Care este viteza de 5 m. Războiul hipersonic este înfricoșător de incertitudine. Extras care caracterizează viteza hipersonică

Pe 6 februarie 1950, în timpul unui alt test, avionul de luptă sovietic MiG-17 în zbor orizontal a depășit viteza sunetului, accelerând până la aproape 1070 km/h. Acest lucru l-a transformat în primul avion supersonic produs în masă. Dezvoltatorii Mikoyan și Gurevich au fost în mod clar mândri de creația lor.

Pentru zborurile de luptă, MiG-17 a fost considerat aproape sonic, deoarece viteza sa de croazieră nu depășea 861 km/h. Dar acest lucru nu a împiedicat luptătorul să devină unul dintre cele mai răspândite din lume. În diferite momente, a fost în serviciu cu Germania, China, Coreea, Polonia, Pakistan și zeci de alte țări. Acest monstru a luat parte chiar și la luptele din Războiul din Vietnam.

MiG-17 este departe de a fi singurul reprezentant al genului aeronavelor supersonice. Vă vom povesti despre încă o duzină de nave aeriene care au depășit și unda sonoră și au devenit celebre în întreaga lume.

Bell X-1

Forțele aeriene americane au echipat în mod special Bell X-1 cu un motor de rachetă, deoarece doreau să-l folosească pentru a studia problemele zborului supersonic. Pe 14 octombrie 1947, dispozitivul a accelerat la 1541 km/h (Mach 1,26), a depășit bariera predeterminată și s-a transformat într-o stea pe cer. Astăzi, modelul de record se află în Muzeul Smithsonian din State.

Sursa: NASA

X-15 nord-american

Nord-americanul X-15 este, de asemenea, alimentat de motoare rachete. Însă, spre deosebire de omologul său american Bell X-1, această aeronavă a atins o viteză de 6167 km/h (Mach 5,58), devenind prima și timp de 40 de ani singura aeronavă hipersonică cu echipaj din istoria omenirii (din 1959) care a efectuat operațiuni suborbitale. zboruri spațiale cu echipaj. Cu ajutorul lui, a fost studiată chiar și reacția atmosferei la intrarea corpurilor înaripate în ea. În total, au fost produse trei unități de planoare rachetă Kh-15.

Sursa: NASA

Lockheed SR-71 Blackbird

Este un păcat să nu folosești avioane supersonice în scopuri militare. Prin urmare, Forțele Aeriene ale SUA au proiectat Lockheed SR-71 Blackbird, un avion strategic de recunoaștere cu o viteză maximă de 3.700 km/h (Mach 3,5). Principalele avantaje sunt accelerația rapidă și manevrabilitatea ridicată, ceea ce i-a permis să evite rachetele. De asemenea, SR-71 a fost prima aeronavă care a fost echipată cu tehnologii pentru reducerea semnăturii radar.

Au fost construite în total 32 de unități, dintre care 12 s-au prăbușit. Scos din serviciu în 1998.

Sursa: af.mil

MiG-25

Nu putem decât să ne amintim MiG-25 intern - un interceptor de luptă supersonic de mare altitudine din a 3-a generație, cu o viteză maximă de 3000 km / h (Mach 2,83). Avionul era atât de cool încât până și japonezii îl râvniu. Prin urmare, pe 6 septembrie 1976, pilotul sovietic Viktor Belenko a fost nevoit să deturneze un MiG-25. După aceea, de-a lungul a mulți ani în multe părți ale Uniunii, avioanele au început să se alimenteze incomplet. Scopul este să îi împiedice să ajungă la cel mai apropiat aeroport străin.

Sursa: Alexey Beltyukov

MiG-31

Oamenii de știință sovietici nu au încetat să lucreze pentru binele aerului patriei. Prin urmare, în 1968, a început proiectarea MiG-31. Și pe 16 septembrie 1975, a vizitat pentru prima dată cerul. Acest avion de luptă interceptor cu rază lungă de acțiune supersonică cu două locuri, pentru orice vreme, a accelerat până la o viteză de 2500 km/h (Mach 2,35) și a devenit primul avion de luptă sovietic din a patra generație.

MiG-31 este conceput pentru a intercepta și distruge ținte aeriene la altitudini extrem de joase, joase, medii și mari, zi și noapte, în condiții meteorologice simple și dificile, cu bruiaj radar activ și pasiv, precum și ținte termice false. Patru MiG-31 pot controla spațiul aerian cu o lungime de până la 900 de kilometri. Acesta nu este un avion, ci mândria Uniunii, care este încă în serviciu cu Rusia și Kazahstan.

Sursa: Vitaly Kuzmin

Lockheed / Boeing F-22 Raptor

Cel mai scump avion supersonic a fost construit de americani. Ei au modelat un luptător multirol din a cincea generație care a devenit cel mai scump dintre colegii lor. Lockheed / Boeing F-22 Raptor este în prezent singurul avion de vânătoare din a cincea generație în serviciu și primul avion de vânătoare de producție cu o viteză de croazieră supersonică de 1890 km/h (Mach 1,78). Viteza maximă este de 2570 km/h (Mach 2,42). Până acum, nimeni nu l-a depășit în aer.

Sursa: af.mil

Su-100 / T-4

Su-100 / T-4 ("țesut") a fost dezvoltat ca un avion de luptă pentru portavioane. Dar inginerii Biroului de Proiectare Sukhoi au reușit nu numai să-și atingă obiectivul, ci și să modeleze un transportator de rachete bombardier-recunoaștere, pe care ulterior au vrut să-l folosească chiar și ca avion de pasageri și accelerator pentru sistemul aerospațial Spiral. Viteza maximă a lui T-4 este de 3200 km/h (Mach 3).

