Az amerikai légierő tesztelte az X-51A Waveridert, amely a hangsebesség ötszörösét tudta felvenni, és több mint 3 percig tudott repülni, ezzel világrekordot állítva fel, amelyet korábban orosz fejlesztők tartottak. A teszt összességében jól sikerült, a hiperszonikus fegyverek készen állnak a versenyre.
2010. május 27-én az X-51A Waveridert (lazán hullámrepülésként fordítva, és „akaratlanul” szörfösként) ejtették le a B-52-es bombázóról a Csendes-óceán felett. A jól ismert ATCAMS rakétától kölcsönzött X-51A emlékeztető fokozat a Waveridert 19,8 ezer méter magasságba hozta, ahol egy hiperszonikus ramjet motort (GPRVD vagy scrumjet) kapcsoltak be. Ezt követően a rakéta 21,3 ezer méter magasra emelkedett, és felvette az 5 Mach sebességét (5 M - öt hangsebesség). Összességében a rakéta hajtóműve körülbelül 200 másodpercig működött, ezt követően az X-51A jelzést küldött az önpusztításra a telemetriai megszakítások kitörésével kapcsolatban. A terv szerint a rakétának 6 M sebességet kellett kifejlesztenie (a projekt szerint az X-51 sebessége 7 M volt, azaz több mint 8000 km / h), és a motornak dolgoznia kellett 300 másodperc.
A tesztek nem voltak tökéletesek, de ez nem akadályozta meg őket abban, hogy kiemelkedő eredményt érjenek el. A motor működési ideje háromszor meghaladta a korábbi rekordot (77 s), amelyet a szovjet (később orosz) "Kholod" repülőlaboratórium tartott. Az 5M sebességet először hagyományos szénhidrogén üzemanyaggal érték el, nem pedig néhány "exkluzív", például hidrogénnel. A Waverider JP-7-et használt, alacsony páratartalmú kerozint, amelyet a híres SR-71 ultragyors felderítő repülőgépen használtak.
Mi a Scrumjet és mi a jelenlegi eredmények lényege? Elvileg a ramjet motorok (ramjet motorok) sokkal egyszerűbbek, mint a mindenki által ismert turboreaktív motorok (turboreaktív motorok). A ramjet motor egyszerűen légbeömlő (az egyetlen mozgó alkatrész), egy égéstér és egy fúvóka. Ebben előnyösen összehasonlítható a sugárhajtású turbinákkal, ahol ventilátort, kompresszort és magát a turbinát is hozzáadják ehhez az elemi rendszerhez, amelyet 1913 -ban találtak ki, közös erőfeszítéssel, hogy levegőt vezessenek be az égéstérbe. A ramjet motorokban ezt a funkciót maga a szembejövő légáramlás látja el, ami azonnal megszünteti az igényt a kifinomult tervekre, amelyek forró gázok áramában és a turboreaktív élet más drága örömeiben működnek. Ennek eredményeként a ramjet motorok könnyebbek, olcsóbbak és kevésbé érzékenyek a magas hőmérsékletre.
Az egyszerűségnek azonban ára van. A közvetlen áramlású motorok hatástalanok szubszonikus sebességnél (500-600 km / h sebességig egyáltalán nem működnek)-egyszerűen nincs elegendő oxigénjük, ezért további motorokra van szükségük, amelyek felgyorsítják a készüléket a tényleges sebességre. Tekintettel arra, hogy a motorba belépő levegő térfogatát és nyomását csak a beszívott levegő átmérője korlátozza, rendkívül nehéz a motor tolóerejét hatékonyan szabályozni. A Ramjet motorokat általában az élezési sebesség szűk tartományára "élezik", és azon kívül kezdenek nem megfelelően viselkedni. Ezen szubszonikus fordulatszámon és a mérsékelt szuperszonikus sebességeken alapuló hiányosságok miatt a turboreaktív motorok radikálisan felülmúlják közvetlen áramlású versenytársaikat.
A helyzet megváltozik, amikor a repülőgép mozgékonysága 3 lengés esetén kimarad a skálából. Nagy repülési sebességnél a levegő annyira összenyomódik a motor bemeneti nyílásában, hogy a kompresszor és egyéb berendezések iránti igény megszűnik - pontosabban akadályokká válnak. De ezeken a sebességeken a szuperszonikus ramjet motorok SPRVD ("ramjet") remekül érzik magukat. A sebesség növekedésével azonban az ingyenes "kompresszor" (szuperszonikus légáramlás) előnyei rémálommá válnak a motortervezők számára.
A turboreaktív és az SPVRD kerozin viszonylag alacsony áramlási sebességgel - 0,2 M. De minél nagyobb a bejövő adatfolyam sebessége, annál nehezebb fékezni, és annál nagyobb veszteséggel jár ez a gyakorlat. 6 M-től 25-30-szor le kell lassítani az áramlást. Már csak az üzemanyag elégetése szuperszonikus áramlásban. Itt kezdődnek az igazi nehézségek. Amikor a levegő 2,5-3 ezer km / h sebességgel belép az égéstérbe, az égés fenntartásának folyamata hasonló lesz az egyik fejlesztő szavai szerint ahhoz, hogy "megpróbálják meggyújtani a gyufát egy tájfun közepén. " Nem is olyan régen azt hitték, hogy a kerozin esetében ez lehetetlen.
