Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Программа NASP и ее развитие (Часть 2)

В ходе реализации программы NASP подрядчикам удалось добиться определенных успехов при разработке новых СПВРД, конструкционных материалов и т.п. (из-за секретности проекта подробные сведения в печати не публиковались). Однако серьезные технические проблемы выявили невозможность со* здания подобных аппарат
Наиболее сложной задачей проекта было признано обеспечение эффективной теплозащиты аппарата Х-30. Высокие тепловые нагрузки предопределялись выбранной схемой выведения, рассчитанной на максимальное использование BP Д. Таким образом, большая часть гиперзвукового полета проходила в плотных слоях атмосферы, что приводило к чрезмерному нагреву конструкции.

Вопрос теплозащиты проектировавшегося изделия стал одним из парадоксов программы Х-30. По сообщениям прессы, серия экспериментов по отработке системы активного охлаждения фюзеляжа и двигателей жидким водородом прошла успешно. Тем не менее позднее было предложено использовать на ВКС матричные композиты из титанового сплава, усиленного нитями карбида кремния.

В то же время выбранный вариант многими специалистами априорно признавался нереальным для данной транспортной системы. В частности, проводились аналогии с самолетом SR-71, на охлаждение титановой обшивки которого после полета со скоростью М = 3 требуется около полутора часов. Тогда как продолжительность цикла наземных операций с аппаратом Х-30, совершающего более скоростные полеты, определялась всего получасом. (Приведенные доводы были высказаны одним из конструкторов фирмы «Lockheed», разработавшей самолет SR-71.)

Другим вопросом-загадкой аппарата Х-30 считается горизонтальный старт изделия. Подобная схема взлета, значительно упрощающая операции по предпусковой подготовке, характеризуется повышенными нагрузками на многие элементы конструкции, в первую очередь на шасси, и требует значительного их усиления. Для одноступенчатой МТКС, предназначенной для выхода на околоземную орбиту, масса конструкции является важнейшим проектным параметром.

Поэтому выбор горизонтального старта предполагает радикальное снижение «сухой» массы изделия за счет применения новейших конструкционных материалов. Однако, как показал неудачный опыт некоторых более поздних проектов, например разработки гиперзвукового аппарата Х-33, старт которого, кстати, должен был производиться из вертикального положения, американские компании и в конце 1990-х годов оказались не в состоянии освоить соответствующие технологии (подробное описание этого проекта представлено ниже).

Так чем же можно объяснить подобные противоречия: грубыми просчетами в оценке технологических возможностей промышленных фирм или несоответствием объявленных задач проектировавшегося ВКС его реальному предназначению?

Несмотря на закрытие программы NASP, административно-организационные структуры проекта с налаженной кооперацией были сохранены, и подрядчики продолжили стендовую отработку новой элементной базы. В 1993 г. были опубликованы предварительные планы по проведению в 1997—2000 гг. летных испытаний наиболее важных технологий. Для этих целей предлагалось подготовить несколько экспериментальных аппаратов серии Hyflte («Hypersonic Flight Test Experiment»).

Две модели Hyflte-1 намечалось использовать для изучения аэродинамических условий гиперзвукового полета при скоростях М=12—15. Эти аппараты должны были иметь клиновидную форму с охлаждаемой передней кромкой. Верхняя часть изделия, выполненная в виде поверхности изоэнтропи-ческого сжатия, оснащается многочисленными датчиками для регистрации параметров пограничного слоя, нижняя часть с несколькими уступами должна имитировать, воздухозаборник двигательной установки.

Три аппарата Hyflte-2 предполагалось подготовить для натурных испытаний 30% -ной модели СПВРД, проектировавшей гося по программе NASP; при запусках опытные образцы двигателя должны работать на газообразном водороде. Так как эти эксперименты требовали менее сложной подготовительной работы, то их было решено проводить первыми.

В качестве средства разгона аппаратов Hyflte-2 и Hyflte-1, имевших практически одинаковую форму и примерно равные массовые характеристики, планировалось использовать переоборудованные МБР «Минитмен:2». Поскольку в ходе запусков отделение моделей от ракеты не предусматривалось, то функции управления и стабилизации изделий должны были осуществляться бортовыми системами второй ступени МБР.

Аппараты Hyflte-З предназначались для осуществления автономного гиперзвукового «полета с СПВРД, работающим на жидком водороде. По внешнему виду эта модель должна быть схожа с самолетом Х-30, по длине сопоставима с истребителем F-16 (14,5 м). Летные испытания трех таких аппаратов позволили бы получить опытные данные по ключевым проблемам, возникшим при реализации программы NASP: аэродинамика гиперзвуковых аппаратов (в частности, определение точки перехода пограничного слоя), двигательная установка, теплозащитные покрытия, а также возможности управления и стабилизации изделия.

Запуски моделей Hyflte-З, оснащенных тремя СПВРД, намечалось осуществлять ракетами «Титан-2» с базы Ванденберг. После достижения высоты 60 км и разгона на нисходящем участке траектории до скоростей М= 12—15 на высоте около 33 км аппарат должен отделиться от ракеты и начать самостоятельный полет. Продолжительность работы силовой установки определялась 30 с. Предполагалось, что за это время скорость возрастет на 1,5 единицы (в числах Маха). После планирующего спуска изделие приводнится в Тихом океане.

Работы по созданию требуемых СПВРД продолжались группой фирм, возглавляемой компанией «Pratt and Whitney». В 1994 г. было проведено свыше 20 стендовых запусков масштабной (30%-ной) модели штатного двигателя. Опытный образец с обозначением CDE (Concept Demonstration Engine) стал самым крупным СПВРД, изготовленным и испытанным в рамках программы Х-30: его длина составляла 4,8 м, а масса — 2,25 т. Успешно выполненные запуски продолжительностью до 30 с подтвердили работоспособность созданного изделия.

Основное внимание разработчиков уделялось условиям и параметрам работы СПВРД на скоростях М = 6,2 и М - 6,8, определяющих границы перехода от дозвукового горения к стабильному сверхзвуковому режиму. Максимальные тепловые нагрузки, которым подвергся опытный образец, составили около 1700 °С.

Испытания двигателя CDE проводились на технической базе Центра Лэнгли в высокотемпературной аэродинамической трубе НТТ (High Temperature Tunnel) с рабочей частью диаметром 2,4 м и длиной 3,6 м. На этой установке горячий поток с заданными параметрами по температуре и давлению подается из камеры сгорания, работающей на метане и воздухе. Для имитации условий разреженной атмосферы в пламя в соответствующей пропорции вдувается чистый кислород.

В рабочей части трубы НТТ двигатель CDE устанавливался на специальном балансировочном устройстве, предназначенном для измерения тяги. Вся оборка СПВРД с этим устройством общей массой около 18 т монтировалась на подъемном механизме массой 4,5 т, обеспечивающим выдвижение испытываемого изделия в установившийся поток пламени. Продолжительность выхода установки на штатный режим работы после включения составляет около 50 с, сами же эксперименты при расчетной скорости потока М=7 могут длиться 35— 40 с. Запуск СПВРД проводился путем впрыскивания в проточную часть изделия силана (silane — кремневодорода), самовоспламеняющегося при смешении с горючим. Сверхзвуковое горение устанавливалось в течение 2 с.

Для подготовки комплекса НТТ к испытаниям двигателя CDE было израсходовано 2,7 млн долл. В основном эти средства пошли на монтаж оборудования подачи кислорода и газообразного водорода, использовавшегося в качестве горючего СПВРД.

Для проведения испытаний экспериментального образца двигателя в условиях реального полета на скоростях до М=15 в 1994 г. была учреждена программа HySTP (Hypersonic System Technology Programme). В течение последующих пяти лет на этот проект, который возглавили ВВС и NASA, предполагалось израсходовать около 500 млн долл.Трансформация программы NASP с постепенным снижением уровня разработок с воздушно-космического самолета Х-30 до отработки отдельных гиперзвуковых технологий окончательно завершилась с закрытием проекта HySTP в 1995 г.

<<<Назад Страница 50 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz