Det amerikanske luftvåben testede X-51A Waverider, der formåede at opnå hastighed 5 gange lydens hastighed, og var i stand til at flyve i mere end 3 minutter, hvilket satte en verdensrekord, der tidligere var holdt af russiske udviklere. Testen gik i det hele taget godt, hypersoniske våben er klar til løb.
Den 27. maj 2010 blev X-51A Waverider (løst oversat som en bølgeflyvning og i "ufrivillig" som en surfer) droppet fra et B-52-bombefly over Stillehavet. X-51A-boosterstadiet, lånt fra den velkendte ATCAMS-raket, bragte Waverider til en højde på 19,8 tusinde meter, hvor en hypersonisk ramjetmotor (GPRVD eller scrumjet) blev tændt. Derefter steg raketten til 21, 3 tusinde meters højde og tog en hastighed på Mach 5 (5 M - fem lydhastigheder). I alt arbejdede raketmotoren i cirka 200 sekunder, hvorefter X-51A sendte et signal til selvdestruktion i forbindelse med udbrud af telemetriafbrydelser. Ifølge planen skulle raketten udvikle en hastighed på 6 M (ifølge projektet var hastigheden på X-51 7 M, det vil sige over 8000 km / t), og motoren skulle arbejde for 300 sekunder.
Testene var ikke perfekte, men det forhindrede dem ikke i at blive en enestående præstation. Motordriftstiden oversteg den tidligere rekord (77 s) med tre gange, som det sovjetiske (senere russiske) flyvende laboratorium "Kholod" havde. 5M -hastigheden blev først opnået med konventionelt kulbrintebrændstof og ikke med noget "eksklusivt" som brint. Waverider brugte JP-7, en lavdamp petroleum, der blev brugt på det berømte SR-71 ultrahøjhastigheds rekognoseringsfly.
Hvad er en Scrumjet, og hvad er essensen af de nuværende resultater? I princippet er ramjet -motorer (ramjet -motorer) meget enklere end turbojet -motorer (turbojet -motorer), som alle kender. En ramjet -motor er simpelthen et luftindtag (den eneste bevægelige del), et forbrændingskammer og en dyse. Heri kan den sammenlignes positivt med jetmøller, hvor en blæser, en kompressor og selve turbinen tilføjes til denne elementære ordning, der blev opfundet tilbage i 1913, ved kombinerede bestræbelser på at drive luft ind i forbrændingskammeret. I ramjet -motorer udføres denne funktion af selve den modgående luftstrøm, hvilket straks eliminerer behovet for sofistikerede designs, der opererer i en strøm af varme gasser og andre dyre glæder ved et turbojet -liv. Som følge heraf er ramjet -motorer lettere, billigere og mindre følsomme over for høje temperaturer.
Enkelhed har dog en pris. Direkte flowmotorer er ineffektive ved subsoniske hastigheder (op til 500-600 km / t virker slet ikke)-de har simpelthen ikke nok ilt, og derfor har de brug for yderligere motorer, der fremskynder apparatet til effektive hastigheder. På grund af det faktum, at volumen og tryk af luften, der kommer ind i motoren, kun er begrænset af luftindtagets diameter, er det ekstremt svært at effektivt kontrollere motorens tryk. Ramjet -motorer er normalt "skærpet" for et snævert interval af driftshastigheder, og uden for det begynder de at opføre sig utilstrækkeligt. På grund af disse iboende mangler ved subsoniske hastigheder og moderate supersoniske overstiger turbojet-motorer radikalt bedre end deres direkte flow-konkurrenter.
Situationen ændrer sig, når flyets smidighed går ud af skala for 3 gynger. Ved høje flyvehastigheder komprimeres luften så meget i motorens indløb, at behovet for en kompressor og andet udstyr forsvinder - mere præcist bliver de en hindring. Men ved disse hastigheder føles supersoniske ramjet -motorer SPRVD ("ramjet") fantastisk. Men når hastigheden stiger, bliver fordelene ved den gratis "kompressor" (supersonisk luftstrøm) til et mareridt for motordesignere.
