Текст книги "Авиация и космонавтика 2003 10"

Автор книги: Автор Неизвестен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц)

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

АМЕРИКАНСКИЕ ПРОЕКТЫ

Данный обзор посвящен американским НИОКР по перспективным силовыми установкам для летательных аппаратов, рассчитанных на скорость полета свыше М=3-4. Основное внимание в статье уделено силовым установкам, работающим, хотя бы на отдельных этапах полета, в режиме воздушно-реактивного двигателя (ВРД). Использование атмосферного кислорода существенно повышает эффективность таких установок по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД).

МОДЕРНИЗАЦИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Наибольшее распространение в военной и гражданской авиации получили газотурбинные двигатели различных типов. Однако их скоростные характеристики ограничены значениями М=2-3 Тем не менее, модернизации силовых установок данного типа в США придается особое значение. Так, например, уже около пятнадцати лет правительственные организации совместно с промышленными компаниями ведут, и весьма успешно, работы по программе Integrated High Performance Turbine Engine Technologies (IHPTET), направленной на повышение энергетических и экономических показателей газотурбинных двигателей. В 2000 г. была учреждена новая долгосрочная программа Versatile Affordable Advanced Turbine Engine (VAATE) с примерно схожими задачами. Однако в ходе реализации последнего проекта основное внимание будет уделяться повышению эксплуатационных характеристик ВРД, применяемых в боевой авиационной технике.

В то же время изучаются возможности качественного улучшения скоростных показателей силовых установок, созданных на базе газотурбинных двигателей (ГРД). Весьма привлекательным вариантом считается двигатель Steam Jet, спроектированный при участии российских специалистов фирмой MSE Technology Applications.

Данная установка представляет собой обычный турбореактивный двигатель (ТРД) с инжектором, обеспечивающим впрыск воды, жидкого воздуха или кислорода в воздушный канал воздухозаборника. Подача газифицированного в теплообменнике компонента позволяет повысить эффективность работы компрессора, а также снизить температуру торможения; поэтому такая система охлаждения получила общее название MIPCC (Mass Injection Pre-Compressor Cooling).

Компьютерное моделирование работы двигателя SteamJet, выполненное в Исследовательской лаборатории ВВС AFRL (Air Force Research Laboratory), показало стабильность характеристик изделия от момента взлета до скоростей М=6, при этом расход топлива оказался несколько меньшим, чем у комбинированной турбо-прямоточной силовой установки, о тяговооруженность – на уровне ПВРД.

По мнению разработчиков, диапазон применения такого двигателя весьма широк: от крылатых ракет и гиперзвуковых экспериментальных аппаратов до самолетов-разгонщиков ракетно-космических систем.

Ток, например, двигательной установкой типа SteamJet предлагается комплектовать первую ступень частично многоразовой транспортной системы Rascal (Responsive Access Small Cargo Affordable Launch), которая предназначается для оперативного запуска военных спутников массой 75-100 кг Новое средство выведения представляется специалистами Управления перспективных разработок Министерства обороны DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) как сборка многоразовой первой ступени самолетного типа и двух одноразовых ракетных блоков.

После изучения конкурсных предложений промышленных компаний контракт на техническое проектирование системы был заключен весной 2003 г. с фирмой Space Launch. Продолжительность работ этого этапа программы, общая стоимость которой оценивается в 88 млн долл., составит 18 месяцев, и завершатся во второй половине 2004 г. Управление должно принять окончательное решение о создании летного образца системы и проведении в 2006 г. двух испытательных пусков.

Разрабатываемый компанией Space Launch самолет-разгонщик, получивший обозначение MPV (MIPCC-Powered Vehicle – «Аппарат с охлаждаемыми двигателями»), представляет собой высокоплан с треугольным крылом и двухкилевым хвостовым оперением. Планер проектируется фирмой Scaled Composites, в его конструкции будут преобладать композиционные материалы с абляционной теплозащитой, а отдельные термонагруженные элементы намечается изготавливать из титано и стали.

