Авиация и космонавтика 2003 10

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, двигатель РТЕ продемонстрировал устойчивые рабочие характеристики в широком диапазоне скоростей (М=4,5- 6,5).

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 техническим характеристикам данная установка существенно приближено к штатному изделию: изготовленный из никелевых сплавов двигатель массой около 70 кг оснащен системой охлаждения воздушного канала, ширина которого составляет 22,8 см.

Однако и для этой модели предусмотрена раздельная подача топлива в систему охлаждения и камеру сгорания (опять через внешней 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 отвода тепла и поддержания эффективного горения. После каждого эксперимента проводилась дефектоскопия каждого сварного шва 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 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.