Table of Contents
שם מקור: The Role of Ramjets in Modern Space Access
המרדף אחר בעלות נמוכה, גישה אמינה לחלל הוביל מהנדסים לחקור ספקטרום רחב של טכנולוגיות הנעה. בין אלה, ramjets לנקוט נישה ייחודית: הם מנועים אוויר הפועלים ביעילות במהירויות סופר-סיניות ויפרוזיות, המציע גשר פוטנציאלי בין חומרים קונבנציונאליים ואופנועים טהורים.
כיצד ראמיטס מתנגן
בליבה, מנוע סילון שמגיע לדחיסה לא באמצעות מכונות רוטטות, אלא על ידי מחיקת אוויר מהיר במהירות גבוהה נכנס.כרכב טס מהר יותר מאשר על מאך 2, התנועה קדימה אוויר לתוך המנוע אינלט, העלאת הלחץ והטמפרטורה.זה דחוס ואז נכנס לחדר של התלקחות שבו דלק מוזרק ושרוף.
מכיוון שלפרמקים אין דחיסה או טורבינות, הם פשוטים מבחינה מכנית, קלים ומסוגלים למהירויות קיצוניות.עם זאת, הם לא יכולים לייצר דחף סטטי – הם כבר צריכים להיות נעים במהירות סופרוזית לפני שהמנוע יכול לתפקד.
Supersonic vs. Hypersonic Operation
ramjets מסורתיים פועלים עם תבוסות תת-קוליות: זרימת האוויר איטית ל- Mach 0.3-0.6 בתוך המנוע לפני שהדלק נוסף ונלקח.זה עובד היטב עד מהירויות של מאך 5. מעל זה, הדהורציה הנדרשת כדי לשמור על זרימה תת-קולית גורמת לגרור יתר וטמפרטורה.
ביצועים טיפוסיים
הרמב"ם מציע ערכים דחפים ספציפיים בטווח של 4000-6000 שניות ברמת הים לדלק מימן, ירידה של 2,000-3000 שניות כעלייה בגובה.מספרים אלה הם בערך כפולים ממנוע טילים בעל ביצועים גבוהים, אשר בדרך כלל משיג 300-450 שניות בוואקום.התפס הוא כי ramjets פועלים רק בתוך מסדרון מהיר מסוים, בדרך כלל בין 2 ל- 6-8 וגובה ב-15 ק"מ"מ"מ, יש צורך בפסים אחרים.
יתרונות עבור כלי שיגור הניתנים לחזרה ומטוסי חלל
ניכוי מס באמצעות Air-Breathing
בקטטה קונבנציונלית, החמצן (בדרך כלל נוזל חמצן) הוא הרוב של המסה המדחף.לדוגמה, השלב הראשון של פלקון 9 נושא כ-75% מהמסה המדחף שלה כמו LOX. על ידי שימוש בחמצן האטמוספרי במהלך שלב האחוז הראשוני, מנוע אוויר-נשימה יכול להפחית באופן דרסטי את העומס המניע הכולל.
אחריות ופעולות Horizontal
לוחות חלל מופעלים Ramjet-powered ניתן לתכנן עבור היפוף אופקי ונחתה, באמצעות מסלולים במקום לוחות שיגור יקרים. זה מתאים באופן טבעי עם המודל התפעולי של מטוסים מסחריים, המאפשרת תפנית מהירה בין טיסות. היעדר טורמצ'יניאר מורכב (לעומת טורח טורח או מנועי רקטות) להפחית את דרישות תחזוקה וספירות חלק, שיפור עלויות חיים נוספות.
גמישות טריזר
מכיוון ש-ramjets מספקים דחף מתמשך על טווח מאך רחב, הם מאפשרים לרכבים לעקוב אחר מסלולים רדודים ויעילים יותר של תחזיות.במקום אובדן הכבידה החמור שחווה רקטות מאונטות, מטוס המופעל על ידי ramjet יכול לבנות אנרגיה רציפה בהדרגה, נותן מתכננים המשימה גמישות רבה יותר במסלול היעד ותרחישים של bort פוטנציאלי.
