स्क्रैमजेट तकनीक - हाइपरसोनिक इंजन कैसे बनाया गया

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

लड़ाकू मिसाइल "सतह से हवा में" कुछ असामान्य लग रही थी - इसकी नाक धातु के शंकु से लंबी हो गई थी। 28 नवंबर, 1991 को, इसने बैकोनूर कोस्मोड्रोम के पास एक परीक्षण स्थल से उड़ान भरी और जमीन से ऊपर स्वयं को नष्ट कर दिया। हालांकि मिसाइल ने किसी भी हवाई वस्तु को मार गिराया नहीं, लेकिन प्रक्षेपण लक्ष्य हासिल कर लिया गया। दुनिया में पहली बार हाइपरसोनिक रैमजेट इंजन (स्क्रैमजेट इंजन) का उड़ान में परीक्षण किया गया।

स्क्रैमजेट इंजन, या, जैसा कि वे कहते हैं, "हाइपरसोनिक डायरेक्ट-फ्लो" मास्को से न्यूयॉर्क के लिए 2 - 3 घंटे में उड़ान भरने की अनुमति देगा, पंखों वाली मशीन को वायुमंडल से अंतरिक्ष में छोड़ देगा। एक एयरोस्पेस विमान को बूस्टर विमान की आवश्यकता नहीं होगी, जैसे कि ज़ेंगर (टीएम, नंबर 1, 1991 देखें), या लॉन्च वाहन, जैसे कि शटल और बुरान (टीएम नंबर 4, 1989 देखें), - कक्षा में कार्गो की डिलीवरी लगभग दस गुना सस्ता होगा। पश्चिम में, ऐसे परीक्षण तीन साल में पहले नहीं होंगे …

स्क्रैमजेट इंजन विमान को 15 - 25 एम (एम मच संख्या है, इस मामले में, हवा में ध्वनि की गति) को तेज करने में सक्षम है, जबकि सबसे शक्तिशाली टर्बोजेट इंजन, जो आधुनिक नागरिक और सैन्य पंखों वाले विमानों से लैस हैं, केवल 3.5M तक हैं। यह तेजी से काम नहीं करता है - हवा का तापमान, जब हवा के सेवन में प्रवाह कम हो जाता है, इतना बढ़ जाता है कि टर्बोकोम्प्रेसर इकाई इसे संपीड़ित करने और दहन कक्ष (सीसी) को आपूर्ति करने में सक्षम नहीं होती है। बेशक, शीतलन प्रणाली और कंप्रेसर को मजबूत करना संभव है, लेकिन फिर उनके आयाम और वजन इतने बढ़ जाएंगे कि हाइपरसोनिक गति सवाल से बाहर हो जाएगी - जमीन से उतरने के लिए।

एक रैमजेट इंजन एक कंप्रेसर के बिना काम करता है - कंप्रेसर स्टेशन के सामने हवा इसके उच्च गति दबाव (छवि 1) के कारण संपीड़ित होती है। बाकी, सिद्धांत रूप में, टर्बोजेट के समान है - दहन उत्पाद, नोजल से बचकर, तंत्र को तेज करते हैं।

एक रैमजेट इंजन का विचार, जो अभी तक हाइपरसोनिक नहीं था, 1907 में फ्रांसीसी इंजीनियर रेने लॉरेंट द्वारा सामने रखा गया था। लेकिन उन्होंने बहुत बाद में एक वास्तविक "फॉरवर्ड फ्लो" बनाया। यहां सोवियत विशेषज्ञ प्रमुख थे।

सबसे पहले, 1929 में, एन.ई. ज़ुकोवस्की के छात्रों में से एक, बी.एस. स्टेकिन (बाद में एक शिक्षाविद) ने एक एयर-जेट इंजन का सिद्धांत बनाया। और फिर, चार साल बाद, जीआईआरडी (ग्रुप फॉर द स्टडी ऑफ जेट प्रोपल्शन) में डिजाइनर यू.ए. पोबेडोनोस्टसेव के नेतृत्व में, स्टैंड पर प्रयोगों के बाद, रैमजेट को पहली बार उड़ान में भेजा गया था।

