. Ilyen körülmények között a konvekciós és sugárzó hőátadási folyamatok jelentősek lehetnek.

Hasonlósági paraméterek

A gázáramlások paramétereit szokás olyan hasonlósági kritériumokkal leírni, amelyek lehetővé teszik, hogy szinte végtelen számú fizikai állapotot redukáljunk hasonlósági csoportokba, és amelyek lehetővé teszik a különböző fizikai paraméterekkel (nyomás, hőmérséklet, sebesség stb.) rendelkező gázáramok összehasonlítását. ) egymással. Ezen az elven alapulnak a szélcsatornákban végzett kísérletek és ezek eredményeinek valós repülőgépekre való átvitele, annak ellenére, hogy a csőkísérletek során a modellek mérete, áramlási sebessége, hőterhelése stb. valódi repülési módok, ugyanakkor a hasonlósági paraméterek (Mach, Reynolds, Stanton számok stb.) megfelelnek a repülési paramétereknek.

Transz- és szuperszonikus vagy összenyomható áramlás esetén a legtöbb esetben olyan paraméterek, mint a Mach-szám (az áramlási sebesség és a helyi hangsebesség aránya) és a Reynolds-szám elegendőek az áramlások teljes leírásához. Hiperszonikus adatfolyam esetén ezek a paraméterek gyakran nem elegendőek. Először is, a lökéshullám alakját leíró egyenletek 10 M sebességnél gyakorlatilag függetlenné válnak. Másodszor, a hiperszonikus áramlás megnövekedett hőmérséklete azt jelenti, hogy a nem ideális gázokhoz kapcsolódó hatások észrevehetővé válnak.

A valós gázban jelentkező hatások figyelembevétele több olyan változót jelent, amely a gáz állapotának teljes leírásához szükséges. Ha egy álló gázt három mennyiséggel teljesen leírunk: nyomás, hőmérséklet, hőkapacitás (adiabatikus index), a mozgó gáz pedig négy változóval írható le, amiben a sebesség is benne van, akkor a kémiai egyensúlyban lévő forró gázhoz is állapotegyenletekre van szükség. kémiai összetevőinek, valamint a disszociációs és ionizációs folyamatokkal rendelkező gáznak az időt is tartalmaznia kell állapotának egyik változójaként. Általánosságban ez azt jelenti, hogy bármely adott időpontban egy nem egyensúlyi áramláshoz 10-100 változó szükséges a gáz állapotának leírásához. Ezenkívül a ritkított hiperszonikus áramlás (HF), amelyet általában Knudsen-számokkal írnak le, nem engedelmeskedik a Navier-Stokes egyenleteknek, és módosítást igényel. A HP rendszerint a teljes entalpia (mJ/kg), a teljes nyomás (kPa) és a stagnálási hőmérséklet (K) vagy a sebesség (km/s) használatával kifejezett összenergia alapján kategorizálható (vagy osztályozható).

Ideális gáz

Ebben az esetben az áthaladó légáram ideális gázáramlásnak tekinthető. A HJ ebben az üzemmódban továbbra is a Mach-számoktól függ, és a szimulációt a hőmérsékleti invariánsok vezérlik, nem pedig az adiabatikus fal, amely alacsonyabb sebességeknél fordul elő. Ennek a területnek az alsó határa körülbelül 5 M sebességnek felel meg, ahol a szubszonikus égésű SPVRM-ek hatástalanná válnak, a felső határ pedig 10-12 M körüli sebességnek felel meg.

Ideális gáz két hőmérséklettel

Része a nagy sebességű ideális gázáramlási rezsim esetének, amelyben az áthaladó légáram kémiailag ideálisnak tekinthető, de a rezgési hőmérsékletet és a forgási gázhőmérsékletet külön kell figyelembe venni, ami két külön hőmérsékleti mintát eredményez. Ennek különösen nagy jelentősége van a szuperszonikus fúvókák tervezésénél, ahol a molekulák gerjesztése miatti vibrációs hűtés válik fontossá.

Disszociált gáz

Nyalábszállítás dominancia mód

12 km/s feletti sebességnél a hőátadás a jármű felé főleg radiális átvitelen keresztül kezd megtörténni, ami a sebesség növekedésével együtt kezd dominálni a termodinamikai átvitel felett. A gázmodellezés ebben az esetben két esetre oszlik:

• optikailag vékony - ebben az esetben azt feltételezzük, hogy a gáz nem nyeli vissza a többi részéből vagy kiválasztott térfogategységeiből származó sugárzást;
• optikailag vastag - ahol figyelembe veszik a plazma általi sugárzás elnyelését, amely azután újra kibocsátódik, beleértve a készülék testét is.

Az optikailag vastag gázok modellezése kihívást jelentő feladat, mivel az áramlás minden pontjában a sugárzási átvitel számítása miatt a számítási mennyiség exponenciálisan nő a figyelembe vett pontok számával.

Lásd még

Jegyzetek (szerkesztés)

Linkek

• Anderson John Hiperszonikus és magas hőmérsékletű gázdinamika második kiadás. - AIAA oktatási sorozat, 2006 .-- ISBN 1563477807
• NASA útmutató a hiperszonikusokhoz.

Egy közönséges utasszállító repülőgép körülbelül 900 km / h sebességgel repül. Egy katonai sugárhajtású vadászgép körülbelül háromszoros sebességet érhet el. Az Orosz Föderáció és a világ más országainak modern mérnökei azonban aktívan fejlesztenek még gyorsabb gépeket - hiperszonikus repülőgépeket. Mi az egyes fogalmak sajátossága?

Hiperszonikus repülőgép kritériumai

Mi az a hiperszonikus repülőgép? Mint ilyen, olyan készüléket szokás érteni, amely képes repülni a hang sebességénél többszörösen. A kutatók megközelítése a fajlagos mutató meghatározásához eltérő. Elterjedt a módszertan, amely szerint egy repülőgépet akkor kell hiperszonikusnak tekinteni, ha többszöröse a leggyorsabb modern szuperszonikus járművek sebességmutatóinak. Amelyek körülbelül 3-4 ezer km / h. Vagyis egy hiperszonikus repülőgépnek, ha betartja ezt a módszert, 6 ezer km / h sebességet kell kifejlesztenie.

Pilóta nélküli és irányított járművek

A kutatók megközelítései abban is eltérhetnek, hogy milyen kritériumokat határoznak meg egy adott jármű repülőgépként való besorolásához. Létezik egy olyan verzió, hogy csak azok a gépek sorolhatók be, amelyeket ember irányít. Van egy álláspont, amely szerint a pilóta nélküli jármű is repülőgépnek tekinthető. Ezért egyes elemzők az ilyen típusú gépeket emberi irányítás alatt állókra és önállóan működő gépekre osztják. Az ilyen felosztás indokolt lehet, mivel a pilóta nélküli légi járművek sokkal lenyűgözőbb műszaki jellemzőkkel rendelkezhetnek, például a torlódás és a sebesség tekintetében.

Ugyanakkor sok kutató egyetlen fogalomnak tekinti a hiperszonikus repülőgépeket, amelyeknél a sebesség a fő mutató. Nem mindegy, hogy ember ül a repülőgép kormányánál, vagy egy robot irányítja az autót – a lényeg, hogy a gép elég gyors legyen.

Felszállás – önállóan vagy külső segítséggel?

