Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели компании Wave Engine (США)
Перспективная платформа VALP в представлении художника
Беспилотные летательные аппараты самолетного типа могут оснащаться двигательными установками разных классов. В частности, американская компания North American Wave Engine Corporation предлагает использовать пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (ПуВРД) и ведет разработку подобных устройств. Ранее она неоднократно демонстрировала свои двигатели на стенде и на летательных аппаратах. Сейчас компания проводит испытания экспериментального БПЛА Scitor-D, оснащенного двигателем типа J-1.
Процесс разработки
Компания North American Wave Engine Corporation (сокращенно Wave Engine Corp.) была основана в г. Балтимор (шт. Мэриленд) в первой половине десятых годов бывшими сотрудниками ведущих предприятий США в сфере двигателестроения. Целью компании с самого начала стала разработка пульсирующих воздушно-реактивных двигателей с разными характеристиками, пригодных для применения на тех или иных летательных аппаратах.
В 2016 г. Wave Engine Corp. начала стендовые испытания первого ПуВРД собственной разработки. Первые реальные результаты проекта позволили рассчитывать на поддержку со стороны потенциальных заказчиков. Так, в 2019 г. компания получила от агентства DARPA 2,85 млн долл. на продолжение работ. Позже фирма получала и иные гранты того или иного размера.
Экспериментальный планер с ПуВРД, 2020 г.
В следующем году опытный двигатель – вероятно, за счет денег от Пентагона – довели до летных испытаний. В качестве воздушной платформы для опытного ПуВРД использовался серийный безмоторный планер. Установка двигателя серьезно улучшила его летные данные и продолжительность полета. Кроме того, в ходе таких испытаний показали потенциал летательного аппарата, использующего оптимизированную аэродинамику и пульсирующий двигатель.
В июне 2021 г. Управление вооружений ВВС США выдало компании Wave Engine заказ на разработку «универсальной платформы воздушного базирования» Versatile Air-Launched Platform (VALP). Стоимость контракта составила 1 млн долл.; сроки его исполнения не уточнялись. Сообщалось, что целью проекта является создание малоразмерного БПЛА с ПуВРД, способного нести небольшую полезную нагрузку. В частности, рассматривалась возможность его использования в качестве ложной цели для обмана ПВО противника.
К моменту получения контракта на VALP компания-разработчик успела сформировать общий облик такого изделия и даже опубликовала художественную демонстрацию его применения. В дальнейшем работы по проекту продолжились, но их результаты пока остаются неизвестными. Готовый БПЛА, похожий на картинки 2021 г., еще не показан.
Двигатель типа J-1
Достигнутые результаты
Несмотря на наличие заказа на разработку многоцелевого БПЛА, основной сферой деятельности Wave Engine остается создание пульсирующих воздушно-реактивных двигателей. К настоящему времени разработано два таких изделия с отличающимися характеристиками, готовых к использованию на летательных аппаратах разных весовых категорий. Кроме того, анонсировано появление новых ПуВРД.
Компания предлагает заказчикам два двигателя. Первый имеет обозначение J-1 и предназначается для летательных аппаратов с взлетной массой не более 200 фунтов (90,8 кг). Он развивает тягу до 55 фунтов (25 кгс). Также разработан схожий двигатель K-1, отличающийся увеличенными размерами и тягой 220 фунтов (ок. 100 кгс). Им предлагают оснащать воздушные платформы массой до 1000 фунтов (454 кг). Предполагается, что следующие образцы такого семейства по своим параметрам будут превосходить изделие K-1.
ПуВРД от Wave Engine построены по бесклапанной схеме, которая позволяет упростить конструкцию и получить высокий ресурс. Двигатель выполнен в виде U-образной трубы переменного диаметра. Верхняя часть такого устройства имеет меньший диаметр, но несет цилиндрическую камеру сгорания увеличенного сечения. Нижняя труба выполнена конической и имеет больший диаметр. Торцы трубы выполняют функции сопел. Специально для новой серии двигателей разработана электронная система управления, контролирующая подачу топлива и работу в целом.
