Table of Contents
הבנה של Ramjets
Ramjets הם סוג של מנועי סילון אוויריים שאין להם דחוסים נעים או טורבינות, להסתמך לחלוטין על התנועה קדימה של המכונית כדי דחוס אוויר נכנס. עיצוב זה הופך אותם פשוט וקלים לחלוטין בהשוואה למנועי טורבו או טורפוטן.במהירויות תת-קוליות ramjets הם לא יעילים כי יש לחץ דינמי מספיק כדי דחוס אוויר, אבל על עודף סופרוניים ו- 2, בדרך כלל, הם יכולים לפעול על ידי תאים יעילים מאוד.
ב- ramjet, האוויר נכנס לתוך המבוא והוא איטי למטה (מדווח) על ידי סדרה של גלי הלם לפני הכניסה לחדר ההבעירה.דלק מוזרק ושרוף, והגז החם המתקבל מתרחב דרך נוזל לייצר דחף. כי המנוע משתמש חמצן אטמוספירי כמו חמצון חמצון חמצון קמצילי, המכונית אינה צריכה לשאת מיכלי חמצון כבדים, יתרון גדול על פני טיל אטמוספירה מוקדם של 300 שניות, במיוחד, 000 שניות של חומר נפץ, הוא מסוגל להגיע מוקדם יותר גבוה יותר, במיוחד.
המחזור התרמודדינמי של ramjet דומה מחזור Brayton, אבל ללא דחיסה. במקום, הדה-הההה של האוויר המהיר הנכנס מספק את הדחיסה הנדרשת.תהליך זה מייצר חימום משמעותי, ומבנים ramjet חייבים לעמוד בטמפרטורות קיצוניות, לעתים קרובות הדורש חומרים מתקדמים כגון קרמיקה, superalloys, ומערכות קירור פעיל.jet יכול לשרוף כמות גבוהה של דלקים, במיוחד עבור חומרים מטבוליים, במיוחד.
Scramjets - The Supersonic Combustion Variant
במהירויות מעל מאך 5, הטמפרטורה עולה מדחיסה של האוויר למהירויות תת-קולוניות הופכת כל כך חמורה כי מגבלות חומריות וקנטינות כימיות להפוך את הבעירה הקונבנציונלית של ramjet, או סרקמטיות, להתגבר על זה על ידי שמירה על זרימת האוויר במהירויות היפרוזיוניות, הוא למעשה מכווץ ביעילות על ידי גליאומטריה גבוהה יותר, אם כי הוא מוזרק למהירויות גבוהות יותר, ללא התחממות כדוריות קבוע, והוא מאפשר טמפרטורות גבוהות יותר, 000, 000, 000 זה, 000 גורמות לדלקתיות, אך הוא מסוגלות, 000, 000 טמפרטורות גבוהות יותר, אך הוא מסוגלות, 000 דחוסות, אם כי הוא מסוגלות, 000 גורמות לטבוליות, 000 גורמות לגרורתיות, 000 טמפרטורות גבוהות יותר, 000 גורמות להתנגשות, 000 גורמות לגרורות, 000 גורמות לגרורות, 000 טמפרטורות גבוהות יותר, 000 טמפרטורות גבוהות יותר, 000 זעזועים, 000 גורמות לטבוליות גבוהות יותר, 000 זעזועים, ללא גורמות לטבוליות גבוהות יותר, אם כי הוא מסוגלות, 000 זעזועים, 000 התחממות כדוריות קבועות, אם כי הוא מופעלות, 000
ספרמיטס נחשב לגורם מפתח עבור מערכת השיגור לטווח ארוך:0 הירואיד (STO) , כמו שלב של מערכת השיגור של שתי שלבים-על-על-לב (TSTO) של X-43A (NASA) ו- X-51 Waverider (US Air Force) הראו טכנולוגיית בדיקה מהירה, והגיעו ל- Mach, 9.6 ו- 5.1 אלה יכולים גם להיות ברורים עם בעיות ניהוליות ו-Ficial, אך גם כן, אך ורק בבדיקות אלה, אך הן יכולות להיות מודגשות, אך הן יכולות להיות מודגשות, אך הן יכולות לספק בעיות אבטחה גבוהות יותר, אך ורק בבדיקות , אך ורק בבדיקות הדבקה, אך ורק בבדיקות של כוהת-Fic.
