Американці випробують комбінований гіперзвуковий двигун

Американська компанія Aerojet Rocketdyne отримала замовлення Агентства перспективних оборонних розробок (DARPA) Пентагону на проведення демонстраційних випробувань комбінованої гіперзвукової рухової установки на основі турбореактивного двигуна. Як пише Aviation Week, така силова установка повинна буде розганяти перспективні літальні апарати з нуля до більш ніж п'яти чисел Маха (6,2 тисячі кілометрів на годину).

Сьогодні створення гіперзвукових літальних апаратів пов'язане з кількома складнощами. Однією з головних є створення двигуна, який міг би розганяти такий літальний апарат від нуля кілометрів на годину до швидкості гіперзвуку. Гіперзвуковою вважається швидкість, що перевищує швидкість звуку щонайменше в п'ять разів. Існуючі сьогодні різні види двигунів можуть працювати тільки в своєму відносно вузькому діапазоні швидкостей; універсальної рухової установки поки не існує.

Так, двоконтурні реактивні двигуни, що встановлюються на винищувачі, в силу своїх конструктивних особливостей не можуть розганяти літак швидше 2,2 числа Маха. У той же час, робочі прототипи гіперзвукових прямоточних повітряно-реактивних двигунів починають стабільно працювати на швидкостях польоту більше чотирьох чисел Маха, коли стає можливим підтримувати надзвуковий повітряний потік крізь силову установку. Теоретичною межею швидкості для гіперзвукового двигуна є 24 числа Маха.

Новий американський комбінований двигун буде здатний працювати в усьому діапазоні можливих для гіперзвукового літального апарату швидкостей. Сам двигун, розробкою якого Aerojet Rocketdyne займається з 2012 року, не матиме принципових відмінностей від схем комбінованих силових установок, створюваних іншими розробниками. Він буде поєднувати в собі турбореактивний двигун і прямоточні надзвукову і гіперзвукову повітряно-реактивні рухові установки, об'єднані спільними повітрозабірником і соплом.

За такою схемою, зокрема, для перспективного гіперзвукового безпілотника SR-72 створює двигун американська компанія Lockheed Martin. Таку ж схему для своєї комбінованої гіперзвукової установки обрав і китайський Дослідницький інститут машинного обладнання Пекіна. Відмінністю двигуна Aerojet Rocketdyne стане використання в його конструкції вже існуючого стандартного турбореактивного двигуна типу Rolls-Royce F405 Adour.

За умовами контракту DARPA, американській компанії належить знайти такі технічні рішення, які дозволять підвищити верхню межу швидкості турбореактивного двигуна і знизити швидкісний кордон прямоточних повітряно-реактивних установок. Крім того, в рамках цього ж проекту повинна бути створена і випробувана система управління температурними режимами комбінованого двигуна на всіх етапах польоту. Як очікується, перші випробування загальних повітрозабірника і сопла та інтеграція турбореактивного двигуна почнуться в 2018 році.

У грудні минулого року компанія Aerojet Rocketdyne отримала контракт Національної лабораторії енергетичних технологій США на розробку нової газотурбінної енергетичної установки на базі ротаційного детонаційного двигуна. Роботи, за підсумками яких буде створено прототип нової установки, планується завершити до середини 2019 року. За попередньою оцінкою, газотурбінний двигун нового типу матиме щонайменше на п'ять відсотків кращі характеристики, ніж звичайні такі установки.

У новій газотурбінній установці, що розробляється Aerojet Rocketdyne, горіння паливно-повітряної суміші в камері згоряння буде детонаційним. Так називається процес, при якому фронт горіння поширюється по речовині з надзвуковою швидкістю. При детонації виділяється істотно більша кількість енергії, ніж при дефлаграції (дозвуковому горінні) - це пов'язано з тим, що в першому випадку паливо згорає повніше. У новій установці детонація в камері згоряння буде постійною, що дозволить істотно спростити конструкцію.

Продукти згоряння в ротаційному детонаційному двигуні залишають камеру згоряння постійно. Це дозволяє використовувати їх як газогенератора в газотурбінній установці. На розробку детонаційної газотурбінної установки планується витратити 6,8 мільйона доларів. Крім Aerojet Rocketdyne до проекту нової детонаційної газотурбінної установки будуть залучені кілька американських університетів. Зокрема, в Університеті Пердью проводитимуться випробування детонаційного газогенератора спільно з багатокаскадною турбіною.