אתגרים טכניים מרכזיים ומגבלות
למרות הערעור שלהם, ramjets מציג מכשולים עצומים ששמרו אותם משירות ב-RLVs תפעולי. אתגרים אלה הם בסיסיים ומעשיים.
יעילות נמוכה
Ramjets לא לייצר דחף במהירויות נמוכות.רכב חייב להיות מואץ ל- Mach 2–3 באמצעות מערכת הנעה אחרת - בדרך כלל טורבוג'ט, מגבר טילים או שיגור חיצוני שמוצף.זה מאיץ את המסה הגסה של הרכב ומסבך את הארכיטקטורה הנטועה.הגישה "ממדורגת-מעגל" הנרחבת" (למשל, turbo-jet או רקטה משולבת, מחזור כפול), ממזגת של RCC, לכדי התנסויות מרובות, אך לכדי מורכבות הנדסית, אך היא מוסיפה למעבדת אחת.
עיצוב אוויר ודרדר
במהירויות היפרוזיות, צריכת האוויר חייבת לנהל במדויק גלי הלם כדי ללכוד מספיק זרימת אוויר בעוד צמצום לשפוך גרור. צריכת אופטימיזציה עבור מאך 5 עשוי לבצע בצורה גרועה ב- Mach 2, ולהיפך, צריכת הגיאומטריה משתנה הם אפשריים (למשל, רמפות או ספייקטים) אבל עלייה במשקל וסיכון של כשל מכני.
ניהול ארס
טמפרטורת הקיפאון ב- Mach 5 עולה על 1000 מעלות צלזיוס, וב- Mach 8 היא מגיעה לטמפרטורות של 2000 מעלות צלזיוס. טמפרטורות הבעירה בתוך המנוע יכול לעלות על 3000 מעלות צלזיוס ללא קירור פעיל, כל מבנה מתכתי יתמוסס או חמצון באופן קטסטרופלי.חום-resistant קרמיקה, קירור מחדש באמצעות דלק, וקירור הסרט נדרשים כולם.
המונחים:
הרמב"ם מסתמכ על חמצן אטמוספירי.בגובה מעל 35-40 ק"מ, האוויר הופך רזה מדי כדי לקיים בעירה יעילה.כדי להגיע למסלול, על הרם לרדת למנוע טילים, והוסיף מערכת הנעה שנייה.מעבר זה, הידוע בשם "מעבר מוות", הוא תמרון מורכב שצריך להתרחש בלחץ דינמי גבוה, לעתים קרובות דורש ניהול קפדני של דחף ובקרת.
חללים היסטוריים ותפיסתיים Ramjet-Powered Spaceplanes
מהנדסים כבר ציירו כוכבי חלל של ramjet מאז שנות החמישים, בעוד שרק מעטים טסו, מספר מחקרים וטיפוסים משפיעים הקימו את הבמה למחקר הנוכחי.
X-15 ו-Early Ramjet Tests
מטוס הניסויי המופעל על ידי צפון אמריקה X-15, אשר השיג את מאך 6.7, המדגים את יכולת הטיסה היפרוזיונית. במקביל, הצבא האמריקאי בדק את ה- X-7 ו- X-10 עם ramjet Propulsion, והגיע למהירויות דומות.הטיסות הללו אישרו טכנולוגיות מפתח כגון ⁇ טמפרטורה גבוהה, מגינים חום, ותאים פשוטים של ramjetbustion.
