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 / VatforПо 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 ТВВ 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 / ChDambievСудя 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.