A hiperszonikus repülőgépek széles körben elterjedt besorolása azon alapul, hogy azokat a kategóriákba sorolják, amelyek képesek önállóan felszállni, vagy amelyek erősebb hordozóra - rakétára vagy teherszállító repülőgépre - helyezhetők. Létezik egy álláspont, amely szerint a szóban forgó típusba tartozó járművekre főként olyanokra lehet hivatkozni, amelyek önállóan, vagy más típusú eszközök minimális bevonásával képesek felszállni. Azonban azoknak a kutatóknak, akik úgy vélik, hogy a hiperszonikus repülőgép jellemzésének fő kritériuma - a sebesség - minden osztályozásnál a legfontosabbnak kell lennie. Legyen szó akár pilóta nélküli, irányított, önállóan vagy más gépek segítségével felszállásra képes készülék besorolásáról - ha a megfelelő mutató eléri a fenti értékeket, akkor hiperszonikus repülőgépről beszélünk.

A hiperszonikus megoldások főbb problémái

A hiperszonikus fogalmak több évtizedesek. A megfelelő típusú készülékek fejlesztésének évei során a világ mérnökei számos jelentős problémát oldottak meg, amelyek objektíve megakadályozzák a "hiperhang" előállítását - akárcsak a turbóproprepülőgépek gyártásának megszervezését.

A hiperszonikus repülőgépek tervezésének fő nehézsége a kellően energiahatékony hajtómű létrehozása. Egy másik probléma a szükséges apparátus felépítése. A tény az, hogy a hiperszonikus repülőgép sebessége azokban az értékekben, amelyeket fent vizsgáltunk, a test erős felmelegedését jelenti a légkörrel szembeni súrlódás miatt.

Ma számos példát fogunk megvizsgálni a megfelelő típusú repülőgépek sikeres prototípusaira, amelyek fejlesztői jelentős előrelépést tudtak elérni a megjelölt problémák sikeres megoldása terén. Vizsgáljuk meg most a világ leghíresebb fejlesztéseit a vizsgált típusú hiperszonikus repülőgépek létrehozása szempontjából.

a Boeing által

A világ leggyorsabb hiperszonikus repülőgépe egyes szakértők szerint az amerikai Boeing X-43A. Tehát ennek az eszköznek a tesztelése során rögzítették, hogy elérte a 11 ezer km / h sebességet. Ez körülbelül 9,6-szor gyorsabb

Mitől olyan különleges az X-43A hiperszonikus repülőgép? Ennek a repülőgépnek a jellemzői a következők:

A teszteken rögzített maximális sebesség 11 230 km/h;

Szárnyfesztávolság - 1,5 m;

Testhossz - 3,6 m;

Motor - ramjet, Supersonic Combustion Ramjet;

Üzemanyag - légköri oxigén, hidrogén.

Megállapítható, hogy a szóban forgó készülék az egyik legkörnyezetbarátabb. Az a tény, hogy a felhasznált tüzelőanyag gyakorlatilag nem jár káros égéstermékek felszabadulásával.

Az X-43A hiperszonikus repülőgépet a NASA mérnökei, az Orbical Science Corporation és a Minocraft közösen fejlesztették ki. körülbelül 10 évig jött létre. Körülbelül 250 millió dollárt fektettek be a fejlesztésébe. A szóban forgó repülőgép koncepcionális újdonsága, hogy a meghajtó tolóerő működését biztosító legújabb technológiát próbálták ki.

Fejlesztés az Orbital Science-ből

Az Orbital Science, amely, mint fentebb megjegyeztük, részt vett az X-43A készülék megalkotásában, szintén létrehozta saját hiperszonikus repülőgépét - az X-34-et.

Végsebessége meghaladja a 12 ezer km/h-t. Igaz, a gyakorlati tesztek során nem sikerült elérni - ráadásul az X43-A repülőgép által mutatott ábrát sem sikerült elérni. A vizsgált repülőgép felgyorsul, amikor a szilárd tüzelőanyaggal működő Pegasus rakétát aktiválják. Az X-34-et először 2001-ben tesztelték. A szóban forgó repülőgép lényegesen nagyobb, mint a Boeing készülék - hossza 17,78 m, szárnyfesztávolsága 8,85 m. Az Orbical Science hiperszonikus gépének maximális repülési magassága 75 kilométer.

