Дешевый гиперзвук получен в США

В университете Пердю в США введена в эксплуатацию «бесшумная» и недорогая в эксплуатации аэродинамическая труба Boeing/AFOSR Mach 6 Quiet Tunnel, позволяющая исследовать движение гиперзвуковых аппаратов в ламинарном потоке со скоростью 6 Мах — примерно 2 километра в секунду. Строительство объекта стоимостью около $1 млн. финансировалось управлением научно-исследовательских разработок ВВС США, агентством противоракектной обороны, а также корпорацией Boeing.

Помимо удобства в эксплуатации и дешевизны, «бесшумность» позволила обеспечить получение ламинарного гиперзвукового потока. Это открывает возможность досконального исследования характера обтекания гиперзвуковых летательных аппаратов, ракет, а также космических аппаратов при вхождении в плотные слои атмосферы. Изучение перехода от ламинарного к турбулентному обтеканию в лабораторных условиях чрезвычайно важно для конструкторов гиперзвуковых аппаратов — по словам доктора Шнейдера, при ламинарном обтекании поверхность аппарата нагревается в восемь раз меньше, чем при турбулентном. По данным совета по оборонной политике США, разработка эффективных «скрамджетов» и исследование поведения граничного слоя являются двумя наиболее критичными технологиями в данной области, прогресс в них жизненно важен для обеспечения успеха программы создания аэрокосмического летательного аппарата нового поколения. Особую важность изучение особенностей полета с гиперзвуковыми скоростями приобретает в связи с резко обострившейся гонкой вооружений и разработкой в России, а также в США нового класса ракет — квазибаллистических, способных маневрировать на значительной части траектории с использованием прямоточных двигателей со сверхзвуковыми камерами сгорания. Официально признанный мировой рекорд скорости для аппаратов этого класса, установленный в ноябре 2004 года американским экспериментальным аппаратом Х-43А с гиперзвуковой двигательной установкой прямоугольного сечения, составляет 9,6 Мах.

Гиперзвуковая аэродинамическая труба, сообщает Space Daily, работает существенно тише, чем иные, — по данным разработчиков, при работе она создает в 10–13 раз меньше шума. Ее строительство было завершено еще в 2001 году, однако еще четыре года ушло на отработку конструкции, устранение недостатков и тестирование. Труба выполнена по схеме Людвига, имеет выходную апертуру диаметром 9,5 дюйма (более 20 см) и предназначена для исследования ламинарно-турбулентного перехода при низком уровне шума. При продолжительности одного сброса в восемь секунд и длительности цикла 1 час его стоимость составляет около $10 за один сброс. Число Рейнольдса составляет около 13 млн.

Оптимизация конструкции позволит уменьшить потребность в теплозащите, что даст возможность создать более легкие и экономичные аппараты. Кроме того, прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковыми камерами сгорания (так называемые «скрамджеты») работают эффективно только в том случае, если в их воздухозаборник непрерывно поступает невозмущенный ламинарный поток воздуха. Дешевизна эксплуатации аэродинамической трубы обеспечивается кратковременностью циклов — они длятся восемь секунд, а также отсутствием компрессоров, обеспечивающих подачу воздуха. Вместо этого перед началом очередного цикла работы в резервуаре, подсоединенном к аэродинамической трубе, создается вакуум, после чего он заполняется воздухом, поступающим сквозь аэродинамическую трубу.

«Тридцать лет назад восемь секунд работы были бы бессмысленны, поскольку за это время ничего не удалось бы измерить, — говорит д-р Шнейдер. — Сегодня, благодаря наличию компьютеров, электроники и датчиков нового поколения, мы можем собрать огромный объем информации за эти восемь секунд».

Необходимость обеспечения ламинарного потока потребовала обеспечения высочайшего качества внутренних поверхностей аэродинамической трубы — они отполированы до зеркального блеска. Малейшая пылинка, попав в гиперзвуковой воздушный поток, способна не только разрушить ламинарность потока, но и нанести серьезные повреждения самой конструкции трубы. Для обеспечения должной чистоты трубы ученые использовали дипломника — студенту с подходящими габаритами, облаченному в специальный костюм, пришлось проползти по трубе диаметром менее полуметра и длиной около полусотни метров.

#gallery#

Boeing/AFOSR Mach 6 Quiet Tunnel не является первой аэродинамической трубой со сходными характеристиками — похожая имелась в НАСА, однако та в настоящее время не эксплуатируется. С 1992 года в университете Пердю работала аналогичная аэродинамическая труба по схеме Людвига, рассчитанная на скорость 4 Маха.

«В настоящее время изучается возможность создания возвращаемых на Землю космических аппаратов с обычным металлическим корпусом, — говорит д-р Шнейдер. — Это позволит избавиться от теплозащитных плиток, используемых на шаттлах и чрезвычайно трудоемких в обслуживании».