5 m'nin hızı nedir Hipersonik savaş belirsizlikle korkutuyor. Hipersonik hızı karakterize eden alıntı

6 Şubat 1950'de, başka bir test sırasında, yatay uçuşta Sovyet jet avcı uçağı MiG-17, ses hızını aştı ve neredeyse 1070 km / s hıza ulaştı. Bu, onu ilk seri üretilen süpersonik uçağa dönüştürdü. Geliştiriciler Mikoyan ve Gurevich, beyin çocuklarından açıkça gurur duyuyorlardı.

Savaş uçuşları için, seyir hızı 861 km / s'yi geçmediği için MiG-17 sonik olarak kabul edildi. Ancak bu, savaşçının dünyanın en yaygınlarından biri olmasını engellemedi. Çeşitli zamanlarda Almanya, Çin, Kore, Polonya, Pakistan ve daha onlarca ülkede görev yaptı. Bu canavar Vietnam Savaşı'ndaki çatışmalarda bile yer aldı.

MiG-17, süpersonik uçak türünün tek temsilcisi olmaktan uzaktır. Size ses dalgasını da aşan ve tüm dünyada ünlenen bir düzine hava taşıtından bahsedeceğiz.

çan X-1

ABD Hava Kuvvetleri, süpersonik uçuş problemlerini incelemek için kullanmak istedikleri için Bell X-1'i bir roket motoruyla özel olarak donattı. 14 Ekim 1947'de cihaz 1541 km/s (Mach 1.26) hızlandı, önceden belirlenmiş engeli aştı ve gökyüzünde bir yıldıza dönüştü. Bugün, rekor kıran model, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Smithsonian Müzesi'nde bulunuyor.

Kaynak: NASA

Kuzey Amerika X-15

Kuzey Amerika X-15 de roket motorları tarafından desteklenmektedir. Ancak, Amerikan mevkidaşı Bell X-1'in aksine, bu uçak 6167 km / s (Mach 5.58) hıza ulaştı ve 40 yıl boyunca insanlık tarihinde (1959'dan beri) suborbital gerçekleştiren ilk ve tek insanlı hipersonik uçak oldu. insanlı uzay uçuşları. Yardımı ile atmosferin kanatlı cisimlerin içine girmesine tepkisi bile incelendi. Toplamda üç adet Kh-15 roket planör üretildi.

Kaynak: NASA

Lockheed SR-71 Karakuş

Süpersonik uçakları askeri amaçlarla kullanmamak günahtır. Bu nedenle, ABD Hava Kuvvetleri, maksimum 3.700 km / s (Mach 3.5) hıza sahip stratejik bir keşif uçağı olan Lockheed SR-71 Blackbird'ü tasarladı. Başlıca avantajları, füzelerden kaçmasına izin veren hızlı hızlanma ve yüksek manevra kabiliyetidir. Ayrıca, SR-71, radar izini azaltmak için teknolojilerle donatılmış ilk uçaktı.

12'si çöken toplam 32 ünite inşa edildi. 1998 yılında hizmetten kaldırıldı.

Kaynak: af.mil

MiG-25

Maksimum 3000 km / s hıza sahip 3. neslin süpersonik yüksek irtifa avcı-önleyicisi olan yerli MiG-25'i hatırlayamıyoruz (Mach 2.83). Uçak o kadar havalıydı ki Japonlar bile ona göz dikti. Bu nedenle, 6 Eylül 1976'da Sovyet pilotu Viktor Belenko, bir MiG-25'i kaçırmak zorunda kaldı. Bundan sonra, Birliğin birçok yerinde uzun yıllar boyunca uçaklar eksik yakıt ikmali yapmaya başladı. Amaç, en yakın yabancı havaalanına ulaşmalarını engellemektir.

Kaynak: Alexey Beltyukov

MiG-31

Sovyet bilim adamları, anavatanın hava iyiliği için çalışmayı bırakmadılar. Bu nedenle, 1968'de MiG-31'in tasarımı başladı. Ve 16 Eylül 1975'te ilk kez gökyüzünü ziyaret etti. Bu iki kişilik süpersonik, tüm hava koşullarına uygun uzun menzilli önleme avcı uçağı, 2500 km / s (Mach 2.35) hıza ulaştı ve ilk dördüncü nesil Sovyet savaş uçağı oldu.

MiG-31, gece ve gündüz, basit ve zor hava koşullarında, aktif ve pasif radar sıkışması ve yanı sıra yanlış termal hedefler ile son derece düşük, düşük, orta ve yüksek irtifalarda hava hedeflerini engellemek ve yok etmek için tasarlanmıştır. Dört MiG-31, 900 kilometre uzunluğa kadar olan hava sahasını kontrol edebilir. Bu bir uçak değil, hala Rusya ve Kazakistan ile hizmet veren Birliğin gururu.

Kaynak: Vitaly Kuzmin

Lockheed / Boeing F-22 Raptor

En pahalı süpersonik uçak Amerikalılar tarafından yapıldı. Meslektaşları arasında en pahalısı haline gelen beşinci nesil çok rollü bir dövüşçüyü modellediler. Lockheed / Boeing F-22 Raptor, şu anda hizmette olan tek beşinci nesil avcı uçağı ve 1890 km / s (Mach 1.78) süpersonik seyir hızına sahip ilk üretim avcı uçağıdır. Maksimum hız 2570 km / s'dir (Mach 2.42). Şimdiye kadar, hiç kimse onu havada geçmedi.

Kaynak: af.mil

Su-100 / T-4

Su-100 / T-4 ("dokuma"), uçak gemileri için bir avcı olarak geliştirildi. Ancak Sukhoi Tasarım Bürosu mühendisleri sadece hedeflerine ulaşmakla kalmayıp, daha sonra bir yolcu uçağı ve Spiral havacılık sistemi için bir hızlandırıcı olarak bile kullanmak istedikleri havalı bir saldırı-keşif bombardıman-füze gemisi modellemeyi başardılar. T-4'ün maksimum hızı 3200 km / s'dir (Mach 3).

Bu hafta, umut verici bir roketin prototipi olan Amerikan hipersonik uçağı (GLA) X-51 AWaveRider'ın üçüncü test uçuşu gerçekleşti. Ancak, kalkıştan 15 saniye sonra, ana motor çalışmaya başlamadan önce, WaveRider kontrolünü kaybetti ve okyanusa düştü.

