ความเร็วเหนือเสียง กม./ชม. จากประวัติศาสตร์การบิน

ในเดือนมกราคม มีเหตุการณ์สำคัญเกิดขึ้น: ชมรมเจ้าของเทคโนโลยีไฮเปอร์โซนิกได้รับการเติมเต็มด้วยสมาชิกใหม่ เมื่อวันที่ 9 มกราคม 2558 จีนทดสอบเครื่องร่อนความเร็วเหนือเสียงที่เรียกว่า WU-14 นี่คือยานพาหนะนำทางที่ติดตั้งบนขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) จรวดยกเครื่องร่อนขึ้นสู่อวกาศ หลังจากนั้นเครื่องร่อนพุ่งเข้าหาเป้าหมาย โดยพัฒนาความเร็วหลายพันกิโลเมตรต่อชั่วโมง

จากข้อมูลของเพนตากอน ยานพาหนะความเร็วเหนือเสียงของจีน WU-14 สามารถติดตั้งบนขีปนาวุธจีนหลายแบบที่มีระยะการยิงตั้งแต่ 2,000 ถึง 12,000 กม. ในระหว่างการทดสอบเดือนมกราคม WU-14 มีความเร็วถึง 10 มัค ซึ่งมากกว่า 12.3 พันกิโลเมตรต่อชั่วโมง ระบบป้องกันทางอากาศสมัยใหม่ไม่สามารถโจมตีเป้าหมายที่กำลังหลบหลีกที่บินด้วยความเร็วดังกล่าวได้อย่างน่าเชื่อถือ ดังนั้น จีนจึงกลายเป็นประเทศที่สาม รองจากสหรัฐอเมริกาและรัสเซีย ที่ครอบครองเทคโนโลยีการขนส่งอาวุธนิวเคลียร์และอาวุธธรรมดาที่มีความเร็วเหนือเสียง

เครื่องร่อนความเร็วเหนือเสียง HTV-2 แยกจากเวทีบน (สหรัฐอเมริกา)

สหรัฐอเมริกาและจีนกำลังทำงานในการออกแบบเครื่องร่อนความเร็วเหนือเสียงที่คล้ายกัน ซึ่งในตอนแรกจะถูกเพิ่มกำลังด้วยการถูกยกขึ้นสู่ที่สูงโดยยานปล่อย และจากนั้นจะเร่งความเร็วในระหว่างที่ควบคุมการลงจากที่สูง ข้อดีของระบบดังกล่าวคือมีพิสัยการบินระยะไกล (ขึ้นอยู่กับการโจมตีทั่วโลกที่จุดใดๆ บนพื้นผิวโลก), การออกแบบเครื่องร่อนที่ค่อนข้างเรียบง่าย (ไม่มีเครื่องยนต์ขับเคลื่อน), หัวรบขนาดใหญ่ และความเร็วในการบินสูง (มากกว่า 10 มัค)

รัสเซียมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาขีปนาวุธแรมเจ็ตความเร็วเหนือเสียง (สแครมเจ็ต) ที่สามารถยิงจากภาคพื้นดิน เรือ หรือเครื่องบินรบได้ มีโครงการรัสเซีย-อินเดียที่จะพัฒนาระบบอาวุธดังกล่าว ดังนั้นภายในปี 2023 อินเดียอาจเข้าร่วม "ชมรมที่มีความเร็วเหนือเสียง" ได้เช่นกัน ข้อดีของขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียงคือราคาถูกกว่าและมีความยืดหยุ่นในการใช้งานมากกว่า ตรงกันข้ามกับเครื่องร่อนที่ยิงโดยใช้ ICBM

จรวดความเร็วเหนือเสียงทดลองด้วย scramjet X-51A WaveRider (USA)

อาวุธความเร็วเหนือเสียงทั้งสองประเภทสามารถบรรทุกหัวรบธรรมดาหรือหัวรบนิวเคลียร์ได้ ผู้เชี่ยวชาญจากสถาบันนโยบายยุทธศาสตร์ออสเตรเลียคำนวณว่าพลังงานจลน์ของการชนกับหัวรบที่มีความเร็วเหนือเสียง (ไม่มีหัวรบระเบิดแรงสูงหรือนิวเคลียร์) ที่มีมวล 500 กิโลกรัมและความเร็ว 6 M ในแง่ของการทำลายล้างนั้นเทียบได้กับ การระเบิดของหัวรบของขีปนาวุธ AGM-84 Harpoon แบบเปรี้ยงปร้างซึ่งติดตั้งหัวรบที่มีมวลระเบิดประมาณ 100 กิโลกรัม นี่เป็นเพียงหนึ่งในสี่ของอำนาจการยิงของขีปนาวุธต่อต้านเรือรัสเซีย P-270 Moskit ที่มีมวลระเบิด 150 กิโลกรัมและความเร็ว 4 มัค

ดูเหมือนว่าอาวุธที่มีความเร็วเหนือเสียงนั้นไม่ได้เหนือกว่าอาวุธความเร็วเหนือเสียงที่มีอยู่มากนัก แต่ทุกอย่างก็ไม่ง่ายนัก ความจริงก็คือหัวรบขีปนาวุธสามารถตรวจจับได้ง่ายในระยะไกลและตกลงไปตามแนววิถีที่คาดเดาได้ แม้ว่าความเร็วของพวกมันจะมหาศาล แต่เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ก็ทำให้สามารถสกัดกั้นหัวรบได้ในระหว่างขั้นตอนการร่อนลง ดังที่ระบบป้องกันขีปนาวุธของอเมริกาแสดงให้เห็นซึ่งความสำเร็จที่แตกต่างกันไป

ในเวลาเดียวกัน เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงจะเข้าใกล้เป้าหมายตามวิถีที่ค่อนข้างราบเรียบ ยังคงอยู่ในอากาศในช่วงเวลาสั้น ๆ และสามารถซ้อมรบได้ ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ ระบบป้องกันภัยทางอากาศสมัยใหม่ไม่สามารถตรวจจับและโจมตีเป้าหมายที่มีความเร็วเหนือเสียงได้ในช่วงเวลาสั้นๆ

จรวดความเร็วเหนือเสียงด้วยความเร็ว 6 M จะบินจากลอนดอนไปนิวยอร์กในเวลาเพียง 1 ชั่วโมง

ขีปนาวุธต่อต้านอากาศยานสมัยใหม่ไม่สามารถตามเป้าหมายที่มีความเร็วเหนือเสียงได้ ตัวอย่างเช่น ขีปนาวุธจากระบบขีปนาวุธต่อต้านอากาศยาน S-300 สามารถเร่งความเร็วได้ถึง 7.5 มัค และถึงแม้จะเป็นเพียงช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น ดังนั้นในกรณีส่วนใหญ่ เป้าหมายที่มีความเร็วประมาณ 10 M จะ "ยากเกินไป" สำหรับมัน นอกจากนี้ อัตราการตายของอาวุธที่มีความเร็วเหนือเสียงสามารถเพิ่มขึ้นได้ผ่านการใช้หัวรบแบบคลัสเตอร์: กระสุนความเร็วสูงจาก "ตะปู" ทังสเตนสามารถปิดการใช้งานโรงงานอุตสาหกรรม เรือขนาดใหญ่ หรือทำลายการกระจุกตัวของกำลังคนและยานเกราะเหนือยานพาหนะขนาดใหญ่ พื้นที่.

