Начались разработки сверхскоростного гиперзвукового самолета i plane
Centr86.ru

Ремонт бытовой техники

Начались разработки сверхскоростного гиперзвукового самолета i plane

Гиперзвуковой полет: оружие будущего или очередная пустышка?

1 марта 2020 года Владимир Путин выступил с очередным посланием к Государственной думе. Центральной частью доклада стала демонстрация новейших видов вооружения, которые, по словам президента, уже в ближайшее время получит российская армия. Значительная часть (2 из 6) представленных новинок – это так называемые гиперзвуковые летательные аппараты, главной особенностью которых является способность к полету на скорости, значительно превосходящей скорость звука.

Работы над созданием гиперзвуковых ЛА активно велись в 60-е и 70-е годы прошлого века, но затем «мода» на них несколько утихла. Возрождение интереса произошло только в начале нынешнего века, когда развитие технологий позволило строить совершенные прямоточные реактивные двигатели. Сегодня интерес к полетам на гиперзвуке проявляют ученые, инженеры, авиаперевозчики. Но первыми в очереди стоят, конечно же, военные.

Что же такое гиперзвуковое оружие? Какими преимуществами оно обладает по сравнению с обычными боевыми системами? И кто находится впереди в гонке за гиперзвук?

Что такое гиперзвук, и каким он бывает?

Гиперзвуковой называют скорость, значительно — в пять и более раз — превосходящую скорость распространения звука в атмосфере. Соответственно, гиперзвуковые летательные аппараты (ГЗЛА) способны перемещаться с такой скоростью и совершать маневры, используя аэродинамические силы.

Пять скоростей звука или пять чисел Маха (5 М) – это приблизительно от 5380 км/ч до 6120 км/ч в зависимости от высоты полета. Деление летательных аппаратов на до-, сверх, и гиперзвуковые четко отражает природу явлений, возникающих при взаимодействии ЛА с набегающим воздушным потоком. Такая градация особенно важна для работы силовой установки самолета или ракеты: обыкновенный ТРД просто не может функционировать на гиперзвуке, необходим прямоточный или ракетный движок. Обычная высота полета для ГЗЛА – это диапазон от 25 до 100 км, ниже, у поверхности Земли, гиперзвуковые аппараты не используются из-за слишком большого сопротивления воздуха.

Сегодня перед конструкторами стоит другая задача: создать летательные аппараты, для которых полет на гиперзвуковой скорости был бы штатным режимом, способные маневрировать, тормозить и производить посадку. Это различные космопланы (американские «Спейс Шаттлы» и советский «Буран»), гиперзвуковые самолеты (Х-15, SpaceShipOne), БПЛА (Boeing X-43). К ГЗЛА также относятся боевые управляемые блоки МБР («Авангард») и гиперзвуковые ракеты (X-51 Waverider и «Кинжал»).

Из истории данного вопроса

Первый гиперзвуковой полет совершила немецкая баллистическая ракета Фау-2. Важнейшей вехой на пути «приручения гиперзвука» стало создание в США ракетоплана Х-15, который в 1967 году смог достичь скорости 6,72 М. Этот летательный аппарат стартовал из-под крыла бомбардировщика В-52, после чего включался его собственный двигатель. Х-15 смог подниматься до высоты 107 км, то есть пересечь так называемую линию Кармана – официальную границу земной атмосферы и космического пространства. Полеты ракетоплана были прекращены в 1970 году.

В период Холодной войны существовало много проектов, связанных с гиперзвуком, правда, практически все они так и остались на бумаге:

  • Dyna-Soar – американская программа по созданию пилотируемого космического аппарата Х-20, способного выполнять разведывательные и боевые задачи. Работы над ним продолжались с 1957 по 1963 год;
  • Rockwell X-30 – американский проект гиперзвукового космоплана, который создавался 80-е годы. Он должен был стать недорогим и надежным средством вывода на орбиту людей и грузов. После окончания Холодной войны проект закрыли;
  • «Спираль». Советский гиперзвуковой самолет, который планировали выводить в космос с помощью специального разгонщика. В начале 70-х годов разработки были прекращены.

Гиперзвуковые проекты последних десятилетий

В 80-е и 90-е годы интерес к данной теме несколько поутих. Только в 2001 году в воздух впервые поднялся американский ГЗЛА Х-43, оснащенный прямоточным реактивным двигателем. В 2014 году ему удалось поставить рекорд, разогнавшись на высоте 33,5 тыс. метров до скорости в 11,2 тыс. км/ч (9,6 М). В 2009 году начались испытания еще одного гиперзвукового аппарата Boeing X-51A Waverider. Через несколько лет он смог достичь скорости 5,1 М на высоте 21 тыс. метров. Были и неудачи. Например, американский ГЗЛА Falcon HTV-2 сумел разогнаться до немыслимых 23 Махов, но все аппараты, построенные в рамках данного проекта, просто сгорели в атмосфере.

В разных странах реализовывались и другие программы, связанные с гиперзвуком: Россия («Холод» и «Игла»), Германия (SHEFEX), Китай (WU-14), Великобритания (Skylon), Австралия (ScramSpace). Из последних отечественных разработок также можно вспомнить космопланы МАКС и «Клипер», работы над ними также были прекращены. Сегодня к созданию гиперзвуковых летательных аппаратов все активнее подключаются частные компании. Наиболее известные примеры – SpaceShipOne и SpaceShipTwo, суборбитальные ракетопланы, предназначенные для туристических полетов.

Основные трудности, стоящие перед конструкторами

Более полувека прошло с момента первого полета ракетоплана Х-15, а серийных гиперзвуковых аппаратов как не было, так и нет. Причина этому – ряд сложнейших технических проблем, с которыми пришлось столкнуться конструкторам.

Первая и, вероятно, главная из них – это запредельный нагрев корпуса, возникающий при гиперзвуковых скоростях. Для изготовления планера и двигателей используется титан, самые совершенные сплавы, керамика, наноматериалы. Но пока это не слишком помогает: именно из-за высокого нагрева время работы большинства ГЗЛА исчисляется минутами.

Еще одной серьезнейшей проблемой гиперзвукового полета является двигатель. Обычный ТРД не способен работать на таких скоростях, нужны другие решения. Конечно, можно использовать ракетный движок – как на Х-15 – но он слишком сложен, дорог и неэкономен. Более всего для ГЗЛА подходит прямоточный гиперзвуковой двигатель, проблема только в том, что на скорости ниже 5 Махов он просто не запустится. Поэтому некоторые ГЗЛА оснащаются дополнительными разгонными блоками.

Конструкторы пытаются решить эту проблему, соединив в конструкции аппарата сразу несколько двигателей.

А что у нас?

Каких успехов добилась наша страна в данной области? Какое оно гиперзвуковое оружие России?

Советский Союз активно занимался исследованиями в этом направлении, но после его развала практически работы были прекращены или приостановлены. Наверстать упущенное удалось только к середине нынешнего десятилетия.

«Авангард». В апреле 2016 года в СМИ появились сообщения об успешном испытании гиперзвукового боевого блока для баллистических ракет. В Министерстве обороны РФ эту информацию комментировать отказались, и только через несколько месяцев в военном ведомстве признали наличие данного проекта. 1 марта 2020 года Путин подтвердил существование нового гиперзвукового управляемого боевого блока (УББ), который в настоящее время проходит испытания. Ему присвоено обозначение «Авангард».

По понятным причинам информации об этой системе очень мало. Известно, что она является продолжением проекта УББ 15Ф178, разработка которого началась еще в 1987 году. Боевой блок имеет биконическую конструкцию, для маневрирования по тангажу и крену используются рули и стабилизаторы. Скорость УББ на баллистической части траектории составляет 20 М. Американским аналогом российского «Авангарда» являются УББ AHW и Falcon HTV-2.

Гиперзвуковая ракета «Кинжал». Это еще одна новинка, о которой Путин рассказал во время своего выступления. Она представляет собой авиационную модификацию оперативно-тактической ракеты «Искандер», работы над которой также начались еще в советский период. Испытания «Кинжала» завершились в конце минувшего года, и сейчас этот комплекс находится на опытно-боевом дежурстве, полноценная эксплуатация начнется в 2020 году. Пока единственным носителем для данной ракеты являются истребители-перехватчики МиГ-31, а в будущем ими также планируют оснастить модернизированные ракетоносцы Ту-22М3М. Масса боевой части «Кинжала» составляет 500 кг, максимальная скорость – около 10 М.

Противокорабельный «Циркон». Не имея возможности на равных противостоять военно-морским силам США и блока НАТО, в СССР большое внимание уделялось созданию противокорабельных ракет. Поэтому России в этой области достался огромный задел. В 2016 году в американском издании National Interest появилась информация о начале испытаний российской гиперзвуковой противокорабельной ракеты «Циркон», причем в статье подчеркивалось, что ничего подобного у США нет. Планируется, что этот боевой комплекс будет принят на вооружение уже в этом году. Дальность полета «Циркона» составляет 400 км, масса боевой части – около 400 кг, а его максимальная скорость достигает 8 Махов. Маршевый участок полета проходит на высоте 30-40 км, где меньше сопротивление воздуха.

В будущем этими ракетами планируют оснастить боевые корабли проекта «Орлан», подводные лодки «Ясень» и «Антей», а также авианесущий крейсер «Адмирал Кузнецов».

Несмотря на небывалый ажиотаж последних лет, достижения в области создания гиперзвукового оружия и транспортных средств пока очень посредственны. Вероятно, что действующий ГЗЛА мы увидим не ранее середины следующего десятилетия. России придется вкладывать серьезные ресурсы в «гиперзвуковую гонку», так как в противном случае есть риск потерять слишком много.

Гиперзвук уже не фантастика

HEXAFLY-INT – проект Седьмой Рамочной программы научных исследований и технологического развития Европейского Союза, посвященный исследованиям концепции высокоскоростного пассажирского самолета на водородном топливе. Работа стартовала три года назад и, как планируется, завершится в 2019-м.

Ожидается, что этот самолет будет летать со скоростью более 7-8 тыс. км/ч, соответствующей числам Маха 7 или 8. Ученым предстоит решить широкий спектр задач, связанных с материалами, водородной силовой установкой, ее интеграцией с планером и получением высокой аэродинамической эффективности самого летательного аппарата. И что уже совершенно точно: конструктивные особенности проектируемой крылатой машины будут явно нестандартными.

По существу проект направлен на создание в перспективе гиперзвукового гражданского самолета на водородном топливе, способного, скажем, преодолеть расстояние от Москвы до Сиднея за три часа. А, к примеру, рейс от Брюсселя до Сиднея на расстоянии 18 734 км для гиперзвукового самолета массой 400 тонн будет длиться не больше, включая участки дозвукового полета протяженность 240 км. При этом будет израсходовано 181 тонна водорода, а удельный расход топлива составит 3,23 кг на 100 км/пасс. Это вполне сопоставимо с характеристиками современных авиалайнеров. Удельный расход керосина Boeing 787 Dreamliner, к примеру, составляет около 2,5 литра на 100 км/пасс. Проверка данной концепции в условиях летного эксперимента является главной целью проекта HEXAFLY-INT.

Читать еще:  Разновидности фрезы по дереву для дрели

Безусловно, результаты этих исследований могут послужить платформой для развития авиации будущего. В том числе – отечественной.

Свои усилия в HEXAFLY-INT объединили специалисты крупнейших зарубежных центров: ESA (Нидерланды), CIRA, TSD, MAT (Италия), ONERA (Франция), DLR (Германия), GDL (Великобритания), VKI (Бельгия), UNSW, USyD, USQ (Австралия). Российскую сторону наряду с ЦАГИ представляют ЦИАМ им. П.И. Баранова, ЛИИ им. М.М. Громова, Московский физико-технический институт.

“Международные программы, – подчеркивают российские специалисты, – это исключительно значимое для нас направление. Оно дает возможность сверить часы с зарубежными коллегами, совершенствоваться в технологическом плане”.

– ЦАГИ – стратегический партнер в проекте HEXAFLY-INT и выполняет широкий спектр расчетно-экспериментальных исследований. В частности, проводятся испытания в сверх- и гиперзвуковой аэродинамической трубе на модели HEXAFLY, созданной специалистами института. На сегодняшний день собраны данные по аэродинамике летательного аппарата, в том числе – ламинарно-турбулентному переходу. Приоритет на ближайшее время – разработка опытного образца для летного эксперимента.

В HEXAFLY-INT задействована уникальная экспериментальная база научно-исследовательского центра ЦИАМ и эксклюзивный опыт института в области концептуальных поисковых исследований двигателей и комбинированных силовых установок для воздушно-космических и высокоскоростных самолетов.

Как подчеркивают аналитики, у российских НИИ есть большой научно-технический задел по использованию криогенного топлива в авиации. В частности, на экспериментальной модификации самолета Ту-154 – машине Ту-155, оснащенном двигателем НК-88, работающем на водороде, в 1988 году было выполнено более ста полетов.

Первоначально в качестве топлива использовался сжиженный водород (температура до -253 C). В 1989 году самолет переоборудовали на сжиженный природный газ (температура -162 C).

В 90-е годы ЦИАМ и воронежское КБ Химавтоматики разработали и испытали двухрежимный гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) Э-57 осесимметричной конфигурации, работающий на жидком водороде. К 1999 году на ней было проведено семь полетов. Максимальная скорость составила 1855 м/с, что соответствует числу Маха М=6,49.

Надо сказать, что еще в 2015 году ЦИАМ изготовил и испытал демонстратор технологического модуля гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на водородном топливе. В ходе испытаний на стенде Научно-испытательного центра ЦИАМ при имитации условий, соответствующих числу Маха М=7,4, был зарегистрирован положительный аэродвигательный баланс – тяга, создаваемая двигателем, превышала общее аэродинамическое сопротивление экспериментального объекта.

Гиперзвук и сверхзвук – это две темы, которые разрабатывают сегодня ученые ведущих стран. Но если говорить о пассажирской сверхзвуковой авиации, то главной проблемой здесь является преодоление звукового удара. Как рассказал “РГ” генеральный директор ЦАГИ академик РАН Сергей Чернышев, исследования сверхзвукового самолета никогда не прекращались. Главным технологическим вызовом здесь является обеспечение высокой аэродинамической и весовой эффективности самолета при соблюдении жестких ограничений на шум и звуковой удар. Результатом исследований явился концептуальный облик самолета, воплощающий в себе компромиссные решения по его интегральной аэродинамической компоновке.

Уровень звукового удара (резкий перепад давления в ударной волне) от Ту-144 равнялся 100-130 Паскалей. Но современные исследования показали: его можно довести до 15-20. Более того, снизить громкость звукового удара до 65 децибел, а это эквивалентно шуму большого города. До сих пор в мире нет официальных нормативов по допустимому уровню звукового удара. И, как говорят эксперты, он будет определен не раньше 2022 года. Почему так долго?

– На самом деле технически все готово, чтобы их принять, – замечает Сергей Чернышев. – Наши специалисты участвуют в рабочих группах ИКАО. Мы следим за ситуацией, осуществляем мониторинг программ, направленных на принятие норм звукового удара. Но нужно еще провести целый ряд исследований с учетом человеческого фактора, включая экспериментальные пролеты над населенными районами. Сейчас создаются специальные демонстраторы, которые должны всех убедить, что можно летать над сушей со сверхзвуковой скоростью, не вызывая протестов населения. Нужно наработать большую статистическую базу данных. Принятие норм узаконит пролеты на сверхзвуковой скорости над населенными районами земли. Это будет революционное изменение в организации воздушного движения сверхзвуковых самолетов.

