Scramjet ቴክኖሎጂ - ሃይፐርሶኒክ ሞተር እንዴት እንደተፈጠረ

2024 ደራሲ ደራሲ: Seth Attwood | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-16 15:56

የውጊያ ሚሳኤል “ከአየር ወደ አየር” በመጠኑ ያልተለመደ ይመስላል - አፍንጫው በብረት ሾጣጣ ረዘመ። እ.ኤ.አ. ህዳር 28 ቀን 1991 በባይኮኑር ኮስሞድሮም አቅራቢያ ካለው የሙከራ ቦታ ተነስቶ ከመሬት በላይ ከፍ ብሎ እራሱን አጠፋ። ሚሳኤሉ ምንም እንኳን በአየር ላይ የተተኮሰ ነገር ባይመታም የተወነጨፈበት ኢላማ ተሳክቷል። በአለም ውስጥ ለመጀመሪያ ጊዜ ሃይፐርሶኒክ ራምጄት ሞተር (ስክራምጄት ሞተር) በበረራ ላይ ተፈትኗል።

የ scramjet ሞተር ፣ ወይም እነሱ እንደሚሉት ፣ “hypersonic direct-flow” ከሞስኮ ወደ ኒው ዮርክ በ 2 - 3 ሰዓታት ውስጥ ለመብረር ያስችላል ፣ ክንፍ ማሽኑን ከከባቢ አየር ወደ ጠፈር ይተውት። የኤሮስፔስ አውሮፕላን የማጠናከሪያ አውሮፕላን አያስፈልገውም ፣ እንደ ዜንገር (ቲኤም ፣ ቁጥር 1 ፣ 1991 ይመልከቱ) ፣ ወይም የማስጀመሪያ ተሽከርካሪ ፣ እንደ መንኮራኩሮች እና ቡራን (ቲኤም ቁጥር 4 ፣ 1989 ይመልከቱ) ፣ - ጭነት ወደ ምህዋር ማድረስ ። ከሞላ ጎደል አሥር እጥፍ ርካሽ ይሆናል. በምዕራቡ ዓለም እንደዚህ ዓይነት ፈተናዎች የሚከናወኑት ከሶስት ዓመታት በፊት ነው …

ዘመናዊ የሲቪል እና ወታደራዊ ክንፍ አውሮፕላኖች የተገጠመላቸው በጣም ኃይለኛ Turbojet ሞተሮች, ሳለ scramjet ሞተር 15 - 25M (ኤም ማች ቁጥር ነው, በዚህ ሁኔታ ውስጥ, በአየር ውስጥ ድምፅ ፍጥነት) ወደ አውሮፕላኑ ማፋጠን የሚችል ነው., እስከ 3.5M ብቻ ናቸው. በፍጥነት አይሰራም - የአየር ሙቀት, በአየር ቅበላ ውስጥ ያለው ፍሰት ሲቀንስ, በጣም ስለሚነሳ, የ Turbocompressor ክፍል እሱን ለመጭመቅ እና ለቃጠሎ ክፍል (CC) ማቅረብ አልቻለም. እርግጥ ነው, የማቀዝቀዣውን ስርዓት እና መጭመቂያውን ማጠናከር ይቻላል, ነገር ግን ስፋታቸው እና ክብደታቸው በጣም ስለሚጨምር hypersonic ፍጥነቶች ከጥያቄው ውጭ ይሆናሉ - ከመሬት ለመውጣት.

ራምጄት ሞተር ያለ ኮምፕረርተር ይሠራል - ከኮምፕረር ጣቢያው ፊት ለፊት ያለው አየር በከፍተኛ ፍጥነት ግፊት (ምስል 1) የተጨመቀ ነው. የተቀረው ፣ በመርህ ደረጃ ፣ ከ turbojet ጋር ተመሳሳይ ነው - የማቃጠያ ምርቶች ፣ በእንፋሎት ማምለጥ ፣ መሣሪያውን ያፋጥኑ።

የራምጄት ሞተር ሀሳብ ፣ ከዚያ ገና hypersonic አይደለም ፣ በ 1907 በፈረንሳዊው መሐንዲስ ሬኔ ሎረንት ቀርቧል። ግን ብዙ ቆይተው እውነተኛ "የፊት ፍሰት" ገነቡ። እዚህ የሶቪየት ስፔሻሊስቶች ግንባር ቀደም ነበሩ.

በመጀመሪያ በ 1929 ከኤንኤ ዙኩኮቭስኪ ተማሪዎች አንዱ B. S. Stechkin (በኋላ የአካዳሚክ ሊቅ) የአየር-ጄት ሞተርን ንድፈ ሃሳብ ፈጠረ. እና ከዚያ ከአራት ዓመታት በኋላ ፣ በ GIRD ውስጥ ዲዛይነር Yu. A. Pobedonostsev (የጄት ፕሮፕሊሽን ጥናት ቡድን) መሪነት በቆመበት ላይ ከተደረጉ ሙከራዎች በኋላ ramjet በመጀመሪያ ወደ በረራ ተላከ።

ሞተሩ በ 76 ሚሊ ሜትር የመድፍ ቅርፊት ውስጥ ተቀምጧል እና ከበርሜሉ በ 588 ሜትር / ሰከንድ በከፍተኛ ፍጥነት ተኩስ ነበር. ፈተናዎቹ ለሁለት ዓመታት ቆዩ. ራምጄት ሞተር ያላቸው ፕሮጄክቶች ከ 2M በላይ ፈጥረዋል - በዓለም ላይ አንድም መሣሪያ በዚያን ጊዜ በፍጥነት በረረ። በተመሳሳይ ጊዜ የጊርዶቪትስ የሚንቀጠቀጠውን ራምጄት ሞተርን ሞዴል አቅርበዋል ፣ ሠሩ እና ሞክረዋል - የአየር ቅበላው በየጊዜው ተከፍቶ እና ተዘግቷል ፣ በዚህም ምክንያት በቃጠሎው ክፍል ውስጥ ያለው ቃጠሎ ፈነጠቀ። በጀርመን በ FAU-1 ሮኬቶች ላይ ተመሳሳይ ሞተሮች በኋላ ጥቅም ላይ ውለዋል.

የመጀመሪያዎቹ ትላልቅ ራምጄት ሞተሮች በሶቪየት ዲዛይነሮች I. A. Merkulov በ 1939 (ንዑስ ሶኒክ ራምጄት ሞተር) እና ኤም.ኤም ቦንዳሪዩክ በ 1944 እንደገና ተፈጠሩ ። ከ 40 ዎቹ ጀምሮ በ "ቀጥታ ፍሰት" ላይ ሥራ በማዕከላዊ የአቪዬሽን ሞተርስ (CIAM) ተጀመረ.

ሚሳኤሎችን ጨምሮ አንዳንድ አይነት አውሮፕላኖች ሱፐርሶኒክ ራምጄት ሞተሮች የታጠቁ ነበሩ። ሆኖም ፣ በ 50 ዎቹ ዓመታት ከ 6 - 7 በላይ በሆኑ የኤም ቁጥሮች ፣ ራምጄት ውጤታማ እንዳልሆነ ግልፅ ሆነ። በድጋሚ፣ ልክ እንደ ቱርቦጄት ሞተር፣ ከመጭመቂያው ጣቢያ ፊት ለፊት ብሬክ የገጠመው አየር ወደ ውስጥ ገባ። የራምጄት ሞተርን ብዛት እና መጠን በመጨመር ይህንን ማካካሻ ትርጉም አይሰጥም። በተጨማሪም, በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ, የሚቃጠሉ ምርቶች ሞለኪውሎች መበታተን ይጀምራሉ, ግፊትን ለመፍጠር የታለመውን ኃይል ይይዛሉ.

በራምጄት ሞተር የመጀመሪያ የበረራ ሙከራዎች ውስጥ ተሳታፊ የነበረው ታዋቂው ሳይንቲስት ኢኤስ ሽቼቲንኮቭ ሃይፐርሶኒክ ሞተር የፈጠረው በ1957 ነበር። ከአንድ አመት በኋላ በምዕራቡ ዓለም ስለ ተመሳሳይ እድገቶች ህትመቶች ታዩ. የ scramjet ማቃጠያ ክፍሉ የሚጀምረው ወዲያውኑ ከአየር ማስገቢያው በስተጀርባ ነው ፣ ከዚያ ወደ ማስፋፊያ አፍንጫ ውስጥ በጥሩ ሁኔታ ያልፋል (ምስል 2)። ምንም እንኳን አየሩ በመግቢያው ላይ ቢዘገይም ፣ ከቀደምት ሞተሮች በተለየ ፣ ወደ ኮምፕረር ጣቢያው ይንቀሳቀሳል ፣ ወይም ይልቁንስ በከፍተኛ ፍጥነት ይሮጣል። ስለዚህ, በክፍሉ ግድግዳዎች ላይ ያለው ጫና እና የሙቀት መጠኑ በራምጄት ሞተር ውስጥ ካለው በጣም ያነሰ ነው.

ትንሽ ቆይቶ, ውጫዊ ለቃጠሎ ጋር scramjet ሞተር ታቅዶ ነበር (የበለስ. 3) እንዲህ ያለ ሞተር ጋር አንድ አውሮፕላን ውስጥ, ነዳጁ ክፍት መጭመቂያ ጣቢያ አካል ሆኖ ያገለግላል ይህም fuselage በታች በቀጥታ ይቃጠላል. በተፈጥሮው, በቃጠሎው ዞን ውስጥ ያለው ግፊት በተለመደው የቃጠሎ ክፍል ውስጥ ካለው ያነሰ ይሆናል - የሞተሩ ግፊት በትንሹ ይቀንሳል. ነገር ግን የክብደት መጨመር ይወጣል - ሞተሩ ከኮምፕሬተር ጣቢያው ግዙፍ ውጫዊ ግድግዳ እና የማቀዝቀዣ ስርዓቱን በከፊል ያስወግዳል. እውነት ነው, አስተማማኝ "ክፍት ቀጥተኛ ፍሰት" ገና አልተፈጠረም - በጣም ጥሩው ሰዓት ምናልባት በ 19 ኛው ክፍለ ዘመን አጋማሽ ላይ ሊሆን ይችላል.

ባለፈው ክረምት ዋዜማ ላይ ወደተሞከረው ስክረምጄት ሞተር ግን እንመለስ። በ 20 ኪ (- 253 ° ሴ) የሙቀት መጠን ባለው ታንክ ውስጥ በተከማቸ ፈሳሽ ሃይድሮጂን ተቃጥሏል። የሱፐርሶኒክ ማቃጠል ምናልባት በጣም አስቸጋሪው ችግር ሊሆን ይችላል. ሃይድሮጂን በክፍሉ ክፍል ላይ በእኩል መጠን ይሰራጫል? ሙሉ በሙሉ ለማቃጠል ጊዜ ይኖረዋል? አውቶማቲክ የቃጠሎ መቆጣጠሪያን እንዴት ማደራጀት ይቻላል? - በአንድ ክፍል ውስጥ ዳሳሾችን መጫን አይችሉም, ይቀልጣሉ.

እጅግ በጣም ኃይለኛ በሆኑ ኮምፒውተሮች ላይ የሂሳብ ሞዴል መስራትም ሆነ የቤንች ፈተናዎች ለብዙ ጥያቄዎች አጠቃላይ መልስ አልሰጡም። በነገራችን ላይ የአየር ፍሰትን ለመምሰል ለምሳሌ በ 8M, መቆሚያው በመቶዎች የሚቆጠሩ ከባቢ አየር ግፊት እና ወደ 2500 ኪ.ሜ የሙቀት መጠን ይፈልጋል - በጋለ ክፍት ምድጃ ውስጥ ያለው ፈሳሽ ብረት በጣም "ቀዝቃዛ" ነው. ከፍ ባለ ፍጥነትም ቢሆን የሞተር እና የአውሮፕላን አፈፃፀም በበረራ ላይ ብቻ ሊረጋገጥ ይችላል።

በአገራችንም ሆነ በውጭ አገር ለረጅም ጊዜ ይታሰባል. በ 60 ዎቹ ውስጥ ፣ ዩናይትድ ስቴትስ በከፍተኛ ፍጥነት ባለው X-15 ሮኬት አውሮፕላን ላይ የስካምጄት ሞተር ሙከራዎችን እያዘጋጀች ነበር ፣ ግን በግልጽ ፣ በጭራሽ አልተከሰቱም ።

የሀገር ውስጥ የሙከራ ስካምጄት ሞተር ባለሁለት ሞድ ተሠርቷል - ከ 3M በላይ በሆነ የበረራ ፍጥነት ፣ እንደ ተራ “ቀጥታ ፍሰት” ፣ እና ከ 5 - 6M በኋላ - እንደ ሃይፐርሶኒክ። ለዚህም, ወደ ኮምፕረር ጣቢያው የነዳጅ አቅርቦት ቦታዎች ተለውጠዋል. ከአገልግሎት ላይ እየተወገደ ያለው ፀረ-አውሮፕላን ሚሳኤል የሞተር አፋጣኝ እና የሃይፐርሶኒክ በራሪ ላብራቶሪ (HLL) ተሸካሚ ሆነ። የመቆጣጠሪያ ስርዓቶችን, ልኬቶችን እና ከመሬት ጋር ግንኙነትን, የሃይድሮጂን ታንክ እና የነዳጅ ክፍሎችን የሚያካትት GLL, በሁለተኛው እርከን ክፍሎች ላይ ተጭነዋል, ጦርነቱ ከተወገደ በኋላ, ዋናው ሞተር (LRE) ከነዳጁ ጋር. ታንኮች ቀርተዋል. የመጀመሪያው ደረጃ - የዱቄት ማጠናከሪያዎች, - ሮኬቱን ከመጀመሪያው በመበተን, ከጥቂት ሰከንዶች በኋላ ተለያይቷል.

የቤንች ሙከራዎች እና ለበረራ ዝግጅት በፒአይ ባራኖቭ ማዕከላዊ የአቪዬሽን ሞተርስ ኢንስቲትዩት ፣ ከአየር ሀይል ፣ ከፋክል ማሽን ግንባታ ዲዛይን ቢሮ ፣ ሮኬቱን ወደ በረራ ላብራቶሪ የለወጠው ፣ በቱዬቭ በሚገኘው የሶዩዝ ዲዛይን ቢሮ እና ሞተሩን ያመረተው በሞስኮ የሚገኘው የቴምፕ ዲዛይን ቢሮ እና የነዳጅ ተቆጣጣሪ እና ሌሎች ድርጅቶች. የታወቁት የአቪዬሽን ስፔሻሊስቶች R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov እና V. A. Sosunov ፕሮግራሙን ይቆጣጠሩ ነበር.

በረራውን ለመደገፍ ሲአይኤኤም የሞባይል ፈሳሽ ሃይድሮጂን ነዳጅ ማደያ ኮምፕሌክስ እና የቦርድ ላይ ፈሳሽ ሃይድሮጂን አቅርቦት ስርዓት ፈጠረ። አሁን፣ ፈሳሽ ሃይድሮጂን በጣም ተስፋ ሰጭ ነዳጆች አንዱ ተደርጎ ሲወሰድ፣ እሱን የመቆጣጠር ልምድ፣ በCIAM ውስጥ የተከማቸ፣ ለብዙዎች ጠቃሚ ሊሆን ይችላል።

… ሮኬቱ የተወነጨፈው ማምሻ ላይ ነበር፣ ቀድሞውንም ጨለማ ነበር። ከጥቂት ደቂቃዎች በኋላ የ"ኮን" ተሸካሚው ዝቅተኛ ደመና ውስጥ ጠፋ። ከመጀመሪያው ጩኸት ጋር ሲነፃፀር ያልተጠበቀ ፀጥታ ነበር። አጀማመሩን የተመለከቱት ሞካሪዎች፡- ሁሉም ነገር በእርግጥ ተሳስቷል? አይደለም፣ መሳሪያው በታሰበው መንገድ ቀጥሏል። በ 38 ኛው ሰከንድ, ፍጥነቱ 3.5M ሲደርስ, ሞተሩ ተጀመረ, ሃይድሮጂን ወደ ሲሲሲው መፍሰስ ጀመረ.

ነገር ግን በ 62 ኛው ላይ, ያልተጠበቀው በእውነቱ ተከሰተ: የነዳጅ አቅርቦቱ አውቶማቲክ መዘጋት ተቀስቅሷል - የ scramjet ሞተር ተዘግቷል. ከዚያም በ195ኛው ሰከንድ አካባቢ እንደገና ተነሳና እስከ 200ኛው ድረስ ሰርቷል… ቀደም ሲል የበረራው የመጨረሻ ሰከንድ እንደሆነ ተወስኗል። በዚህ ጊዜ, ሮኬቱ, በሙከራ ቦታው ግዛት ላይ እያለ, እራሱን አጠፋ.

ከፍተኛው ፍጥነት 6200 ኪሜ በሰአት ነበር (ትንሽ ከ 5.2M በላይ)። የሞተሩ እና የስርዓቶቹ አሠራር በ 250 የቦርድ ዳሳሾች ቁጥጥር ይደረግበታል. መለኪያዎች በሬዲዮ ቴሌሜትሪ ወደ መሬት ተላልፈዋል.

ሁሉም መረጃ ገና አልተሰራም ፣ እና ስለ በረራው የበለጠ ዝርዝር ታሪክ ያለጊዜው ነው። ነገር ግን ከጥቂት አሥርተ ዓመታት በኋላ አብራሪዎች እና ኮስሞናውቶች "hypersonic forward flow" እንደሚጋልቡ ከወዲሁ ግልጽ ነው።

ከአርታዒው. በአሜሪካ ውስጥ በ X-30 አውሮፕላኖች እና በጀርመን ሃይቴክስ ላይ የ scramjet ሞተሮች የበረራ ሙከራዎች ለ 1995 ወይም ለሚቀጥሉት ጥቂት ዓመታት ታቅደዋል ። የእኛ ስፔሻሊስቶች በቅርብ ጊዜ ውስጥ "ቀጥታ ፍሰት" ከ 10M በላይ በሆነ ፍጥነት በኃይለኛ ሚሳኤሎች ላይ መሞከር ይችላሉ, እነዚህም አሁን ከአገልግሎት እየተነሱ ናቸው. እውነት ነው፣ ያልተፈታ ችግር የበላይ ናቸው። ሳይንሳዊ ወይም ቴክኒካል አይደለም። CIAM ገንዘብ የለውም። ለሰራተኞች ግማሽ-ለማኝ ደሞዝ እንኳን አይገኙም።

ቀጥሎ ምን አለ? አሁን በዓለም ላይ አራት የአውሮፕላን ሞተር ግንባታ ሙሉ ዑደት ያላቸው አገሮች ብቻ አሉ - ከመሠረታዊ ምርምር እስከ ተከታታይ ምርቶች። እነዚህ ዩናይትድ ስቴትስ, እንግሊዝ, ፈረንሳይ እና ለአሁን, ሩሲያ ናቸው. ስለዚህ ከነሱ የበለጠ ወደፊት አይኖሩም - ሶስት.

አሜሪካውያን አሁን በስክረምጄት ፕሮግራም በመቶ ሚሊዮኖች የሚቆጠር ዶላር ኢንቨስት እያደረጉ ነው።