Гиперзвук и композит: Проблемы сверхскорости
Несколько лет назад в Австралии прошли испытания нового гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, которые продолжались меньше 5 секунд. За это время двигатель, собранный из самых современных сплавов, не выдержал: детали его начали оплавляться. Однако разработчики его не унывают — следующие тесты назначены на период 2011—2013 гг., и они надеются на этот раз продержаться хотя бы минуту (заметим, что для боевой ракеты во многих случаях этого уже достаточно).
По словам профессора Майкла Смарта (Michael Smart), возглавляющего соответствующую программу Hyshot, надежды их связаны с новыми композитными материалами. «Если они продержатся минуту, они одолеют и час, — уверяет он. — А оснащенные ими самолеты сумеют добраться из Сиднея в Лондон за пару часов». Действительно, австралийские ученые рассчитали, что они позволят аппарату (или ракете) развить очень и очень внушительную скорость — 8 М. Иначе говоря, в районе 10 тыс. км/ч. Впечатляет?
Эта скорость уже не сверхзвуковая (более 1 Маха), а гиперзвуковая, более 5 Маха. Впрочем, главный элемент будущих самолетов, которым требуются устойчивые к колоссальному перегреву материалы, это — передняя кромка крыла, встречающая первый удар потока воздуха. На скорости 5 Маха температура этих областей превышает 1 тыс. градусов Цельсия, что уже достаточно для большинства традиционных материалов. Если они и не расплавятся в жидкость, то структура их будет нарушена.
Ну а при 8 Маха температура передних кромок достигнет 2,7 тыс. градусов, далеко выше точки плавления железа (в том числе разных видов стали) и титана. Для сравнения: при входе в атмосферу температура на внешней оболочке американских шаттлов составляет «всего-то» около 1,6 тыс. градусов, и она является вечной головной болью инженеров, требуя надежной и сложной керамической защиты.
Но и это еще не все. При таких температурах кислород, особенно в сочетании с некоторыми продуктами сгорания, становится чрезвычайно агрессивным окислителем. Добавьте себя колоссальные механические, вибрационные и акустические нагрузки — и вы получите ядреный коктейль проблем, которые предстоит решить, прежде чем отправляться в гиперзвуковой полет из Сиднея в Лондон.
Судя по всему, профессор Майкл Смарт чрезвычайный оптимист, ибо он намерен разобраться со всеми этими сложностями. По его словам, сделать это возможно применением как новых композитных материалов, так и продуманной структурой самого летательного аппарата и его двигателя, которая бы обеспечивала дополнительное охлаждение.
По одной из концепций, над которыми трудятся в лаборатории Смарта, а также его коллег и партнеров, охлаждение будет обеспечиваться абляцией — то есть испарением внешних слоев материала. При этом испаряемую часть возможно пополнять за счет подачи через микроструктуру материала.
Честно говоря, все это выглядит чистой воды утопией. Впрочем, как знать. На разработки уже выделен полуторамиллионный грант и, возможно, вскоре еще одна утопия станет обыденной реальностью. Впрочем, сами по себе гиперзвуковые самолеты — тема очень и очень активных исследований и проектирований. Подробнее о перспективах добраться до Сиднея за пару часов читайте в нашей статье «На пути к гиперзвуку».
По пресс-релизу University of Queensland