Сейчас рассматривается несколько вариантов сверхзвукового делового самолета на 12-16 пассажиров, на 60-80 и совсем маленького делового самолета – на 6-8 пассажиров. Крейсерская скорость будет 1,8-2 Маха, то есть примерно в два раза быстрее скорости звука. Такая скорость является технологическим барьером для использования в конструкции планера обычных алюминиевых материалов. Поэтому мечта ученых – сделать самолет полностью из температурных композитов. И хорошие наработки есть.

Следующая встреча ученых, занимающихся созданием перспективного воздушного судна, запланирована на осень текущего года в Париже.

Сергей Чернышев, генеральный директор ЦАГИ, академик РАН:

– Я думаю, мирный “гиперзвук” появится не раньше 2050-2060 годов. В ЦАГИ вместе с нашими российскими партнерами проводятся работы по международному кооперационному проекту HEXAFLY-INT, в Европе его называют “флаговым” проектом – по созданию пассажирского самолета на водороде, способного летать в семь раз быстрее, чем скорость звука. То есть на скоростях, соответствующих числу Маха 7.

И у нас, и в Европе уже ведутся экспериментальные и теоретические исследования. Первый этап совместной работы завершится в 2019 году демонстрацией в полете необходимого уровня технологий для осуществления длительного полета в атмосфере на гиперзвуке. В случае успеха начнется второй более масштабный этап этого амбициозного проекта с выходом на прототип гиперзвукового летательного аппарата. В проекте участвуют Россия, Европа и Австралия.

В России планируют создать летательные аппараты, которые способны развивать скорость в 12 Махов (14 688 км/ч), говорится в материалах Сибирского отделение РАН.

Такая перспективная задача поставлена перед учеными. Об этом говорилось в презентации, представленной СО РАН в Москве. Напомним, один Мах соответствует скорости звука – примерно 300 м/с, или 1224 км/ч. Российские ученые добились во многом лучших, чем специалисты в США, результатов в области исследований поведения объектов при гиперзвуковых скоростях, сообщил директор Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Сибирского отделения РАН академик Василий Фомин.

Работы в области гиперзвука нужны в том числе для создания современных крылатых ракет. Как сообщали СМИ со ссылкой на Минобороны России, гиперзвуковое оружие, интеллектуальные робототехнические комплексы и оружие на “новых физических принципах” будут поставлены в Российскую армию до 2025 года.

«Массового гиперзвукового оружия не стоит ожидать»

В конце ноября прошлого года заместитель министра обороны РФ Юрий Борисов заявил, что в России ведется разработка гиперзвукового оружия и результаты могут стать доступными военным в перспективе 10 лет. Проекты создания сверхскоростных летательных аппаратов реализуются в США, Европе и Китае. В интервью «Известиям» Герой Труда РФ и Герой Социалистического Труда Герберт Ефремов (в настоящее время советник главы корпорации «НПО машиностроения» по науке) рассказал о задачах, решаемых создателями гиперзвукового оружия.

— НПО машиностроения — ведущий разработчик в области гиперзвуковых технологий. Некоторые эксперты связывают с этим направлением возможный прорыв в вооружениях. Как вы к этому относитесь?

— В этой теме слишком много «информационного шума». Не должно складываться впечатление, что гиперзвук — это что-то такое, что еще никем не освоено. К сожалению, далеко не все понимают, о каких, собственно, скоростях и о движении в какой среде идет речь. Напомню, скорость звука, или так называемое число Маха, — понятие условное. К примеру, у земли 1 Мах — это 340 м/с. На высоте 11 км — 290 м/с. А в «каких попугаях», извините, прикажете измерять эту скорость в космосе, где нет атмосферы и, соответственно, нет звука в человеческом понимании?

Но это мелочи, важнее другое: человечество уже давно «оседлало» темпы, которые в десятки раз превышают скорость распространения звуковых волн в атмосфере, то есть являются гиперзвуковыми. Я говорю о ракетах, выводящих на орбиту космические аппараты, а также о межконтинентальных баллистических носителях, доставляющих к цели ядерные боеголовки. Первая космическая скорость при выведении объекта на околоземную орбиту составляет 7,8 км/с, что в 27 раз превышает скорость звука у земли. И в космосе никаких проблем ее достижение не вызывает — нет сопротивления воздуха и, соответственно, нет нагрева.

Скорости в 2–3 Маха при полетах в атмосфере освоены военными самолетами еще 30–40 лет назад. С тех пор прирост соответствующего показателя очень замедлился. И теперь считается, что полет на гиперзвуке — это движение со скоростями более 1–1,2 км/с, то есть 4–5 Махов.

— Это та ближайшая цель, которую предстоит достичь?

— Да, если мы говорим об обеспечении длительного движения объекта в атмосфере, причем так называемого моторного, то есть с применением маршевых двигателей. Такие двигатели для перемещения на гиперзвуке обычно являются прямоточными. Другие типы — ракетно-турбо-прямоточные или комбинации турбо-прямоточных — пытаются создать вот уже 60 лет. Но эти технологии так до сих пор и не освоены. Более того, даже в уже опробованных в разных странах прямоточных двигателях еще не удалось обеспечить устойчивое, надежное горение в камерах сгорания при движении на гиперзвуке. Будут ли эти проблемы решены в ближайшее время, пока непонятно. Известные в мире аппараты с прямоточными двигателями, как отечественные, так и американские, являются исключительно исследовательскими.

