Испытания пятикамерного двигателя pde

Но наиболее приоритетной задачей проекта является создание противокорабельной ракеты с крейсерской скоростью полета М = 2,5—4 на высоте 12,2 км и дальностью действия 1300—1500 км. Согласно техническому заданию летные испытания опытной модели изделия с экспериментальным двигателем PDE должны состояться в 2006 г., чтобы спустя четыре года принять систему на вооружение. Учитывая сложность программы, специалисты ВМС привлекли к ее реализации практически все организации, занимающиеся детонационными двигателями. Кроме компании «Pratt and Whitney» в работах принимают участие компании «United Technologies» и «Boeing Phantom Works». Разработка маршевых двигателей для боевых ударных систем является одним из важнейших направлений деятельности компании «Pratt and Whitney». Наибольшая значимость придается программе HyTech (Hypersonic Technology Program), предусматривающей создание СПВРД, работающего на углеводородном горючем. Целью данного проекта, финансируемого из бюджета ВВС, является создание типовой двигательной установки, которая могла бы применяться всоставе различных крылатых ракет. Для расчетов СПВРД были определены общие контрольные параметры ударной системы: крейсерская скорость полета — М = 7—8, дальность действия — 1350 км, вес боевой части — «несколько сотен фунтов» (1 фунт равен 0,453 кг). Для разгона ракеты до скорости М = 4, когда можно производить включение двигателя, должны использоваться стартовые ускорители. Работы по программе HyTech ведутся с 1995 г.; предварительные изыскания по проекту имели название «Hydrocarbon Scramjet Engine Technology» (HySET). К 2003 г. затраты на реализацию программы составили около 85 млн долл. Согласно условиям заключенного с Лабораторией AFRL контракта компания «Pratt and Whitney» должна разработать и провести ориентировочно в 2005 г. серию стендовых запусков квалификационного образца СПВРД. Исходным техническим заданием летные испытания изделия не предусматривались. Однако компания настолько уверена в дальнейшем развитии проекта, что значительный объем опытных работ по новой силовой установке финансирует из собственных фондов.

Расчетный вариант гиперзвуковой ракеты с спврд, создаваемым по программе HyTech

Созданию экспериментальных моделей двигателя HyTech предшествовала большая работа по подготовке необходимой элементной базы. В 1997—1999 гг. компанией «Pratt and Whitney» было проведено около 700 стендовых испытаний камеры сгорания СПВРД, в ходе которых варьировались режимы подачи горючего; примерно такое же количество составило и число продувок воздухозаборников различной конфигурации. Подобные эксперименты выполнялись на собственной технической базе фирмы, в Лаборатории GASL, Центре Тленна и других комплексах как гражданских, так и военных организаций. Кроме того* компания «Pratt and Whitney» на собственные средства изготовила экспериментальный СПВРД, работающий на этилене. Этот двигатель применялся в качестве действующего прототипа для расчета будущих моделей; при его стендовых запусках скорость набегающего потока доводилась до значения М=8. Одновременно фирма «Pratt and Whitney» вела разработку системы охлаждения СПВРД. В 1997 г. начались эксперименты с фрагментом стенки двигателя с теплообменными трубками. Изготовленный из никелевого сплава образец размером 15 х 38 см подвергался тепловым нагрузкам, соответствующим реальным. Общая продолжительность этих испытаний составила 160 с. Позднее были подготовлены и успешно испытаны две панели размером 15x76 см, их суммарная наработка достигла 78 мин. Затем начались эксперименты с полномасштабной стенкой СПВРД длиной 1,9 м. В 2001—2002 гг. были проведены акустические и динамические испытания штатной камеры сгорания длиной 60 см и шириной 22,8 см, отработаны распределительные клапана подачи топлива, секция с инжекторами и прочие компоненты. Первый этап испытаний экспериментального образца СПВРД с задачами подтверждения работоспособности изделия был успешно проведен в начале 2001 г. Модель, получившая обозначение PTE (Performance Test Engine), представляет собой СПВРД с неизменяемой геометрией проточной части. Основными его элементами являются поверхность сжатия перед воздухозаборником, изолятор для стабилизации скачков уплотнения (an isolator to control shocks), камера сгорания и сопло. Общая длина двигателя РТЕ составляет 3,07 м, без передней и сопловой частей, которые будут элементами летательного аппарата, — 1,9 м. По длине модель соответствует штатному изделию, поперечный же размер был уменьшен с расчетных 22,8 см до 15,2 см. Система охлаждения в двигателе РТЕ не предусматривалась, поэтому большая часть его конструкции изготовлялась из теплоемкой меди. При этом масса изделия составила 900 кг. Для создаваемой силовой установки выбрано углеводородное горючее JP-7. Это топливо, специально разработанное для высокоскоростного самолета SR-71, отличается стабильными характеристиками, нетоксичностью и рядом других преимуществ, важными при использовании на боевых аппаратах. Однако в чистом виде оно не применимо в СПВРД, так как его достаточно крупные молекулы не обеспечивают нужную скорость горение. Поэтому перед подачей в камеру сгорания топливо подвергается «крекингу» — расщеплению длинных углеводородных цепей на более мелкие, обладающие повышенными теплотворными характеристиками. В штатном СПВРД эта реакция будет протекать в теплообменниках системы охлаждения изделия. Но поскольку таковая в модели РТЕ отсутствовала, то горючее подавалось в камеру сгорания после подогрева в специальном реакторе мощностью 1 МВт. В ходе запусков, проводившихся на стенде Leg-б Лаборатории GASL (вкл. 13), двигатель РТЕ продемонстрировал устойчивые рабочие характеристики при скоростях М=4,5—6,5.