Geçen yıl gerçekleştirilen önceki test de başarısız oldu - aracı ana motoru çalıştırmak için gereken hıza çıkaran gaz pedalı zamanında çalışmadı ve ayrılmadı. Bununla birlikte, daha önce, 2010'da, "makinenin" motoru 200 saniye (planlanan 300) çalışmayı başardı ve cihazı beş ses hızına (5M) hızlandırdı. Böylece operasyon süresi, Rus / Sovyet hipersonik uçuş laboratuvarı (HLL) "Kholod" tarafından belirlenen önceki rekoru üç kat aştı. Aynı zamanda, yerli aparatın aksine, "Amerikan" yakıt olarak hidrojen değil havacılık gazyağı kullandı.

Mevcut başarısızlık şüphesiz 2 milyar dolar harcanan ABD hipersonik programını yavaşlatacaktır.Ancak bu, ABD'nin bu program için zaten önemli bir teknolojiye sahip olduğu gerçeğini ortadan kaldırmaz - hipersonik bir jet motorunun (scramjet) çalışan bir prototipi ).

Potansiyel olarak, bu tür motorlar, uçağı hidrojenle 17 ses hızına ve hidrokarbon yakıtla 8'e kadar hızlandırabilir. Bununla birlikte, çalışması için, süpersonik bir hava akımında yakıtın kararlı bir şekilde yanmasını sağlamak gerekir - bu, geliştiricilerden birine göre, bir kasırganın merkez üssünde bir kibriti yakmaktan daha kolay değildir. Bununla birlikte, çok uzun zaman önce, hidrokarbon yakıtı kullanırken, bunun prensipte imkansız olduğuna ve bir scramjet motoru için tek uygun yakıtın, operasyonel zorluklar yaratan ve yakıt tanklarının hacimlerini "şişen" patlayıcı bir yakıt olduğuna inanılıyordu. düşük hidrojen yoğunluğu. Bununla birlikte, 2004'ten bu yana, Batı'da hem hidrojen hem de "gazyağı" olmak üzere bir dizi nispeten başarılı uçak testi gerçekleştirildi.

2 milyar dolarlık programın pratik anlamı nedir? X-51'in tasarım hızı 7M'dir (20 km yükseklikte yaklaşık 7 bin km / s), tasarım aralığı 1600 km'dir ve uçuş yüksekliği yaklaşık 25 km'dir. Başka bir deyişle, "menzil" açısından, kabaca BGM-109 "Tomogavk" seyir füzesine (1600 km, nükleer savaş başlığı ile - 2500 km) veya orta menzilli bir balistik füzeye karşılık gelir - örneğin, Pershing altında hizmet dışı bırakıldı -2 INF Antlaşması ( 1770 km). "Rakiplere" kıyasla "dalga uçuşunun" avantajları nelerdir?

BGM-109, 880 km / s ses altı hıza sahiptir. Böylece, maksimum menzile uçuş yaklaşık iki saat sürer. Bu süre zarfında füze tespit edilip imha edilebilir ve hedef hareket edebilir. Elbette yerden yaklaşık 60 m yükseklikte uçan ve boyutu nedeniyle radar imzası düşük olan bir seyir füzesi hava savunması için oldukça sorunlu bir hedeftir. Bununla birlikte, Tomahawks'tan saldırıya uğrayan nesnelerin savunmasının bilinen başarılı örnekleri de vardır - örneğin, "Çöl Fırtınası" sırasında Irak nükleer merkezi.

Aynı düzende bir menzile sahip bir balistik füzenin ortalama hızı yaklaşık 10.000 km / s'dir. Bununla birlikte, ilk olarak, "balistik", fırlatma anında zaten uzaydan tespit edilebilir - çalışan roket motorlarından gelen etkileyici meşale oldukça net bir şekilde görülebilir. İkincisi, böyle bir menzile sahip balistik füzelerin maksimum yörünge yüksekliği 400 km'ye yakındır, bu nedenle füze savunma radarlarında oldukça erken "aydınlanırlar". Üçüncüsü, "balistik", manevra yapmayan bir hedeftir ve bu, onları kurşun noktasına hedefleyen uçaksavar füzeleriyle bile engellemeyi mümkün kılar. Genel olarak, füze savunma sistemlerinin modern gelişimi ile orta menzilli bir balistik füze oldukça savunmasız bir hedeftir.

Aynı zamanda, balistik füzeler, fırlatma kütlesinin faydalı yüke oranı açısından olağanüstü derecede etkisiz bir dağıtım aracıdır. Kimyasal roket motorları, muazzam itiş gücünü daha da canavarca oburluk ile birleştirir ve balistik uçuşlar, prensipte, enerji yoğundur. Sonuç olarak, örneğin, 7,4 ton fırlatma ağırlığına sahip "Pershing-2", 399 kg'lık bir savaş başlığı taşıdı. Karşılaştırma için - "Tomahawks", ölü ağırlığı yaklaşık bir buçuk ton olan neredeyse aynı miktarı taşır.

Şimdi hipersonik füzelerle karşılaştıralım. Genel olarak hız ve uçuş süresi, Pershing-2'ninkilerle karşılaştırılabilir. Aynı zamanda X-51, öncelikle çok daha ekonomik bir hava jet motoru kullanıyor. İkincisi, çevresindeki tüm füze savunma radarlarına varlığı hakkında "bilgilendirerek" 400 km yüksekliğe tırmanmaz. Üçüncüsü, aktif olarak manevra yapabilir. İsveçli SaabBofors tarafından 2007 yılında 5.5 M hızlarda gerçekleştirilen testlerde gösterildiği gibi, atmosferin yoğun katmanlarında bile zor manevraların mümkün olduğunu unutmayın. Sonuç olarak, WaveRider müdahalesi, yalnızca önleyicinin hız ve manevra kabiliyeti açısından ikincisinden belirgin şekilde üstün olması durumunda mümkündür. Şimdi böyle bir önleyici yok.

Mevcut füze savunma sistemleri de X-51 sınıfı hipersonik füzelerle savaşamayacak durumda. Bu durumda, temel imha olasılığı durumunda bile, hedefin yüksek hızı, durdurma bölgesini keskin bir şekilde azaltır.