Читать еще:  Инженерами компании disney создан робот-акробат

— Одна из проблем сверхскоростного движения в атмосфере — нагрев объекта. Это касается, например, возвращаемых с орбиты капсул с космонавтами. Какие технические решения при этом применяют?

— Совершенно верно, возвращение аппаратов из космоса на землю — это вход в атмосферу с огромными гиперзвуковыми скоростями. Кстати, боеголовки баллистических ракет, особенно межконтинентальных, тоже входят в атмосферу со скоростями, близкими к первым космическим, — около 7–7,5 км/с. В этом смысле можно сказать, что полеты на гиперзвуке освоены как вне атмосферы, так и при входе в атмосферу.

Космическая станция «Алмаз», 2006 год

Сопротивление атмосферы гасит скорость объектов. При этом их поверхность разогревается до тысячи и более градусов, вокруг них образуется облако плазмы. И задачу термозащиты, конечно, решили давно. Например, благодаря применению соответствующих материалов в так называемых жертвенных вариантах. Это когда термозащита обеспечивается за счет истончения нагреваемого защитного слоя, например некоторых смолистых веществ. Это относится к спускаемым капсулам пилотируемых кораблей.

— Для защиты содержимого ядерных боеголовок используются те же технологии?

— У боеголовок, неважно каких — отечественных или американских, — решены задачи движения до удара о землю, то есть до доставки боеприпаса к наземной цели. Это также обеспечивается уносом некоторой части материалов на наконечнике головной части.

— Допустим, рано или поздно проблема длительного полета в атмосфере с гиперзвуковой скоростью будет решена. Приведет ли это к массовому появлению гиперзвукового оружия, например суперскоростных аэробаллистических ракет или ракетоносцев?

При создании такого оружия предстоит не только обеспечить полет в атмосфере на разных высотах, то есть длительную устойчивую работу двигателей и теплозащиту, но и решить массу других технических проблем. Например, вопросы управления движением, наведения, прохождения радиоволн сквозь плазму. А еще обеспечение малозаметности и маневрирования. Это всё — важнейшие для оружия вопросы, решением которых занимаются специалисты во многих странах. Но, думаю, появления массового гиперзвукового вооружения, особенно стратегического, не стоит ожидать. Оперативно-тактическое может появиться через какое-то время. Но точно так же могут появиться и достойные средства противоракетной обороны от него.

Сверхзвуковой авиалайнер Ту-144 на открытии Международного авиационно-космического салона МАКС-2017

— Каковы перспективы гиперзвуковых полетов в гражданской авиации?

— При разработке и эксплуатации лайнеров «Конкорд» и Ту-144 накоплен некоторый опыт. Продолжения эта линия не получила, в том числе по экономическим соображениям. На мой взгляд, представляет интерес другое направление. Один из европейских проектов был представлен несколько лет назад на выставке в Ле-Бурже. Это самолет, который взлетает и садится на обычных турбореактивных двигателях, а поднимаясь на высоту, разгоняется до сверхзвука — на прямоточных. То есть у него не единый комбинированный двигатель, а установки двух типов. Самолет набирает высоту до 30–35 км и производит там полет со скоростью примерно 4 Маха, примерно в три раза быстрее современных лайнеров.

Для появления таких самолетов и двигателей, конечно, нужны современные материалы, особенно углепластиковые. Нужно решить вопросы термозащиты, надежной подачи в двигатель топлива на большой высоте. Решение этих проблем уже подготовлено.

На пути к гиперзвуку

Назвать дату, которую можно было бы считать началом освоения гиперзвуковых скоростей не так-то просто. Идея создания гиперзвуковых самолетов появилась еще до начала второй мировой войны. Но перейти от первых теоретических проектов, разработчиками которых большей частью являлись немецкие инженеры, к практике удалось только в 50-х годах. В 1947 г. в исследовательском центре Langley Research Center была сформирована группа инженеров, занимавшаяся проблемами гиперзвуковых полетов. Помимо прочего, они создали первую в мире гиперзвуковую аэродинамическую трубу, которая использовалась при создании экспериментального самолета Х-15.

Именно он стал первым самолетом, который смог, пусть ненамного, но выйти за границу атмосферы Земли. Установленный на нем 22 августа 1962 г. неофициальный рекорд высоты (107960 м) был превзойден только спустя 42 года. Рекорд же скорости для пилотируемых самолетов, установленный Уильямом Найтом на Х-15-2 3 октября 1963 г. (7273 км/ч) не перекрыт до сих пор. Но программа Х-15 закончилась, так и не дав прямого продолжения.

27 марта 2004 г. неподалеку от побережья Калифорнии с бомбардировщика В-52 стартовал беспилотный аппарат Х-43А. С помощью стартового ускорителя экспериментальный аппарат достиг высоты 29 км, где отделился от ракеты-носителя. Далее заработал его собственный прямоточный двигатель. И хотя он проработал всего 10 секунд, Х-43А развил скорость 11263 км/ч. На такой скорости путешествие из Москвы в Нью-Йорк заняло бы 41 минуту.

Но для этого необходимо еще решить массу проблем технического характера. Самые главные из них – создание двигателя, способного устойчиво работать на гиперзвуковых скоростях, и нагрев конструкции при полете в атмосфере, так называемый “тепловой барьер”.

