Источник: сайт «Point.Ru»
Опубликовано: 21.02.2007, 23:02

Мужские "игрушки". Техническое описание гиперзвуковых самолетов


Первый советский серийный сверхзвуковой самолет МиГ-19 имел скорость до 1450 км/ч. Ученые приступили к решению проблемы т. н. теплового барьера и обеспечения длительности полета на гиперзвуковых скоростях. В 1954 впервые в СССР был применен титан в элементах крыла и других теплонапряженных агрегатах, а также освоена технология изготовления титановых конструкций. С тех пор многое изменилось. Что собой представляют гиперзвуковые самолеты сегодняшнего дня?

Ту-130

В 1957-1958 годах в КБ А.Н.Туполева начались исследовательские работы по программе создания ударного беспилотного планирующего самолета "ДП" (дальний планирующий). Самолет "ДП" должен был представлять последнюю беспилотную планирующую ступень ракетной ударной системы. Преимуществом подобной ударной системы по сравнению с ракетными стратегическими системами первого поколения была более высокая точность вывода в район цели, при более простой системе наведения, а также обеспечение сложной траектории полета к цели, что значительно затрудняло действия средств ПРО и ПВО. В течение двух лет в КБ шли интенсивные работы по проекту "ДП", позже получившему название Ту-130. Самолет был рассчитан на максимальную скорость в 10 М. Но, несмотря на явные успехи все работы по теме "ДП" и были прекращены в 1960-м году.

Р-500

В июне 1958-го ОКБ-155 получило задание на экспериментальный беспилотный перехватчик класса "земля-воздух" Р-500 (КР-500), предназначенный для поражения высотных скоростных самолетов, крылатых ракет на встречных и встречно-пересекающихся курсах. При этом дальность перехвата должна была находиться в пределах 800-1000 км, высота - 25-30 км при маршевой скорости 4700 км/ч. Запуск мог производиться вертикально или наклонно как со стационарных пусковых установок с автоматическими системами заряжания, так и с самоходных, имевших по одному перехватчику каждая. Эскизное проектирование Р-500 завершилось в 1960-м.Заказчик одобрил предложенный проект, но к началу 1961-го работы по нему прекратились в связи с отсутствием целей. Все прогнозы и проработки инженеров гиперзвуковых и сверхвысотных летательных атмосферных аппаратов оказались не реализованы.

Аякс

Концепция принципиально нового гиперзвукового аппарата была выдвинута в конце 80-х гг. Владимиром Львовичем Фрайштадтом, работающим в Санкт-Петербургском Научно-исследовательском предприятии гиперзвуковых систем (НИПГС) холдинговой компании "Ленинец". Он предложил не защищать аппарат, летящей с огромной скоростью, от тепла, а напротив впускать его внутрь для повышения энергоресурса. Согласно концепции "Аякс", гиперзвуковой летательный аппарат (ГЛА) является открытой неизолированной аэротермодинамической системой, в которой на всех этапах атмосферного полета часть кинетической энергии обтекающего ГЛА гиперзвукового воздушного потока ассимилируется бортовыми подсистемами, повышая общий ресурс аппарата и преобразуясь в химическую и электрическую энергии. Это решало глобальный вопрос охлаждения планера и много других проблем.Первоначально "Аякс" создавался как ответ на американские планы создания гиперзвукового разведчика Aurora, позднее он "конверсируется" в гиперзвуковой самолет глобальной дальности или первую ступень для вывода полезной нагрузки на орбиту.

В мае 2001 года ОАО "Холдинговая компания "Ленинец" (Санкт-Петербург) подписало с Китаем соглашение о совместной работе над гиперзвуковым летательным аппаратом (концепция "Аякс"). Проект рассчитан на 10-15 лет.

МиГ АКС

На МАКС "99 группой, объединяющей АНПК "МиГ" им. Микояна, ИВТАН и ЦАГИ, была представлена оригинальная концепция. Эта группа предлагает технику электромагнитной левитации для запуска и возвращения различных летательных аппаратов - от беспилотных аппаратов до космических кораблей типа МТКК "Спейс шаттл". Эти ЛА должны садиться и взлетать с "электромагнитной ВПП", позволяющей ускорить разгон при взлете и обеспечить торможение при посадке с помощью известного принципа взаимодействия движущегося тела с магнитным полем. Идея была уже испытана в лаборатории на алюминиевых макетах "электромагнитного беспилотного моноплана" массой от 2 до 10 кг, который разгоняли и тормозили с помощью методики "ЭТОЛ" на полосе длиной 5 м.

