Trvalý hyperpersonický let nad rychlostmi 5 machů vozidly používajícími motory poháněné proudovým palivem dýchající vzduch by mohl být dosažitelný během příštího tuctu let.
Úspěšné nedávné pozemní testy demonstračních motorů náporových/scramjet poháněných proudovým motorem od Pratt & Whitney Rocketdyne a Aerojet představují důležitý pokrok směrem k letovému testování tří samostatných programů hypersonických vozidel.
V září společnost Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR) dokončila 10měsíční testování dílčího spalovací komory pro uhlovodíkový dvourežimový náporový motor navržený pro provoz v širokém rozsahu rychlostí Machova čísla – tedy násobků rychlosti. zvuku.
Společnost PWR s použitím paliva JP-7 pro tryskové motory úspěšně provozovala spalovací komoru při různých Machových číslech od Mach 2,5 do Mach 6,0, což prokázalo "požadovanou provozuschopnost a výkon" při každé rychlosti, uvedla společnost.
"Noengine, pokud je nám známo, (dříve) prokázal rozsah od pouhých 2,5 až po nejvyšší hodnotu 6,0," řekl Michel McKeon, manažer hypersonických a pokročilých programů PWR. "Motor FaCET (FalconCombined-Cycle Engine Technology) demonstroval velmi široký Machův rozsah s vysokým výkonem. To skutečně ukazuje, že se tato technologie hodí k aplikaci pro řadu různých věcí."
Duální moderamjet přechází mezi podzvukovým a nadzvukovým režimem provozu. Protože vzduch vstupující do náporového proudu se při průchodu motorem zpomaluje, při nižších Machových číslech se část vzduchu dostává do spalovací komory podzvukovou rychlostí, i když letadlo cestuje rychleji, než je rychlost zvuku, vysvětlil McKeon.
Při vyšších Machových číslech veškerý vzduch prochází motorem nadzvukovou rychlostí.“„Scramjet“v podstatě znamená, že veškerý vzduch se pohybuje nadzvukovou rychlostí“přes spalovací komoru, řekl McKeon.
Scramjet výzvy
Náporové a scramjetové motory mají málo pohyblivých částí a v jejich spalovacích komorách nejsou vůbec žádné. Vzduch scramjet se však pohybuje tak rychle, že udržet spalovací komoru rozsvícenou je velkou výzvou.
Zásadní je také zabránění spálení motoru žárem ze spalování a zajištění zapálení JP-7 ve zlomku milisekundy, za kterou palivo projde spalovací komorou. "Jednou z klíčových položek v těchto systémech je to, jak nakládáte s palivem," řekl McKeon.
Přístup PWR spočívá v použití systému s uzavřenou smyčkou nebo „chladičem“, kdy je palivo čerpáno jako chladicí kapalina skrz plášť motoru, aby se odstranilo teplo a tlak ze spalovací komory. Toto teplo o teplotě 3 000 stupňů také připravuje palivo pro tryskové motory na spalování jeho rozštěpením na menší molekuly, které při vstupu do spalovací komory velmi rychle hoří.
Plnohodnotná verze spalovací komory PWR bude tvořit srdce programu FaCET, sponzorovaného U. S. Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) a U. S. AirForce. Lockheed Martin je hlavním dodavatelem FaCET.
FaCET si klade za cíl vyvinout hypersonické testovací vozidlo – které by mohlo létat v roce 2012 – které by samo vzlétlo a přistávalo, využívalo pokročilý turbojet k dosažení rychlosti alespoň Mach 4 a pak k dosažení Mach 10 a více. Letecké palivo nelze použít jako palivo scramjet při rychlostech až 10 Mach.
"Při Machových číslech by motor shořel pomocí leteckého paliva," řekl BobGrabowski, programový manažer FaCET společnosti PWR. "V tomto rozsahu hledáte vodík nebo syntetická paliva."
Dalším krokem pro FaCET je testování verze motoru s volným proudem na plošině v Arnold Engineering Development Center (AEDC) amerického letectva v Tullahomě, Tenn., příští léto. AEDC se může pochlubit největším a nejpokročilejším komplexem testovacích zařízení pro letovou simulaci na světě, včetně dvou hypersonických aerodynamických tunelů.
Křížové oplodnění mezi programy
FaCET není propojen s DARPA/U. S. Hypersonické letadlo Air Force/NASA X-51A, které má létat v roce 2009. Ale společnost PWR, která vyrábí scramjetový motor X-1 poháněný JP-7 pro Boeing X-51A, využívá to, co se naučila z každého programu, ke zlepšení obou. motory.
„Motory nemají stejný tvar nebo konfiguraci, ale z technologického hlediska FaCETengine zahrnuje mnoho z toho, co jsme se naučili díky motoru X-51,“řekl McKeon. "Druhou stranou je, že jsme se také naučili věci s tímto (FaCET) enginem ohledně různých konfigurací, které by mohly být také použity v budoucí činnosti X-51."
PWR úspěšně otestoval svůj demonstrační motor X-1 v dubnu v simulovaných Mach 5 letových podmínkách. Demonstrátor, označený jako SJX61-1, obsahoval plně výkonný digitální ovladač motoru a systém řízení teploty s uzavřenou smyčkou.
V září společnost Aerojet dokončila celoplošný pozemní test pokročilého spalovacího zařízení „letové hmotnosti“pro náporový motor s dvojitým spalováním (DCR), který vyvíjí pro program Hypersonic Flight (HyFly) sponzorovaný DARPA a US Office of Naval Research (ONR).. HyFly je program pro vývoj technologie hypersonických řízených střel.
DCRramjet/scramjet společnosti Aerojet, který je poháněn proudovým palivem JP-10, používá dva systémy přívodu vzduchu. Jeden napájí podzvukový generátor plynu, ve kterém se vytváří plyn bohatý na palivo. Ten je smíchán s nadzvukovým plynem z druhého vstupního systému a poté je veden do divergující sekce spalovací komory, která umožňuje, aby spalovací komora fungovala jak při podzvukové, tak nadzvukové rychlosti vzduchu.
Odlišný přístup Aerojetu
Přístup Aerojet se nespoléhá na použití leteckého paliva jako chladicí kapaliny. Jeho DCR je vyroben výhradně z pokročilých, lehkých keramických materiálů, o kterých Aerojet říká, že jeho hmotnost je nižší než polovina hmotnosti palivem chlazených kovových motorů.
Aerojet provedl svůj zářijový test v simulovaných letových podmínkách Mach 6. "Tímto testem udělal HyFly velký krok vpřed," řekl Gil Graff, programový manažer ONR. "Prokázala životaschopnost konceptu nechlazené konstrukce pro přežití v extrémních prostředích motoru."
Spolu s PyroDyne Aerojet také vyvíjí turbínový motor s kombinovaným cyklem nazývaný PyroJet, o kterém společnosti doufají, že bude fungovat v celém rozsahu rychlostí od nuly do Mach 10. Cílem je poskytnout motor, který bude plynule přecházet od podzvukového proudového provozu až po dual-mode ramjet/scramjet provoz.
Nyní, pro všechny výrobce, není hlavním problémem demonstrovat, že jejich hypersonické motory mohou střílet. K udržení hypersonického letu budou muset motory střílet několik minut v kuse, nikoli jen několik sekund, kterých společnosti dosud dosáhly.
