نیروی هوایی ایالات متحده X-51A Waverider را آزمایش کرد ، که توانست 5 برابر سرعت صوت سرعت بگیرد و توانست بیش از 3 دقیقه پرواز کند و رکورد جهانی را که قبلاً در اختیار توسعه دهندگان روسی بود ، ثبت کرد. این آزمایش در کل خوب انجام شد ، سلاح های مافوق صوت آماده مسابقه هستند.
در 27 مه 2010 ، X-51A Waverider (که به طور آزاد به عنوان پرواز موج ترجمه می شود و در "غیر ارادی" به عنوان موج سوار ترجمه می شود) از بمب افکن B-52 بر فراز اقیانوس آرام پرتاب شد. مرحله تقویت کننده X-51A ، که از موشک معروف ATCAMS وام گرفته شده بود ، Waverider را به ارتفاع 19.8 هزار متر رساند ، جایی که موتور ramp مافوق صوت (GPRVD یا scrumjet) روشن شد. پس از آن ، موشک به ارتفاع 21 ، 3 هزار متر رسید و سرعت 5 ماخ (5 متر - پنج سرعت صدا) را افزایش داد. در مجموع ، موتور موشک حدود 200 ثانیه کار کرد ، پس از آن X-51A در ارتباط با وقوع وقفه های دورسنجی سیگنالی برای خود تخریب ارسال کرد. بر اساس برنامه ، موشک قرار بود سرعت 6 M را توسعه دهد (طبق پروژه ، سرعت X-51 7 M بود ، یعنی بیش از 8000 کیلومتر در ساعت) ، و موتور باید کار می کرد 300 ثانیه
آزمایشات کامل نبودند ، اما این مانع از آن نشد که به موفقیتی برجسته تبدیل شوند. زمان کارکرد موتور سه برابر رکورد قبلی (77 ثانیه) بود که در آزمایشگاه پروازی "خلود" شوروی (بعداً روسی) نگهداری می شد. سرعت 5M ابتدا با سوخت معمولی هیدروکربن به دست آمد و نه با برخی "منحصر به فرد" مانند هیدروژن. Waverider از JP-7 ، نفت سفید کم بخار استفاده کرد که در هواپیمای شناسایی فوق سریع SR-71 بسیار سریع استفاده می شد.
Scrumjet چیست و ماهیت دستاوردهای کنونی چیست؟ در اصل ، موتورهای رمجت (موتورهای رمجت) بسیار ساده تر از موتورهای توربوجت (موتورهای توربوجت) هستند که برای همه آشنا هستند. موتور رمجت فقط یک ورودی هوا (تنها قسمت متحرک) ، یک محفظه احتراق و یک نازل است. در این مورد با توربین های جت مطلوب مقایسه می شود ، جایی که یک فن ، یک کمپرسور و خود توربین به این طرح اولیه اضافه می شوند ، که در سال 1913 اختراع شد ، با تلاش های مشترک برای هدایت هوا به داخل محفظه احتراق. در موتورهای رمجت ، این عملکرد توسط خود جریان هوای پیش رو انجام می شود ، که بلافاصله نیاز به طراحی های پیچیده ای را که در جریان گازهای داغ و سایر لذتهای گران قیمت زندگی توربوجت کار می کنند برطرف می کند. در نتیجه ، موتورهای رمجت سبک تر ، ارزان تر و حساسیت کمتری نسبت به درجه حرارت بالا دارند.
با این حال ، سادگی بهایی دارد. موتورهای جریان مستقیم در سرعتهای زیر صوت بی اثر هستند (حداکثر 500-600 کیلومتر در ساعت به هیچ وجه کار نمی کنند)-آنها اکسیژن کافی ندارند و بنابراین به موتورهای اضافی نیاز دارند که دستگاه را به سرعت م effectiveثر افزایش دهند. با توجه به این واقعیت که حجم و فشار هوای ورودی به موتور فقط با قطر ورودی هوا محدود است ، کنترل موثر موتور رانندگی بسیار دشوار است. موتورهای Ramjet معمولاً برای محدوده محدودی از سرعت کار "تیز" می شوند و خارج از آن رفتار نامناسب را شروع می کنند. به دلیل این نقایص ذاتی در سرعتهای زیر صوت و مافوق صوت متوسط ، موتورهای توربوجت به طور اساسی از رقبای جریان مستقیم خود بهتر عمل می کنند.