ВКС, представленный этой группой в Жуковском, базируется на той же методике, позволяющей создать многоразовый одноступенчатый аэрокосмический транспортный аппарат, не загрязняющий окружающую среду и предназначенный для наблюдений, исследований, а также для транспортировки грузов. Такой ЛА позволил бы повысить надежность запусков и снизить удельную стоимость выведения полезных нагрузок на низкие околоземные орбиты или их возвращения на Землю.

Разгонная ВПП (заменяющая первую ступень ракеты-носителя) формируется из 40 компонентов мощностью 1010 Дж, которые позволят за 10-15 секунд осуществить взлет с полосы длиной 3-4 км носителя массой 200-700 т. При этом ускорение составит 2-30 м/с, а скорость достигнет 300-500 м/с. Не исключается возможность разгона до 100 м/с аппарата без шасси массой от 50 до 150 т.

Радуга-Д2

МКБ "Радуга" совместно с немецкой фирмой OHBSystem (Orbital und Hydrotechnologie Bremen-System GmbH) на базе авиационной крылатой ракеты Х-22 (в натовской классификации "Kitchen") создан демонстратор гиперзвуковой технологии "Радуга-Д2". Вместе с учеными Германии были проведены достаточно интенсивные исследования по возможности выполнения экспериментов на этой гиперзвуковой летающей лаборатории (ГЛЛ). Ракета стартовой массой 5,8 т оснащена ЖРД. В качестве носителя используется самолет Ту-22М3, способный осуществлять пуск ГЛЛ в диапазоне скоростей, соответствующих М=0,6-1,7 на высотах 8-14 км. Проработана возможность повышения скорости ГЛЛ во время летного эксперимента до 8-9 махов за счет увеличения емкости топливных баков.

Самым реальным применением летательных аппаратов, созданных по такой схеме, станет доставка полезных грузов на орбиту Земли и последующее возвращение обратно. Причем осуществлять это можно будет с любого современного аэродрома. Другим применением полученных знаний станет создание гиперзвуковых грузовых и пассажирских самолетов, способных всего за 4-5 часов долететь в любую точку нашей планеты.

Х-90 / ГЭЛА (AS-19 "Koala")

В начале 1990-х годов в МКБ "Радуга" была разработана система нового класса - гиперзвуковой экспериментальный летательный аппарат (ГЭЛА). На Западе бытует название крылатая ракета AS-19 Koala, поскольку изначально система имела военное назначение. Ракета может нести две боеголовки с индивидуальным наведением, способных поразить две цели, удаленных на 100 км.

Посетители выставки МАКС-95 могли видеть ее на открытой стоянке у павильона МКБ "Радуга". Аппарат длиной около 12 м оснащен гиперзвуковым воздушно-реактивным двигателем, использующим углеводородное топливо. Его старт осуществляется с самолета-носителя Ту-95. После сброса ГЭЛА раскрывается треугольное складное крыло и вертикальное оперение, запускается твердотопливный двигатель, размещенный в камере сгорания ГПВРД и разгоняющий аппарат до сверхзвуковой скорости. Затем вводится в действие маршевый двигатель, обеспечивающий крейсерский гиперзвуковой полет при М= 4-5.

ГЛЛ-8

По программе создания перспективных летательных аппаратов Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) имени П.И. Баранова и Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова совместно создают гиперзвуковую летающую лабораторию ГЛЛ-8. Впервые информацию по ГЛЛ-8 представили на авиасалоне МАКС-97. Основные целевые задачи создания ГЛЛ:

  • интеграция ГПВРД с планером летательного аппарата;
  • изучение вопросов работы прямоточного двигателя в реальном гиперзвуковом полете с крейсерскими скоростями до М=14;
  • изучение тепловых проблем, связанных с работающим прямоточным двигателем и аэродинамическим нагревом планера;
  • динамика дросселирования ГПВРД в гиперзвуковом полете;
  • проверка летными испытаниями наземных экспериментов.
Для испытаний аппарата предполагается использовать двухступенчатую ракету-носитель "Рокот", созданную в Государственном Космическом научно-производственном центре им. М.В.Хруничева на базе МБР 15А35 (SS-19 Stillet).

