초음속 속도 km h. 점성 충격층 형성

일반 정보

초음속 비행은 초음속 비행 체제의 일부이며 초음속 가스 흐름에서 수행됩니다. 초음속 공기 흐름은 근본적으로 아음속과 다르며 음속(1.2M 이상) 이상의 속도에서 항공기 비행의 역학은 아음속 비행(최대 0.75M, 0.75~1.2M의 속도 범위를 천음속 속도라고 함)과 근본적으로 다릅니다. ).

초음속 속도의 하한을 결정하는 것은 일반적으로 대기에서 이동하는 차량 근처의 경계층(BL)에서 분자의 이온화 및 해리 과정의 시작과 관련되며, 이는 약 5M에서 발생하기 시작합니다. 또한 주어진 속도아음속 연소 램제트 엔진("램제트")은 이러한 유형의 엔진에서 통과하는 공기를 제동할 때 발생하는 극도로 높은 마찰로 인해 쓸모 없게 된다는 사실을 특징으로 합니다. 따라서 극초음속 속도 범위에서 비행을 계속하려면 초음속 연료 연소가 가능한 로켓 엔진이나 극초음속 램제트(스크램제트)만 사용하는 것이 가능합니다.

흐름특성

극초음속 흐름(HS)의 정의는 초음속과 극초음속 흐름 사이의 명확한 경계가 부족하여 논란의 여지가 많지만, 초음속 흐름은 고려할 때 더 이상 무시할 수 없는 특정 물리적 현상, 즉 다음과 같은 특징을 가질 수 있습니다.

충격파의 얇은 층

속도와 해당 마하 수가 증가함에 따라 충격파(SW) 뒤의 밀도도 증가하며, 이는 질량 보존으로 인한 충격 뒤의 부피 감소에 해당합니다. 그러므로 레이어 충격파즉, 높은 마하수에서는 장치와 충격파 사이의 부피가 얇아지고 장치 주변에 얇은 경계층(BL)이 생성됩니다.

점성 충격층 형성

M > 3(점성 흐름)인 공기 흐름에 포함된 큰 운동 에너지의 일부는 점성 상호 작용으로 인해 내부 에너지로 변환됩니다. 내부 에너지의 증가는 온도의 증가로 실현됩니다. 경계층 내 흐름에 수직인 압력 구배는 거의 0이므로 높은 마하수에서 온도가 크게 증가하면 밀도가 감소합니다. 따라서 차량 표면의 PS가 증가하고 높은 마하수에서 선수 근처의 얇은 충격파 층과 합쳐져 점성 충격층을 형성합니다.

아음속 흐름과 초음속 흐름의 특징이 아닌 PS에서 불안정파의 출현

고온 흐름

장치의 전면 지점(제동 지점 또는 영역)의 고속 흐름으로 인해 가스가 매우 높은 온도(최대 수천도)로 가열됩니다. 고온, 차례로 가스 분자의 해리 및 재결합, 원자의 이온화, 흐름 및 장치 표면과의 화학 반응으로 구성된 흐름의 비평 형 화학적 특성을 생성합니다. 이러한 조건에서는 대류 및 복사열 전달 과정이 중요할 수 있습니다.

유사성 매개변수

가스 흐름의 매개변수는 일반적으로 일련의 유사성 기준으로 설명됩니다. 이를 통해 거의 무한한 수의 물리적 상태를 유사성 그룹으로 줄일 수 있으며 가스 흐름을 다양한 물리적 매개변수(압력, 온도, 속도 등)와 비교할 수 있습니다. .) 서로. 튜브 실험에서 모델의 크기, 유속, 열 부하 등이 크게 다를 수 있다는 사실에도 불구하고 풍동에서의 실험과 이러한 실험 결과를 실제 항공기로 전달하는 것은 이 원리에 기초합니다. 실제 비행 조건과 동시에 유사성 매개변수(마하수, 레이놀즈 수, 스탠튼 수 등)는 비행 조건과 일치합니다.

천음속, 초음속 또는 압축성 흐름의 경우 대부분의 경우 마하 수(유속과 국부 음속의 비율) 및 레이놀즈와 같은 매개변수는 흐름을 완전히 설명하는 데 충분합니다. 극초음속 흐름의 경우 이러한 매개변수가 충분하지 않은 경우가 많습니다. 첫째, 충격파의 모양을 설명하는 방정식은 10M의 속도에서 실질적으로 독립적이 됩니다. 둘째, 극초음속 흐름의 온도 증가는 비이상적인 가스와 관련된 효과가 눈에 띄게 된다는 것을 의미합니다.

실제 가스에 미치는 영향을 고려한다는 것은 가스 상태를 완전히 설명하기 위해 더 많은 수의 변수가 필요하다는 것을 의미합니다. 고정된 기체가 압력, 온도, 열용량(단열 지수)의 세 가지 양으로 완전히 설명되고 이동 기체가 속도도 포함하는 네 가지 변수로 설명되는 경우 화학 평형 상태의 뜨거운 기체에는 다음과 같은 상태 방정식도 필요합니다. 구성 화학 성분과 해리 및 이온화 과정이 있는 가스도 상태 변수 중 하나로 시간을 포함해야 합니다. 일반적으로 이는 선택한 시간에 비평형 흐름이 가스 상태를 설명하기 위해 10~100개의 변수가 필요함을 의미합니다. 또한 일반적으로 크누센 수(Knudsen number)로 설명되는 희석 극초음속 흐름(HF)은 나비에-스토크스 방정식을 따르지 않으므로 수정이 필요합니다. HP는 일반적으로 총 엔탈피(mJ/kg), 총 압력(kPa) 및 흐름 정체 온도(K) 또는 속도(km/s)를 사용하여 표현되는 총 에너지를 사용하여 분류됩니다.

이상기체

안에 이 경우, 통과하는 공기 흐름은 이상기체 흐름으로 간주될 수 있습니다. 이 영역의 GP는 여전히 마하 수에 의존하며 시뮬레이션은 낮은 속도에서 발생하는 단열 벽보다는 온도 불변량에 의해 안내됩니다. 이 영역의 하한은 아음속 연소 SPV 제트기가 효과가 없는 마하 5 정도의 속도에 해당하고, 상한은 마하 10-12 영역의 속도에 해당합니다.

두 가지 온도를 갖는 이상기체

통과하는 공기 흐름이 화학적으로 이상적인 것으로 간주될 수 있는 고속 이상 기체 흐름 사례의 일부이지만, 기체의 진동 온도와 회전 온도를 별도로 고려해야 하므로 두 개의 별도 온도 모델이 생성됩니다. 이는 분자 여기로 인한 진동 냉각이 중요해지는 초음속 노즐 설계에서 특히 중요합니다.

해리된 가스

방사선 전달 지배 모드

12km/s 이상의 속도에서 장치로의 열 전달은 주로 방사형 전달을 통해 발생하기 시작하며, 이는 속도 증가와 함께 열역학적 전달을 지배하기 시작합니다. 이 경우 가스 모델링은 두 가지 경우로 나뉩니다.

광학적으로 얇음 - 이 경우 가스는 다른 부분이나 선택된 부피 단위에서 나오는 방사선을 재흡수하지 않는 것으로 가정됩니다.
광학적으로 두꺼움 - 플라즈마에 의한 방사선 흡수를 고려한 후 장치 본체를 포함하여 다시 방출됩니다.

광학적으로 두꺼운 가스를 모델링하는 것은 흐름의 각 지점에서의 복사 전달 계산으로 인해 고려되는 지점의 수에 따라 계산량이 기하급수적으로 증가하기 때문에 복잡한 작업입니다.

일반적인 여객기는 약 900km/h의 속도로 비행합니다. 군용 전투기는 대략 3배의 속도에 도달할 수 있습니다. 그러나 러시아 연방 및 기타 세계 국가의 현대 엔지니어들은 훨씬 더 빠른 기계, 즉 극초음속 항공기를 적극적으로 개발하고 있습니다. 관련 개념의 구체적인 내용은 무엇입니까?

극초음속 항공기의 기준

극초음속 항공기란 무엇입니까? 이것은 일반적으로 소리보다 몇 배 빠른 속도로 날아갈 수 있는 장치로 이해됩니다. 특정 지표를 결정하는 연구원의 접근 방식은 다양합니다. 일반적인 방법론은 항공기가 가장 빠른 현대 초음속 차량의 속도 표시기의 배수인 경우 항공기를 극초음속으로 간주해야 한다는 것입니다. 시속 3~4천km 정도 됩니다. 즉, 이 방법론을 따르면 극초음속 항공기는 6,000km/h의 속도에 도달해야 합니다.

무인 및 제어 차량

특정 장치를 항공기로 분류하는 기준을 결정하는 측면에서도 연구자의 접근 방식이 다를 수 있습니다. 사람이 제어하는 기계만 분류할 수 있는 버전이 있습니다. 무인자동차도 항공기로 간주할 수 있다는 관점이 있다. 따라서 일부 분석가는 문제의 기계를 인간의 통제를 받는 기계와 자율적으로 작동하는 기계로 분류합니다. 그러한 분할은 다음과 같은 이유로 정당화될 수 있다. 무인 차량훨씬 더 인상적일 수 있습니다 기술적 특성, 예를 들어 과부하 및 속도 측면에서.

동시에 많은 연구자들은 극초음속 항공기를 단일 개념으로 간주합니다. 주요 지표- 속도. 사람이 장치의 조종석에 앉거나 기계가 로봇에 의해 제어되는지 여부는 중요하지 않습니다. 가장 중요한 것은 비행기가 충분히 빠르다는 것입니다.

이륙 - 독립적으로 또는 도움을 받아?