Săptămâna aceasta a avut loc cel de-al treilea zbor de testare al aeronavei hipersonice americane (GLA) X-51 AWaveRider - un prototip al unei rachete promițătoare. Cu toate acestea, la 15 secunde de la lansare, chiar înainte ca motorul principal să înceapă să funcționeze, WaveRider a pierdut controlul și a căzut în ocean.

Testul anterior, care a avut loc anul trecut, a eșuat și el - accelerația, care accelerează vehiculul până la viteza necesară pornirii motorului principal, nu a funcționat la timp și nu s-a separat. Cu toate acestea, mai devreme, în 2010, motorul „mașinii” a reușit să funcționeze 200 de secunde (planificat 300), accelerând dispozitivul la cinci viteze de sunet (5M). Durata de funcționare a acestuia, astfel, a depășit de trei ori recordul anterior stabilit de laboratorul de zbor hipersonic rus/sovietic (HLL) „Kholod”. În același timp, spre deosebire de aparatura casnică, „americanul” folosea ca combustibil kerosenul de aviație, nu hidrogenul.

Eșecul actual va încetini, fără îndoială, programul hipersonic al SUA, pentru care s-au cheltuit 2 miliarde de dolari.Totuși, acest lucru nu anulează faptul că SUA deține deja o tehnologie cheie pentru acest program - un prototip funcțional al unui motor cu reacție hipersonic (scramjet). ).

Potențial, astfel de motoare sunt capabile să accelereze aeronava până la 17 viteze ale sunetului pe hidrogen și până la 8 cu hidrocarburi. Cu toate acestea, pentru ca acesta să funcționeze, este necesar să se obțină o combustie stabilă a combustibilului într-un flux de aer supersonic - ceea ce, potrivit unuia dintre dezvoltatori, nu este mai ușor decât să țină un chibrit aprins în epicentrul unui uragan. Cu toate acestea, nu cu mult timp în urmă se credea că atunci când se folosește combustibil cu hidrocarburi, acest lucru este în principiu imposibil, iar singurul combustibil potrivit pentru un motor scramjet este unul exploziv, care creează dificultăți operaționale și „umflă” volumele rezervoarelor de combustibil din cauza densitatea scăzută a hidrogenului. Cu toate acestea, din 2004, în Occident au fost efectuate o serie de teste relativ reușite ale aeronavelor, atât cu hidrogen, cât și „kerosen”.

Care este sensul practic al programului de 2 miliarde de dolari? Viteza de proiectare a X-51 este de 7M (aproximativ 7 mii km / h pentru o altitudine de 20 km), intervalul de proiectare este de 1600 km, iar altitudinea de zbor este de aproximativ 25 km. Cu alte cuvinte, în termeni de „rază”, corespunde aproximativ cu racheta de croazieră BGM-109 „Tomogavk” (1600 km, cu un focos nuclear - 2500 km) sau o rachetă balistică cu rază intermediară - de exemplu, dezafectată sub Pershing. -2 Tratatul INF (1770 km). Care sunt avantajele unui „zbor pe val” în comparație cu „concurenții”?

BGM-109 are o viteză subsonică de 880 km/h. Astfel, zborul la intervalul maxim durează aproximativ două ore. În acest timp, racheta poate fi detectată și distrusă, iar ținta se poate mișca. Desigur, o rachetă de croazieră care zboară la o altitudine de aproximativ 60 m deasupra solului și care are o semnătură radar scăzută datorită dimensiunii sale este o țintă foarte problematică pentru apărarea aeriană. Cu toate acestea, sunt cunoscute și exemple de succes de apărare a obiectelor atacate de la „Tomahawks” - de exemplu, centrul nuclear irakian în timpul „Furtunii în deșert”.

O rachetă balistică cu o rază de acțiune de același ordin are o viteză medie de aproximativ 10.000 km/h. Cu toate acestea, în primul rând, „balistica” poate fi detectată din spațiu deja în momentul lansării - lanterna impresionantă de la motoarele de rachetă în funcțiune este destul de clar vizibilă. În al doilea rând, altitudinea maximă a traiectoriei rachetelor balistice cu o astfel de rază de acțiune este aproape de 400 km, așa că sunt „aprinse” destul de devreme pe radarele de apărare antirachetă. În al treilea rând, „balistica” este o țintă fără manevră, ceea ce face posibilă interceptarea lor chiar și prin rachete antiaeriene care vizează punctul de conducere. În general, odată cu dezvoltarea modernă a sistemelor de apărare antirachetă, o rachetă balistică cu rază medie de acțiune este o țintă destul de vulnerabilă.

În același timp, rachetele balistice sunt un vehicul de livrare fenomenal de ineficient în ceea ce privește raportul dintre masa de lansare și sarcina utilă. Motoarele de rachete chimice combină o tracțiune enormă cu o voracitate și mai monstruoasă, iar zborurile balistice sunt, în principiu, consumatoare de energie. Ca rezultat, de exemplu, „Pershing-2” cu o greutate de lansare de 7,4 tone a transportat un focos de 399 kg. Pentru comparație - „Tomahawks” transportă aproape aceeași cantitate, cu o greutate moartă de aproximativ o tonă și jumătate.

Acum să comparăm cu rachetele hipersonice. Viteza și timpul de zbor, în general, sunt comparabile cu cele ale lui Pershing-2. În același timp, X-51, în primul rând, folosește un motor cu jet de aer mult mai economic. În al doilea rând, nu urcă la o altitudine de 400 km, „informand” despre prezența sa la toate radarele de apărare antirachetă din jur. În al treilea rând, este capabil să manevreze activ. Rețineți că, după cum arată testele efectuate în 2007 de suedezii SaabBofors, la viteze de 5,5 M, manevrele dificile sunt posibile chiar și în straturile dense ale atmosferei. Ca urmare, interceptarea WaveRider este posibilă numai dacă interceptorul este vizibil superior acestuia din urmă în ceea ce privește viteza și manevrabilitatea. Acum pur și simplu nu există astfel de interceptori.

