Šiuo metu OAO NPO „Molniya“kuria kelių režimų hipergarsinį nepilotuojamą orlaivį mokslinių tyrimų ir plėtros darbų tema „Plaktukas“. Ši UAV laikoma hipergarsinio nepilotuojamo orlaivio su kombinuotu ekranu turbo-raketinės jėgainės technologijų prototipu. Pagrindinė prototipo technologija yra „ramjet“variklio (ramjet) naudojimas su pogarsine degimo kamera ir ekrano oro įsiurbimo įtaisu.
Apskaičiuoti ir eksperimentiniai demonstracinio prototipo parametrai:
Šių tyrimų ir plėtros pagrindas buvo UAB „NPO Molniya“sukurtas kelių režimų viršgarsinis nepilotuojamas orlaivis (MSBLA), kuriame buvo nustatyta perspektyvaus bepiločio ar pilotuojamo orlaivio aerodinaminė išvaizda. Pagrindinė MSBLA technologija yra raketinio variklio (ramjet) naudojimas su pogarsine degimo kamera ir ekrano oro įsiurbimo įtaisu. MSBLA projektiniai parametrai: kreiseriniai Macho skaičiai M = 1,8 … 4, skrydžio aukštis nuo mažo iki H ≈ 20 000 m, paleidimo svoris iki 1000 kg.
„TsAGI“SVS-2 stende ištirtas oro įleidimo išdėstymas parodė mažą panaudoto ventralinio pleišto skydo, pagaminto „tuo pačiu metu“su fiuzeliažu (A pav.) Ir stačiakampio skydo, kurio plotis lygus pločiui, efektyvumą. fiuzeliažas (B pav.).
Abu jie užtikrino apytikslį viso slėgio ν ir srauto greičio f susigrąžinimo koeficientų pastovumą atakos kampe, užuot juos padidinę.
Kadangi priekinis tokio tipo ekranas, naudojamas raketoje „Kh-90“, netiko MSBLA, kaip orlaivio akceleratoriaus prototipas, remiantis 80-ųjų pradžioje atliktais eksperimentiniais TsAGI tyrimais, buvo nuspręsta sukurti ventralinį ekrane, išlaikant konfigūraciją su dviejų pakopų centriniu korpusu, gautu pagal bandymų rezultatus.
Vykdant du eksperimentinio tyrimo etapus specialiame stende SVS-2 TsAGI, 2008 m. Gruodžio mėn.-2009 m. Vasario mėn. Ir 2010 m. Kovo mėn. buvo sukurtas kėbulas, turintis skirtingus apskaičiuotus skaičius.
Ekrano poveikis susideda iš srauto greičio ir atkūrimo koeficientų padidėjimo, padidėjus puolimo kampui esant Macho skaičiams M> 2,5. Abiejų charakteristikų teigiamo gradiento dydis didėja didėjant Macho skaičiui.
EVZU pirmą kartą buvo sukurtas ir pritaikytas eksperimentiniam ultragarsiniam lėktuvui X-90, kurį sukūrė NPO „Raduga“(sparnuotoji raketa pagal NATO AS-19 Koala klasifikaciją).
Dėl to aerodinaminė prototipo konfigūracija buvo sukurta pagal autorių vadinamą „hibridinę“schemą, integruojant EHU į nešiklio sistemą.
Hibridinė schema turi ir „ančių“schemos (pagal guolių paviršių skaičių ir vietą), ir „be uodegos“schemos (pagal išilginių valdiklių tipą) bruožų. Į tipinę MSBLA trajektoriją įeina paleidimas iš antžeminio paleidimo įrenginio, pagreitis naudojant kietojo kuro kuro stiprintuvą iki viršgarsinio raketinio paleidimo greičio, skrydis pagal tam tikrą programą su horizontaliu segmentu ir stabdymas iki mažo garsinio greičio su minkštu nusileidimu parašiutu..
