Гиперзвуковое оружие: новости и перспективы

Общался с человеком за рюмкой чая, зашел разговор о гиперзвуковых ракетах. А он до выхода на пенсию работал в отраслевом НИИ и немного эту тему знает. Так вот он сказал что организовать «быстрое» сгорание топлива в потоке окислителя — несложно, на уровне теории. Надо всего лишь предварительно нагреть компоненты (топливо и окислитель) до температуры активации реакции окисления. Возьмем для примера — керосин. Для керосина это 250 С, воздух при этом 20 С, керосин на выходе из форсунки сгорает практически мгновенно, (на высоте воздух холодный, нагревать керосин надо до 400С). Но техническая реализация этого принципа наталкивается на большие сложности. Секундный расход топлива не менее 15 кг, как за секунду нагреть 15 кг до 250 С — 400 С ? Ладно, на горячем движке это в принципе решаемо, хотя и сложно технически (ведь вы еще и ограничены габаритами корпуса, высокотемпературный теплообменник должен быть компактным, значит ограничена поверхность теплообмена). А как запускать холодный двигатель?, нагревать топливо нечем. Также он сказал, что керосин не годиться по причине низкой удельной теплотворной способности.
Хм. Если это единственная проблема, то почему не нагреть весь топливный бак предварительно, и так держать до старта на боевом дежурстве?
 
Реклама
Общался с человеком за рюмкой чая, зашел разговор о гиперзвуковых ракетах. А он до выхода на пенсию работал в отраслевом НИИ и немного эту тему знает. Так вот он сказал что организовать «быстрое» сгорание топлива в потоке окислителя — несложно, на уровне теории. Надо всего лишь предварительно нагреть компоненты (топливо и окислитель) до температуры активации реакции окисления. Возьмем для примера — керосин. Для керосина это 250 С, воздух при этом 20 С, керосин на выходе из форсунки сгорает практически мгновенно, (на высоте воздух холодный, нагревать керосин надо до 400С). Но техническая реализация этого принципа наталкивается на большие сложности. Секундный расход топлива не менее 15 кг, как за секунду нагреть 15 кг до 250 С — 400 С ? Ладно, на горячем движке это в принципе решаемо, хотя и сложно технически (ведь вы еще и ограничены габаритами корпуса, высокотемпературный теплообменник должен быть компактным, значит ограничена поверхность теплообмена). А как запускать холодный двигатель?, нагревать топливо нечем. Также он сказал, что керосин не годиться по причине низкой удельной теплотворной способности.

Звучит логично, но что я не понимаю (не двигателист)...

Если форсунки вблизи воздухозаборника (в диффузоре), то при наборе скорости М>3...4 там уже горючее используется для охлаждения конструкции.

И расходы 15 кг/сек - это чудовищные тяги порядка 100 тонн. Сейчас уровень расхода горючего у ГПВРД - десятые доли кг, ну, пусть, около 1 кг/сек.

Керосин, не керосин, но в прямоточках пока альтернативы по максимальной тяге углеводородному топливу нет.
 
Для керосина это 250 С, воздух при этом 20 С, керосин на выходе из форсунки сгорает практически мгновенно, (на высоте воздух холодный, нагревать керосин надо до 400С). Но техническая реализация этого принципа наталкивается на большие сложности. Секундный расход топлива не менее 15 кг, как за секунду нагреть 15 кг до 250 С — 400 С ? Ладно, на горячем движке это в принципе решаемо, хотя и сложно технически (ведь вы еще и ограничены габаритами корпуса, высокотемпературный теплообменник должен быть компактным, значит ограничена поверхность теплообмена). А как запускать холодный двигатель?, нагревать топливо нечем. Также он сказал, что керосин не годиться по причине низкой удельной теплотворной способности.
Если запускать двигатель на скорости 3-4М, то нагревать топливо можно и от корпуса нагревающегося от набегающего потока, воздух же в камере сгорания уже будет весьма горячим из-за сжатия.
Расход 15кг/с - не реальная цифра, столько не жрёт ни один ТРД даже с тягой под 50т. Может всё таки 15кг/м?
 
Если запускать двигатель на скорости 3-4М, то нагревать топливо можно и от корпуса нагревающегося от набегающего потока, воздух же в камере сгорания уже будет весьма горячим из-за сжатия.
Расход 15кг/с - не реальная цифра, столько не жрёт ни один ТРД даже с тягой под 50т. Может всё таки 15кг/м?
Смотрим сколько жрет АЛ-31Ф на форсаже, при тяге 12,5 тнс (тонно-сил), жрет 1,92 кг·кгс/час. Следовательно секундный расход - 6,7 кг.
При этом тяга двигателя - 12 тнс, не космос. А тяга почти не зависит от конструкции двигателя, она определяется расходом топлива в ед.времени. В ТРД тяга несколько падает из-за потерь в турбине, но не сильно. Пусть в прямоточном тяга на 30% выше при том же расходе топлива. Тогда расход в 15 кг/сек, даст тягу - 15/6,7*12,5*1,3= 35 тнс. Как раз для скорости 8М.
 
Если запускать двигатель на скорости 3-4М, то нагревать топливо можно и от корпуса нагревающегося от набегающего потока...
Если Вы посмотрите на инфракрасные снимки корпусов ЛА, то заметно, что сильный нагрев испытывают только кромки выступающих частей корпуса, сам корпус выше 300 С не нагревается. И потом диаметр корпуса КР весьма мал, мала площадь теплообмена. А нагреть надо за 1 секунду. Потом по тонким трубочкам надо подвести к форсункам, пока топливо идет оно остывает, не забывайте за бортом - -70С. А много теплоизоляции не положишь, стенки тонкие, т.к. почти весь диаметр корпуса ракеты это труба воздухозаборника.
 
Смотрим сколько жрет АЛ-31Ф на форсаже, при тяге 12,5 тнс (тонно-сил), жрет 1,92 кг·кгс/час. Следовательно секундный расход - 6,7 кг.
При этом тяга двигателя - 12 тнс, не космос. А тяга почти не зависит от конструкции двигателя, она определяется расходом топлива в ед.времени. В ТРД тяга несколько падает из-за потерь в турбине, но не сильно. Пусть в прямоточном тяга на 30% выше при том же расходе топлива. Тогда расход в 15 кг/сек, даст тягу - 15/6,7*12,5*1,3= 35 тнс. Как раз для скорости 8М.


Да, ну, вычислять тягу ПВРД по тяге ТРД на форсаже! Это несовместимые вещи.
 
Да, ну, вычислять тягу ПВРД по тяге ТРД на форсаже! Это несовместимые вещи.
Почитайте про двигатель Lockheed SR-71. SR-71 в свое время всю плешь нашим генералам проел. Так вот режим работы форсажной камеры двигателя этого самолета это предтеча современных прямоточных ВРД.
 
Несовместимые в чем и где? Можно попросить Вас развернуто аргументировать Ваш пассаж? Был бы весьма признателен.

Похоже, я Ньютоны с кгс спутал.

Да, тяга на порядок меньше будет, но все равно дохрена по нынешним меркам ГПВРД.
 
Почитайте про двигатель Lockheed SR-71. SR-71 в свое время всю плешь нашим генералам проел. Так вот режим работы форсажной камеры двигателя этого самолета это предтеча современных прямоточных ВРД.

В СССР сверхзвуковые ПВРД летали уже в конце 1950-х годов. SR-71 (A-12) еще чертить не начинали.
И, как мне кажется, это PW (J58) заимствовал идею у ПВРД, а не наоборот.

1610555136710.png
 
Реклама
Если Вы посмотрите на инфракрасные снимки корпусов ЛА, то заметно, что сильный нагрев испытывают только кромки выступающих частей корпуса, сам корпус выше 300 С не нагревается. И потом диаметр корпуса КР весьма мал, мала площадь теплообмена. А нагреть надо за 1 секунду. Потом по тонким трубочкам надо подвести к форсункам, пока топливо идет оно остывает, не забывайте за бортом - -70С. А много теплоизоляции не положишь, стенки тонкие, т.к. почти весь диаметр корпуса ракеты это труба воздухозаборника.

По стенкам камеры сгорания уже работающего двигателя тепла - девать некуда.
 
По стенкам камеры сгорания уже работающего двигателя тепла - девать некуда.
Тут пожалуй соглашусь, но с оговорками. Это когда двигатель работает тепла завались, как быть с холодным? И потом съем тепла в камере сгорания снижает тягу двигателя, но тут надо прикидывать на "коленке"..
 
Простить.
Потом разогреется.
Сделал прикидку по max.расходу керосина. Принял: Dкамеры сгр.=0,7м, L (длина КС)=1м, высота полета КР=20 км, скорость=2 км/сек. Для упрощения прикидок вместо керосина взял циклодекан. Получил max.расход циклодекана =5,4 кг/сек. Что явно недостаточно, чтобы разогнать КР до 2 км/сек. Нужно какое то изощренное топливо.
 
Сделал прикидку по max.расходу керосина. Принял: Dкамеры сгр.=0,7м, L (длина КС)=1м, высота полета КР=20 км, скорость=2 км/сек. Для упрощения прикидок вместо керосина взял циклодекан. Получил max.расход циклодекана =5,4 кг/сек. Что явно недостаточно, чтобы разогнать КР до 2 км/сек. Нужно какое то изощренное топливо.

