Авиация может перейти в гиперзвук

Прослушать статью (бета)

Исследователи из Университета Центральной Флориды провели успешные полевые испытания нового типа авиационного двигателя. Это реактивный двигатель на основе детонации и с его помощью самолеты могут, наконец, перейти в следующую эру — эру гиперзвуковой авиации. Этот двигатель обещает разгонять воздушные суда до 17 Махов (в 17 раз больше скорости звука).

Современные технологии позволяют достигать гиперзвуковых скоростей с использованием прямоточных реактивных двигателей. Однако их эксплуатация сложная и тому подобные самолеты уже несколько десятилетий остаются единичными исследовательскими экземплярами.

Детонационные двигатели перспективным типом реактивных двигателей, однако сложность их использования заключается в обеспечении стабильной и управляемой взрывной волны в камере сгорания. В момент детонации выделяется в разы больше энергии, чем при плавном горении.

Одним из освоенных типов детонационных двигателей является пульсирующий детонационный двигатель. Его используют с 2008 года на тестовом самолете Borealis. В нем каждый взрыв является отдельным и не связан с предыдущими или последующими.

Вращающиеся детонационные двигатели создают ударную волну, которая порождает цепную реакцию детонационных взрывов в камере сгорания. Последняя часто является круговой формы. Благодаря этому камеру сгорания не нужно очищать от веществ после каждой детонации.

Ученые Университета Центральной Флориды сначала попытались приспособить свое изобретение для космической деятельности. Запуск ракеты с этим двигателем должен состояться в 2025 году.

Представленная сейчас модификация является третьим типом вращающегося детонационного двигателя и может стать самой мощной. Она открывает путь к полетам на скорости до 21000 км/ч.

Особенности новой модификации является то, что детонационная волна является стоячей. То есть она не перемещается в камере сгорания. Примером стоячих волн, например, звук, который вызывает колебания воздуха, но при этом нет направленного перемещения воздуха как при обычном ветре.

Использование стоячей детонационной волны в двигателе oblique wave detonation engine (OWDE) позволяет получить более устойчивую детонацию с большей эффективностью. Это позволяет увеличить мощность двигателя и уменьшить расход топлива.

Прототип HyperReact

Создан опытный прототип двигателя OWDE называется High-Enthalpy Hypersonic Reacting Facility или сокращенно HyperReact. Он примерно один метр в длину и представляет собой полость, разделенную на три секции. Каждая секция имеет точно выверенный внутренний профиль.

img_609ee1141e07a

Первая секция является 350-мм камерой смешивания. Она представляет собой канал квадратного сечения со сторонами 45 мм. В ней воспламенитель поджигает топливно-окислительной смесь. Четыре канала вокруг запальника разгоняют эту смесь до нужной скорости.

Вторая секция является конвергентно-дивергентным соплом, которое представляет собой осесимметричных квадрат. Основной топливный инжектор подает водород с чистотой 99,99% в зоне горячего сжатого воздуха перед соплом, которое быстро сужается до 99 мм, а затем расширяется до 45 мм. Такая форма ускоряет смесь до 0,5 Маха.

В финальной третьей секции происходит непосредственная детонация. Подобрав форму этой секции и параметры скорости и давления исследователи смогли достичь стоячей детонационной волны.

img_609ee1144223c

Тестовые испытания показали, что реальная скорость потока газов составила 99,7% от теоретически рассчитанной.

«Впервые в эксперименте детонацию продемонстрировали стабилизированным, — говорит доцент аэрокосмического отдела Карим Ахмед. — Мы, наконец, смогли удержать детонацию в пространстве в виде стоячей волны. Это как заморозить взрыв в пространстве «.

Прототип двигателя работал около трех секунд, после чего исследователи выключили подачу топлива. Этого достаточно для доказательства возможности работы. А если бы прототип работал дольше — существовал риск разрушения кварцевых защитных окон по бокам тестовой установки.

Прототип, говорят разработчики, почти готовым полномасштабным двигателем типа OWDE. Исследователи планируют разработать способы динамического изменения топливной смеси и других параметров детонационной волны, чтобы она оставалась стабильной в широком диапазоне условий.

17 Махов делают Землю микроскопической

Сегодня гражданская авиация не развивается в сторону увеличения скорости перелетов. Ее достижение — сверхзвуковые Конкорды — уже не летают. Существуют только проекты сверхзвуковых самолетов.

Однако гиперзвуковые самолеты открывают новые транспортные возможности для человечества. На скорости 17 Махов можно перелетать континенты за полчаса. Полет в другой уголок земного шара не будет занимать несколько суток, а продлится несколько часов.

Гиперзвуковые двигатели также чрезвычайно интересной разработкой для военных. Сегодня нет радаров или противоракетных систем, которые способны сбить воздушную цель на такой скорости. При этом гиперзвуковой ракете не нужно много взрывчатки. Ее кинетическая энергия будет такой, большой, что ей достаточно просто попасть в цель, чтобы нанести большие повреждения.

По материалам: New Atlas

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.