Зі швидкістю 20 000 км/год цей двигун для літаків з «косим вибухом» дозволив би подолати відстань з одного боку Атлантики до іншого за 2 хвилини.
Ідея двигунів детонації (косого або обертового типу) не є зовсім новою. Подібні концепції з’явилися у Сполучених Штатах та інших країнах під час Холодної війни з метою досягнення гіперзвукових швидкостей у літаках та ракетах, але були відкинуті через свою технічну складність.
Дослідники Китайської академії наук (CAS) повідомили про прорив у галузі гіперзвукової рушійної системи, який дозволив застосувати теоретичні концепції, існуючі вже десятиліттями, та протестувати їх у симульованих умовах польоту. Повернення цих концепцій у Китаї відображає як прогрес у матеріалах та комп’ютерному моделюванні, так і поновлений глобальний інтерес до гіперзвукової рушійної системи, здатної подолати обмеження традиційних scramjet-двигунів чи ракетних ступенів.
Кинутий виклик законам фізики
Дослідження проводилося у тунелі зіткнень JF‑12 у Пекіні — об’єкті, здатному відтворювати умови польоту на великій висоті, понад 40 км, що дозволяє моделювати гіперзвукові швидкості без необхідності покидати поверхню землі. Технологія: двигун з косою детонацією (ODE), який використовує стандартний авіаційний керосин (RP‑3) для досягнення швидкостей, близьких до 16 Махів, тобто приблизно 19 600 км/год.
Під час випробувань командам вдалося створити та підтримувати так звану косу хвилю детонації — самостабілізовані структури удару, які завершують процес згоряння суміші повітря та палива за надзвичайно короткий час; згідно з звітами, швидкість згоряння в них у 1 000 разів перевищує швидкість у традиційних двигунах типу scramjet.
На практиці така теоретична продуктивність дозволила б літаку досягати таких швидкостей, які, якби вони були стабільними під час реального польоту, кардинально змінили б часи пересування. Наприклад, подолання Атлантичного океану протягом приблизно двох хвилин досі було б неможливим за допомогою звичайних двигунів.
Проте представники, які оголосили про це, та експерти з приводу двигунів зазначають, що ці показники все ще стосуються тестових умов у аеродинамічних трубах, а не функціональних літальних апаратів.
Що це таке та як це працює
Двигун косого детонаційного запалювання ґрунтується на принципі, відмінному від принципу звичайних реактивних двигунів. На відміну від турбореактивних двигунів чи двигунів типу scramjet, яким потрібні кілька етапів стиснення та змішування повітря перед горінням, двигун косого детонаційного запалювання використовує косі ударні хвилі для спричинення детонації суміші повітря та палива безпосередньо в камері згоряння.
Одним із ключових елементів конструкції, перевіреної китайськими вченими, є використання елемента довжиною лише 5 мм, розташованого стратегічно в камері згоряння для створення цих самовідтворюваних детонацій, які в звітах називаються „діамантами детонації“. Така конфігурація спрощує архітектуру двигуна та підвищує його термодинамічну ефективність, водночас потенційно зменшуючи загальну вагу системи.
Погана новина: тут немає електрифікації. Використання керосину RP‑3, поширеного палива в цивільній та військовій авіації, має подвійні наслідки: з одного боку, воно полегшує логістику та виробництво, якщо система виявиться життєздатною; з іншого — віддаляє технологію від систем, які залежать від екзотичних або надзвичайно спеціалізованих палив.
Промисловість у сфері аерокосміки та оборони попереджає, що досягнення все ще далекі від того, щоб перетворитися на функціональні гіперзвукові літаки чи ракети. Випробування в тунелях ударних хвиль є необхідними для перевірки концепцій, але відтворення таких умов у двигуні, який буде стабільно працювати під час реального польоту, ставить перед нами значні додаткові технічні виклики: керування тепловими процесами, структурна цілісність, контроль потоку на змінних висотах та адаптація приводу до реальних умов польоту, щоб навести лише деякі приклади.
Крім того, хоча двигун може демонструвати вражаючі результати у симуляціях чи контрольованому середовищі, перехід до літаючого прототипу створює невизначеності. Багато попередніх експериментальних гіперзвукових систем показали обнадійливі можливості на тестових стендах, але застрягли на етапах розробки через проблеми з вібрацією, тепловою стабільністю чи інтеграцією з системами наведення та керування польотом.
Такі досягнення, крім того, зазвичай мають сильний військовий компонент. Гіперзвукові швидкості не лише прискорюють цивільні перевезення, а й змінюють ситуацію в галузі систем озброєнь та стратегічної оборони. Система, здатна підтримувати політ зі швидкістю 16 Мах, значно ускладнила б існуючі схеми перехоплення та могла б надати безпрецедентну дальність та швидкість як засобам атаки, так і платформам розвідки.