Rudal tempur "permukaan-ke-udara" tampak agak tidak biasa - hidungnya diperpanjang oleh kerucut logam. Pada 28 November 1991, ia diluncurkan dari lokasi uji dekat kosmodrom Baikonur dan hancur sendiri jauh di atas tanah. Meskipun misil tidak menembak jatuh benda udara apapun, target peluncurannya tercapai. Untuk pertama kalinya di dunia, mesin ramjet hipersonik (mesin scramjet) diuji dalam penerbangan.
Mesin scramjet atau, seperti yang mereka katakan, "aliran maju hipersonik" akan memungkinkan Anda terbang dari Moskow ke New York dalam 2 - 3 jam, meninggalkan mesin bersayap dari atmosfer ke luar angkasa. Pesawat dirgantara tidak membutuhkan pesawat pendorong, seperti untuk Zenger (lihat TM, No. 1, 1991), atau kendaraan peluncur, seperti untuk angkutan dan Buran (lihat TM No. 4, 1989), - pengiriman kargo ke orbit akan memakan biaya hampir sepuluh kali lebih murah. Di Barat, tes semacam itu akan dilakukan tidak lebih awal dari tiga tahun kemudian …
Mesin scramjet mampu mempercepat pesawat hingga 15-25M (M adalah angka Mach, dalam hal ini, kecepatan suara di udara), sedangkan mesin turbojet paling kuat, yang dilengkapi dengan pesawat bersayap sipil dan militer modern, hanya hingga 3,5M. Ini tidak bekerja lebih cepat - suhu udara, ketika aliran masuk udara diperlambat, meningkat sedemikian rupa sehingga unit turbocompressor tidak dapat mengkompresnya dan memasoknya ke ruang bakar (CC). Tentu saja mungkin untuk memperkuat sistem pendingin dan kompresor, tetapi kemudian dimensi dan beratnya akan meningkat sedemikian rupa sehingga kecepatan hipersonik tidak mungkin dilakukan - untuk turun dari tanah.
Mesin ramjet bekerja tanpa kompresor - udara di depan stasiun kompresor dikompresi karena head kecepatannya (Gbr. 1). Sisanya, pada prinsipnya, sama dengan produk pembakaran turbojet, keluar melalui nosel, mempercepat peralatan.
Ide ramjet, yang saat itu belum hipersonik, dikemukakan pada tahun 1907 oleh insinyur Prancis Rene Laurent. Tapi mereka membangun "arus maju" yang nyata jauh kemudian. Di sini para spesialis Soviet memimpin.
Pertama, pada tahun 1929, salah satu mahasiswa N. E. Zhukovsky, B. S. Stechkin (kemudian menjadi akademisi), menciptakan teori mesin jet udara. Dan kemudian, empat tahun kemudian, di bawah kepemimpinan desainer Yu. A. Pobedonostsev di GIRD (Group for the Study of Jet Propulsion), setelah percobaan di stand, ramjet pertama kali dikirim terbang.
Mesin ditempatkan di dalam cangkang meriam 76 mm dan ditembakkan dari laras dengan kecepatan supersonik 588 m / s. Tes itu berlangsung selama dua tahun. Proyektil dengan mesin ramjet dikembangkan lebih dari 2M - tidak ada pesawat lain di dunia yang terbang lebih cepat pada saat itu. Pada saat yang sama, Girdovite mengusulkan, membangun, dan menguji model mesin ramjet yang berdenyut - asupan udaranya secara berkala dibuka dan ditutup, sebagai akibatnya pembakaran di ruang bakar berdenyut. Mesin serupa kemudian digunakan di Jerman pada roket FAU-1.
Video promosi:
Mesin ramjet besar pertama kembali dibuat oleh desainer Soviet I. A. Merkulov pada tahun 1939 (mesin ramjet subsonik) dan M. M. Bondaryuk pada tahun 1944 (supersonik). Sejak tahun 40-an, pekerjaan "aliran langsung" dimulai di Central Institute of Aviation Motors (CIAM).
Beberapa jenis pesawat, termasuk rudal, dilengkapi dengan mesin ramjet supersonik. Namun, di tahun 50-an menjadi jelas bahwa dengan nomor M melebihi 6 - 7, ramjet tidak efektif. Sekali lagi, seperti pada kasus mesin turbojet, udara yang direm di depan stasiun kompresor menjadi terlalu panas. Tidak masuk akal untuk mengimbangi hal ini dengan meningkatkan massa dan dimensi mesin ramjet. Selain itu, pada suhu tinggi, molekul hasil pembakaran mulai berdisosiasi, menyerap energi yang dimaksudkan untuk menciptakan gaya dorong.
Pada tahun 1957, E. S. Shchetinkov, seorang ilmuwan terkenal, peserta tes penerbangan pertama dari mesin ramjet, menemukan mesin hipersonik. Setahun kemudian, publikasi tentang perkembangan serupa muncul di Barat. Ruang pembakaran scramjet dimulai tepat di belakang pemasukan udara, kemudian dengan mulus masuk ke nosel yang mengembang (Gbr. 2). Meskipun udara diperlambat di pintu masuknya, tidak seperti mesin sebelumnya, ia bergerak ke stasiun kompresor, atau lebih tepatnya, melaju dengan kecepatan supersonik. Oleh karena itu, tekanannya pada dinding ruang dan suhunya jauh lebih rendah daripada di mesin ramjet.
Beberapa saat kemudian, mesin scramjet dengan pembakaran eksternal diusulkan (Gbr. 3) Di pesawat dengan mesin seperti itu, bahan bakar akan terbakar langsung di bawah badan pesawat, yang akan berfungsi sebagai bagian dari stasiun kompresor terbuka. Secara alami, tekanan di zona pembakaran akan lebih kecil daripada di ruang bakar konvensional - daya dorong mesin akan sedikit berkurang. Tetapi Anda mendapatkan kenaikan berat badan - mesin akan menyingkirkan dinding luar yang sangat besar dari stasiun kompresor dan bagian dari sistem pendingin. Benar, "aliran langsung terbuka" yang andal belum tercipta - saat terbaiknya mungkin akan datang di pertengahan abad XXI.
Namun, mari kita kembali ke mesin scramjet, yang diuji pada malam musim dingin lalu. Itu dipicu oleh hidrogen cair yang disimpan dalam tangki pada suhu sekitar 20 K (- 253 ° C). Pembakaran supersonik mungkin merupakan masalah yang paling sulit. Akankah hidrogen didistribusikan secara merata pada penampang ruang? Apakah akan ada waktu untuk benar-benar kelelahan? Bagaimana cara mengatur kontrol pembakaran otomatis? - Anda tidak dapat memasang sensor di dalam ruangan, mereka akan meleleh.
Baik pemodelan matematika pada komputer ultra-kuat, maupun tes bangku tidak memberikan jawaban komprehensif untuk banyak pertanyaan. Ngomong-ngomong, untuk mensimulasikan aliran udara, misalnya, pada 8M, penyangga memerlukan tekanan ratusan atmosfer dan suhu sekitar 2500 K - logam cair dalam tungku perapian terbuka yang panas jauh lebih dingin. Pada kecepatan yang lebih tinggi, performa mesin dan pesawat hanya dapat diverifikasi dalam penerbangan.
Sudah lama dipikirkan baik di sini maupun di luar negeri. Kembali ke tahun 60-an, Amerika Serikat sedang mempersiapkan tes mesin scramjet pada pesawat roket X-15 berkecepatan tinggi, namun, tampaknya, itu tidak dilakukan.
Mesin scramjet eksperimental domestik dibuat mode ganda - pada kecepatan penerbangan melebihi 3M, ia bekerja sebagai "aliran langsung" normal, dan setelah 5 - 6M - sebagai hipersonik. Untuk ini, tempat pasokan bahan bakar ke stasiun kompresor diubah. Rudal anti-pesawat yang dihapus dari layanan menjadi akselerator mesin dan pembawa laboratorium terbang hipersonik (HLL). GLL, termasuk sistem kontrol, pengukuran dan komunikasi dengan tanah, tangki hidrogen, dan unit bahan bakar, dipasang ke kompartemen tahap kedua, di mana, setelah pelepasan hulu ledak, mesin utama (LRE) dengan tangki bahan bakarnya tetap ada. Tahap pertama - penguat bubuk, - setelah membubarkan roket dari awal, terpisah setelah beberapa detik.
Rudal anti-pesawat dengan scramjet di landasan peluncuran (foto diterbitkan untuk pertama kalinya).
Tes bangku dan persiapan untuk penerbangan dilakukan di P. I. Baranov Central Institute of Aviation Motors (CIAM) bersama dengan Angkatan Udara, biro desain teknik Fakel, yang mengubah roketnya menjadi laboratorium terbang, biro desain Soyuz di Tuyev dan biro desain Temp di Moskow, yang memproduksi mesin tersebut. dan regulator bahan bakar, dan organisasi lainnya. Program ini diawasi oleh spesialis penerbangan terkenal R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov dan V. A. Sosunov.
