NASA X-43 Scramjet
X-43 Scramjet
| ||
 X-43 zawieszony pod skrzydłem samolotu nośnego: NB-52B Balls 8 . | ||
| Budowniczy | NASA | |
|---|---|---|
| Rola | Eksperymentalny samolot | |
| Status | Program zakończony | |
| Załoga | ||
| Bez pilota | ||
| Motoryzacja | ||
| Rodzaj | Statoreactor | |
| Wymiary | ||
 | ||
| Zakres | 1,5 m | |
| Długość | 3,65 m | |
| Wysokość | 0,6 m | |
| Szerokie rzesze | ||
| Pusty | 1200 kg | |
| Występ | ||
| Maksymalna prędkość | 10240 km / h ( Mach 9,6 ) | |
| Sufit | 29 000 m | |
| Zakres działania | 15 000 km | |
X 43A naddźwiękowe bicie The16 listopada 2004, światowy rekord prędkości dla samolotu napędzanego atmosferycznym silnikiem strumieniowym (pobierającym tlen z atmosfery ), osiągając na krótko 10 240 km / h ( 9,6 Macha ), prawie pięciokrotnie większą niż Concorde . Miał już poprzedni rekord, ustawiony na27 marca 2004z prędkością 7700 km / h ( 6,3 Macha ), prawie czterokrotnie większą niż Concorde. Poprzedni skrzydlaty statek z tym rekordem to rosyjski Kholod, który osiągnął 6,41 macha przez 77 sekund12 lutego 1998.
Rekord prędkości aksysymetrycznego superstatoreaktora bez skrzydeł został ustanowiony od tamtej pory30 października 2001przez zespół z University of Queensland w Australii . Wystrzelił Hyshot , silnik odrzutowy zamontowany na potężnej dwustopniowej rakiecie sondującej Terrier-Orion. Osiągnięta prędkość była większa niż 7,6 Macha przez około 5 sekund.
Projekt
X-43A to mały bezzałogowy samolot o płaskim profilu i zwężających się liniach konstrukcji Waveridera : 3,65 m długości, 1,5 m rozpiętości skrzydeł, 0,60 m wysokości i wadze 1,2 tony.
Zasada napędu z „ naddźwiękowe ” pochodzi z początku XX -go wieku , został zaprojektowany w 1913 roku przez francuskiego inżyniera René Lorin . Od lat czterdziestych inżynierowie próbowali zastosować tę technikę do pocisków powietrze-ziemia średniego zasięgu.
Według Joela Sitza, jednego z liderów projektu NASA , technologia „Scramjet to święty Graal aeronautyki”. W konwencjonalnym reaktorze napływające powietrze jest sprężane przez sprężarkę, mieszane z paliwem w komorze spalania, następnie rozprężane w turbinie napędzającej sprężarkę i wyrzucane z reaktora z prędkością większą niż prędkość jego wlotu. Jednak wraz ze wzrostem prędkości jazdy do przodu w stosunku do otaczającego powietrza, spowolnienie powietrza, które dostaje się do silnika, powoduje sprężanie i coraz ważniejsze ogrzewanie jeszcze przed wejściem do sprężarki. Ze względu na wytrzymałość mechaniczną i termiczną, temperatura w częściach wirujących, w szczególności na wlocie do turbiny, jest ograniczona. Aby zachować te części, im wyższa prędkość samolotu, tym mniejszy wkład energii do komory spalania może być ważny, ponieważ powietrze zostanie już podgrzane przez jego spowolnienie we wlocie powietrza (i przez sprężarkę). Dlatego ciąg konwencjonalnego silnika turboodrzutowego zmniejsza się przy dużych prędkościach.
Strumień strumieniowy działa na tej samej zasadzie, ale wykorzystuje spowolnienie przepływu we wlocie powietrza do sprężania powietrza: to jego kształt zastępuje kompresor. Eliminuje to turbinę, ponieważ nie ma już sprężarki do napędzania. Wreszcie ograniczenie prędkości wynika z oporu cieplnego części tworzących silnik.
Główny problem polega na tym, że silnik odrzutowy musi osiągnąć określoną prędkość, aby sam się zasilić, używając samolotu nośnego , na przykład bombowca B-52 , lub używając turboodrzutu, jak w przypadku Leduc 022 lub Nord 1500. Griffon II . Ale problem nie kończy się na tym: jak zauważyli francuscy przemysłowcy w latach pięćdziesiątych, silnik strumieniowy nie działa z maksymalną wydajnością przy „niskiej” prędkości: przy 1 Macha słynny Leduc pozostawił w dyszy gazowej niewykorzystane paliwo. Nawet ponad Mach 2 The Nord 1500 Sęp II miał taki sam wadę. Ze stopów ówczesnych, które nie pozwalały na obsługę wyższych prędkości, projekt ramjet został porzucony.
Wraz z rozwojem nowych stopów i materiałów ceramicznych byliśmy w stanie w ostatnich latach wznowić projekty prędkości hipersonicznej (> 5 Macha), w których wydajność silnika strumieniowego lub superstatoreaktora jest maksymalna. W teorii, jeśli spalanie odbywa się szybko wystarczający do ukończenia przed wyjściem z dyszy, a tym samym zapewnienia maksymalnego ciągu.
NASA, chcąc zbadać operację z pełną prędkością i bez utraty silnika odrzutowego, zdecydowała się zaadaptować swoje urządzenie testowe na rakiecie Pegasus . Ta maszyna była w stanie osiągnąć w dużej mierze prędkość hipersoniczną około Mach 6 . Ta prędkość początkowa była więc w stanie ujawnić pełny potencjał X-43 i jego ulepszonego silnika statycznego.
Planowanie rekordu Mach 10
Samolot X-43A jest przymocowany do dziobu rakiety Pegasus, zdolnej do napędzania go z prędkością większą niż 6 mah. Rakieta ta sama jest przymocowana pod prawym skrzydłem gigantycznego bombowca B-52 z oktoreaktorem , Balls 8 , zmodyfikowany dla eksperyment.
- Początkowo bombowiec wznosi się na nieco mniej niż 13 000 metrów i wypuszcza rakietę Pegasus .
- Rakieta o długości 15 m wprawia X-43A przez 90 sekund na wysokość 29 000 metrów, nadając mu prędkość większą niż 7 Machów, po czym go uwalnia.
- Odrzutowiec samolotu X-43A, znajdujący się wówczas w locie swobodnym, zapala się i działa przez 12 sekund, powodując, że w tym czasie leci samodzielnie z prędkością 10 Macha .
- Następnie samolot wykonuje serię manewrów aerodynamicznych w kontrolowanym locie przez około sześć minut przed zanurzeniem się w Oceanie Spokojnym .
Historia
Wyścig o hipersoniczny rekord prędkości rozpoczął się w latach pięćdziesiątych XX wieku . Plik3 października 1967, pilot Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych osiągnął rekordową prędkość 6,7 Macha , czyli 7300 km / h , na pokładzie samolotu o nazwie X-15 . Maszyna była wówczas samolotem rakietowym zdolnym do osiągnięcia wysokości 100 km .
Program samolotów odrzutowych jest częścią ambitnego projektu zapoczątkowanego w 1986 roku przez prezydenta Ronalda Reagana . W tym czasie inżynierowie spodziewali się lotów Paryż-Nowy Jork za czterdzieści minut przed 2000 rokiem. Program samolotu odrzutowego X-43A został naznaczony niepowodzeniem pierwszego testu w czerwcu 2001 roku . Teraz cieszy się Budżetem 230 milionów dolarów na siedem lat.
Aplikacje
Według Vincenta Rausch, szef projektu naddźwiękowy samolot NASA: „To może być początek rewolucji w lotnictwie . ” Pomimo entuzjazmu inżynierów NASA wydaje się, że możliwe punkty sprzedaży odrzutowca w 2017 r. Mają charakter militarny i kosmiczny: szybsze pociski manewrujące i mniej ciężkie, a tym samym bardziej dochodowe wyrzutnie satelitarne.
Zastosowanie tlenu z górnych warstw atmosfery jako utleniacza zapobiegnie transportowi rakietami zbyt dużych i zbyt ciężkich zbiorników. Tylko małe zbiorniki będą potrzebne, aby zapewnić dopływ tlenu niezbędny do napędu przekraczającego prędkość Mach6. Poza tym strumień strumieniowy przejmie kontrolę przy użyciu zewnętrznego tlenu.