Sistemele de apărare antirachetă existente sunt, de asemenea, incapabile să lupte cu rachetele hipersonice din clasa X-51. În acest caz, chiar și în cazul posibilității fundamentale de distrugere, viteza mare a țintei reduce brusc zona de interceptare.

Cu alte cuvinte, WaveRider combină un timp de apropiere comparabil cu rachetele balistice cu rază medie de acțiune cu o vizibilitate mult mai scăzută și o invulnerabilitate virtuală împotriva apărării antiaeriene moderne / apărării antirachetă. Între timp, la un moment dat, conducerea URSS a făcut eforturi mari pentru a elimina Pershing-ul din Europa, schimbându-le cu un număr mult mai mare de rachete proprii cu rază medie de acțiune - și din motive întemeiate. Timpul de zbor de 8-10 minute al rachetelor americane le-a transformat într-un mijloc aproape ideal de dezarmare și „decapitare” a atacurilor - cei care au fost atacați pur și simplu nu au avut timp de răspuns. În cazul aducerii X-51 în serie, situația va fi reprodusă într-o versiune degradată - în ciuda faptului că crearea de versiuni nucleare de „bărci cu valuri” este destul de posibilă.

În același timp, utilizarea GPRVD nu se limitează la vehiculele cu rază medie de acțiune. Pe de o parte, conform Grupului consultativ NATO pentru Cercetare și Dezvoltare Spațială (AGARD), scrumjets pot fi utilizate pe scară largă în sisteme pur tactice cu rază scurtă de acțiune - rachete antitanc (de asemenea concepute pentru a distruge fortificații), rachete aer-aer. și obuze de calibru mic (30-40 mm) pentru lovirea țintelor aeriene. O altă direcție probabilă este utilizarea scramjet-ului în antirachete concepute pentru a intercepta rachete balistice în stadiul inițial al traiectoriei.

Pe de altă parte, utilizarea tehnologiilor hipersonice poate duce la apariția unor clase fundamental noi de sisteme strategice. Opțiunea cea mai conservatoare este folosirea vehiculelor hipersonice ca „capete de manevră” pentru rachetele balistice tradiționale.

Rețineți că o rachetă balistică cu rază lungă de acțiune nu este foarte vulnerabilă în secțiunea mijlocie a traiectoriei (deoarece este înconjurată de un număr mare de ținte false luminoase, reflectoare dipol și bruiaj), dar vulnerabilă la secțiunile inițiale și finale ale traiectoriei (Țintele false ușoare sunt eliminate de atmosfera însăși, ca urmare, focosul este însoțit doar de o cantitate mică de LC grea). În același timp, atât focosul, cât și „suitul” acestuia sunt un set de ținte balistice fără manevrare, care facilitează radical sarcina de apărare antirachetă. Cu toate acestea, o „mașină” de mare viteză și manevră cu un motor scramjet este practic invulnerabilă la sistemele actuale de apărare antiaeriană și antirachetă. Ca rezultat, combinând un ICBM clasic cu un focos de manevră hipersonic, este posibil să se realizeze o descoperire fiabilă a eșalonului corespunzător de apărare antirachetă.

Cu alte cuvinte, vorbim de tehnologie capabilă să revoluționeze cu adevărat afacerile militare. Amenințarea hipersonică va deveni inevitabil o realitate în viitorul foarte previzibil.

În ianuarie, a avut loc un eveniment semnificativ: clubul proprietarilor de tehnologii hipersonice a fost completat cu un nou membru. China a testat pe 9 ianuarie 2015 un planor hipersonic (planor) numit WU-14. Este un vehicul ghidat care se află deasupra unei rachete balistice intercontinentale (ICBM). Racheta ridică planorul în spațiu, după care planorul se scufundă la țintă, dezvoltând o viteză de mii de kilometri pe oră.

Potrivit Pentagonului, dispozitivul hipersonic chinezesc WU-14 poate fi instalat pe diferite rachete balistice chineze cu o rază de tragere de la 2.000 la 12.000 km. În timpul testelor din ianuarie, WU-14 a dezvoltat o viteză de 10 M - mai mult de 12,3 mii km / h. Sistemele moderne de apărare aeriană nu sunt capabile să lovească în mod fiabil o țintă de manevră care zboară cu o astfel de viteză. Astfel, China a devenit a treia țară, după Statele Unite și Rusia, cu tehnologia purtătorilor hipersonici de arme nucleare și convenționale.

Planorul hipersonic HTV-2 este separat de treapta superioară (SUA)

Statele Unite și China lucrează la modele similare de planoare hipersonice care obțin o accelerație inițială prin urcarea la o altitudine mare cu ajutorul unui vehicul de lansare și apoi accelerând în timpul unei coborâri controlate de la altitudini mari. Avantajele unui astfel de sistem sunt o rază lungă de acțiune (până la o lovitură globală în orice punct de pe suprafața Pământului), un dispozitiv de planor relativ simplu (fără motor de propulsie), o masă mare de focos și o viteză mare de zbor (mai mult de 10 M). ).

Rusia se concentrează pe dezvoltarea de rachete hipersonice ramjet (scramjet) care pot fi lansate de la sol, nave sau avioane de război. Există un proiect ruso-indian de dezvoltare a unor astfel de sisteme de arme, astfel încât până în 2023 India să intre și ea în „clubul hipersonic”. Avantajul rachetelor hipersonice este că sunt mai puțin costisitoare și mai flexibile decât planoarele lansate cu ICBM-uri.

Rachetă hipersonică experimentală cu scramjet X-51A WaveRider (SUA)

Ambele tipuri de arme hipersonice pot transporta focoase convenționale sau nucleare (CW). Specialiștii Institutului Australian pentru Politică Strategică au calculat că energia cinetică a impactului unui focos hipersonic (fără un focos puternic exploziv sau nuclear) cu o masă de 500 kg și o viteză de 6 M în ceea ce privește daunele cauzate este comparabilă cu detonarea focosului unei rachete subsonice convenționale AGM-84 Harpoon echipată cu un focos cu explozibili cu o greutate de aproximativ 100 kg. Acesta este doar un sfert din puterea de foc a rachetei rusești antinavă P-270 Mosquito cu explozibili care cântăresc 150 kg și o viteză de 4 M.

S-ar părea că armele hipersonice nu sunt cu mult superioare celor supersonice existente, dar totul nu este atât de simplu. Faptul este că focoasele de rachete balistice sunt ușor de detectat la distanță mare și cad pe o traiectorie previzibilă. Și, deși viteza lor este enormă, tehnologia computerizată modernă a făcut posibilă interceptarea focoaselor în timpul fazei de coborâre, așa cum demonstrează sistemul american de apărare antirachetă cu succes diferit.

În același timp, aeronavele hipersonice se apropie de țintă pe o traiectorie relativ plată, rămân în aer pentru o perioadă scurtă de timp și pot manevra. În majoritatea scenariilor, sistemele moderne de apărare aeriană nu sunt capabile să detecteze și să lovească o țintă hipersonică într-o perioadă scurtă de timp.

O rachetă hipersonică cu o viteză de 6 M va zbura distanța de la Londra la New York în doar 1 oră

Rachetele antiaeriene moderne pur și simplu nu pot ajunge din urmă cu o țintă hipersonică, de exemplu, un sistem de rachete antiaeriene S-300 poate accelera până la o viteză de 7,5 M și chiar și atunci doar pentru o perioadă scurtă de timp. Astfel, o țintă cu o viteză de aproximativ 10 M va fi prea dură pentru ea în majoritatea cazurilor. În plus, puterea distructivă a armelor hipersonice poate fi mărită prin utilizarea unui focos de grup: schijele de mare viteză din „cuie” de tungsten pot dezactiva o instalație industrială, o navă mare sau pot distruge o congestionare de forță de muncă și vehicule blindate peste o suprafata mare.

Proliferarea armelor hipersonice capabile să pătrundă în orice sistem de apărare aeriană ridică noi întrebări privind asigurarea securității globale și a parității militare. Dacă nu se realizează o descurajare de echilibru în acest domeniu, cum este cazul armelor nucleare, loviturile hipersonice s-ar putea transforma într-un instrument de presiune comun, deoarece doar câteva focoase hipersonice ar putea distruge economia unei țări mici.

Potrivit calculelor Pentagonului, programul american de lovitură globală rapidă folosind arme hipersonice va face posibilă lovirea oricărei ținte oriunde în lume fără contaminarea cu radiații a terenului în decurs de o oră. Chiar și în cazul unui conflict nuclear, sistemul poate înlocui parțial armele nucleare, lovind până la 30% din ținte.

Astfel, membrii „clubului hipersonic” vor putea aproape garantat să distrugă obiectele infrastructurii critice ale inamicului, de exemplu, centrale electrice, posturi de comandă ale armatei, baze militare, orașe mari și facilități industriale. Potrivit calculelor experților, mai sunt 10-15 ani până la apariția primelor mostre seriale de arme hipersonice, așa că mai este timp pentru elaborarea unor acorduri politice care să limiteze folosirea unor astfel de arme în conflictele locale. Dacă nu se ajunge la astfel de acorduri, există un risc ridicat de dezastre umanitare și mai mari asociate cu utilizarea de noi arme.

Informatii generale

Zborul cu viteză hipersonică face parte din regimul de zbor supersonic și se efectuează într-un flux de gaz supersonic. Fluxul de aer supersonic este fundamental diferit de cel subsonic, iar dinamica zborului aeronavei la viteze peste viteza sunetului (peste 1,2 M) este fundamental diferită de zborul subsonic (până la 0,75 M, intervalul de viteză de la 0,75 la 1,2 M se numește viteză transsonică). ).

Determinarea limitei inferioare a vitezei hipersonice este de obicei asociată cu declanșarea proceselor de ionizare și disociere a moleculelor din stratul limită (BL) din apropierea aparatului care se mișcă în atmosferă, care începe să aibă loc la aproximativ 5 M. De asemenea, această viteză se caracterizează prin faptul că un motor ramjet („Ramjet”) cu ardere subsonică a combustibilului („SPVRD”) devine inutil din cauza frecării extrem de mari care apare la frânarea aerului care trece într-un motor de acest tip. Astfel, în intervalul hipersonic de viteze pentru a continua zborul, este posibil să se utilizeze doar un motor rachetă sau un motor hipersonic ramjet (motor scramjet) cu ardere supersonică a combustibilului.

Caracteristicile debitului

În timp ce definiția fluxului hipersonic (HF) este destul de controversată din cauza lipsei unei granițe clare între fluxurile supersonice și hipersonice, HF poate fi caracterizată prin anumite fenomene fizice care nu mai pot fi ignorate atunci când se iau în considerare, și anume:

Strat subțire de undă de șoc

Pe măsură ce viteza și numerele Mach corespunzătoare cresc, crește și densitatea din spatele undei de șoc (SW), ceea ce corespunde unei scăderi a volumului în spatele undei de șoc datorită conservării masei. Prin urmare, stratul undei de șoc, adică volumul dintre vehicul și SW, devine subțire la numere Mach mari, creând un strat limită subțire (BL) în jurul vehiculului.