इंजन को 76 मिमी की तोप के खोल में रखा गया था और बैरल से 588 मीटर / सेकंड की सुपरसोनिक गति से निकाल दिया गया था। दो साल तक परीक्षण चला। रैमजेट इंजन वाले प्रोजेक्टाइल 2M से अधिक विकसित हुए - उस समय दुनिया में एक भी उपकरण तेजी से नहीं उड़ता था। उसी समय, गिरदोवाइट्स ने एक स्पंदित रैमजेट इंजन के एक मॉडल का प्रस्ताव, निर्माण और परीक्षण किया - इसकी हवा का सेवन समय-समय पर खोला और बंद किया गया, जिसके परिणामस्वरूप दहन कक्ष में दहन स्पंदित हो गया। इसी तरह के इंजन बाद में जर्मनी में FAU-1 रॉकेट पर इस्तेमाल किए गए।

1939 में सोवियत डिजाइनरों I. A. Merkulov (सबसोनिक रैमजेट इंजन) और 1944 में M. M. Bondaryuk (सुपरसोनिक) द्वारा पहले बड़े रैमजेट इंजन फिर से बनाए गए थे। 40 के दशक से, सेंट्रल इंस्टीट्यूट ऑफ एविएशन मोटर्स (CIAM) में "प्रत्यक्ष प्रवाह" पर काम शुरू हुआ।

मिसाइलों सहित कुछ प्रकार के विमान सुपरसोनिक रैमजेट इंजन से लैस थे। हालांकि, 50 के दशक में यह स्पष्ट हो गया कि एम संख्या 6 - 7 से अधिक होने के साथ, रैमजेट अप्रभावी है। फिर से, जैसा कि टर्बोजेट इंजन के मामले में, कंप्रेसर स्टेशन के सामने ब्रेक की गई हवा बहुत गर्म हो गई। रैमजेट इंजन के द्रव्यमान और आयामों को बढ़ाकर इसकी भरपाई करने का कोई मतलब नहीं था। इसके अलावा, उच्च तापमान पर, दहन उत्पादों के अणु अलग होने लगते हैं, ऊर्जा को अवशोषित करते हैं जिसका उद्देश्य जोर पैदा करना है।

यह तब था जब 1957 में एक प्रसिद्ध वैज्ञानिक ई.एस. शेटिंकोव, एक रैमजेट इंजन के पहले उड़ान परीक्षणों में भाग लेने वाले, ने एक हाइपरसोनिक इंजन का आविष्कार किया था। एक साल बाद, इसी तरह के विकास के बारे में प्रकाशन पश्चिम में दिखाई दिए। स्क्रैमजेट दहन कक्ष हवा के सेवन के लगभग तुरंत बाद शुरू होता है, फिर यह आसानी से एक विस्तारित नोजल (चित्र 2) में चला जाता है। हालांकि इसके प्रवेश द्वार पर हवा धीमी हो जाती है, पिछले इंजनों के विपरीत, यह कंप्रेसर स्टेशन पर चला जाता है, या यों कहें, सुपरसोनिक गति से दौड़ता है। इसलिए, चेंबर की दीवारों पर इसका दबाव और तापमान रैमजेट इंजन की तुलना में बहुत कम होता है।

थोड़ी देर बाद, बाहरी दहन के साथ एक स्क्रैमजेट इंजन प्रस्तावित किया गया था (चित्र 3) ऐसे इंजन वाले विमान में, ईंधन सीधे धड़ के नीचे जल जाएगा, जो खुले कंप्रेसर स्टेशन के हिस्से के रूप में काम करेगा। स्वाभाविक रूप से, दहन क्षेत्र में दबाव पारंपरिक दहन कक्ष की तुलना में कम होगा - इंजन का जोर थोड़ा कम हो जाएगा। लेकिन वजन में वृद्धि होगी - इंजन को कंप्रेसर स्टेशन की विशाल बाहरी दीवार और शीतलन प्रणाली के हिस्से से छुटकारा मिल जाएगा। सच है, एक विश्वसनीय "खुला प्रत्यक्ष प्रवाह" अभी तक नहीं बनाया गया है - इसका सबसे अच्छा समय शायद XXI सदी के मध्य में आएगा।

