Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Loading...

Хороший самолёт должен быть крепким

17 февраля 2015

Оригинал взят у alex_anpilogov

111824

Для чего вообще нужен гиперзвук? И, как следствие, для каких аппаратов интересно использовать воздушно-реактивный двигатель?

Если с гиперзвуком столько мороки, столько проблем, то, может быть, обойтись старыми и проверенными баллистическими ракетами, чтобы доставить тепло и свет в дом к предполагаемому противнику?

Однако, возможность использовать ту самую "серую зону" между космосом и тропосферой Земли, это "сладкое место" в районе "линии Кармана" — по-прежнему манит всех военных.

Поскольку пока именно военные и являются основными заказчиками всех аппаратов так или иначе использующих гиперзвуковой режим полёта для движения в атмосфере Земли.

Именно для военных важно то, что на таких высотах, в районах, сопредельных с "близким космосом" и на скоростях, которые с трудом могут достичь лишь аппараты с ракетными двигателями, можно производить управляемый, а не баллистический полёт.

Коллизия выбора между ракетным и воздушно-реактивным двигателем здесь очень похожа на соревнование между МиГ-25 и SR-71: те режимы, которые ракета может обеспечивать только на протяжении очень короткого времени — гиперзвуковой летательный аппарат может поддерживать на протяжении многих часов полёта.

В том случае, конечно, если у нас есть для него настоящий гиперзвуковой воздушно-реактивный двигатель.

Понятное дело, попав в нежные руки военных, гиперзвуковые разработки сразу же обрастают целой аурой секретности.

Многие параметры разрабатываемых аппаратов нам доподлинно неизвестны, а для некоторых у нас даже нет и официальных фотографий, которые заменены рисунками "по мотивам".

Однако для вооружённого взгляда и для пытливого ума ход разработок по гиперзвуковым летательным аппаратам и двигателям для них уже не является страшной тайной.

И об этом переднем крае современной борьбы за сверхскорость — мой дальнейший рассказ.

Сейчас часто при испытаниях "гиперзвука" испытывают лишь его отдельные аспекты, а не полностью готовый аппарат. Поэтому, например, вот эту птичку под совершенно неудобоваримым названием "Продвинутое гиперзвуковое оружие" (Advanced Hypersonic Wheapon, AHW) просто прицепили к обычной разгонной ракете, ускорили с помощью ракетных двигателей до скорости в десяток Махов, а потом свалили на голову "условного противника" — то есть отрабатывали исключительно инерционное движение и планирование с гиперзвуковыми скоростями. То есть — какого-либо гиперзвукового двигателя на ударном блоке AHW никогда не стояло, а само маневрирование осуществлялось исключительно за счёт аэродинамических поверхностей самого аппарата. Их, кстати, у него было целых четыре, о чём нам и сообщил Пентагон в своём релизе. А выглядел аппарат, имеющий, согласно публичной информации, "биконическую форму" как-то вот так:

22_secret_2d919

Это, кстати, официальный рисунок, распространённый Пентагоном. Масса информации для размышления.

Из двух испытательных пусков, проведенных в 2011 и в 2014 годах пока успешным был только один, первый, когда выводящая AHW ракета STARS успешно стартовала с Гавайских островов. Сам боевой блок AHW, достигнув скорости то ли в 5М, то ли в 8М, после успешного маневрирования на гиперзвуковой скорости упал в районе атолла Кваджалейн.

Похожую программу маневрирующих бездвигательных гиперзвуковых летательных аппаратов ведёт и американское исследовательское агентство DARPA. Программа DARPA называется Falcon HTV-2 и должна была продемонстрировать на выходе из процесса испытаний опять-таки боевой маневрирующий гиперзвуковой блок, который бы смог на границе "линии Кармана" развить скорость и того большую, нежели блок AHW — в районе 17-22М.

Однако, программа Falcon HTV-2 по итогам испытаний получилась ещё более "успешной", нежели попытка создания AHW: оба тестовых полёта, проведенные в 2010 и в 2011 годах, закончились неудачей: два гиперзвуковых маневрирующих блока HTV-2 потеряли управление на 9-й и на 26-й минуте гиперзвукового спуска соответственно.