การแพร่กระจายของอาวุธที่มีความเร็วเหนือเสียงที่สามารถผ่านระบบป้องกันภัยทางอากาศได้ทำให้เกิดปัญหาใหม่ในการรับรองความปลอดภัยระดับโลกและความเท่าเทียมกันทางการทหาร เว้นแต่จะบรรลุการป้องปรามที่สมดุลในพื้นที่นี้ เช่นเดียวกับกรณีของอาวุธนิวเคลียร์ การโจมตีด้วยความเร็วเหนือเสียงอาจกลายเป็นเครื่องมือกดดันทั่วไป เนื่องจากหัวรบที่มีความเร็วเหนือเสียงเพียงไม่กี่หัวก็สามารถทำลายเศรษฐกิจของประเทศเล็กๆ ได้

ตามการคำนวณของเพนตากอน โปรแกรมการโจมตีระดับโลกอย่างรวดเร็วของอเมริกาโดยใช้อาวุธที่มีความเร็วเหนือเสียงจะทำให้สามารถโจมตีเป้าหมายใดก็ได้ในโลกภายในหนึ่งชั่วโมงโดยไม่มีการปนเปื้อนของรังสีในพื้นที่ แม้ในกรณีที่เกิดความขัดแย้งทางนิวเคลียร์ ระบบก็สามารถทดแทนอาวุธนิวเคลียร์ได้บางส่วน โดยโจมตีเป้าหมายได้มากถึง 30%

ดังนั้นสมาชิกของ "สโมสรที่มีความเร็วเหนือเสียง" จะมีโอกาสที่จะรับประกันการทำลายโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญของศัตรู เช่น โรงไฟฟ้า ศูนย์ควบคุมกองทัพ ฐานทัพทหาร เมืองใหญ่ และโรงงานอุตสาหกรรม ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าเหลือเวลาอีก 10-15 ปีก่อนที่อาวุธความเร็วเหนือเสียงรูปแบบการผลิตชุดแรกจะปรากฏขึ้น ดังนั้นจึงยังมีเวลาในการพัฒนาข้อตกลงทางการเมืองที่จำกัดการใช้อาวุธดังกล่าวในความขัดแย้งในท้องถิ่น หากไม่บรรลุข้อตกลงดังกล่าว ก็มีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดภัยพิบัติด้านมนุษยธรรมที่เกี่ยวข้องกับการใช้อาวุธใหม่

ไฮเปอร์โซนิกเป็นเครื่องบินที่สามารถบินด้วยความเร็วเหนือเสียงได้

ความเร็วเหนือเสียงคืออะไร

ในอากาศพลศาสตร์ มักใช้ปริมาณที่แสดงอัตราส่วนของความเร็วของการไหลหรือวัตถุต่อความเร็วของเสียง อัตราส่วนนี้เรียกว่าเลขมัค ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรีย เอิร์นส์ มัค ซึ่งเป็นผู้วางรากฐานสำหรับอากาศพลศาสตร์เหนือเสียง

ที่ไหน ม – หมายเลขมัค;

ยู – การไหลของอากาศหรือความเร็วของร่างกาย

ซีเอส – ความเร็วของการแพร่กระจายเสียง

ในบรรยากาศภายใต้สภาวะปกติ ความเร็วของเสียงจะอยู่ที่ประมาณ 331 เมตร/วินาที ความเร็วของร่างกายที่ 1 มัคสอดคล้องกับความเร็วของเสียง ความเร็วเหนือเสียงเรียกว่าในช่วงตั้งแต่ 1 ถึง 5 มัค หากเกิน 5 มัค แสดงว่าเป็นช่วงไฮเปอร์โซนิกแล้ว การแบ่งนี้เป็นเงื่อนไข เนื่องจากไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างความเร็วเหนือเสียงและความเร็วเหนือเสียง นี่คือวิธีที่พวกเขาตกลงที่จะนับในยุค 70 ของศตวรรษที่ยี่สิบ

จากประวัติศาสตร์การบิน

"ซิลเบิร์ตโวเกล"

ครั้งแรกที่พวกเขาพยายามสร้างเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองในนาซีเยอรมนี ผู้เขียนโครงการนี้ซึ่งมีชื่อว่า “ ซิลเบิร์ตโวเกล"(นกสีเงิน) คือนักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรีย ยูเกน เซนเกอร์ เครื่องบินมีชื่ออื่น: “ เครื่องบินทิ้งระเบิดอเมริกา», « เครื่องบินทิ้งระเบิดวงโคจร», « ต่อต้านโพดัล-บอมเบอร์», « บรรยากาศกัปตัน», « Ural-Bomber- มันเป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดที่ขับเคลื่อนด้วยจรวดซึ่งสามารถบรรทุกระเบิดได้มากถึง 30 ตัน มีวัตถุประสงค์เพื่อทิ้งระเบิดสหรัฐอเมริกาและพื้นที่อุตสาหกรรมของรัสเซีย โชคดีที่ในสมัยนั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องบินดังกล่าวในทางปฏิบัติและยังคงอยู่ในภาพวาดเท่านั้น

อเมริกาเหนือ X-15

ในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ 20 เครื่องบินจรวดลำแรกคือ X-15 ถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกา ภารกิจหลักคือศึกษาสภาพการบินด้วยความเร็วเหนือเสียง อุปกรณ์นี้สามารถเอาชนะความสูง 80 กม. บันทึกนี้ถือเป็นการบินของ Joe Walker ซึ่งแสดงในปี 1963 เมื่อบรรลุระดับความสูง 107.96 กม. และความเร็ว 5.58 M

X-15 ถูกแขวนไว้ใต้ปีกของเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ B-52 ที่ระดับความสูง 15 กม. แยกออกจากเครื่องบินบรรทุก ในขณะนั้นเอง เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวของเขาเองก็เริ่มทำงาน มันใช้งานได้ 85 วินาทีแล้วปิดไป ในเวลานี้ ความเร็วของเครื่องบินสูงถึง 39 เมตร/วินาที ที่จุดสูงสุดของวิถี (สุดยอด) อุปกรณ์อยู่นอกชั้นบรรยากาศแล้วและอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลาเกือบ 4 นาที นักบินดำเนินการวิจัยตามแผน ใช้หางเสือก๊าซเพื่อนำเครื่องบินขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ และในไม่ช้าก็ลงจอด บันทึกระดับความสูงที่ X-15 ทำได้นั้นกินเวลาเกือบ 40 ปีจนถึงปี 2547

เอ็กซ์-20 ไดน่า ซอร์

ตั้งแต่ พ.ศ. 2500 ถึง พ.ศ. 2506 ตามคำสั่งของกองทัพอากาศสหรัฐฯ โบอิ้งได้พัฒนาเครื่องบินทิ้งระเบิดสกัดกั้นและลาดตระเวนอวกาศ X-20 โปรแกรมถูกเรียกว่า เอ็กซ์-20 ไดนา-โซอาร์- X-20 จะถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรที่ระดับความสูง 160 กม. โดยยานปล่อย ความเร็วของเครื่องบินถูกวางแผนให้ต่ำกว่าความเร็วจักรวาลแรกเล็กน้อย เพื่อไม่ให้กลายเป็นดาวเทียมของโลก จากที่สูงเครื่องบินจะต้อง "ดำดิ่ง" สู่ชั้นบรรยากาศโดยลงไปที่ 60-70 กม. และทำการถ่ายภาพหรือวางระเบิด จากนั้นเขาก็ลุกขึ้นอีกครั้ง แต่มีความสูงน้อยกว่าเดิมและ "ดำดิ่ง" ลงไปอีกครั้ง และต่อเนื่องจนกระทั่งเครื่องลงที่สนามบิน

ในทางปฏิบัติมีการสร้างโมเดล X-20 หลายรุ่นและนักบินอวกาศก็ได้รับการฝึกฝน แต่ด้วยเหตุผลหลายประการโปรแกรมจึงถูกยกเลิก

โครงการ "เกลียว"

เพื่อตอบสนองต่อโปรแกรม เอ็กซ์-20 ไดนา-โซอาร์ในทศวรรษ 1960 โครงการ Spiral เปิดตัวในสหภาพโซเวียต นี่เป็นระบบใหม่ขั้นพื้นฐาน สันนิษฐานว่าเครื่องบินเสริมทรงพลังที่มีเครื่องยนต์หายใจซึ่งมีน้ำหนัก 52 ตันและยาว 28 ม. เร่งความเร็วเป็น 6 M เครื่องบินโคจรที่มีคนขับซึ่งมีน้ำหนัก 10 ตันและยาว 8 ม. จะเปิดตัวจาก "ด้านหลัง" ที่ ระดับความสูง 28-30 กม. เครื่องบินทั้งสองลำที่บินออกจากสนามบินพร้อมกันสามารถลงจอดแยกกันได้ นอกจากนี้ ยังมีการวางแผนใช้เครื่องบินเสริมที่มีความเร็วเหนือเสียงเป็นเครื่องบินโดยสารอีกด้วย

เนื่องจากจำเป็นต้องมีเทคโนโลยีใหม่ในการสร้างเครื่องบินเพิ่มความเร็วเหนือเสียง โครงการนี้จึงจัดให้มีความเป็นไปได้ในการใช้ไม่ใช่เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง แต่เป็นเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง

ระบบทั้งหมดได้รับการพัฒนาในปี พ.ศ. 2509 ที่สำนักออกแบบ OKB-155 โดย A.I. มิโคยัน. โมเดลสองเวอร์ชันได้รับการวิจัยด้านอากาศพลศาสตร์เต็มรูปแบบที่สถาบันแอโรไดนามิกกลางซึ่งตั้งชื่อตาม ศาสตราจารย์ น.อี. จูคอฟสกี้ ในปี 2508 – 2518 แต่ก็ยังไม่ได้ผลในการสร้างเครื่องบิน และโปรแกรมนี้ก็เหมือนกับโปรแกรมของอเมริกาที่ถูกลดทอนลง