I turbojet og SPVRD forbrænder petroleum ved en relativt lav strømningshastighed - 0,2 M. Dette giver dig mulighed for at opnå god blanding af luft og injiceret petroleum og følgelig høj effektivitet. Men jo højere hastigheden på den indgående strøm er, desto vanskeligere er det at bremse den, og jo højere tab er forbundet med denne øvelse. Fra 6 M skal strømmen sænkes 25-30 gange. Tilbage er kun at brænde brændstof i et supersonisk flow. Det er her de virkelige vanskeligheder begynder. Når luft kommer ind i forbrændingskammeret med en hastighed på 2,5-3 tusinde km / t, bliver processen med at opretholde forbrændingen ens, med en af udviklernes ord, at "forsøge at holde en tændstik tændt midt i en tyfon. " For ikke så længe siden troede man, at dette er umuligt for petroleum.
Problemerne for udviklerne af hypersoniske køretøjer er på ingen måde begrænset til oprettelsen af en brugbar SCRVD. De skal også overvinde den såkaldte termiske barriere. Flyet varmes op af friktion mod luften, og varmeintensiteten er direkte proportional med kvadratet af strømningshastigheden: hvis hastigheden fordobles, stiger opvarmningen firedoblet. Opvarmningen af et fly under flyvning med supersoniske hastigheder (især i lave højder) er undertiden så stor, at det fører til ødelæggelse af strukturen og udstyret.
Når man flyver med en hastighed på 3 M, selv i stratosfæren, er temperaturen på luftindtagets indgangskanter og vingens forkant mere end 300 grader, og resten af huden - mere end 200. Enheden med en hastighed på 2-2,5 gange mere vil varme op 4-6 gange mere. På samme tid, selv ved temperaturer på omkring 100 grader, blødgøres organisk glas ved 150 - styrken af duralumin reduceres betydeligt, ved 550 - titanlegeringer mister de nødvendige mekaniske egenskaber, og ved temperaturer over 650 grader smelter aluminium og magnesium, stål blødgør.
Et højt opvarmningsniveau kan løses enten ved passiv termisk beskyttelse eller ved aktiv fjernelse af varme ved at bruge brændstofreserverne om bord som køler. Problemet er, at med en meget anstændig "køle" evne til petroleum - varmekapaciteten for dette brændstof er kun halvdelen af vandet - det tolererer ikke høje temperaturer godt, og de mængder varme, der skal "fordøjes", er simpelthen uhyrligt.
Den mest enkle måde at løse begge problemer (supersonisk forbrænding og afkøling) er at opgive petroleum til fordel for brint. Sidstnævnte brænder relativt let - i sammenligning med petroleum naturligvis - selv i en supersonisk strømning. Samtidig er flydende brint af indlysende årsager også en fremragende køler, som gør det muligt ikke at anvende massiv termisk beskyttelse og samtidig sikre en acceptabel temperatur om bord. Desuden har brint tre gange brændeværdien af petroleum. Dette gør det muligt at hæve grænsen for opnåelige hastigheder op til 17 M (maksimum på carbonhydridbrændstof - 8 M) og samtidig gøre motoren mere kompakt.
Det er ikke overraskende, at de fleste af de tidligere rekordstore hypersoniske fly fløj præcist på brint. Brintbrændstof blev brugt af vores flyvende laboratorium "Kholod", som hidtil indtager andenpladsen med hensyn til varigheden af scramjetmotoren (77 s). Til ham skylder NASA en rekordhastighed for jetkøretøjer: i 2004 nåede NASA X-43A ubemandede hypersoniske fly en hastighed på 11.265 km / t (eller 9,8 M) i en flyvehøjde på 33,5 km.
Anvendelsen af brint fører imidlertid til andre problemer. En liter flydende brint vejer kun 0,07 kg. Selv under hensyntagen til brintens tre gange større "energikapacitet" betyder det en firdobling af brændstoftankens volumen med en konstant mængde lagret energi. Dette resulterer i oppustning af apparatets størrelse og vægt som helhed. Derudover kræver flydende brint meget specifikke driftsbetingelser - "alle gruens kryogene teknologiers" plus specificiteten af selve brintet - det er ekstremt eksplosivt. Med andre ord er brint et glimrende brændstof til forsøgskøretøjer og stykkemaskiner som strategiske bombefly og rekognoseringsfly. Men som et brændstof til massevåben, der kan baseres på konventionelle platforme som en normal bombefly eller destroyer, er det uegnet.
Desto mere signifikant er opnåelsen af skaberne af X-51, der formåede at undvære brint og samtidig opnå imponerende hastigheder og rekordindikatorer for flyvningens varighed med en ramjet-motor. En del af rekorden skyldes et innovativt aerodynamisk design - netop den bølgeflyvning. Apparatets mærkelige kantede udseende, dets vildt udseende design skaber et system af stødbølger, det er dem og ikke apparatets krop, der bliver til den aerodynamiske overflade. Som følge heraf opstår løftekraften med minimal interaktion mellem den hændende strømning med kroppen selv, og som følge heraf falder intensiteten af dens opvarmning kraftigt.
X-51 har en sort kulstof-kulstof høj temperatur varmeskjold, der kun er placeret i spidsen af næsen og på bagsiden af undersiden. Hoveddelen af kroppen er dækket af et hvidt lavtemperatur varmeskjold, hvilket angiver en relativt skånsom opvarmningstilstand: og dette er ved 6-7 M i temmelig tætte lag af atmosfæren og uundgåelige dyk ned i troposfæren til målet.
I stedet for et brint "monster" har det amerikanske militær anskaffet sig en enhed, der drives af praktisk brændstof til luftfart, som straks tager den ud af feltet med underholdende eksperimenter til realmæssig anvendelse. Foran os er der ikke længere en demonstration af teknologi, men en prototype af et nyt våben. Hvis X-51A lykkes med alle testene, vil udviklingen af en fuldgyldig kampversion af X-51A +, der er udstyret med den mest moderne elektroniske påfyldning, om et par år begynde.
Ifølge Boeings foreløbige planer vil X-51A + være udstyret med enheder til hurtig identifikation og destruktion af mål under betingelser for aktiv modstand. Evnen til at styre køretøjet ved hjælp af en modificeret JDAM-grænseflade designet til målretning af højpræcisionsammunition blev testet med succes under indledende tests sidste år. Det nye bølgefly passer godt ind i standardmålene for amerikanske missiler, det vil sige, det passer sikkert ind i lodrette opsendelsesanordninger om bord, transport-affyringscontainere og bombeflyrum. Bemærk, at ATCAMS-missilet, hvorfra boosterstadiet til Waverider blev lånt, er et operationelt-taktisk våben, der bruges af de amerikanske MLRS multiple launch raketsystemer.
Således testede USA den 12. maj 2010 over Stillehavet en prototype af et helt praktisk hypersonisk krydstogtsraket, at dømme efter den planlagte fyldning, designet til at ødelægge stærkt beskyttede jordmål (det anslåede område er 1600 km). Måske vil der med tiden blive føjet overflade til dem. Ud over den enorme hastighed vil sådanne missiler have en høj indtrængningsevne (i øvrigt svarer energien i et legeme accelereret til 7 M praktisk talt til en TNT -ladning af samme masse) og - en vigtig egenskab ved statisk ustabile bølger - evnen til meget skarpe manøvrer.
Dette er langt fra det eneste lovende erhverv med hypersoniske våben.
I slutningen af 1990'erne bemærkede rapporter fra NATO Space Research and Development Advisory Group (AGARD), at hypersoniske missiler skulle have følgende anvendelser:
- besejre befæstede (eller begravede) fjendtlige mål og komplekse jordmål generelt;
- luftforsvar
- erobringen af luftoverlegenhed (sådanne missiler kan betragtes som et ideelt middel til at opfange højtflyvende luftmål på lange afstande)
- anti -missilforsvar - aflytning af affyring af ballistiske missiler i banens indledende fase.
- bruges som genanvendelige droner både til at slå markmål og til rekognoscering.
Endelig er det klart, at hypersoniske missiler vil være det mest effektive - hvis ikke det eneste - modgift mod hypersoniske angrebsvåben.
En anden retning i udviklingen af hypersoniske våben er oprettelsen af små, store drivmotorer med scramjet monteret i projektiler designet til at ødelægge luftmål (kaliber 35-40 mm) samt pansrede køretøjer og befæstninger (kinetiske ATGM'er). I 2007 gennemførte Lockheed Martin test af en prototype kinetisk anti-tank missil CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Et sådant missil i en afstand af 3400 m ødelagde med succes den sovjetiske T-72 tank, udstyret med forbedret reaktiv rustning.
I fremtiden kan endnu mere eksotiske designs forekomme, for eksempel transatmosfæriske fly, der er i stand til suborbitalflyvninger på et interkontinentalt område. Manøvrering af hypersoniske sprænghoveder til ballistiske missiler er også ret relevant - og i den nærmeste fremtid. Med andre ord, i de næste 20 år vil militære anliggender ændre sig dramatisk, og hypersoniske teknologier bliver en af de vigtigste faktorer i denne revolution.