Başka bir deyişle, WaveRider, orta menzilli balistik füzelerle karşılaştırılabilir bir yaklaşma süresini, modern hava savunma / füze savunmasına karşı çok daha düşük görünürlük ve sanal dokunulmazlık ile birleştiriyor. Bu arada, bir zamanlar SSCB liderliği, Pershing'i Avrupa'dan çıkarmak için büyük çaba harcadı ve onları çok daha fazla sayıda kendi orta menzilli füzeleriyle değiştirdi - ve bunun iyi bir nedeni vardı. Amerikan füzelerinin 8-10 dakikalık uçuş süresi, onları silahsızlandırma ve "kafa kesme" saldırıları için neredeyse ideal bir araç haline getirdi - saldırıya uğrayanların yanıt için zamanları yoktu. X-51'in seriye eklenmesi durumunda, "dalga teknelerinin" nükleer versiyonlarının yaratılmasının oldukça mümkün olmasına rağmen, durum bozulmuş bir versiyonda yeniden üretilecektir.

Aynı zamanda GPRVD'nin kullanımı orta menzilli araçlarla sınırlı değildir. Bir yandan, NATO Uzay Araştırma ve Geliştirme Danışma Grubu'na (AGARD) göre, scrumjet'ler tamamen taktik kısa menzilli sistemlerde yaygın olarak kullanılabilir - tanksavar füzeleri (tahkimatları yok etmek için de tasarlanmıştır), havadan havaya füzeler ve hava hedeflerini vurmak için küçük kalibreli ( 30-40 mm) mermiler. Bir başka olası yön, yörüngenin ilk aşamasında balistik füzeleri engellemek için tasarlanmış füzesavarlarda scramjet kullanılmasıdır.

Öte yandan, hipersonik teknolojilerin kullanımı, temelde yeni stratejik sistem sınıflarının ortaya çıkmasına neden olabilir. En muhafazakar seçenek, hipersonik araçları geleneksel balistik füzeler için "manevra savaş başlıkları" olarak kullanmaktır.

Uzun menzilli bir balistik füzenin yörüngenin orta bölümünde çok savunmasız olmadığını (çok sayıda hafif yanlış hedef, dipol reflektörü ve bozucu ile çevrili olduğu için), ancak yörüngenin ilk ve son bölümlerinde savunmasız olduğunu unutmayın. (hafif yanlış hedefler atmosferin kendisi tarafından ortadan kaldırılır, bunun sonucunda savaş başlığına yalnızca az miktarda ağır LC eşlik eder). Aynı zamanda, hem savaş başlığı hem de "maiyeti", füze savunma görevini kökten kolaylaştıran bir dizi manevra yapmayan balistik hedeftir. Bununla birlikte, bir scramjet motorlu yüksek hızlı ve manevra kabiliyetine sahip bir "makine", mevcut hava savunma ve füze savunma sistemlerine karşı pratik olarak yenilmezdir. Sonuç olarak, klasik bir ICBM'yi hipersonik manevra savaş başlığıyla birleştirerek, karşılık gelen füzesavar savunma kademesinde güvenilir bir atılım elde etmek mümkündür.

Başka bir deyişle, askeri ilişkilerde gerçekten devrim yaratabilecek teknolojiden bahsediyoruz. Hipersonik tehdit, çok yakın bir gelecekte kaçınılmaz olarak gerçek olacak.

Ocak ayında önemli bir olay gerçekleşti: hipersonik teknolojilerin sahipleri kulübü yeni bir üyeyle dolduruldu. Çin 9 Ocak 2015'te WU-14 adlı hipersonik bir planör (planör) test etti. Kıtalararası bir balistik füzenin (ICBM) üzerine oturan güdümlü bir araçtır. Roket, planörü uzaya kaldırır, ardından planör hedefe dalar ve saatte binlerce kilometre hız geliştirir.

Pentagon'a göre, Çin WU-14 hipersonik cihazı, 2.000 ila 12.000 km atış menzili olan çeşitli Çin balistik füzelerine kurulabilir. Ocak testleri sırasında, WU-14, 10 M - 12,3 bin km / s'den fazla bir hız geliştirdi. Modern hava savunma sistemleri, böyle bir hızda uçan bir manevra hedefini güvenilir bir şekilde vuramaz. Böylece Çin, nükleer ve konvansiyonel silahların hipersonik taşıyıcıları teknolojisine sahip ABD ve Rusya'dan sonra üçüncü ülke oldu.

Hipersonik planör HTV-2 üst aşamadan ayrılır (ABD)

Amerika Birleşik Devletleri ve Çin, bir fırlatma aracı kullanarak yüksek bir irtifaya çıkarak ve daha sonra yüksek irtifalardan kontrollü bir iniş sırasında hızlanarak bir başlangıç ​​ivmesi elde eden benzer hipersonik planör tasarımları üzerinde çalışıyorlar. Böyle bir sistemin avantajları, uzun bir menzil (Dünya yüzeyindeki herhangi bir noktada küresel bir greve kadar), nispeten basit bir planör cihazı (tahrik motoru yok), büyük bir savaş başlığı kütlesi ve yüksek uçuş hızıdır (10 M'den fazla). ).

Rusya, karadan, gemilerden veya savaş uçaklarından fırlatılabilen hipersonik ramjet (scramjet) füzeler geliştirmeye odaklanmış durumda. Bu tür silah sistemlerini geliştirmek için bir Rus-Hint projesi var, böylece 2023'e kadar Hindistan da "hipsonik kulübe" girebilir. Hipersonik füzelerin avantajı, ICBM'lerle fırlatılan planörlerden daha ucuz ve daha esnek olmalarıdır.

Scramjet X-51A WaveRider (ABD) ile deneysel hipersonik roket

Her iki hipersonik silah türü de konvansiyonel veya nükleer savaş başlığı (CW) taşıyabilir. Avustralya Stratejik Politika Enstitüsü uzmanları, 500 kg kütleye ve 6 M hıza sahip hipersonik bir savaş başlığının (yüksek patlayıcı veya nükleer savaş başlığı olmadan) etkisinin neden olduğu hasar açısından kinetik enerjisinin olduğunu hesapladılar. yaklaşık 100 kg ağırlığında patlayıcılara sahip bir savaş başlığı ile donatılmış geleneksel bir AGM-84 Harpoon ses altı füzesinin savaş başlığının patlamasıyla karşılaştırılabilir. Bu, 150 kg ağırlığındaki patlayıcılara ve 4 M hıza sahip Rus gemisavar füzesi P-270 Mosquito'nun ateş gücünün sadece dörtte biri.