המושגים LACE ו- SABRE
בשנות ה-80 החלה החברה הבריטית Reaction Engines לפתח את הרעיון של Skylon Spaceplane, אשר משתמש ב-Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (SABRE) SABRE אינו ramjet טהור; הוא מתג טרמפונדט precooled כי דחוס אוויר לאחר קירור זה כדי לבכות טמפרטורות שונות מ-RAG, SABRE המניות האוויריות סגורות לאחר מכן כדי להוריד את העיצובים של כדורעף, ולאחר מכן, הוא סגור כדי למולקולנוע, לאחר מכן, הוא מופעל על ידי מערכת אווירי תיבות של 5, לאחר קירור זה, לאחר מכן, לאחר מכן, ולאחר מכן, לאחר קירור זה מופעלת על ידי מגנטית על ידי מגנטית על ידי מתכת אוויר, כדי למולקולוניה, לאחר קירור זה הוא מופעלת על ידי מתכתי תיבות של כדור הארץ, לאחר קירור זה, לאחר מכן, לאחר קירור זה, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי למולקולנוע, לאחר קירור זה מופעלת על ידי מתכתבולטי תיבות של כדורעף על ידי מטה כדי לכדי טמפרטורות אוויר, לאחר מכן, לאחר קירור זה, לאחר קירור זה, בעוד שונה ממרחק של כדור הארץ, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000
נאס"א GTX ו-Common-Cycle Research
מרכז המחקר גלן נאס"א חקר את מנוע המעגל GTX (Glenn Thruster Experiment) קונספט, ramjet-scramjet-scramjet-rocket המשולב של מנוע מחזור עבור כלי רכב שיגור הניתנים להחלפה.העיצוב GTX משתמש ב- Nozzle מרכזי מקבל בתוך מצב אווירי קבוע של ramjet. במהלך ה-Rat הראשוני, שריפות הרקטות כדי להאיץ את הרכב ל-jet, ואז לקחת מהירות גבוהה כדי להפעיל את המעבר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי להפעיל את המסלול האחרון של מנועים לאחור, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי להפעיל את אמצעי תחבורה מהירה יותר מעבור בדיקות חומרה מתקדמת, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי להפעיל את אמצעי תחבורה מהירה של המנועים לאחור, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן,
מחקרים סיניים ויפן
תוכניות החלל הסיניות, כולל פרויקט Tengyun, כרוכות על מנוע ramjet / Scramjet עבור מטוס חלל נוף אופקית של יפן ארגונים כמו JAXA גם עבד על מנוע ATREX (Air-Turbo Ramjet), המשלב חזית טורבו עם קורוב ramjet.
חומרים וטכנולוגיות מגניבות
אין RLV מופעל על ידי ramjet- מופעל ללא חומרים שיכולים לשרוד עומס תרמי מכני קיצוני. התפתחויות האחרונות מאפשרות עיצובים בלתי אפשריים בעבר.
Ceramic Matrix Composites (CMCs)
פחמן פחמן-פחמן וסיליקון מקריפים משמשים כעת בקונדומים האף, הקצוות המובילים, וקורי תא הבעירה CMC שומרים על כוח בטמפרטורות מעל 2000 מעלות צלזיוס ומשקלו הרבה פחות מאשר Superalloys. לדוגמה, ה- X-43A Scamjet המשמש רכיבים פחמן פחמן פחמן-פחמן. CMCs מודרניים הם מותאמים להתנגדות חמצון וניתן לספוג עם zirconium או carnomes.
Regenerative וסרט מגניב
דלק הידרוגן, עם חום ספציפי גבוה ונוף נמוך, ניתן להפיץ באמצעות ערוצי קירור בקירות המנוע לפני הזריקה לתוך תא הבעירה.שיטת קירור רגנרטיבית זו משמשת במנועי רקטות, והוא יכול להיות מותאם עבור ramjets. בנוסף, קירור סרט - תוך הזרקת שכבה דקה של דלק קריר לאורך הקיר - מקטין את העברת החום באזורים חמורים ביותר בשילוב, אלה יכולים לשמור על איכויות מבניות אפילו 8 מאך.
