На этой неделе состоялся третий испытательный полет американского гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА) X-51 AWaveRider - прототипа перспективной ракеты. Однако через 15 секунд после запуска, еще до начала работы основного двигателя, WaveRider потерял управление и упал в океан.

Предыдущее испытание, состоявшееся в прошлом году, тоже провалилось - ускоритель, разгоняющий аппарат до необходимой для запуска основного двигателя скорости, сработал не вовремя и не отделился. Однако ранее, в 2010-м, двигателю "машины" удалось проработать 200 секунд (планировалось 300), разогнав аппарат до пяти скоростей звука (5М). Продолжительность его работы, таким образом, втрое превысила предыдущий рекорд, поставленный российской/советской гиперзвуковой летающей лабораторией (ГЛЛ) "Холод". При этом, в отличие от отечественного аппарата, "американец" использовал в качестве топлива не водород, а авиационный керосин.

Нынешняя неудача, безусловно, затормозит гиперзвуковую программу США, на которую израсходовано $2 млрд. Однако это не отменяет того факта, что у Штатов уже есть ключевая для этой программы технология — работающий прототип гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД, он же скрамджет).

Потенциально такие двигатели способны разогнать летательный аппарат до 17 скоростей звука на водороде и до 8 - на углеводородном топливе. Однако для его работы необходимо добиться устойчивого горения топлива в сверхзвуковом воздушном потоке - что, по словам одного из разработчиков, ничуть не легче, чем удержать спичку зажженной в эпицентре урагана. Впрочем, еще не так давно считалось, что при использовании углеводородного топлива это в принципе невозможно, а единственным пригодным горючим для ГПРВД является взрывоопасный, создающий эксплуатационные трудности и "раздувающий" объемы топливных баков из-за низкой плотности водород. Тем не менее, начиная с 2004 года на Западе провели ряд относительно успешных испытаний летательных аппаратов — как водородных, так и "керосиновых".

В чем практический смысл двухмиллиардной программы? Проектная скорость Х-51 - 7М (около 7 тыс. км/ч для высоты 20 км), проектная дальность - 1600 км, высота полета - порядка 25 км. Иными словами, по "дальнобойности" он примерно соответствует крылатой ракете BGM-109 "Томогавк" (1600 км, с ядерной боевой частью - 2500 км) или баллистической ракете средней дальности - например, снятой с вооружения по договорам РСМД "Першинг-2" (1770 км). В чем преимущества "волнолета" по сравнению с "конкурентами"?

BGM-109 имеет дозвуковую скорость - 880 км/ч. Таким образом, полет на максимальную дальность занимает около двух часов. На протяжении этого времени ракета может быть обнаружена и уничтожена, а цель может переместиться. Безусловно, летящая на высоте порядка 60 м над землей и обладающая малой радиолокационной заметностью уже в силу размеров крылатая ракета - весьма проблемная цель для ПВО. Однако известны и успешные примеры обороны атакуемых объектов от "Томагавков" — например, иракского ядерного центра во время "Бури в пустыне".

Баллистическая ракета с дальностью того же порядка имеет среднюю скорость около 10 тыс. км/ч. Однако, во-первых, "баллистики" могут быть засечены из космоса уже в момент старта - внушительный факел от работающих ракетных двигателей достаточно хорошо заметен. Во-вторых, максимальная высота траектории баллистических ракет такой дальности приближается к 400 км, поэтому они довольно рано "засвечиваются" на радарах ПРО. В-третьих, "баллистики" — неманеврирующая цель, что делает возможным их перехват даже зенитными ракетами, наводящимися в точке упреждения. В целом при современном развитии систем ПРО баллистическая ракета средней дальности является достаточно уязвимой целью.

При этом баллистические ракеты - феноменально неэффективное средство доставки по соотношению стартовой массы и полезной нагрузки. Химические ракетные двигатели сочетают огромную тягу с еще более чудовищной прожорливостью, а баллистические полеты в принципе энергозатратны. В итоге, например, "Першинг-2" при стартовой массе в 7,4 т нес боевую часть в 399 кг. Для сравнения - "Томагавки" несут почти столько же при собственном весе около полутора тонн.

Теперь сравним с гиперзвуковыми ракетами. Скорость и подлетное время, в общем, сопоставимы с таковым у "Першинг-2". При этом Х-51, во-первых, использует гораздо более экономичный воздушно реактивный двигатель. Во-вторых, не забирается на высоту 400 км, "сообщая" о своем присутствии всем окрестным радарам ПРО. В-третьих — способен активно маневрировать. Заметим, что как показали испытания, проведенные в 2007-м шведской SaabBofors, на скоростях 5,5 М возможны сложные маневры даже в плотных слоях атмосферы. В итоге перехват WaveRider возможен только если перехватчик заметно превосходит последнего в скорости и маневренности. Сейчас таких перехватчиков просто нет.

Существующие комплексы ПРО также неспособны бороться с гиперзвуковыми ракетами класса X-51. При этом даже в случае принципиальной возможности поражения высокая скорость цели резко уменьшает зону перехвата.

Иными словами, WaveRider сочетает подлетное время, сопоставимое с баллистическими ракетами средней дальности, с гораздо меньшей заметностью и фактической неуязвимостью по отношению к современной ПВО/ПРО. Между тем, в свое время руководство СССР пошло на все, чтобы убрать "Першинги" из Европы, разменяв их на гораздо большее количество собственных ракет средней дальности - и не зря. 8-10-минутное подлетное время американских ракет превращало их в почти идеальное средство обезоруживающего и "обезглавливающего" удара - у подвергшихся атаке просто не оставалось времени на ответную реакцию. В случае доведения Х-51 до серии ситуация воспроизведется в ухудшенном варианте - при том, что создание ядерных вариантов "волнолетов" вполне возможно.

При этом применение ГПРВД не ограничивается аппаратами средней дальности. С одной стороны, по мнению консультативной группы HАТО по космическим исследованиям и разработкам (AGARD), скрамджеты могут быть широко использованы в чисто тактических системах малой дальности - это противотанковые ракеты (предназначенные также для поражения укреплений), ракеты "воздух-воздух" и малокалиберные (30-40 мм) снаряды для поражения воздушных целей. Еще одно вероятное направление - использование ГПВРД в противоракетах, предназначенных для перехвата баллистических ракет на начальном участке траектории.

С другой стороны, применение гиперзвуковых технологий способно привести к появлению принципиально новых классов стратегических систем. Наиболее консервативный вариант - использование гиперзвуковых аппаратов в качестве "маневрирующих боеголовок" для традиционных баллистических ракет.