การบินแบบไฮเปอร์โซนิก

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 70 ในศตวรรษที่ 20 การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงกลายเป็นเรื่องปกติสำหรับเครื่องบินทหาร เครื่องบินโดยสารความเร็วเหนือเสียงก็ปรากฏตัวขึ้นเช่นกัน เครื่องบินการบินและอวกาศสามารถผ่านชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นด้วยความเร็วเหนือเสียง

ในสหภาพโซเวียต งานเกี่ยวกับเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงเริ่มต้นที่สำนักออกแบบตูโปเลฟในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 การวิจัยและออกแบบได้ดำเนินการบนเครื่องบินที่สามารถเข้าถึงความเร็วสูงถึง 6 M (TU-260) ด้วยระยะการบินสูงสุด 12,000 กม. เช่นเดียวกับเครื่องบินข้ามทวีปที่มีความเร็วเหนือเสียง TU-360 ระยะการบินของมันควรจะสูงถึง 16,000 กม. มีการเตรียมโครงการสำหรับเครื่องบินไฮเปอร์โซนิกสำหรับผู้โดยสารซึ่งออกแบบมาเพื่อบินที่ระดับความสูง 28-32 กม. ด้วยความเร็ว 4.5 - 5 มัค

แต่เพื่อให้เครื่องบินบินด้วยความเร็วเหนือเสียงได้ เครื่องยนต์จะต้องมีคุณสมบัติทั้งด้านการบินและเทคโนโลยีอวกาศ เครื่องยนต์หายใจด้วยอากาศ (WRD) ที่มีอยู่ซึ่งใช้อากาศในบรรยากาศมีข้อจำกัดด้านอุณหภูมิและสามารถใช้งานได้ที่เครื่องบินที่มีความเร็วไม่เกิน 3 M และเครื่องยนต์จรวดต้องบรรทุกเชื้อเพลิงจำนวนมากบนเครื่องและไม่เหมาะสำหรับการบินระยะไกลในชั้นบรรยากาศ

ปรากฎว่าเหตุผลที่สมเหตุสมผลที่สุดสำหรับเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงคือเครื่องยนต์ ramjet (เครื่องยนต์ ramjet) ซึ่งไม่มีชิ้นส่วนที่หมุนได้เมื่อใช้ร่วมกับเครื่องยนต์ turbojet (TRE) เพื่อการเร่งความเร็ว สันนิษฐานว่าเครื่องยนต์แรมเจ็ตไฮโดรเจนเหลวเหมาะที่สุดสำหรับการบินด้วยความเร็วเหนือเสียง และเครื่องยนต์บูสเตอร์นั้นเป็นเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทที่ทำงานด้วยน้ำมันก๊าดหรือไฮโดรเจนเหลว

เป็นครั้งแรกที่ยานพาหนะไร้คนขับ X-43A ได้รับการติดตั้งเครื่องยนต์ ramjet ซึ่งในทางกลับกันก็ถูกติดตั้งบนยานปล่อยเรือสำราญ Pegasus

เมื่อวันที่ 29 มีนาคม พ.ศ. 2547 เครื่องบินทิ้งระเบิด B-52 ขึ้นบินในแคลิฟอร์เนีย เมื่อถึงระดับความสูง 12 กม. X-43A ก็บินขึ้นจากที่นั่น ที่ระดับความสูง 29 กม. แยกออกจากยานปล่อย ในขณะนี้ ramjet ของเขาเองได้เปิดตัวแล้ว มันทำงานได้เพียง 10 วินาที แต่สามารถเข้าถึงความเร็วเหนือเสียง 7 มัคได้

ในขณะนี้ X-43A เป็นเครื่องบินที่เร็วที่สุดในโลก สามารถทำความเร็วได้สูงสุดถึง 11,230 กม./ชม. และสามารถขึ้นไปได้สูงถึง 50 กม. แต่นี่ก็ยังคงเป็นยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับ แต่ชั่วโมงนั้นอยู่ไม่ไกลเมื่อเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงปรากฏขึ้นซึ่งผู้โดยสารธรรมดาจะสามารถบินได้

ครั้งหนึ่งเราเคยพูดคุยถึงความคิดเห็นที่ค่อนข้างกังขา แต่ไม่มีใครหยุดงานนี้ และทุกคนก็ก้าวไปข้างหน้า

ตามแหล่งข่าวในศูนย์อุตสาหกรรมการทหาร ขีปนาวุธต่อต้านเรือความเร็วเหนือเสียงรุ่นใหม่ล่าสุดของรัสเซีย เพทาย บรรลุความเร็วเสียงแปดระดับในระหว่างการทดสอบ

ตามแหล่งข่าว “ในระหว่างการทดสอบจรวด ได้รับการยืนยันว่าความเร็วของมันในเดือนมีนาคมถึง 8 มัค” TASS รายงาน นอกจากนี้ ตามที่แหล่งข่าวระบุไว้ ขีปนาวุธเพทายสามารถยิงได้จากเครื่องยิงสากล 3S14 ซึ่งใช้สำหรับขีปนาวุธ Caliber และ Oniks เช่นกัน

ระยะการยิงของเพทายตามข้อมูลเปิดคือประมาณ 400 กิโลเมตร ในเดือนกุมภาพันธ์ แหล่งข่าวรายงานว่าขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียงเพทาย ซึ่งออกแบบมาสำหรับเรือดำน้ำชั้นยาเซนและฮัสกี้ อาจถูกปล่อยจากเรือบรรทุกทางทะเลเป็นครั้งแรกในฤดูใบไม้ผลินี้ ในเดือนเมษายน 2559 แหล่งข่าวในกลุ่มอุตสาหกรรมการทหารของรัสเซียตั้งข้อสังเกตว่าเพทายควรเข้าสู่การผลิตจำนวนมากในปี 2561

เครื่องบิน X-51AWaverider ของอเมริกาแสดงความเร็วได้ 4.8 MAX ระหว่างการบินทดสอบครั้งสุดท้าย

และตอนนี้อีกเล็กน้อยเกี่ยวกับเพทาย

หมายเลข “มัค” หรือ “M” กำหนดอัตราส่วนของความเร็วการไหลในพื้นที่ต่อความเร็วของเสียง - 331 เมตร/วินาที การมีความเร็วเสียงเกินหกถึงแปดเท่าถือเป็นหนึ่งในความท้าทายระดับโลกสำหรับการพัฒนาวิทยาศาสตร์การบินและจรวดสมัยใหม่ ด้วยการถือกำเนิดของเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง นักออกแบบจึงเชื่อมโยงการพัฒนาเครื่องบินรุ่นใหม่รุ่นที่ 6 จากมุมมองทางทหาร เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงเป็นอาวุธโจมตีที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงนั้นแยกไม่ออกจากระบบเรดาร์สมัยใหม่ ไม่มีการสร้างวิธีการสกัดกั้นขีปนาวุธดังกล่าวและไม่ได้จินตนาการไว้ด้วยซ้ำ

การลดอาวุธทั่วโลก

สหภาพโซเวียตเข้าใจสิ่งนี้ในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา เมื่อพวกเขาออกแบบระบบป้องกันขีปนาวุธที่ไม่ใช่เครื่องบินด้วยขีปนาวุธ A-135 ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับมอสโก ระบบสกัดกั้นหัวรบนิวเคลียร์ที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศด้วยความเร็ว 5-10 กม. ต่อวินาทีได้รับการแก้ไขด้วยวิธีที่ไม่เหมือนใครในบริเวณที่ซับซ้อน หากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยังไม่เห็น แสดงว่าขีปนาวุธไม่ควรเล็งไปที่ "เพนนี" แต่ควรเล็งไปที่ "แสงสีขาว" เห็นได้ชัดว่าผู้ออกแบบตัดสินใจและติดตั้งหัวรบนิวเคลียร์บนขีปนาวุธต่อต้านขีปนาวุธ นั่นคือเมื่อรู้เกี่ยวกับการโจมตีด้วยนิวเคลียร์ ขีปนาวุธต่อต้านขีปนาวุธของโซเวียตถูกยิงเข้าไปในพื้นที่ซึ่งหน่วยนิวเคลียร์ของศัตรูควรจะตั้งอยู่เพื่อทำลายพวกมันด้วยความช่วยเหลือของการระเบิดนิวเคลียร์ที่กำลังจะมาถึงในชั้นบรรยากาศ ให้เราจำไว้ว่าระบบนี้ยังคงให้บริการอยู่ และถือเป็นระบบ NMD ที่มีประสิทธิภาพเพียงระบบเดียวในโลก