החלפת חום ל Precooling
עבור מנועי SABRE, מתקן חום קל משקל נכנס אוויר מ 1000 מעלות צלזיוס עד -150 מעלות C לפני דחיסה.זה משפר באופן דרמטי את יעילות הדחיסה ומאפשר זעזועים-מצ'יניים לפעול בתנאים שבדרך כלל ימיסו אותה.הפיתוח של high-surface-area, מחילופי חום דקים-קיר דק הוא פריצת דרך, למרות שעקביותם בהריסות אוויר נשאר מודאג.
מערכות אינטגרציה
האתגר של שילוב ramjets לתוך RLV אינו רק עושה את העבודה של המנוע - הוא מארגן מעבר חלק בין מצבי הנעה מרובים.
כפול-Mode Ramjet-Scramjet
זרמופת אחת יכולה לפעול כקוע ramjet (בעירה סובוזית) במהירויות נמוכות יותר ו-Samjet (בעירה על-קולנית) במהירויות גבוהות יותר.המעבר מושג על ידי שינוי מיקום הזרקת הדלק ושינויים באזור הגרון.כמה בדיקות מנהרות רוח הראו מעבר מצב זה ללא כיבוי הלהבה.
Rocket-based משולב Cycle (RBCC)
מנועי RBCC להטביע רעש טילים בתוך דונם.הרקטה מספקת דחף להאצה מהירה נמוכה ולאחר מכן פועל כזריק כדי להגדיל דחיסה ramjet. בגובה גבוה, הרקטות משתלטות באופן מלא.ה היתרון הוא מנוע יחיד המכסה את טווח המהירות המלא, אבל החיסרון הוא חוסר יעילות בכל מצב בהשוואה לעיצובים ייעודיים.
שילוב טורבו-רמביט
כמה מושגים, כמו פראט ויטני J58 בשימוש על SR-71, להשתמש ב- turbojet כי לעקוף אוויר סביב הליבה שלה לתפקד כמו ramjet במהירות גבוהה.עבור מטוסים, היברידית כזו יכולה להאריך את טווח המהירות מעבר ל- Mac 3, אבל משקל ומורכבות להישאר גבוה. התפתחויות מודרניות להתמקד במנועי מחזור משתנים המגדירים את זרימת האוויר הפנימית שלהם.
שיקולים כלכליים ומבצעיים
לעתים קרובות, RLVs מופעלת על ידי Ramjet- מופעלת מסגרת לגישה לחלל "סגנון אווירי" עם זאת, יש לבחון בזהירות את הכלכלה בעולם האמיתי.
עלויות תשתיות
ההמראה הקונבנציונלי מכבישים קונבנציונליים הוא אטרקטיבי, אבל כלי הרכב עצמם דורשים תלאות מיוחדות, מחסני דלק (מימן נוזלי), וריצה מסוגלת לעמוד בעומס תרמי ואקוסטי גבוה.לדוגמה, Skylon ידרוש מסלול של לפחות 3.5 ק"מ ארוך עם מתקני טיפול בדלק Cryogenic. ההשקעה הזאת עלולה להיות כבויה על ידי לא צריך מגדלי שיגור ו- trenches, אבל זה עדיין משמעותי.
תשלום הונאה ועוצמה
בעוד שמנועי קירור אוויר חוסכים מסה של דחף, המשקל הנוסף של כנפיים, הצריכה, הגנה תרמית ומנועי מחזור משולבים לעתים קרובות תוצאות בשבריר תשלום נמוך יותר מאשר טיל שווה ערך. עבור מערכת דו-שלבית לחלוטין שתי-שלבים-על-על-מנת-על-מנת, שלבים מופעלים עלות ראשונה עשויים לספק 2–4% שבריר מטען נמוך, בדומה לרקטות אנכיות כמו פלקון 9.
דרישות שוק ופרופילי משימה
שוק השיגור הנוכחי נשלט על ידי רקטות אנכיות-launch. A ramjet Spaceplane סביר להניח למשימות נישה: קבוצות לוויין קטנות, תחבורה צוות למסלול כדור הארץ נמוך, או נסיעות נקודתיות אל נקודות.השוק לשירותים כאלה עדיין מתפתח, ואת ההשקעה הרב-ממדית הנדרשת (במילוני דולרים) חייב להיות מוצדק על ידי הביקוש העתידי.
