Китай испытал прототип гиперзвукового двигателя, способного облететь Землю за два часа

Двигатель работает на чистом водороде, а в его конструкции использованы неназванные особые сплавы

Прототип прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) нового типа sodramjet испытали в аэродинамической трубе. Он успешно проработал на скорости воздушного потока, превышающей звуковую в девять раз. А по результатам эксперимента оказалось, что теоретический предел его скорости достигает числа Маха 16. Это позволит летательному аппарату с таким двигателем обогнуть Землю за два часа, но аэродинамической трубы для проверки подобных скоростей в Китае еще не построили.

Отчет об испытаниях прототипа ученые из Китайской академии наук (CAS) опубликовали в журнале Chinese Journal of Aeronautics. Ведущий автор исследования Цзиан Цзунлинь (Jiang Zonglin) заявил, что разработка его команды послужит основой для создания многоразовых орбитальных космопланов и гиперзвуковых самолетов нового поколения. Название sodramjet образовано от словосочетания standing oblique detonation ramjet engine, которое можно перевести, как ПВРД с воспламенением наклонной стоячей ударной волной.

Двигатель работает на чистом водороде, а в его конструкции использованы неназванные особые сплавы. Их создали специально для sodramjet, поскольку применяемые в ракетно-космической отрасли металлы с трудом выдержали бы температуры, возникающие в новом ПВРД. Устройство испытанного прототипа разительно отличается от известных схем гиперзвуковых прямоточных двигателей. В нем реализована идея зажигания топлива ударной волной, предложенная американскими исследователями еще в 1960-е годы. Но полвека назад материаловедение не позволило создать даже экспериментальные образцы таких двигателей из-за их невероятно высоких рабочих температур.

Трехмерная модель двигателя sodramjet. Фото с сайта sciencedirect.com

Опрошенные изданием South China Morning Post отраслевые эксперты предполагают, что эти испытания китайского sodramjet выполнены “давно”. Обычно в Поднебесной подобные проекты скрыты ореолом строгой секретности и об их ходе доподлинно ничего не бывает известно. Нынешняя публикация результатов эксперимента в открытом доступе может говорить о том, что программа разработки гиперзвуковых двигателей в Китае уже продвинулась существенно дальше.

Инженеры и ученые Китайской академии наук проводили эксперимент в гиперзвуковой аэродинамической трубе, способной создавать скорость воздушного потока до числа Маха 9. Это примерно равно 11 тысячам километров в час. Показатели прототипа во время испытаний были стабильными — он работал как положено. В ходе экстраполяции результатов измерений ученые сделали вывод, что sodramjet будет стабильно разгоняться и эффективно работать на скорости до числа Маха 16. А это уже примерно 19,5 тысяч километров в час, то есть весь экватор летательный аппарат с таким двигателем облетит чуть более, чем за два часа.

Прототип двигателя sodramjet. Фото с сайта sciencedirect.com

Чтобы проверить теоретические выкладки придется дождаться постройки более мощной аэродинамической трубы. Ну, а до практического применения sodramjet может и вовсе никогда не дойти. Да, реализованная китайскими учеными схема демонстрирует потрясающие показатели. Фактически, чем быстрее такой двигатель летит, тем эффективнее он работает. Однако использованные в его конструкции материалы выдержали лишь кратковременные эксперименты. Как они поведут себя при полетах длительностью в десятки минут — предсказать пока трудно.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели привлекали авиаконструкторов и ракетчиков своей простотой и высокими теоретическими характеристиками с самого момента их изобретения в начале XX века. Минимум подвижных деталей (разве что регулируемый воздухозаборник нужен), максимум эффективности на больших скоростях — просто сказка. Однако практическое применение они нашли в довольно узких областях.

Прототип двигателя sodramjet в аэродинамической трубе. Фото с сайта sciencedirect.com

Принцип действия подобных двигателей основан на сжатии набегающего воздуха не компрессором, а формой воздухозаборника. Из-за этого они неспособны работать при нулевой скорости движения и обладают плачевной эффективностью вплоть до числа Маха 1. Сверхзвуковые ПВРД (ramjet), где входящий воздушный поток замедляется до дозвуковой скорости оказалось практически невозможно разогнать дальше числа Маха 5. Быстрее — и температуры, что в воздухозаборнике, что в камере сгорания превышают все разумные пределы. Вместе с этим резко падает топливная эффективность. Зато они нашли применение в зенитных и противокорабельных ракетах, которые разгоняются до сверхзвуковой скорости твердотопливными первыми ступенями.

Гиперзвуковые ПВРД (scramjet) устроены несколько иначе. В них поток воздуха никогда не затормаживается ниже скорости звука, что позволяет расширить рабочий диапазон двигателя. Судя по тем данным, что есть в открытом доступе, максимальная скорость современных scramjet достигает числа Маха 7-8. Дальше разгоняться мешают возникающие в воздухозаборнике фронты ударных волн, которые буквально срывают пламя в камере сгорания. Вдобавок, из-за нестабильной работы двигателя в нем также лавинообразно нарастает температура. Предположительно, именно такие ПВРД устанавливаются на перспективные гиперзвуковые ракеты, разрабатываемые в XXI веке.

Теоретически, все эти ограничения можно обойти, причем иногда даже реализовав некоторые идеи «в металле». Именно это и продемонстрировали китайские специалисты. Однако, решив проблемы с перегревом двигателя, возникает аналогичная ситуация с летательным аппаратом. На скоростях выше числа Маха 3 планер самолета или ракеты начинает разогреваться до температур, при которых алюминиевые сплавы теряют прочность. После числа Маха 5 возможно использование только одноразовых конструкций.

На сегодняшний день без использования сложных систем охлаждения или абляционных покрытий (как правило, одноразовых), реализовать многоразовый гиперзвуковой летательный аппарат не представляется возможным.

Источник
www.km.ru
29.09.2024
источник: www.km.ru