“ในการตรวจจับเป้าหมายโจมตี เล็งต่อต้านขีปนาวุธไปที่พวกเขา และยิงตอบโต้ คุณมีเวลาหลายสิบนาที” Vladimir Dvorkin ซึ่งจนถึงปี 2544 เป็นหัวหน้าสถาบันวิจัยกลางที่ 4 ของกระทรวงกลาโหม (สถาบันที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนา และการใช้อาวุธนิวเคลียร์) บอกกับสถานีโทรทัศน์ซเวซดา “ ตรีศูลขีปนาวุธของกองทัพเรืออเมริกาบินมาหาเราใน 15-20 นาที, มินิทแมน -3 บนบก - 25-35 นาที”

สิ่งนี้จะช่วยลดโอกาสที่จะ "ลดอาวุธของศัตรู" ผู้เชี่ยวชาญกล่าว เรามีเวลาเสมอในการเตรียมตัว พบกับขีปนาวุธเหล่านี้ และอย่างน้อยก็ทำลายพวกมันส่วนใหญ่ ด้วยเหตุนี้ ความเป็นไปได้ที่จะเกิดการโจมตีด้วยนิวเคลียร์ตอบโต้ในดินแดนสหรัฐฯ ยังคงเป็นไปได้ ดังนั้นแนวคิดใหม่ของสงครามนิวเคลียร์จึงได้รับการพัฒนาในอเมริกาในปัจจุบัน ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการ "ฟ้าผ่าทั่วโลก" วอชิงตันวางแผนที่จะจัดหาอาวุธที่สามารถบินระยะไกลจากสหรัฐอเมริกาไปยังรัสเซียโดยใช้เวลาน้อยกว่าครึ่งหนึ่งหรือสามเท่า เพื่อให้ศัตรูไม่มีโอกาสโต้ตอบแม้แต่น้อย คาดว่าจะบรรลุผลสำเร็จได้ด้วยการสร้างเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง

ขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียงจะถูกยิงจากเครื่องบินทิ้งระเบิด เช่นเดียวกับเครื่องยิง Mk-41 ที่ใช้ภาคพื้นดิน ซึ่งต่างจากขีปนาวุธนำวิถี สิ่งนี้น่าจะทำให้เป็นไปไม่ได้ที่ระบบเตือนการโจมตีด้วยขีปนาวุธภาคพื้นดินและอวกาศที่มีอยู่จะตรวจจับการยิงได้ ซึ่งหมายความว่าจะสร้างภาพลวงตาของความสามารถในการเริ่มต้นและชนะสงครามนิวเคลียร์โดยไม่ต้องรับโทษ ทฤษฎีนี้ได้รับความนิยมอย่างมากในชุมชนผู้เชี่ยวชาญของสหรัฐอเมริกา

เป็นผลให้ในสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียวโครงการที่มีแนวโน้มหลายโครงการกำลังได้รับการพัฒนาโดยแผนกต่างๆ: X-43A (NASA), X-51A (กองทัพอากาศ), AHW (กองกำลังภาคพื้นดิน), ArcLight (DARPA, กองทัพเรือ), Falcon HTV -2 (ดาร์ปา กองทัพอากาศ) ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า การปรากฏตัวของพวกมันจะทำให้สามารถสร้างขีปนาวุธร่อนสำหรับการบินที่มีความเร็วเหนือเสียงระยะไกล ขีปนาวุธร่อนทางเรือในการต่อต้านเรือและโจมตีเป้าหมายภาคพื้นดินได้ภายในปี 2561-2563 และเครื่องบินลาดตระเวนภายในปี 2573

ฝรั่งเศสกำลังดิ้นรนเพื่อให้ได้ไฮเปอร์ซาวด์ จีนเพิ่งทดสอบยานร่อน WU-14 ซึ่งสามารถบรรลุความเร็วเหนือเสียงได้ และแน่นอนว่ารัสเซีย

การแข่งขันด้านเทคโนโลยี

“โดยปกติแล้ว ขีปนาวุธร่อนความเร็วเหนือเสียงจะบินด้วยความเร็ว 2-3 มัค” นิโคไล กริกอรีฟ ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์กล่าว - เราต้องการให้อุปกรณ์ของเราบินด้วยความเร็วสูงกว่า 6 มัค อีกทั้งเที่ยวบินนี้ต้องใช้เวลานาน อย่างน้อย 7-10 นาที ในระหว่างนั้นอุปกรณ์จะต้องเข้าถึงความเร็วมากกว่าหนึ่งพันห้าพันเมตรต่อวินาทีอย่างอิสระ”

ยานพาหนะความเร็วเหนือเสียงคันแรกถูกสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียตในช่วงปลายทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา ในปี 1997 นักออกแบบของ Dubna MKB "Raduga" ได้แสดงครั้งแรกในงานแสดงทางอากาศ MAKS มันถูกนำเสนอเป็นระบบของคลาสใหม่ - เครื่องบินทดลองความเร็วเหนือเสียง (GELA) X-90 ทางตะวันตกเรียกว่า AS-19 Koala จากข้อมูลของบริษัท ขีปนาวุธดังกล่าวบินได้ไกลถึง 3,000 กม. บรรทุกหัวรบที่สามารถกำหนดเป้าหมายแยกกันได้สองหัวซึ่งสามารถโจมตีเป้าหมายได้ในระยะไกล 100 กม. จากจุดแยก X-90 สามารถบรรทุกได้ด้วยเครื่องบินทิ้งระเบิดเชิงกลยุทธ์ Tu-160M ​​รุ่นขยาย

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 90 ของศตวรรษที่ผ่านมา IKB ได้ทำงานร่วมกับวิศวกรชาวเยอรมันเกี่ยวกับปัญหาไฮเปอร์ซาวด์โดยใช้ขีปนาวุธ X-22 "Storm" อีกลำหนึ่ง (ตามการจำแนกประเภทของ NATO - AS-4 Kitchen) ขีปนาวุธล่องเรือความเร็วเหนือเสียงนี้รวมอยู่ในอาวุธมาตรฐานของเครื่องบินทิ้งระเบิดระยะไกล Tu-22M3 สามารถบินได้ 600 กม. และบรรทุกหัวรบแสนสาหัสหรือหัวรบธรรมดาที่มีน้ำหนัก 1 ตัน การทดลองด้วยการติดตั้งระยะบนเพิ่มเติมบนขีปนาวุธ ทำให้ยานพาหนะสามารถเข้าสู่โหมดการบินแบบไฮเปอร์โซนิกได้

นอกจากนี้ตามที่ Grigoriev เตือนสหภาพโซเวียตได้สร้างยานอวกาศ Buran ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ซึ่งเมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นได้พัฒนาความเร็ว 25 มัค ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุวันนี้ภารกิจคือทำให้การบินดังกล่าวใช้งานได้นั่นคือเครื่องจักรต้องไม่เพียงแค่ "ร่อน" แต่ต้องพัฒนาและรักษาความเร็วอย่างอิสระเปลี่ยนทิศทางของการบิน

จาก "โคอาล่า" สู่ "ยาร์ส"

การทดสอบยานพาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียงเป็นความลับที่ได้รับการปกป้องอย่างใกล้ชิด เราสามารถตัดสินได้ว่าสิ่งต่างๆ ดำเนินไปอย่างไรกับการพัฒนาของพวกเขา โดยอาศัยรายงานความสำเร็จหรือความล้มเหลวของชาวอเมริกันในระหว่างการเปิดตัวการทดสอบบางอย่างเท่านั้น พวกเขาทำการทดลองครั้งสุดท้ายในเดือนสิงหาคม ขีปนาวุธ X-43A ถูกปล่อยจากสถานที่ทดสอบ Kodiak ในอลาสกา ขีปนาวุธดังกล่าวได้รับการพัฒนาเป็นโครงการร่วมของกองทัพสหรัฐฯ และห้องปฏิบัติการแห่งชาติซานเดีย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแนวคิด "การโจมตีทั่วโลกพร้อมท์" การทดสอบครั้งแรกของเธอเกิดขึ้นในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2554 สันนิษฐานว่าในระหว่างการทดสอบปัจจุบัน ขีปนาวุธซึ่งมีความเร็วประมาณ 6.5 พันกิโลเมตรต่อชั่วโมง จะโจมตีเป้าหมายการฝึกบนเกาะควาจาเลนในมหาสมุทรแปซิฟิก ส่งผลให้อุปกรณ์ทำงานเพียง 7 วินาทีก่อนที่จะลุกไหม้ในชั้นบรรยากาศ อย่างไรก็ตามสหรัฐฯ เรียกเที่ยวบินนี้ว่าประสบความสำเร็จ - เครื่องแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเร่งความเร็วตามที่ต้องการ

