ВВС на САЩ тестваха X-51A Waverider, който успя да набере скорост 5 пъти по-висока от скоростта на звука и успя да лети повече от 3 минути, като постави световен рекорд, който преди това беше държан от руските разработчици. Тестът мина добре като цяло, хиперзвуковите оръжия са готови за състезание.
На 27 май 2010 г. X-51A Waverider (свободно преведен като вълнов полет и в „неволен“като сърфист) беше свален от бомбардировач В-52 над Тихия океан. Усилвателният етап X-51A, заимстван от добре познатата ракета ATCAMS, изведе Waverider на височина 19,8 хиляди метра, където беше включен хиперзвуков двигател с прямото движение (GPRVD или scrumjet). След това ракетата се издигна на височина 21, 3 хиляди метра и набра скорост от 5 маха (5 М - пет скорости на звука). Общо ракетният двигател работи около 200 секунди, след което X-51A изпраща сигнал за самоунищожение във връзка с избухването на телеметрични прекъсвания. Според плана ракетата е трябвало да развие скорост от 6 M (според проекта скоростта на X-51 е 7 M, тоест над 8000 км / ч), а двигателят е трябвало да работи за 300 секунди.
Тестовете не бяха перфектни, но това не им попречи да станат изключителни постижения. Времето на работа на двигателя надвиши три пъти предишния рекорд (77 s), държан от съветската (по -късно руска) летяща лаборатория "Холод". Скоростта от 5 М беше първо постигната с конвенционално въглеводородно гориво, а не с някакво "изключително" като водород. Waverider използва JP-7, керосин с ниска пара, използван на известния свръхскоростен разузнавателен самолет SR-71.
Какво е Scrumjet и каква е същността на настоящите постижения? По принцип ramjet двигателите (ramjet двигатели) са много по -прости от турбореактивните двигатели (турбореактивни двигатели), които са познати на всички. Двигателят с прямото движение е просто въздухозаборник (единствената движеща се част), горивна камера и дюза. В това отношение той се сравнява благоприятно с реактивни турбини, където вентилатор, компресор и самата турбина са добавени към тази елементарна схема, изобретена през 1913 г., чрез комбинирани усилия за вкарване на въздух в горивната камера. В двигателите с прямото движение, тази функция се изпълнява от самия протичащ въздушен поток, което незабавно елиминира необходимостта от сложни дизайни, работещи в поток от горещи газове и други скъпи радости от живота на турбореактивния двигател. В резултат на това ramjet двигателите са по -леки, по -евтини и по -малко чувствителни към високи температури.
Простотата обаче си има цена. Двигателите с директен поток са неефективни при дозвукови скорости (до 500-600 км / ч изобщо не работят)-те просто нямат достатъчно кислород и затова се нуждаят от допълнителни двигатели, които ускоряват апарата до ефективни скорости. Поради факта, че обемът и налягането на въздуха, постъпващ в двигателя, са ограничени само от диаметъра на всмукателния въздух, е изключително трудно ефективно да се контролира тягата на двигателя. Двигателите на Ramjet обикновено се "изострят" за тесен диапазон от работни скорости и извън него те започват да се държат неадекватно. Поради тези присъщи недостатъци при дозвукови скорости и умерени свръхзвукови, турбореактивните двигатели радикално надминават своите конкуренти с директен поток.
Ситуацията се променя, когато пъргавината на самолета излезе от мащаба за 3 маха. При високи скорости на полет въздухът се компресира толкова много във входа на двигателя, че необходимостта от компресор и друго оборудване отпада - по -точно те се превръщат в пречка. Но при тези скорости свръхзвуковите двигатели с реактивни двигатели SPRVD ("ramjet") се чувстват чудесно. С увеличаването на скоростта обаче ползите от безплатния „компресор“(свръхзвуков въздушен поток) се превръщат в кошмар за конструкторите на двигатели.
При турбореактивните и SPVRD керосинът изгаря при относително ниска скорост на потока - 0,2 М. Това ви позволява да постигнете добро смесване на въздух и инжектиран керосин и съответно висока ефективност. Но колкото по -висока е скоростта на входящия поток, толкова по -трудно е да го спрете и толкова по -големи са загубите, свързани с това упражнение. Започвайки от 6 М, потокът трябва да се забави 25-30 пъти. Остава само да гори гориво в свръхзвуков поток. Тук започват истинските трудности. Когато въздухът навлезе в горивната камера със скорост 2,5-3 хиляди км / ч, процесът на поддържане на горенето става подобен, по думите на един от разработчиците, на „опит да се запали кибрит в средата на тайфун. Не толкова отдавна се смяташе, че в случая на керосина това е невъзможно.
Проблемите на разработчиците на хиперзвукови превозни средства в никакъв случай не се ограничават до създаването на работещ SCRVD. Те също трябва да преодолеят така наречената термична бариера. Самолетът се нагрява от триене във въздуха, а интензитетът на нагряване е правопропорционален на квадрата на скоростта на потока: ако скоростта се удвои, отоплението се увеличава четири пъти. Нагряването на самолет в полет със свръхзвукови скорости (особено на ниски височини) понякога е толкова голямо, че води до разрушаване на конструкцията и оборудването.
При летене със скорост 3 M, дори в стратосферата, температурата на входните ръбове на въздухозаборника и предните ръбове на крилото е повече от 300 градуса, а останалата част от кожата - повече от 200. Устройството с скорост 2-2,5 пъти повече ще затопли 4-6 пъти повече. В същото време, дори при температури от около 100 градуса, органичното стъкло омеква, при 150 - здравината на дюралумина е значително намалена, при 550 - титановите сплави губят необходимите механични свойства, а при температури над 650 градуса алуминият и магнезият се топят, стомана омекотява.
Високото ниво на нагряване може да бъде решено или чрез пасивна термична защита, или чрез активно отвеждане на топлината, като се използват резервите на гориво на борда като охладител. Проблемът е, че с много прилична способност за охлаждане на керосина - топлинният капацитет на това гориво е само наполовина този на водата - той не понася добре високите температури, а количествата топлина, които трябва да бъдат „усвоени“, са просто чудовищно.
Най -лесният начин за решаване на двата проблема (свръхзвуково горене и охлаждане) е да се откаже от керосина в полза на водорода. Последният сравнително лесно - в сравнение с керосина, разбира се - гори дори при свръхзвуков поток. В същото време течният водород по очевидни причини е и отличен охладител, което прави възможно да не се използва масивна термична защита и в същото време да се осигури приемлива температура на борда. В допълнение, водородът има три пъти по -калорична стойност от керосина. Това дава възможност да се повиши границата на постижимите обороти до 17 M (максимум при въглеводородно гориво - 8 M) и в същото време да се направи двигателят по -компактен.
Не е изненадващо, че повечето от предишните рекордни хиперзвукови самолети летяха именно на водород. Водородно гориво е използвано от нашата летяща лаборатория "Холод", която досега заема второто място по продължителност на скрамбетния двигател (77 s). На него НАСА дължи рекордна скорост за реактивни превозни средства: през 2004 г. безпилотният хиперзвуков самолет на НАСА X-43A достигна скорост от 11 265 км / ч (или 9,8 М) на височина на полета 33,5 км.
Използването на водород обаче води до други проблеми. Един литър течен водород тежи само 0,07 кг. Дори като се вземат предвид три пъти по -големия "енергиен капацитет" на водорода, това означава четирикратно увеличение на обема на резервоарите за гориво с постоянно количество съхранена енергия. Това води до увеличаване на размера и теглото на апарата като цяло. В допълнение, течният водород изисква много специфични условия на работа - „всички ужаси на криогенните технологии“плюс спецификата на самия водород - той е изключително експлозивен. С други думи, водородът е отлично гориво за експериментални превозни средства и частични машини като стратегически бомбардировачи и разузнавателни самолети. Но като гориво за масови оръжия, което може да се основава на конвенционални платформи като обикновен бомбардировач или разрушител, то е неподходящо.
Още по-значимо е постижението на създателите на Х-51, които успяха да се справят без водород и в същото време да постигнат впечатляващи скорости и рекордни показатели за продължителността на полета с двигател с ракетно-реактивен двигател. Част от рекорда се дължи на иновативен аеродинамичен дизайн - точно този вълнен полет. Странният ъглов външен вид на апарата, неговият див дизайн създава система от ударни вълни, именно те, а не тялото на апарата, се превръщат в аеродинамична повърхност. В резултат на това повдигащата сила възниква при минимално взаимодействие на падащия поток със самото тяло и в резултат интензитетът на нагряването му рязко намалява.
X-51 има черен високотемпературен топлинен щит от въглерод-въглерод, разположен само в самия връх на носа и в задната част на долната страна. Основната част на тялото е покрита с бял нискотемпературен топлинен щит, който показва относително лек режим на нагряване: и това е на 6-7 M в доста плътни слоеве на атмосферата и неизбежно се гмурка в тропосферата към целта.
Вместо водородно „чудовище“, американската армия се е сдобила с устройство, задвижвано от практическо авиационно гориво, което веднага го извежда от полето на забавен експеримент в сферата на реалното приложение. Пред нас вече не е демонстрация на технологии, а прототип на ново оръжие. Ако X-51A успешно премине всички тестове, след няколко години ще започне разработването на пълноценна бойна версия на X-51A +, оборудвана с най-модерния електронен пълнеж.
Според предварителните планове на Boeing, X-51A + ще бъде оборудван с устройства за бързо идентифициране и унищожаване на целите в условия на активно противопоставяне. Възможността за управление на превозното средство с помощта на модифициран JDAM интерфейс, предназначен за насочване към високоточни боеприпаси, беше успешно тествана по време на предварителните тестове миналата година. Самолетът с нова вълна се вписва добре в стандартните размери на американските ракети, тоест безопасно се вписва в корабни вертикални устройства за изстрелване, транспортно-изстрелващи контейнери и бомбардировачи. Обърнете внимание, че ракетата ATCAMS, от която е заимстван бустерният етап за Waverider, е оперативно-тактическо оръжие, използвано от американските ракетни системи за многократно изстрелване MLRS.
Така на 12 май 2010 г. над Тихия океан САЩ тестваха прототип на напълно практична хиперзвукова крилата ракета, съдейки по планираното пълнене, предназначена да унищожи силно защитени наземни цели (прогнозният обхват е 1600 км). Може би с течение на времето към тях ще се добавят повърхностни. В допълнение към огромната скорост, такива ракети ще имат висока проникваща способност (между другото, енергията на тяло, ускорено до 7 M, е практически еквивалентно на TNT заряд със същата маса) и - важно свойство на статично нестабилни вълни - способност за много остри маневри.
Това далеч не е единствената обещаваща професия на хиперзвуковото оръжие.
В края на 90 -те години в докладите на Консултативната група на НАТО за космически изследвания и развитие (AGARD) се отбелязва, че хиперзвуковите ракети трябва да имат следните приложения:
- побеждавайте укрепени (или заровени) вражески цели и сложни наземни цели като цяло;
- противовъздушна отбрана;
- завладяването на надмощие във въздуха (такива ракети могат да се считат за идеално средство за прихващане на високолетящи въздушни цели на големи разстояния);
- противоракетна отбрана - прихващане на изстрелване на балистични ракети в началния етап на траекторията.
- използване като безпилотни летателни апарати за многократна употреба както за поразяване на наземни цели, така и за разузнаване.
И накрая, ясно е, че хиперзвуковите ракети ще бъдат най -ефективният - ако не и единственият - противоотрова срещу оръжия за хиперзвукова атака.
Друго направление в развитието на хиперзвуковите оръжия е създаването на малогабаритни твърдодвигателни скрамбитни двигатели, монтирани в снаряди, предназначени да унищожават въздушни цели (калибри 35-40 мм), както и бронирани превозни средства и укрепления (кинетични ПТРК). През 2007 г. Lockheed Martin завърши изпитанията на прототип на кинетична противотанкова ракета CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Такава ракета на разстояние 3400 м успешно унищожи съветския танк Т-72, оборудван с подобрена реактивна броня.
В бъдеще могат да се появят още по -екзотични проекти, например трансатмосферни самолети, способни да извършват суборбитални полети на междуконтинентален обхват. Маневрирането на хиперзвукови бойни глави за балистични ракети също е доста актуално - и в близко бъдеще. С други думи, през следващите 20 години военните дела ще се променят драстично и хиперзвуковите технологии ще се превърнат в един от най -важните фактори в тази революция.
