0 subscribers

экспериментальный СПВРД, работающий на этилене

экспериментальный СПВРД, работающий на этилене
экспериментальный СПВРД, работающий на этилене

Кроме того, компания Pratt and Whitney на собственные средства изготовила экспериментальный СПВРД, работающий на этилене. Этот двигатель применялся в качестве действующего прототипа для расчета будущих моделей; при его стендовых запусках скорость набегающего потока доводилась до значения М=8.

Одновременно фирма Pratt and Whitney вела разработку системы охлаждения СПВРД. В 1997 г. начались эксперименты с фрагментом стенки двигателя с теплообменными трубками; изготовленный из никелевого сплава образец размером 15x38 см подвергался тепловым нагрузкам, соответствующим реальным. Общая продолжительность этих испытаний составила 160 с. Позднее были подготовлены и успешно испытаны две панели размером 15x76 см, их суммарная наработка достигла 78 мин. Затем начались эксперименты с полномасштабной стенкой СПВРД длиной 1,9 м.

В 2001-2002 гг. были проведены акустические и динамические испытания штатной камеры сгорания длиной 60 см и шириной 22,8 см, отработаны распределительные клапана подачи топлива, секция с инжекторами и прочие компоненты.

Первый этап испытаний экспериментального образца СПВРД с задачами подтверждения работоспособности изделия был успешно проведен в начале 2001 г. Модель, получившая обозначение PTE (Performance Test Engine), представляет собой СПВРД с неизменяемой геометрией проточной части Основными его элементами являются поверхность сжатия перед воздухозаборником, изолятор для стабилизации скачков уплотнения, камера сгорания и сопло.

Общая длина двигателя РТЕ составляет 3,07 м, без передней и сопловой части, которые будут элементами летательного аппарата, – 1,9 м. По длине модель соответствует штатному изделию, поперечный же размер был уменьшен с расчетных 22,8 см до 15,2 см.

Система охлаждения в двигателе РТЕ не предусматривалась, поэтому большая часть его конструкции изготовлялась из теплоемкой меди. При этом масса изделия составила 900 кг.

Для создаваемой силовой установки выбрано углеводородное горючее JP-7. Это топливо, специально разработанное для высокоскоростного самолета SR-71, отличается стабильными характеристиками, нетоксичностью и рядом других преимуществ, важными при использовании на боевых аппаратах. Однако в чистом виде оно не применимо в СПВРД, так как его достаточно крупные молекулы не обеспечивают сверхзвуковое горение. Поэтому перед подачей в камеру сгорания топливо подвергается «крекингу» – расщеплению длинных углеводородных цепей но более мелкие, обладающими повышенными теплотворными характеристиками.

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.