היתרונות של Ramjets ו Scramjets עבור שיגור חלל
- (FLT:0Mass Reductionrov: 1FLT) באמצעות חמצן אטמוספירי, הרכב יכול לשאת פחות מסה מדחף באופן משמעותי.עבור רכב שיגור, החמצן בדרך כלל מהווה כ-60–70% מהמסה המדחף.
- (FLT:0) Higher Specific Impulse:FearLT:1 כפי שצוין, מנועי נשימה אוויר מציעים דחף מסוים פעמים רבות של רקטות.זה אומר שהרכב יכול לייצר דחף נוסף ליחידת דחף נצרך, להגדיל את הדחף הכולל הזמין עבור האצה וטרטקס עיצוב.
- (FLT:0) פוטנציאל הכדאיות: 1.FLT:1 Ramjet-Power שלבים יכול לנחות אופקי כמו מטוס, המאפשר תפנית מהירה וצמצום העלות להשקה.מושגים כגון מנוע התגובה Skylon הציעו מחדש לחלוטין חד-שלב יחיד-על-על-לב (SSTO) באמצעות מנוע אוויר היברידי-אוויר-אוויר-אוויר-נשימה, אם כי עיצובים טכניים קיצוניים אלה.
- (FLT:0)Lower Ascent Loads:FLT:1 (פרופילים של חיל האוויר) כולל בדרך כלל עלייה הדרגתית דרך האווירה ולא שיגור אנכי גבוה.זה מקטין את כוחות האווירודינמיקה ואת עומסי חימום, המאפשר עיצובים מבניים קלים יותר ולהפחית ללבוש על כלי רכב הניתנים להחלפה.
- (FLT:0) פעולות סלקטיביות: 1FLT:1 כלי רכב אוויריים היפרוזיים יכול לתמרן במהלך העלייה, המציע גמישות מסלול להגיע למסלולים שונים או לחבור בבטחה.זהו יתרון משמעותי לגישה לחלל צבאי ולמשימות הדורשות חלונות שיגור קריטיים בזמן.
אתגרים לOvercome
למרות ההבטחה שלהם, מערכות הנעה ו ⁇ מתמודדות עם כמה אתגרים בסיסיים שיש לטפל בהם לפני שניתן להשתמש בהם באופן שגרתי לצורך שיגור חלל.
ניהול ארס
זרימת האוויר המהירה מייצרת חימום אינטנסיבי וזוהר. טמפרטורות סטנסיגה ב- Mach 8 יכול לעלות על 3000 K, הדורש קירור פעיל עבור קירות המנוע, בlet הקצוות המובילים, ואת nozzle גרון. Regenerative קירור, שבו דלק זורם דרך ערוצי קירור לפני הזריקה, הוא הגישה העיקרית. Hydrogen הוא מגניב בשל יכולת חום ספציפית גבוהה שלה ושפל צמיגות, אבל טיפול מימן נוסף יכול גם לספוג חום.
אינטגרציה עם Rocket Propulsion
מנוע אווירי לא יכול לפעול מחוץ לאטמוספירה.כל רכב שיגור המשתמש ב-ramjets חייב לעבור למנוע טילים עבור האצה הסופית למהירות מסלולית.זה דורש מנוע מחזור משולב, כגון מחזור משולב של טורבינות (TBCC) או מחזור משולב טילים (RBCC) אך המעבר בין מצבי נשימה אווירית וטילים חייב להיות חלק ומהיר, ביעילות, ובאופן יעיל, למנוע את מעבר של מנועים מתקדמים, אך לא ניתן להפעיל את המנועים בטווח הארוך ביותר של מנועים של מנועים ממטרים מתקדמים.
ביצועים והתחלות
טיפות ראמאט חייב ללכוד את כמות האוויר הנכונה וליצור את יחס הדחיסה הרצוי על פני מגוון רחב של מהירויות.במהירויות סופר-סטוניות נמוכות, החדירה עשויה להתחיל בצורה גרועה, גרימת גרור או unstart.הרכב חייב להיות מואץ באמצעים אחרים (מגבר רוקט, turbojet, או קטפו) למספר מאך שבו ניתן לקחת על שלב זה הוא מוסיף משקל מאוד.