A hiperszonikus járművek fejlesztőinek problémái egyáltalán nem korlátozódnak a működőképes SCRVD létrehozására. Át kell lépniük az úgynevezett hőgáton is. A repülőgép felmelegszik a levegővel szembeni súrlódástól, és a fűtési intenzitás közvetlenül arányos az áramlási sebesség négyzetével: ha a sebesség megduplázódik, akkor a fűtés négyszeresére nő. A repülőgép repülőgépen történő felmelegedése szuperszonikus sebességgel (különösen alacsony magasságban) néha olyan nagy, hogy a szerkezet és a berendezés megsemmisüléséhez vezet.
Ha 3 M sebességgel repül, még a sztratoszférában is, a légbeömlő nyílás és a szárny elülső éleinek bejárati éleinek hőmérséklete több mint 300 fok, a bőr többi része pedig több mint 200 fok. a 2-2,5-ször nagyobb sebesség 4-6-szor többet melegít fel. Ugyanakkor, akár 100 fokos hőmérsékleten is, a szerves üveg lágyul, 150 ° C -on - a duralumin szilárdsága jelentősen csökken, 550 -nél - a titánötvözetek elveszítik a szükséges mechanikai tulajdonságokat, 650 fok feletti hőmérsékleten pedig az alumínium és a magnézium olvad, az acél lágyul.
A magas szintű fűtés megoldható passzív hővédelemmel, vagy aktív hőelvezetéssel a fedélzeten lévő üzemanyag -tartalékok hűtőként való felhasználásával. A probléma az, hogy a kerozin nagyon tisztességes "hűtési" képességével - ennek az üzemanyagnak a hőteljesítménye csak fele a vízénél - nem tolerálja jól a magas hőmérsékletet, és a "megemésztendő" hőmennyiségek egyszerűen szörnyű.
Mindkét probléma (szuperszonikus égés és hűtés) megoldásának legegyszerűbb módja a petróleum elhagyása a hidrogén javára. Ez utóbbi viszonylag könnyen - természetesen a petróleummal összehasonlítva - még szuperszonikus áramlás esetén is megég. Ugyanakkor a folyékony hidrogén nyilvánvaló okokból kiváló hűtő is, ami lehetővé teszi, hogy ne alkalmazzunk hatalmas hővédelmet, és ugyanakkor biztosítsunk elfogadható hőmérsékletet a fedélzeten. Ezenkívül a hidrogén fűtőértéke háromszorosa a petróleumnak. Ez lehetővé teszi az elérhető sebességek határának emelését 17 M -ig (maximum szénhidrogén üzemanyag esetén - 8 M), és ezzel egyidejűleg kompaktabbá teszi a motort.
Nem meglepő, hogy a korábbi rekordszámú hiperszonikus repülőgépek nagy része pontosan hidrogénnel repült. Hidrogén üzemanyagot használt a "Kholod" repülő laboratóriumunk, amely eddig a második helyet foglalja el a scramjet motor időtartamát tekintve (77 s). Neki a NASA rekordsebességet köszönhet a sugárhajtású járműveknek: 2004-ben a NASA X-43A pilóta nélküli hiperszonikus repülőgépe 33,5 km repülési magasságban elérte a 11 265 km / h (vagy 9,8 M) sebességet.
A hidrogén használata azonban más problémákhoz is vezet. Egy liter folyékony hidrogén tömege mindössze 0,07 kg. Még ha a hidrogén háromszor nagyobb "energiakapacitását" is figyelembe vesszük, ez azt jelenti, hogy az üzemanyagtartályok térfogata négyszeresére nő, állandó mennyiségű tárolt energiával. Ennek eredményeként a készülék mérete és súlya felfújható. Ezenkívül a folyékony hidrogén nagyon különleges működési feltételeket igényel - "a kriogén technológiák minden borzalmát", valamint a hidrogén sajátosságait - rendkívül robbanásveszélyes. Más szóval, a hidrogén kiváló üzemanyag kísérleti járművekhez és darabgépekhez, például stratégiai bombázókhoz és felderítő repülőgépekhez. De üzemanyagként olyan tömegfegyverekhez, amelyek hagyományos platformokra, például normál bombázóra vagy rombolóra épülhetnek, alkalmatlan.
Annál is jelentősebb az X-51 alkotóinak eredménye, akiknek sikerült nélkülözniük a hidrogént, és ugyanakkor lenyűgöző sebességet és rekordmutatókat értek el a repülés idejére ramjet motorral. A rekord egy része az innovatív aerodinamikai kialakításnak köszönhető - éppen ennek a hullámos repülésnek. A készülék furcsa szögletes megjelenése, vad kinézetű kialakítása lökéshullámok rendszerét hozza létre, ők, és nem a készülék teste lesz az aerodinamikai felület. Ennek eredményeként az emelőerő a beeső áramlás minimális kölcsönhatásával keletkezik magával a testtel, és ennek következtében hevítésének intenzitása jelentősen csökken.