Из всего многообразия реактивных двигателей для перспективных гиперзвуковых аппаратов подходят несколько: турбопрямоточный, ракетно-прямоточный и прямоточный. При полете в атмосфере, очевидно, целесообразно применять двигатели, в той или иной мере использующие “даровой” кислород атмосферы. Наиболее перспективными считаются прямоточные воздушно-реактивные двигатели. На первый взгляд их конструкция предельно проста: генератор скачков уплотнения, обеспечивающий сжатие потока и его торможение, форсунки для впрыска топлива, стабилизаторы горения и сопло. Подвижных частей в двигателе практически нет, разве что насос подачи горючего.

Исследования в области создания ГПВРД ведутся с 1950-х годов, но, несмотря на кажущуюся простоту концепции, аэро- и термодинамические проблемы полета с высокой гиперзвуковой скоростью так сложны, что до сих пор так и не удалось создать работоспособный двигатель, который можно было бы установить на пригодный для штатной эксплуатации летательный аппарат.

По гиперзвуковым аппаратам работают не только в США, но и в Европе. Французское национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (ONERA) приступило к исследованиям гиперзвуковых скоростей в начале 1990-х годов. В 1992-1998 гг. совместно с компаниями Aerospatiale, Dassault Aviation, Sep и Snecma проводилась программа PREPHA (1992-1998), ориентированная на создание ПВРД для разгонной ступени космического аппарата. С 1997 по 2002 гг. ONERA совместно с DLR по программе JAPHAR исследовала концепцию гиперзвукового летательного аппарата с ПВРД, работающим на водороде. Практически одновременно совместно с MBDA France по программе PROMETHEE исследовалась возможность создания аппарата с ПВРД изменяемой геометрии (применительно к ракетам класса “воздух-земля” большой дальности).

Однако пока только Россия обладает необходимым научно-техническим заделом, позволяющим составить конкуренцию США.

Научная группа, занимающаяся исследованием рабочего процесса ГПВРД, была организована в МАИ на кафедре 201 в 1969 г. Основой коллектива стал ряд сотрудников МКБ “Красная звезда”, базовое оборудование было передано из НИИ ТП (ныне Центр имени М.Келдыша). Наиболее динамично работы в области исследований и разработок камер сгорания ГПВРД велись в период с 1977 по 1990 гг. По результатам этих работ коллектив сотрудников в 1989 г. был удостоен премии Совета Министров СССР. Но в начале 90-х годов государственное финансирование данного направления практически прекратилось.

В тоже время, накопленный опыт проведения огневых экспериментов и результаты работ привлекли внимание ряда европейских организаций. В 1992 г. подразделение лаборатории кафедры 201 было преобразовано в научный центр “Аэроспейс”, силами которого выполнялись работы по международным контрактам. Основным партнером МАИ стало объединение Aerospatiale (Франция) (ныне MBDA France).

В СССР в 1991-1998 гг. по программе “Холод” были проведены летные эксперименты на летающей лаборатории (ЗУР С-200) с испытанием гиперзвукового прямоточного двигателя, созданного в ГосМКБ “Радуга”.

История федерального государственного унитарного предприятия “Государственное машиностроительное конструкторское бюро “Радуга” имени А.Я.Березняка” (ГосМКБ “Радуга”) началась в 1951 г. В то время заводу № 1, расположенному в подмосковном поселке Иваньково (в настоящее время – город Дубна) постановлением Совета Министров было дано задание освоить новую для предприятия тематику “Б” – создание крылатых ракет.

Затем вышел приказ министра авиационной промышленности, согласно которому на заводе был организован филиал ОКБ-155 (Ныне конструкторский центр РСК “МиГ”). Первым проектом предприятия стала доработка и передача в серийное производство реактивного самолета-снаряда КС, разработанного в ОКБ-155. Затем появились крылатые ракеты КСС, КС-7, которые принесли коллективу первую известность в авиационном мире.

Одна из лучших разработок конструкторского бюро в начале 60-х годов – Х-22, ставшая родоначальницей целого семейства ракет.

В 1966 г. филиал ОКБ-155-1 был преобразован в самостоятельную организацию – “Машиностроительное конструкторское бюро “Радуга”.

Этапной работой КБ в 60-е годы стала гиперзвуковая противокорабельная крылатая ракета Х-45, предназначенная для уничтожения авианосцев, а в 1970 г. коллектив предприятия подключился к работам в рамках проекта “Спираль”.

Сверхзвуковая низковысотная противокорабельная ракета 3М-80 “Москит” по своим характеристикам превосходит все существующие на сегодняшний день зарубежные аналоги. Сбить ее практически невозможно. Только за счет своей кинетической энергии она способна переломить корабль пополам даже без боевой части.

Одним из важнейших направлений работ МКБ является освоение гиперзвуковых скоростей. Еще в 1973-78 и в 1980-1985 гг. были разработаны и испытаны несколько опытных образцов для испытаний гиперзвуковых авиадвигателей.

Читать еще:  Что нельзя ставить в микроволновку, какие тарелки вредны для свч-печи

В начале 1990-х гг. конструкторы “Радуги” разработали гиперзвуковую крылатую ракету Х-90. Работа над боевой ракетой была приостановлена в 1992 г., однако для отработки различных решений на базе Х-90 был гиперзвуковой экспериментальный летательный аппарат (ГЭЛА). Кроме этого, на основе заслуженной Х-22 коллектив МКБ предложил летающую лабораторию “Радуга Д2”.

В 1993 г. началась активная реализация проекта “Бурлак-Диана”. Дальнейшим развитием проекта станет создание новой ракеты-носителя “Бурлак-М” с гиперзвуковым воздушно-реактивным двигателем.

В 2004 г., ФГУП “ГосМКБ “Радуга” преобразовано в открытое акционерное общество и стало полноправным членом ОАО “Корпорация “Тактическое ракетное вооружение”.

Уникальное изделие, и сегодня не имеющее аналогов, ГосМКБ “Радуга” публично продемонстрировало на выставке МАКС-97. Гиперзвуковая летающая лаборатория “Радуга Д2” была создана на базе авиационной ракеты Х-22 и предназначалась для выполнения летных экспериментов и для подтверждения имитационных программ.
“Радуга Д2” представляет собой модернизированную крылатую ракету Х-22, способную совершать полет со скоростью, превышающей М=6. Масса полезной нагрузки – экспериментального оборудования – до 800 кг.

Однако работы по освоению гиперзвуковых скоростей в СССР так и не пришли к достойному завершению. Причина не только финансовая, но и чрезвычайная сложность и многофакторность задач, стоящих перед создателями гиперзвуковых летательных аппаратов.

Сегодня решение проблемы видится в поэтапном приближении к “гиперзвуку”, что в свою очередь предполагает создание летающих лабораторий, позволяющих в реальных условиях свободного полета отрабатывать технические решения и технологии, позволяющие в дальнейшем приступить к созданию гиперзвуковых ЛА, пригодных к практическому применению.

В этом году на 48-м авиасалоне в Ле Бурже Франция и Россия объявили о том, что работа по программе экспериментального гиперзвукового аппарата LEA входит в фазу летных испытаний.

Проект LEA стартовал в 2003 г.

Создание экспериментальных ГПВРД зависит от решения двух ключевых проблем: разработка материалов и технологий для изготовления камер сгорания малого веса с внутренней структурой, пригодной для охлаждения топливом, и подтверждение наличия положительного баланса между тягой двигателя и сопротивлением ЛА в полете.

Большая часть предварительных результатов может быть получена на доступном наземном стендовом оборудовании и с помощью классического численного моделирования. Поэтому важная роль в программе LEA испытательному стенду METHYLE, созданному на основе похожей установки, разработанной для программы JAPHAR. Стенд должен обеспечить возможность моделирования полета опытных образцов ЛА с использованием различных типов топлива на скоростях, соответствующих числам М=7,5 при температурах до 2100 град. С.

С другой стороны необходима демонстрация надежности прогноза положительного баланса сил тяги и сопротивления гиперзвукового летательного аппарата. Для выполнения этого ответственного шага, MBDA-France и ONERA возглавили европейскую научную программу, названную LEA.

Основные направления программы LEA:

выбор методик исследования ГЛА, используя наземные испытания и численное моделирование,
выбор исследовательских средств достижения цели (экспериментальных или численных),
применение выбранных средств для разработки экспериментальной модели ЛА,
апробация этих методик в серии летных экспериментов.
Цель проекта LEA – проведение летного эксперимента для подтверждения работоспособности концепции широкодиапазонного ПВРД с механически регулируемой камерой сгорания.

В результате работ по Фазе 2, которые проводятся в настоящее время, должна быть получена детальная конструкция ГЛА для первой серии испытаний в свободной струе с целью проверки тягово-аэродинамических характеристик. Испытания должны начаться в 2010 г.

Учитывая большой опыт России в практической разработке и проведении испытаний гиперзвуковых летательных аппаратов, в 2004 г. был заключен первый контракт. С 2004 г. совместным работам MBDA-МАИ, в соответствии с распоряжением президента РФ, был придан статус международного военно-технического сотрудничества. Основной целью этих работ является проведение летных испытаний широкодиапазонного ПВРД на гиперзвуковом летательном аппарате.

“Работы по контракту ведутся поэтапно и в настоящее время достигнут определенный прогресс в работе, который позволил подписать в Ле-Бурже очередной контракт, предусматривающий, в том числе, работы с натурным аппаратом LEA в России”, – сказал первый заместитель директора Федеральной службы по военно-техническому сотрудничеству (ФСВТС) Александр Фомин.

Согласованный график работ предусматривает проведение четырех летных испытаний в 2012-2014 годах.

В совместной работе участвуют компании MBDA, ONERA, Gattefin SAS, “Рособоронэкспорт” и КБ “Радуга”.Проектирование аппарата ведут MBDA и ONERA, строить LEA будет компания Gattefin SAS во Франции.

Учитывая большой опыт ГосМКБ “Радуга” в практической разработке и проведении испытаний гиперзвуковых ЛА, руководство программы LEA заключило с ФГУП “Рособоронэкспорт” контракт на проведение летных испытаний аппарата. В подготовке и выполнении программы LEA принимают участие также Летно-испытательный центр (ЛИЦ) им. М.М.Громова, МАИ и ЦИАМ. Общая координация работ российских участников возложена на “Рособоронэкспорт”. Летные испытания аппарата пройдут в России. Для этого планируется использовать летающую лабораторию, созданную на базе бомбардировщика Ту-22М3. Кроме того, ЦАГИ проведет аэродинамические продувки аппарата, а Летно-исследовательский институт им М.М.Громова предоставит самолет Ил-76 для телеметрии испытаний.