โซเวียต X-90 ซึ่งอย่างน้อยก็มีบางสิ่งที่รู้แน่ชัดได้บินไปไกลขึ้นเรื่อยๆ ตามที่นักออกแบบกล่าวไว้ เครื่องจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากแรงต้านของอากาศ ซึ่งทำให้อุปกรณ์เสียหายหรือทำให้กลไกภายในร่างกายไม่ทำงาน เพื่อให้บรรลุเสียงไฮเปอร์ซาวด์ เครื่องยนต์จรวดแรมเจ็ตต้องใช้ไฮโดรเจน หรืออย่างน้อยเชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ และนี่เป็นเรื่องยากมากที่จะนำไปใช้ในทางเทคนิค เนื่องจากก๊าซไฮโดรเจนมีความหนาแน่นต่ำ การจัดเก็บไฮโดรเจนเหลวทำให้เกิดปัญหาทางเทคนิคอื่นๆ ที่ผ่านไม่ได้ และในที่สุด ในระหว่างการบินที่มีความเร็วเหนือเสียง เมฆพลาสมาก็ปรากฏขึ้นรอบๆ X-90 ซึ่งทำให้เสาอากาศวิทยุไหม้ ซึ่งทำให้สูญเสียความสามารถในการควบคุมอุปกรณ์

อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องเหล่านี้กลับกลายเป็นข้อได้เปรียบในที่สุด ปัญหาการระบายความร้อนของร่างกายและเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้รับการแก้ไขโดยใช้ส่วนผสมของน้ำมันก๊าดและน้ำเป็นส่วนประกอบ หลังจากให้ความร้อน มันถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กแบบเร่งปฏิกิริยาพิเศษ ซึ่งเกิดปฏิกิริยาการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาแบบดูดความร้อน ซึ่งเป็นผลมาจากการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน กระบวนการนี้ส่งผลให้ร่างกายของอุปกรณ์เย็นลงอย่างรุนแรง ปัญหาการเผาเสาอากาศวิทยุได้รับการแก้ไขด้วยวิธีดั้งเดิมไม่น้อยซึ่งพวกเขาเริ่มใช้พลาสมาคลาวด์เอง

ในเวลาเดียวกัน พลาสมาคลาวด์ทำให้อุปกรณ์ไม่เพียงแต่เคลื่อนที่ในชั้นบรรยากาศด้วยความเร็ว 5 กม. ต่อวินาที แต่ยังเคลื่อนที่ในวิถี "แตกหัก" อีกด้วย เครื่องสามารถเปลี่ยนทิศทางการบินกะทันหันได้ นอกจากนี้พลาสมาคลาวด์ยังสร้างเอฟเฟกต์การมองไม่เห็นของอุปกรณ์สำหรับเรดาร์อีกด้วย X-90 ไม่ได้เข้าประจำการ งานเกี่ยวกับขีปนาวุธถูกระงับในปี 1992

แต่หลักการของการดำเนินงานนั้นคล้ายกันมากกับคำอธิบายของการซ้อมรบหัวรบนิวเคลียร์ของ Topol-M, Yars และขีปนาวุธ RS-26 ใหม่ กระทรวงกลาโหมอ้างซ้ำแล้วซ้ำเล่าว่าเป็นตัวอย่างของการเอาชนะระบบป้องกันขีปนาวุธ หน่วยหลบหลีกสามารถหักเลี้ยวได้ทุกวินาที โดยเปลี่ยนทิศทางการบินอย่างคาดเดาไม่ได้ ซึ่งรับประกันว่าจะเข้าถึงเป้าหมาย ไม่มีระบบป้องกันขีปนาวุธระดับชาติเพียงระบบเดียวที่สามารถคำนวณวิถีดังกล่าวและกำหนดเป้าหมายไปยังหน่วยป้องกันขีปนาวุธที่โจมตีได้

ต่อสู้กับ "ตุ่นปากเป็ด"

เมื่อปีที่แล้ว กระทรวงกลาโหมประกาศว่าอาวุธที่มีความเร็วเหนือเสียงจะติดตั้งกับเครื่องบินพิสัยไกลเป็นหลัก ในเวลานั้น มีขีปนาวุธอยู่แล้ว แม้ว่าการบินที่มีความเร็วเหนือเสียงของพวกมันจะใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีก็ตาม รองนายกรัฐมนตรี Dmitry Rogozin กล่าวซ้ำแล้วซ้ำอีก อย่างไรก็ตาม ทั้งกองทัพ รองนายกรัฐมนตรี และตัวแทนอุตสาหกรรมไม่ได้ให้รายละเอียดใดๆ เป็นพิเศษ

ความสำเร็จในปัจจุบันในการสร้างเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงสามารถตัดสินได้จากหลักฐานทางอ้อมเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ฤดูร้อนนี้ Tactical Missiles Corporation กระทรวงกลาโหม และกระทรวงอุตสาหกรรมและการค้า รายงานว่า พวกเขาได้ตกลงในโครงการสร้างเทคโนโลยีขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียง จะมีการลงทุนมากกว่า 2 พันล้านรูเบิลในการพัฒนาเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มและอุปกรณ์แรกจะปรากฏภายในปี 2020 อุปกรณ์เหล่านี้จะเป็นประเภทใดจะมีคุณสมบัติอะไรบ้างและไม่ได้ประกาศวัตถุประสงค์ใด

ความจริงที่ว่ารากฐานตามที่พวกเขากล่าวนั้นสามารถตัดสินได้อย่างน้อยจากนิทรรศการ MAKS ใน Zhukovsky ใกล้กรุงมอสโก ในปี 2554 สถาบันวิศวกรรมเครื่องยนต์การบินกลางจาก Lytkarino ใกล้กรุงมอสโกได้สาธิตยานพาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียงจำนวนหนึ่ง ที่บูธของสถาบัน มีการจัดแสดงจรวดที่มีแนวโน้มดีหลายรุ่น ซึ่งคล้ายกับจรวดรูปทรงซิการ์แบบคลาสสิกมากกว่า แต่เป็นผลงานชิ้นเอกของประติมากรแนวหน้าซึ่งใช้ตุ่นปากเป็ดสัตว์ออสเตรเลียเป็นต้นแบบในการสร้างสรรค์ของเขา - จอบแบน -รูปทรง “จมูก” ของแฟริ่ง ซึ่งเป็นรูปทรงที่สับของตัวจรวดนั่นเอง จากนั้นตัวแทนของสถาบัน Vyacheslav Semenov กล่าวว่าในปี 2555 กระทรวงกลาโหมจะนำเสนอแบบจำลองการบินที่ปฏิบัติการเต็มรูปแบบของขีปนาวุธร่อนที่มีความเร็วเหนือเสียง Boris Obnosov ก็พูดถึงเรื่องนี้ด้วย ไม่ทราบแน่ชัดว่ามีการพูดคุยกันเรื่องอะไร ไม่มีรายงานอย่างเป็นทางการเกี่ยวกับจรวดใหม่ในสื่อมวลชน อย่างไรก็ตามมีการกล่าวถึงชื่อของคอมเพล็กซ์ที่มีแนวโน้มว่า "เพทาย" ซ้ำแล้วซ้ำอีก

ตามข้อบ่งชี้ทางอ้อม มันขึ้นอยู่กับขีปนาวุธที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของขีปนาวุธต่อต้านเรือความเร็วเหนือเสียง Yakhont และ BrahMos อะนาล็อกของรัสเซีย - อินเดีย Indian BrahMos Aerospace Limited ได้ประกาศซ้ำแล้วซ้ำเล่าถึงการทำงานเกี่ยวกับการสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์ในเวอร์ชันที่มีความเร็วเหนือเสียง “ตุ่นปากเป็ด” ตัวเดียวกันได้สาธิตแบบจำลองของมัน

