Авиация и космонавтика 2003 10 - [18]
В то же время изучаются возможности качественного улучшения скоростных показателей силовых установок, созданных на базе газотурбинных двигателей (ГРД). Весьма привлекательным вариантом считается двигатель Steam Jet, спроектированный при участии российских специалистов фирмой MSE Technology Applications.
Данная установка представляет собой обычный турбореактивный двигатель (ТРД) с инжектором, обеспечивающим впрыск воды, жидкого воздуха или кислорода в воздушный канал воздухозаборника. Подача газифицированного в теплообменнике компонента позволяет повысить эффективность работы компрессора, а также снизить температуру торможения; поэтому такая система охлаждения получила общее название MIPCC (Mass Injection Pre-Compressor Cooling).
Компьютерное моделирование работы двигателя SteamJet, выполненное в Исследовательской лаборатории ВВС AFRL (Air Force Research Laboratory), показало стабильность характеристик изделия от момента взлета до скоростей М=6, при этом расход топлива оказался несколько меньшим, чем у комбинированной турбо-прямоточной силовой установки, о тяговооруженность – на уровне ПВРД.
По мнению разработчиков, диапазон применения такого двигателя весьма широк: от крылатых ракет и гиперзвуковых экспериментальных аппаратов до самолетов-разгонщиков ракетно-космических систем.
Ток, например, двигательной установкой типа SteamJet предлагается комплектовать первую ступень частично многоразовой транспортной системы Rascal (Responsive Access Small Cargo Affordable Launch), которая предназначается для оперативного запуска военных спутников массой 75-100 кг Новое средство выведения представляется специалистами Управления перспективных разработок Министерства обороны DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) как сборка многоразовой первой ступени самолетного типа и двух одноразовых ракетных блоков.
После изучения конкурсных предложений промышленных компаний контракт на техническое проектирование системы был заключен весной 2003 г. с фирмой Space Launch. Продолжительность работ этого этапа программы, общая стоимость которой оценивается в 88 млн долл., составит 18 месяцев, и завершатся во второй половине 2004 г. Управление должно принять окончательное решение о создании летного образца системы и проведении в 2006 г. двух испытательных пусков.
Разрабатываемый компанией Space Launch самолет-разгонщик, получивший обозначение MPV (MIPCC-Powered Vehicle – «Аппарат с охлаждаемыми двигателями»), представляет собой высокоплан с треугольным крылом и двухкилевым хвостовым оперением. Планер проектируется фирмой Scaled Composites, в его конструкции будут преобладать композиционные материалы с абляционной теплозащитой, а отдельные термонагруженные элементы намечается изготавливать из титано и стали.
Схема двигателя SteamJet (позиции слева направо) 1 – инжектор, 2 – теплообменник, 3 – ТРД
Экспериментальный СПВРД созданный по программе Х-30
Экспериментальный комплекс Центра Лэнгли с высокотемпературной аэродинамической трубой НТТ ПОДПИСИ С ЛЕВОГО НИЖНЕГО УГЛА 1 – хранилище жидкого кислорода, 2 – баки с метаном, 3 – рабочий резервуар жидкого кислорода, 4 – корпус с экспериментальной установкой, 5 – корпус емкостей с воздухом, 6 – труба выравнивания давления, 7 – диффузор, 8 – транспортировочные баки с водородом
При длине 27,1 м и размахе крыла 27,4 м взлетная масса ступени составит 36,3 т. Силовая установка самолета комплектуется четырьмя усовершенствованными турбовентиляторными двигателями серии F100 фирмы Pratt and Whitney. Эти ТРДДФ со встроенной системой MIPCC обеспечат тяговооруженность системы, близкую к значению 2:1.
Самолет MPV рассчитывается на взлет с обычной аэродромной полосы. Достигнув высоты 9 км, аппарат в форсажном режиме совершит «горку» с разгоном до скорости М=4 на высоте 36 км, после чего силовая установка будет отключена, и самолет продолжит подъем в свободном полете. Отделение ракетного блока массой 7,3 т должно производиться при приближении к апогею траектории на высоте 58-60 км. После входа в атмосферу самолет с включенными двигателями вернется в месту старта.
Энергетические характеристики системы RASCAL позволят доставлять на солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км спутники массой 115 кг, о на такую же по высоте орбиту с наклонением 28,5° грузы массой 180 кг. При этом изучаются возможности использования системы для выведения грузов на баллистические траектории.
Среди других показателей проектируемой системы в печати отмечаются следующие: стоимость запуска не должна превышать 750 тыс. долл., период послеполетного обслуживания определен в 24 часа, а оперативность проведения старта в 1 час.
Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД), относящиеся к классу бескомпрессорных ВРД, достаточно широко используются с 50-х годов в составе боевых ракет различных типов. Данные силовые установки отличаются простотой конструкции и незначительной стоимостью изготовления, но эффективно работать они могут в скоростном диапазоне от М=2,5-3 (то есть – необходимы дополнительные средства для разгона летательного аппарата) до М-5-6.
