Úton a hiperszonikus hiperszonikus repülőgép, Popular Mechanics magazin

hidrodinamikai terhelések táblázat mutatja viselkedését Hyper-X a készülékben sebesség 7 Mahov tesztek járó motornál

A motor hiperszonikus repülőgép vesz fel szinte az egész alsó felülete a törzs. Amikor a levegő áthalad alatt az orr a berendezés a rácson keresztül a, égéstér, a fúvóka és a hátsó része a törzs, ez okozza egy sor lökéshullámok. Az alakja ezek túlfeszültség függ a sebesség, és ellenőrzés alatt, mert attól függ, hogy a motor hatékonyságát

A repülőgép-hordozó NASA B-52B

Vezetési X-43A berepülés

XXI század már megkezdte telepíteni előttünk új perspektívák és kihívások. Repülőgép most repülni hiperszonikus sebességnél, és ezt a saját motorral kell harmonikusan egyesül a funkciók a repülés és az űrtechnológia. A szuperszonikus ramjet - ramjet motor - nem használ mozgó alkatrészek, a repülőgép szerelve ezzel a motorral lesz képes, amely több száz kilométerre percben, majd rendszeres reality SuperSpeed ​​transzkontinentális járatok és olcsó űrmissziók.

A kapott eredmények ebben a kísérletben az eredmények értékelésére segített józan koncepció szuperszonikus repülőgép sugárhajtómű. A sorozat tervezett járatok a következő néhány évben, hogy kiterjeszti a hatályát, kísérleti adatok, úgy, hogy egy évtizeden belül, mint az első hiperszonikus járművek ramjet indul a kereskedelmi működését.

Az Egyesült Államokban a fejlesztési ramjet motor hosszú története van. Alapján elméleti tanulmányok, megkezdődött a negyvenes években, az ötvenes évek végén az amerikai légierő, haditengerészet és a NASA szorosan körülvéve kísérleti szakaszban van. A jelenlegi fejlettségi szintje ez a gondolat alapja a különböző kutatási programok az építőiparban az ilyen motorokat hidrogén és szénhidrogén tüzelőanyagok.

Mi a torlósugaras?

A hagyományos ramjet belépő szuperszonikus légi beszívott levegő áramlása lelassul szubszonikus sebességgel lökéshullámok - a lökéshullámok miatt keletkező különleges geometriája a légbeömlő. Tüzelőanyagot fecskendezünk Ez a tömörített gátlása szubszonikus áramlás és a keveréket elégetjük, és a forró gázok a szórófejen áthaladó szabályozott vagy nem szabályozott, ismét gyorsult szuperszonikus sebességgel.

A hiperszonikus ramjet légáramlás bemeneti gátolt egy kisebb mértékben, és továbbra is szuperszonikus az egész égési folyamat. Ebben az esetben nincs szükség állítható fúvókákkal, és a motor teljesítménye optimalizált széles Mach szám. Modern hiperszonikus kettős üzemmódú ramjet működhet mindkét módban szubszonikus és szuperszonikus égésű, amely sima átmenetet az egyik üzemmódból a másikba.

Torlósugaras koncepció egy példa harmonikus párosítása a repülőgépgyártók a repülőgép és annak meghajtó egységet. Ebben a rendszerben a motor tölti ki a teljes alsó felületén a repülőgép. Az erőmű áll hét alapvető elemeket, öt közülük valójában a motor, és két - az egység a törzs. Motor zona - az első és a hátsó a belépő az égéstér, a fúvóka és a tüzelőanyag-ellátó rendszert. Tudható be, hogy a törzs érintő motor teljesítményét alsó felületén az orrát és a farok rész.

A nagy sebességű levegő befecskendező rendszer, amely hatékonyan kölcsönhatásba orr törzs rész és az alsó légbeömlő. Ezek együttesen megfogható és sűrített levegő árama, etetés az égéstérbe. Ellentétben a hagyományos hajtóművek, torlósugaras szuperszonikus és hiperszonikus repülés felgyorsítja szükséges tömörítési a bejövő levegő használata nélkül éri el a mechanikus kompresszor. Előpréseltük teremt az alsó része a törzs a repülőgép és a légbeömlő veszi, hogy a kívánt mértékű tömörítés.