Formarea straturilor de șoc vâscoase

O parte din energia cinetică mare conținută în fluxul de aer la M> 3 (flux vâscos) este convertită în energie internă datorită interacțiunii vâscoase. O creștere a energiei interne se realizează printr-o creștere a temperaturii. Deoarece gradientul de presiune normal cu curgerea în interiorul stratului limită este aproximativ zero, o creștere semnificativă a temperaturii la numere Mach ridicate duce la o scădere a densității. Astfel, PS-ul de pe suprafața vehiculului crește și, la numere Mach mari, se contopește cu un strat subțire al undei de șoc lângă prova, formând un strat de șoc vâscos.

Apariția undelor de instabilitate în PS, care nu sunt caracteristice fluxurilor sub- și supersonice

Debit de temperatură ridicată

Debitul de mare viteză în punctul frontal al vehiculului (punctul sau zona de stagnare) face ca gazul să se încălzească până la temperaturi foarte ridicate (până la câteva mii de grade). Temperaturile ridicate, la rândul lor, creează proprietăți chimice de neechilibru ale fluxului, care constau în disocierea și recombinarea moleculelor de gaz, ionizarea atomilor, reacții chimice în flux și cu suprafața aparatului. În aceste condiții, procesele de transfer de căldură prin convecție și radiație pot fi semnificative.

Parametrii de similaritate

Se obișnuiește să descriem parametrii fluxurilor de gaz printr-un set de criterii de similitudine care ne permit să reducem un număr aproape infinit de stări fizice în grupuri de similaritate și care permit compararea fluxurilor de gaz cu diferiți parametri fizici (presiune, temperatură, viteză etc. ) unul cu altul. Pe acest principiu se bazează experimentele în tuneluri de vânt și transferul rezultatelor acestor experimente pe aeronave reale, în ciuda faptului că în experimentele cu conducte dimensiunea modelelor, vitezele de curgere, încărcările termice etc. pot diferi foarte mult de modurilor de zbor real, în același timp, parametrii de similitudine (numerele Mach, Reynolds, Stanton etc.) corespund celor de zbor.

Pentru fluxul trans- și supersonic sau compresibil, în majoritatea cazurilor, parametri precum numărul Mach (raportul dintre viteza curgerii și viteza locală a sunetului) și numărul Reynolds sunt suficienți pentru o descriere completă a fluxurilor. Pentru un flux hipersonic, acești parametri sunt adesea insuficienti. În primul rând, ecuațiile care descriu forma undei de șoc devin practic independente la viteze de 10 M. În al doilea rând, temperatura crescută a fluxului hipersonic înseamnă că efectele legate de gazele neideale devin vizibile.

Luarea în considerare a efectelor într-un gaz real înseamnă mai multe variabile care sunt necesare pentru a descrie pe deplin starea gazului. Dacă un gaz staționar este complet descris de trei mărimi: presiune, temperatură, capacitate termică (indice adiabatic), iar un gaz în mișcare este descris de patru variabile, care include și viteza, atunci un gaz fierbinte în echilibru chimic necesită și ecuații de stare pentru componentele sale chimice constitutive și un gaz cu procese de disociere și ionizare trebuie să includă și timpul ca una dintre variabilele stării sale. În general, aceasta înseamnă că, în orice moment dat, un flux neechilibrat necesită 10 până la 100 de variabile pentru a descrie starea gazului. În plus, fluxul hipersonic rarefiat (HF), descris de obicei în termeni de numere Knudsen, nu se supune ecuațiilor Navier-Stokes și necesită modificare. HP este de obicei clasificat (sau clasificat) folosind energia totală exprimată folosind entalpia totală (mJ / kg), presiunea totală (kPa) și temperatura de stagnare (K) sau viteza (km / s).

Gaz ideal

În acest caz, fluxul de aer care trece poate fi considerat un flux de gaz ideal. HJ în acest regim depinde în continuare de numerele Mach și simularea este ghidată de invarianții de temperatură, și nu de peretele adiabatic, care are loc la viteze mai mici. Limita inferioară a acestei zone corespunde cu viteze de aproximativ 5 M, unde SPVRM-urile cu ardere subsonică devin ineficiente, iar limita superioară corespunde vitezelor în regiunea 10-12 M.

Gaz ideal cu două temperaturi

Face parte din cazul unui regim de curgere a gazului ideal de mare viteză în care fluxul de aer care trece poate fi considerat ideal din punct de vedere chimic, dar temperatura de vibrație și temperatura de rotație a gazului trebuie luate în considerare separat, rezultând două modele de temperatură separate. Acest lucru este de o importanță deosebită în proiectarea duzelor supersonice, unde răcirea prin vibrații datorată excitației moleculelor devine importantă.

Gaz disociat

Modul dominant de transport al fasciculului

La viteze de peste 12 km/s, transferul de căldură către vehicul începe să aibă loc în principal prin transfer radial, care începe să domine asupra transferului termodinamic împreună cu o creștere a vitezei. Modelarea gazelor în acest caz este împărțită în două cazuri:

• subțire optic - în acest caz, se presupune că gazul nu reabsoarbe radiația care provine din celelalte părți ale sale sau din unitățile de volum selectate;
• gros optic - unde se ia în considerare absorbția radiației de către plasmă, care este apoi reemisă inclusiv în corpul aparatului.

Modelarea gazelor groase optic este o sarcină dificilă, deoarece, datorită calculului transferului radiativ în fiecare punct al fluxului, cantitatea de calcul crește exponențial cu numărul de puncte luate în considerare.

Vezi si

Note (editare)

Legături

• Anderson John Dinamica gazelor hipersonice și de înaltă temperatură ediția a doua. - Seria Educație AIAA, 2006 .-- ISBN 1563477807
• Ghidul NASA pentru Hypersonics.

