Гиперзвуковой полет: силовые установки

1 710

Продолжим тему гиперзвукового полета. Как было отмечено в первой части статьи существуют две основные формы гиперзвукового оружия: гиперзвуковой планирующий аппарат (Hypersonic Glide Vehicles,HGV) и гиперзвуковая крылатая ракета (Hypersonic Cruise Missile, HCM) с воздушно-реактивной двигательной установкой.

Подписывайтесь на наш телеграм-канал

Тяга по требованию

В отношении HGV оптимальным решением, вероятно, является установка на него специально разработанного двигателя. В середине 2021 года, в рамках программы DARPA «Operational Fires» (OpFires), дросселируемый твердотопливный двигатель второй ступени, разработанный американской компанией Aerojet Rocketdyne, успешно прошел полномасштабные статические испытания. При этом он продемонстрировал технологию, обеспечивающую прекращения тяги по требованию.

В соответствии с модификацией контракта, заключенного с Lockheed Martin Missile & Fire Control, программа OpFires перешла к фазе 3b. В её рамках планируется создать гиперзвуковую ракету средней дальности наземного базирования и провести её летные испытания. Согласно пояснениям специалистов, функция прекращения тяги необходима для доставки гиперзвукового планирующего оружия на различные дальности после старта с мобильной наземной пусковой платформы, пригодной к быстрому развертыванию и передислокации.

Многоступенчатая конфигурация с использованием твердотопливных ракетных двигателей TERRIER и ORIOLE использована для запуска изделия HIFiRE 2 (Hypersonic International Flight Research Experimentation Program 2) и доведения его до скорости, необходимой для запуска ГПВРД. — Многоступенчатая конфигурация с твердотопливными ракетными двигателями TERRIER и ORIOLE использована для запуска изделия HIFiRE 2 (*Hypersonic International Flight Research Experimentation Program 2*) и доведения его до скорости, необходимой для запуска ГПВРД.

Компании Lockheed Martin и Northrop Grumman 27 мая 2021 года успешно провели наземные испытания твердотопливного ракетного двигателя первой ступени, спроектированного для программ «Обычный быстрый удар» (Conventional Prompt Strike, CPS) и «Гиперзвуковое оружие большой дальности» (Long Range Hypersonic Weapon, LRHW) ВМС и армии США, соответственно. Ожидается, что CPS и LRHW станут использовать общую ракету, пригодную для стрельбы с надводных кораблей, подводных лодок и мобильных пусковых установок наземного базирования.

В свою очередь ВВС США изучали две концепции гиперзвуковой ракеты воздушного базирования, предложенные Lockheed Martin: «Оружие быстрого реагирования» (Air-Launched Rapid Response Weapon, AARW) и «Гиперзвуковое неядерное ударное оружие» (Hypersonic Conventional Strike Weapon, HCSW).

В начале 2020 года приоритет получило изделие AGM-183, разработанное в рамках AARW. Оно оказалось меньше, чем HCSW, что позволяет его перевозить на осевой опорной точке F-15 «Игл». Сообщается, что воздушная оболочка, используемая для защиты полезной нагрузки гиперзвукового планирующего блока, сбрасывается после выгорания ракеты-носителя и достижения скорости около 5 Махов.

Как известно, ранние летные испытания AGM-183 провалились: ракета либо не смогла отделиться от стартовой платформы, бомбардировщика B-52H «Стратофортресс», либо отделилась, но не смогла запустить свой ускоритель. Испытание, проведенное 14 мая 2022 года, завершилось успешно: ракета отделилась от B-52H, включила свой ускоритель и достигла скорости более 5 Махов.

Изделие AGM-183 после сброса защиты полезной нагрузки. Эскиз

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД)

Поиск воздушной силовой установки, способной развивать все более высокие скорости, продолжается с зарождения реактивной эры. Форсажные турбореактивные двигатели или турбовентиляторы удовлетворяли потребности в сверхзвуковом полет до 2 Махов и выше. Вместе с тем, по мере того, как скорости приближались к 3 Махам или превышали их, эта технология едва справлялась.

При скоростях 3 Маха или выше ПВРД может быть полезной силовой установкой. Он имеет относительно простую конфигурацию и полагается на поступательное движение двигателя для создания тяги. Впускное отверстие предназначено для сжатия и замедления сверхзвукового потока воздуха до дозвуковой скорости перед его направлением в камеру сгорания.

Температура воздуха на входе увеличивается с увеличением скорости, необходимой для полета прямоточного реактивного двигателя. Это уменьшает разницу между температурой на входе и температурой на выходе, тем самым уменьшая энергию, которую можно извлечь в виде тяги. В результате большинство летательных аппаратов с ПВРД летают со скоростью не более 4,5 Маха.

Гиперзвуковой реактивный двигатель (ГПВРД)

Для достижения более высоких скоростей полета поступающий воздух должен замедляться и сжиматься намного меньше, чем обычно в ПВРД. Это сводит к минимуму повышение температуры. В результате камера сгорания должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать сверхзвуковой поток воздуха. Полученная силовая установка классифицируется как прямоточный воздушно-реактивный двигатель сверхзвукового сгорания. Термин, обычно, сокращенный до ГПВРД.

Для получения гиперзвуковой тяги ГПВРД более эффективны, чем ракетные двигатели. Они способны обеспечить длительный полет с питанием, но для их работы необходимо увеличить скорость до высокой. Наиболее простой способ сделать это – использовать ракетный ускоритель в качестве первой ступени. Поскольку его задача ограничена начальной фазой полета после старта, ускоритель будет меньше, чем требуется для HGV. В результате для достижения равной дальности оружие с ГПВР получается меньше и легче, чем решение с планирующим блоком.

Продолжение: