Ramjets'i Anlamak

Ramjets, hava ya da turbofan motorlarına karşı doğal olarak basit ve hafif bir şekilde hareket ettiriyor çünkü havayı sıkıştıracak kadar dinamik baskı var, ancak süpersonik ve hipersonik ve konumlarda onlar yüksek Machfan motorlarının eksikliği, genellikle Machopsonik hızlarda 6 veya ötesinde, yüksek Machjetler çalıştırmaya olanak sağlıyor.

Bir ramjet'de hava in the inlet ve yavaş yavaş yavaşlanır (kompresyona girmeden önce bir dizi şok dalgasına maruz kalır. Yakıt enjekte edilir ve yakılır ve ortaya çıkan sıcak gaz, yüksek süpersonik hızlarda, motor oksiter olarak atmosferik oksijeni kullanır, araç ilk uzayın aşamaları için çekici bir alan için ne kadar yüksek performanslı bir yakıt verimliliği sağlar.

Bir ramjet termodinamik döngüsü, Brayton döngüsüne benzer, ancak bir kompresör olmadan. Bunun yerine, gelen yüksek hızlı havanın silinmesi gerekli sıkıştırma sağlar. Bu işlem, yüksek yanmalı enerji ve mükemmel soğutma özellikleri nedeniyle en yüksek performans sunar. Hidrokarbon yakıtları da aşırı sıcaklıklara dayanabilir, özellikle de eleman ve yoğunluk önemli ölçüde önemlidir.

Scramjets – The Supersonic Combustion Variant

Mach 5 hakkında hızlarda, hava akımını altsonik hızlara sıkıştırarak ısınıyor, bu yüzden malzeme sınırları ve kimyasal kinetiği geleneksel bir ramjet yanma engelleyicisi haline geliyor ve yanma normal bir şok olmadan gerçekleşir. Bu, Mach 15'i korumak için darbeleri aşmak ve potansiyel olarak daha yüksek bir mühendislik meydan okuması devam eder.

Scramjets, iki aşamalı bir çıkış sistemi olarak kabul edilir. X-43A (NASA) ve X-51 Waverider (US Hava Kuvvetleri) uçuşlarında 9.6 ve Mach'a ulaşan hava-kırıklık aşamasının da uygulanabilir olduğunu ve pozitif net bir şekilde yandığını kanıtladılar.

Uzay için Ramjets ve Scramjets'in Avantajları

  • [FONT:0]Masss Rez: [Dönetici: [Dönetici:0)) Havadaki sıvı kaldırma (GLOW) kullanarak, daha büyük bir yük veya daha küçük bir araç için, o oksitleyicinin genellikle yüzde 60-70'i, hava-breathing aşamasının% 60'ını azaltan kütlenin % 60'ını azaltabilir.
  • [FONT:0) Yüksek özel Impulse:[Dönemli:[Dönemli) olarak, hava-breathing motorları roketlerin birçok kez roketlerin bulunduğu belirli bir dürtü sunar. Bu, aracın yakıt tüketimine daha fazla itmesi oluşturabileceği anlamına gelir ve hız şekillendirme için mevcut olan toplam dürtüyü artırır.
  • [FONT=0)Reusability Potansiyel:[Dönetici: [Dönetici:0)Reusability Potansiyel:[Dönetici:0)Reusability Potential:[Dönemli ilk aşamalar bir uçak gibi yatay bir şekilde, hızlı dönüş ve başlangıç maliyetinin azaltılmasına olanak sağlar.Reusability Potential: [Dönetici Motorlar Skylon gibi Kavramlar tamamen yeniden kullanılabilir tek aşamalı olarak yeniden tasarlanabilir tek aşamalı olarak tanklar (SSTO) bir ön soğutma motoru kullanarak, bu tür tasarımlar aşırı teknik engellerle karşı karşıya kalabilir.
  • [FONT:0) Alçakgönüllü Ascent Yükler: [Dönetici: 0] Hava-breathing ascent profilleri genellikle yüksek güven dikey bir başlatı yerine atmosferden kademeli bir tırmanma içerir.Bu, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ve ısıtma yüklerini azaltır ve potansiyel olarak yeniden kullanılabilir araçların aşınmasını azaltır.
  • [FONT=0]Flexible Operations:[Dönetici:[Dönetici:0)) Hipersonik hava-breathing araçları, çeşitli yörüngelere ulaşmak veya güvenli bir şekilde gitmek için yörünge esnekliği sunabilir. Bu, zaman-kritik fırlatma pencereleri gerektiren görevler için önemli bir avantajdır.

Overcome için meydan okumalar

Onların sözlerine rağmen, ramjet ve scramjet propulsion sistemleri uzay lansmanı için rutin olarak kullanılan birkaç temel zorlukla karşı karşıyadır.

Termal Yönetim

Yüksek hızlı hava akışı yoğun bir şekilde konvektif ve radiative ısıtma üretiyor.Sinement sıcaklıklar at 3000 K, motor duvarları için aktif soğutma gerektiren, lider kenarlar ve nozul boğazı ısıtın. Rejeneratif ısı, enjeksiyondan önce yakıtın ısındığı ısınıyor, ilk yaklaşımını yapıyor.

Rocket Propulsion ile entegrasyon

Hava-breathing motoru atmosfer dışında çalışamaz.Sunjetleri kullanan herhangi bir fırlatma aracı, yörüngesel hıza geçiş yapmalıdır. Bu, bir türbin bazlı birleşik döngü (TBCC) veya bir roket bazlı döngü (RBCC) gibi bir motor gerektirir.Havalı ön soğutma moduları arasındaki geçiş, daha önce bir jet motoruna geçiş yapmak için daha iyi bir hıza sahip olmalıdır ve motor geniş bir Mach sayısı ve yükseklik aralığında verimli bir şekilde çalışmalıdır.

Inlet Performansı ve Startability

Ramjet inlets, doğru hava miktarını yakalamak ve geniş bir hız aralığında istenen sıkıştırma oranını oluşturmak zorundadır. Düşük süpersonik hızlarda, inlet kötü bir şekilde başlayabilir, neden sürüklenme veya başlamamalıdır. Aracın diğer araçlarla hızlandırılması gerekir (rocket booster, turbojet veya kediapult) bir Mach numarasına kadar uzanır.Bu ilk hızlandırma aşaması ekliyor ve karmaşıklık.

Combustion Stability and Flameholding

Bir scramjet'de, kombinatördeki akış, milisaniyelerin emrindedir. Yakıt enjekte edilmelidir, süpersonik hava akışı ile karıştırılmalıdır ve bu penceredeki ateşlemeler ve igniteler, strutlar ve duvar enjeksiyonları test edilmiştir, ancak farklı uçuş koşullarında istikrarlı bir yanmayı sürdürmek bir araştırma odağında kalır.

Malzemeler ve İmalat

Aşırı sıcaklıklar, oksitli atmosfer ve yüksek dinamik baskılarla birlikte, güç koruyan ve oxidasyona direnen malzemeler gerektirir. Seramik matrix kompozitler (CMCs), ultra yüksek sıcaklık seramikleri (UHTCs), ve rerakter metaller adaylardır, ancak büyük, karmaşık şekillerde üretim yapmak için pahalı ve zorlardır.

Mevcut Araştırma ve Gösteri Projeleri

Birkaç ülke hipersonik hava-breathing propulsion for both askeri and sivil applications. Bu projeler gelecekteki uzay fırlatma tasarımlarını bilgilendirmesi için kritik veriler üretiyor.

DARPA Hypersonik Hava Silah Kavramı (HAWC)

HAWC programı, ABD Hava Kuvvetleri ile işbirliği içinde DARPA tarafından yürütülür, bir silah test etti, Mach 5+'da devam eden füzeler, bir Raytheon/Northrop Grumman testi, uzay lansmanı için 9 dakikalık bir uçuş elde etti.QWC programı[Dönemli bir silah, gelişmiş teknolojiler geliştirildi – gelişmiştir).

Reaksiyon Motorları SABRE ve Skylon

İngiltere merkezli Reaksiyon Motorları Ltd., Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (SABRE) 1980'lerden bu yana, SABRE, yüksek hızlarda ve yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan bir roket moduyla dolu bir şekilde test edilmiş durumda.

NASA X-43 ve X-51 Miraç

NASA'nın Hyper-X programı, 2004 yılında X-43A'yı Mach 6.8'de scramjet güçlü bir uçuşa ulaştırdı ve daha sonra Mach 9.6. X-43A, scramjet'ın şarj edilebilirliğini ve uzay erişimi için doğrulanan X-51 Waverider'i doğruladı; ABD Hava Kuvvetleri tarafından finanse edilen 200 saniyelik bir uçuşa sahip olan hiper-aktif bir uçuşa devam ediyor.[16]

Çin ve Rus Efforts

Çin, bir scramjet aşamasına kadar yükseltilebilir ve Rusya'nın hipersonik füze füze füzesi kullanılarak ve konuşlandırılan bir araç olarak kabul edilebilir.

Future'a entegrasyon Sistemleri

Uzayda bir roket destekli ikinci aşamayı yüksek ve Mach 5+'ya taşıyacak olan en umut verici uygulama sistemi, ilk aşamayı yörüngeye doğru hızlandırırken, ilk aşamayı tekrar tekrar tekrarlamaya ihtiyaç duyan hava-breathing hipersonik bir uçaktır.

Böyle bir sistem, 2 ila 5 arasında bir faktör tarafından başlatılabilir roketler ile, yeniden kullanım derecesine bağlı olarak. Örneğin, [[DÜyetim:0)Strato başlatılabilir:1) taşıyıcı uçak yaklaşımı büyük bir turbofan-güçlü bir uçakla daha hızlı ve daha yüksek bir şekilde, daha performansa yol açabilir. Reaksiyon Motorları Skylon gibi Konseptler SSTO için hedefleniyor, ancak TSTO mevcut malzemeler ve test olgunluğu ile daha uygulanabilir.

Bir roketin ilk aşaması için ramjets kullanıyor.Göçücü, ilk ascent'da artırılmış itme sağlayacak, roket motorlarının daha küçük veya daha yüksek hızlarda çalışabilmesine izin verecek. Ancak, yüksek hızlarda ek kütleli geçiş (scramjet modu kullanmasından sonra) birkaç RBCC tasarımları gibi, bir roket motoruna karşı test edilmiş olması gerekir.

Yol Ahead

Operasyonel ramjet tabanlı uzay fırlatma sistemleri için yol, malzemeler, yanma bilimi ve uçuş testleri için devam etmektedir: Önümüzdeki on yılda beklenen temel kilometre taşları:

  • [FONT:0]BCC veya RBCC motorlarının ışık testleri alt ölçekli araçlarda, hava-breathing'den uçuş modunda geçiş.
  • [0]Reusable hipersonik seyir[[Dönemli 1] 10+ dakika boyunca motor dayanıklılığı ve termal yönetimi kanıtlayın.
  • [FONT:0] Entegre araç tasarımı için kullanılan performans modelleri[Dönetici:0), yörünge ve ağırlık tahminlerine izin veren.
  • [FONT:0)Yüksek sıcaklık malzemelerinin () katkı üretimi ve yeni kompozitler yoluyla ortaya çıktı.

Bu zorluklar aşılırsa, ramjets, uçak gibi roketlerden daha fazla faaliyet gösteren yeni bir fırlatma aracına olanak sağlayabilir, hızlı dönüş ve düşük operasyonel maliyetlerle.Böyle araçlar ağır kaldırma roketlerini tamamen yerine getirmezdi - bazı para yükleri sadece hava-breathing aşamaları için çok büyük olabilir - ancak orta sınıf bir fırlatma ve nokta-to- hiperpointsonik taşımada önemli bir niş doldurabilirler.

Ramjets ve scramjets, NASA'da daha verimli, yeniden kullanılabilir bir uzay başlatıcı sistemleri için zorlayıcı bir yol sunuyor. Uçuşun erken aşamasında atmosfer oksijen kullanıyor, pervanant kitleyi azaltır, maaş yükü kesir ve yatay yük çıkarırken, birçok teknolojik engel, NASA'da devam eden araştırma devam ediyor, DARPA, Reusable uzay başlatıyor ve diğer kuruluşlar sürekli olarak hava-faşın hipersonik propresyonun olgunluğunu ilerliyor. Daha düşük maliyetle söz konusu, daha yüksek uçuş oranı ve daha fazla esneklik sağlıyor.