Galima pastebėti, kad hibridinis išdėstymas dėl didesnio žemės efekto ir optimizuoto aerodinaminio išdėstymo, kad būtų užtikrintas minimalus pasipriešinimas esant α = 1,2 ° … 1,4 °, užtikrina daug didesnį maksimalų skrydžio Mach skaičių M ≈ 4,3 aukščių diapazonas H = 11 … 21 km. „Anties“ir „uodegos“schemos pasiekia didžiausią skaičiaus М = 3,72 … 3,74 aukštį Н = 11 km. Šiuo atveju hibridinė schema turi nedidelį pelną dėl minimalaus pasipriešinimo poslinkio ir mažo Macho skaičiaus, turint skrydžio skaičių diapazoną M = 1,6 … 4,25 H ≈ 11 km aukštyje. Mažiausia pusiausvyros skrydžio sritis realizuojama „anties“schemoje.
Lentelėje pateikiami apskaičiuotų tipiškų skrydžio trajektorijų išdėstymų apskaičiuotų skrydžio rezultatų duomenys.
Skrydžių diapazonai, kurių lygis yra vienodas visoms MSBLA versijoms, parodė galimybę sėkmingai sukurti orlaivį su greitintuvu su šiek tiek padidėjusiu santykiniu žibalinio kuro rezervu, kurio viršgarsinis skrydžio nuotolis yra maždaug 1500–2000 km. namų aerodromas. Tuo pat metu sukurtas hibridinis išdėstymas, kuris yra gilios aerodinaminės schemos ir raketinio variklio oro įsiurbimo pasekmė, turėjo aiškų pranašumą dėl maksimalaus skrydžio greičio ir aukščio diapazono, kuriame pasiekiamas maksimalus greitis. Absoliutinės Macho skaičiaus ir skrydžio aukščio vertės, pasiekusios Мmax = 4,3, esant Нmax Mmax = 20 500 m, leidžia manyti, kad daugkartinio naudojimo erdvėlaivių sistema su hipergarsiniu didelio aukščio orlaiviu yra įgyvendinama esamų technologijų lygiu Rusijoje. vienkartinė erdvė yra 6–8 kartus didesnė nei paleidimas iš žemės.
Šis aerodinaminis išdėstymas buvo paskutinė galimybė apsvarstyti daugkartinio naudojimo daugiarežimę nepilotuojamą orlaivį, pasižymintį dideliu viršgarsiniu skrydžio greičiu.
Koncepcija ir bendras išdėstymas
Skiriamasis reikalavimas, kad orlaivis įsibėgėtų, palyginti su mažo dydžio prototipu, yra kilimas / nusileidimas orlaivyje iš esamų aerodromų ir poreikis skristi mažesniais nei Macho skaičiais, nei paleidžiant raketinį variklį M <1,8 … 2. Tai lemia orlaivio kombinuotos jėgainės tipą ir sudėtį - raketinį variklį ir turboreaktyvinius variklius su papildomu degikliu (TRDF).
Remiantis tuo, buvo sukurta lengvos klasės transporto erdvės sistemos orlaivio greitintuvo techninė išvaizda ir bendras išdėstymas, kurio projektinė keliamoji galia yra apie 1000 kg į 200 km žemumos orbitą. Skystos dviejų pakopų orbitinės pakopos, pagrįstos deguonies-žibalo varikliu RD-0124, svorio parametrų įvertinimas buvo atliktas būdingu greičiu su integraliais nuostoliais, remiantis paleidimo iš akceleratoriaus sąlygomis.
Pirmajame etape sumontuotas variklis RD-0124 (tuščia eiga 30 000 kg, specifinis impulsas 359 s), tačiau su sumažintu rėmo skersmeniu ir uždaromis kameromis, arba RD-0124M variklis (skiriasi nuo pagrindo viena kamera ir naujas didesnio skersmens antgalis); antrame etape variklis su viena kamera iš RD-0124 (manoma, kad tuštuma yra 7500 kg). Remiantis gauta orbitos etapo svorio ataskaita, kurios bendras svoris yra 18 508 kg, buvo sukurta jo konfigūracija ir jos pagrindu - hipergarsinio orlaivio, kurio kilimo svoris 74 000 kg, su kombinuota jėgaine išdėstymas (KSU).
