воскресенье, 9 сентября 2012 г.

Собираем прототип Гиперзвукового самолета на свалке!

Если Вы собираетесь сделать 
качественный гиперзвуковой 
самолет "с чистого листа" - 
ни в коем случае не используйте 
Эту статью как руководство. 
Но вот если ареал вашего 
творчества ограничен РФией...

Прежде чем посягнуть на 5М и более нужен самолет-прототип (летающая лаборатория) летающий на скорости в районе 4М для набора опыта по решению типичных проблем.
Выбор планера - дело ответственное, потому как именно он задаст ограничения на оставшиеся части конструкции. Алюминиевые самолеты сразу - Нет. Ту-144 и Ту-160 были неудачными с самого начала и весь запас модернизации почти исчерпали. Нужен или стальной или титановый самолет. Один такой стоит с опущенным носом в авиамузее - титановая "Сотка" Т-4.
Титан сохраняется намного лучше алюминия и не ржавеет как сталь. В лучшие свои годы Т-4 разгонялся до 3М - термическая прочность конструкции позволяла. Главное - оставить корпус, а все советские пережитки в виде ламповой электроники выкинуть, освободив целый отсек под топливо. Для новой авионики с какого нибудь не сильно устаревшего истребителя места останется достаточно.

Выбор топлива. Все скоростные возможности на керосине были исчерпаны американскими "Валькирией", SR-71 и той же "Соткой". Проблемы с горением в сверхзвуковом потоке тяжело решаемы, поэтому нужно топливо которое не нужно распылять. Лучше всего - Газообразный водород. Хранится он в жидком виде. Сосуды изготавливаются в виде "матрешки": водородный бак внутри бака с жидким гелием, а тот внутри бака с жидким азотом. Хотя немцы для своего "бумера" смогли изготовить более простой водородный бак.
Общее ограничение для большинства типов водородных баков - сферическая или цилиндрическая форма из-за водородной и низкотемпературной хрупкости. У сохранившейся "Сотки" к счастью сечение фюзеляжа круглое и позволяет размещать водородные баки. Водород легко испаряется, поэтому нельзя забывать продувать инертным газом отсеки рядом с баками и топливопроводами. Криогенное топливо имеет кучу недостатков главные из которых - закипание и взрывоопасность при повышении температуры. Необходима надёжная термоизоляция баков и топливопроводов способная выдержать нагрев самолета на сверхзвуке. Достаточно надежные термоизоляционные плитки были на "Буране", который придавило обрушившейся крышей (вместе с ракетой "Энергия"). Восстановить тот челнок до летного состояния невозможно, поэтому плиткам можно найти другое применение - в качестве наполнителя композитной термоизоляции на водородных баках прототипа Гиперзвукового самолета.
Достаточное их количество можно наскрести по загашникам.




 Выбор двигателей ограничен топливом, но в СССР были двигатели работающие на водороде - НК-89 тягой 10,5 тс .

 Пары этих турбореактивных двигателей достаточно для взлета и разгона на дозвуковой скорости. Можно было бы поставить и двигатели на обычном топливе, в конце концов баки в крыльях остаются свободными, но вес этого Керосина будет явно лишним. В то же время Водород почти ничего не весит - основную массу составляют баки.
Для сверхзвуковых скоростей нужны прямоточные двигатели.

Существующие воздухозаборники Т-4 рассчитаны на обеспечение воздухом 4х двигателей до скоростей 3М и вполне могут обеспечить воздухом 2 прямоточных двигателя (нужны аэродинамические плоскости  внутри воздухозаборника  для отклонения потока от НК-89 на сверхзвуке) до скорости около 4М. Чтобы титановый корпус выдерживал высокие температуры на скоростях больше 2.5М нужно хотя бы такое теплоизолирующее покрытие как на Virgin Galactic.
Сравнительно малый запас тяги двигателей НК-89 (они никак не модернизировались со времен союза) на взлете можно компенсировать увеличением длины разбега. Достаточно длинная  взлетно посадочная полоса есть на арендованном Россией космодроме Байконур (строилась для "Бурана").
Этот регион отлично подходит для испытаний прототипа  Гиперзвукового самолета, не хуже чем для полетов ракет (уже есть вся инфраструктура).
Важный вопрос - управление самолетом. Пилота заменить трудно, однако дистанционное управление и контроль на основе алгоритмов заложенных в память управляющего компьютера (как на летающих там ракетах) сулит ряд преимуществ. Современные компьютеры намного легче пилотской кабины с системами жизнеобеспечения, а конкретно на "Сотке" ещё и позволяют отказаться от тяжелого механизма отклонения носа самолета. Достаточно нескольких качественных видеокамер под сапфировыми колпаками от оптико локационных станций на истребителях.
Последовательность действий при испытаниях прототипа Гиперзвукового самолета:
- Заправка водородом (на Байконуре есть водородные заправочные станции которые строились для "Энергии");
- Взлет за счет тяги двигателей НК-89 и разгон на дозвуковой скорости;
- Переориентирование воздухозаборников для уменьшения подачи воздуха к НК-89 и увеличения подачи воздуха для прямоточных двигателей;
- Экранирование от воздушного потока НК-89 и включение продуваемых прямоточных двигателей;
- Выход на сверхзвук и дальнейший разгон.
Дальше всё в обратном порядке.