При скорости 20 000 км/ч этот двигатель для самолетов с «наклонным взрывом» позволил бы преодолеть расстояние от одного берега Атлантики до другого за 2 минуты.

Идея двигателей детонации (наклонной или вращательной) не является совершенно новой. Похожие концепции возникли в Соединенных Штатах и других странах во время Холодной войны с целью обеспечения гиперзвуковой скорости у самолетов и ракет, но были отклонены из-за своей технической сложности.

Исследователи Китайской академии наук (CAS) сообщили о прорыве в области гиперзвуковой двигательной техники: они восприняли теоретические концепции, существовавшие десятилетиями назад, и протестировали их в условиях имитации полета. Возвращение этих концепций в Китай отражает как прогресс в области материалов и компьютерного моделирования, так и возрожденный глобальный интерес к гиперзвуковой двигательной технике, способной преодолеть ограничения традиционных реактивных двигателей и ступенчатых ракет.

Преодоление законов физики

Исследования проводились в туннеле ударных волн JF‑12 в Пекине — установке, способной воссоздавать условия полета на огромных высотах, превышающих 40 км, что позволяет имитировать гиперзвуковые скорости без необходимости покидать поверхность земли. Технология: двигатель с наклонным взрывом (ODE), использующий стандартный авиационный керосин (RP‑3) для достижения скоростей, близких к 16 Махам, то есть около 19 600 км/ч.

Во время испытаний командам удалось создать и поддерживать так называемую косую волну детонации — самостабилизирующиеся структуры удара, которые обеспечивают полное сгорание смеси воздуха и топлива в чрезвычайно короткие сроки; по данным отчетов, скорость сгорания при этом в 1 000 раз выше, чем у традиционных двигателей типа scramjet.

На практике такая теоретическая эффективность позволила бы самолету достигать скоростей, которые, если бы они были устойчивы в реальных полетах, кардинально изменили бы время перелетов. Например, преодоление Атлантического океана за примерно две минуты до сих пор было невозможно с использованием обычных двигателей.

Однако представители, сделавшие заявление, и специалисты в области двигателестроения отмечают, что эти показатели по-прежнему относятся к условиям испытаний в аэродинамических трубах, а не к рабочим летательным аппаратам.

Что это и как это работает

Двигатель наклонного взрыва основан на принципе, отличном от принципа традиционных реактивных двигателей. В отличие от турбореактивных двигателей или двигателей типа scramjet, которым требуется несколько этапов сжатия и смешивания воздуха перед горением, двигатель наклонного взрыва использует наклонные ударные волны для вызова взрыва смеси воздуха и топлива непосредственно в камере сгорания.

Одним из ключевых элементов конструкции, проверенной китайскими учеными, является использование элемента длиной всего 5 мм, стратегически расположенного в камере сгорания для создания таких самовоспроизводящихся взрывов, которые в отчетах называются «алмазами взрыва». Такая конфигурация упрощает архитектуру двигателя, повышает термодинамическую эффективность и одновременно может снизить общий вес системы.

Плохие новости: здесь нет электрификации. Использование керосина RP‑3, распространенного топлива в гражданской и военной авиации, имеет двойственные последствия: с одной стороны, оно облегчает логистику и производство, если система окажется жизнеспособной; с другой стороны, оно отдаляет технологию от систем, зависящих от экзотических или высокоспециализированных топлив.

От лабораторных испытаний к практическому применению

Специалисты из аэрокосмической и оборонной отраслей предупреждают, что достижения пока далеки от того, чтобы превратиться в рабочие сверхзвуковые самолеты или ракеты. Испытания в трубах силового удара необходимы для проверки концепций, но воспроизведение таких условий в двигателе, который будет стабильно функционировать в реальных полетах, сопряжено с значительными дополнительными техническими сложностями: управление тепловыми процессами, надежность конструкции, контроль потока на переменной высоте и адаптация двигателя к реальным условиям полета — это лишь некоторые из них.

Кроме того, хотя двигатель может показывать впечатляющие результаты в симуляциях или в контролируемой среде, переход к летающему прототипу вносит элементы неопределенности. Многие предыдущие экспериментальные сверхзвуковые системы демонстрировали многообещающие характеристики на испытательных стендах, но застревали на этапах разработки из-за проблем с вибрацией, тепловой стабильностью или интеграцией с системами наведения и управления полетом.

Такие достижения, к тому же, обычно имеют сильный военный компонент. Гиперзвуковые скорости не только ускоряют гражданские перевозки, но и меняют облик систем вооружений и стратегической обороны. Система, способная держаться на высоте со скоростью 16 Махов, кардинально усложнила бы существующие схемы перехвата и могла бы предоставить беспрецедентную дальность и скорость как ударным средствам, так и разведывательным платформам.