Un avion obișnuit de pasageri zboară cu o viteză de aproximativ 900 km/h. Un avion de luptă militar poate atinge o viteză de aproximativ trei ori mai mare. Cu toate acestea, inginerii moderni din Federația Rusă și din alte țări ale lumii dezvoltă în mod activ mașini și mai rapide - avioane hipersonice. Care este specificul conceptelor respective?

Criteriile aeronavei hipersonice

Ce este un avion hipersonic? Ca atare, se obișnuiește să se înțeleagă un aparat capabil să zboare cu o viteză de multe ori mai mare decât cea a sunetului. Abordările cercetătorilor pentru determinarea indicatorului specific al acestuia diferă. Există o metodologie larg răspândită conform căreia o aeronavă ar trebui considerată hipersonică dacă este multipli ai indicatorilor de viteză ai celor mai rapide vehicule supersonice moderne. Care sunt aproximativ 3-4 mii km/h. Adică, o aeronavă hipersonică, dacă respectați această metodologie, ar trebui să dezvolte o viteză de 6 mii km / h.

Vehicule fără pilot și ghidate

Abordările cercetătorilor pot diferi și în ceea ce privește determinarea criteriilor de clasificare a unui anumit vehicul ca aeronavă. Există o versiune în care doar acele mașini controlate de oameni pot fi clasificate ca atare. Există un punct de vedere conform căruia un vehicul fără pilot poate fi considerat și o aeronavă. Prin urmare, unii analiști clasifică mașinile de acest tip în cele care sunt supuse controlului uman și cele care funcționează autonom. O astfel de împărțire poate fi justificată, deoarece vehiculele aeriene fără pilot pot avea caracteristici tehnice mult mai impresionante, de exemplu, în ceea ce privește aglomerația și viteza.

În același timp, mulți cercetători consideră aeronavele hipersonice ca fiind un singur concept pentru care viteza este indicatorul cheie. Nu contează dacă o persoană stă la cârma aeronavei sau mașina este controlată de un robot - principalul lucru este că avionul este suficient de rapid.

Decolare - independent sau cu ajutor din exterior?

O clasificare pe scară largă a aeronavelor hipersonice se bazează pe atribuirea acestora la categoria celor care sunt capabile să decoleze singure sau a celor care implică plasarea pe un transportator mai puternic - o rachetă sau un avion de marfă. Există un punct de vedere conform căruia este legitim să se facă referire la vehiculele de tipul luat în considerare în principal la cele care sunt capabile să decoleze singure sau cu implicarea minimă a altor tipuri de echipamente. Cu toate acestea, acei cercetători care consideră că principalul criteriu de caracterizare a unei aeronave hipersonice - viteza, ar trebui să fie primordial în orice clasificare. Fie că este vorba de clasificarea dispozitivului ca fără pilot, controlat, capabil să decoleze independent sau cu ajutorul altor mașini - dacă indicatorul corespunzător atinge valorile de mai sus, atunci vorbim despre o aeronavă hipersonică.

Principalele probleme ale soluțiilor hipersonice

Conceptele hipersonice sunt vechi de zeci de ani. De-a lungul anilor de dezvoltare a tipului corespunzător de aparate, inginerii mondiali au rezolvat o serie de probleme semnificative care împiedică în mod obiectiv punerea în funcțiune a producției de „hipersunet” - la fel ca organizarea producției de avioane cu turbopropulsoare.

Principala dificultate în proiectarea aeronavelor hipersonice este crearea unui motor capabil să fie suficient de eficient energetic. O altă problemă este construirea aparaturii necesare. Cert este că viteza unei aeronave hipersonice în acele valori pe care le-am considerat mai sus implică o încălzire puternică a corpului datorită frecării cu atmosfera.

Astăzi vom lua în considerare câteva exemple de prototipuri de succes de aeronave de tipul corespunzător, ai căror dezvoltatori au reușit să facă progrese semnificative în ceea ce privește rezolvarea cu succes a problemelor observate. Să studiem acum cele mai faimoase evoluții mondiale în ceea ce privește crearea aeronavelor hipersonice de tipul luat în considerare.

de Boeing

Cel mai rapid avion hipersonic din lume, potrivit unor experți, este Boeing X-43A american. Deci, în timpul testării acestui dispozitiv, s-a înregistrat că acesta a atins o viteză de peste 11 mii km/h. Adică de aproximativ 9,6 ori mai rapid

Ce face ca aeronava hipersonică X-43A să fie atât de specială? Caracteristicile acestei aeronave sunt următoarele:

Viteza maximă înregistrată în teste este de 11.230 km/h;

Anvergura aripilor - 1,5 m;

Lungimea corpului - 3,6 m;

Motor - ramjet, Supersonic Combustion Ramjet;

Combustibil - oxigen atmosferic, hidrogen.

Se poate observa că dispozitivul în cauză este unul dintre cele mai ecologice. Faptul este că combustibilul folosit practic nu implică eliberarea de produse dăunătoare de combustie.

Aeronava hipersonică X-43A a fost dezvoltată în comun de inginerii NASA, Orbical Science Corporation și Minocraft. a fost creat de aproximativ 10 ani. În dezvoltarea sa au fost investiți aproximativ 250 de milioane de dolari. Noutatea conceptuală a aeronavei în cauză este că a fost concepută cu scopul de a testa cea mai recentă tehnologie pentru asigurarea funcționării propulsiei.

Dezvoltare din Orbital Science

Orbital Science, care, după cum am menționat mai sus, a luat parte la crearea aparatului X-43A, a reușit, de asemenea, să-și creeze propriul avion hipersonic - X-34.

Viteza sa maximă este de peste 12 mii km/h. Adevărat, în timpul testelor practice, nu a fost realizat - în plus, nu a fost posibil să se realizeze cifra arătată de aeronava X43-A. Aeronava luată în considerare este accelerată atunci când racheta Pegasus, care funcționează pe combustibil solid, este activată. X-34 a fost testat pentru prima dată în 2001. Aeronava în cauză este semnificativ mai mare decât dispozitivul Boeing - lungimea sa este de 17,78 m, anvergura aripilor este de 8,85 m. Altitudinea maximă de zbor a mașinii hipersonice de la Orbical Science este de 75 de kilometri.

Avioane din America de Nord

Un alt avion hipersonic celebru este X-15, fabricat de nord-american. Acest aparat al analiștilor este denumit experimental.

Este echipat, ceea ce le oferă unor experți un motiv să nu-l clasifice, de fapt, drept aeronavă. Cu toate acestea, prezența motoarelor de rachetă permite dispozitivului, în special, să funcționeze. Deci, în timpul unuia dintre testele în acest mod, a fost testat de piloți. Scopul aparatului X-15 este de a studia specificul zborurilor hipersonice, de a evalua anumite soluții de proiectare, materiale noi și caracteristici de control ale unor astfel de mașini în diferite straturi ale atmosferei. Este de remarcat faptul că a fost aprobat în 1954. X-15 zboară cu o viteză de peste 7 mii km/h. Raza de zbor este mai mare de 500 km, înălțimea depășește 100 km.

Cel mai rapid avion de producție

Vehiculele hipersonice studiate de noi mai sus aparțin de fapt categoriei celor de cercetare. Va fi util să luăm în considerare unele mostre de producție de aeronave care sunt apropiate ca caracteristici de cele hipersonice sau sunt (după o metodologie sau alta) acestea.

Printre aceste mașini se numără și dezvoltarea americană SR-71. Unii cercetători nu sunt înclinați să atribuie această aeronavă hipersonic, deoarece viteza sa maximă este de aproximativ 3,7 mii km / h. Printre caracteristicile sale cele mai notabile se numără greutatea la decolare, care depășește 77 de tone. Lungimea aparatului este mai mare de 23 m, anvergura aripilor este mai mare de 13 m.

MiG-25 rusesc este considerat unul dintre cele mai rapide avioane militare. Dispozitivul poate atinge viteze de peste 3,3 mii km/h. Greutatea maximă la decolare a aeronavei rusești este de 41 de tone.

Astfel, Federația Rusă se numără printre liderii de pe piața soluțiilor seriale care sunt apropiate ca caracteristici de cele hipersonice. Dar cum rămâne cu evoluțiile rusești în avioanele hipersonice „clasice”? Sunt inginerii din Federația Rusă capabili să creeze o soluție care să fie competitivă cu mașinile de la Boeing și Orbital Scence?

Vehicule hipersonice rusești

Aeronava hipersonică rusă este în prezent în curs de dezvoltare. Dar merge destul de activ. Vorbim despre aeronava U-71. Primele sale teste, judecând după rapoartele din presă, au fost efectuate în februarie 2015, lângă Orenburg.

Se presupune că aeronava va fi folosită în scopuri militare. Deci, un dispozitiv hipersonic va putea, dacă este necesar, să livreze arme distructive pe distanțe considerabile, să monitorizeze teritoriul și, de asemenea, să fie folosit ca element al aviației de asalt. Unii cercetători cred că în 2020-2025. Forțele de rachete strategice vor primi aproximativ 20 de avioane de tipul corespunzător.

Există informații în mass-media că aeronava hipersonică considerată a Rusiei va fi plasată pe racheta balistică Sarmat, care se află și ea în faza de proiectare. Unii analiști consideră că aparatul hipersonic Yu-71 dezvoltat nu este altceva decât un focos, care va trebui separat de o rachetă balistică în faza finală de zbor, pentru ca apoi, datorită manevrabilității ridicate a aeronavei, să depășească apărarea antirachetă. sisteme.

Proiectul „Ajax”

Printre cele mai notabile proiecte legate de dezvoltarea aeronavelor hipersonice se numără Ajax. Să-l studiem mai detaliat. Aeronava hipersonică Ajax este o dezvoltare conceptuală a inginerilor sovietici. În comunitatea științifică, discuțiile despre asta au început în anii 80. Printre cele mai notabile caracteristici se numără sistemul de protecție termică, care este conceput pentru a proteja carcasa de supraîncălzire. Astfel, dezvoltatorii dispozitivului „Ajax” au propus o soluție la una dintre problemele „hipersonice” pe care le-am subliniat mai sus.

Schema tradițională de protecție termică a aeronavelor presupune amplasarea de materiale speciale pe caroserie. Dezvoltatorii „Ajax” au propus un concept diferit, conform căruia nu trebuia să protejeze dispozitivul de încălzirea externă, ci să lase căldura în mașină, sporind în același timp resursa de energie. Principalul concurent al aparatului sovietic a fost considerat aeronava hipersonică „Aurora”, creată în Statele Unite. Cu toate acestea, datorită faptului că designerii din URSS au extins semnificativ posibilitățile conceptului, cea mai largă gamă de sarcini a fost încredințată noii dezvoltări, în special cercetării. Putem spune că „Ajax” este o aeronavă hipersonică multifuncțională.

Să luăm în considerare mai detaliat inovațiile tehnologice propuse de inginerii din URSS.

Deci, dezvoltatorii sovietici ai „Ajax” au propus să folosească căldura generată ca urmare a frecării corpului aeronavei cu atmosferă, pentru a o transforma în energie utilă. Din punct de vedere tehnic, acest lucru ar putea fi realizat prin plasarea unor carcase suplimentare pe dispozitiv. Drept urmare, s-a format ceva ca o a doua clădire. Cavitatea sa trebuia să fie umplută cu un fel de catalizator, de exemplu, un amestec de material combustibil și apă. Stratul termoizolant din material solid din „Ajax” trebuia să fie înlocuit cu unul lichid, care, pe de o parte, trebuia să protejeze motorul, pe de altă parte, ar contribui la reacția catalitică, care, între timp, ar putea fi însoțit de un efect endotermic - transferul de căldură din părțile exterioare ale corpului spre interior. În teorie, răcirea părților exterioare ale aparatului ar putea fi orice. Excesul de căldură, la rândul său, trebuia să fie folosit pentru a crește eficiența motorului aeronavei. Totodata, aceasta tehnologie ar face posibila generarea, datorita reactiei, de combustibili si tipuri de hidrogen liber.

În prezent, nu există informații disponibile publicului larg despre continuarea dezvoltării „Ajax”, dar cercetătorii consideră că este foarte promițătoare introducerea în practică a conceptelor sovietice.

Vehicule hipersonice chinezești

China devine un concurent al Rusiei și Statelor Unite pe piața hipersonică. Printre cele mai faimoase dezvoltări ale inginerilor din RPC se numără aeronava WU-14. Este o structură cu ghidaj hipersonic montată pe o rachetă balistică.

Un ICBM lansează o aeronavă în spațiu, de unde mașina se scufundă brusc în jos, dezvoltând o viteză hipersonică. Dispozitivul chinezesc poate fi montat pe diferite ICBM-uri cu o rază de acțiune de la 2 la 12 mii km. S-a constatat că în timpul testelor, WU-14 a reușit să atingă viteze de peste 12 mii km/h, devenind astfel cea mai rapidă aeronavă hipersonică, potrivit unor analiști.

În același timp, mulți cercetători cred că dezvoltarea chineză nu este în întregime legitimă să se facă referire la clasa de aeronave. Deci, versiunea este larg răspândită, conform căreia dispozitivul ar trebui clasificat tocmai ca un focos. În plus, este foarte eficient. Când zburați la viteza marcată, nici cele mai moderne sisteme de apărare antirachetă nu vor putea garanta interceptarea țintei corespunzătoare.

Se poate observa că Rusia și Statele Unite sunt, de asemenea, angajate în dezvoltarea de vehicule hipersonice utilizate în scopuri militare. În același timp, conceptul rusesc, conform căruia ar trebui să creeze mașini de tipul corespunzător, este semnificativ diferit, după cum reiese din datele din unele media, de principiile tehnologice implementate de americani și chinezi. Deci, dezvoltatorii din Federația Rusă concentrează eforturile în domeniul creării de avioane echipate cu un motor ramjet care poate fi lansat de la sol. Rusia intenționează să coopereze în această direcție cu India. Vehiculele hipersonice create după conceptul rusesc, potrivit unor analiști, se caracterizează prin costuri mai mici și o gamă mai largă de aplicații.

În același timp, aeronava hipersonică a Rusiei, pe care am menționat-o mai sus (Yu-71), presupune, după cum cred unii analiști, aceeași plasare pe ICBM-uri. Dacă această teză se dovedește a fi adevărată, atunci se va putea spune că inginerii din Federația Rusă lucrează simultan în două direcții conceptuale populare în construcția de avioane hipersonice.

rezumat

Deci, probabil cea mai rapidă aeronavă hipersonică din lume, dacă vorbim de aeronave, indiferent de clasificarea lor, este totuși chinezul WU-14. Deși trebuie să înțelegeți că informațiile reale despre el, inclusiv cele legate de teste, pot fi clasificate. Acest lucru este în concordanță cu principiile dezvoltatorilor chinezi, care se străduiesc adesea să păstreze secrete tehnologiile lor militare cu orice preț. Viteza celei mai rapide aeronave hipersonice este de peste 12 mii km/h. Dezvoltarea americană X-43A îl „prinde din urmă” - mulți experți consideră că este cel mai rapid. Teoretic, aeronava hipersonică X-43A, precum și chinezul WU-14, pot ajunge din urmă cu dezvoltarea Orbical Science, proiectată pentru o viteză de peste 12 mii km/h.

Caracteristicile aeronavei rusești U-71 nu sunt încă cunoscute publicului larg. Este posibil ca acestea să fie aproape de parametrii aeronavei chineze. Inginerii ruși dezvoltă și o aeronavă hipersonică capabilă să decoleze nu pe baza unui ICBM, ci pe cont propriu.

Proiectele actuale ale cercetătorilor din Rusia, China și Statele Unite sunt într-un fel sau altul legate de sfera militară. Avioanele hipersonice, indiferent de posibila lor clasificare, sunt considerate în primul rând ca purtători de arme, cel mai probabil nucleare. Cu toate acestea, în lucrările cercetătorilor din diferite țări ale lumii există teze conform cărora „hipersunetele”, precum tehnologiile atomice, pot fi foarte pașnice.

Ideea este apariția unor soluții accesibile și fiabile, care să permită organizarea producției în masă a mașinilor de tipul corespunzător. Utilizarea unor astfel de dispozitive este posibilă în cea mai largă gamă de ramuri ale dezvoltării economice. Cea mai mare cerere de aeronave hipersonice este probabil să se găsească în industriile spațiale și de cercetare.

Pe măsură ce tehnologia de producție a mașinilor corespunzătoare devine mai ieftină, întreprinderile de transport pot începe să manifeste interes pentru a investi în astfel de proiecte. Corporațiile industriale, furnizorii de diverse servicii pot începe să considere „hipersunetul” ca un instrument de creștere a competitivității afacerilor în ceea ce privește organizarea comunicațiilor internaționale.