Hipersonik silahların mevcut süpersonik silahlardan çok daha üstün olmadığı anlaşılıyor, ancak her şey o kadar basit değil. Gerçek şu ki, balistik füze savaş başlıkları büyük bir mesafeden kolayca tespit edilir ve öngörülebilir bir yörünge boyunca düşer. Ve hızları muazzam olmasına rağmen, modern bilgisayar teknolojisi, Amerikan füze savunma sisteminin değişen başarılarıyla gösterdiği gibi, iniş aşamasında savaş başlıklarını engellemeyi mümkün kıldı.

Aynı zamanda, hipersonik uçaklar nispeten düz bir yörünge boyunca hedefe yaklaşır, kısa süre havada kalır ve manevra yapabilir. Çoğu senaryoda, modern hava savunma sistemleri hipersonik bir hedefi kısa sürede tespit edemez ve vuramaz.

6 M hıza sahip hipersonik bir roket, Londra'dan New York'a sadece 1 saatte uçacak

Modern uçaksavar füzeleri, hipersonik bir hedefi yakalayamaz, örneğin, bir S-300 uçaksavar füzesi sistemi 7,5 M hıza ve hatta o zaman bile sadece kısa bir süre için hızlanabilir. Bu nedenle, yaklaşık 10 M'lik bir hıza sahip bir hedef, çoğu durumda onun için çok zor olacaktır. Ek olarak, hipersonik silahların yıkıcı gücü, bir küme savaş başlığının kullanılmasıyla arttırılabilir: tungsten "çivilerden" yapılmış yüksek hızlı şarapnel, bir endüstriyel tesisi, büyük bir gemiyi devre dışı bırakabilir veya insan gücü ve zırhlı araçların sıkışıklığını yok edebilir. geniş bir alan.

Herhangi bir hava savunma sistemine nüfuz edebilen hipersonik silahların çoğalması, küresel güvenlik ve askeri paritenin sağlanması konusunda yeni soruları gündeme getiriyor. Bu alanda nükleer silahlarda olduğu gibi bir denge caydırıcılığı sağlanamazsa, hipersonik saldırılar ortak bir baskı aracına dönüşebilir, çünkü sadece birkaç hipersonik savaş başlığı küçük bir ülkenin ekonomisini mahvedebilir.

Pentagon'un hesaplamalarına göre, hipersonik silahlar kullanan Amerikan hızlı küresel grev programı, bir saat içinde arazinin radyasyon kirliliği olmadan dünyanın herhangi bir yerindeki herhangi bir hedefi vurmayı mümkün kılacaktır. Nükleer bir çatışma durumunda bile, sistem kısmen nükleer silahların yerini alabilir ve hedeflerin %30'unu vurabilir.

Böylece, "hipsonik kulüp" üyeleri, örneğin elektrik santralleri, ordu komutanlıkları, askeri üsler, büyük şehirler ve endüstriyel tesisler gibi düşmanın kritik altyapısının nesnelerini yok etmeyi neredeyse garanti edebilecek. Uzmanların hesaplamalarına göre, hipersonik silahların ilk seri örneklerinin ortaya çıkmasına 10-15 yıl kaldı, bu nedenle bu tür silahların yerel çatışmalarda kullanımını sınırlayan siyasi anlaşmaların geliştirilmesi için hala zaman var. Bu tür anlaşmalara varılmazsa, yeni silahların kullanımıyla bağlantılı daha büyük insani felaketler riski yüksektir.

Genel bilgi

Hipersonik hızda uçuş, süpersonik uçuş rejiminin bir parçasıdır ve süpersonik bir gaz akışında gerçekleştirilir. Süpersonik hava akışı temelde sesaltından farklıdır ve ses hızının üzerindeki hızlarda (1,2 M'nin üzerinde) uçak uçuşunun dinamikleri, ses altı uçuştan temel olarak farklıdır (0,75 M'ye kadar, 0,75 ila 1,2 M arasındaki hız aralığına transonik hız denir ).

Hipersonik hızın alt sınırının belirlenmesi, genellikle, atmosferde hareket eden aygıtın yakınındaki sınır tabakasında (BL) moleküllerin iyonlaşma ve ayrışma işlemlerinin başlamasıyla ilişkilidir ve bu, yaklaşık 5 M'de başlar. Ayrıca, bu hızın özelliği, yakıtın ses altı yanması ("SPVRD") olan bir ramjet motorunun (" Ramjet "), bu tip bir motorda geçen havayı frenlerken meydana gelen aşırı yüksek sürtünme nedeniyle işe yaramaz hale gelmesidir. Böylece, uçuşa devam etmek için hipersonik hız aralığında, sadece bir roket motoru veya süpersonik yakıt yanmalı hipersonik bir ramjet motoru (scramjet motoru) kullanmak mümkündür.

Akış özellikleri

Hipersonik akışın (HF) tanımı, süpersonik ve hipersonik akışlar arasında net bir sınırın olmaması nedeniyle oldukça tartışmalı olsa da, HF, dikkate alındığında artık göz ardı edilemeyecek belirli fiziksel fenomenlerle karakterize edilebilir:

İnce bir şok dalgası tabakası

Hız ve karşılık gelen Mach sayıları arttıkça, şok dalgasının (SW) arkasındaki yoğunluk da artar, bu da kütlenin korunumu nedeniyle şok dalgasının arkasındaki hacimde bir azalmaya karşılık gelir. Bu nedenle şok dalgası tabakası, yani araç ile SW arasındaki hacim, yüksek Mach sayılarında incelir ve araç çevresinde ince bir sınır tabakası (BL) oluşturur.