KSU apima:
TRDF ir „Ramjet“varikliai yra vertikalioje pakuotėje, todėl kiekvieną iš jų galima montuoti ir prižiūrėti atskirai. Visas transporto priemonės ilgis buvo panaudotas ramjetiniam varikliui su didžiausio dydžio EVC ir atitinkamai trauka. Maksimalus transporto priemonės kilimo svoris yra 74 tonos, tuščias-31 t.
Skyriuje pavaizduota orbitinė stadija-dviejų pakopų skystoji nešančioji raketa, sverianti 18,5 tonos, į 200 km žemutinę orbitą įpurškianti 1000 kg nešančią raketą. Taip pat matomi 3 TRDDF AL-31FM1.
Eksperimentiniai tokio dydžio raketinio variklio bandymai turėtų būti atliekami tiesiogiai atliekant skrydžio bandymus, pagreičiui naudojant turboreaktyvinį variklį. Kuriant vieningą oro įsiurbimo sistemą buvo laikomasi pagrindinių principų:
Įdiegta atskiriant turboreaktyvinio variklio ir raketinio variklio ortakius už viršgarsinės oro įsiurbimo dalies ir sukuriant paprastą transformatorių, kuris paverčia viršgarsinę EHU dalį į nereguliuojamas konfigūracijas „pirmyn ir atgal“, tuo pačiu perjungiant oro tiekimas tarp kanalų. Kilimo transporto priemonės EVZU veikia su turboreaktyviniu varikliu, kai greitis nustatytas M = 2, 0, jis persijungia į ramjetinį variklį.
Naudingo krovinio skyrius ir pagrindiniai degalų bakai horizontalioje pakuotėje yra už transformatoriaus EVCU. Naudojant rezervuarus būtina termiškai atsieti „karštą“kėbulo konstrukciją ir „šaltas“šilumą izoliuojančias talpas su žibalu. TRDF skyrius yra už naudingojo krovinio skyriaus, kuriame yra srauto kanalai, skirti aušinti variklio purkštukus, skyriaus konstrukciją ir viršutinį ramjet purkštuko sklendę, kai TRDF veikia.
Lėktuvo greitintuvo EVZU transformatoriaus veikimo principas nedideliu tikslumu neįtraukia jėgos pasipriešinimo judančiai prietaiso daliai iš gaunamo srauto pusės. Tai leidžia sumažinti santykinę oro įsiurbimo sistemos masę, sumažinant paties prietaiso ir jo pavaros svorį, palyginti su tradicinėmis reguliuojamomis stačiakampėmis oro įsiurbimo angomis. „Ramjet“variklis turi skilimo purkštukų nutekėjimą, kuris uždaroje formoje veikiant turboreaktyviniam varikliui užtikrina nepertraukiamą srauto srautą aplink kėbulą. Atidarant išleidimo antgalį, kai pereinama į „Ramjet“variklio darbo režimą, viršutinė sklendė uždaro apatinę turboreaktyvinio variklio skyriaus dalį. Atviras „Ramjet“antgalis yra viršgarsinis maišytuvas ir, esant tam tikram nepakankamai išsiplėtusiam „Ramjet“purkštukui, kuris pasiekiamas esant dideliems Macho skaičiams, padidina trauką dėl išilginės viršutinio atvarto slėgio jėgų projekcijos.
Palyginti su prototipu, santykinis sparnų konsolių plotas buvo žymiai padidintas dėl orlaivio kilimo / tūpimo poreikio. Sparnų mechanizacija apima tik keltuvus. Kiliai yra su vairukais, kuriuos galima naudoti kaip stabdžių sklendes nusileidžiant. Kad būtų užtikrintas nenutrūkstamas srautas esant mažesniam garso greičiui, ekranas turi išlenkiamą nosį. Lėktuvo akceleratoriaus važiuoklė yra keturių ramsčių, išdėstyta išilgai šonų, kad į oro įsiurbimo angą nepatektų purvas ir pašaliniai daiktai. Tokia schema buvo išbandyta naudojant EPOS gaminį - orbitinės orlaivių sistemos „Spiral“analogą, kuris leidžia, panašiai kaip dviračio važiuoklė, „pritūpti“kylant.