Хотя рисунок Falcon HTV-2 вышел даже более впечатляющим, нежели убогая графика AHW:

HTV2Highres

Впрочем, DARPA не останавливаются в процессе распила денег американского налогоплательщика освоения планирующего гиперзвука и выкатили уже "на гора" целую концепцию дальнейшего совершенствования своих летающих пепелацев. В частности, уже начиная со следующего "Сокола", которому присвоили индекс HTV-3X, маневрирующий гиперзвуковой блок якобы уже даже обретёт свой гиперзвуковой двигатель, а четвёртый "Сокол", прозванный HCV, сможет и вообще вышивать крестиком... в общем, пока что не придумали что, но однозначно — сможет.

Ведь не могли же США закопать почти что 308 миллионов долларов только в анимационное видео полёта и вот в такую красивую картинку:

1314172391_falcon-htv

Впрочем, усилия США в деле создания гиперзвуковых маневрирующих боевых блоков понятны — уже в 2012 году командующий РВСН России, генерал-полковник Сергей Каракаев заявил, что новые российские межконтинентальные баллистические ракеты наземного и морского базирования — "Ярс" и "Булава" получат гиперзвуковые маневрирующие блоки.

А в 2014 году данные заявления прозвучали и касательно новой тяжёлой шахтной МБР "Сармат", боевую часть которой якобы также должны снабдить гиперзвуковыми маневрирующими блоками. Об этом заявил, в частности, заместитель министра обороны России Юрий Борисов.

Понятное дело, в случае российских разработок маневрирующих гиперзвуковых боевых блоков информации ещё меньше, нежели в случае американских разработок, но кое-что в открытую прессу тоже попадает.

В частности, известно, что сами разработки маневрирующих боевых блоков велись в СССР ещё с конца 1970-х годов, о чём неплохо расписано вот в этой статье.

Сейчас уже рассекречен факт, что тогда для знаменитой МБР Р-36М2 «Воевода» (SS-18 Satan в западной классификации) в днепропетровском ОКБ «Южное» разрабатывали управляемый боевой блок 15Ф178.

Он был оснащен схожей с американскими опытными разработками аэродинамической системой маневрирования — отклоняемый конус на носу блока на гиперзвуковых скоростях позволял управлять блоком без применения двигателей. В 1980-х годах было проведено шесть испытаний управляемого гиперзвукового блока, но затем произошла катастрофа распада СССР и днепропетровский разработчик гиперзвукового блока оказался с производителем, Оренбургским машзаводом, в разных странах.

Однако, несмотря на официальное прекращение работ по гиперзвуковым блокам в ОКБ «Южное», судя по открытой информации, полученный задел был сохранён и положен в основу последующих работ. Так, в 1987 году подмосковным «НПО Машиностроение» в городе Реутов были начаты работы по созданию МБР «Альбатрос» с маневрирующим и планирующим гиперзвуковыми блоками, которые, входя в атмосферу по баллистическим траекториям и со скоростями, сравнивыми с первой космической (17-22M на высоте "линии Кармана" соответствуют абсолютной скорости в 5,8-7,5 км/с), могли бы осуществлять неожиданный гиперзвуковой манёвр до 1000 километров по горизонтали — и поражать цели в непредсказуемых местах и с неожиданных направлений.

В начале 1990-х годов работы над МБР «Альбатрос» и гиперзвуковыми блоками для неё, на фоне общего упадка ВПК в России, были прекращены, но уже через несколько лет на месте закрытой темы «Альбатроса» были начаты работы, приведшие в итоге к созданию «Тополя-М» и гиперзвуковых блоков для его модификаций (МБР "Ярс"), а также и для других ракет нового поколения — "Сармата" и "Булавы".

Однако, при всей привлекательности свободно маневрирующих на гиперзвуке в атмосфере управляемых боевых блоков, их применение всё-таки оказывается возможным только в результате запуска их с помощью баллистических ракет, легко определяемых средствами раннего обнаружения.