Это очень интересно! А как считали? По формуле, напоминающей формулу Циолковского, или с учетом аэродинамического сопротивления?

Но по моим грубым прикидкам, где-то так и будет, тяга будет равна сопротивлению на М=7.
 
Это очень интересно! А как считали? По формуле, напоминающей формулу Циолковского, или с учетом аэродинамического сопротивления?
Но по моим грубым прикидкам, где-то так и будет, тяга будет равна сопротивлению на М=7.
Расчет очень прост. Плотность воздуха на 20 км - 90 гр/м3. Молярная масса воздуха -29 гр. Значит в 1 м3 воздуха - 3 моля по массе. В одном моле воздуха - 7,7 гр кислорода (О2), в 1 м3 воздуха на высоте 20 км - 7,7х3=23 гр. кислорода. При скорости КР 2 км/сек через камеру сгорания проходит 800 м3/сек воздуха.
Значит за 1 сек пройдет - 800х23 =18400 гр. чистого кислорода. По реакции горения циклодекана - на каждые 480 гр. кислорода приходиться 140 гр. циклодекана, отсюда - 18400/480х140=5370 гр. циклодекана, или 5,4 кг/сек. Это в идеальных условиях. При сгорании 5,4 кг/сек можно ожидать тяги на уровне 10 тнс. Смотрим на самолет - при 10 тнс тяги, скорость 900 км/час на высоте 5 км. Т.е. на высоте 20 км при снижении плотности в 8 раз, скорость может вырасти не более чем в 3 раза (в формуле сопротивления она в квадрате), т.е. до 750 м/сек. (900км/час=250м/сек). Правда самолет менее обтекаем, чем КР. Но даже 4 кратный рост скорости на 20 км при тяге 10 тнс, дает лишь - 1км/сек. А мы приняли скорость КР - 2 км/сек. Налицо противоречие. Нескладушки. Чтобы сжигать больше топлива, нужно больше кислорода. А его при принятых параметрах хватает лишь на 5,4 кг/сек циклодекана.
 
"[Дозвуковой] самолёт обтекаемее, чем [гиперзвуковая] ракета " - это, на мой взгляд, чрезмерный оптимизьм.

При переходе через скорость звука аэродинамическое качество неизбежно падает. И даже разные хитроумные waverider не достигают K = 13-15, привычного для массовых дозвуковых самолётов.

С другой стороны, надо же и массу объектов учитывать. КР не весит столько, сколько самолёт с 10-тонным движком.

Поясните, пожалуйста, а как вы из 5,4 кг/с получили тягу (10 тН).
Спасибо.
 
Как сообщали «Ведомости», по полученным из Объединённой авиастроительной корпорации сведениям, является авиационным вариантом комплекса «Искандер»[6].
А не подскажите, почему при отсылке к "ведомостям" по ссылке Википедии открывается https://www.bbc.com ?
В самой же статье ББС вся содержательная часть сводится к фразе:
Как рассказал Русской службе Би-би-си военный эксперт, главный редактор журнала "Арсенал Отечества" Виктор Мураховский, судя по внешнему виду изделия на новой видеозаписи минобороны, речь действительно идет о глубокой модернизации одноступенчатой твердотопливной ракеты 9М723 комплекса "Искандер"

Ну что же, глубокий анализ. :ROFLMAO:
 
Реклама
Общался с человеком за рюмкой чая, зашел разговор о гиперзвуковых ракетах. А он до выхода на пенсию работал в отраслевом НИИ и немного эту тему знает. Так вот он сказал что организовать «быстрое» сгорание топлива в потоке окислителя — несложно, на уровне теории. Надо всего лишь предварительно нагреть компоненты (топливо и окислитель) до температуры активации реакции окисления. Возьмем для примера — керосин. Для керосина это 250 С, воздух при этом 20 С, керосин на выходе из форсунки сгорает практически мгновенно, (на высоте воздух холодный, нагревать керосин надо до 400С). Но техническая реализация этого принципа наталкивается на большие сложности. Секундный расход топлива не менее 15 кг, как за секунду нагреть 15 кг до 250 С — 400 С ? Ладно, на горячем движке это в принципе решаемо, хотя и сложно технически (ведь вы еще и ограничены габаритами корпуса, высокотемпературный теплообменник должен быть компактным, значит ограничена поверхность теплообмена). А как запускать холодный двигатель?, нагревать топливо нечем. Также он сказал, что керосин не годиться по причине низкой удельной теплотворной способности.
Нам тут все уши прожужжали что гиперзвуковая ракета перегревается в полёте так что "только уши доедут".
А вы про какой то нагрев до 400....
 
Назад