Отметим, что баллистическая ракета большой дальности мало уязвима на среднем участке траектории (поскольку окружена огромным количеством легких ложных целей, дипольными отражателями и постановщиками помех), но уязвима на начальном и конечном участках траектории (легкие ложные цели отсеиваются самой атмосферой, в итоге боеголовку сопровождает только небольшое количество тяжелых ЛЦ). При этом и боеголовка, и ее "свита" представляют собой набор неманеврирующих баллистических целей, что радикально облегчает задачу ПРО. Однако скоростная и маневрирующая "машина" с ГПВРД практически неуязвима для нынешних средств ПВО и ПРО. В итоге, объединив классическую МБР с гиперзвуковым маневрирующим боевым блоком, можно добиться надежного прорыва соответствующего эшелона противоракетной обороны.

Иными словами, речь идет о технологии, способной действительно совершить переворот в военном деле. Гиперзвуковая угроза неизбежно станет реальностью в весьма обозримом будущем.

Гиперзвуковой летательный аппарат способен осуществлять полет в атмосфере со скоростью большей, или равной 5М (М - скорость звука), также, объект может свободно маневрировать с использованием аэродинамических сил. Для любой страны мира владение таким аппаратом это заманчивая перспектива, так как она даёт неограниченные возможности в первую очередь в военных областях, прежде всего такой аппарат может рассматриваться как средство доставки ядерного оружия. И действительно, сбить такую ракету практически невозможно. На сегодняшний день гиперзвуковыми ракетами не обладает ни одного государство мира, хотя ведутся напряжённые разработки гиперзвуковых двигателей.

У нас в России такие работы, хотя и производились с непродолжительными паузами, но уже в 2001 году в июле месяце стартовала ракета «Тополь». При этом было очень примечательным, по мнению специалистов, неординарное поведение боеголовки. Тогда еще не было подтверждения об оснащении боеголовки собственным двигателем, что позволило бы ей с гиперзвуковой скоростью маневрировать в атмосфере. Уже упомянутые учения, проходившие в феврале 2004 года стали настоящей сенсацией. Именно во время этих учебных маневров и была запущена пара баллистических ракет: «Тополь-М» и РС-18. Последняя при этом была оснащена экспериментальным аппаратом, который показался в космосе, и вновь вернулся в атмосферу. Этот маневр казался невероятным.

Когда боеголовка попадает в плотные слои атмосферы, ее скорость равняется 5000 м/с, поэтому, она должна быть оснащена специальной защитой от перегрева и перегрузок. Скорость экспериментального аппарата была никак не меньше, что не препятствовало ему менять скорость, и при этом не разрушиться. В аэродинамике чудес не бывает. Советский Буран, американские шаттлы, и современные истребители имеют много общего. По всем параметрам, испытанный во время учебных маневров аппарат, должен быть очень похож на Х-90. Его внешний вид, является секретом, и по сей день. Этот аппарат в отличие от баллистических боеголовок способен менять траекторию полета в любой момент, что соответствует заранее заложенной программе, также он может быть перенацелен на иную цель прямо над территорией противника.

Обычная боеголовка всегда следует своей неизменной траектории, и может в любую минуту, быть перехваченной, противоракетой. РС-18 имела устройство, которое меняло направление полета и высоту, что помогало преодолевать любую противоракетную систему. На вопросы журналистов о том, как США отреагируют на данную новость, президент ответил, что США сами активно занимаются разработкой собственного оружия. Вашингтон совсем недавно покинул договор по ПРО, и заявил, что этот шаг никак не направлен против России.

В США развитие воздушно-реактивных прямоточных двигателей имеет свою, достаточно долгую историю. Теоретические разработки были начаты еще в 40-е годы, а к экспериментальному этапу американские ВМФ, ВВС, и НАСА приступили примерно в 50-х годах. Идея этой проработки базируется на различных исследовательских программах, которые связаны с конструированием двигателей на углеродном и водородном топливе. Среди этих разработок особо хочется выделить программу НАСА. Перед разработчиками в 1986 году была поставлена цель, создать такой летательный аппарат, который бы смог развивать скорость больше 15 Махов, и при этом, чтобы он взлетал и садился на горизонтальную площадку. Программа завершилась в 1993 году, а созданная в процессе программы конструкция двигателя, которая оказалась оригинальной, легла в основу силовой установки, которую использовали на аппарате Х-43А.

ВВС США в 2001 году провели наземные испытания самого первого неохлаждаемого ПВРД, который работал на углеводородном топливе. Опыты проводились совместно с мотостроительной компанией. Двигатель, сделанный из никелевых сплавов, и стал результатом этого сотрудничества в 2003 году. Причем этот двигатель охлаждается потоком собственного горючего, и может стать в перспективе основой для крылатых ракет, космических аппаратов и самолетов. Наземные испытания ПВРД были произведены в прошлом году, работы велись целой группой организаций - ВМФ США, Aerojet, DARPA, и университетом Хопкинса. Двигатель был сконструирован из никелевых сплавов, и был предназначен только для крылатых гиперзвуковых ракет, при работе используется топливо JP10.

Российские разработки.
Владимир Львович Фрайштадт работал в Санкт-петербургском Научном исследовательском предприятии по гиперзвуковым системам, в холдинговой компании под названием «Ленинец», им и была выдвинута принципиально новая концепция для гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА). Он предложил, летящий с огромной скоростью аппарат не защищать от тепла, а наоборот, впустить внутрь это тепло для улучшения и повышения энергоресурса. Исходя из концепции «Аякс», летательный гиперзвуковой аппарат представляет собой открытую неизолированную аэротермодинамическую систему. В данной системе, на протяжении всех этапов атмосферного полета, малая часть кинетической энергии, расщепляясь бортовыми подсистемами, увеличивает общий ресурс данного аппарата, и далее, преобразовывается в электрическую и химическую энергии. Это решало многие проблемы, в том числе и проблему охлаждения планера.
Первоначально «Аякс» был создан как бы в ответ на планы американцев создать гиперзвуковой разведчик «Аврора», который позже преобразуется в гиперзвуковой самолет сверхдальних полетов, а еще позже в начальную ступень, для того чтобы выводить полезную нагрузку на орбиту.

Гиперзвуковой летательный аппарат в качестве топлива использует углеводороды (сжиженный метан или керосин) и воду. Чтобы утилизировать тепло, в двойной обшивке аппарата размещается термохимический реактор. Углеводородное топливо подается прямо в этот реактор после того, как аппарат разгонится и обшивка нагреется. Углеводородное топливо используется в качестве эндотермического топлива, то есть поглощающего тепло. Под действием давления, температуры, и с помощью катализатора смесь воды с топливом разлагается на свободный водород и олефин. Это водородосодержащая смесь и поступает прямо в магнитоплазмохимический двигатель, который представляет собой гиперзвуковой ПВРД, МГД генератор, и МГД ускоритель, который находится за камерой сгорания. МГД генератор играет роль компрессора, и до оптимальной скорости тормозит поток воздуха. Ионизированный и заторможенный поток воздуха уже попадает в камеру сгорания, туда же подается и топливо, обогащенное водородом (метан или керосин).

В сопло попадают уже истекающие продукты сгорания, разгоняющиеся дополнительно ускорителем МГД, и уже расширяясь, выходят наружу. Для того чтобы ионизировать воздух и ускорить поток, используют электроэнергию, которую вырабатывает МГД генератор. Это дает возможность повысить скорость летательного аппарата на 30%, и выиграть ряд дополнительных преимуществ. Образующая плазменная воронка вокруг воздухозаборника ГПВРД увеличивает диаметр его эффективности, и возрастает почти до сотни метров, а плазменные облака-пятна впереди летательного аппарата ощутимо снижают сопротивление воздуха возле крыльев. Чтобы ионизировать воздух можно применять лазерное излучение, или источник нейтронов.

Таким образом, аппарат, летящий в атмосфере, будет способен преобразовывать энергию кинетическую от набегающего потока воздуха, в широкий спектр разных видов энергии. На базе концепции «Аякс» было разработано гиперзвуковое семейство летательных аппаратов «Нева» для орбитальной и околоземной транспортировки пассажиров или полезных грузов. Концепция «Аякса» имеет новизну с огромным коэффициентом технического риска, поэтому разгорелись жаркие дебаты по поводу целесообразности разработок, поэтому проекту. К 1993 году только стало известно об окончательном вердикте, вынесенном экспертной комиссией крупнейших ученых. Вердикт гласил, что данная концепция абсолютно не противоречит современным данным науки.

Однако для проведения работ нужны были средства, которых не было. И вот к маю 2001 года стало известно, что ОАО «Ленинец» подписало соглашение с Китаем о начале совместной работы над ГЛА концепции «Аякс». Проект рассчитан на 15 лет. С объемом вложений пока не определились, но по примерным подсчетам экспертов, на разработку похожего проекта за границей, расходуется примерно 70-80 млн. долларов. Финансовые документы планируется подписать в 2011 году в сентябре месяце. Также соглашением предусмотрено сотрудничество в области разработки РЭА оборудования для авиации различных видов, и спутниковых систем навигации.

Ракета Х-90 "Коала" (“AS-19 Koala”).
Испытание первой в мире гиперзвуковой маневрирующей ракеты было произведено в 2004 году в феврале месяце, во время проведения командных штабных учений «Безопасность 2004». При этом присутствовал и президент Путин. Проект AS-19 - это ответ России на новую программу вашингтонской противоракетной обороны, новое российское оружие запускается со стратегических бомбардировщиков класса ТУ-160. Оно преодолевает любую систему ПРО, и носит название Х-90. Этот проект на Западе озаглавлен как «AS-19 Koala». Предполагают, что под Х-90 скрыта первая в мире управляемая крылатая гиперзвуковая ракета, тактические и технические характеристики которой, а также ее внешние данные являются военной тайной. По некоторым данным, на вооружение она должна быть принята в 2010 году.
ТУ-160М - стратегический бомбардировщик, ставший символом военного могущества в России. «М»- означает модифицированный, то есть крылья машины немного увеличены. Так вот именно с его помощью запускается Х-90, которая имеет способность, преодолевать любые, встречающиеся на ее пути системы ПРО, и с прицельной меткостью попадать в цель, даже на других континентах.

Х-90 начала свою историю в 1971 году. Тогда к правительству СССР обратилась группа разработчиков с просьбой построить небольшие стратегические крылатые ракеты, которые могли бы совершать различные действия на небольших высотах, применимые к рельефу местности. Предложение на тот момент никакого отклика у руководства не нашло. Вспомнили о нем лишь тогда, когда США в 1975 году занялось разработкой крылатых стратегических ракет Cruise Missile. Разработчикам был срочно отдан приказ начать разработку в 1976 году, а завершиться этот проект должен был к середине 1982 года. В декабре же 1983 года ракета должна была быть принята на вооружение.

Главное требование заключалось в том, что ракета должна обладать сверхзвуковой скоростью. Х-90 достигла скорости 3М к концу 70-х годов, а уже в 80-х скорость достигала 3-4М. В авиасалоне МАКС-1997 все посетители павильона «Радуга» могли полюбоваться на экспериментальный летательный гиперзвуковой аппарат. Этот аппарат и есть прототип новой крылатой ракеты, которая сможет нести на своем борту пару боеголовок индивидуального наведения, поражающие самостоятельно цели на расстоянии более 100 км, от основной ракеты, и от точки ее отделения. В роли носителя выступит бомбардировщик ТУ-160М.

На то время летательный гиперзвуковой аппарат Х-90, имел длину примерно 12 метров, и был оснащен прямоточным двигателем. Сегодняшняя ракета не превышает 9 метров. После того, как от самолета-носителя ракета на высоте 8000-20000 отделяется, у нее раскрываются треугольные крылья, которые имеют размах около 7 метров, а также раскрывается и хвостовое оперение. Затем включается твердотопливный ускоритель, с помощью которого ракета и разгоняется до сверхзвуковой скорости, далее начинает действовать маршевый двигатель, который и обеспечивает скорость 4-5М. Радиус примерного действия охватывает 3500 километров.

Как все это действует.
Чтобы летательный аппарат с ГПВРД достиг нужных скоростей, его двигатель должен пройти несколько этапов работы. Чтобы разогнать скорость до 3-4 Махов можно использовать турбинные двигатели на газу, или же ракетные ускорители, как внешние, так и внутренние. Достигая скорости 4 Маха, ГПРВД начинает переходить с режима низкой скоростной тяги в режим устойчивых скачков уплотнения, формирующихся в двигателе. Они создают у входа в камеру сгорания участки воздушного потока на скорости дозвуковой. В ГПВРД, традиционном, этим занимается диффузор и воздухозаборник, которые снижают поток скорости до такого уровня, который намного ниже скорости звука, за счет роста площади диффузора, следовательно, таким образом можно достичь на дозвуковых скоростях полного сгорания смеси. Необходимую же тягу выдает расширяющееся, и суживающееся сопло, которое располагается за камерой сгорания. При выходе из камеры в ГПРВД образуется «тепловое газовое дросселирование, которое совсем не требует геометрического реального сужения сопла. Поток сужается благодаря тому, что газ смешивается с воздухом, и потоки точно распределяются.

Пока самолет с ГПРВД совершает разгон на собственной тяге от 3 до 8 Махов, двигатель успевает перейти на другой режим в диапазоне от 5 до 7 Махов. Этот момент считается переходным, так как двигатель работает и как гиперзвуковой и как ГПВРД традиционный. Замедляются в камере сгорания и рост температуры, и рост давления. В результате, чтобы работа двигателя была нормальной, достаточно и короткой зоны предварительного сжатия. От горловины воздухозаборника скачки уплотнения сдвигаются как можно ближе к входу камеры сгорания.