Да, их практически нереально уничтожить современными и перспективными средствами ПВО: только для ещё разрабатываемой в России системы ПВО С-500 была в техническом задании поставлена задача на уничтожение "гиперзвуковых аэродинамических целей", подразумавая, что зенитная ракета комплекса, вооружённая твердотопливным ракетным двигателем, сможет всё-таки догнать свободно планирующего или маневрирующего гиперзвукового "беглеца". В случае же американских систем ПВО борьба с гиперзвуковыми маневрирующими боевыми блоками даже не стоит на повестке дня: американские системы пока не могут с ними эффективно бороться.

Но, скорее всего, запуск МБР с ядерными боеголовками, помещёнными внутрь гиперзвуковых боевых блоков, и сам по себе уже будет началом тотальной войны: никто не будет рассматривать это, как "конфликт малой напряжённости", подразумевая сразу же возможность встречного ответного удара по стороне, допустившей запуск МБР.

Поэтому, кроме маневрирующих гиперзвуковых блоков МБР, ведущие мировые державы всё это время не оставляли надежды создать работающий ГПВРД для установки его на гиперзвуковой летательный аппарат.

И в СССР, и в США, ещё начиная с конца 1960-х годов, прекрасно понимали всю перспективность именно воздушно-реактивной схемы гиперзвукового двигателя, несмотря на всю отработанность и надёжность ракетной схемы. Да, согласно всем расчётам, гиперзвуковой воздушно-реактивный двигатель был бы как минимум втрое менее эффективен, нежели классический турбореактивный двигатель (ТРД) и уступал бы даже своему сверхзвуковому собрату (СПВРД) в два раза по удельному импульсу, достигая лишь значений в 1000 секунд при скоростях в 6-7М, с последующим плавным снижением параметра.

Однако, даже эта скромная цифра по-прежнему бы превосходила удельный импульс лучших ЖРД почти что вдвое, а РДТТ — вчетверо. За такой результат, право слово, стоило бы бороться.

И — борьба началась.

Первыми, как это и бывало не раз, в борьбу вступили американцы.

В США предполагалось провести первые летные испытания ГПВРД на гиперзвуковом исследовательском самолете Х-15, который я уже упоминал в первой части моего рассказа. Идея так и осталась неосуществленной, поскольку предназначенный для испытаний Х-15A с бортовым номером 56-6672 разбился в ноябре 1967 года, всего за несколько дней до запланированного полета с разрабатываемым в США экспериментальным ГПВРД. В итоге натурные испытания ГПВРД в США были отложены в долгий ящик, а на фоне закрытия в 1970-м году программы Х-15 — и вовсе прекращены.

В СССР для программы разработки собственного ГПВРД, которая началась в семидесятые годы, в качестве базовых конструкций для испытаний ГПВРД решено было использовать не ракетные самолёты (у СССР их попросту не было), а гораздо более доступные и дешёвые зенитные ракеты. Старые зенитные ракеты можно было легко использовать в качестве стартовых ускорителей, которые бы разогнали летательный аппарат с экспериментальным ГПВРД до нужной для устойчивой работы гиперзвукового двигателя минимальной скорости.

В качестве базовой ракеты для запуска аппарата с ГПВРД была использована снимаемая тогда с вооружения двухступенчатая зенитная ракета С-200.

Kecel_Pint?r_park
Две пусковые установки С-200 с зенитными ракетами. Впереди — ещё одна ракета С-200 в разрезанном виде.

Сама ракета С-200 потроена по двухступенчатой схеме: начальный разгон производится с помощью четырёх твердотопливных ускорителей, а затем, уже в полёте включается маршевый двигатель второй ступени. Именно вторая ступень ракеты достигала нужной для запуска ГПВРД скорости около 3М (1200 м/с). Сам экспериментальный аппарат, получивший название "Холод", устанавливался вместе с баком горючего и контрольно-измерительным комплексом на месте штатного боевого блока С-200.

holod
Гиперзвуковая летающая лаборатория (ГЛЛ) "Холод", установленная на списанной зенитной ракете С-200.

Однако, масштабность и сложность поставленной перед инженерами Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) задачи затянули испытания ГПВРД практически на десятилетие. Как показали последующие успешные стендовые испытания — это сыграло свою положительную роль, поскольку большая часть "детских болезней" советского ГПВРД была устранена ещё на земле.

Наземные испытания двигателя происходили в Тураевском филиале ЦИАМ (крупнейшая в Европе стендовая база), на уникальном стенде Ц-16ВК с наиболее полной имитацией реальных высотно-скоростных условий при скоростях, вплоть до скорости в 6М.

На стендах были получены уникальные данные о процессе горения горючего в сверхзвуковом потоке; проверялись материалы, работоспособные в условиях теплонапряжённого состояния по всему тракту ГПВРД — различным частям двигателя в реальном полёте надо было бы работать в диапазоне температур от -200 °C до +2000 °C; уточнялись результаты расчетов экспериментальных технологических исследований как отдельных элементов конструкции, так и всего двигателя в целом.

И вот — решающее испытание. На дворе — 28 ноября 1991 года, до официальной смерти СССР остаётся всего 10 дней.

На полигоне Сары-Шаган в Казахстане у озера Балхаш проводятся первые натурные испытания ГЛЛ "Холод".

Кто знает, как бы повернулась дальнейшая судьба советского ГПВРД, если бы то самое решающее испытание не увенчалось бы хотя бы частичным успехом?

Но — удача благоволит крепким и испытанным конструкциям: "Холод" полетел.

Уже на первых летных испытаниях была достигнута скорость в 5,6М, а сама летающая лаборатория поднялась на рекордную высоту в 35 километров, сравнимую с мировым рекордом настоящего сверхзвукового истребителя-перехватчика МиГ-25.

В последующих пусках "Холода", которые производились в период с 1991 по 1998 год, удалось достичь времени работы ГПВРД в 77 секунд и разгнать лабораторию до рекордной скорости в 1 832 м/c, что соответствовало 6,41М.

Гиперзвук был покорён — и впервые это сделал именно советский ГПВРД.

Американцы же, тем временем, поддавшись в 1980-х годах обаянию виртуальных концептов "гиперзвуковых ракетопланов", которые бы долетали из Далласа в Токио за два часа, внезапно осознали, что снова погнались за красивыми картинками, построив очередной "замок на песке" — гламурную обртку, под которой у них совершенно не было никакой реальной технологии:

800px-X-30_NASP_3

500px-5thElmt_SpacePlane_5
Если что — проектировавшийся в 1980-х годах в США гиперзвуковой самолёт Х-30 — сверху.
Внизу у нас "Космический ракетоплан" из фантастического фильма "Пятый элемент".
Найдите 15 отличий.

Начатая в 1986 году разработка громадного гиперзвукового пассажирского (!) самолёта Rockwell Х-30 была под стать всем американским 80-м годам ХХ века: взлётная масса пепелаца — более 136 тонн (на уровне хорошего турбореактивного пассажирского самолёта), длина фюзеляжа — почти что 50 метров, размах крыльев — 22 метра.
Куда там советскому миниатюрному "Холоду", который-то и стартовать сам по себе не мог!

Тут все задачи предполагалось решить раз — и навсегда. Чтобы сразу же оставить всех остальных в роли безнадёжно догоняющих.

Однако реальность, как и в случае гиперзвуковых управляемых боевых блоков оказалась на стороне тех, кто кропотливо работал над деталями.

Как оказалось, обшивка большей части фюзеляжа X-30 по расчётам должна была нагреться в до 980 °C, а максимальная температура конструкции, наблюдаемая в носовой части ракетоплана, на передней кромке крыла и в районе воздухозаборника двигателя была бы и того выше, доходя до 1650 °C.

Потом, на фоне моделирования, внезапно выяснилось, что в конструкции X-30 пришлось бы массово применять лёгкие, но в то же время — жаростойкие материалы, такие как альфа- и гамма-алюминиды титана, углерод-углеродные композиты, титановые композиты с металлической матрицей и кремнийуглеродными волокнами.

Все эти материалы и тогда, и даже сейчас существуют лишь в единичных экземплярах, а их цена выводила бы общую стоимость Х-30 просто-таки на космический и фантастический уровень.

Никакие пассажиры "из Далласа в Токио" не смогли бы даже окупить будущий НИОКР по созданию Х-30.

