Американцы испытают комбинированный гиперзвуковой двигатель

Американская компания Aerojet Rocketdyne получила заказ Агентства перспективных оборонных разработок (DARPA) Пентагона на проведение демонстрационных испытаний комбинированной гиперзвуковой двигательной установки на основе турбореактивного двигателя. Как пишет Aviation Week, такая силовая установка должна будет разгонять перспективные летательные аппараты с нуля до более чем пяти чисел Маха (6,2 тысячи километров в час).

Сегодня создание гиперзвуковых летательных аппаратов сопряжено с несколькими сложностями. Одной из главных является создание двигателя, который мог бы разгонять такой летательный аппарат от нуля километров в час до скорости гиперзвука. Гиперзвуковой считается скорость, превышающая скорость звука по меньшей мере в пять раз. Существующие сегодня разные виды двигателей могут работать только в своем относительно узком диапазоне скоростей; универсальной двигательной установки пока не существует.

Так, двухконтурные реактивные двигатели, устанавливаемые на истребители, в силу своих конструктивных особенностей не могут разгонять самолет быстрее 2,2 числа Маха. В то же время, рабочие прототипы гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей начинают стабильно работать на скоростях полета более четырех чисел Маха, когда становится возможным поддерживать сверхзвуковой воздушный поток сквозь силовую установку. Теоретическим пределом скорости для гиперзвукового двигателя являются 24 числа Маха.

Новый американский комбинированный двигатель будет способен работать во всем диапазоне возможных для гиперзвукового летательного аппарата скоростей. Сам двигатель, разработкой которого Aerojet Rocketdyne занимается с 2012 года, не будет иметь принципиальных отличий от схем комбинированных силовых установок, создаваемых другими разработчиками. Он будет сочетать в себе турбореактивный двигатель и прямоточные сверхзвуковую и гиперзвуковую воздушно-реактивные двигательные установки, объединенные общими воздухозаборником и соплом.

По такой схеме, в частности, для перспективного гиперзвукового беспилотника SR-72 создает двигатель американская компания Lockheed Martin. Такую же схему для своей комбинированной гиперзвуковой установки избрал и китайский Исследовательский институт машинного оборудования Пекина. Отличием двигателя Aerojet Rocketdyne станет использование в его конструкции уже существующего стандартного турбореактивного двигателя типа Rolls-Royce F405 Adour.

По условиям контракта DARPA, американской компании предстоит найти такие технические решения, которые позволят повысить верхний предел скорости турбореактивного двигателя и понизить скоростную границу прямоточных воздушно-реактивных установок. Кроме того, в рамках этого же проекта должна быть создана и испытана система управления температурными режимами комбинированного двигателя на всех этапах полета. Как ожидается, первые испытания общих воздухозаборника и сопла и интеграция турбореактивного двигателя начнутся в 2018 году.

В декабре прошлого года компания Aerojet Rocketdyne получила контракт Национальной лаборатории энергетических технологий США на разработку новой газотурбинной энергетической установки на базе ротационного детонационного двигателя. Работы, по итогам которых будет создан прототип новой установки, планируется завершить к середине 2019 года. По предварительной оценке, газотурбинный двигатель нового типа будет иметь по меньшей мере на пять процентов лучшие характеристики, чем обычные такие установки.

В новой газотурбинной установке, разрабатываемом Aerojet Rocketdyne, горение топливно-воздушной смеси в камере сгорания будет детонационным. Так называется процесс, при котором фронт горения распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью. При детонации выделяется существенно большее количество энергии, чем при дефлаграции (дозвуковом горении) — это связано с тем, что в первом случае топливо сгорает полнее. В новой установке детонация в камере сгорания будет постоянной, что позволит существенно упростить конструкцию.

Продукты сгорания в ротационном детонационном двигателе покидают камеру сгорания постоянно. Это позволяет использовать их в качестве газогенератора в газотурбинной установке. На разработку детонационной газотурбинной установки планируется потратить 6,8 миллиона долларов. Помимо Aerojet Rocketdyne к проекту новой детонационной газотурбинной установки будут привлечены несколько американских университетов. В частности, в Университете Пердью будут проводиться испытания детонационного газогенератора совместно с многокаскадной турбиной.

Василий Сычёв