وقتی چابکی هواپیما برای 3 نوسان از مقیاس خارج می شود ، وضعیت تغییر می کند.در سرعت پرواز بالا ، هوا آنقدر در ورودی موتور فشرده می شود که نیاز به کمپرسور و سایر تجهیزات از بین می رود - دقیقتر ، آنها مانعی می شوند. اما در این سرعتها موتورهای مافوق صوت رمجت SPRVD ("رمجت") بسیار عالی به نظر می رسند. با این حال ، با افزایش سرعت ، مزایای "کمپرسور" رایگان (جریان هوای مافوق صوت) برای طراحان موتور به یک کابوس تبدیل می شود.
در توربوجت و SPVRD نفت سفید با سرعت جریان نسبتاً کم - 0.2 M. این به شما امکان می دهد تا به مخلوط خوبی از هوا و نفت سفید تزریق شده برسید و بر این اساس ، راندمان بالایی داشته باشید. اما هرچه سرعت جریان ورودی بیشتر باشد ، ترمزگیری آن دشوارتر است و تلفات مربوط به این تمرین بیشتر است. با شروع از 6 M ، جریان باید 25-30 بار کاهش یابد. تنها چیزی که باقی می ماند سوختن سوخت در یک جریان مافوق صوت است. اینجاست که مشکلات واقعی آغاز می شود. وقتی هوا با سرعت 2.5-3 هزار کیلومتر در ساعت وارد محفظه احتراق می شود ، به گفته یکی از توسعه دهندگان ، فرآیند حفظ احتراق شبیه به "تلاش برای نگه داشتن کبریت در وسط طوفان" می شود. " چندی پیش اعتقاد بر این بود که در مورد نفت سفید این غیر ممکن است.
مشکلات توسعه دهندگان خودروهای مافوق صوت به هیچ وجه محدود به ایجاد SCRVD قابل اجرا نیست. آنها همچنین باید بر موانع موسوم به حرارتی غلبه کنند. هواپیما از اصطکاک در برابر هوا گرم می شود و شدت گرمایش مستقیماً با مربع سرعت جریان متناسب است: اگر سرعت دو برابر شود ، گرمایش چهار برابر می شود. گرم شدن هواپیما در پرواز با سرعت مافوق صوت (به ویژه در ارتفاعات پایین) گاهی اوقات آنقدر زیاد است که منجر به تخریب سازه و تجهیزات می شود.
هنگام پرواز با سرعت 3 متر ، حتی در استراتوسفر ، دمای لبه های ورودی هوای ورودی و لبه های جلویی بال بیش از 300 درجه و بقیه پوست - بیش از 200 درجه است. دستگاه با سرعت 2-2.5 برابر بیشتر 4-6 برابر بیشتر گرم می شود. در عین حال ، حتی در دمای حدود 100 درجه ، شیشه آلی نرم می شود ، در 150 - قدرت دورالومین به میزان قابل توجهی کاهش می یابد ، در 550 - آلیاژهای تیتانیوم خواص مکانیکی لازم را از دست می دهند و در دمای بالای 650 درجه ، آلومینیوم و منیزیم ذوب می شوند. ، فولاد نرم می شود.
سطح بالای گرمایش را می توان با حفاظت حرارتی غیرفعال یا با حذف حرارت فعال با استفاده از ذخایر سوخت روی کولر حل کرد. مشکل این است که با یک قابلیت خنک کنندگی نفت سفید بسیار مناسب - ظرفیت حرارتی این سوخت فقط نصف آب است - دمای بالا را به خوبی تحمل نمی کند و حجم گرمای مورد نیاز برای "هضم" به سادگی است. هیولایی
ساده ترین راه برای حل هر دو مشکل (احتراق و سرمایش مافوق صوت) کنار گذاشتن نفت سفید به نفع هیدروژن است. دومی نسبتاً آسان - البته در مقایسه با نفت سفید - حتی در جریان مافوق صوت نیز می سوزد. در عین حال ، هیدروژن مایع ، به دلایل واضح ، همچنین یک خنک کننده عالی است ، که باعث می شود از حفاظت حرارتی عظیم استفاده نکنید و در عین حال از دمای قابل قبول در کشتی اطمینان حاصل کنید. علاوه بر این ، هیدروژن دارای سه برابر ارزش گرمایی نفت سفید است. این امر امکان افزایش محدودیت سرعتهای قابل دستیابی را تا 17 مگابایت (حداکثر در سوخت هیدروکربوری - 8 م) و در عین حال فشرده سازی بیشتر موتور را ممکن می سازد.