Viskoz şok katmanlarının oluşumu

M> 3'teki (viskoz akış) hava akışında bulunan büyük kinetik enerjinin bir kısmı, viskoz etkileşim nedeniyle iç enerjiye dönüştürülür. İç enerjide bir artış, sıcaklıktaki bir artışla gerçekleşir. Sınır tabaka içindeki akışa normal basınç gradyanı yaklaşık olarak sıfır olduğundan, yüksek Mach sayılarında sıcaklıktaki önemli bir artış, yoğunlukta bir azalmaya yol açar. Böylece, aracın yüzeyindeki PS büyür ve yüksek Mach sayılarında, pruvaya yakın ince bir şok dalgası tabakası ile birleşerek viskoz bir şok tabakası oluşturur.

Ses altı ve ses üstü akışların özelliği olmayan PS'de kararsızlık dalgalarının görünümü

Yüksek sıcaklık akışı

Aracın ön noktasındaki (durgunluk noktası veya alanı) yüksek hızlı akış, gazın çok yüksek sıcaklıklara (birkaç bin dereceye kadar) ısınmasına neden olur. Yüksek sıcaklıklar, sırayla, gaz moleküllerinin ayrışması ve yeniden birleşmesinden, atomların iyonlaşmasından, akışta ve cihazın yüzeyi ile kimyasal reaksiyonlardan oluşan akışın denge dışı kimyasal özelliklerini yaratır. Bu koşullar altında, konveksiyon ve ışınımla ısı transferi süreçleri önemli olabilir.

benzerlik parametreleri

Gaz akışlarının parametrelerini, neredeyse sonsuz sayıda fiziksel durumu benzerlik gruplarına indirgememize izin veren ve gaz akışlarını farklı fiziksel parametrelerle (basınç, sıcaklık, hız vb.) ) birbirleriyle. Boru deneylerinde modellerin boyutlarının, akış hızlarının, termal yüklerin vb. büyük ölçüde farklılık gösterebilmesine rağmen, rüzgar tünellerindeki deneyler ve bu deneylerin sonuçlarının gerçek uçağa aktarılması bu prensibe dayanmaktadır. gerçek uçuş modları, aynı zamanda benzerlik parametreleri (Mach, Reynolds, Stanton sayıları vb.) uçuşlara karşılık gelir.

Trans- ve süpersonik veya sıkıştırılabilir akış için, çoğu durumda Mach sayısı (akış hızının yerel ses hızına oranı) ve Reynolds sayısı gibi parametreler, akışların tam bir açıklaması için yeterlidir. Hipersonik bir akış için bu parametreler genellikle yetersizdir. Birincisi, şok dalgasının şeklini tanımlayan denklemler, 10 M'lik hızlarda pratik olarak bağımsız hale gelir. İkincisi, hipersonik akışın artan sıcaklığı, ideal olmayan gazlarla ilgili etkilerin fark edilir hale geldiği anlamına gelir.

Gerçek bir gazdaki etkileri hesaba katmak, gazın durumunu tam olarak tanımlamak için gereken daha fazla değişken anlamına gelir. Durağan bir gaz tamamen üç nicelikle tanımlanıyorsa: basınç, sıcaklık, ısı kapasitesi (adyabatik indeks) ve hareketli bir gaz, hızı da içeren dört değişkenle tanımlanıyorsa, kimyasal dengedeki bir sıcak gaz da durum denklemlerini gerektirir. kendisini oluşturan kimyasal bileşenler ve ayrışma ve iyonlaşma süreçlerine sahip bir gaz, durumunun değişkenlerinden biri olarak zamanı da içermelidir. Genel olarak bu, herhangi bir zamanda, dengesiz bir akışın gazın durumunu tanımlamak için 10 ila 100 değişken gerektirdiği anlamına gelir. Ek olarak, genellikle Knudsen sayılarıyla tanımlanan nadir hipersonik akış (HF), Navier-Stokes denklemlerine uymaz ve değişiklik gerektirir. HP genellikle toplam entalpi (mJ / kg), toplam basınç (kPa) ve durgunluk sıcaklığı (K) veya hız (km / s) kullanılarak ifade edilen toplam enerji kullanılarak sınıflandırılır (veya sınıflandırılır).

Ideal gaz

Bu durumda geçen hava akımı ideal gaz akımı olarak kabul edilebilir. Bu rejimdeki HJ hala Mach sayılarına bağlıdır ve simülasyon, düşük hızlarda meydana gelen adyabatik duvar tarafından değil, sıcaklık değişmezleri tarafından yönlendirilir. Bu alanın alt sınırı, ses altı yanmalı SPVRM'lerin etkisiz hale geldiği yaklaşık 5 M'lik hızlara karşılık gelir ve üst sınır, 10-12 M bölgesindeki hızlara karşılık gelir.

İki sıcaklıklı ideal gaz

Bu, geçen hava akışının kimyasal olarak ideal kabul edilebildiği yüksek hızlı ideal gaz akışı rejiminin bir parçasıdır, ancak titreşim sıcaklığı ve döner gaz sıcaklığının ayrı ayrı ele alınması gerekir, bu da iki ayrı sıcaklık modeliyle sonuçlanır. Bu, moleküllerin uyarılmasından kaynaklanan titreşimli soğutmanın önemli hale geldiği süpersonik nozüllerin tasarımında özellikle önemlidir.

ayrışmış gaz

Işın taşıma baskınlık modu

12 km/s'nin üzerindeki hızlarda, araca ısı transferi esas olarak radyal transfer yoluyla gerçekleşmeye başlar, bu da hız artışıyla birlikte termodinamik transfere hakim olmaya başlar. Bu durumda gaz modellemesi iki duruma ayrılmıştır:

• optik olarak ince - bu durumda, gazın diğer kısımlarından veya seçilen hacim birimlerinden gelen radyasyonu yeniden emmediği varsayılır;
• optik olarak kalın - burada, daha sonra cihazın gövdesi de dahil olmak üzere yeniden yayılan radyasyonun plazma tarafından emilmesi hesaba katılır.

Optik olarak kalın gazların modellenmesi zorlu bir iştir, çünkü akıştaki her noktada ışınımsal transferin hesaplanması nedeniyle, hesaplama miktarı dikkate alınan noktaların sayısı ile katlanarak büyür.