Планируется выполнить четыре пуска с самолета Ту-22М3. Аппарат будет лететь на скорости, соответствующей числу М=8 примерно 20-30 секунд.

Последняя конфигурация LEA, представленная концерном MBDA и Управлением ONERA, значительно отличается от прежних. Изменения коснулись воздухозаборника и хвостовой части планера с оперением. Длина фюзеляжа стала меньше: в первоначальном ЛА она была 5 м, а в данном проекте – 4,2 м. Конструкции головной части корпуса и воздухозаборника ЛА LEA отрабатывались на модели в масштабе 1:3 в 2004-2005 гг. В настоящее время проводятся ее испытания в аэродинамической трубе Управления ONERA. Натурные испытания LEA с реактивным двигателем при числах M=6 предполагается провести весной 2010 г., а при числах М=7,5 – осенью 2011 г.

Летные испытания позволят разработчикам определиться с методологией проектирования и окончательным выбором направления дальнейшей разработки европейского перспективного гиперзвукового ЛА.

Гиперзвуковой пассажирский лайнер будет летать на водороде и развивать рекордную скорость

Первый в мире гиперзвуковой пассажирский самолет будет летать на водороде и развивать рекордную для своего класса скорость.

Экспериментальная летно-испытательная модель HEXAFLY-INT (EFTV) будет запущена бразильской ракетой-зондом. Об этом сообщило Европейское космическое агентство. Стоит учесть, что численное моделирование ламинарно-турбулентного перехода является очень сложной задачей даже для современного уровня развития компьютерных технологий и численных методов.

При длине 3,29 м и ширине 1,24 м модель EFTV немного меньше компактного автомобиля с плоским кончиком носа и крыльями. Детальное исследование его аэродинамических характеристик было недавно проведено итальянским Centro Italiano Ricerche Aerospaziali.

На российское ЦАГИ была возложена задача изготовления модели для этого полёта. В ходе эксперимента будет исследоваться бездвигательный вариант компоновки — так называемый «глайдер», вес которого — 400 килограммов. Для создания лётной модели потребовалось 10 тонн титана.

Над проектом HEXAFLY-INT (High-Speed EXperimental FLY Vehicles — INTernational, «Высокоскоростной экспериментальный летательный аппарат») работают специалисты из России, Германии, Нидерландов, Франции, Италии, Бельгии, Великобритании и Австралии. Координация возложена на голландскую компанию ESA — ESTEC.

Полёт планируется проводить по сложной траектории с использованием твёрдотопливной ракеты, которая поднимет модель на суборбитальную траекторию с максимальной высотой около 90 километров. Далее, после отделения от носителя, модель будет разгоняться за счёт приобретенной потенциальной энергии и достигнет интересующего нас диапазона скоростей, соответствующих числам Маха 7–8, на высоте около 30 километров.

Высокоскоростной экспериментальный летательный аппарат High Speed Experimental Fly Vehicles – International

Сегодня гиперзвуковая пассажирская авиация — одно из актуальных направлений научной и инженерной мысли. Над концепциями суперскоростных самолётов, способных перенести пассажиров на дальние расстояния за короткое время, трудятся многие учёные разных стран мира. Но проект HEXAFLY-INT уникален тем, что в нём объединили усилия специалисты разных стран. Аналогичной исследовательской кооперации по данной тематике не существует. Постоянный обмен опытом и наработками очень важен для создания этого, без преувеличения, фантастического летательного аппарата.

Главная особенность будущего лайнера проекта HEXAFLY-INT заключается в том, что при крейсерском режиме его скорость достигнет значений, соответствующих числам Маха 7-8.

У HEXAFLY-INT будет особая компоновка, сводящая силу сопротивления воздуха до минимума, и интегрированный в общую форму воздухозаборник. Это увеличит подъемную силу и аэродинамические качества на гиперзвуковых режимах. Его длина составит 90 метров, вес — почти 400 тонн.

При этом рекордная скорость лайнера создает для разработчиков определенные сложности. На таких скоростях полета отдельные части летательного аппарата могут разогреться до двух тысяч градусов. Специалистам предстоит разработать особые термоустойчивые материалы для обшивки.

Высокая скорость полета не позволяет эффективно управлять самолетом только силами экипажа, из-за чего ему необходимы автоматические средства контроля. Их следует использовать для слежения за состоянием бортовых систем, навигации и т.д.

Для получения требуемой топливной эффективности в сочетании с желаемыми параметрами тяги и экологической безопасности самолет оснастят перспективными реактивными двигателями, использующими сжиженный водород.

Для разгона летного образца планируется использовать специальную ракету. Она должна будет стартовать с наземного полигона, выйти на требуемую траекторию и разогнаться до нужной скорости. Затем произойдет сброс опытного HEXAFLY-INT. Полет по заданной траектории будет выполняться в соответствии с заранее загруженной программой.

Часть полета будет производиться при помощи системы ESM, после чего произойдет ее сброс. Затем, потеряв кинетическую энергию, опытный образец должен будет приводниться в заранее определенном районе мирового океана, на сравнительно большом расстоянии от точки старта. На протяжении всего полета его планируется отслеживать при помощи наземных, корабельных или авиационных радиолокационных станций.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector