Авиация и космонавтика 2003 10

В общей сложности в течение года было выполнено около 60 запусков двигателя GDE-1 с максимальной продолжительностью работы до 20 с. Примерно в 50 из них скорость набегающего потока доводилась до значения М=4,5, в остальных имитировался полет со скоростью М=6,5.

На анализ полученных результатов, в целом признанных положительными, и на подготовку к заключительному этапу программы HyTech отводится примерно год. Летом 2004 г. должны начаться испытания двигателя GDE-2.

Важной особенностью данной модели, практически полностью соответствующей летному изделию, станет изменяемая геометрия воздухозаборника. Кроме того, СПВРД будет оснащаться штатной системой подачи топлива через «рубашку» охлаждения, а также автоматизированной системой управления работой установки Fadec (Full Authority Digital Engine Control),используемой в двигателе F119.

Квалификационные испытания модели GDE-2 будут проводиться уже в Центре Лэнгли – в высокотемпературной аэродинамической трубе НТТ, позволяющей поддерживать устойчивый высокоскоростной напор в течение 30 с.

Основываясь на достаточно успешном выполнении экспериментов с двигателем GDE-1, представители Лаборатории AFRL и фирмы Pratt and Whitney выступили с предложением о создании летного образца данного СПВРД и проведении его испытаний в составе экспериментальной ракеты. В качестве обоснования ими приводится то обстоятельство, что модель GDE-2 с изменяемой геометрией воздушного канала предназначается в основном для маневренных аппаратов и разгонных ступеней будущих многоразовых транспортных космических систем (МТКС), относящихся к области интересов NASA. Отработанная же модель GDE-1 наиболее эффективна в боевых ударных системах.

Конкурсные предложения по программе ARRMD: ракета с двухрежимным ПВРД (слева) и ракета с СПВРД HyTech

Предлагаемая экспериментальная ракета, обозначенная EFSEFD (Endothermically Fueled, Scramjet Engine Flight Demonstrator – «Летный демонстратор с СПВРД на подогретом горючем»), может быть подготовлена к испытаниям к концу 2006 г. Для разгоно до скорости включения маршевого двигателя (М=4,5) после сброса с самолета-носителя ракета длиной 4,2 м должна комплектоваться твердотопливным разгонным блоком. При этом общая масса сборки составит 1,8 т, а длина 7,9 м.

На участке разгона воздухозаборник ракеты будет закрыт специальными створками. После отделения РДТТ они раскроются для запуска СПВРД, который за несколько минут работы обеспечит приращение скорости в 2- 2,5 единицы (в числах Маха).

Проект EFSEFD находится еще на стадии технического предложения и просчитывается участниками программы HyTech пока в инициативном порядке.

Благодаря успешному ходу работ по программе HyTech к создаваемой силовой установке проявили интерес сначала компания Boeing, а позднее NASA. Первая организация привлекла фирму Pratt and Whitney к разработке гиперзвуковой ракеты ARRMD, a NASA планирует использовать аналогичный СПВРД на экспериментальном аппарате Х-43С.

Силовую установку последнего изделия, масса которого составит 2,26 т, и длиной 5 м, планируется комплектовать тремя СПВРД с общей тягой, примерно вдвое большей, чем у водородного СПВРД аппарата Х-43А. Бортовой запас топлива (272 кг), который рассчитывается на активный участок полета продолжительностью около 5 мин, должен размещаться в баках, проложенных по бокам расширенного корпуса. На днище будет производиться монтаж маршевых двигателей общей шириной 68,6 см. Учитывая сложность проекта, NASA готовит собственную программу аэродинамических испытаний уменьшенной в масштабе 2/3 модели силовой установки аппарата Х-43С. Изделие, названное MFPD (Multimodule Flowpath Propulsion Demonstrator – «Демонстратор установки с несколькими воздушными каналами»), выполнено большей частью из меди и не имеет системы охлаждения.

Среди основных задач испытаний, которые будут проводиться в аэродинамической трубе НТТ, называются оценка работоспособности воздухозаборников при различных углах атаки и бокового скольжения на скоростях М=5-7, изучение взаимодействия силовой установки и корпуса аппарата, хвостовой части и пламени двигателей, а также прочих вопросов. Эксперименты начнутся осенью 2003 г. и продлятся более года.