극초음속 항공기는 스스로 이륙할 수 있는 항공기, 로켓이나 화물기 등 보다 강력한 운반체에 배치해야 하는 항공기로 분류하는 광범위한 분류가 있습니다. 주로 독립적으로 이륙할 수 있거나 다른 유형의 장비를 최소한으로 개입시키면서 고려 중인 유형의 장치를 포함하는 것이 옳다는 관점이 있습니다. 그러나 극초음속 항공기를 특징짓는 주요 기준인 속도가 모든 분류에서 가장 중요하다고 믿는 연구자들은 다음과 같습니다. 장치가 무인, 제어, 자체 이륙 가능 또는 다른 기계의 도움으로 분류되는지 여부 - 해당 표시가 위의 값에 도달하면 이는 다음을 의미합니다. 우리 얘기 중이야초음속 항공기에 대해.

극초음속 솔루션의 주요 문제점

극초음속 솔루션의 개념은 수십 년 전부터 시작되었습니다. 해당 유형의 장치를 수년간 개발하는 동안 세계 엔지니어들은 터보프롭 항공기 생산을 조직하는 것과 유사하게 "극초음속" 생산이 생산에 투입되는 것을 객관적으로 방지하는 여러 가지 중요한 문제를 해결해 왔습니다.

극초음속 항공기를 설계할 때 가장 어려운 점은 충분히 에너지 효율적일 수 있는 엔진을 만드는 것입니다. 또 다른 문제는 필요한 장치를 정렬하는 것입니다. 사실 위에서 논의한 값의 극초음속 항공기 속도는 대기와의 마찰로 인해 신체가 강하게 가열된다는 것을 의미합니다.

오늘 우리는 개발자가 언급된 문제를 성공적으로 해결하는 데 상당한 진전을 이룰 수 있었던 해당 유형의 성공적인 항공기 프로토타입의 몇 가지 예를 살펴볼 것입니다. 이제 문제의 극초음속 항공기 제작과 관련하여 가장 유명한 세계 발전을 연구해 보겠습니다.

보잉에서

일부 전문가에 따르면 세계에서 가장 빠른 극초음속 항공기는 미국 보잉 X-43A입니다. 따라서 이 장치를 테스트하는 동안 11,000km/h를 초과하는 속도에 도달한 것으로 기록되었습니다. 약 9.6배 빠르다.

X-43A 극초음속 항공기에서 특히 주목할만한 점은 무엇입니까? 이 항공기의 특징은 다음과 같습니다.

테스트에서 기록된 최대 속도는 11,230km/h입니다.

날개 길이 - 1.5m;

몸길이 - 3.6m;

엔진 - 직접 흐름, 초음속 연소 Ramjet;

연료 - 대기 산소, 수소.

문제의 장치는 가장 환경 친화적인 장치 중 하나입니다. 사실 실제로 사용되는 연료는 유해한 연소 생성물을 방출하지 않습니다.

X-43A 극초음속 항공기는 NASA 엔지니어와 Orbical Science Corporation 및 Minocraft가 공동으로 개발했습니다. 약 10년 전에 만들어졌습니다. 개발에는 약 2억 5천만 달러가 투자되었습니다. 문제의 항공기의 개념적 참신함은 테스트 목적으로 고안되었다는 것입니다. 최신 기술모터 견인의 작동을 보장합니다.

궤도 과학의 개발

위에서 언급했듯이 X-43A 제작에 참여한 Orbital Science 회사는 자체 초음속 항공기 X-34도 만들었습니다.

최고 속도는 12,000km/h 이상이다. 사실, 실제 테스트에서는 달성되지 않았습니다. 또한 X43-A 항공기에서 표시된 표시기를 달성하는 것도 불가능했습니다. 문제의 항공기는 고체 연료로 작동하는 페가수스 로켓이 활성화되면 가속됩니다. X-34는 2001년에 처음 테스트되었습니다. 문제의 항공기는 보잉 항공기보다 훨씬 큽니다. 길이는 17.78m, 날개 길이는 8.85m입니다. Orbical Science의 극초음속 차량의 최대 비행 고도는 75km입니다.

북미 항공기

또 다른 유명한 극초음속 항공기는 North American이 생산한 X-15입니다. 분석가들은 이 장치를 실험적인 장치로 분류합니다.

일부 전문가는 실제로 항공기로 분류하지 않을 이유가 있는 장비를 갖추고 있습니다. 그러나 로켓 엔진이 있으면 장치가 특히 성능을 발휘할 수 있습니다. 따라서 이 모드의 테스트 중 하나에서 조종사가 테스트했습니다. X-15 장치의 목적은 극초음속 비행의 특성을 연구하고 특정 설계 솔루션, 새로운 재료를 평가하고 대기의 다양한 층에서 이러한 기계의 제어 기능을 평가하는 것입니다. 1954년에 승인되었다는 점은 주목할 만합니다. X-15는 시속 7,000km 이상의 속도로 비행합니다. 비행 범위는 500km 이상이며 고도는 100km를 초과합니다.

가장 빠른 생산 항공기

위에서 연구한 극초음속 차량은 실제로 연구 범주에 속합니다. 특성이 극초음속 항공기에 가깝거나 (어떤 방법론에 따르면) 극초음속 항공기의 일부 생산 모델을 고려하는 것이 유용할 것입니다.

그러한 기계 중에는 미국의 SR-71 개발이 있습니다. 일부 연구자들은 이 항공기의 최대 속도가 약 37,000km/h이기 때문에 이 항공기를 극초음속으로 분류하려는 경향이 없습니다. 가장 주목할만한 특징 중 하나는 이륙 중량이 77톤을 초과한다는 것입니다. 장치의 길이는 23m 이상이고 날개 길이는 13m 이상입니다.

러시아 MiG-25는 가장 빠른 군용 항공기 중 하나로 간주됩니다. 이 장치는 33,000km/h 이상의 속도에 도달할 수 있습니다. 최대 이륙 중량 러시아 비행기- 41톤.

따라서 극초음속에 가까운 특성을 가진 직렬 솔루션 시장에서 러시아 연방이 선두에 있습니다. 그러나 "고전적인" 극초음속 항공기와 관련된 러시아의 개발에 대해 무엇을 말할 수 있습니까? 러시아 연방의 엔지니어들이 Boeing 및 Orbital Scence의 기계와 경쟁할 수 있는 솔루션을 만들 수 있습니까?

러시아 극초음속 차량

안에 지금은러시아 극초음속 항공기가 개발 중입니다. 그러나 그것은 매우 적극적으로 진행되고 있습니다. 우리는 Yu-71 항공기에 대해 이야기하고 있습니다. 언론 보도에 따르면 첫 번째 테스트는 2015년 2월 Orenburg 근처에서 수행되었습니다.

해당 항공기는 군사용으로 사용될 것으로 추정된다. 따라서 극초음속 차량은 필요한 경우 상당한 거리에 걸쳐 파괴적인 무기를 전달하고 영토를 모니터링하며 공격 항공기의 요소로도 사용될 수 있습니다. 일부 연구자들은 2020~2025년에 그럴 것이라고 믿습니다. 전략 미사일 부대는 해당 유형의 항공기 약 20대를 받게 됩니다.

문제의 러시아 극초음속 항공기가 역시 설계 단계에 있는 사르마트(Sarmat) 탄도미사일에 탑재될 것이라는 정보가 언론에 나와 있습니다. 일부 분석가들은 개발 중인 Yu-71 극초음속 차량은 비행의 마지막 단계에서 탄도미사일과 분리되어야 하는 탄두에 지나지 않으며 항공기의 높은 기동성 특성 덕분에 미사일 방어를 극복해야 한다고 믿고 있습니다. 시스템.

프로젝트 "아약스"

극초음속 항공기 개발과 관련된 가장 주목할만한 프로젝트 중에는 Ajax가 있습니다. 좀 더 자세히 연구해 봅시다. Ajax 극초음속 항공기는 소련 엔지니어들의 개념적 개발입니다. 과학계에서는 이에 대한 대화가 80년대부터 시작되었습니다. 가장 눈에 띄는 특징 중 하나는 과열로부터 케이스를 보호하도록 설계된 열 보호 시스템이 있다는 것입니다. 따라서 Ajax 장치 개발자는 위에서 확인한 "초음속" 문제 중 하나에 대한 솔루션을 제안했습니다.

항공기의 전통적인 열 보호 체계에는 몸체에 특수 재료를 배치하는 것이 포함됩니다. Ajax 개발자는 외부 열로부터 장치를 보호하는 것이 아니라 기계 내부에 열을 공급하는 동시에 에너지 자원을 늘리는 다른 개념을 제안했습니다. 소련 항공기의 주요 경쟁자는 미국에서 제작된 극초음속 항공기 "오로라"로 간주되었습니다. 그러나 소련 디자이너들이 컨셉의 역량을 크게 확장했다는 사실로 인해, 새로운 개발다양한 작업, 특히 연구 작업이 할당되었습니다. Ajax는 초음속 다목적 항공기라고 말할 수 있습니다.

소련 엔지니어들이 제안한 기술 혁신을 자세히 살펴 보겠습니다.

그래서 소련의 Ajax 개발자들은 항공기 본체가 대기와 마찰하여 발생하는 열을 사용하고 이를 유용한 에너지로 변환할 것을 제안했습니다. 기술적으로 이는 장치에 추가 쉘을 배치하여 실현할 수 있습니다. 그 결과 두 번째 군단과 같은 것이 형성되었습니다. 그 구멍은 가연성 물질과 물의 혼합물과 같은 일종의 촉매로 채워져 있다고 가정되었습니다. Ajax의 고체 재료로 만들어진 단열층은 액체 단열층으로 대체되어야 했는데, 이는 한편으로는 엔진을 보호하고 다른 한편으로는 촉매 반응을 촉진하는 역할을 했습니다. 흡열 효과(신체 외부 부분에서 내부로 열이 이동하는 현상)가 동반됩니다. 이론적으로 장치 외부 부품의 냉각은 무엇이든 될 수 있습니다. 초과된 열은 항공기 엔진의 효율을 높이는 데 사용되어야 했습니다. 동시에, 이 기술은 연료 반응의 결과로 유리 수소를 생성하는 것을 가능하게 합니다.

현재 Ajax의 지속적인 개발에 대해 일반 대중에게 제공되는 정보는 없지만 연구자들은 다음과 같이 믿고 있습니다. 유망한 구현소련의 개념이 실제로 적용됩니다.

중국 극초음속 차량

중국은 극초음속 솔루션 시장에서 러시아와 미국의 경쟁자가 되고 있습니다. 중국 엔지니어들의 가장 유명한 개발 중에는 WU-14 항공기가 있습니다. 탄도미사일에 장착된 초음속 조종 글라이더입니다.

ICBM은 항공기를 우주로 발사하고, 그곳에서 차량이 급격히 하강하여 극초음속의 속도를 발생시킵니다. 중국 장치는 2~12,000km 범위의 다양한 ICBM에 장착될 수 있습니다. 일부 분석가에 따르면 테스트 중에 WU-14는 12,000km/h를 초과하는 속도에 도달할 수 있어 가장 빠른 극초음속 항공기가 된 것으로 나타났습니다.

동시에 많은 연구자들은 중국 개발을 항공기로 분류하는 것이 완전히 합법적이지 않다고 믿습니다. 따라서 장치를 구체적으로 탄두로 분류해야 하는 광범위한 버전이 있습니다. 그리고 매우 효과적입니다. 표시된 속도로 아래로 비행할 때 가장 빠른 속도라도 현대 시스템미사일 방어 시스템은 해당 목표의 요격을 보장할 수 없습니다.

러시아와 미국도 군사 목적으로 사용되는 초음속 차량을 개발하고 있다는 점을 주목할 수 있습니다. 동시에, 적절한 유형의 기계를 만드는 것으로 예상되는 러시아 개념은 일부 미디어의 데이터에서 알 수 있듯이 미국인과 중국인이 구현한 기술 원칙과 크게 다릅니다. 따라서 러시아 연방의 개발자들은 지상에서 발사할 수 있는 램제트 엔진을 탑재한 항공기 제작 분야에 노력을 집중하고 있습니다. 러시아는 이러한 방향으로 인도와 협력할 계획이다. 일부 분석가에 따르면 러시아 개념에 따라 제작된 극초음속 차량은 비용이 저렴하고 적용 범위가 더 넓은 것이 특징입니다.

동시에 위에서 언급한 러시아 극초음속 항공기(Yu-71)는 일부 분석가들이 믿는 것처럼 ICBM에 배치할 것을 제안합니다. 이 논문이 옳은 것으로 밝혀지면 러시아 연방의 엔지니어들이 극초음속 항공기 건설에 있어 두 가지 대중적인 개념 방향에서 동시에 작업하고 있다고 말할 수 있습니다.

재개하다

따라서 분류에 관계없이 항공기에 대해 이야기하면 아마도 세계에서 가장 빠른 초음속 항공기는 여전히 중국 WU-14입니다. 하지만 테스트 관련 정보를 포함하여 실제 정보가 분류될 수 있다는 점을 이해해야 합니다. 이는 어떤 대가를 치르더라도 군사 기술을 비밀로 유지하려고 노력하는 중국 개발자의 원칙과 상당히 일치합니다. 가장 빠른 극초음속 항공기의 속도는 시속 12,000km 이상입니다. X-43A의 미국 개발은 이를 "추격"하고 있습니다. 많은 전문가들은 X-43A가 가장 빠르다고 생각합니다. 이론적으로 초음속 항공기 X-43A와 중국 WU-14는 12,000km/h 이상의 속도로 설계된 Orbical Science의 개발을 따라잡을 수 있습니다.

러시아 Yu-71 항공기의 특성은 아직 일반 대중에게 알려지지 않았습니다. 중국 항공기의 매개 변수에 가까울 가능성이 높습니다. 러시아 엔지니어들은 또한 ICBM을 기반으로 하지 않고 독립적으로 이륙할 수 있는 극초음속 항공기를 개발하고 있습니다.

러시아, 중국, 미국 연구자들의 현재 프로젝트는 어떤 식으로든 군사 분야와 관련이 있습니다. 극초음속 항공기, 가능한 분류에 관계없이 주로 핵무기 운반자로 간주됩니다. 그러나 연구진의 연구에서는 다양한 나라전 세계적으로 핵 기술과 같은 '초음속'이 평화로울 수도 있다는 주장이 있습니다.

정리할 수 있는 저렴하고 안정적인 솔루션의 출현에 달려 있습니다. 연속 생산적절한 유형의 기계. 이러한 장치의 사용은 경제 개발의 가장 광범위한 분야에서 가능합니다. 극초음속 항공기는 우주 및 연구 산업에서 가장 큰 수요를 찾을 가능성이 높습니다.

해당 기계의 생산기술이 저렴해지면서 투자에 대한 관심이 높아지고 있다. 유사한 프로젝트나타나기 시작할 수도 있다 운송업. 산업 기업과 다양한 서비스 제공업체는 국제 커뮤니케이션 조직 측면에서 비즈니스 경쟁력을 높이기 위한 도구로 "초음속"을 고려하기 시작할 수 있습니다.

1월에 중요한 사건이 발생했습니다. 극초음속 기술 소유자 클럽에 새로운 회원이 합류했습니다. 2015년 1월 9일, 중국은 WU-14라는 극초음속 글라이더를 테스트했습니다. 대륙간탄도미사일(ICBM) 위에 탑재되는 유도차량이다. 로켓은 글라이더를 우주로 들어 올린 후 글라이더가 목표물을 향해 급강하하여 시속 수천 킬로미터의 속도로 발전합니다.

미 국방부에 따르면 중국 WU-14 극초음속 차량은 사거리 2,000~12,000km의 다양한 중국 탄도미사일에 장착될 수 있다고 한다. 1월 테스트에서 WU-14는 마하 10의 속도에 도달했는데, 이는 시속 12.3,000km 이상입니다. 현대의 대공 방어 시스템은 그러한 속도로 비행하는 기동 표적을 안정적으로 타격할 수 없습니다. 이로써 중국은 미국과 러시아에 이어 세 번째로 핵무기와 재래식 무기의 극초음속 운반선 기술을 보유한 국가가 됐다.

극초음속 글라이더 HTV-2가 상부 스테이지에서 분리됨(미국)

미국과 중국은 처음에는 높은 고도로 부스트하여 추진력을 얻은 다음 높은 고도에서 제어된 하강 중에 가속하는 극초음속 글라이더에 대한 유사한 설계를 연구하고 있습니다. 이러한 시스템의 장점은 장거리(지구 표면의 어느 지점에 대한 전역 공격까지), 상대적으로 단순한 글라이더 설계(추진 엔진 없음), 큰 탄두 질량 및 고속비행(10M 이상).

러시아는 지상, 선박, 전투기에서 발사할 수 있는 극초음속 램제트(스크램제트) 미사일 개발에 주력하고 있다. 이러한 무기 시스템을 개발하기 위한 러시아-인도 프로젝트가 있어 2023년에는 인도도 "초음속 클럽"에 가입할 수 있습니다. 극초음속 미사일의 장점은 ICBM을 사용하여 발사된 글라이더와 달리 비용이 저렴하고 사용 유연성이 높다는 것입니다.

스크램제트 X-51A WaveRider(미국)를 갖춘 실험용 극초음속 로켓

두 가지 유형의 극초음속 무기 모두 재래식 무기나 핵무기를 탑재할 수 있습니다. 전투 유닛(기원전). 호주 전략 정책 연구소(Australian Strategic Policy Institute)의 전문가들은 질량 500kg, 속도 6M의 극초음속 탄두(고폭탄두 또는 핵탄두 제외) 충격의 운동 에너지가 파괴 측면에서 다음과 유사하다고 계산했습니다. 폭발 질량 약 100kg의 탄두를 장착한 기존 아음속 AGM-84 하푼 미사일의 탄두 폭발. 이는 폭발 질량이 150kg이고 속도가 마하 4인 러시아 P-270 Moskit 대함 미사일의 화력의 4분의 1에 불과합니다.

극초음속 무기는 기존 초음속 무기에 비해 그다지 우수하지 않은 것처럼 보이지만 모든 것이 그렇게 간단하지는 않습니다. 사실 탄도 미사일 탄두는 먼 거리에서도 쉽게 탐지되고 예측 가능한 궤적을 따라 떨어집니다. 속도는 엄청나지만 현대 컴퓨터 기술 덕분에 미국의 미사일 방어 시스템이 다양한 성공률을 보인 것처럼 하강 단계에서 탄두를 요격하는 것이 가능해졌습니다.

동시에 극초음속 항공기는 상대적으로 평평한 궤적을 따라 목표물에 접근하고 짧은 시간 동안 공중에 머물며 기동할 수 있습니다. 대부분의 시나리오에서 현대 대공 방어 시스템은 단시간 내에 극초음속 표적을 탐지하고 교전할 수 없습니다.

6M 속도의 초음속 로켓은 단 1시간 만에 런던에서 뉴욕까지 비행합니다.

현대 대공 미사일은 대공 미사일과 같은 극초음속 표적을 따라잡을 수 없습니다. 미사일 단지 S-300은 마하 7.5의 속도까지 가속할 수 있으며, 그 속도도 짧은 시간 동안만 가능합니다. 따라서 대부분의 경우 약 10M의 속도를 가진 목표물은 "너무 힘들" 것입니다. 또한 집속탄두를 사용하면 극초음속 무기의 치사율을 높일 수 있습니다. 텅스텐 "못"의 고속 파편은 산업 시설, 대형 선박을 무력화시키거나 대규모 지역에 집중된 인력 및 장갑 차량을 파괴할 수 있습니다. 영역.

어떠한 방공 시스템도 통과할 수 있는 극초음속 무기의 확산은 새로운 보안 문제를 야기합니다. 글로벌 보안그리고 군사적 평등. 핵무기의 경우처럼 이 지역에서 평형 억지가 달성되지 않는 한 극초음속 공격은 일반적인 압력 도구가 될 수 있습니다. 극초음속 탄두 몇 개만으로도 작은 나라의 경제를 파괴할 수 있기 때문입니다.

미 국방부의 계산에 따르면 극초음속 무기를 사용하는 미국의 신속한 글로벌 공격 프로그램을 통해 해당 지역의 방사선 오염 없이 한 시간 내에 전 세계 어디에서나 모든 목표물을 공격할 수 있게 될 것입니다. 핵 충돌이 발생하더라도 시스템은 부분적으로 핵무기를 대체하여 목표의 최대 30%를 타격할 수 있습니다.

따라서 "극초음속 클럽"의 회원은 발전소, 군 통제 센터, 군사 기지, 주요 도시및 산업 시설. 전문가들에 따르면, 극초음속 무기의 최초 생산 모델이 등장하기까지 10~15년이 남았으므로 지역 분쟁에서 그러한 무기의 사용을 제한하는 정치적 합의를 개발할 시간은 아직 남아 있습니다. 그러한 합의가 이루어지지 않을 경우, 위험새로운 무기 사용과 관련된 더 큰 인도주의적 재난.

일반 정보

극초음속 속도의 하한 결정은 일반적으로 대기에서 이동하는 차량 근처의 경계층(BL)에서 분자의 이온화 및 해리 과정의 시작과 관련되며, 이는 약 5M에서 발생하기 시작합니다. 이 속도 또한 램제트 엔진(“아음속 연소 램제트("Sramjet"))은 이러한 유형의 엔진에서 흐르는 공기가 감속될 때 발생하는 극도로 높은 마찰로 인해 쓸모 없게 된다는 사실이 특징입니다. 따라서 극초음속 속도 범위에서 비행을 계속하려면 초음속 연료 연소가 가능한 로켓 엔진이나 극초음속 램제트(스크램제트)만 사용하는 것이 가능합니다.

흐름특성

충격파의 얇은 층

속도와 해당 마하 수가 증가함에 따라 충격파(SW) 뒤의 밀도도 증가하며, 이는 질량 보존으로 인한 충격 뒤의 부피 감소에 해당합니다. 따라서 충격파층, 즉 소자와 충격파 사이의 부피가 높은 마하수에서 얇아지면서 소자 주변에 얇은 경계층(BL)이 생성된다.

점성 충격층 형성

아음속 흐름과 초음속 흐름의 특징이 아닌 PS에서 불안정파의 출현

고온 흐름

장치의 전면 지점(제동 지점 또는 영역)의 고속 흐름으로 인해 가스가 매우 높은 온도(최대 수천도)로 가열됩니다. 고온은 차례로 가스 분자의 해리 및 재결합, 원자의 이온화, 흐름 및 장치 표면과의 화학 반응으로 구성된 흐름의 비평형 화학적 특성을 생성합니다. 이러한 조건에서는 대류 및 복사열 전달 과정이 중요할 수 있습니다.

유사성 매개변수

일련의 유사성 기준으로 가스 흐름의 매개변수를 설명하는 것이 일반적입니다. 이를 통해 거의 무한한 수의 물리적 상태를 유사성 그룹으로 줄일 수 있고 가스 흐름을 다양한 물리적 매개변수(압력, 온도, 속도)와 비교할 수 있습니다. , 등) 서로. 튜브 실험에서 모델의 크기, 유속, 열 부하 등이 크게 다를 수 있다는 사실에도 불구하고 풍동에서의 실험과 이러한 실험 결과를 실제 항공기로 전달하는 것은 이 원리에 기초합니다. 실제 비행 조건과 동시에 유사성 매개변수(마하수, 레이놀즈 수, 스탠튼 수 등)는 비행 조건과 일치합니다.

실제 가스에 미치는 영향을 고려한다는 것은 가스 상태를 완전히 설명하기 위해 더 많은 수의 변수가 필요하다는 것을 의미합니다. 고정된 기체가 압력, 온도, 열용량(단열 지수)의 세 가지 양으로 완전히 설명되고 이동 기체가 속도도 포함하는 네 가지 변수로 설명되는 경우 화학 평형 상태의 뜨거운 기체에는 다음과 같은 상태 방정식도 필요합니다. 구성 화학 성분과 해리 및 이온화 과정이 있는 가스도 상태 변수 중 하나로 시간을 포함해야 합니다. 일반적으로 이는 선택한 시간에 비평형 흐름이 가스 상태를 설명하기 위해 10~100개의 변수가 필요함을 의미합니다. 또한 일반적으로 크누센 수(Knudsen number)로 설명되는 희석 극초음속 흐름(HF)은 나비에-스토크스 방정식을 따르지 않으므로 수정이 필요합니다. HP는 일반적으로 총 엔탈피(mJ/kg), 총 압력(kPa) 및 정체 온도(K) 또는 속도(km/s)를 사용하여 표현되는 총 에너지를 사용하여 분류됩니다.

이상기체

이 경우 통과하는 공기의 흐름은 이상기체의 흐름으로 볼 수 있다. 이 영역의 GP는 여전히 마하 수에 의존하며 시뮬레이션은 낮은 속도에서 발생하는 단열 벽보다는 온도 불변량에 의해 안내됩니다. 이 영역의 하한은 아음속 연소 SPV 제트기가 효과가 없는 마하 5 정도의 속도에 해당하고, 상한은 마하 10-12 영역의 속도에 해당합니다.