Az X-51 fekete szén-szén magas hőmérsékletű hővédővel rendelkezik, amely csak az orr legvégén és az alsó oldalon található. A test fő részét fehér, alacsony hőmérsékletű hővédő pajzs borítja, ami viszonylag kíméletes fűtési módot jelez: ez pedig 6-7 M-nél a légkör meglehetősen sűrű rétegeiben, és elkerülhetetlenül belemerül a troposzférába a célponthoz.
Hidrogén "szörny" helyett az amerikai hadsereg egy praktikus repülőgép -üzemanyaggal működő eszközt szerzett, amely azonnal kiveszi a mulatságos kísérletezés területéről a valódi alkalmazás területére. Előttünk már nem a technológia bemutatója áll, hanem egy új fegyver prototípusa. Ha az X-51A sikeresen teljesíti az összes tesztet, néhány éven belül megkezdődik az X-51A +teljes értékű harci verziójának kifejlesztése, amely a legmodernebb elektronikus töltelékkel van felszerelve.
A Boeing előzetes tervei szerint az X-51A +-t olyan eszközökkel látják el, amelyek lehetővé teszik a célok gyors azonosítását és megsemmisítését aktív ellenzékben. A tavalyi előzetes tesztek során sikeresen tesztelték azt a képességet, hogy a járművet a nagy pontosságú lőszerek célzására tervezett JDAM interfész segítségével vezéreljék. Az új hullámú repülőgép jól illeszkedik az amerikai rakéták szabványos méreteibe, vagyis biztonságosan illeszkedik a fedélzeti függőleges indítóeszközökbe, szállító-indító konténerekbe és bombázóterekbe. Ne feledje, hogy az ATCAMS rakéta, amelyből a Waverider erősítőfokozatát kölcsönözték, műveleti-taktikai fegyver, amelyet az amerikai MLRS többszörös rakétarendszerek használnak.
Így 2010. május 12 -én az Egyesült Államok a Csendes -óceán felett tesztelt egy teljesen praktikus, hiperszonikus cirkálórakéta prototípusát, a tervezett töltés alapján ítélve, amelyet a fokozottan védett földi célpontok megsemmisítésére terveztek (a becsült hatótávolság 1600 km). Lehet, hogy idővel felszíneseket is hozzáadnak hozzájuk. Az óriási sebesség mellett az ilyen rakétáknak nagy behatolási képességük lesz (mellesleg a 7 M -re felgyorsított test energiája gyakorlatilag egyenértékű az azonos tömegű TNT töltéssel), és - a statikusan instabil hullámok fontos tulajdonsága - nagyon éles manőverek készsége.
Ez messze nem az egyetlen ígéretes hiperszonikus fegyverek szakma.
A kilencvenes évek végén a NATO Űrkutatási és Fejlesztési Tanácsadó Csoport (AGARD) jelentései megállapították, hogy a hiperszonikus rakétáknak a következő alkalmazásokkal kell rendelkezniük:
- az erődített (vagy eltemetett) ellenséges célpontok és általában összetett szárazföldi célpontok legyőzése;
- légvédelem;
- a légi fölény meghódítása (az ilyen rakéták ideális eszköznek tekinthetők a nagy távolságban repülő magas célpontok elfogásának);
- rakétaelhárítás - ballisztikus rakéták indításának elfogása a pálya kezdeti szakaszában.
- újrafelhasználható drónként használható mind földi célpontok lecsapására, mind felderítésre.
Végül egyértelmű, hogy a hiperszonikus rakéták lesznek a leghatékonyabb - ha nem az egyetlen - ellenszer a hiperszonikus támadófegyverek ellen.
A hiperszonikus fegyverek fejlesztésének másik iránya a kisméretű, szilárd hajtóanyagú scramjet motorok létrehozása, amelyeket légi célpontok megsemmisítésére tervezett lövedékekbe (35-40 mm-es kaliberek), valamint páncélozott járművekbe és erődítményekbe (kinetikus ATGM-ek) hoztak létre. 2007-ben a Lockheed Martin befejezte a CKEM (Compact Kinetic Energy Missile) kinetikus páncéltörő rakéta prototípusának tesztelését. Egy ilyen rakéta 3400 m távolságban sikeresen megsemmisítette a továbbfejlesztett reaktív páncéllal felszerelt szovjet T-72 harckocsit.
A jövőben még egzotikusabb tervek is megjelenhetnek, például transzatmoszférikus repülőgépek, amelyek interkontinentális tartományban képesek szuborbitális repülésekre. A ballisztikus rakétákhoz való manőverező hiperszonikus robbanófejek szintén meglehetősen relevánsak - és a közeljövőben. Más szavakkal, a következő 20 évben a katonai ügyek drámaian megváltoznak, és a hiperszonikus technológiák a forradalom egyik legfontosabb tényezőjévé válnak.
