Гиперзвуковая силовая установка позволит пересекать Атлантику четыре-пять раз в сутки
Китайские ракетостроители начали 2024 год с сенсационной новости: они создали самый мощный на Земле двигатель. Такое смелое открытие стало возможным, потому что в новой ракете соединили две технологии, которые ранее казались абсолютно несовместимыми.
Воздушно-реактивный двигатель теоретически мог бы поднять самолет со взлетно-посадочной полосы более чем на 30 км в стратосферу и непрерывно разгонять его до скорости, в 16 раз превышающей скорость звука (то есть 16 Махов).
При такой даже самые длительные межконтинентальные перелеты могут занимать всего один или два часа, причем лайнеры будут потреблять меньше топлива по сравнению с обычными.
Засекречивать свое открытие китайцы и не думали. Более того, схема нового двигателя подробно описана в статье в китайском научном журнале Propulsion Technology. Разработали двигатель инженеры под руководством Чжан Инина из Пекинского института энергетического машиностроения.
Открытие произвело фурор. Даже бывший командующий Объединенного комитета начальников штабов США генерал Марк Милли заявил, что испытания китайского гиперзвукового двигателя «приковали к себе все наше внимание».
Первый в мире устойчивый детонационный двигатель был разработан советскими учеными еще во время Холодной войны, но оставался лабораторным прототипом. А в последние годы Китай и США вступили в жесткую конкуренцию в области создания гиперзвуковых двигателей.
Китайский чудо-двигатель в четыре раза эффективнее турбореактивного
Китайский двигатель способен работать в двух различных режимах. При скорости ниже 7 Махов он функционирует как непрерывно вращающийся детонационный.
Двигатель полагается на высокую скорость транспортного средства для сильного сжатия поступающего воздуха. Засасываемый снаружи, он смешивается с топливом и детонирует, создавая ударную волну, которая распространяется в кольцевой камере. Ударная волна воспламеняет больше топлива во время вращения, обеспечивая самолету мощную и непрерывную тягу.
А вот при скорости движения выше 7 Маха ударная волна прекращает вращение и фокусируется на круглой платформе в задней части двигателя, поддерживая тягу за счет почти прямолинейной наклонной детонации. Топливо автоматически детонирует, когда достигает задней платформы, из-за очень высокой скорости поступающего воздуха.
Чжан и его коллеги не раскрыли в своей статье КПД нового двигателя. Однако, основываясь на предыдущих научных оценках, взрыв горючих газов может преобразовать почти 80% химической энергии в кинетическую. Обычные турбореактивные двигатели, которые основаны на медленном сгорании топлива, имеют КПД не выше 20−30%.
Команда Чжана заявила, что конструкция двигателя не имеет аналогов в мире, поскольку в ней совмещается два типа детонации — ротационная и линейная.
«Наше конструктивное решение повысит оптимальную эффективность термодинамического цикла во всех диапазонах скоростей, что приведет к революционным изменениям в аэрокосмической отрасли», — говорится в исследовании.
Атлантику можно будет пересечь шесть раз за сутки
На гиперзвуковые ракеты Китая сейчас ставят в основном прямоточный реактивный двигатель. И они менее эффективны из-за необходимости перевозить кислород, в то время как воздушно-реактивные двигатели требуют, чтобы транспортное средство разогналось до скорости выше 4 Махов. Но ближе к 10 Махам происходит резкое снижение тяги.
Изобретение Чжана Инина решает все эти проблемы. А значит, новый двигатель можно будет применять не только в гиперзвуковых ракетах, но и в гиперзвуковом транспорте. Сейчас многие страны разрабатывают проекты создания авиалайнеров на криогенном топливе, которые могли бы летать со скоростью 7−10 Махов на высоте более 20−30 км.
Такие проекты есть у крупнейших корпораций, например, у Boeing. В 2018 году он представил концепт гиперзвукового лайнера, который мог бы преодолевать Атлантику за два часа, а Тихий океан за три.
Это позволило бы выполнять обратные трансокеанские рейсы в тот же день. Такой лайнер мог бы пересекать Атлантику четыре или пять раз в сутки (сверхзвуковой Concorde не мог делать этого чаще, чем дважды).
Создавая концепт, инженеры Boeing как раз обратили внимание на отсутствие работающего гиперзвукового двигателя, который позволил бы иметь два режима работы: ротационный и прямоточный реактивный. Boeing хотел создать комбинированный двигатель с осесимметричной кольцевой компоновкой с одним впускным отверстием и соплом. Охлаждать его мог бы жидкий метан.
Однако концепция Boeing так и осталась на бумаге, а китайский двигатель работает.
Чжан Инин заявил, что при разработке нового двигателя самым сложным был переход между двумя режимами работы. Когда скорость приближалась к 7 Махам, режим вращающейся детонации становился неустойчивым. Авторы исследования заявили, что возможные решения проблемы включают снижение скорости воздуха с 7 до 4 Маха или ниже, чтобы топливо достаточно нагрелось для самовоспламенения.
Нет никаких сомнений, что новый двигатель после всех доработок пойдет в серию. Ведь проекты как военных, так и гражданских гиперзвуковых лайнеров остро нуждаются в новых силовых установках для достижения большей полезной нагрузки и дальности полета при меньших затратах.
Пекинский институт энергетического машиностроения, в котором работает Чжан Инин с соавторами, — крупнейший в Китае производитель реактивных двигателей (в том числе для гиперзвуковых ракет). В новой разработке активно участвовало подразделение № 93160 НОАК со штаб-квартирой в Пекине — одно из самых засекреченных в армии, никакой общедоступной информации о нем нет.
