В Китае разработан экономичный гиперзвуковой прямоточный двигатель
Сопловой аппарат нового ГПВРД и реактивная струя на разных режимах. Фото ОНТУ НОАК / SCMP
Китайские научные организации активно занимаются тематикой гиперзвуковых технологий для использования в авиации и ракетной технике. Проводятся различные исследования и разрабатываются экспериментальные образцы-демонстраторы технологий. Недавно стало известно о создании нового гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Он построен на основе известных идей и новых решений и отличается повышенными энергетическими характеристиками и эффективностью.
Гиперзвуковой эксперимент
О новой разработке китайских ученых 13 февраля сообщило издание South China Morning Post со ссылкой на публикацию в научном журнале Solid Rocket Technology, вышедшую в середине января. SCMP приводит основные сведения о новом проекте, проведенных исследованиях и полученных результатах.
Как сообщается, гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) разрабатывался специалистами Оборонного научно-технического университета Народно-освободительной армии Китая из г. Чанша. Работы в этом направлении возглавил доцент Ма Ликунь.
В рамках нового проекта специалисты проработали конструкцию перспективного ГПВРД на твердом (порошкообразном) топливе. Отмечается, что от других прямоточных двигателей она отличается большей простотой и несколькими важными нововведениями. Последние должны были обеспечить работу двигателя в широком диапазоне скоростей со стабильным сгоранием топлива. Также целью проекта являлось повышение экономичности.
По такому проекту был изготовлен опытный ГПВРД. Его испытали в аэродинамической трубе с имитацией полета на разных режимах. Скорость такого «полета» достигала 6М, высота – ок. 25 км. В целом двигатель подтвердил расчетные характеристики.
Комплекс DF-17 с планирующим боевым блоком - серийный образец гиперзвукового оружия НОАК. Фото Telegram / Vatfor
По итогам этих исследований ученые из ОНТУ НОАК сообщают, что твердотопливный ГПВРД имеет ряд преимуществ перед другими конструкциями аналогичного назначения. При дальнейшем развитии проекта, наработки могут найти применение на практике в составе тех или иных летательных аппаратов. Примечательно, что в контексте перспектив нового двигателя издание SCMP в первую очередь вспомнило программы военного назначения.
Новые решения
Согласно открытым данным, экспериментальный двигатель от ОНТУ принципиально не отличается от других современных ГПВРД и построен по классической схеме. По сути, это труба переменного диаметра, разделенная на входное устройство-воздухозаборник, воздуховод, камеру сгорания и сопловой аппарат.
Общие принципы работы тоже остаются традиционными. Атмосферный воздух под давлением, образованным скоростью потока, поступает в воздухозаборник и затем попадает в камеру сгорания. Там с ним смешивается топливо. Сгорая, оно образует газы для выброса через сопло и образование тяги.
В проекте от ОНТУ НОАК присутствуют два основных нововведения. Первое касается конструкции воздухозаборного устройства и связанных с ним агрегатов. За счет особой конфигурации устройства и каналов за ним гиперзвуковой воздушный поток замедляется до дозвуковой скорости. Для ГПВРД других типов характерно сжигание топлива в сверхзвуковом потоке. Новый китайский двигатель дополнительно уменьшает скорость потока для оптимизации процесса горения.
Второе нововведение – топливо и способ его подачи. В качестве горючего ГПВРД использует бор в виде мелкого порошка. Через специальные форсунки топливо подается внутрь камеры сгорания, где воспламеняется и высвобождает тепловую энергию. Форсунки выполнены управляемыми и контролируют скорость подачи порошка внутрь двигателя. За счет этого регулируется интенсивность горения, выработка энергии и, соответственно, тяга.
Пуск ракеты DF-17. Кадр из репортажа китайского ТВ
В ходе испытаний на разных режимах и изменения разных параметров удалось определить максимальные параметры экспериментального двигателя. Так, температуру в камере сгорания удалось довести до 3000°C. Это примерно на 50% выше, чем у основной массы современных ПВРД.
Одновременно с этим достигается высокая экономичность. Снижение скорости воздуха на входе до дозвуковой обеспечивает более эффективное сгорание топлива. За счет него эффективность ГПВРД по топливу удалось увеличить на 79%.
К сожалению, точные характеристики опытного двигателя пока не раскрываются. Его размеры и масса, достигнутая тяга и удельное потребление топлива остаются неизвестными. Также неясно, как далеко подвинулся проект: является ли новый ГПВРД сугубо экспериментальным или его можно в разумные сроки довести до практического применения.
Сферы применения
Точные цели и задачи нового китайского проекта не названы. Однако нетрудно догадаться, с какой целью университет при НОАК изучает гиперзвуковые прямоточные двигатели. Очевидно, что опыты и эксперименты проводились в интересах вооруженных сил КНР, и в будущем могут найти применение в реальных проектах гиперзвукового вооружения.
Современные проекты гиперзвуковых ПВРД разрабатываются для использования в составе перспективного ракетного вооружения. Такой двигатель позволяет создать боевую ракету с высочайшими летно-техническими характеристиками и особыми боевыми возможностями. ГПВРД дает большой активный участок полета и обеспечивает максимальную скорость в течение длительного времени. При этом ракета способна маневрировать, а двигатель компенсирует потерю энергии и скорости.
Предположительно, пролет опытной гиперзвуковой ракеты над населенным районом, осень 2021 г. Фото Telegram / ChDambiev
Судя по раскрытым данным, новый двигатель от ОНТУ НОАК представляет интерес с точки зрения использования в реальных проектах ракетной техники. Заявленные возможности такого ГПВРД позволят повысить характеристики гипотетической ракеты и улучшить ее боевые возможности.
Прежде всего, следует обратить внимание на экономичность нового двигателя. Меньший расход позволяет уменьшить запас топлива на борту ракеты без потери в скорости и дальности, либо сохранить его и нарастить боевой радиус. Кроме того, вероятно, появляется возможность для увеличения тяги и скорости без вреда для других параметров.
Как утверждается, экспериментальный двигатель не только показывает высокие характеристики, но и отличается упрощенной конструкцией. Соответственно, проще и дешевле будет ракета с таким ГПВРД. Кроме того, уменьшение количества топлива на борту позволит оптимизировать компоновку ракеты – например, увеличить боевую часть.
Следует отметить, что новый проект может развиваться не только в контексте ракетного вооружения. Он вполне способен стать основой для новых теоретических и экспериментальных разработок. ГПВРД от ОНТУ показал принципиальную работоспособность и большой потенциал новых решений. Все они теперь должны получить развитие. В результате этого появятся новые конфигурации заборных устройств и камер сгорания, а также более совершенные составы порошкового топлива.
Большие перспективы
Китай давно занимается гиперзвуковым направлением и уже демонстрирует реальные результаты. Так, несколько лет назад на вооружение поступил комплекс DF-17 с планирующим гиперзвуковым боевым блоком. Имеются неподтвержденные сообщения о разработке других ракетных комплексов с особыми характеристиками скорости. Они уже могут испытываться, и в ближайшем будущем их примут на вооружение.
Очевидно, что китайские ученые и инженеры будут продолжать развитие гиперзвукового направления. В основу проектов отдаленного будущего лягут нынешние наработки в области двигателей, материалов, систем управления и т.д. Поэтому недавно завершенные эксперименты в ОНТУ НОАК в области двигателей имеют большое значение, и на них следует обратить внимание.
Информация