हालांकि, आइए स्क्रैमजेट इंजन पर लौटते हैं, जिसका परीक्षण पिछली सर्दियों की पूर्व संध्या पर किया गया था। इसे लगभग 20 K (- 253 ° C) के तापमान पर एक टैंक में संग्रहीत तरल हाइड्रोजन द्वारा ईंधन दिया गया था। सुपरसोनिक दहन शायद सबसे कठिन समस्या थी। क्या हाइड्रोजन को कक्ष के भाग में समान रूप से वितरित किया जाएगा? क्या उसके पास पूरी तरह से जलने का समय होगा? स्वचालित दहन नियंत्रण कैसे व्यवस्थित करें? - आप एक कक्ष में सेंसर स्थापित नहीं कर सकते, वे पिघल जाएंगे।

न तो सुपर-शक्तिशाली कंप्यूटरों पर गणितीय मॉडलिंग और न ही बेंच टेस्ट ने कई सवालों के व्यापक जवाब दिए। वैसे, एक वायु प्रवाह का अनुकरण करने के लिए, उदाहरण के लिए, 8M पर, स्टैंड को सैकड़ों वायुमंडल के दबाव की आवश्यकता होती है और लगभग 2500 K के तापमान की आवश्यकता होती है - एक गर्म खुली-चूल्हा भट्टी में तरल धातु बहुत "कूलर" होती है। इससे भी अधिक गति पर, इंजन और विमान के प्रदर्शन को केवल उड़ान में ही सत्यापित किया जा सकता है।

यह हमारे देश और विदेश दोनों में लंबे समय से सोचा जाता रहा है। 60 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका उच्च गति वाले X-15 रॉकेट विमान पर एक स्क्रैमजेट इंजन के परीक्षण की तैयारी कर रहा था, हालांकि, जाहिरा तौर पर, वे कभी नहीं हुए।

घरेलू प्रायोगिक स्क्रैमजेट इंजन को दोहरे मोड में बनाया गया था - 3M से अधिक की उड़ान गति पर, यह एक सामान्य "प्रत्यक्ष प्रवाह" के रूप में काम करता था, और 5-6M के बाद - एक हाइपरसोनिक के रूप में। इसके लिए कंप्रेसर स्टेशन को ईंधन आपूर्ति के स्थान बदले गए। विमान-रोधी मिसाइल, जिसे सेवा से हटाया जा रहा है, इंजन त्वरक और हाइपरसोनिक फ्लाइंग लेबोरेटरी (HLL) की वाहक बन गई। जीएलएल, जिसमें नियंत्रण प्रणाली, माप और जमीन के साथ संचार, एक हाइड्रोजन टैंक और ईंधन इकाइयां शामिल हैं, को दूसरे चरण के डिब्बों में डॉक किया गया था, जहां, वारहेड को हटाने के बाद, इसके ईंधन के साथ मुख्य इंजन (एलआरई) टैंक रह गए। पहला चरण - पाउडर बूस्टर, - शुरू से ही रॉकेट को तितर-बितर करके, कुछ सेकंड के बाद अलग हो गया।

बेंच परीक्षण और उड़ान की तैयारी पीआई बारानोव सेंट्रल इंस्टीट्यूट ऑफ एविएशन मोटर्स में वायु सेना, फकेल मशीन-बिल्डिंग डिजाइन ब्यूरो के साथ की गई, जिसने अपने रॉकेट को एक उड़ान प्रयोगशाला में बदल दिया, तुयेव में सोयुज डिजाइन ब्यूरो और मॉस्को में टेंप डिज़ाइन ब्यूरो, जिसने इंजन और ईंधन नियामक, और अन्य संगठनों का निर्माण किया। जाने-माने विमानन विशेषज्ञ आर.आई.कुर्ज़िनर, डी.ए. ओगोरोडनिकोव और वी.ए. सोसुनोव ने कार्यक्रम की निगरानी की।