Bejövő légáram megy keresztül egy sor lökéshullámok az íj a repülőgép és a bejáratnál, hogy a levegőbeszívó, a sebesség csökken, megnövelve ezzel a nyomást és a hőmérsékletet. A létfontosságú eleme a torlósugaras szolgálja a hátsó légbeömlő. Ebben a zónában a szuperszonikus bemeneti áramlási találkozik ellennyomás, amely meghaladja a statikus nyomása által beszívott levegő. Amikor egy eredmény az égési folyamat kezdődik, hogy elváljon a fali határréteg, a hátsó a belépő zóna van kialakítva egy sor sokkok, ami egyfajta „előkamra”, mielőtt ez égéstérbe. A jelenléte a hátsó része a légbeömlő lehet elérni az égéstérben a szükséges hőt a kontroll szintjére és a növekvő nyomást úgy, hogy elkerüljük azt a helyzetet nevezzük „zár”, amelynél a lökéshullámok zavarja a levegő bejutását a beáramlását a hátsó a levegőbemenet.

A égetőben a leghatékonyabb összekeverése a levegő és az üzemanyag befecskendező miatt elosztott hossza mentén a kamra. Így érhető el a leghatékonyabb átadása hőenergia tolóerő. gázkisüléses rendszer, amely egy fúvóka és az alsó felülete a hátsó törzs, gondoskodik az ellenőrzött bővítése sűrített forró gázok, hogy valójában, biztosítja a szükséges tolóerőt. A folyamat konvertálja expanziós előforduló az égéstérben potenciális energia kinetikus energiává. A területet a fúvóka bekövetkezik több fizikai jelenségek - és égő, és a hatása a határréteg, és bizonytalan gázáramlás, és a bizonytalanság a nyírási réteg, és több fajlagos térfogat hatások. Az alakja a fúvóka nagy jelentősége van a motor hatásfoka és az egész repülés, ez érinti a felvonó és ellenőrizhetőségét a repülőgép.

Hogyan is működik

Mielőtt a repülőgép, hogy elérjék a kívánt torlósugaras sebesség, a motor kell haladnia keresztül egymást követően több üzemmódban. Mert gyorsulás sebességgel kb 3 Mach használhatja az egyik a számos lehetőség - például egy további gázturbinás hajtóművek vagy rakéta booster azonos (külső és belső).

Sebességgel 3,4 Mach GPRVD rekonstruálható a kis sebességű üzemmód egy tolóerő módban, amikor a motor versenyzés képződött stabil tömítések, létre bemeneténél az égéskamra, egy vagy több részletben a levegő áramlását a szubszonikus sebességeknél. A hagyományos ramjet szolgáló olyan, levegő szívó és a diffúzor - csökkentik az áramlási sebességet, hogy az alábbiakban a hangsebesség növelésével a terület a diffúzor, így lehetséges, hogy teljes égés a keverék szubszonikus sebességű.

Az égéstérbe van elrendezve beszűkülése-divergens fúvókával, amely szükséges, és a kimenetek tolóerő. A GPRVD kimenetét a fényképezőgép „gáz termikus fojtás”, amely nem igényel valós geometriai szűkület fúvókát. Ez az áramlás korlátozása összekeverésével állítjuk elő a gáz a levegővel és a finomhangolt flow forgalmazás.

Míg a repülőgép torlósugaras gyorsítja önerejéből Mach 3-8, tartományban 5-7 Mahov motor átvált másik üzemmódra. Ez egy átmeneti időszakban, amikor a motor jár, és a hagyományos ramjet és hiperszonikus. A hőmérséklet-emelkedés és nyomás az égéstérben lelassul. Ennek eredményeként, a normál működés válik kellően rövidebb előpréselési zónába. kompressziós sokkok eltolódott a nyílással közelebb van az égési kamra bemenetéhez.

Ha a sebesség áthalad Mach 5, egy szuperszonikus égésű üzemmód magasabb tapadás, így a motor specificitás megköveteli, hogy a ramjet mód előtt használt, amíg a készülék eléri a sebességét Mach 5.6. A küszöb körülbelül 6 Mahov fékezés légáramlást szubszonikus sebességű néha azt eredményezi, szinte teljessé megállás, ami hirtelen változások nyomás és hő. Valahol a tartományban 5 és 6 közötti lépéseket Ezen tünetek fellépése lehet egy jel váltás tiszta torlósugaras üzemmódban. Amikor a sebesség áthalad Mahov 7, az égési folyamat már nem tudják osztani a levegő áramlását és a motor kezd működni torlósugaras üzemmódba, anélkül, sokkok, mielőtt az égéskamrába. Lökéshullámok a légbeömlő oszlik el az egész motort. Sebesség felett Mach 8 fizika törvényei előírják szuperszonikus égésű mód, mivel a motor nem lesz képes ellenállni a nyomásnak és hőmérsékletnek, hogy bekövetkezett volna a lassítás során a levegő áramlás szubszonikus sebességgel.

Működés torlósugaras sebesség 5-15 Mahov emelkedik számos technikai problémát. Ez a nehézség keverő üzemanyag levegővel hőszabályozására motor túlterhelés, különösen túlmelegedés elülső szélei a légbeömlő. Mert járatok különleges minták és anyagok szükségesek hiperszonikus sebességgel.

Amikor a sebessége a befecskendezett üzemanyag kiegyenlítődik a sebességgel lép be az égető légáramlás, mely akkor jelentkezik sebességgel Mach 12, keverés üzemanyagot a levegő nagyon nehézzé válik. Magasabb Mach szám hatalmas hőmérséklet az égéstérben oka bomlása molekulák és azok ionizációs. Ezek a folyamatok, szuperponálva a már összetett képet a levegő áramlását, ahol a szuperszonikus keverési kölcsönhatását az égéstér a légbeszívó csatornán és az égési működési törvények hogy szinte lehetetlen kiszámítani gázáramlás, az üzemanyag-ellátás mód és a hő egyensúlyt az égéstérbe.

A járat a hiperszonikus repülőgép-hajtómű fűtés nem csak attól függ a munka az égéstérben - hozzájárul más rendszerekkel: szivattyúk, hidraulika, elektronika. ellenőrzési rendszer hőcserélő hiperszonikus repülőgép főként a motort, mert úgy érzi, a maximális hőterhelés. A motor általában ami sok problémát - a jet áramlási tér hatalmas hő-, hang- és mechanikai terhelés, és ez kiegészítve a teljes töltött kizárólag korróziós hatású keverékét forró égéstermékek és az oxigént.

Ha a motor nem hűtjük, az égéstér hőmérséklete meghaladja 2760 Celsius fok, amely magasabb, mint az olvadáspont a legtöbb fém. Szerencsére a probléma a magas hőmérséklet nem tud megbirkózni az aktív hűtés, a megfelelő anyagok kiválasztása és a fejlesztés a speciális magas hőmérsékletű szerkezetek.

Sam hiperszonikus repülőgép is szigorú követelményeket az építési és anyagok. Itt vannak:

- nagyon magas hőmérsékleten;

- fűtőkészülékek egészére;

- helyhez kötött és mozgó lokalizált fűtési zóna a lökéshullámok;

- magas aerodinamikai terhelése;

- nagy terhelés nyomásimpulzusokat;

- az esetleges komolyabb lebegés, rezgés, ingadozó terhelés termikus eredetű;

- erózió hatása alatt a bejövő levegő áramlását és a sugár áramlását a motor belsejében.

Most, miután a sikeres repülést az X-43A jármű és a földi tesztek néhány teljes körű modellek néz valóságosabb tervezi, hogy létrehoz egy teljes értékű repülőgép torlósugaras hidrogénnel vagy szénhidrogén üzemanyag. Amikor anyagunk küldtek a sajtó, a NASA arra készül, hogy indítson újabb X-43A és eloszlassa azt a sebességét Mach 10, azaz legfeljebb 12 000 km / h.

Utánnyomást engedélyével a folyóirat Az ipari fizikus American Institute of Physics