ในอนาคต ขีปนาวุธเพทายจะถูกติดตั้งบนเรือดำน้ำนิวเคลียร์อเนกประสงค์รุ่นที่ 5 ของรัสเซีย Huskies ซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการพัฒนาที่สำนักออกแบบ Malachite เรือลาดตระเวนติดขีปนาวุธ Admiral Nakhimov ซึ่งอยู่ระหว่างการซ่อมแซมและปรับปรุงให้ทันสมัยใน Severodvinsk ภายในปี 2561 จะติดตั้งระบบการยิงบนเรือแบบสากลที่ช่วยให้สามารถใช้ขีปนาวุธ Caliber, Onyx และขีปนาวุธต่อต้านเรือที่มีความเร็วเหนือเสียงเพทาย

แหล่งที่มา

ข้อมูลทั่วไป

การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงเป็นส่วนหนึ่งของระบบการบินเหนือเสียงและดำเนินการในการไหลของก๊าซเหนือเสียง การไหลของอากาศเหนือเสียงนั้นแตกต่างโดยพื้นฐานจากการบินแบบเปรี้ยงปร้าง และไดนามิกของการบินของเครื่องบินที่ความเร็วสูงกว่าความเร็วเสียง (สูงกว่า 1.2 M) โดยพื้นฐานแล้วจะแตกต่างจากการบินแบบเปรี้ยงปร้าง (สูงถึง 0.75 M; ช่วงความเร็วตั้งแต่ 0.75 ถึง 1.2 M เรียกว่าความเร็วทรานโซนิก ).

การกำหนดขีดจำกัดล่างของความเร็วเหนือเสียงมักจะเกี่ยวข้องกับการเริ่มต้นของกระบวนการไอออไนซ์และการแยกตัวของโมเลกุลในชั้นขอบเขต (BL) ใกล้กับยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่ในบรรยากาศซึ่งเริ่มเกิดขึ้นที่ประมาณ 5 M ความเร็วนี้ มีลักษณะเฉพาะคือความจริงที่ว่าเครื่องยนต์ ramjet (“ ramjet การเผาไหม้แบบ subsonic ("Sramjet") ไร้ประโยชน์เนื่องจากแรงเสียดทานที่สูงมากซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออากาศที่ไหลถูกชะลอตัวในเครื่องยนต์ประเภทนี้ ดังนั้น ในช่วงความเร็วเหนือเสียง เพื่อบินต่อไป จึงเป็นไปได้ที่จะใช้เพียงเครื่องยนต์จรวดหรือเครื่องแรมเจ็ตที่มีความเร็วเหนือเสียง (สแครมเจ็ต) ที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงความเร็วเหนือเสียง

ลักษณะการไหล

แม้ว่าคำจำกัดความของการไหลที่มีความเร็วเหนือเสียง (HS) ค่อนข้างเป็นที่ถกเถียงกัน เนื่องจากขาดขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างการไหลเหนือเสียงและการไหลที่มีความเร็วเหนือเสียง HS สามารถแสดงลักษณะเฉพาะด้วยปรากฏการณ์ทางกายภาพบางอย่างที่ไม่สามารถละเลยได้อีกต่อไปเมื่อพิจารณา กล่าวคือ:

คลื่นกระแทกชั้นบางๆ

เมื่อความเร็วและเลขมัคที่สอดคล้องกันเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นด้านหลังคลื่นกระแทก (SW) ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งสอดคล้องกับปริมาตรที่ลดลงหลังแรงกระแทกเนื่องจากการอนุรักษ์มวล ดังนั้นชั้นคลื่นกระแทก ซึ่งก็คือระดับเสียงระหว่างอุปกรณ์และคลื่นกระแทก จะบางลงที่เลขมัคสูง ทำให้เกิดชั้นขอบเขตบาง (BL) รอบอุปกรณ์

การก่อตัวของชั้นช็อกที่มีความหนืด

พลังงานจลน์ขนาดใหญ่ส่วนหนึ่งที่มีอยู่ในการไหลของอากาศ ที่ M > 3 (การไหลแบบหนืด) จะถูกแปลงเป็นพลังงานภายในเนื่องจากอันตรกิริยาที่มีความหนืด การเพิ่มขึ้นของพลังงานภายในจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เนื่องจากการไล่ระดับความดันปกติของการไหลภายในชั้นขอบเขตมีค่าประมาณศูนย์ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญที่เลขมัคสูงทำให้ความหนาแน่นลดลง ดังนั้น PS บนพื้นผิวของยานพาหนะจึงเพิ่มขึ้น และที่เลขมัคสูงจะรวมเข้ากับชั้นคลื่นกระแทกบาง ๆ ใกล้กับหัวเรือ ทำให้เกิดชั้นแรงกระแทกที่มีความหนืด

การปรากฏตัวของคลื่นความไม่เสถียรใน PS ซึ่งไม่ใช่ลักษณะของการไหลต่ำกว่าและเหนือเสียง

การไหลของอุณหภูมิสูง

การไหลความเร็วสูงที่จุดด้านหน้าของอุปกรณ์ (จุดเบรกหรือบริเวณ) ทำให้ก๊าซร้อนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก (สูงถึงหลายพันองศา) ในทางกลับกัน อุณหภูมิสูงจะสร้างคุณสมบัติทางเคมีที่ไม่สมดุลของการไหล ซึ่งประกอบด้วยการแยกตัวและการรวมตัวกันใหม่ของโมเลกุลก๊าซ การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอม ปฏิกิริยาเคมีในการไหลและกับพื้นผิวของอุปกรณ์ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ กระบวนการพาความร้อนและการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสีอาจมีนัยสำคัญ

พารามิเตอร์ความคล้ายคลึงกัน

พารามิเตอร์ของการไหลของก๊าซมักจะอธิบายโดยชุดเกณฑ์ความคล้ายคลึงกัน ซึ่งช่วยให้สามารถลดจำนวนสถานะทางกายภาพที่แทบจะไม่มีที่สิ้นสุดออกเป็นกลุ่มความคล้ายคลึงกัน และช่วยให้สามารถเปรียบเทียบการไหลของก๊าซกับพารามิเตอร์ทางกายภาพที่แตกต่างกัน (ความดัน อุณหภูมิ ความเร็ว ฯลฯ .) ซึ่งกันและกัน ตามหลักการนี้ การทดลองในอุโมงค์ลมและการถ่ายโอนผลลัพธ์ของการทดลองเหล่านี้ไปยังเครื่องบินจริงนั้นเป็นไปตามหลักการนี้ แม้ว่าการทดลองในหลอดทดลองจะมีขนาดของแบบจำลอง ความเร็วการไหล โหลดความร้อน ฯลฯ อาจแตกต่างจากของจริงอย่างมาก สภาพเที่ยวบิน ในเวลาเดียวกัน พารามิเตอร์ความคล้ายคลึงกัน (หมายเลขมัค หมายเลขเรย์โนลด์ส หมายเลขสแตนตัน ฯลฯ) สอดคล้องกับเที่ยวบิน

สำหรับการไหลแบบทรานโซนิกและความเร็วเหนือเสียงหรือแบบอัดได้ ในกรณีส่วนใหญ่ เช่น พารามิเตอร์ เช่น เลขมัค (อัตราส่วนของความเร็วการไหลต่อความเร็วเฉพาะที่ของเสียง) และเรย์โนลด์สก็เพียงพอที่จะอธิบายการไหลได้อย่างสมบูรณ์ สำหรับการไหลที่มีความเร็วเหนือเสียง พารามิเตอร์เหล่านี้มักจะไม่เพียงพอ ประการแรก สมการที่อธิบายรูปร่างของคลื่นกระแทกเกือบจะเป็นอิสระในทางปฏิบัติที่ความเร็วตั้งแต่ 10 M ประการที่สอง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของการไหลที่มีความเร็วเหนือเสียงหมายความว่าผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับก๊าซที่ไม่เหมาะจะสังเกตเห็นได้ชัดเจน