יציבות ולהבות
בסקורמט, זמן תושב הזרם בקובוס הוא על סדר של מילימטרים.דלק חייב להיות מוזרק, לערבב עם זרם האוויר העל-קולי, ולהצית בתוך החלון הזה.צית קלויות, עקרות, ותכניות הזריקה קיר נבדקו, אך שמירה על התלקחות יציבה בתנאי טיסה שונים נשאר מוקד מחקר.
חומרים וייצור
הטמפרטורות הקיצוניות, בשילוב עם אטמוספירה חמצון ולחץ דינמי גבוה, דורשים חומרים ששומרים על כוח ומתנגדים חמצון. Ceramic matrix מורכב (CMCs), קרמיקה אולטרה-גבוהה (UHTCs), ומתכות retory הן מועמדים, אבל הם יקרים וקשה לייצר בצורות גדולות, מורכבות.
פרויקטים של מחקר והפגנות
לכמה מדינות יש תוכניות פעילות לפיתוח הדחף של אוויר היפרוזיאני ליישומים צבאיים ואזרחיים כאחד.פרויקטים אלה מייצרים נתונים קריטיים שיכולים ליידע את עיצובי השיגור העתידיים.
DARPA Hypersonic Air-breathing Weapon Concept (HAWC)
תוכנית HAWC, המנוהלת על ידי DARPA בשיתוף עם חיל האוויר האמריקני, בדקה טילי שיוט המופעלים על ידי בדיקת מנועי טיסה ממושכת ב- Mac 5+. בשנת 2022, בדיקת רייתאון/Northrop Grumman השיגה טיסה של 9 דקות במהירויות מעל מאך 5, המדגימה את הביצועים והסיבולה של ה-FPA באופן ישיר.
מנועים תגובה SABRE ו- Skylon
מנוע התגובה מבוסס בבריטניה (SABRE) כבר בפיתוח מנוע האוויר הסינרגיסטי אוויר-Breathing Rocket Engine (SABRE) מאז שנות ה-80. SABRE משתמש precooler כי קירור אוויר אוויר ממעל 1000°C ל- -150 מעלות צלזיוס במילימטרים, ומאפשר דחיסה קלה של זעזוע אוויר לפני שהוא נכנס לתוך תא דלק גבוה ומהירות גבוהה של כדור הארץ.
נאס"א X-43 ו- X-51 Legacy
תוכנית ההיפ-X של נאס"א טסה את X-43A בשנת 2004, והשגת טיסה משומרת על מאך 6.8 ומאוחר יותר מאך 9.6.The X-43A הדגים את יכולת הנטומנטציה של ה-Samjet ומודלים חישוביים מאומתים.The X-51 Waverider, במימון חיל האוויר האמריקאי, המשיכה ב-Squareamjet עם -200 שניות מופעלת ב-2013, נותרו עקבות אבן דרך וחוקרים נוספים: F-F ממשיכים לשלב את העיצובים הבאים: ALTFDVer, ממשיכים לפתח מודלים של נאס"מחדשניים.
סין ורוסיה
סין בדקה את כלי הרכב של DF-ZFLT:0Starry Sky-2FIRLT:1 ומפתחת את כלי הרכב DF-ZF היפרוזיוני, אשר עשוי להיות מוגדל על ידי שלב ספדוג'ט.רוסיה (FLT:2TsirkonFLT 3: 3LT) היפרsonic Anti-ship, אשר עשוי להיות מוגדל על ידי שימושים ב-Gateamjet, בעוד שעדיין ניתן היה לשלוט ביישומים צבאיים.
שילוב מערכות שיגור עתידיות
היישום המבטיח ביותר לטווח קצר של טכנולוגיית ramjet ו-SEC בשיגור חלל הוא חלק ממערכת דו-שלב-על-על-על-מנת (TSTO).במושג TSTO טיפוסי, השלב הראשון הוא מטוס היפר-דלקתי בעל-אוויר, הנושא שלב שני המופעל על-ידי טילים בגובה גבוה ומאך 5+.השלב הראשון חוזר לבסיס לשימוש חוזר לאימפולסי, בעוד שהשלב השני הוא מאיץ באופן משמעותי את הדחף לנתיבים הראשוניים של הטרקינטים.