Ayrıca bakınız

Notlar (düzenle)

Bağlantılar

• anderson john Hipersonik ve Yüksek Sıcaklıklı Gaz Dinamiği İkinci Baskı. - AIAA Eğitim Serisi, 2006 .-- ISBN 1563477807
• NASA'nın Hipersonik Rehberi.

Sıradan bir yolcu uçağı yaklaşık 900 km / s hızla uçar. Bir askeri jet avcı uçağı, hızın yaklaşık üç katına ulaşabilir. Bununla birlikte, Rusya Federasyonu ve dünyanın diğer ülkelerinden modern mühendisler, aktif olarak daha hızlı makineler - hipersonik uçaklar geliştiriyorlar. İlgili kavramların özgüllüğü nedir?

Hipersonik uçak kriterleri

hipersonik uçak nedir? Bu nedenle, sesten çok daha yüksek bir hızda uçabilen bir aygıtı anlamak gelenekseldir. Araştırmacıların spesifik göstergesini belirlemeye yönelik yaklaşımları farklıdır. En hızlı modern süpersonik araçların hız göstergelerinin katları ise, bir uçağın hipersonik olarak kabul edilmesi gerektiğine dair yaygın bir metodoloji vardır. Yaklaşık 3-4 bin km/s olan. Yani, hipersonik bir uçak, bu metodolojiye bağlı kalırsanız, 6 bin km / s hız geliştirmelidir.

İnsansız ve güdümlü araçlar

Araştırmacıların yaklaşımları, belirli bir aracı uçak olarak sınıflandırma kriterlerini belirleme açısından da farklılık gösterebilir. Sadece insanlar tarafından kontrol edilen makinelerin bu şekilde sınıflandırılabileceği bir versiyon var. İnsansız bir aracın da uçak sayılabileceğine dair bir bakış açısı var. Bu nedenle, bazı analistler bu tür makineleri insan kontrolüne tabi olanlar ve özerk olarak çalışan makineler olarak sınıflandırır. İnsansız hava araçları, örneğin tıkanıklık ve hız açısından çok daha etkileyici teknik özelliklere sahip olabileceğinden, böyle bir ayrım haklı çıkarılabilir.

Aynı zamanda, birçok araştırmacı hipersonik uçağı, hızın temel gösterge olduğu tek bir kavram olarak görüyor. Bir kişinin uçağın dümeninde oturması veya arabanın bir robot tarafından kontrol edilmesi önemli değil - asıl mesele uçağın yeterince hızlı olmasıdır.

Kalkış - bağımsız mı yoksa dış yardımla mı?

Hipersonik uçakların yaygın bir sınıflandırması, onları kendi başlarına kalkış yapabilenler veya daha güçlü bir taşıyıcıya (bir roket veya bir kargo uçağı) yerleştirmeyi içerenler kategorisine atamaya dayanır. Söz konusu türdeki araçlara, esas olarak kendi başlarına veya diğer ekipman türlerinin minimum katılımıyla kalkış yapabilen araçlara atıfta bulunmanın meşru olduğu bir bakış açısı vardır. Bununla birlikte, hipersonik bir uçağı karakterize etmenin ana kriterinin - hız olduğuna inanan araştırmacılar, herhangi bir sınıflandırmada çok önemli olmalıdır. Cihazın insansız, kontrollü, bağımsız olarak veya diğer makinelerin yardımıyla kalkış yapabilen olarak sınıflandırılması olsun - ilgili gösterge yukarıdaki değerlere ulaşırsa, o zaman hipersonik bir uçaktan bahsediyoruz.

Hipersonik çözümlerin ana sorunları

Hipersonik kavramlar onlarca yıllıktır. Karşılık gelen türdeki aparatların geliştirildiği yıllar boyunca, dünya mühendisleri, tıpkı turboprop uçakların üretimini organize etmek gibi, "hipersound" üretimini nesnel olarak önleyen bir dizi önemli sorunu çözüyorlar.

Hipersonik uçağın tasarımındaki ana zorluk, yeterince enerji verimli olabilen bir motorun yaratılmasıdır. Diğer bir problem ise gerekli aparatları oluşturmaktır. Gerçek şu ki, hipersonik bir uçağın yukarıda ele aldığımız değerlerdeki hızı, atmosfere karşı sürtünme nedeniyle vücudun güçlü bir şekilde ısınmasını ima ediyor.

Bugün, geliştiricileri belirtilen sorunları başarıyla çözme konusunda önemli ilerleme kaydedebilen, ilgili tipteki başarılı uçak prototiplerinin birkaç örneğini ele alacağız. Şimdi, söz konusu tipte hipersonik uçak yaratma açısından dünyadaki en ünlü gelişmeleri inceleyelim.

Boeing tarafından

Bazı uzmanlara göre dünyanın en hızlı hipersonik uçağı Amerikan Boeing X-43A'dır. Yani bu cihazın test edilmesi sırasında 11 bin km/s'yi aşan bir hıza ulaştığı kaydedildi. Bu yaklaşık 9.6 kat daha hızlı

X-43A hipersonik uçağı bu kadar özel yapan nedir? Bu uçağın özellikleri aşağıdaki gibidir:

Testlerde kaydedilen maksimum hız 11.230 km/s;

kanat açıklığı - 1,5 m;

Vücut uzunluğu - 3,6 m;

Motor - ramjet, Süpersonik Yanmalı Ramjet;

Yakıt - atmosferik oksijen, hidrojen.

Söz konusu cihazın en çevre dostu cihazlardan biri olduğu belirtilebilir. Gerçek şu ki, pratik olarak kullanılan yakıt, zararlı yanma ürünlerinin salınması anlamına gelmez.

X-43A hipersonik uçak, NASA mühendisleri, Orbical Science Corporation ve Minocraft tarafından ortaklaşa geliştirildi. yaklaşık 10 yıldır oluşturuldu. Gelişimine yaklaşık 250 milyon dolar yatırım yapıldı. Söz konusu uçağın kavramsal yeniliği, itme kuvvetinin çalışmasını sağlamak için en son teknolojiyi test etmek amacıyla tasarlanmış olmasıdır.

Yörünge Biliminden Gelişme

Yukarıda belirttiğimiz gibi, X-43A aparatının oluşturulmasında yer alan Orbital Science, kendi hipersonik uçağını - X-34'ü yaratmayı da başardı.