เมื่อคำนึงถึงผลกระทบที่เกิดขึ้นกับก๊าซจริง หมายความว่าจำเป็นต้องใช้ตัวแปรจำนวนมากขึ้นเพื่ออธิบายสถานะของก๊าซอย่างครบถ้วน หากก๊าซที่อยู่กับที่อธิบายโดยสมบูรณ์ด้วยปริมาณสามปริมาณ ได้แก่ ความดัน อุณหภูมิ ความจุความร้อน (ดัชนีอะเดียแบติก) และก๊าซที่กำลังเคลื่อนที่อธิบายด้วยตัวแปรสี่ตัว ซึ่งรวมถึงความเร็วด้วย ก๊าซร้อนในสมดุลเคมียังต้องใช้สมการสถานะสำหรับ ส่วนประกอบทางเคมีที่เป็นส่วนประกอบ และก๊าซที่มีกระบวนการแยกตัวและการแตกตัวเป็นไอออนจะต้องรวมเวลาเป็นหนึ่งในตัวแปรของสถานะด้วย โดยทั่วไป นี่หมายความว่า ณ เวลาใดๆ ที่เลือกไว้ การไหลที่ไม่สมดุลต้องใช้ตัวแปรระหว่าง 10 ถึง 100 ตัวเพื่ออธิบายสถานะของก๊าซ นอกจากนี้ การไหลที่มีความเร็วเหนือเสียงแบบทำให้บริสุทธิ์ (HF) ซึ่งโดยปกติจะอธิบายในรูปของตัวเลขคนุดเซน ไม่เป็นไปตามสมการเนเวียร์-สโตกส์ และต้องมีการแก้ไขสมการเหล่านี้ โดยทั่วไป HP จะถูกจัดประเภท (หรือจำแนกประเภท) โดยใช้พลังงานทั้งหมด แสดงโดยใช้เอนทัลปีทั้งหมด (mJ/kg) ความดันรวม (kPa) และอุณหภูมิความเมื่อยล้าของการไหล (K) หรือความเร็ว (กม./วินาที)

ก๊าซในอุดมคติ

ในกรณีนี้ การไหลของอากาศที่ผ่านถือได้ว่าเป็นการไหลของก๊าซในอุดมคติ GP ในระบบนี้ยังคงขึ้นอยู่กับตัวเลขมัค และการจำลองจะถูกชี้นำโดยค่าคงที่ของอุณหภูมิ แทนที่จะเป็นผนังอะเดียแบติก ซึ่งเกิดขึ้นที่ความเร็วต่ำกว่า ขีดจำกัดล่างของภูมิภาคนี้สอดคล้องกับความเร็วประมาณ 5 มัค โดยที่ไอพ่น SPV การเผาไหม้แบบเปรี้ยงปร้างไม่มีประสิทธิภาพ และขีดจำกัดบนสอดคล้องกับความเร็วในพื้นที่ 10-12 มัค

ก๊าซในอุดมคติที่มีสองอุณหภูมิ

ส่วนหนึ่งของกรณีการไหลของก๊าซในอุดมคติความเร็วสูง ซึ่งกระแสอากาศที่ไหลผ่านถือได้ว่าเหมาะสมทางเคมี แต่ต้องพิจารณาอุณหภูมิการสั่นสะเทือนและอุณหภูมิการหมุนของก๊าซแยกกัน ส่งผลให้มีแบบจำลองอุณหภูมิแยกกันสองแบบ สิ่งนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษในการออกแบบหัวฉีดความเร็วเหนือเสียง ซึ่งการทำความเย็นแบบสั่นสะเทือนเนื่องจากการกระตุ้นของโมเลกุลมีความสำคัญ

ก๊าซที่แยกออกจากกัน

โหมดการครอบงำการถ่ายโอนรังสี

ที่ความเร็วสูงกว่า 12 กม./วินาที การถ่ายเทความร้อนไปยังอุปกรณ์เริ่มเกิดขึ้นส่วนใหญ่ผ่านการถ่ายโอนในแนวรัศมี ซึ่งเริ่มมีอิทธิพลเหนือการถ่ายโอนทางอุณหพลศาสตร์พร้อมกับความเร็วที่เพิ่มขึ้น การสร้างแบบจำลองก๊าซในกรณีนี้แบ่งออกเป็นสองกรณี:

• บางเฉียบ - ในกรณีนี้สันนิษฐานว่าก๊าซไม่ดูดซับรังสีที่มาจากส่วนอื่นหรือหน่วยปริมาตรที่เลือก
• ความหนาเชิงแสง - โดยคำนึงถึงการดูดกลืนรังสีของพลาสมา แล้วจึงปล่อยออกมาอีกครั้ง รวมถึงบนตัวเครื่องด้วย

การสร้างแบบจำลองก๊าซที่มีความหนาเชิงแสงเป็นงานที่ซับซ้อน เนื่องจากการคำนวณการถ่ายโอนการแผ่รังสีที่แต่ละจุดในการไหล ปริมาตรของการคำนวณจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามจำนวนจุดที่ถูกพิจารณา

ฉันถูกถามคำถามเกี่ยวกับการทดสอบขีปนาวุธ Avangard ใหม่ด้วยหัวรบแบบ "ไฮเปอร์โซนิก" (ความเร็วในการบินในชั้นบรรยากาศเรียกว่า 20-27 มัคนั่นคือความเร็วของเสียง) หัวรบ

พูดตามตรง ไม่มีข้อมูลเพียงพอสำหรับความคิดเห็นที่จริงจัง และสิ่งที่มีอยู่ขัดแย้งกันอย่างมาก แต่มีบางอย่างที่สามารถพูดได้

ฉันจะเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของ "ไฮเปอร์โซนิก" ในการบิน ความเร็วเหนือเสียงถือเป็นความเร็ว 5-6 (แน่นอนหรือมากกว่า) ความเร็วของเสียงสำหรับระดับความสูงที่กำหนด ทำไมอันนี้? เพราะความเร็วของเสียงในอากาศขึ้นอยู่กับความดันของมัน และความดันจะลดลงตามความสูง ดังนั้น ที่ระดับความสูงที่ต่างกัน ความเร็วของเสียงจึงแตกต่างกัน (ถ้าใครสนใจ Google มาตรฐาน ISA - บรรยากาศมาตรฐานสากล)

โดยทั่วไป ยานพาหนะใดๆ ที่บินอยู่ในชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วมากกว่า M>5...6 จะมีความเร็วเหนือเสียง
ตัวอย่างเช่น โมดูลสืบเชื้อสายของยานอวกาศโซยุซ เมื่อกลับจากอวกาศ จะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วหลบหนีครั้งแรก (ประมาณ M = 23...24) และยานพาหนะส่งใดๆ ที่เริ่มต้นจากพื้นผิวโลกและเร่งความเร็วไปยังจุดแรก ความเร็วหลบหนี และในบางจุดมันก็บินด้วยความเร็วเหนือเสียง (จนกระทั่งมันออกจากชั้นบรรยากาศ) แต่ - สนใจ! พวกมันไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง! และนี่คือจุดเริ่มต้นของการโกง ซึ่งเราได้ยินจากแหล่งข้อมูลอย่างเป็นทางการเมื่อพูดถึงอาวุธใหม่ของเรา อันดับแรกคือ "Dagger" ต่อมาคือ "Vanguard" เพราะไม่ใช่ทุกยานพาหนะที่บินด้วยความเร็วเหนือเสียงจะถือเป็น "เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง" ตัวอย่างเช่น หัวรบขีปนาวุธที่บินตั้งแต่กลางศตวรรษที่ผ่านมาและเข้าสู่ชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วเหนือเสียงไม่ใช่เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง (HAV)

ในการบินมีคำจำกัดความที่ชัดเจนของ GLA - นี่คือเครื่องบินที่ทำการบินความเร็วเหนือเสียงอย่างมั่นคงในชั้นบรรยากาศในบางครั้ง คงที่คือเมื่อแรงขับของเครื่องยนต์ชดเชยแรงต้านของอากาศ (รับประกันความคงที่ของความเร็วเหนือเสียง) และแรงโน้มถ่วงได้รับการชดเชยด้วยการยกตามหลักอากาศพลศาสตร์ (ความคงที่ของระดับความสูงของการบิน) ในกรณีนี้ การหลบหลีก (การเปลี่ยนทิศทางการบิน) สามารถทำได้โดยการเบี่ยงพื้นผิวแอโรไดนามิก (หางเสือ) หรือการเปลี่ยนเวกเตอร์แรงขับของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์อาจเป็นจรวด (เชื้อเพลิงเหลวหรือของแข็ง) หรือเครื่องบินไอพ่น (เช่น แรมเจ็ตที่มีความเร็วเหนือเสียง)

เครื่องยนต์จรวดทำงานในระยะเวลาสั้นมาก มีหน่วยเป็นวินาที (สิบ) ดังนั้นอุปกรณ์ที่มีเครื่องยนต์จรวดจะรับความเร็วก่อนจากนั้นหลังจากเชื้อเพลิงหมดและดับเครื่องยนต์มันจะบินด้วยความเฉื่อยชะลอความเร็วลงตามความต้านทานของการไหลของอากาศที่กำลังมาถึง นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจรวดซึ่งบินด้วยความเร็วเหนือเสียงในบางครั้ง จึงไม่ใช่เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง ดังนั้น Kinzhal จึงเป็นขีปนาวุธ aeroballistic ของ Iskander ที่ยิงทางอากาศ แต่ไม่ใช่เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง เช่นเดียวกับ "ซาตาน" หรือ "อิสคานเดอร์"

การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงที่มั่นคงสามารถมั่นใจได้ด้วยเครื่องยนต์ไอพ่นหายใจด้วยความเร็วเหนือเสียง (เครื่องยนต์สแครมเจ็ท) ซึ่งแตกต่างจากเครื่องยนต์จรวดในแง่ดีตรงที่เชื้อเพลิง (เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์) จะถูกเก็บไว้บนเครื่องบินและเผาไหม้ภายในสิบวินาที จากนั้นในยานพาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียงที่มีเครื่องยนต์สแครมเจ็ทบนเชื้อเพลิงเท่านั้น และตัวออกซิไดเซอร์ (ออกซิเจน) จะถูกพรากไปจากบรรยากาศโดยรอบ นี่คือสิ่งที่รับประกันประสิทธิภาพที่สูงขึ้น (ความคุ้มทุน) ของเครื่องยนต์สแครมเจ็ท และระยะเวลาในการทำงานของมันคือสิบนาทีหรือมากกว่านั้น

เพื่อสรุปสิ่งที่กล่าวไว้: เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงเป็นยานพาหนะที่มีความเร็วล่องเรือที่มีความเร็วเหนือเสียง ซึ่งทำการบินอย่างต่อเนื่องด้วยความเร็วที่มีความเร็วเหนือเสียง ตามกฎแล้ว เนื่องจากเครื่องยนต์หายใจด้วยอากาศที่มีความเร็วเหนือเสียง และจากข้อมูลที่มีอยู่ ทั้ง Avangard และหัวรบร่อนของมันก็ไม่ใช่เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง แต่เป็นเพียงการหลบหลีกหัวรบด้วยขอบเขตการบินที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศ และเห็นได้ชัดว่า - บินด้วยความเฉื่อย ฉันขอเตือนคุณว่าการเปิดตัวต้นแบบหัวรบดังกล่าวครั้งแรกเกิดขึ้นในสหภาพโซเวียตในช่วงทศวรรษ 1960 (ตัวอย่างเช่น "เครื่องบินจรวด MP-1" ของ Vladimir Chelomey)

สำหรับการสร้างเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงอย่างแท้จริงด้วยเครื่องยนต์สแครมเจ็ท นี่เป็นงานทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนมาก ซึ่งวิธีแก้ปัญหานั้นยังไม่ใกล้เคียงกับที่ Avangard จะแก้ไขได้ด้วยซ้ำ และรัสเซียสมัยใหม่จะ "ยากเกินไป" ที่จะทำสิ่งนี้หรือไม่นั้นเป็นคำถามใหญ่... ชาวอเมริกันยังไม่ประสบความสำเร็จในเรื่องนี้เช่นกันและเราก็อยู่ในตูดของพวกเขาในเรื่องนี้แม้ว่าสหภาพโซเวียตจะมีการพัฒนาที่ดีภายในกรอบของ ธีม "เย็น"

ทำไมต้อง "เย็น"? ใช่ เนื่องจากเชื้อเพลิงชนิดเดียวสำหรับเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงอาจเป็นไฮโดรเจนเหลวหรือก๊าซเหลว ความจุความร้อนซึ่งช่วยให้ยานพาหนะและเครื่องยนต์ที่มีความเร็วเหนือเสียงเย็นลงในขณะบิน
อีกสองประเด็นที่ต้องมีการชี้แจง ตัดสินจากความคิดเห็นเกี่ยวกับการเปิดตัว Avangard

อย่างแรกคืออุณหภูมิของหัวรบส่วนหน้า ("ลม") ที่ 2,000 องศา ด้วยอุณหภูมิคลื่นกระแทกด้านหน้า 20,000 องศา - ค่อนข้างสมจริง โปรดจำไว้ว่าถุงเท้า "คาร์บอน - คาร์บอน" บน Buran ทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 1,750 องศาและตั้งแต่นั้นมาก็มีวัสดุใหม่เกิดขึ้น (สำหรับผู้ที่สนใจดูที่นี่ http://www.buran.ru/htm/tersaf4 htm ด้านล่าง โพสต์มีรูปภาพสำหรับกระเบื้องป้องกันความร้อน "Buran")

อย่างที่สองคือความเร็วในการบิน M=27 หลายคนสังเกตเห็นว่าความเร็วนี้สูงกว่าความเร็วจักรวาลแรกนั่นคือ และ Buran ของเรา และกระสวยอวกาศของอเมริกา และยานลงจอดต่างๆ เช่นเดียวกับหัวรบขีปนาวุธ ทั้งหมด เข้าสู่ชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วที่ต่ำกว่า ตัวอย่างเช่นสำหรับ Buran การคำนวณวิถีการลงจอดเริ่มต้นจากระดับความสูง 152,500 เมตร ("ขอบเขตอย่างเป็นทางการ" ของอวกาศคือ 100 กม.) - ในขณะนี้มีความเร็ว 7,578 เมตรต่อวินาทีซึ่งเท่ากับ 22.82 มี.ค. เรือกำลังล่มคือ เร่งความเร็วจึงถึงเลขมัคสูงสุด = 27.92 ที่ระดับความสูง 93-90 กม. ยังคงเป็นที่ว่างแทบไม่มีบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น หัวความเร็ว (ความดันไดนามิกของการไหลที่กำลังไหลเข้า) ที่ความสูงนี้ที่ความเร็วที่ระบุ 7.5 กม./วินาที มีค่าเพียง... 10 กิโลกรัมต่อตารางเมตร (!) เมตร ในสภาวะเช่นนี้ มีเพียงคนงี่เง่าเท่านั้นที่สามารถพูดคุยเกี่ยวกับการบินแบบ "ไฮเปอร์โซนิก" ที่ระดับความสูง 90 กม. หรือนักมนุษยนิยม ในแง่ของอุณหภูมิทุกอย่างสังเกตเห็นได้ชัดเจนแล้ว - ตั้งแต่เริ่มต้น 27 องศาเซลเซียสในวงโคจรไปจนถึงระดับความสูง 90 กม. อุณหภูมิก็สูงถึง 1,200 องศา

อย่างไรก็ตามหากเราพูดถึงการให้ความร้อนสูงสุด (ผลสะสมมีความสำคัญที่นี่และความดันความเร็วจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าอัตราการลดความเร็ว) จากนั้นจะถึงอุณหภูมิสูงสุด 1,656 องศาเซลเซียสที่ระดับความสูง 77800 เมตร (ความเร็ว 7582 ม. /s หรือ M = 26.69) และยังคงอยู่จนถึงระดับความสูง 69400 เมตร (ความเร็ว 6277 m/s หรือ M=21.05) อย่างที่คุณเห็น ความเร็วดังกล่าว M=27 นั้นค่อนข้างสมจริง แต่การบินอย่างมั่นคงในโหมดนี้คิดไม่ถึงด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่ สิ่งที่เราได้ยินในวันนี้คือมือสมัครเล่นแย่งชิงตัวเลขโดยไม่มีบริบท

สำหรับ "ของขวัญปีใหม่" - คืนเงินบำนาญของคุณก่อน balabol...

PS: ฉันจะเพิ่มอะไรได้อีก ในช่วงกลางปี ​​"ศูนย์" หัวข้อที่น่าสนใจและเป็นความลับสุดยอดปรากฏขึ้น (สำหรับสหายที่มีความสามารถที่ตึงเครียดฉันสามารถให้ลิงก์ไปยังสิ่งพิมพ์แบบเปิดเพียงฉบับเดียวในวารสาร "อุปกรณ์การบินและเทคโนโลยี" ของ NPO "Molniya") - สิ่งที่เรียกว่า "เครื่องบินข้ามบรรยากาศ" โดยสรุป - การบินอย่างมั่นคงในชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วที่สูงกว่าความเร็วจักรวาลครั้งแรก แต่ที่นี่ เห็นได้ชัดว่าไม่ใช่กรณีนี้อย่างแน่นอน...

PPS: และสุดท้าย (ให้แม่นยำ) - เป็นคำจำกัดความของ "เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง" ฉันใช้คำจำกัดความของคำว่า "เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง"

การเพิ่มอุณหภูมิการทำงานของวัสดุป้องกันความร้อน