Достигнув порога в 6 Махов, воздушный поток по отношению к дозвуковым скоростям тормозит настолько, что это местами приводит к полной почти его остановке, а это вызывает довольно резкие перепады теплопередачи и давления. Появление таких симптомов, примерно на промежутке между 5 и 6 Махами может служить звоночком, о том, что пора перейти на режим полного ГПВРД. Ну а если скорость уже зашкалила за 7 Махов, то процесс сгорания уже не разделяет воздушный поток, и тогда двигатель принимается работать все в том же режиме ГПВРД, но уже без всяких скачков уплотнения перед камерой сгорания. Отходившие от воздухозаборника ударные волны распределяются по всему двигателю.

На скорости более 8 Махов в силу вступают свои законы физики, которые просто требуют, чтобы режим сгорания был сверхзвуковой, поскольку двигатель не выдержит температур и давлений, которые могут возникнуть при торможении потока воздуха до дозвуковых скоростей.
ГПВРД работающий на скоростях, от 5 до 15 Махов, создает ряд технических проблем. Это и борьба с перегрузками двигателя (в основном, с тепловыми), и сложности, возникающие при смешивании горючего с воздухом, и перегрев всех передних кромок воздухозаборника. Чтобы летать на гиперзвуковых скоростях, должны быть особые материалы и конструкции.

На скорости около 12 Махов происходит уравнивание скорости впрыскиваемого горючего со скоростью влетающего потока воздуха в камеру сгорания, и смешивание воздуха с горючим становится весьма затруднительным. Достигая еще большей скорости Маха большие температуры в камере сгорания, провоцируют ионизацию молекул и их распад. И все эти процессы ложатся на такую сложную картину потока воздуха, в котором происходит перемешивание только лишь сверхзвуковое, а также взаимодействие канала воздухозаборника с камерой сгорания и действуют законы горения, что делает почти невозможным расчет потоков газа, режима подачи теплового баланса и топлива камеры сгорания.

При гиперзвуковом полете двигатель летательного аппарата нагревается не только от того, как работает камера сгорания, но и от других систем: насосов, гидравлики, электроники. В летательных гиперзвуковых аппаратах, системы управления теплообменом в основном всегда собираются в двигателе, поскольку он и испытывает самые большие тепловые нагрузки. С двигателем вообще возникает множество проблем и недоразумений. Зона реактивного потока всегда отличалась огромными механическими, термическими и акустическими нагрузками, да и заполнена она всегда была только лишь коррозионной активной смесью, состоящей из раскаленных продуктов кислорода и сгорания.

Если двигатель не будет охлаждаться, то температура камеры сгорания превысит 2760 градусов по Цельсию, что, несомненно, намного выше точки плавления большинства металлов. С проблемой высоких температур к счастью удается справляться с помощью активного охлаждения, разработки специальных высокотемпературных конструкций, и правильного подбора материалов. У гиперзвукового летательного аппарата есть свои жесткие требования к материалам и конструкциям. Вот они: чересчур высокие температуры; полный нагрев аппарата; перемещающиеся и стационарные зоны нагрева от многочисленных ударных волн; большие аэродинамические нагрузки; большие нагрузки, возникающие при пульсации давления; возможность серьезных флаттеров, вибрации, которые флуктуируют нагрузки происхождения термического; эрозии под действием реактивных потоков внутри двигателя, и набегающих воздушных потоков.
Теперь после успешных испытаний на земле нескольких полномасштабных моделей, и после успешно проведенного полета на аппарате Х-43А, все реальнее и ближе становятся планы по созданию полноценного самолета с ГПВРД на углеводородном или водородном горючем. NASA готовит к запуску еще один Х-43А и планирует разогнать его до 10 Махов (до 12000 км/ч).

Компании Pratt & Whitney, ВВС США, и подразделение компании Boeing - Phantom Works, собираются и дальше проводить летные испытания ГПВРД, используя углеводородное горючее. Испытания эти, с относительно простым в изготовлении двигателем, продемонстрируют весь диапазон всевозможных ускорений, и возможность устойчивой и постоянной работы на протяжении всего пары минут на скоростях 4-6 Махов. Также предполагается проверка управляемости двигателя и вообще всего аппарата с использованием компьютеров и сенсоров.
Демонстрация этих всевозможных достижений техники, а также ряд других запланированных воздушных и наземных испытаний откроют дорогу к созданию экономически пригодных и выгодных для множественной эксплуатации гиперзвуковых двигателей для космических аппаратов, крылатых ракет, и самолетов сверхдальнего действия. Эти аппараты войдут в эксплуатацию примерно в 2015 и в 2025 годах.

Полёт на гиперзвуковой скорости является частью сверхзвукового режима полёта и осуществляется в сверхзвуковом потоке газа. Сверхзвуковой поток воздуха коренным образом отличается от дозвукового и динамика полёта самолёта при скоростях выше скорости звука (выше 1,2 М) кардинально отличается от дозвукового полёта (до 0,75 М, диапазон скоростей от 0,75 до 1,2 М называется трансзвуковой скоростью).

Определение нижней границы гиперзвуковой скорости обычно связано с началом процессов диссоциации и ионизации молекул в пограничном слое (ПС) около аппарата, который движется в атмосфере, что начинает происходить примерно при М > 5 . Также данная скорость характеризуется тем, что сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с дозвуковым сгоранием топлива (СПВРД) становится менее эффективным по сравнению с гиперзвуковым ПВРД (ГПВРД), в котором сгорание топлива осуществляется при сверхзвуковых скоростях потока. СПВРД по сравнению с ГПВРД при той же скорости полёта требует более сильного торможения потока воздуха перед его попаданием в камеру сгорания. Это обусловливает бо́льшие потери давления на участке торможения потока в СПВРД. В то же время в ГПВРД сгорание топлива при сверхзвуковой скорости потока сопровождается бо́льшими потерями давления по сравнению с потерями при сгорании топлива в дозвуковом потоке в СПВРД. При прочих равных условиях, чем ниже суммарные потери давления в проточном тракте ПВРД, тем выше его эффективность. Условия полёта, при которых суммарные потери в проточных трактах СПВРД и ГПВРД оказываются одинаковыми, принимаются за границу между сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями. Положение данной границы весьма условно и зависит от многих факторов. Так, например, для двигателей, использующих в качестве топлива водород, ввиду бо́льшей удельной теплоты его сгорания нижняя граница гиперзвуковых скоростей будет соответствовать более высоким числам Маха полёта, чем для аналогичных двигателей, работающих на керосине.

Характеристики потока

В то время как определение гиперзвукового потока (ГП) достаточно спорно по причине отсутствия четкой границы между сверхзвуковым и гиперзвуковым потоками, ГП может характеризоваться определенными физическими явлениями, которые уже не могут быть проигнорированы при рассмотрении, а именно:

Тонкий слой ударной волны

По мере увеличения скорости и соответствующих чисел Маха, плотность позади ударной волны (УВ) также увеличивается, что соответствует уменьшению объема сзади от УВ благодаря сохранению массы. Поэтому, слой ударной волны, то есть объем между аппаратом и УВ становится тонким при высоких числах Маха, создавая тонкий пограничный слой (ПС) вокруг аппарата.