उड़ान का समर्थन करने के लिए, CIAM ने एक मोबाइल तरल हाइड्रोजन ईंधन भरने वाला परिसर और एक जहाज पर तरल हाइड्रोजन आपूर्ति प्रणाली बनाई। अब, जब तरल हाइड्रोजन को सबसे आशाजनक ईंधनों में से एक माना जाता है, तो इसे संभालने का अनुभव, सीआईएएम में जमा हुआ, कई लोगों के लिए उपयोगी हो सकता है।

… रॉकेट देर शाम लॉन्च हुआ, यह पहले से ही लगभग अंधेरा था। कुछ क्षण बाद, "शंकु" वाहक कम बादलों में गायब हो गया। एक सन्नाटा था जो शुरुआती गड़गड़ाहट की तुलना में अप्रत्याशित था। शुरुआत देखने वाले परीक्षकों ने भी सोचा: क्या वास्तव में सब कुछ गलत हो गया था? नहीं, तंत्र अपने इच्छित पथ पर चलता रहा। 38वें सेकंड में, जब गति 3.5M पर पहुँची, इंजन चालू हुआ, CC में हाइड्रोजन प्रवाहित होने लगी।

लेकिन 62 तारीख को, वास्तव में अप्रत्याशित हुआ: ईंधन की आपूर्ति का स्वत: बंद होना शुरू हो गया - स्क्रैमजेट इंजन बंद हो गया। फिर, लगभग 195वें सेकंड में, यह स्वचालित रूप से फिर से शुरू हुआ और 200वें तक काम किया … इसे पहले उड़ान के अंतिम सेकंड के रूप में निर्धारित किया गया था। इस समय, रॉकेट, अभी भी परीक्षण स्थल के क्षेत्र में, आत्म-विनाशकारी है।

अधिकतम गति 6200 किमी / घंटा (5.2M से थोड़ी अधिक) थी। इंजन और उसके सिस्टम के संचालन की निगरानी 250 ऑन-बोर्ड सेंसर द्वारा की गई थी। माप रेडियो टेलीमेट्री द्वारा जमीन पर प्रेषित किए गए थे।

अभी तक सभी सूचनाओं को संसाधित नहीं किया गया है, और उड़ान के बारे में अधिक विस्तृत कहानी समय से पहले है। लेकिन अब यह पहले से ही स्पष्ट है कि कुछ दशकों में पायलट और अंतरिक्ष यात्री "हाइपरसोनिक फॉरवर्ड फ्लो" की सवारी करेंगे।

संपादक से। संयुक्त राज्य अमेरिका में एक्स -30 विमान और जर्मनी में हाइटेक्स पर स्क्रैमजेट इंजनों के उड़ान परीक्षण की योजना 1995 या अगले कुछ वर्षों के लिए है। हमारे विशेषज्ञ, निकट भविष्य में, शक्तिशाली मिसाइलों पर 10M से अधिक की गति से "प्रत्यक्ष प्रवाह" का परीक्षण कर सकते हैं, जिन्हें अब सेवा से वापस ले लिया जा रहा है। सच है, उन पर एक अनसुलझी समस्या का दबदबा है। वैज्ञानिक या तकनीकी नहीं। सीआईएएम के पास पैसा नहीं है। उन्हें कर्मचारियों के आधे-अधूरे वेतन के लिए भी नहीं मिल रहा है।

आगे क्या होगा? अब दुनिया में केवल चार देश हैं जिनके पास विमान इंजन निर्माण का एक पूरा चक्र है - बुनियादी अनुसंधान से लेकर धारावाहिक उत्पादों के उत्पादन तक। ये यूएसए, इंग्लैंड, फ्रांस और अभी के लिए रूस हैं। तो भविष्य में उनमें से कोई और नहीं होगा - तीन।

अमेरिकी अब स्क्रैमजेट कार्यक्रम में करोड़ों डॉलर का निवेश कर रहे हैं…