تقنية سكرامجت - كيف تم إنشاء محرك تفوق سرعته سرعة الصوت

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

بدا الصاروخ القتالي "سطح - جو" غير عادي إلى حد ما - تم إطالة أنفه بواسطة مخروط معدني. في 28 نوفمبر 1991 ، أقلعت من موقع اختبار بالقرب من قاعدة بايكونور الفضائية ودمرت ذاتيًا عالياً فوق الأرض. على الرغم من أن الصاروخ لم يسقط أي جسم جوي ، فقد تم تحقيق هدف الإطلاق. لأول مرة في العالم ، تم اختبار محرك نفاث فرط صوتي (محرك سكرامجت) أثناء الطيران.

محرك سكرامجت ، أو ، كما يقولون ، "التدفق المباشر الفرط صوتي" سيسمح بالتحليق من موسكو إلى نيويورك في غضون ساعتين إلى ثلاث ساعات ، وترك الآلة المجنحة من الغلاف الجوي إلى الفضاء. لن تحتاج الطائرة الفضائية إلى طائرة معززة ، كما هو الحال بالنسبة لشركة Zenger (انظر TM ، No. 1 ، 1991) ، أو مركبة الإطلاق ، كما هو الحال بالنسبة للمكوكات و Buran (انظر TM No. 4 ، 1989) ، - تسليم البضائع إلى المدار سيكلف ما يقرب من عشر مرات أرخص. في الغرب ، لن تتم مثل هذه الاختبارات قبل ثلاث سنوات …

محرك سكرامجت قادر على تسريع الطائرة إلى 15 - 25 م (M هو رقم الماخ ، في هذه الحالة سرعة الصوت في الهواء) ، بينما أقوى المحركات التوربينية ، وهي مجهزة بطائرات مدنية وعسكرية حديثة. ، تصل إلى 3.5 مليون فقط. إنه لا يعمل بشكل أسرع - درجة حرارة الهواء ، عندما يتباطأ التدفق في مدخل الهواء ، ترتفع بشكل كبير بحيث لا تتمكن وحدة الضاغط التوربيني من ضغطه وتزويده بغرفة الاحتراق (CC). من الممكن ، بالطبع ، تقوية نظام التبريد والضاغط ، ولكن بعد ذلك ستزداد أبعادها ووزنها بدرجة كبيرة بحيث تصبح السرعات فوق الصوتية غير واردة - للانطلاق من الأرض.

يعمل المحرك النفاث النفاث بدون ضاغط - يتم ضغط الهواء الموجود أمام محطة الضاغط بسبب ضغطه عالي السرعة (الشكل 1). الباقي ، من حيث المبدأ ، هو نفسه بالنسبة للنفاث النفاث - نواتج الاحتراق ، التي تتسرب عبر الفوهة ، تسرع الجهاز.

تم طرح فكرة المحرك النفاث النفاث ، الذي لم يكن فرط سرعة الصوت بعد ، في عام 1907 من قبل المهندس الفرنسي رينيه لوران. لكنهم قاموا ببناء "تدفق أمامي" حقيقي بعد ذلك بكثير. هنا كان المتخصصون السوفييت في المقدمة.

أولاً ، في عام 1929 ، ابتكر أحد طلاب N. E. جوكوفسكي ، وهو BS Stechkin (الأكاديمي فيما بعد) ، نظرية محرك الطائرات النفاثة. وبعد ذلك ، بعد أربع سنوات ، تحت قيادة المصمم Yu. A Pobedonostsev في GIRD (مجموعة دراسة الدفع النفاث) ، بعد التجارب على المنصة ، تم إرسال المحرك النفاث لأول مرة إلى الطائرة.

تم وضع المحرك في قذيفة مدفع 76 ملم وأطلق من البرميل بسرعة تفوق سرعة الصوت 588 م / ث. استمرت الاختبارات لمدة عامين. تم تطوير المقذوفات التي تحتوي على محرك نفاث نفاث بأكثر من 2 مليون - لم يكن هناك جهاز واحد في العالم طار بشكل أسرع في ذلك الوقت. في الوقت نفسه ، اقترح جيردوفيتس ، وصنعوا ، واختبروا نموذجًا لمحرك نفاث نابض - يتم فتح وإغلاق مدخل الهواء بشكل دوري ، ونتيجة لذلك ينبض الاحتراق في غرفة الاحتراق. تم استخدام محركات مماثلة لاحقًا في ألمانيا على صواريخ FAU-1.

تم إنشاء أول محركات نفاثة كبيرة الحجم مرة أخرى من قبل المصممين السوفييت آي إيه ميركولوف في عام 1939 (محرك نفاث دون سرعة الصوت) و إم بونداريوك في عام 1944 (أسرع من الصوت). منذ الأربعينيات ، بدأ العمل على "التدفق المباشر" في المعهد المركزي لمحركات الطيران (CIAM).