Buvo sukurtas supaprastintas tvirtas modelis CAD aplinkoje, siekiant nustatyti skrydžio svorius, masės centro padėtį ir orlaivio stiprintuvo inercijos momentus.
Stiprintuvo orlaivio konstrukcija, jėgainė ir įranga buvo suskirstyti į 28 elementus, kurių kiekvienas buvo įvertintas pagal statistinį parametrą (sumažintos odos savitasis svoris ir kt.) Ir buvo modeliuojamas geometriškai panašiu kietu elementu. Fiuzeliažo ir guolių paviršių statybai buvo naudojama MiG-25 / MiG-31 orlaivių svertinė statistika. Variklio AL-31F M1 masė imama „po fakto“. Skirtingi žibalo užpildymo procentai buvo modeliuojami sutrumpintais kietojo kūno „liejiniais“iš vidinių degalų bakų ertmių.
Taip pat buvo sukurtas supaprastintas orbitos etapo kietojo kūno modelis. Konstrukcinių elementų masės buvo paimtos remiantis duomenimis apie I bloką (trečiasis raketos „Soyuz-2“etapas ir daug žadanti nešančioji „Angara“). pastoviųjų ir kintamųjų komponentų paskirstymas, priklausomai nuo kuro masės.
Kai kurios sukurtų orlaivių aerodinamikos rezultatų savybės:
Lėktuve su akceleratoriumi, norint padidinti skrydžio nuotolį, sklandymo režimas naudojamas konfigūruojant „ramjet“, bet nepateikiant į jį degalų. Šiuo režimu naudojamas nutekėjimo antgalis, kuris sumažina jo tirpalą, kai ramjetinis variklis yra išjungtas į srauto sritį, kuri užtikrina srautą EHU kanale, taip, kad kanalo podarsoninio difuzoriaus trauka tampa lygus purkštuko pasipriešinimui:
Pdif EVCU = Xcc ramjet. Paprasčiau tariant, droselio įtaiso veikimo principas naudojamas „SVS-2 TsAGI“tipo oras-oras bandymo įrenginiuose. Podsobranny purkštukų nutekėjimas atveria apatinę TRDF skyriaus dalį, kuri pradeda kurti savo apatinę varžą, bet mažesnę nei išjungto ramjet su viršgarsiniu srautu oro įsiurbimo kanale. Atliekant EVCU bandymus su SVS-2 TsAGI įrenginiu, buvo parodytas stabilus oro įsiurbimo, kurio Macho skaičius yra M = 1,3, veikimas, todėl galima teigti, kad planavimo režimas naudojant išleidimo antgalį kaip EVCU droselis intervalas 1,3 ≤ M ≤ Mmax gali būti tvirtinamas.
Skrydžio našumas ir tipiškas skrydžio trajektorija
Orlaivio stiprintuvo užduotis yra paleisti orbitinę pakopą iš šono skrydžio aukštyje, skrydžio greičiu ir trajektorijos kampu, atitinkančiu didžiausios naudingos apkrovos masę etaloninėje orbitoje. Pradiniame projekto „Hammer“tyrimų etape užduotis yra pasiekti maksimalų šio orlaivio aukštį ir skrydžio greitį, naudojant „slydimo“manevrą, kad būtų sukurtos didelės teigiamos trajektorijos kampo vertės jo kylančioje šakoje. Šiuo atveju nustatoma sąlyga, kad, skiriant sceną, būtų sumažinta greičio galvutė, kad atitinkamai sumažėtų apvalkalo masė, ir sumažėtų krovinių skyriaus apkrova atviroje padėtyje.
Pradiniai duomenys apie variklių veikimą buvo traukos jėga ir ekonominės AL-31F charakteristikos, pataisytos pagal AL-31F M1 variklio stendo duomenis, taip pat prototipo ramjet variklio charakteristikos, perskaičiuotos proporcingai degimo kamerą ir ekrano kampą.