Образование вязких ударных слоев

Часть большой кинетической энергии, заключенной в воздушном потоке, при М > 3 (вязкое течение) преобразуется во внутреннюю энергию за счет вязкого взаимодействия. Увеличение внутренней энергии реализуется в росте температуры . Так как градиент давления, направленный по нормали к потоку в пределах пограничного слоя, приблизительно равен нулю, существенное увеличение температуры при больших числах Маха приводит к уменьшению плотности. Таким образом, ПС на поверхности аппарата растет и при больших числах Маха сливается с тонким слоем ударной волны вблизи носовой части, образуя вязкий ударный слой.

Появление волн неустойчивости в ПС, не свойственных до- и сверхзвуковым потокам

Высокотемпературный поток

Высокоскоростной поток в лобовой точке аппарата (точке или области торможения) вызывает нагревание газа до очень высоких температур (до нескольких тысяч градусов). Высокие температуры, в свою очередь, создают неравновесные химические свойства потока, которые заключаются в диссоциации и рекомбинации молекул газа, ионизации атомов, химическим реакциям в потоке и с поверхностью аппарата. В этих условиях могут быть существенны процессы конвекции и радиационного теплообмена .

Параметры подобия

Параметры газовых потоков принято описывать набором критериев подобия , которые позволяют свести практически бесконечное число физических состояний в группы подобия и которые позволяют сравнивать газовые потоки с разными физическими параметрами (давление, температура, скорость и пр.) между собой. Именно на этом принципе основано проведение экспериментов в аэродинамических трубах и перенос результатов этих экспериментов на реальные летательные аппараты, несмотря на то, что в трубных экспериментах размер моделей, скорости потока, тепловые нагрузки и пр. могут сильно отличаться от режимов реального полёта, в то же время, параметры подобия (числа Маха, Рейнольдса, Стантона и пр.) соответствуют полётным.

Для транс- и сверхзвукового или сжимаемого потока, в большинстве случаев таких параметров как число Маха (отношение скорости потока к местной скорости звука) и Рейнольдса достаточно для полного описания потоков. Для гиперзвукового потока данных параметров часто бывает недостаточно. Во-первых, описывающие форму ударной волны уравнения становятся практически независимыми на скоростях от 10 М. Во-вторых, увеличенная температура гиперзвукового потока означает, что эффекты, относящиеся к неидеальным газам становятся заметными.

Учет эффектов в реальном газе означает бо́льшее количество переменных, которые требуются для полного описания состояния газа. Если стационарный газ полностью описывается тремя величинами: давлением , температурой, теплоёмкостью (адиабатическим индексом), а движущийся газ описывается четырьмя переменными, которая включает еще скорость , то горячий газ в химическом равновесии также требует уравнений состояния для составляющих его химических компонентов, а газ с процессами диссоциации и ионизации должен еще включать в себя время как одну из переменных своего состояния. В целом это означает, что в любое выбранное время для неравновесного потока требуется от 10 до 100 переменных для описания состояния газа. Вдобавок, разреженный гиперзвуковой поток (ГП), обычно описываемый в терминах чисел Кнудсена , не подчиняются уравнениям Навье-Стокса и требуют их модификации. ГП обычно категоризируется (или классифицируется) с использованием общей энергии, выраженной с использованием общей энтальпии (мДж /кг), полного давления (кПа) и температуры торможения потока (К) или скорости (км/с).

Идеальный газ

В данном случае, проходящий воздушный поток может рассматриваться как поток идеального газа. ГП в данном режиме все еще зависит от чисел Маха и моделирование руководствуется температурными инвариантами , а не адиабатической стенкой , что имеет место при ме́ньших скоростях. Нижняя граница этой области соответствует скоростям около 5 М, где СПВРД с дозвуковым сгоранием становятся неэффективными, и верхняя граница соответствует скоростям в районе 10-12 М.

Идеальный газ с двумя температурами

Является частью случая режима потока идеального газа с большими значениями скорости, в котором проходящий воздушный поток может рассматриваться химически идеальным, но вибрационная температура и вращательная температура газа должны рассматриваться отдельно, что приводит к двум отдельным температурным моделям. Это имеет особое значение при проектировании сверхзвуковых сопел , где вибрационное охлаждение из-за возбуждения молекул становится важным.

Диссоциированный газ

Режим доминирования лучевого переноса

На скоростях выше 12 км/с передача тепла аппарату начинает происходить в основном через лучевой перенос, который начинает доминировать над термодинамическим переносом вместе с ростом скорости. Моделирование газа в данном случае подразделяется на два случая:

оптически тонкий - в данном случае предполагается, что газ не перепоглощает излучение, которое приходит от других его частей или выбранных единиц объема;
оптически толстый - где учитывается поглощение излучения плазмой, которое потом переизлучается в том числе и на тело аппарата.

Моделирование оптически толстых газов является сложной задачей, так как из-за вычисления радиационного переноса в каждой точке потока объем вычислений растет экспоненциально вместе с ростом количества рассматриваемых точек.

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Ги́перзвуковая ско́рость (ГС) в аэродинамике - скорости, которые значительно превосходят скорость звука в атмосфере .

Начиная с 1970-х годов, понятие обычно относят к сверхзвуковым скоростям выше 5 чисел Маха (М).

Общие сведения

Полет на гиперзвуковой скорости является частью сверхзвукового режима полета и осуществляется в сверхзвуковом потоке газа. Сверхзвуковой поток воздуха коренным образом отличается от дозвукового и динамика полета самолета при скоростях выше скорости звука (выше 1,2 М) кардинально отличается от дозвукового полета (до 0,75 М, диапазон скоростей от 0,75 до 1,2 М называется трансзвуковой скоростью).

Определение нижней границы гиперзвуковой скорости обычно связано с началом процессов ионизации и диссоциации молекул в пограничном слое (ПС) около аппарата, который движется в атмосфере, что начинает происходить примерно при 5 М. Также данная скорость характеризуется тем, что прямоточный воздушно-реактивный двигатель («ПВРД ») с дозвуковым сгоранием топлива («СПВРД ») становится бесполезным из-за чрезвычайно высокого трения, которое возникает при торможении проходящего воздуха в двигателе этого типа. Таким образом, в гиперзвуковом диапазоне скоростей для продолжения полета возможно использование только ракетного двигателя или гиперзвукового ПВРД (ГПВРД) со сверхзвуковым сгоранием топлива.

Характеристики потока

Тонкий слой ударной волны

Образование вязких ударных слоев

Появление волн неустойчивости в ПС, не свойственных до- и сверхзвуковым потокам

Высокотемпературный поток

Параметры подобия

Идеальный газ

Идеальный газ с двумя температурами

Диссоциированный газ

Режим доминирования лучевого переноса

оптически тонкий - в данном случае предполагается, что газ не перепоглощает излучение, которое приходит от других его частей или выбранных единиц объема;
оптически толстый - где учитывается поглощение излучения плазмой, которое потом переизлучается в том числе и на тело аппарата.

См. также

Напишите отзыв о статье "Гиперзвуковая скорость"

Примечания

Ссылки

Anderson John. Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics Second Edition. - AIAA Education Series, 2006. - ISBN 1563477807 .
(англ.) .
(англ.) .
(англ.) .

Отрывок, характеризующий Гиперзвуковая скорость

– Нет, вели закладывать.
«Неужели же он уедет и оставит меня одного, не договорив всего и не обещав мне помощи?», думал Пьер, вставая и опустив голову, изредка взглядывая на масона, и начиная ходить по комнате. «Да, я не думал этого, но я вел презренную, развратную жизнь, но я не любил ее, и не хотел этого, думал Пьер, – а этот человек знает истину, и ежели бы он захотел, он мог бы открыть мне её». Пьер хотел и не смел сказать этого масону. Проезжающий, привычными, старческими руками уложив свои вещи, застегивал свой тулупчик. Окончив эти дела, он обратился к Безухому и равнодушно, учтивым тоном, сказал ему:
– Вы куда теперь изволите ехать, государь мой?
– Я?… Я в Петербург, – отвечал Пьер детским, нерешительным голосом. – Я благодарю вас. Я во всем согласен с вами. Но вы не думайте, чтобы я был так дурен. Я всей душой желал быть тем, чем вы хотели бы, чтобы я был; но я ни в ком никогда не находил помощи… Впрочем, я сам прежде всего виноват во всем. Помогите мне, научите меня и, может быть, я буду… – Пьер не мог говорить дальше; он засопел носом и отвернулся.
Масон долго молчал, видимо что то обдумывая.
– Помощь дается токмо от Бога, – сказал он, – но ту меру помощи, которую во власти подать наш орден, он подаст вам, государь мой. Вы едете в Петербург, передайте это графу Вилларскому (он достал бумажник и на сложенном вчетверо большом листе бумаги написал несколько слов). Один совет позвольте подать вам. Приехав в столицу, посвятите первое время уединению, обсуждению самого себя, и не вступайте на прежние пути жизни. Затем желаю вам счастливого пути, государь мой, – сказал он, заметив, что слуга его вошел в комнату, – и успеха…
Проезжающий был Осип Алексеевич Баздеев, как узнал Пьер по книге смотрителя. Баздеев был одним из известнейших масонов и мартинистов еще Новиковского времени. Долго после его отъезда Пьер, не ложась спать и не спрашивая лошадей, ходил по станционной комнате, обдумывая свое порочное прошедшее и с восторгом обновления представляя себе свое блаженное, безупречное и добродетельное будущее, которое казалось ему так легко. Он был, как ему казалось, порочным только потому, что он как то случайно запамятовал, как хорошо быть добродетельным. В душе его не оставалось ни следа прежних сомнений. Он твердо верил в возможность братства людей, соединенных с целью поддерживать друг друга на пути добродетели, и таким представлялось ему масонство.