En yüksek hızı 12 bin km/s'nin üzerindedir. Doğru, pratik testler sırasında elde edilemedi - ayrıca X43-A uçağı tarafından gösterilen rakamı elde etmek mümkün değildi. Söz konusu uçak, katı yakıtla çalışan Pegasus roketinin devreye girmesiyle hızlanıyor. X-34 ilk olarak 2001 yılında test edildi. Söz konusu uçak Boeing cihazından önemli ölçüde daha büyük - uzunluğu 17.78 m, kanat açıklığı 8.85 m, Orbical Science'dan hipersonik makinenin maksimum uçuş yüksekliği 75 kilometredir.

Kuzey Amerika'dan uçak

Bir başka ünlü hipersonik uçak, Kuzey Amerika tarafından üretilen X-15'tir. Bu analist aygıtına deneysel denir.

Bazı uzmanlara onu bir uçak olarak sınıflandırmamak için bir neden veren donanımlıdır. Bununla birlikte, roket motorlarının varlığı, cihazın özellikle bu moddaki testlerden biri sırasında pilotlar tarafından test edilmesini sağlamasına izin verir. X-15 cihazının amacı, hipersonik uçuşların özelliklerini incelemek, belirli tasarım çözümlerini, yeni malzemeleri ve bu tür makinelerin atmosferin çeşitli katmanlarındaki kontrol özelliklerini değerlendirmektir. 1954'te tekrar onaylanması dikkat çekicidir. X-15, 7 bin km / s'nin üzerinde bir hızda uçuyor. Uçuş menzili 500 km'den fazla, yüksekliği 100 km'yi aşıyor.

En hızlı üretim uçağı

Yukarıda tarafımızdan incelenen hipersonik araçlar aslında araştırma kategorisine aittir. Karakteristik olarak hipersonik olanlara yakın olan veya (bir metodolojiye veya diğerine göre) olan bazı uçak üretim örneklerini dikkate almak faydalı olacaktır.

Bu makineler arasında Amerikan geliştirme SR-71 var. Bazı araştırmacılar, maksimum hızı yaklaşık 3,7 bin km / s olduğu için bu uçağı hipersonik olarak nitelendirmeye meyilli değiller. En dikkat çekici özellikleri arasında 77 tonu aşan kalkış ağırlığı yer alıyor. Aparatın uzunluğu 23 m'den fazla, kanat açıklığı 13 m'den fazla.

Rus MiG-25, en hızlı askeri uçaklardan biri olarak kabul edilir. Cihaz 3,3 bin km/saatin üzerinde hızlara ulaşabiliyor. Rus uçağının maksimum kalkış ağırlığı 41 tondur.

Bu nedenle, Rusya Federasyonu, hipersonik olanlara yakın özelliklere sahip seri çözümler pazarında liderler arasındadır. Peki ya "klasik" hipersonik uçaklardaki Rus gelişmeleri? Rusya Federasyonu'ndan mühendisler, Boeing ve Orbital Scence makineleriyle rekabet edebilecek bir çözüm üretebilecek mi?

Rus hipersonik araçları

Rus hipersonik uçağı şu anda geliştirilme aşamasındadır. Ama oldukça aktif gidiyor. U-71 uçağından bahsediyoruz. Basında çıkan haberlere göre ilk testleri Şubat 2015'te Orenburg yakınlarında gerçekleştirildi.

Uçağın askeri amaçlarla kullanılacağı tahmin ediliyor. Böylece, hipersonik bir cihaz, gerekirse, önemli mesafelerde yıkıcı silahlar teslim edebilecek, bölgeyi izleyebilecek ve ayrıca bir saldırı havacılığı unsuru olarak kullanılabilecek. Bazı araştırmacılar 2020-2025'te buna inanıyor. Stratejik Füze Kuvvetleri, ilgili tipte yaklaşık 20 uçak alacak.

Medyada, Rusya'nın düşünülen hipersonik uçağının, yine tasarım aşamasında olan Sarmat balistik füzesinin üzerine yerleştirileceğine dair bilgiler var. Bazı analistler, geliştirilen Yu-71 hipersonik aparatının, son uçuş aşamasında bir balistik füzeden ayrılması gereken bir savaş başlığından başka bir şey olmadığına inanıyor, böylece uçağın yüksek manevra kabiliyeti sayesinde füze savunmasının üstesinden gelecek. sistemler.

"Ajax" projesi

Hipersonik uçakların geliştirilmesiyle ilgili en dikkate değer projelerden biri Ajax'tır. Daha ayrıntılı olarak inceleyelim. Ajax hipersonik uçağı, Sovyet mühendislerinin kavramsal bir gelişimidir. Bilim camiasında bunun hakkında konuşma 80'lerde başladı. En dikkat çekici özellikler arasında, kasayı aşırı ısınmadan korumak için tasarlanmış termal koruma sistemi yer alıyor. Böylece, "Ajax" cihazının geliştiricileri, yukarıda özetlediğimiz "hipsonik" sorunlardan birine bir çözüm önerdiler.

Uçağın geleneksel termal koruma şeması, gövdeye özel malzemelerin yerleştirilmesini içerir. "Ajax" geliştiricileri, cihazı harici ısıtmadan korumaması, aynı zamanda enerji kaynağını arttırırken makinenin içine ısı girmesi gerektiğine göre farklı bir konsept önerdi. Sovyet aparatının ana rakibi, Amerika Birleşik Devletleri'nde oluşturulan hipersonik uçak "Aurora" olarak kabul edildi. Bununla birlikte, SSCB'den tasarımcıların kavramın olanaklarını önemli ölçüde genişletmesi nedeniyle, en geniş görev yelpazesi yeni gelişmeye, özellikle araştırmaya emanet edildi. "Ajax"ın hipersonik çok amaçlı bir uçak olduğunu söyleyebiliriz.

SSCB'den mühendisler tarafından önerilen teknolojik yenilikleri daha ayrıntılı olarak ele alalım.

Böylece, Ajax'ın Sovyet geliştiricileri, uçak gövdesinin atmosfere sürtünmesi sonucu üretilen ısıyı faydalı enerjiye dönüştürmek için kullanmayı önerdiler. Teknik olarak bu, cihaza ek mermiler yerleştirilerek gerçekleştirilebilir. Sonuç olarak, ikinci bir bina gibi bir şey oluştu. Boşluğunun bir tür katalizör, örneğin yanıcı malzeme ve su karışımı ile doldurulması gerekiyordu. "Ajax" da katı malzemeden yapılmış ısı yalıtım katmanının, bir yandan motoru koruması gereken, diğer yandan katalitik reaksiyona katkıda bulunacak olan sıvı bir katmanla değiştirilmesi gerekiyordu. bu arada, endotermik bir etki eşlik edebilir - vücudun ısı transferi kısımları içe doğru. Teoride, aparatın dış kısımlarının soğutulması herhangi bir şey olabilir. Uçak motorunun verimliliğini artırmak için aşırı ısının kullanılması gerekiyordu. Aynı zamanda, bu teknoloji reaksiyon nedeniyle yakıtlar ve serbest hidrojen türleri üretmeyi mümkün kılacaktır.

Şu anda, Ajax'ın gelişiminin devamı hakkında halka açık bir bilgi yok, ancak araştırmacılar Sovyet kavramlarını uygulamaya koymanın çok umut verici olduğunu düşünüyor.

Çin hipersonik araçları

Çin, hipersonik pazarda Rusya ve ABD'ye rakip oluyor. PRC'den mühendislerin en ünlü gelişmeleri arasında WU-14 uçağı var. Balistik füze üzerine monte edilmiş hipersonik güdümlü bir uçak gövdesidir.

Bir ICBM, bir uçağı uzaya fırlatır, buradan makine keskin bir şekilde aşağı dalar ve hipersonik hız geliştirir. Çinli cihaz, 2 ila 12 bin km menzile sahip farklı ICBM'lere monte edilebiliyor. Testler sırasında, WU-14'ün 12 bin km / s'yi aşan hızlara ulaşabildiği ve böylece bazı analistlere göre en hızlı hipersonik uçak haline geldiği tespit edildi.

Aynı zamanda, birçok araştırmacı Çin gelişiminin uçak sınıfına atıfta bulunmanın tamamen meşru olmadığına inanıyor. Bu nedenle, cihazın tam olarak bir savaş başlığı olarak sınıflandırılması gereken sürüm yaygındır. Üstelik çok etkilidir. İşaretlenen hızda uçarken, en modern füze savunma sistemleri bile ilgili hedefin durdurulmasını garanti edemez.

Rusya ve Amerika Birleşik Devletleri'nin de askeri amaçlar için kullanılan hipersonik araçların geliştirilmesiyle uğraştığı belirtilebilir. Aynı zamanda, ilgili tipte makineler yaratması beklenen Rus konsepti, bazı medyadaki verilerin kanıtladığı gibi, Amerikalılar ve Çinliler tarafından uygulanan teknolojik ilkelerden önemli ölçüde farklıdır. Bu nedenle, Rusya Federasyonu'ndan geliştiriciler, yerden fırlatılabilen bir ramjet motoruyla donatılmış uçaklar yaratma alanındaki çabalarını yoğunlaştırıyor. Rusya, Hindistan ile bu yönde işbirliği yapmayı planlıyor. Bazı analistlere göre Rus konseptine göre oluşturulan hipersonik araçlar, daha düşük maliyet ve daha geniş bir uygulama yelpazesi ile karakterize edilir.

Aynı zamanda, yukarıda bahsettiğimiz (Yu-71) Rusya'nın hipersonik uçağı, bazı analistlerin inandığı gibi, ICBM'lere aynı yerleşimi varsayar. Bu tez doğru çıkarsa, Rusya Federasyonu'ndan mühendislerin hipersonik uçak yapımında iki popüler kavramsal yönde aynı anda çalıştığını söylemek mümkün olacaktır.

Özet

Yani, muhtemelen dünyanın en hızlı hipersonik uçağı, uçak hakkında konuşursak, sınıflandırmaları ne olursa olsun, hala Çin WU-14'tür. Testlerle ilgili olanlar da dahil olmak üzere onunla ilgili gerçek bilgilerin sınıflandırılabileceğini anlamanız gerekse de. Bu, genellikle askeri teknolojilerini ne pahasına olursa olsun gizli tutmaya çalışan Çinli geliştiricilerin ilkeleriyle tutarlıdır. En hızlı hipersonik uçağın hızı 12 bin km / s'nin üzerindedir. Amerikan geliştirme X-43A onu "yakalıyor" - birçok uzman bunun en hızlı olduğunu düşünüyor. Teorik olarak, X-43A hipersonik uçağı ve Çin WU-14, 12 bin km / s'den fazla bir hız için tasarlanan Orbical Science'ın gelişimini yakalayabilir.

Rus U-71 uçağının özellikleri henüz halk tarafından bilinmiyor. Çin uçağının parametrelerine yakın olmaları mümkündür. Rus mühendisler ayrıca bir ICBM temelinde değil, kendi başına kalkış yapabilen hipersonik bir uçak geliştiriyorlar.

Rusya, Çin ve Amerika Birleşik Devletleri'nden araştırmacıların mevcut projeleri şu veya bu şekilde askeri alanla ilgilidir. Hipersonik uçaklar, olası sınıflandırmalarına bakılmaksızın, öncelikle büyük olasılıkla nükleer olan silah taşıyıcıları olarak kabul edilir. Ancak, dünyanın farklı ülkelerinden araştırmacıların çalışmalarında, atom teknolojileri gibi "hipersound" un barışçıl olabileceği tezleri var.

Mesele, ilgili tipteki makinelerin seri üretimini organize etmeye izin veren uygun fiyatlı ve güvenilir çözümlerin ortaya çıkmasıdır. Bu tür cihazların kullanımı, ekonomik kalkınmanın en geniş dallarında mümkündür. Hipersonik uçaklar için en büyük talebin uzay ve araştırma endüstrilerinde bulunması muhtemeldir.

İlgili makinelerin üretim teknolojisi ucuzladıkça, nakliye işletmeleri bu tür projelere yatırım yapmaya ilgi göstermeye başlayabilir. Endüstriyel şirketler, çeşitli hizmetlerin sağlayıcıları, "hipersound"u, uluslararası iletişimi organize etme açısından işletmenin rekabet gücünü artırmak için bir araç olarak görmeye başlayabilir.