Затем (в 2005 г.) NASA планирует осуществить квалификационные испытания штатной силовой установки с элементами конструкции аппарата X- 43С. При их успешном завершении в 2006-2008 гг. может состояться демонстрационный полет первого изделия (всего предполагается изготовить два или три летных образца).

Испытания аппарата Х-43С, как и базовой модели (Х-43А), будут осуществляться с использованием ракеты «Пегас». После отделения от разгонной ступени двигательная установка должна обеспечить увеличение скорости изделия с М=5 до М=7 [3,4].

В рамках проекта ARRMD (Advanced/Affordable Rapid Response Missile Demonstrator), курируемого Управлением DARPA, компания Boeing ведет разработку высокоскоростной крылатой ракеты для оперативного нанесения ударов по точечным и мобильным целям. Первоначально ею были подготовлены предложения по двум ударным системам с разными силовыми установками – с СПВРД фирмы Pratt and Whitney и с двухрежимным прямоточным двигателем, который разрабатывается фирмой Aerojet по заказу Исследовательского управления ВМС ONR (Office of Naval Research). В 1999 г. Управление DARPA, несмотря на более высокий технический риск, выбрало для дальнейшей проработки первый проект.

Зарубежные публикации сообщают о следующих требованиях к ракете ARRMD:

– скорость полета М=6,

– дальность действия 1200 км,

– скорость подхода к цели не менее 1,2 км/с,

– точность поражения цели 10 м,

– стартовая масса (с разгонным блоком) 0,9-1,1 т,

– масса боевой части 113 кг.

Ракету ARRMD намечается применять кок с авиационных, так и с наземных или морских средств, в том числе и с подводных лодок. Время осуществления запуска после ввода полетного задания не должно превышать 2 мин, также требуется обеспечить возможность уточнения координат цели уже в полете. Для разгона изделия до скоростей М=4-5 будут применяться два твердотопливных двигателя Автономный полет ракеты с наведением по сигналам с навигационных спутников «Новстар» должен осуществляться по волнообразной траектории на высоте около 30 км.

Первые летные испытания экспериментального образца ракеты ARRMD могут состояться в 2004-2005 гг. В качестве ориентировочной даты принятия на вооружение новой ударной системы называется 2010 г.

Проект штатного изделия еще будет уточняться, но Управление DARPA уже определило его экономические показатели: стоимость изготовления одной ракеты ARRMD при объеме заказа 3000 штук не должна превышать 200 тыс. долл.

ПРОГРАММА HYFLY

Как уже отмечалось, военно-морс- кое ведомство также ведет НИОКР по гиперзвуковым ракетам (при этом для консультаций и проведения независимых экспертиз к реализации проектов активно привлекаются специалисты сторонних организаций, в первую очередь из ВВС). В середине 1990-х годов после ряда концептуальных исследований типа High Speed Strike System (HiSSS) ВМС сформулировали общие требования к перспективным ударным системам: дальность действия 1100 км, скорость полета М=3,5-7, проникающая способность 5,4-11 м бетона, принятие на вооружение 2006-10 гг.

На основе выполненных исследований были инициированы несколько проектов создания новых силовых установок для перспективных ударных систем.

Наибольших успехов специалисты ВМС добились в рамках проекта Hypersonic Weapon Technology Program (HWTP), предусматривающего разработку двухрежимного ПВРД. После начало в 2002 г. стендовых испытаний опытных моделей двигателя программа стала называться Ну Fly (Hypersonic Flight – «Сверхзвуковой полет»), Кроме того, к работам, возглавляемым Управлением ONR, присоединилось Управление DARPA, когда-то отклонившее предложение по использованию двухрежимного двигателя на ракете ARRMD.

Запуск ракеты Ну Fly с корабля

Опытная модель ракеты HyFly но испытательном стенде

По своим техническим характеристикам двухрежимные ПВРД занимают промежуточное положение между обычным прямоточным двигателем и СПВРД. Данные силовые установки, по упрощенному определению зарубежных специалистов, функционируют по схеме с дожиганием «газогенераторного газа». Они имеют два воздушных канала: в одном происходит сжатие и торможение потока перед дозвуковой камерой сгорания, после которой струя пламени с избытком горючего попадает в зону сверхзвукового горения во втором канале. Оснащенные такими двигателями летательные аппараты способны развивать скорость до М=6,5.