Észak-amerikai repülőgép

Egy másik híres hiperszonikus repülőgép az X-15, amelyet Észak-Amerika gyárt. Ezt az elemzői apparátust kísérletinek nevezik.

Fel van szerelve, ami okot ad néhány szakértőnek arra, hogy ne minősítsék repülőgépnek. A rakétahajtóművek jelenléte azonban lehetővé teszi az eszköz számára, hogy végrehajtsa, így ebben az üzemmódban az egyik teszt során pilóták tesztelték. Az X-15 készülék célja a hiperszonikus repülések sajátosságainak tanulmányozása, egyes tervezési megoldások, új anyagok és az ilyen gépek vezérlési tulajdonságainak értékelése a légkör különböző rétegeiben. Figyelemre méltó, hogy 1954-ben hagyták jóvá. Az X-15 több mint 7 ezer km/h sebességgel repül. Repülési hatótávolsága több mint 500 km, magassága meghaladja a 100 km-t.

A leggyorsabb sorozatgyártású repülőgép

Az általunk fentebb vizsgált hiperszonikus járművek tulajdonképpen a kutatások kategóriájába tartoznak. Hasznos lesz megvizsgálni néhány olyan repülőgép-mintát, amelyek jellemzőiben közel állnak a hiperszonikusokhoz, vagy (egyik vagy másik módszertan szerint) azok.

Ezek közé a gépek közé tartozik az amerikai fejlesztésű SR-71. Egyes kutatók nem hajlandók ezt a repülőgépet hiperszonikusnak tulajdonítani, mivel maximális sebessége körülbelül 3,7 ezer km / h. Legszembetűnőbb jellemzői közé tartozik a felszálló tömeg, amely meghaladja a 77 tonnát. A készülék hossza több mint 23 m, szárnyfesztávolsága több mint 13 m.

Az orosz MiG-25-öt az egyik leggyorsabb katonai repülőgépnek tartják. A készülék 3,3 ezer km/h feletti sebességre képes. Az orosz repülőgép maximális felszálló tömege 41 tonna.

Így az Orosz Föderáció a soros megoldások piacának vezetői közé tartozik, amelyek jellemzői közel állnak a hiperszonikus megoldásokhoz. De mi a helyzet a „klasszikus” hiperszonikus repülőgépek orosz fejlesztéseivel? Képesek az Orosz Föderáció mérnökei olyan megoldást alkotni, amely versenyképes a Boeing és az Orbital Scence gépeivel?

Orosz hiperszonikus járművek

Az orosz hiperszonikus repülőgép jelenleg fejlesztés alatt áll. De ez elég aktívan megy. Az U-71-es repülőgépről beszélünk. Első tesztjeit – a sajtóértesülések alapján – 2015 februárjában végezték Orenburg közelében.

Feltételezések szerint a repülőgépet katonai célokra használják majd. Tehát egy hiperszonikus eszköz szükség esetén képes lesz pusztító fegyvereket szállítani jelentős távolságokra, figyelni a területet, és a rohamrepülés elemeként is használható. Egyes kutatók úgy vélik, hogy 2020-2025. a Stratégiai Rakétaerők körülbelül 20 megfelelő típusú repülőgépet kapnak.

A médiában olyan információk vannak, amelyek szerint Oroszország hiperszonikus repülőgépét a szintén tervezési szakaszban lévő Sarmat ballisztikus rakétára helyezik. Egyes elemzők úgy vélik, hogy a kifejlesztett Yu-71 hiperszonikus apparátus nem más, mint egy robbanófej, amelyet a végső repülési fázisban le kell választani egy ballisztikus rakétától, hogy aztán a repülőgép nagy manőverezőképességének köszönhetően legyőzze a rakétavédelmet. rendszerek.