<<<Назад Страница 21 Далее>>>

<<<Назад Страница 22 Далее>>>

Разработка перспективных технологий (Часть 3) С августа 2002 г. до середины 2003 г. ВВС и фирма «Pratt and Whitney» вели отработку усовершенствованного СПВРД модели GDE-1 (Ground Demonstrator Engine). По своим параметрам данная установка существенно приближена к летному изделию: изготовленный из никелевых сплавов двигатель массой около 70 кг оснащен системой охлаждения воздушного канала, ширина которого составляет 22,8 см. Однако и в этой модели была предусмотрена раздельная подача топлива в систему охлаждения и камеру сгорания (через внешний нагреватель). Такая схема необходима для оценки химических свойств прошедшего теплообменники компонента и точного определения теплового баланса установки. В целях снижения риска при первых запусках двигатель работал в переохлажденном состоянии, то есть количество прогоняемого через «рубашку» охлаждения топлива намного превышало потребную величину, необходимую для охлаждения конструкции и поддержания эффективного горения. После каждого эксперимента проводилась дефектоскопия сварных швов СПВРД и общая проверка герметичности воздушного тракта. 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 подготовку к заключительному этапу программы HyTech отводится примерно год. В 2005 г. должны начаться испытания двигателя GDE-2, практически полностью соответствующего летному изделию. Важной особенностью -этой модели станет изменяемая геометрия воздухозаборника. Кроме того, СПВРД будет оснащаться штатной системой подачи топлива через «рубашку» охлаждения, а также автоматизированной системой управления работой Fadec (Full Authority Digital Engine Control), используемой в двигателе F119. Квалификационные испытания модели будут проводиться уже в Центре Лэнгли — в высокотемпературной аэродинамической трубе НТТ (High Temperature Tunnel), 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 опытной ракеты. В качестве обоснования ими было приведено то обстоятельство, что модель GDE-2 с изменяемой геометрией воздушного канала предназначается в основном для маневренных аппаратов и разгонных ступеней будущих МТКС, относящихся к области интересов NASA. Отработанная же модель GDE-1 наиболее эффективна в боевых ударных системах. В конце 2003 г. после изучения предложений с компаниями «Pratt and Whitney» и «Boeing Phantom Works» был заключен годовой контракт стоимостью 7,7 млн долл. на проектирование экспериментальной ракеты с углеводородным СПВРД. При этом было рекомендовано широко использовать задел, освоенный последней фирмой по программе ARRMD (о ней см. ниже). Предлагаемая ракета, официально названная EFSEFD («Endothermically Fueled Scramjet Engine Flight Demonstrator» — «Летный демонстратор с СПВРД на подогретом горючем»), имеет ^ печати также и другие обозначения: SED-WR («Scramjet Engine Demonstrator— WaveRider», что примерно переводится как «Ракета с СПВРД — Бегущая по волнам» из-за сходства по форме с доской для серфинга), или просто «WaveRider» (вкл. 14). Технологически изделие длиной 4,2 м делится на три отсека: носовой, центральный и хвостовой; первые два планируется изготовить из алюминия, последний — из титанового сплава. Вся внешняя поверхность будет покрываться абляционной теплозащитой. В качестве разгонного блока ракеты EFSEFD предполагается использовать твердотопливную тактическую ракету ATACMS. При общей длине 7,2 м (с учетом переходника в 1,2 м) масса сборки составит 1,7 т. Летные испытания намечается проводить над тихоокеанским полигоном Пойнт-Мугу. После взлета с базы Эдвардз самолет В-52Н поднимется на высоту 10,7 км и при скорости М = 0,85 сбросит ракету. Ускоритель должен будет разогнать изделие до скорости М = 4,5 на высоте около 20 км. В дальнейшем предусматривается отделение ракеты и запуск ее двигателя; активный участок полета изделия продлится несколько минут, в течение которых скорость должна будет увеличиться до М=6—7. Учитывая важность испытаний, специалисты изучают возможности спасения ракеты с помощью парашютной системы. По предварительным планам, в 2007—2008 гг. может состояться 5—8 полетов ракеты EFSEFD. Общие затраты на всю программу летных испытаний оцениваются в 140 млн долл. Благодаря успешному ходу работ по программе HyTech к создаваемому СПВРД 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 двигатель на экспериментальном аппарате Х-43С, описание которого приводится в разделе «Программа NASP и ее развитие». В рамках проекта ARRMD (Advanced/Affordable Rapid Response Missile Demonstrator), курируемого Управлением DARPA, компания «Boeing» ведет разработку высокоскоростной боевой системы для оперативного нанесения ударов по точечным и мобильным целям. Первоначально ею были подготовлены предложения по двум ракетам с разными силовыми установками: с СПВРД фирмы «Pratt and Whitney» и с двух-режимным прямоточным двигателем, который разрабатывается фирмой «Aerojet» по заказу Исследовательского управления ВМС ONR в рамках программы «Hypersonic Weapon Technology Program».