جای تعجب نیست که اکثر هواپیماهای مافوق صوت رکوردشکن قبلی دقیقاً با هیدروژن پرواز کردند. سوخت هیدروژن توسط آزمایشگاه پرواز ما "خلود" مورد استفاده قرار گرفت ، که تا کنون رتبه دوم را از نظر طول مدت موتور اسکرام جت (77 ثانیه) به خود اختصاص داده است. ناسا برای او مدیون سرعت بی سابقه ای برای وسایل نقلیه جت است: در سال 2004 ، هواپیمای مافوق صوت بدون سرنشین X-43A ناسا در ارتفاع 33.5 کیلومتری به سرعت 11.265 کیلومتر در ساعت (یا 9.8 متر) رسید.
استفاده از هیدروژن ، مشکلات دیگری را به دنبال دارد. وزن یک لیتر هیدروژن مایع تنها 0.07 کیلوگرم است.حتی با در نظر گرفتن سه برابر "ظرفیت انرژی" هیدروژن ، این به معنی افزایش چهار برابری حجم مخازن سوخت با مقدار ثابت انرژی ذخیره شده است. این منجر به افزایش اندازه و وزن دستگاه به طور کلی می شود. علاوه بر این ، هیدروژن مایع به شرایط عملیاتی بسیار خاصی نیاز دارد - "همه وحشت فناوری های سرمازا" به علاوه خاصیت خود هیدروژن - این بسیار انفجاری است. به عبارت دیگر ، هیدروژن یک سوخت عالی برای خودروهای آزمایشی و ماشین های قطعه مانند بمب افکن های استراتژیک و هواپیماهای شناسایی است. اما به عنوان سوختی برای سلاح های دسته جمعی که می توانند بر روی سکوهای معمولی مانند یک بمب افکن یا ناوشکن معمولی کار کنند ، مناسب نیست.
دستاورد سازندگان X-51 بسیار مهمتر است ، آنها موفق شدند بدون هیدروژن کار کنند و در عین حال به سرعت چشمگیر دست یافتند و شاخص هایی را برای طول پرواز با موتور رمجت ثبت کردند. بخشی از رکورد به دلیل طراحی آیرودینامیکی نوآورانه است - همان پرواز موج دار. ظاهر زاویه ای عجیب و غریب دستگاه ، طراحی وحشیانه آن ، سیستمی از امواج ضربه ای را ایجاد می کند ، این آنها هستند و نه بدنه دستگاه ، که به سطح آیرودینامیک تبدیل می شوند. در نتیجه ، نیروی بالابری با حداقل فعل و انفعال جریان تصادفی با خود بدن بوجود می آید و در نتیجه شدت گرمایش آن به شدت کاهش می یابد.
X-51 دارای یک محافظ حرارتی کربن کربن سیاه درجه حرارت بالا است که فقط در انتهای بینی و در قسمت پشتی قرار دارد. قسمت اصلی بدن با یک سپر حرارتی سفید با درجه حرارت پایین پوشانده شده است ، که نشان دهنده یک حالت گرمایی نسبتاً ملایم است: و این در 6-7 متر در لایه های نسبتاً متراکم اتمسفر قرار دارد و به تروپوسفر به سمت هدف حرکت می کند.
به جای یک "هیولا" هیدروژنی ، ارتش آمریکا دستگاهی را تهیه کرده است که از سوخت عملیاتی هوانوردی استفاده می کند ، که بلافاصله آن را از زمینه آزمایش سرگرم کننده به حوزه کاربرد واقعی خارج می کند. پیش روی ما دیگر نمایش فناوری نیست ، بلکه نمونه اولیه یک سلاح جدید است. اگر X-51A با موفقیت تمام آزمایشات را پشت سر بگذارد ، ظرف چند سال توسعه نسخه رزمی کامل X-51A +، مجهز به مدرن ترین پر کننده الکترونیکی ، آغاز می شود.
طبق برنامه های اولیه بوئینگ ، X-51A + مجهز به دستگاه هایی برای شناسایی سریع و نابودی اهداف در شرایط مخالفت فعال خواهد بود. توانایی کنترل وسیله نقلیه با استفاده از رابط JDAM اصلاح شده که برای هدف گیری مهمات با دقت بالا طراحی شده بود ، طی آزمایشات اولیه سال گذشته با موفقیت آزمایش شد. هواپیمای موج جدید به خوبی در ابعاد استاندارد موشک های آمریکایی قرار می گیرد ، یعنی با خیال راحت در دستگاه های پرتاب عمودی در کشتی ، ظروف حمل و نقل و پرتاب کننده ها و جایگاه های بمب افکن قرار می گیرد. توجه داشته باشید که موشک ATCAMS ، که مرحله تقویت کننده Waverider از آن گرفته شده است ، یک سلاح عملیاتی-تاکتیکی است که توسط سیستم های موشکی پرتاب کننده چندگانه MLRS آمریکایی مورد استفاده قرار می گیرد.
بنابراین ، در 12 مه 2010 ، بر فراز اقیانوس آرام ، ایالات متحده نمونه اولیه یک موشک کروز مافوق صوت را کاملاً عملی ، با قضاوت بر اساس برنامه ریزی شده ، برای نابودی اهداف زمینی بسیار محافظت شده آزمایش کرد (برد تخمینی 1600 کیلومتر است). شاید به مرور زمان موارد سطحی نیز به آنها اضافه شود. علاوه بر سرعت فوق العاده ، چنین موشک هایی از قابلیت نفوذ بالایی برخوردار خواهند بود (به هر حال ، انرژی جسمی که تا 7 متر شتاب می گیرد عملاً معادل بار TNT با همان جرم است) و - ویژگی مهمی از امواج ناپایدار است - توانایی انجام مانورهای بسیار تیز.
این تنها حرفه امیدوار کننده سلاح های مافوق صوت نیست.
در اواخر دهه 1990 ، گزارشات گروه مشاوره تحقیق و توسعه فضایی ناتو (AGARD) اشاره کرد که موشک های مافوق صوت باید کاربردهای زیر را داشته باشند:
- شکست دادن اهداف (یا دفن شده) دشمن و اهداف پیچیده زمینی به طور کلی ؛
- پدافند هوایی؛
- تسخیر برتری هوایی (چنین موشک هایی را می توان وسیله ای ایده آل برای رهگیری اهداف هوایی بلند پرواز در فواصل طولانی در نظر گرفت) ؛
- دفاع ضد موشکی - رهگیری پرتاب موشک های بالستیک در مرحله اولیه مسیر.
- از پهپادهای قابل استفاده مجدد هم برای حمله به اهداف زمینی و هم برای شناسایی استفاده کنید.
سرانجام ، واضح است که موشک های مافوق صوت م mostثرترین - اگر نه تنها - پادزهر علیه سلاح های تهاجمی مافوق صوت خواهند بود.
جهت دیگر در توسعه سلاح های مافوق صوت ، ایجاد موتورهای کوچک اسکرام جت سوخت جامد است که در پرتابه هایی طراحی شده اند که برای نابودی اهداف هوایی (کالیبرهای 35-40 میلی متر) ، و همچنین وسایل نقلیه زرهی و استحکامات (ATGM های جنبشی) طراحی شده اند. در سال 2007 ، لاکهید مارتین آزمایش نمونه اولیه موشک ضد تانک جنبشی CKEM (موشک فشرده انرژی جنبشی) را تکمیل کرد. چنین موشکی در فاصله 3400 متری با موفقیت تانک T-72 اتحاد جماهیر شوروی را مجهز به زره واکنشی بهبود یافته با موفقیت نابود کرد.
در آینده ، حتی ممکن است طرح های عجیب و غریب تری ظاهر شود ، برای مثال ، هواپیماهای ماوراء جوی که قادر به پروازهای زیر مداری در محدوده بین قاره ای هستند. مانور کلاهک های مافوق صوت برای موشک های بالستیک نیز کاملاً مرتبط است - و در آینده نزدیک. به عبارت دیگر ، در 20 سال آینده ، امور نظامی به طرز چشمگیری تغییر خواهد کرد و فناوری های مافوق صوت به یکی از مهمترین عوامل این انقلاب تبدیل خواهند شد.