Fig. parodytos hipergarsinio greitintuvo orlaivio horizontalaus pastovaus skrydžio sritys įvairiais kombinuotos jėgainės darbo režimais.
Kiekviena zona apskaičiuojama pagal vidurkį atitinkamoje projekto „Hammer“akceleratoriaus dalyje, atsižvelgiant į vidutines mases transporto priemonės skrydžio masės trajektorijos atkarpose. Galima pastebėti, kad papildomas lėktuvas pasiekia didžiausią skrydžio Macho skaičių M = 4,21; skrendant su turboreaktyviniais varikliais, Macho skaičius yra apribotas iki M = 2,23. Svarbu pažymėti, kad grafike pavaizduota būtinybė užtikrinti reikiamą greitkelio trajektoriją greitintuvui įvairiais Mach skaičiais, kas buvo pasiekta ir nustatyta eksperimentiškai dirbant su ekrano oro įsiurbimo įrenginio prototipu. Pakilimas atliekamas pakilimo greičiu V = 360 m / s - sparno ir ekrano guolių savybės yra pakankamos nenaudojant pakilimo ir tūpimo mechanizavimo bei pakėlimo. Optimaliai pakilus horizontalioje atkarpoje H = 10 700 m, lėktuvas stiprintuvas pasiekia viršgarsinį garsą iš pogarsinio Macho skaičiaus M = 0,9, kombinuota varomoji sistema persijungia esant M = 2 ir preliminarus pagreitis iki Vopt esant M = 2,46. Lipant raketiniu lėktuvu, stiprintuvas sukasi į namų aerodromą ir pasiekia H0pik = 20 000 m aukštį su Macho skaičiumi M = 3,73.
Šiame aukštyje pradedamas dinaminis manevras, pasiekus didžiausią skrydžio aukštį ir trajektorijos kampą orbitos etapui pradėti. Švelniai pasviręs nardymas atliekamas pagreičiu iki M = 3,9, po to atliekamas „slydimo“manevras. „Ramjet“variklis baigia savo darbą 2500 m H aukštyje, o vėlesnis pakilimas įvyksta dėl stiprintuvo kinetinės energijos. Orbitos etapo paleidimas vyksta kylančioje trajektorijos atšakoje Нpusk = 44,049 m aukštyje su Macho skaičiumi М = 2,05 ir trajektorijos kampu θ = 45 °. Pagreitinimo plokštuma „kalne“pasiekia aukštį Hmax = 55,871 m. Mažėjančioje trajektorijos atšakoje, pasiekus Macho skaičių M = 1,3, raketinis variklis → turboreaktyvinis variklis perjungiamas, kad būtų pašalintas srauto oro įsiurbimo antplūdis.
Pagal turboreaktyvinio variklio konfigūraciją slėgio padidinimo plokštuma planuoja prieš įvažiuodama į slydimo kelią ir turi degalų tiekimą laive Ggzt = 1000 kg.
Įprastu režimu visas skrydis nuo „Ramjet“išjungimo momento iki nusileidimo vyksta nenaudojant variklių su slydimo riba.
Žingsnio judesio kampinių parametrų pokytis parodytas šiame paveikslėlyje.
Kai įpurškiama į apskritą orbitą H = 200 km H = 114 878 m aukštyje, esant V = 3291 m / s greičiui, pirmojo pakopos akceleratorius atskiriamas. Antrojo etapo, kurio apkrova orbitoje H = 200 km, masė yra 1504 kg, iš kurių naudingoji apkrova yra mpg = 767 kg.
„Hammer“projekto hipergarsinio greitintuvo taikymo schema ir skrydžio trajektorija turi analogiją su amerikiečių „universiteto“projektu RASCAL, kuris kuriamas remiant vyriausybės departamentui DARPA.
„Molot“ir „RASCAL“projektų bruožas yra dinaminio „skaidrių“tipo manevro naudojimas su pasyvia prieiga prie didelio orbitinės pakopos paleidimo aukščio Нpusk ≈ 50 000 m esant mažoms greitaeigėms galvutėms; „Molot“atveju-q start = 24 kg / m2. Paleidimo aukštis leidžia sumažinti gravitacinius nuostolius ir brangios vienkartinės orbitos pakopos skrydžio laiką, tai yra bendrą jo masę. Mažos greitaeigės paleidimo galvutės leidžia sumažinti naudingosios apkrovos apmušalo masę arba kai kuriais atvejais jos net atsisakyti, o tai būtina itin lengvos klasės sistemoms (mпгН200 <1000 kg).
Pagrindinis „Hammer“projekto stiprintuvo pranašumas, palyginti su „RASCAL“, yra tai, kad nėra skysto deguonies tiekimo laive, o tai supaprastina ir sumažina jo eksploatavimo išlaidas ir neįtraukia nepanaudotos aviacijos daugkartinio naudojimo kriogeninių cisternų technologijos. Traukos ir svorio santykis „Ramjet“variklio veikimo režimu leidžia „Molot“stiprintuvui pasiekti kylančią „darbuotojų“„slydimo“šaką trajektorijos kampų orbitinėje stadijoje θ paleisti ≈ 45 °, o RASCAL akceleratorius savo orbitinei pakopai suteikia tik pradinį trajektorijos kampą θ paleidimą ≈ 20 ° su vėlesniais nuostoliais dėl žingsnio apsisukimo manevro.
Kalbant apie specifinę keliamąją galią, aviacijos ir kosmoso sistema su „Molot“hipergarsiniu nepilotuojamu akceleratoriumi yra pranašesnė už RASCAL sistemą: (mпгН500 / mvzl) plaktukas = 0,93%, (mпнН486 / mvzl) rascal = 0,25%
Taigi vidaus orlaivių pramonės sukurta ir įvaldyta „Ramjet“variklio su pogarsine degimo kamera technologija („Hammer“projekto „raktas“) pranoksta perspektyvią amerikietišką technologiją MIPCC, skirtą deguonies įpurškimui į TRDF oro įsiurbimo taką hipergarsu stiprintuvas.
Hipergarsinis nepilotuojamas greitintuvas, sveriantis 74 000 kg, atlieka pakilimą iš aerodromo, pagreitina, pakyla optimizuota trajektorija su tarpiniu posūkiu iki kilimo taško iki H = 20 000 m aukščio ir M = 3,73, dinamiškas „slydimo“manevras su tarpinis pagreitis nardant stogeliu iki M = 3.9. Kylančioje trajektorijos atšakoje, esant H = 44,047 m, M = 2, yra atskirtas dviejų pakopų orbitinis etapas, kurio masė 18 508 kg, suprojektuotas remiantis varikliu RD-0124.
Pravažiavus „slydimą“Hmax = 55 871 m sklandymo režimu, stiprintuvas skrenda į aerodromą, garantuotas 1000 kg degalų tiekimas ir tūpimo svoris 36 579 kg. Orbitinis etapas į apskritą orbitą H = 200 km įpurškia naudingąją apkrovą, kurios masė mpg = 767 kg, esant H = 500 km mpg = 686 kg.
Nuoroda.
1. NPO „Molniya“laboratorinių tyrimų bazę sudaro šie laboratoriniai kompleksai:
2. Tai HEXAFLY-INT greitųjų civilinių orlaivių projektas
Tai vienas didžiausių tarptautinio bendradarbiavimo projektų. Jame dalyvauja pirmaujančios Europos (ESA, ONERA, DLR, CIRA ir kt.), Rusijos (TsAGI, CIAM, LII, MIPT) ir Australijos (Sidnėjaus universiteto ir kt.) Organizacijos.
3. „Rostec“neleido bankroti bendrovei, sukūrusiai erdvėlaivį „Buran“
Pastaba: 3-D modelis straipsnio pradžioje neturi nieko bendra su tyrimais ir plėtra „Hammer“.