Схема двигателя SteamJet (позиции слева направо) 1 – инжектор, 2 – теплообменник, 3 – ТРД

Экспериментальный СПВРД созданный по программе Х-30

Экспериментальный комплекс Центра Лэнгли с высокотемпературной аэродинамической трубой НТТ ПОДПИСИ С ЛЕВОГО НИЖНЕГО УГЛА 1 – хранилище жидкого кислорода, 2 – баки с метаном, 3 – рабочий резервуар жидкого кислорода, 4 – корпус с экспериментальной установкой, 5 – корпус емкостей с воздухом, 6 – труба выравнивания давления, 7 – диффузор, 8 – транспортировочные баки с водородом

При длине 27,1 м и размахе крыла 27,4 м взлетная масса ступени составит 36,3 т. Силовая установка самолета комплектуется четырьмя усовершенствованными турбовентиляторными двигателями серии F100 фирмы Pratt and Whitney. Эти ТРДДФ со встроенной системой MIPCC обеспечат тяговооруженность системы, близкую к значению 2:1.

Самолет MPV рассчитывается на взлет с обычной аэродромной полосы. Достигнув высоты 9 км, аппарат в форсажном режиме совершит «горку» с разгоном до скорости М=4 на высоте 36 км, после чего силовая установка будет отключена, и самолет продолжит подъем в свободном полете. Отделение ракетного блока массой 7,3 т должно производиться при приближении к апогею траектории на высоте 58-60 км. После входа в атмосферу самолет с включенными двигателями вернется в месту старта.

Энергетические характеристики системы RASCAL позволят доставлять на солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км спутники массой 115 кг, о на такую же по высоте орбиту с наклонением 28,5° грузы массой 180 кг. При этом изучаются возможности использования системы для выведения грузов на баллистические траектории.

Среди других показателей проектируемой системы в печати отмечаются следующие: стоимость запуска не должна превышать 750 тыс. долл., период послеполетного обслуживания определен в 24 часа, а оперативность проведения старта в 1 час.

ПРЯМОТОЧНЫЕ ВОЗДУШНО– РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД), относящиеся к классу бескомпрессорных ВРД, достаточно широко используются с 50-х годов в составе боевых ракет различных типов. Данные силовые установки отличаются простотой конструкции и незначительной стоимостью изготовления, но эффективно работать они могут в скоростном диапазоне от М=2,5-3 (то есть – необходимы дополнительные средства для разгона летательного аппарата) до М-5-6.

Значительного увеличения скорости полета (до значений М=10-12) позволяют достичь ПВРД со сверхзвуковым горением (СПВРД). Однако эти двигатели требуют наличия системы охлаждения, а также чрезвычайно сложной организации подачи топлива (время на образование рабочей смеси ограничено 1 мс).

Для поддержания высокоскоростного горения в качестве горючего приходится использовать либо топливо с химически активными, но весьма токсичными добавками, либо водород, отличающийся низкой плотностью, летучестью и взрывоопасностью. Все эти обстоятельства ограничивают области практического (в первую очередь военного) применения СПВРД.

Развитие технологий в последнее десятилетие позволило добиться определенных успехов в решении данных проблем, особенно связанных с водородными СПВРД.

ВОДОРОДНЫЕ СПВРД для АППАРАТОВ X 30 И Х-43А

В 1985-93 гг. в раках программы NASP (National Aero-Space Plane) различные организации Министерства обороны и NASA вели разработку одноступенчатого воздушно-космического самолета (ВКС), способного самостоятельно выходить на околоземную орбиту. Силовую установку пилотируемых моделей новой транспортной системы, получивших обозначение Х-30, предполагалось комплектовать несколькими СПВРД (для крейсерского полета со скоростью до М= 15) и разгонными жидкостными двигателями, которые должны были обеспечить достижение первой космической скорости.

После закрытия программы работы по отдельным технологиям ВКС, в частности по СПВРД на водородном горючем были продолжены. В 1994 г. на технической базе Центра Лэнгли было проведено свыше 20 стендовых запусков масштабной (30%-ной) модели штатного двигателя. Опытный образец с обозначением CDE (Concept Demonstration Engine) стал самым крупным СПВРД, изготовленным и испытанным в рамках программы Х-30: его длина составляла 4,8 м, а масса 2,25 т. Успешно выполненные запуски, продолжительность которых достигала 30 с, подтвердили работоспособность созданного изделия.

Основное внимание разработчиков уделялось условиям и параметрам работы СПВРД на скоростях М=6,2 и М=6,8, определяющих границы перехода от дозвукового горения к стабильному сверхзвуковому режиму. Максимальные тепловые нагрузки, которым подвергся опытный образец, составили около 1700 град С.

Испытания двигателя CDE проводились в высокотемпературной аэродинамической трубе НТТ (High Temperature Tunnel) с рабочей частью диаметром 2,4 м и длиной 3,6 м На этой установке горячий поток с заданными параметрами по температуре и давлению подается из камеры сгорания, работающей на метане и воздухе. Для имитации условий разреженной атмосферы в пламя в соответствующей пропорции вдувается чистый кислород.

Для подготовки комплекса к испытаниям было израсходовано 2,7 млн долл. В основном эти средства пошли на монтаж оборудования подачи кислорода и газообразного водорода, использовавшегося в качестве горючего СПВРД.

Общий вид аппарата Х-43А

СПВРД аппарата Х-43А

Расчетный вариант ракеты для СПВРД, создаваемого по программе HyTech

В рабочей части трубы НТТ двигатель CDE устанавливался на специальном балансировочном устройстве, предназначенном для измерения тяги. Вся сборка СПВРД с этим устройством общей массой около 18 т монтировалась на подъемном механизме массой 4,5 т, обеспечивающим выдвижение испытываемого изделия в установившийся поток пламени. Продолжительность выхода установки на штатный режим работы после включения составляет около 50 с, сами же эксперименты при расчетной скорости потока М=7 могут длиться 35-40 с [3]. Запуск СПВРД проводился в течение 2 с путем впрыска в проточную часть изделия силана (silane, – кремневодорода), самовоспламеняющегося при смешении с горючим.

Непосредственным развитием программы NASP стал проект Нурег-Х, в ходе которого NASA разрабатывает небольшие беспилотные аппараты серии Х-43 для изучения условий гиперзвуковых полетов в диапазоне скоростей М-7-15.

Первая экспериментальная модель Х-43А массой 1,3 т и длиной 3,6 м спроектирована по схеме несущего корпуса с небольшим дельтовидным крылом размахом в 1,6 м. Расположенный под фюзеляжем СПВРД длиной 76,2 см и шириной 50,8 см использует в качестве горючего газообразный водород. Компонент массой 1,36 кг, который должен обеспечить работу двигателя в течение 7-10 с, хранится на борту в двух баках емкостью по 0,015 м3 под давлением 600 кг/см2 . Подача горючего в камеру сгорания, изготовленной из медного сплава, осуществляется под давлением 84 кг/см2 . Запуск двигателя, который не имеет системы охлаждения, также производится путем одновременного впрыска в камеру водорода и силона.

В ходе наземной отработки СПВРД было выполнено свыше 600 стендовых запусков, из которых около 75 испытаний проводилось в аэродинамической трубе НТТ Центра Лэнгли.

Всего к летным испытаниям подготовлено три аппарата Х-43А. Запуск первого из них, состоявшийся летом 2001 г., окончился неудачей из-за отказа ракеты «Пегас», с помощью которой модели должны разгоняться до скорости включения маршевого СПВРД.

Вторая модель, полет которой запланирован на конец 2003 г., рассчитывается на достижение скорости М=7. При этом ее двигатель будет сначала работать в режиме дозвукового, а потом сверхзвукового горения. СПВРД третьего аппарата, который предполагается разогнать до скорости М=10, должен сразу же выйти на сверхзвуковой режим работы.

В перспективе на базе технологий, освоенных в рамках проекта Х-43А, NASA планирует подготовить экспериментальный аппарат X-43D с максимальной скоростью полета до М=15. Важной особенностью данной модели будет охлаждаемый СПВРД, работающий на жидком водороде. Бортовой запас компонента должен обеспечить активный участок продолжительностью 10 с.

ПВРД НА УГЛЕВОДОРОДНОМ ГОРЮЧЕМ

Если NASA занимается в основном перспективными водородными СПВРД, то усилия военных организаций сосредоточены на создании силовых установок, работающих на обычном углеводородном горючем. Различные марки керосинов широко распространены в авиационной технике, они характеризуются низкой стоимостью и не требуют особых мер предосторожности при производстве, хранении и заправке.

Разработками керосиновых ПВРД занимаются научно-исследовательские организации всех видов вооруженных сил США.

ПРОГРАММА HYTECH

В 1995 г. после предварительных изысканий, имевших название Hydrocarbon Scramjet Engine Technology (HySET), ВВС приступили к реализации программы HyTech (Hypersonic Technology Program). Основной задачей проекта стала разработка типового углеводородного СПВРД, который мог бы применяться в составе различных боевых ракет и перспективных высокоскоростных самолетов. Для расчетов изделия были определены общие контрольные параметры крылатой ракеты: крейсерская скорость полета М=7-8, дальность действия 1350 км, вес боевой части – «несколько сотен фунтов» (1 фунт ровен 0,453 кг). Для разгона ракеты до скорости М=4, когда можно производить включение двигателя, используются стартовые ускорители.

Согласно условиям заключенного с Лабораторией AFRL контракта, компания Pratt and Whitney должна разработать и провести в 2004 г. серию стендовых запусков квалификационного образца СПВРД. Летные испытания изделия программой пока не предусматриваются. Однако компания настолько уверена в дальнейшем развитии проекта, что значительный объем опытных работ по новой силовой установке финансирует из собственных фондов. (Официальный бюджет программы составляют примерно 100 млн долл., из которых к 2003 г. было израсходовано около 85 млн.)

Созданию экспериментальных моделей двигателя HyTech предшествовала большая работа по подготовке необходимой элементной базы. В 1997– 99 гг. компанией Pratt and Whitney было проведено около 700 стендовых испытаний камеры сгорания СПВРД, в ходе которых варьировались режимы подачи горючего; примерно такое же количество составило и число продувок воздухозаборников различной конфигурации. Подобные эксперименты выполнялись но собственной технической базе фирмы, в Лаборатории GASL, Центре Гленна и других комплексах как гражданских, так и военных организаций.

Экспериментальная модель двигателя РТЕ

Модель GDE-I

Кроме того, компания Pratt and Whitney на собственные средства изготовила экспериментальный СПВРД, работающий на этилене. Этот двигатель применялся в качестве действующего прототипа для расчета будущих моделей; при его стендовых запусках скорость набегающего потока доводилась до значения М=8.

Одновременно фирма Pratt and Whitney вела разработку системы охлаждения СПВРД. В 1997 г. начались эксперименты с фрагментом стенки двигателя с теплообменными трубками; изготовленный из никелевого сплава образец размером 15x38 см подвергался тепловым нагрузкам, соответствующим реальным. Общая продолжительность этих испытаний составила 160 с. Позднее были подготовлены и успешно испытаны две панели размером 15x76 см, их суммарная наработка достигла 78 мин. Затем начались эксперименты с полномасштабной стенкой СПВРД длиной 1,9 м.

В 2001-2002 гг. были проведены акустические и динамические испытания штатной камеры сгорания длиной 60 см и шириной 22,8 см, отработаны распределительные клапана подачи топлива, секция с инжекторами и прочие компоненты.

Первый этап испытаний экспериментального образца СПВРД с задачами подтверждения работоспособности изделия был успешно проведен в начале 2001 г. Модель, получившая обозначение PTE (Performance Test Engine), представляет собой СПВРД с неизменяемой геометрией проточной части Основными его элементами являются поверхность сжатия перед воздухозаборником, изолятор для стабилизации скачков уплотнения, камера сгорания и сопло.

Общая длина двигателя РТЕ составляет 3,07 м, без передней и сопловой части, которые будут элементами летательного аппарата, – 1,9 м. По длине модель соответствует штатному изделию, поперечный же размер был уменьшен с расчетных 22,8 см до 15,2 см.

Система охлаждения в двигателе РТЕ не предусматривалась, поэтому большая часть его конструкции изготовлялась из теплоемкой меди. При этом масса изделия составила 900 кг.

Для создаваемой силовой установки выбрано углеводородное горючее JP-7. Это топливо, специально разработанное для высокоскоростного самолета SR-71, отличается стабильными характеристиками, нетоксичностью и рядом других преимуществ, важными при использовании на боевых аппаратах. Однако в чистом виде оно не применимо в СПВРД, так как его достаточно крупные молекулы не обеспечивают сверхзвуковое горение. Поэтому перед подачей в камеру сгорания топливо подвергается «крекингу» – расщеплению длинных углеводородных цепей но более мелкие, обладающими повышенными теплотворными характеристиками.

В штатном СПВРД эта реакция будет протекать в теплообменниках системы охлаждения изделия. Но поскольку таковая в модели РТЕ отсутствовала, то горючее подавалось в камеру сгорания после подогрева в специальном реакторе мощностью 1 МВт.

В ходе запусков, проводившихся на стенде Leg-б Лаборатории GASL, двигатель РТЕ продемонстрировал устойчивые рабочие характеристики в широком диапазоне скоростей (М=4,5– 6,5).

С августа 2002 г. до середины 2003 г. ВВС и фирма Pratt and Whitney вели отработку усовершенствованного СПВРД модели GDE-1 (Ground Demonstrator Engine) По своим техническим характеристикам данная установка существенно приближено к штатному изделию: изготовленный из никелевых сплавов двигатель массой около 70 кг оснащен системой охлаждения воздушного канала, ширина которого составляет 22,8 см.

Однако и для этой модели предусмотрена раздельная подача топлива в систему охлаждения и камеру сгорания (опять через внешней нагреватель). Такая схема необходима для оценки химических свойств прошедшего теплообменники компонента и точного определения теплового баланса установки. В целях снижения риска при первых запусках двигатель работал в переохлажденном состоянии, то есть количество прогоняемого через «рубашку» охлаждения топлива намного превышало потребную величину, необходимую для отвода тепла и поддержания эффективного горения. После каждого эксперимента проводилась дефектоскопия каждого сварного шва СПВРД и общая проверка герметичности воздушного тракта.

В общей сложности в течение года было выполнено около 60 запусков двигателя GDE-1 с максимальной продолжительностью работы до 20 с. Примерно в 50 из них скорость набегающего потока доводилась до значения М=4,5, в остальных имитировался полет со скоростью М=6,5.

На анализ полученных результатов, в целом признанных положительными, и на подготовку к заключительному этапу программы HyTech отводится примерно год. Летом 2004 г. должны начаться испытания двигателя GDE-2.

Важной особенностью данной модели, практически полностью соответствующей летному изделию, станет изменяемая геометрия воздухозаборника. Кроме того, СПВРД будет оснащаться штатной системой подачи топлива через «рубашку» охлаждения, а также автоматизированной системой управления работой установки Fadec (Full Authority Digital Engine Control),используемой в двигателе F119.

Квалификационные испытания модели GDE-2 будут проводиться уже в Центре Лэнгли – в высокотемпературной аэродинамической трубе НТТ, позволяющей поддерживать устойчивый высокоскоростной напор в течение 30 с.

Основываясь на достаточно успешном выполнении экспериментов с двигателем GDE-1, представители Лаборатории AFRL и фирмы Pratt and Whitney выступили с предложением о создании летного образца данного СПВРД и проведении его испытаний в составе экспериментальной ракеты. В качестве обоснования ими приводится то обстоятельство, что модель GDE-2 с изменяемой геометрией воздушного канала предназначается в основном для маневренных аппаратов и разгонных ступеней будущих многоразовых транспортных космических систем (МТКС), относящихся к области интересов NASA. Отработанная же модель GDE-1 наиболее эффективна в боевых ударных системах.

Конкурсные предложения по программе ARRMD: ракета с двухрежимным ПВРД (слева) и ракета с СПВРД HyTech

Предлагаемая экспериментальная ракета, обозначенная EFSEFD (Endothermically Fueled, Scramjet Engine Flight Demonstrator – «Летный демонстратор с СПВРД на подогретом горючем»), может быть подготовлена к испытаниям к концу 2006 г. Для разгоно до скорости включения маршевого двигателя (М=4,5) после сброса с самолета-носителя ракета длиной 4,2 м должна комплектоваться твердотопливным разгонным блоком. При этом общая масса сборки составит 1,8 т, а длина 7,9 м.

На участке разгона воздухозаборник ракеты будет закрыт специальными створками. После отделения РДТТ они раскроются для запуска СПВРД, который за несколько минут работы обеспечит приращение скорости в 2– 2,5 единицы (в числах Маха).

Проект EFSEFD находится еще на стадии технического предложения и просчитывается участниками программы HyTech пока в инициативном порядке.

Благодаря успешному ходу работ по программе HyTech к создаваемой силовой установке проявили интерес сначала компания Boeing, а позднее NASA. Первая организация привлекла фирму Pratt and Whitney к разработке гиперзвуковой ракеты ARRMD, a NASA планирует использовать аналогичный СПВРД на экспериментальном аппарате Х-43С.

Силовую установку последнего изделия, масса которого составит 2,26 т, и длиной 5 м, планируется комплектовать тремя СПВРД с общей тягой, примерно вдвое большей, чем у водородного СПВРД аппарата Х-43А. Бортовой запас топлива (272 кг), который рассчитывается на активный участок полета продолжительностью около 5 мин, должен размещаться в баках, проложенных по бокам расширенного корпуса. На днище будет производиться монтаж маршевых двигателей общей шириной 68,6 см. Учитывая сложность проекта, NASA готовит собственную программу аэродинамических испытаний уменьшенной в масштабе 2/3 модели силовой установки аппарата Х-43С. Изделие, названное MFPD (Multimodule Flowpath Propulsion Demonstrator – «Демонстратор установки с несколькими воздушными каналами»), выполнено большей частью из меди и не имеет системы охлаждения.

Среди основных задач испытаний, которые будут проводиться в аэродинамической трубе НТТ, называются оценка работоспособности воздухозаборников при различных углах атаки и бокового скольжения на скоростях М=5-7, изучение взаимодействия силовой установки и корпуса аппарата, хвостовой части и пламени двигателей, а также прочих вопросов. Эксперименты начнутся осенью 2003 г. и продлятся более года.

Затем (в 2005 г.) NASA планирует осуществить квалификационные испытания штатной силовой установки с элементами конструкции аппарата X– 43С. При их успешном завершении в 2006-2008 гг. может состояться демонстрационный полет первого изделия (всего предполагается изготовить два или три летных образца).

Испытания аппарата Х-43С, как и базовой модели (Х-43А), будут осуществляться с использованием ракеты «Пегас». После отделения от разгонной ступени двигательная установка должна обеспечить увеличение скорости изделия с М=5 до М=7 [3,4].

В рамках проекта ARRMD (Advanced/Affordable Rapid Response Missile Demonstrator), курируемого Управлением DARPA, компания Boeing ведет разработку высокоскоростной крылатой ракеты для оперативного нанесения ударов по точечным и мобильным целям. Первоначально ею были подготовлены предложения по двум ударным системам с разными силовыми установками – с СПВРД фирмы Pratt and Whitney и с двухрежимным прямоточным двигателем, который разрабатывается фирмой Aerojet по заказу Исследовательского управления ВМС ONR (Office of Naval Research). В 1999 г. Управление DARPA, несмотря на более высокий технический риск, выбрало для дальнейшей проработки первый проект.

Зарубежные публикации сообщают о следующих требованиях к ракете ARRMD:

– скорость полета М=6,

– дальность действия 1200 км,

– скорость подхода к цели не менее 1,2 км/с,

– точность поражения цели 10 м,

– стартовая масса (с разгонным блоком) 0,9-1,1 т,

– масса боевой части 113 кг.

Ракету ARRMD намечается применять кок с авиационных, так и с наземных или морских средств, в том числе и с подводных лодок. Время осуществления запуска после ввода полетного задания не должно превышать 2 мин, также требуется обеспечить возможность уточнения координат цели уже в полете. Для разгона изделия до скоростей М=4-5 будут применяться два твердотопливных двигателя Автономный полет ракеты с наведением по сигналам с навигационных спутников «Новстар» должен осуществляться по волнообразной траектории на высоте около 30 км.

Первые летные испытания экспериментального образца ракеты ARRMD могут состояться в 2004-2005 гг. В качестве ориентировочной даты принятия на вооружение новой ударной системы называется 2010 г.

Проект штатного изделия еще будет уточняться, но Управление DARPA уже определило его экономические показатели: стоимость изготовления одной ракеты ARRMD при объеме заказа 3000 штук не должна превышать 200 тыс. долл.

ПРОГРАММА HYFLY

Как уже отмечалось, военно-морс– кое ведомство также ведет НИОКР по гиперзвуковым ракетам (при этом для консультаций и проведения независимых экспертиз к реализации проектов активно привлекаются специалисты сторонних организаций, в первую очередь из ВВС). В середине 1990-х годов после ряда концептуальных исследований типа High Speed Strike System (HiSSS) ВМС сформулировали общие требования к перспективным ударным системам: дальность действия 1100 км, скорость полета М=3,5-7, проникающая способность 5,4-11 м бетона, принятие на вооружение 2006-10 гг.

На основе выполненных исследований были инициированы несколько проектов создания новых силовых установок для перспективных ударных систем.

Наибольших успехов специалисты ВМС добились в рамках проекта Hypersonic Weapon Technology Program (HWTP), предусматривающего разработку двухрежимного ПВРД. После начало в 2002 г. стендовых испытаний опытных моделей двигателя программа стала называться Ну Fly (Hypersonic Flight – «Сверхзвуковой полет»), Кроме того, к работам, возглавляемым Управлением ONR, присоединилось Управление DARPA, когда-то отклонившее предложение по использованию двухрежимного двигателя на ракете ARRMD.

Запуск ракеты Ну Fly с корабля

Опытная модель ракеты HyFly но испытательном стенде

По своим техническим характеристикам двухрежимные ПВРД занимают промежуточное положение между обычным прямоточным двигателем и СПВРД. Данные силовые установки, по упрощенному определению зарубежных специалистов, функционируют по схеме с дожиганием «газогенераторного газа». Они имеют два воздушных канала: в одном происходит сжатие и торможение потока перед дозвуковой камерой сгорания, после которой струя пламени с избытком горючего попадает в зону сверхзвукового горения во втором канале. Оснащенные такими двигателями летательные аппараты способны развивать скорость до М=6,5.

Несмотря на относительно невысокие (в сравнении с СПВРД) энергетические характеристики, двухрежимные двигатели обладают рядом важных преимуществ. Например, их запуск можно производить при меньшей скорости полета (около М=3), а это снижает массу и габариты разгонных блоков, меньшие тепловые нагрузки позволяют отказаться от системы охлаждения изделия, увеличив при этом продолжительность его работы, и т.п.

Концепция двухрежимного ПВРД была предложена в начале 1970-х годов специалистами Лаборатории прикладной физики APL (Applied Physics Laboratory) Университета Джонса Хопкинса; в настоящее время эта организация является техническим консультантом проекта HyFly. Непосредственной разработкой двигательной установки занимается фирма Aerojet, головным подрядчиком по программе HyFly стала компания Boeing Phantom Works.

В соответствии с подписанным весной 2002 г. контрактом стоимостью 92,4 млн долл., корпорация Boeing должна к 2004-2006 г. подготовить к летным испытаниям около десяти опытных образцов ракеты HyFly Для разгона изделия до скорости включения маршевого двигателя должны использоваться твердотопливные ускорители. Длина ракеты, оснащенной небольшими стабилизаторами, ограничена 4,27 м, диаметр 0,48 м, масса боевой части оценивается в «несколько сотен фунтов».

Ударная система HyFly проектируется в двух модификациях: морского базирования (на надводных кораблях и подводных лодках) и воздушного старта с самолетов F-18. В первом случае ее длина вместе с разгонным блоком составит 6,5 м, стартовая масса 1,72 т, а дальность действия 1 100 км; для второго варианта эти параметры определяются 4,65 м, 1 т и 720 км, соответственно.

Ракета HyFly должна комплектоваться системой наведения по сигналам со спутников «Навстар». Кроме того, предусматривается канал радиосвязи для оперативного изменения полетного задания уже после запуска изделия.

Значительную часть полученных по контракту средств (43 млн долл.) корпорация Boeing передала фирме Aerojet на поставку двигателей для ракеты HyFly. Объем заказа составил 14 изделий, шесть из которых предназначаются для стендовой отработки.

В связи с жесткими габаритными ограничениями маршевый двигатель полностью интегрирован в цилиндрический корпус ракеты. ПВРД, работающий на углеводородном горючем JP– 10, оснащается цилиндрическим шестисекционным воздухозаборником, два канала которого направляют воздух в центральную дозвуковую камеру, остальные обеспечивают за этой камерой периферийное сверхзвуковое горение.

Летом 2002 г. в высокоскоростной аэродинамической трубе Центра Лэнгли была успешно проведена серия продувок полномасштабной модели ракеты с экспериментальной силовой установкой. В ходе испытаний, выполнявшихся при свободном обтекании модели, двигатель развил тягу, соответствующую расчетной, и продемонстрировал устойчивую работу при скорости набегающего потока М"=6-6,5 и при изменении угла атаки в пределах 0-5 град.

Опытный образец двигателя не имел системы охлаждения и изготавливался из никелевого сплава. Основным конструкционным материалом для штатного изделия станут матричные композиты из керамики; число сборочных узлов не должно превысить десяти элементов. Сама ракета HyFly должна иметь цельнолитой титановый корпус; подобная технология отрабатывается Управлением DARPA для ракет ARRMD.