מערכת כזו יכולה להפחית את עלויות השיגור על ידי גורם של 2 עד 5 בהשוואה לטילים בעלי מיצוי, בהתאם לדרגה של שימוש חוזר.לדוגמה, ה-FLT:0StratonchFLT:1, גישה של נושאת המטוסים משתמשת באקדח גדול מאוד, אך שלב ראשון מופעל על ידי ramjet יכול ללכת הרבה יותר מהר ויותר גבוה, שיפור ביצועים נוספים.
נתיב אינטגרציה נוסף הוא שימוש ב-ramjets כמו הגדלים לשלב הראשון של רקטות.ה-ramjet יספק דחיפה מוגברת במהלך העלייה הראשונית, המאפשר למנועי הרקטות להיות קטנים יותר או את המטען להיות גדול יותר. עם זאת, המסה הנוספת של מערכת ramjet וצורך להמשיך דלק משלו (מכיוון שהוא משתמש אוויר אטמוספירי) יש לשקול נגד היתרונות הכפולים של צפון-ד / Rjet מופעלים במהירויות נמוכות כמו Rjet, כמו מנועים במהירויות שטח בינוניות, אבל Rjet נמוך, כמו Rjet, כמו Rjet, כמו Rjet, כמו מנועים, אבל מנועים, כמו Rjet נמוך, כמו Rjet נמוך, כמו מנועים במהירויות שטח קצר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, אבל מנועים, 000, אבל Rjet, 000 שטח, 000, בסופו של Rjet, 000, בסופו של Rjet, בסופו של Rjet, בסופו של מנועים, בסופו של דבר, 000 מהירות שטח, 000 שטח, 000, בסופו של מנועים, יש צורך להפעיל דלק משלו, בסופו של דבר, 000, בסופו של דבר, 000 שטח, בסופו של דבר, בסופו של דבר, 000 שטח
הדרך Ahead
הדרך לתהליכי שיגור חלל מבוססי ramjet מחייבת המשך השקעה בחומרים, במדעי הבעירה, ובדיקת טיסות. ציוני דרך מרכזיים הצפויים בעשור הבא כוללים:
- (FLT:0) בדיקות של TBCC או RBCC מנועיFLT 1 על כלי רכב בקנה מידה, מעבר מאווירה לאמצעי טילים בטיסה.
- (FLT:0) מחיקת ההפלגה ההיפרוזית של ההפלגה מחדש של ההפלגה הטרנספורמטיבית (FLT) 1:1 למשך 10 דקות, הוכחת עמידות המנוע וניהול תרמי.
- (ב) ,0) מודלים של ביצועים ממוחזרים (FLT:103) עבור עיצוב רכב משולב, המאפשר תחזיות בטוחות של מסלול ומשקל.
- (ב) ,0) ,העלות של חומרים עתיריים גבוהים (FLT) 1:1 באמצעות ייצור תוספים ורכיבים חדשים.
אם האתגרים האלה מתגברים, הרימונים יכולים לאפשר לדור חדש של כלי רכב שיפעילו יותר כמו מטוסים מאשר טילים, עם עלויות מהירות ועלויות תפעוליות נמוכות.רכבים כאלה לא יחליפו רקטות מרות כבדות לחלוטין – חלק מהמטענים הם רק גדולים מדי עבור שלבים אוויריים - אבל הם יכולים למלא נישה חיונית בהשקה בינונית ונקודת מעבר לנקודות תחבורה היפרטונית.
הרמב"ם ו-Samets מציעים נתיב משכנע יותר מערכות שיגור חלל יעילות, ניתנות לחזרה.על ידי רתום חמצן אטמוספירי במהלך השלב המוקדם של הטיסה, הם מפחיתים מסה מדחף, להגדיל את שבריר השכר, ומאפשרים עצירות אופקית ונחתה. בעוד שמכשולים טכנולוגיים רבים נשארים, מחקר מתמשך בנאס"א, DARPA, מנועים תגובה, וארגונים אחרים מתקדמים בהתמדה את בשלות האוויר של קצב ההנעה הכרחית של לחץ אווירי אווירי אווירי, וגמישות נמוכה יותר, הופכת את קצב הגישה הבסיסית של לחץ אווירי של לחץ אווירי של לחץ אווירי, וגמישות נמוכה יותר של לחץ אווירי, ושפל גבוה יותר של מערכת ההפעלה.