Приехав в Петербург, Пьер никого не известил о своем приезде, никуда не выезжал, и стал целые дни проводить за чтением Фомы Кемпийского, книги, которая неизвестно кем была доставлена ему. Одно и всё одно понимал Пьер, читая эту книгу; он понимал неизведанное еще им наслаждение верить в возможность достижения совершенства и в возможность братской и деятельной любви между людьми, открытую ему Осипом Алексеевичем. Через неделю после его приезда молодой польский граф Вилларский, которого Пьер поверхностно знал по петербургскому свету, вошел вечером в его комнату с тем официальным и торжественным видом, с которым входил к нему секундант Долохова и, затворив за собой дверь и убедившись, что в комнате никого кроме Пьера не было, обратился к нему:
– Я приехал к вам с поручением и предложением, граф, – сказал он ему, не садясь. – Особа, очень высоко поставленная в нашем братстве, ходатайствовала о том, чтобы вы были приняты в братство ранее срока, и предложила мне быть вашим поручителем. Я за священный долг почитаю исполнение воли этого лица. Желаете ли вы вступить за моим поручительством в братство свободных каменьщиков?
Холодный и строгий тон человека, которого Пьер видел почти всегда на балах с любезною улыбкою, в обществе самых блестящих женщин, поразил Пьера.
– Да, я желаю, – сказал Пьер.
Вилларский наклонил голову. – Еще один вопрос, граф, сказал он, на который я вас не как будущего масона, но как честного человека (galant homme) прошу со всею искренностью отвечать мне: отреклись ли вы от своих прежних убеждений, верите ли вы в Бога?
Пьер задумался. – Да… да, я верю в Бога, – сказал он.
– В таком случае… – начал Вилларский, но Пьер перебил его. – Да, я верю в Бога, – сказал он еще раз.
– В таком случае мы можем ехать, – сказал Вилларский. – Карета моя к вашим услугам.
Всю дорогу Вилларский молчал. На вопросы Пьера, что ему нужно делать и как отвечать, Вилларский сказал только, что братья, более его достойные, испытают его, и что Пьеру больше ничего не нужно, как говорить правду.
Въехав в ворота большого дома, где было помещение ложи, и пройдя по темной лестнице, они вошли в освещенную, небольшую прихожую, где без помощи прислуги, сняли шубы. Из передней они прошли в другую комнату. Какой то человек в странном одеянии показался у двери. Вилларский, выйдя к нему навстречу, что то тихо сказал ему по французски и подошел к небольшому шкафу, в котором Пьер заметил невиданные им одеяния. Взяв из шкафа платок, Вилларский наложил его на глаза Пьеру и завязал узлом сзади, больно захватив в узел его волоса. Потом он пригнул его к себе, поцеловал и, взяв за руку, повел куда то. Пьеру было больно от притянутых узлом волос, он морщился от боли и улыбался от стыда чего то. Огромная фигура его с опущенными руками, с сморщенной и улыбающейся физиономией, неверными робкими шагами подвигалась за Вилларским.
Проведя его шагов десять, Вилларский остановился.
– Что бы ни случилось с вами, – сказал он, – вы должны с мужеством переносить всё, ежели вы твердо решились вступить в наше братство. (Пьер утвердительно отвечал наклонением головы.) Когда вы услышите стук в двери, вы развяжете себе глаза, – прибавил Вилларский; – желаю вам мужества и успеха. И, пожав руку Пьеру, Вилларский вышел.
Оставшись один, Пьер продолжал всё так же улыбаться. Раза два он пожимал плечами, подносил руку к платку, как бы желая снять его, и опять опускал ее. Пять минут, которые он пробыл с связанными глазами, показались ему часом. Руки его отекли, ноги подкашивались; ему казалось, что он устал. Он испытывал самые сложные и разнообразные чувства. Ему было и страшно того, что с ним случится, и еще более страшно того, как бы ему не выказать страха. Ему было любопытно узнать, что будет с ним, что откроется ему; но более всего ему было радостно, что наступила минута, когда он наконец вступит на тот путь обновления и деятельно добродетельной жизни, о котором он мечтал со времени своей встречи с Осипом Алексеевичем. В дверь послышались сильные удары. Пьер снял повязку и оглянулся вокруг себя. В комнате было черно – темно: только в одном месте горела лампада, в чем то белом. Пьер подошел ближе и увидал, что лампада стояла на черном столе, на котором лежала одна раскрытая книга. Книга была Евангелие; то белое, в чем горела лампада, был человечий череп с своими дырами и зубами. Прочтя первые слова Евангелия: «Вначале бе слово и слово бе к Богу», Пьер обошел стол и увидал большой, наполненный чем то и открытый ящик. Это был гроб с костями. Его нисколько не удивило то, что он увидал. Надеясь вступить в совершенно новую жизнь, совершенно отличную от прежней, он ожидал всего необыкновенного, еще более необыкновенного чем то, что он видел. Череп, гроб, Евангелие – ему казалось, что он ожидал всего этого, ожидал еще большего. Стараясь вызвать в себе чувство умиленья, он смотрел вокруг себя. – «Бог, смерть, любовь, братство людей», – говорил он себе, связывая с этими словами смутные, но радостные представления чего то. Дверь отворилась, и кто то вошел.
При слабом свете, к которому однако уже успел Пьер приглядеться, вошел невысокий человек. Видимо с света войдя в темноту, человек этот остановился; потом осторожными шагами он подвинулся к столу и положил на него небольшие, закрытые кожаными перчатками, руки.
Невысокий человек этот был одет в белый, кожаный фартук, прикрывавший его грудь и часть ног, на шее было надето что то вроде ожерелья, и из за ожерелья выступал высокий, белый жабо, окаймлявший его продолговатое лицо, освещенное снизу.
– Для чего вы пришли сюда? – спросил вошедший, по шороху, сделанному Пьером, обращаясь в его сторону. – Для чего вы, неверующий в истины света и не видящий света, для чего вы пришли сюда, чего хотите вы от нас? Премудрости, добродетели, просвещения?
В ту минуту как дверь отворилась и вошел неизвестный человек, Пьер испытал чувство страха и благоговения, подобное тому, которое он в детстве испытывал на исповеди: он почувствовал себя с глазу на глаз с совершенно чужим по условиям жизни и с близким, по братству людей, человеком. Пьер с захватывающим дыханье биением сердца подвинулся к ритору (так назывался в масонстве брат, приготовляющий ищущего к вступлению в братство). Пьер, подойдя ближе, узнал в риторе знакомого человека, Смольянинова, но ему оскорбительно было думать, что вошедший был знакомый человек: вошедший был только брат и добродетельный наставник. Пьер долго не мог выговорить слова, так что ритор должен был повторить свой вопрос.
– Да, я… я… хочу обновления, – с трудом выговорил Пьер.
– Хорошо, – сказал Смольянинов, и тотчас же продолжал: – Имеете ли вы понятие о средствах, которыми наш святой орден поможет вам в достижении вашей цели?… – сказал ритор спокойно и быстро.
– Я… надеюсь… руководства… помощи… в обновлении, – сказал Пьер с дрожанием голоса и с затруднением в речи, происходящим и от волнения, и от непривычки говорить по русски об отвлеченных предметах.
– Какое понятие вы имеете о франк масонстве?
– Я подразумеваю, что франк масонство есть fraterienité [братство]; и равенство людей с добродетельными целями, – сказал Пьер, стыдясь по мере того, как он говорил, несоответственности своих слов с торжественностью минуты. Я подразумеваю…
– Хорошо, – сказал ритор поспешно, видимо вполне удовлетворенный этим ответом. – Искали ли вы средств к достижению своей цели в религии?
– Нет, я считал ее несправедливою, и не следовал ей, – сказал Пьер так тихо, что ритор не расслышал его и спросил, что он говорит. – Я был атеистом, – отвечал Пьер.
– Вы ищете истины для того, чтобы следовать в жизни ее законам; следовательно, вы ищете премудрости и добродетели, не так ли? – сказал ритор после минутного молчания.
– Да, да, – подтвердил Пьер.
Ритор прокашлялся, сложил на груди руки в перчатках и начал говорить:
– Теперь я должен открыть вам главную цель нашего ордена, – сказал он, – и ежели цель эта совпадает с вашею, то вы с пользою вступите в наше братство. Первая главнейшая цель и купно основание нашего ордена, на котором он утвержден, и которого никакая сила человеческая не может низвергнуть, есть сохранение и предание потомству некоего важного таинства… от самых древнейших веков и даже от первого человека до нас дошедшего, от которого таинства, может быть, зависит судьба рода человеческого. Но так как сие таинство такого свойства, что никто не может его знать и им пользоваться, если долговременным и прилежным очищением самого себя не приуготовлен, то не всяк может надеяться скоро обрести его. Поэтому мы имеем вторую цель, которая состоит в том, чтобы приуготовлять наших членов, сколько возможно, исправлять их сердце, очищать и просвещать их разум теми средствами, которые нам преданием открыты от мужей, потрудившихся в искании сего таинства, и тем учинять их способными к восприятию оного. Очищая и исправляя наших членов, мы стараемся в третьих исправлять и весь человеческий род, предлагая ему в членах наших пример благочестия и добродетели, и тем стараемся всеми силами противоборствовать злу, царствующему в мире. Подумайте об этом, и я опять приду к вам, – сказал он и вышел из комнаты.

Мне задают вопросы про испытания новой ракеты "Авангард" с "гиперзвуковыми" (называется скорость полета в атмосфере 20-27 Махов, т.е. скоростей звука) боевыми блоками.

Скажу честно - для серьезного комментария инфы не хватает, а та, что есть - крайне противоречива. Но кое-что сказать можно.

Начну с определения понятия "гиперзвуковой". В авиации гиперзвуковой скоростью считается скорость уже 5-6 (разумеется, и более) скоростей звука для данной высоты. Почему для данной? Потому что скорость звука в воздуха зависит от его давления, а давление падает с высотой. Соответственно, на разных высотах скорость звука разная (кому интересно - погуглите стандарт МСА - международной стандартной атмосферы).

В общем случае гиперзвуковой скоростью обладает любой аппарат, летящий в атмосфере со скоростью более М>5...6
Например, спускаемый аппарат космического корабля "Союз" при возврате из космоса входит в атмосферу с первой космической скоростью (примерно М=23...24), а любая ракета-носитель, стартуя с земной поверхности и разгоняясь до первой космической скорости, тоже с какого-то момента летит на гиперзвуковой скорости (пока не выйдет за пределы атмосферы). Но - внимание! Назвать из гиперзвуковыми летательными аппаратами нельзя! И именно здесь начинается мухлеж, который мы слышим из официальных источников при бахвальстве нашим новым оружием: сначала "Кинжалом", теперь "Авангардом". Потому что не любой аппарат, летящий на гиперзвуковой скорости, является "гиперзвуковым летательным аппаратом". Например, боеголовки баллистических ракет, летающие с середины прошлого века и входящие в атмосферу на гиперзвуке, не являются гиперзвуковыми летательными аппаратами (ГЛА).

В авиации есть четкое определение ГЛА - это летательный аппарат, какое-то время осуществляющий УСТАНОВИВШИЙСЯ гиперзвуковой полет в атмосфере. Установившийся - это когда сила тяги двигателя компенсирует сопротивления воздуха (обеспечивается постоянство гиперзвуковой скорости), а сила тяжести компенсируется аэродинамической подъемной силой (постоянство высоты полета). При этом маневрирование (изменение направления полета) может обеспечиваться отклонением аэродинамических поверхностей (рулей) или изменением вектора тяги двигателя.

Двигатель может быть ракетным (жидкостным или твердотопливным) или воздушно-реактивным (например гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным).

Ракетный двигатель работает очень непродолжительное время, измеряемое секундами (десятками). Поэтому аппарат с ракетным двигателем сначала набирает скорость, а потом, после выработки топлива и выключения двигателя, летит по инерции, тормозясь сопротивлением встречного потока воздуха. Именно поэтому ракета, часть времени летя со сверхзвуковой скоростью, НЕ ЯВЛЯЕТСЯ гиперзвуковым летательным аппаратом. Соответственно, "Кинжал" является аэробаллистической ракетой "Искандер" воздушного базирования, но не гиперзвуковым летательным аппаратом. Как те же "Сатана" или "Искандер".

Установившийся гиперзвуковой полет может обеспечить только гиперзвуковой воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД), выгодно отличающийся от ракетного тем, что если для него топливо (горючее и окислитель) запасаются на борту летательного аппарата и сжигаются за десятки секунд, то у гиперзвукового аппарата с ГПВРД на борту только горючее, а окислитель (кислород) берется из окружающей атмосферы. Именно это обеспечивает на порядки более высокую эффективность (экономичность) ГПВРД, и время его работы десятки минут и более.

Суммируя сказанное: гиперзвуковой летательный аппарат - это аппарат с гиперзвуковой КРЕЙСЕРСКОЙ скоростью, выполняющий УСТАНОВИВШИЙСЯ полет на гиперзвуковой скорости, как правило - за счет гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя. И из имеющейся информации, ни "Авангард", ни его планирующие боевые блоки не являются гиперзвуковыми летательными аппаратами, а всего лишь - маневрирующими боеголовками с увеличенным атмосферным участком полета. И судя по всему - летящими по инерции. Напомню, что первые пуски прообразов таких боевых блоков были осуществлены в СССР еще в 1960-х годах (например, "ракетопланы" МП-1 Владимира Челомея).

Что же касается собственно создания по-настоящему гиперзвуковых летательных аппаратов с ГПВРД, то это сложнейшая инженерно-техническая задача, решение которой в "Авангарде" и рядом не стоит. И насколько это вообще "по зубам" современной России - баааальшой вопрос... Это и у американцев пока не получается, а мы от них в этом плане сильно в заднице, хотя в СССР были хорошие наработки в рамках темы "Холод".

Почему "Холод"? Да потому что топливом для гиперзвуковых летательных аппаратом может быть только жидкий водород или сжиженный газ, теплоемкость которых помогает охлаждать аппарат и гиперзвуковой двигатель в полете.
Еще два момента, требующие пояснений, судя по комментам на пуск "Авангарда".

Первый - температура лобовой ("наветренной") части боевого блока в 2000 град. С при температуре во фронте ударной волны в 20000 градусов - вполне реально. Достаточно вспомнить, что "углерод-углеродные" носки на "Буране" выдерживали температуру до 1750 градусов, а с тех пор появились новые материалы (кому интересно - смотрите здесь http://www.buran.ru/htm/tersaf4.htm , ниже к посту дана картинка для плиточной теплозащиты "Бурана").

Второй - скорость полета М=27. Многие обратили внимание, что эта скорость выше первой космической, т.е. и наш "Буран", и американские шаттлы, и различные спускаемые аппараты, как и все боеголовки баллистических ракет, входят в атмосферу с более низкой скоростью. Например, для "Бурана" расчет посадочной траектории начинался с высоты 152500 метров ("официальная граница" космоса 100 км) - в этот момент он имел скорость 7578 метров секунду, что равнялось 22,82 Маха. Корабль падал, т.е. ускорялся, поэтому максимальное число Маха=27,92 достигалось на высоте 93-90 км. Это все еще космос, атмосферы почти нет. Например, скоростной напор (динамическое давление встречного потока) на этой высоте на указанной скорости 7,5 км/с составляет всего... 10 кг на квадратный (!) метр. В таких условиях говорить о "гиперзвуковом" полете на высоте 90 км может только полный идиот. Ну, или гуманитарий. Ну а по температуре уже все заметно - с начальных 27 градусов Цельсия на орбите к высоте 90 км температура успевает подняться до 1200 градусов.

Однако если говорить о максимальном нагреве (здесь важен кумулятивный эффект, да и скоростной напор нарастает быстрее темпа снижения скорости), то максимум 1656 градусов С достигается к высоте 77800 метров (скорость 7582 м/с, или М=26.69), и держится до высоты 69400 метров (скорость 6277 м/с, или М=21.05). Как видите, названные скорости М=27 вполне реальны, но установившийся полет на таком режиме при современных технологиях немыслим. Все, что мы сегодня слышим - это выхватывание дилетантами цифр из контекста.

Ну а что касается "подарка на Новый год" - сначала пенсию верни, балабол...

PS: что еще могу добавить. В середине "нулевых" годов появилась крайне интересная и сверхсекретная тема (напрягшимся компетентным товарищам могу дать ссылку на единственную открытую публикацию в журнале "Авиационная техника и технологии" НПО "Молния) - так называемые "трансатмосферные летательные аппараты". В двух словах - УСТАНОВИВШИЙСЯ полет в атмосфере на КРЕЙСЕРСКИХ скоростях ВЫШЕ первой космической скорости. Но здесь, судя по всему, абсолютно не тот случай...

PPS: и последнее (если быть точным) - в качестве определения для "гиперзвукового летательного аппарата" я использовал определение термина "гиперзвуковой самолет"

Повышение рабочих температур теплозащитных материалов

Открытие бизнеса