"Игла" (ГЛЛ-ВК)

На МАКС-99 был впервые представлен макет исследовательской гиперзвуковой летающей лаборатории "Игла" ("Исследовательский Гиперзвуковой Летательный Аппарат"), предназначенной для фундаментального изучения проблем создания воздушно-космических самолетов и высокоскоростных воздушно-реактивных двигателей. Разрабатывают ее ЦИАМ им. П.И. Баранова, НПО Машиностроения, КБ Автоматика и французская фирма Aerospatiale.

Воздушно-космический самолет длиной 8 м должен обеспечить достижение скоростей М=6-14. Высота полета "Иглы" 26-50 км. Длительность автономного полета - 7-12 мин. ГЛЛ-ВК предназначена для отработки аэродинамики и теплозащиты гиперзвуковых ЛА с высоким аэродинамическим качеством (Kmax=3,15 при М=6).

Турбореактивные двигатели (ТРД) самолетов для полетов на гиперзвуке не подходят. Существует более эффективная для этих скоростей конструкция - прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД). В нем воздух в камеру сгорания нагнетается не компрессором, а за счет набегающего потока. Такая схема имеет меньшую массу, в ней мало вращающихся деталей, но она эффективна лишь на скоростях больше М=2-3.

Для самостоятельного взлета "Игла" не предназначена - ее вывод в верхние слои атмосферы обеспечивает ракета-носитель легкого класса "Рокот".

Х-15

В ноябре 1955 года правительство США заключило с компанией North American контракт на производство трех самолетов Х-15 (NA-240).

Проект, представленный Hорт Америкэн, предусматривал строительство самолета длиной 15 метров с крыльями стреловидной формы с размахом всего-навсего 6,5 метров. Крылья предполагались относительно тонкими и небольшими по площади. Вес самолета составлял около 7 тонн, а после заправки топливом увеличивался до 16,5 тонн. На самолет предполагалось установить жидкостный ракетный двигатель с тягой 27 тонн. Так как продолжительность работы ракетного двигателя составляла всего 80-120 секунд, предполагалось, что на высоту 15 километров самолет будет доставляться с помощью специально переоборудованного для этих целей бомбардировщика B-52, а затем будет происходить разделение самолета-носителя и ракетного самолета, и дальнейший полет будет происходить с использованием ракетного двигателя.

Основными задачами, которые ставились перед программой Х-15 были следующие: создание мощного многократно используемого пилотируемого самолета для высотных скоростных полетов; исследование аэродинамических процессов при таких полетах; создание и проверка работоспособности систем управления для таких самолетов; исследования воздействия условий полета на организм человека; создание специальных костюмов для пилотов самолетов. С использованием самолета Х-15 предполагалось достигнуть скорость полета около М=6 и высоты 76000 метров.

В 1959 году начинаются интенсивные испытательные полеты самолета Х-15. Однако катастрофа, произошедшая 15 ноября 1967 года, поставила крест на программе. Остро встал вопрос о безопасности испытателей. В результате финансирование на 1969 год не было выделено и программа оказалась закрытой. Тем не менее Х-15 дал очень много для развития авиационной и космической техники.

Х-43

24 марта 1997 года NASA заключила контракт с компанией MicroCraft Inc. (Tullahoma, Tennessee) на создание трех экспериментальных беспилотных гиперзвуковых аппаратов X-43A. Они должны были совершить полеты со скоростью М=7-10. X-43A должен был превзойти ракетоплан X-15. Создание этого летательного аппарата стало результатом 20-ти лет исследований в области сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей, способных разгонять самолеты до гиперзвуковых скоростей. Основное преимущество ГПВРД перед ЖРД - использование в качестве окислителя атмосферного воздуха, что позволяет значительно увеличить время работы двигателя.

X-43 - это беспилотный самолет длиной 3,66 м и весом около 1270 кг. В качестве ускорителя используется твердотопливная ракета Pegasus, стартующая с NB-52B.

Hiper-X должен послужить базой для гиперзвуковых аппаратов различного назначения - от ударных самолетов до аэрокосмических систем выведения на орбиту. К 2016 году возможно создание ударно-разведывательного гиперзвукового самолета, позднее - транспортного.

 
Ссылки по теме:
Дайджест прессы за 21 февраля 2007 года | Дайджест публикаций за 21 февраля 2007 года
Авторские права на данный материал принадлежат сайту «Point.Ru». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Связи: Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова, Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова, Авиакомпания "Домодедовские авиалинии", Спейс, Крылья, А-119 (в процессе тестирования)