Изделие K-1
Принцип действия таких двигателей достаточно прост. В камеру сгорания впрыскивается порция горючего и производится зажигание. Продукты горения истекают через обе трубы-сопла, направленные к хвосту летательного аппарата, и создают тягу. При этом в определенный момент времени тяга в нижней трубе большего диаметра превышает тягу в верхней, и последняя начинает затягивать атмосферный воздух в камеру сгорания. Затем производится новый впрыск топлива, и цикл повторяется. Из-за отсутствия постоянного горения и использования последовательных вспышек, такой ВРД именуется пульсирующим.
Опытный беспилотник
Для летных испытаний двигателя J-1 с тягой 25 кгс компания Wave Engine разработала оригинальный беспилотный летательный аппарат под названием Scitor-D. В начале марта компания сообщила о начале его летных испытаний и опубликовало видеоролик с первым полетом. Испытания будут продолжатся и обеспечат отработку конструкции БПЛА и ПуВРД, а также их взаимодействия.
БПЛА Scitor-D построен по нормальной аэродинамической схеме. Он имеет удлиненный фюзеляж переменного сечения с внутренними отсеками для полезной нагрузки, аппаратуры и жидкого горючего. Пульсирующий двигатель при помощи удерживающих устройств размещен над фюзеляжем. Используется крыло с небольшой стреловидностью, оснащенное выступающими обтекателями основных стоек шасси. Хвостовое оперение выполнено по Н-образной схеме и не мешает работе двигателя.
Общий вид БПЛА Scitor-D
Взлетная масса беспилотника определена параметрами двигателя J-1 и составляет 100 фунтов. На борту может присутствовать полезная нагрузка массой 20 фунтов (ок. 9 кг). Размеры изделия не уточняются. Показанное видео позволяет предполагать, что размах крыла БПЛА достигает 3-3,5 м. Максимальная скорость полета заявлена на уровне 200 узлов (370 км/ч). Дальность и продолжительность полета, достигаемые за счет необычной двигательной установки, неизвестны.
На данный момент опытный БПЛА Scitor-D несет упрощенный набор бортовой аппаратуры. Она обеспечивает прием и исполнение команд оператора, а также сбор и передачу данных. В ходе дальнейшего развития беспилотник может получить дополнительные приборы для решения практических задач. Из-за ограниченной грузоподъемности беспилотник сможет нести только средства оптической или радиотехнической разведки. Применение оружия не представляется возможным.
Впрочем, главной задачей изделия Scitor-D на данный момент является не ведение разведки или выполнение иных реальных задач, а демонстрация возможностей ПуВРД. При помощи этой разработки компания Wave Engine хочет показать потенциал подобных двигателей в целом, а также определить их реальные возможности в сфере беспилотной авиации. По сути, речь идет об эксперименте и своего рода рекламе будущих разработок в этой области.
Scitor-D выполняет взлет
Характерные преимущества
Бесклапанная схема ПуВРД, прорабатываемая компанией Wave Engine, имеет свои характерные особенности, определяющие достижимый уровень технических параметров и потенциал в целом. При этом пульсирующий двигатель такой архитектуры может выгодно отличаться от силовых установок иных классов и типов – и представлять интерес с точки зрения конкретных проектов.
Как и другие реактивные двигатели, ПуВРД достаточно эффективно использует энергию горючего, за счет чего может развивать высокую тягу. Благодаря этому ПуВРД позволяет получить более высокие скорости, чем двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом или электромотор. По показателям тяги и достигаемых летно-технических характеристиках ПуВРД близок к турбореактивным двигателям. При этом его конструкция в разы проще. В ней отсутствуют подвижные детали, изготовление которых является отдельной технологической проблемой.
Таким образом, ПуВРД может найти применение в тех областях, где требуются достаточно высокие показатели тяги и летные характеристики, но при этом необходимо упрощение и удешевление конструкции. В North American Wave Engine Corporation полагают, что такие двигатели следует внедрять в сфере легких и средних БПЛА. Кроме того, компания наглядно демонстрирует потенциал этой идеи при помощи нового опытного беспилотника.
Экспериментальный БПЛА Scitor-D сейчас проходит испытания и помогает отрабатывать конструкцию изделия J-1. Также он поможет развитию других двигателей перспективной линейки и созданию новых БПЛА с ПуВРД. В частности, нельзя исключать, что нынешний экспериментальный проект имеет прямое отношение к ранее начатой программе VALP и поспособствует появлению этой многоцелевой платформы. Когда и как закончатся все эти работы, неизвестно, но компания-разработчик проявляет оптимизм и намерена продолжать свои проекты.
Информация