"Ajax" projekt

A hiperszonikus repülőgépek fejlesztésével kapcsolatos legjelentősebb projektek közé tartozik az Ajax. Tanulmányozzuk részletesebben. Az Ajax hiperszonikus repülőgép szovjet mérnökök koncepcionális fejlesztése. A tudományos közösségben a 80-as években kezdték beszélni róla. A legfigyelemreméltóbb jellemzők közé tartozik a hővédelmi rendszer, amely arra szolgál, hogy megvédje a házat a túlmelegedéstől. Így az "Ajax" eszköz fejlesztői megoldást javasoltak a fentebb vázolt "hiperszonikus" problémák egyikére.

A repülőgépek hővédelmének hagyományos rendszere speciális anyagok elhelyezését jelenti a testen. Az "Ajax" fejlesztői egy másik koncepciót javasoltak, amely szerint nem kellett volna megvédenie a készüléket a külső felmelegedéstől, hanem hőt engedni a gépbe, miközben növeli az energiaforrást. A szovjet készülék fő versenytársa az Egyesült Államokban létrehozott "Aurora" hiperszonikus repülőgép volt. Mivel azonban a Szovjetunió tervezői jelentősen kibővítették a koncepció lehetőségeit, a legszélesebb körű feladatokat az új fejlesztésekre, különösen a kutatásra bízták. Azt mondhatjuk, hogy az "Ajax" egy hiperszonikus többcélú repülőgép.

Tekintsük részletesebben a Szovjetunió mérnökei által javasolt technológiai újításokat.

Tehát az "Ajax" szovjet fejlesztői azt javasolták, hogy a repülőgép testének a légkörrel szembeni súrlódása következtében keletkező hőt hasznos energiává alakítsák át. Technikailag ez úgy valósítható meg, ha további héjakat helyeznek el a készüléken. Ennek eredményeként valami olyan, mint egy második épület alakult ki. Az üregét valamiféle katalizátorral, például éghető anyag és víz keverékével kellett volna kitölteni. Az "Ajax" szilárd anyagból készült hőszigetelő rétegét folyékonyra kellett volna cserélni, ami egyrészt védi a motort, másrészt hozzájárul a katalitikus reakcióhoz, amit eközben endoterm hatás kísérhet – a testrészek hőátadása befelé. Elméletileg a készülék külső részeinek hűtése bármi lehet. A felesleges hőt pedig a repülőgép hajtóművének hatékonyságának növelése érdekében kellett volna felhasználni. Ugyanakkor ez a technológia lehetővé tenné, hogy a reakció következtében tüzelőanyagokat és szabad hidrogén típusokat állítsanak elő.

Jelenleg nincs információ a nagyközönség számára az "Ajax" fejlesztésének folytatásáról, de a kutatók nagyon ígéretesnek tartják a szovjet koncepciók gyakorlatba való átültetését.

Kínai hiperszonikus járművek

Kína Oroszország és az Egyesült Államok versenytársává válik a hiperszonikus piacon. A KNK-ból származó mérnökök leghíresebb fejlesztései közé tartozik a WU-14 repülőgép. Ez egy ballisztikus rakétára szerelt hiperszonikus irányított repülőgépváz.

Az ICBM egy repülőgépet indít az űrbe, ahonnan a gép élesen lefelé merül, hiperszonikus sebességet fejlesztve. A kínai készülék különböző ICBM-ekre szerelhető, 2-12 ezer km-es hatótávolsággal. Kiderült, hogy a tesztek során a WU-14 12 ezer km/h-t meghaladó sebességet tudott elérni, így egyes elemzők szerint a leggyorsabb hiperszonikus repülőgép lett.

Ugyanakkor sok kutató úgy véli, hogy a kínai fejlesztés nem teljesen jogos a repülőgép-osztályra utalni. Tehát széles körben elterjedt a verzió, amely szerint az eszközt pontosan robbanófejnek kell besorolni. Ráadásul nagyon hatékony. A jelzett sebességgel lerepülve még a legmodernebb rakétavédelmi rendszerek sem tudják garantálni a megfelelő célpont elfogását.

Megjegyzendő, hogy Oroszország és az Egyesült Államok is foglalkozik katonai célokra használt hiperszonikus járművek fejlesztésével. Ugyanakkor az orosz koncepció, amely szerint a megfelelő típusú gépeket kellene létrehozni, egyes médiában megjelent adatok tanúsága szerint jelentősen eltér az amerikaiak és a kínaiak által megvalósított technológiai elvektől. Tehát az Orosz Föderáció fejlesztői erőfeszítéseiket a földről indítható ramjet motorral felszerelt repülőgépek létrehozására összpontosítják. Oroszország ilyen irányú együttműködést tervez Indiával. Az orosz koncepció szerint megalkotott hiperszonikus járműveket egyes elemzők szerint alacsonyabb költségek és szélesebb alkalmazási kör jellemzi.

Ugyanakkor Oroszország hiperszonikus repülőgépe, amelyet fentebb említettünk (Yu-71), egyes elemzők szerint ugyanazt az elhelyezést feltételezi az ICBM-eken. Ha ez a tézis igaznak bizonyul, akkor elmondható, hogy az Orosz Föderáció mérnökei egyidejűleg két népszerű koncepcionális irányban dolgoznak a hiperszonikus repülőgépek építésében.

Összegzés

Tehát valószínűleg a világ leggyorsabb hiperszonikus repülőgépe, ha már repülőgépekről beszélünk, bármilyen besorolásuk is legyen, akkor is a kínai WU-14. Bár meg kell értenie, hogy a valódi információk róla, beleértve a tesztekkel kapcsolatosakat is, minősíthetők. Ez összhangban van a kínai fejlesztők elveivel, akik gyakran arra törekednek, hogy katonai technológiáikat minden áron titokban tartsák. A leggyorsabb hiperszonikus repülőgép sebessége meghaladja a 12 ezer km/h-t. Az amerikai fejlesztésű X-43A "utoléri" – sok szakértő ezt tartja a leggyorsabbnak. Elméletileg az X-43A hiperszonikus repülőgép, valamint a kínai WU-14 utolérheti az Orbical Science fejlesztését, amelyet több mint 12 ezer km / h sebességre terveztek.

Az orosz U-71-es repülőgép jellemzőit még nem ismeri a nagyközönség. Elképzelhető, hogy közel lesznek a kínai repülőgépek paramétereihez. Orosz mérnökök olyan hiperszonikus repülőgépet is fejlesztenek, amely nem ICBM alapján, hanem önállóan képes felszállni.

Az orosz, kínai és amerikai kutatók jelenlegi projektjei így vagy úgy kapcsolódnak a katonai szférához. A hiperszonikus repülőgépeket, esetleges besorolásuktól függetlenül, elsősorban fegyverhordozóknak tekintik, valószínűleg nukleáris fegyvereknek. A világ különböző országaiból származó kutatók munkáiban azonban vannak olyan tézisek, amelyek szerint a „hiperhang”, mint az atomtechnológiák, békés is lehet.

A lényeg a megfizethető és megbízható megoldások megjelenése, amelyek lehetővé teszik a megfelelő típusú gépek tömeggyártásának megszervezését. Az ilyen eszközök alkalmazása a gazdaságfejlesztés legszélesebb ágában lehetséges. A hiperszonikus repülőgépek iránti legnagyobb kereslet valószínűleg az űriparban és a kutatási iparban lesz.

Ahogy a megfelelő gépek gyártásának technológiája olcsóbbá válik, a közlekedési vállalkozások érdeklődést mutathatnak az ilyen projektekbe való befektetés iránt. Az ipari vállalatok, a különféle szolgáltatók a „hiperhangot” kezdhetik úgy tekinteni, mint az üzlet versenyképességét növelő eszközt a nemzetközi kommunikáció szervezése terén.