تم تجهيز بعض أنواع الطائرات ، بما في ذلك الصواريخ ، بمحركات نفاثة أسرع من الصوت. ومع ذلك ، في الخمسينيات من القرن الماضي ، أصبح من الواضح أنه مع تجاوز أرقام M من 6 إلى 7 ، فإن المحرك النفاث غير فعال. مرة أخرى ، كما في حالة المحرك التوربيني النفاث ، فإن الهواء الذي تم فرملة أمام محطة الضاغط قد دخل فيه ساخنًا جدًا. لم يكن من المنطقي تعويض ذلك عن طريق زيادة كتلة وأبعاد المحرك النفاث. بالإضافة إلى ذلك ، في درجات الحرارة العالية ، تبدأ جزيئات منتجات الاحتراق في الانفصال ، وتمتص الطاقة التي تهدف إلى خلق قوة دفع.

في عام 1957 ، اخترع العالم الشهير إي إس شيتينكوف ، وهو أحد المشاركين في اختبارات الطيران الأولى لمحرك نفاث نفاث ، محركًا تفوق سرعته سرعة الصوت. بعد عام ، ظهرت منشورات عن تطورات مماثلة في الغرب. تبدأ حجرة الاحتراق النفاث مباشرةً تقريبًا خلف مدخل الهواء ، ثم تنتقل بسلاسة إلى فوهة ممتدة (الشكل 2). على الرغم من تباطؤ الهواء عند مدخله ، على عكس المحركات السابقة ، فإنه ينتقل إلى محطة الضاغط ، أو بالأحرى يندفع بسرعة تفوق سرعة الصوت. لذلك ، فإن ضغطها على جدران الغرفة ودرجة الحرارة أقل بكثير من ضغطها في محرك نفاث.

بعد ذلك بقليل ، تم اقتراح محرك scramjet مع احتراق خارجي (الشكل 3) في طائرة بمثل هذا المحرك ، سوف يحترق الوقود مباشرة تحت جسم الطائرة ، والذي سيكون بمثابة جزء من محطة ضاغط مفتوحة. وبطبيعة الحال ، فإن الضغط في منطقة الاحتراق سيكون أقل مما هو عليه في غرفة الاحتراق التقليدية - وسوف ينخفض دفع المحرك قليلاً. لكن الزيادة في الوزن ستنتهي - سيتخلص المحرك من الجدار الخارجي الضخم لمحطة الضاغط وجزءًا من نظام التبريد. صحيح ، لم يتم إنشاء "تدفق مباشر مفتوح" موثوق به - من المحتمل أن تأتي أفضل أوقاته في منتصف القرن الحادي والعشرين.

لنعد ، مع ذلك ، إلى محرك سكرامجت ، الذي تم اختباره عشية الشتاء الماضي. تم تغذيته بواسطة الهيدروجين السائل المخزن في خزان عند درجة حرارة حوالي 20 كلفن (-253 درجة مئوية). ربما كان الاحتراق الأسرع من الصوت أصعب مشكلة. هل سيتم توزيع الهيدروجين بالتساوي على قسم الغرفة؟ هل سيكون لديه الوقت ليحترق تمامًا؟ كيف تنظم التحكم الآلي في الاحتراق؟ - لا يمكنك تركيب أجهزة استشعار في غرفة ، سوف تذوب.

لم توفر النمذجة الرياضية على أجهزة الكمبيوتر فائقة القوة ولا اختبارات مقاعد البدلاء إجابات شاملة للعديد من الأسئلة. بالمناسبة ، لمحاكاة تدفق الهواء ، على سبيل المثال ، عند 8 أمتار ، يتطلب الحامل ضغطًا يصل إلى مئات الأجواء ودرجة حرارة تبلغ حوالي 2500 كلفن - المعدن السائل في فرن ساخن مفتوح "أكثر برودة". في السرعات الأعلى ، لا يمكن التحقق من أداء المحرك والطائرة إلا أثناء الطيران.

لقد كان يعتقد لفترة طويلة في كل من بلدنا وخارجها. بالعودة إلى الستينيات ، كانت الولايات المتحدة تستعد لاختبارات محرك سكرامجت على طائرة صاروخية عالية السرعة X-15 ، ومع ذلك ، على ما يبدو ، لم تحدث أبدًا.

تم تصنيع محرك سكرامجت التجريبي المحلي في وضع مزدوج - بسرعة طيران تتجاوز 3 أمتار ، كان يعمل كـ "تدفق مباشر" عادي ، وبعد 5 - 6 أمتار - كان أسرع من الصوت. لهذا الغرض ، تم تغيير أماكن إمداد الوقود لمحطة الضاغط. أصبح الصاروخ المضاد للطائرات ، الذي تمت إزالته من الخدمة ، مسرع المحرك وناقل مختبر الطيران فوق الصوتي (HLL). تم إرساء GLL ، والذي يتضمن أنظمة التحكم والقياسات والتواصل مع الأرض وخزان الهيدروجين ووحدات الوقود ، في مقصورات المرحلة الثانية ، حيث بعد إزالة الرأس الحربي ، المحرك الرئيسي (LRE) مع الوقود الخاص به ظلت الدبابات. المرحلة الأولى - مسحوق التعزيز - بعد تفريق الصاروخ من البداية ، انفصل بعد بضع ثوان.

تم إجراء اختبارات مقاعد البدلاء والتحضير للرحلة في معهد PI Baranov المركزي لمحركات الطيران ، جنبًا إلى جنب مع القوات الجوية ، ومكتب تصميم بناء آلات Fakel ، الذي حوّل صاروخه إلى مختبر طيران ، ومكتب تصميم Soyuz في Tuyev و مكتب تصميم Temp في موسكو ، الذي صنع المحرك ، ومنظم الوقود ، ومنظمات أخرى. أشرف أخصائيو الطيران المشهورون R. I. Kurziner و D. A. Ogorodnikov و V. A. Sosunov على البرنامج.

لدعم الرحلة ، أنشأت CIAM مجمعًا متنقلًا للتزود بالوقود بالهيدروجين السائل ونظام إمداد بالهيدروجين السائل على متن الطائرة. الآن ، عندما يُعتبر الهيدروجين السائل أحد أكثر أنواع الوقود الواعدة ، فإن تجربة التعامل معه ، المتراكمة في CIAM ، يمكن أن تكون مفيدة للكثيرين.

.. تم إطلاق الصاروخ في وقت متأخر من المساء ، وكان الظلام شبه قاتم بالفعل. بعد لحظات قليلة ، اختفى الناقل "المخروطي" في السحب المنخفضة. كان هناك صمت غير متوقع مقارنة بالدوي الأول. حتى أن المختبرين الذين شاهدوا البداية فكروا: هل سارت الأمور على ما يرام حقًا؟ لا ، استمر الجهاز في مساره المقصود. في الثانية 38 ، عندما وصلت السرعة إلى 3.5M ، بدأ المحرك ، بدأ الهيدروجين بالتدفق إلى CC.

ولكن في اليوم الثاني والستين ، حدث ما هو غير متوقع حقًا: تم تشغيل الإغلاق التلقائي لإمدادات الوقود - تم إيقاف محرك سكرامجت. ثم ، في حوالي الثانية 195 ، بدأت تلقائيًا مرة أخرى وعملت حتى 200 … تم تحديدها مسبقًا على أنها الثانية الأخيرة من الرحلة. في هذه اللحظة ، دمر الصاروخ نفسه ، بينما كان لا يزال فوق أراضي موقع الاختبار.

كانت السرعة القصوى 6200 كم / ساعة (أكثر بقليل من 5.2 م). تمت مراقبة تشغيل المحرك وأنظمته بواسطة 250 جهاز استشعار على متن الطائرة. تم إرسال القياسات عن طريق القياس الراديوي عن بعد إلى الأرض.

لم تتم معالجة جميع المعلومات حتى الآن ، ومن السابق لأوانه تقديم قصة أكثر تفصيلاً عن الرحلة. ولكن من الواضح الآن أنه في غضون عقود قليلة ، سيركب الطيارون ورواد الفضاء "التدفق الأمامي الفائق السرعة".

من المحرر. من المقرر إجراء اختبارات طيران لمحركات سكرامجت على طائرات X-30 في الولايات المتحدة وعلى متن Hytex في ألمانيا في عام 1995 أو السنوات القليلة المقبلة. يمكن لمتخصصينا ، في المستقبل القريب ، اختبار "التدفق المباشر" بسرعة تزيد عن 10 أمتار على صواريخ قوية يتم سحبها الآن من الخدمة. صحيح أن مشكلة لم يتم حلها تهيمن عليها. غير علمي أو تقني. CIAM ليس لديه مال. إنهم غير متوفرين حتى للحصول على رواتب نصف متسولة للموظفين.

ماذا بعد؟ الآن هناك أربع دول فقط في العالم لديها دورة كاملة لبناء محركات الطائرات - من البحث الأساسي إلى إنتاج المنتجات التسلسلية. هذه هي الولايات المتحدة الأمريكية وإنجلترا وفرنسا وروسيا في الوقت الحالي. لذلك لن يكون هناك المزيد منهم في المستقبل - ثلاثة.

الأمريكيون يستثمرون الآن مئات الملايين من الدولارات في برنامج سكرامجت …