Но самая крупная проблема поджидала Х-30 в ином. Для "космического ракетоплана" просто не оказалось подходящего двигателя.

На самом деле, нарисованный во всех рекламных проспектах красивый взлёт Х-30 прямо с обычного аэродрома был чистейшей воды фикцией: как и в 1950-х годах, так и сейчас, ГПВРД могут работать только начиная со скорости в 3М, а их младшие братья, СПВРД — начиная от скорости хотя бы в 0,5М.

А вот для запуска самолёта с обычной ВПП по-прежнему надо запускать ТРД — и медленно карабкаться к трансзвуку...

X-30_futuristic_nasa
Ещё немного фантастики. ГПВРД курильщика.
Самолёт с ГПВРД стартует с обычной взлётной полосы.

В итоге — к началу 1990-х годов проект Х-30 был окончательно похоронен и стыдливо забыт.

А в реальности американцы начали работать над гораздо более скромным гиперзвуковым аппаратом Х-43A, который они стали запускать, как и многие другие гиперзвуковые аппараты, уже с летающией платформы — всё того же проверенного бомбардировщика Б-52, с которого стартовал и первенец американской гиперзвуковой программы, ракетный самолёт Х-15:

1024px-B-52B_with_X43
Старт Х-43А с бомбардировщика В-52. ГПВРД нормального человка.

Кроме того, внезапно выяснилось, что несмотря на все усилия США по разработке собственного ГПВРД, которые они вроде как бы и предпринимали, начиная с 1960-х годов — их фактические достижения так и остались в районе успехов ракетного гиперзвукового самолёта Х-15 и виртуальных концепций "Дайна Соар Х-20" и "Космического ракетоплана Х-30".

Реальных же результатов по ГПВРД у американцев оказалось с гулькин нос.

Даже на крошечный по сравнению с Х-30 гиперзвуковой самолётик Х-43 (длина 3,66 м, размах крыльев 1,52 м, масса 1400 кг) у американцев не оказалось собственного работающего ГПВРД.

В результате... в результате американцы были вынуждены констатировать: СССР их снова обогнал.

И все 1990-е годы американцы действовали привычным им способом, просто активнейшим образом покупая результаты, полученные у нас на гиперзвуковом летательном аппарате «Холод».

Программа Х-43A в итоге была построена практически полностью не на собственных американских разработках, а на использованном опыте СССР.

Как и в случае программы ВОУ-НОУ, американские деньги позволили тогда спасти российскую программу гиперзвуковых двигателей, поскольку полученные от США средства помогали выжить и продвигаться в этом направлении и далее, в то время, как у самой России катастрофически не хватало денег на гиперзвук.

Дошло до смешного: последние эксперименты по программе "Холод" шли практически полностью по заказу NASA, которое и воспользвалось результатами испытаний советского, а теперь — российского ГПВРД в своих разработках.

В итоге американцы, уже к середине 2000-х годов добились устойчивых результатов на своём Х-43А: после неудачи первого пуска, второй полёт гиперзвукового аппарата уже прошёл в устойчивом режиме, а в третьем полёте, который случился 16 ноября 2004 года, гиперзвуковая лаборатория Х-43А показала рекордную скорость: 9,6М (11 200 км/час или же почти что 3,2 км/c — 40% от первой космической скорости).

Мир вплотную подошёл к реальным гиперзвуковым летательным аппаратам.

И они уже стали ближайшей реальностью.

Да, прошлый задел позволяет нам и сейчас прилично обгонять американцев по целому ряду направлений в области создания гиперзвуковых аппаратов, но настоящая «схватка за гиперзвук» — дело самого ближайшего будущего. Да, официально мы пока ещё говорим, что мы «нигде не отстаем» от США, но уже ближайшие разработки американцев могут поставить под сомнение эту оптимистическую тезу.

И об этом — в следующей статье.

 Комментарии: 0 шт.   Нравится: 5 | Не нравится: 0 

Комментарии

Социальные комментарии Cackle Все комментарии

Также в разделе «Интересное»

Расписание

Расписание транспорта. Краматорск, Харьков

Расписание

Музыка

Loading...

Справочник ВУЗов Украины