Untuk mendukung penerbangan, CIAM menciptakan kompleks pengisian bahan bakar hidrogen cair dan sistem pasokan hidrogen cair di dalam pesawat. Sekarang, ketika hidrogen cair dianggap sebagai salah satu bahan bakar yang paling menjanjikan, pengalaman penanganannya, yang terakumulasi di CIAM, dapat bermanfaat bagi banyak orang.
… Roket itu diluncurkan larut malam, hari sudah hampir gelap. Dalam beberapa saat pembawa "kerucut" itu menghilang ke awan rendah. Ada keheningan yang tidak terduga dibandingkan dengan gemuruh awal. Para penguji yang menyaksikan awal bahkan berpikir: apakah semuanya benar-benar salah? Tidak, aparat melanjutkan jalur yang diinginkan. Pada detik ke-38, saat kecepatan mencapai 3,5M, mesin dihidupkan, hidrogen mulai mengalir ke CC.
Tetapi pada tanggal 62, hal yang tidak terduga benar-benar terjadi: pemadaman otomatis pasokan bahan bakar berhasil - mesin scramjet mati. Kemudian, sekitar detik ke-195, secara otomatis mulai lagi dan bekerja hingga detik ke-200 … Ini sebelumnya ditentukan sebagai detik terakhir penerbangan. Pada saat ini, roket tersebut, saat masih berada di atas wilayah lokasi uji coba, hancur sendiri.
Kecepatan maksimum 6200 km / jam (lebih dari 5,2M). Mesin dan sistemnya dipantau oleh 250 sensor onboard. Pengukuran ditransmisikan ke tanah dengan telemetri radio.
Belum semua informasi diproses, dan cerita yang lebih detail tentang penerbangan itu terlalu dini. Tapi sudah jelas sekarang bahwa dalam beberapa dekade, pilot dan kosmonot akan mengendarai "arus maju hipersonik".
Dari editor. Uji terbang mesin scramjet pada pesawat X-30 di Amerika Serikat dan Hytex di Jerman direncanakan untuk tahun 1995 atau beberapa tahun mendatang. Namun, para ahli kami dalam waktu dekat dapat menguji "aliran langsung" dengan kecepatan lebih dari 10M pada rudal yang kuat yang sekarang sedang ditarik dari layanan. Benar, mereka didominasi oleh masalah yang belum terselesaikan. Bukan ilmiah atau teknis. CIAM tidak punya uang. Mereka bahkan tidak tersedia untuk gaji karyawan yang setengah-pengemis.
Apa berikutnya? Sekarang hanya ada empat negara di dunia yang memiliki siklus penuh pembuatan mesin pesawat - dari penelitian fundamental hingga produksi serial. Ini adalah AS, Inggris, Prancis dan, untuk saat ini, Rusia. Jadi tidak akan ada lagi mereka di masa depan - tiga.
Orang Amerika sekarang menginvestasikan ratusan juta dolar dalam program scramjet …
Angka: 1. Diagram skematik mesin ramjet (ramjet): 1 - badan pusat pemasukan udara, 2 - tenggorokan pemasukan udara, 3 - ruang bakar (CC), 4 - nosel dengan bagian kritis. Panah putih menunjukkan pengiriman bahan bakar. Desain pemasukan udara sedemikian rupa sehingga aliran udara yang masuk terhambat dan memasuki stasiun kompresor di bawah tekanan tinggi. Produk pembakaran, meninggalkan ruang bakar, dipercepat dalam nosel yang menyempit dengan kecepatan suara. Menariknya, nosel harus diperluas untuk lebih mempercepat gas. Contoh dengan sungai, ketika arusnya meningkat secara proporsional dengan penyempitan tepian, hanya cocok untuk aliran subsonik.
Angka: 2. Diagram skematis mesin ramjet hipersonik (mesin scramjet): 1 - CS, 2 - nosel yang mengembang. CS dimulai tidak di belakang diffuser, seperti pada mesin ramjet, tetapi hampir tepat di belakang tenggorokan pemasukan udara. Campuran bahan bakar-udara terbakar dengan kecepatan supersonik. Produk pembakaran dipercepat bahkan lebih di nosel yang mengembang.
Angka: 3. Diagram skematis mesin scramjet dengan pembakaran luar: 1 - titik injeksi bahan bakar. Pembakaran terjadi di bagian luar mesin - tekanan produk pembakaran lebih kecil daripada di ruang bakar tertutup, tetapi gaya dorong - gaya yang bekerja di dinding badan pesawat lebih besar daripada resistansi frontal, yang membuat perangkat bergerak.
Penulis: Yuri SHIKHMAN, Vyacheslav SEMENOV, peneliti dari Central Institute of Aviation Motors