תוכניות מתקדמות ומבחן
בעשור האחרון הושגו מספר אבני דרך משמעותיות, והמשיכו את טכנולוגיית ריאה-ה-ח'ט.
מנועים של SABRE DESTTOR
בשנת 2019, מנועי התגובה השלימו מבחן מפתח של SABRE precooler, אשר אישר את היכולת מגניב זרם אוויר סימולציה 1000 מעלות C לתוך -150 מעלות C בתוך מילימטרים.החברה גם בנה מפגין ליבה מנוע בקנה מידה מלא בקולורדו. בעוד SABRE אינו ramjet טהור, הצלחתה חיזקה את העניין ב- Air-breathing-to-totrotrator המשולב.
DART AE ו-Startups אחרים
כמה סטארט-אפים, כולל החברה האוסטרלית Hypersonix ו-Vang Aerospace מבוסס ארה"ב, מפתחים מזל"טים היפר-רפואיים מופעלים על ידי רחפנים ומושגים של Spaceplane. Drt AE של Hypersonix הוא רכב קטן, שניתן לערעור מחדש של ramjet-Power Test שמטרתו להפגין את מאך 5 טיסה באמצעות מימן ירוק. ונוס Aerospace פועל על מסלול של רטון רוטט עבור נסיעות היפר-קולוניות.
כוכבי החלל הסיניים Prototypes
סין ביצעה ניסויים על מטוס חלל בגודל בינוני המסוגל למצ'א 5+ באמצעות סקרמדט. בדיקות אלה, למרות שלא בפומבי לחלוטין, מצביעה על כך שסין רואה בעדיפות גבוהה לגישה לחלל הניתן לחזרה בעתיד.פרויקט Tengyun, שהתגלה בשנת 2021, נועד להשיג את מאך 7+ עם מנוע משולב.
תחזית: האם הרמב"ם יהפוך את הגישה לחלל?
ההבטחה של ramjets עבור RLVs היא משכנעת, אבל הדרך מערכות מבצעיות נשאר ארוך ולא ברור.זה מציאותי יותר לצפות כי ramjets ימצא לראשונה שימוש בטילים היפרוזיים ו-Reconnaisance רחפנים, שבו המהירות והמגוון שלהם הם בעלי ערך מיידי. in the space Launch domain, ramjet-powered שלבים ראשונים יכול להופיע כחלק משני כלי רכב הניתנים לחזרה, 15 שנים לאחר מכן, חומרים אלה הם בעלי ערך כלכלי, אשר ניתנים לשליטה, 15 שנים לאחר מכן, חומרים מתקדמים, אשר ניתנים לשליטה כלכלית, ו-עשר, אשר ניתנים לשליטה, 15-20 חומרים אלה, חומרים מתקדמים, אשר ניתנים לשליטה, אשר נמצאים באופן מיידי.
מושגים חלליים כמו Skylon מתמודדים עם תחרות נוקשה של רקטות מתפתלות אנכיות כמו Starship, אשר כבר להשיג שימוש מלא ושברירי תשלום גבוהים ללא המורכבות של מנועי נשימה אוויר.עם זאת, הפיזיקה הבסיסית של הנטומנטציה של האוויר-אוויר היא בצד של ramjets: שימוש בחמצן חופשי הוא תמיד יעיל יותר.
מסקנה
Ramjets מציעים נתיב שיזוף לעבר תחבורה שטח נמוכה, גמישה, וניתן להשראה מחדש.הדחף הספציפי הגבוה שלהם, עיצוב מכני פשוט, והתאמה עם פעולות אופקיות להפוך אותם לתאים טבעיים עבור RLVs ומטוסים חללים.אבל האתגרים של ביצועים מהירים נמוכים, קיצוניות תרמיים, ושינוי מצב הם משמעותיים.
(ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]