두 가지 온도를 갖는 이상기체

통과하는 공기 흐름이 화학적으로 이상적인 것으로 간주될 수 있는 고속 이상 기체 흐름 사례의 일부이지만 기체의 진동 온도와 회전 온도를 별도로 고려해야 하므로 두 개의 별도 온도 모델이 생성됩니다. 이는 분자 여기로 인한 진동 냉각이 중요해지는 초음속 노즐 설계에서 특히 중요합니다.

해리된 가스

방사선 전달 지배 모드

광학적으로 얇음 - 이 경우 가스는 다른 부분이나 선택된 부피 단위에서 나오는 방사선을 재흡수하지 않는 것으로 가정됩니다.
광학적으로 두꺼움 - 플라즈마에 의한 방사선 흡수를 고려한 후 장치 본체를 포함하여 다시 방출됩니다.

또한보십시오

메모

모래밭

앤더슨 존극초음속 및 고온 가스 역학 제2판. - AIAA 교육 시리즈, 2006. - ISBN 1563477807
NASA의 극초음속 가이드(영어).

이번주 유망 미사일의 프로토타입인 미국 극초음속 항공기(HLA) X-51 AWaveRider의 3차 시험비행이 이뤄졌다. 그러나 발사 15초가 지나고 주엔진이 가동되기도 전에 웨이브라이더는 통제력을 잃고 바다에 추락했다.

작년에 진행된 이전 테스트도 실패했습니다. 주 엔진을 시동하는 데 필요한 속도로 장치를 가속하는 가속기가 제 시간에 작동하지 않고 분리되지 않았습니다. 그러나 2010년 초에 "기계"의 엔진은 200초(300초 계획) 동안 작동하여 장치를 5음속(5M)으로 가속했습니다. 따라서 작동 기간은 러시아/소련 극초음속 비행 연구소(HFL) Kholod가 세운 이전 기록의 3배가 되었습니다. 동시에 국내 장치와 달리 "미국인"은 수소가 아닌 항공 등유를 연료로 사용했습니다.

현재의 실패로 인해 20억 달러가 지출된 미국의 극초음속 프로그램이 확실히 둔화될 것입니다. 그러나 이것이 미국이 이미 이 프로그램을 위한 핵심 기술, 즉 극초음속 공기 호흡의 작동 프로토타입을 보유하고 있다는 사실을 바꾸지는 않습니다. 엔진(스크램제트, 일명 스크램제트).

잠재적으로 이러한 엔진은 항공기를 수소의 경우 17속도, 탄화수소 연료의 경우 최대 8속도까지 가속할 수 있습니다. 그러나 그것이 작동하려면 초음속 공기 흐름에서 연료의 안정적인 연소를 달성해야합니다. 개발자 중 한 사람에 따르면 허리케인의 진원지에서 성냥을 켜는 것보다 쉽지 않습니다. 그러나 얼마 전까지만 해도 탄화수소 연료를 사용할 때는 이것이 원칙적으로 불가능하다고 믿었으며, 스크램제트 엔진에 적합한 유일한 연료는 폭발성 수소뿐이었습니다. 이는 작동상의 어려움을 야기하고 밀도가 낮아 연료 탱크의 부피를 "팽창"시킵니다. . 그러나 2004년부터 서부에서는 수소와 "등유" 항공기에 대한 상대적으로 성공적인 테스트를 여러 차례 실시했습니다.

20억 달러 규모 프로그램의 실질적인 의미는 무엇입니까? X-51의 설계 속도는 7M(고도 20km에서 약 7,000km/h), 설계 범위는 1600km, 비행 고도는 약 25km입니다. 즉, "범위" 측면에서 BGM-109 Tomohawk 순항 미사일(1600km, 핵탄두 포함 - 2500km) 또는 중거리 탄도 미사일(예: Pershing에서 서비스에서 철수됨)에 해당합니다. -2 INF 조약(1770km). "경쟁사"에 비해 "waveship"의 장점은 무엇입니까?

BGM-109의 아음속 속도는 880km/h입니다. 따라서 최대 범위까지 비행하는 데 약 2시간이 걸립니다. 이 시간 동안 미사일을 탐지하여 파괴할 수 있으며, 목표물을 이동할 수 있습니다. 물론, 지상 약 60m 고도에서 비행하는 순항미사일은 그 크기만으로도 레이더 신호가 낮은 것이 대공방어에 있어 매우 문제가 되는 표적이다. 그러나 그것은 또한 알려져 있습니다 성공적인 사례토마호크의 공격 대상 방어(예: 이라크) 핵센터사막 폭풍 중.

동일한 차수 범위의 탄도 미사일의 평균 속도는 약 10,000km/h입니다. 그러나 첫째, 발사 순간 이미 우주에서 "탄도"를 감지할 수 있습니다. 작동하는 로켓 엔진의 인상적인 횃불이 아주 명확하게 보입니다. 둘째, 최대 높이이러한 범위를 가진 탄도 미사일의 궤적은 400km에 가까우므로 미사일 방어 레이더에 아주 일찍 "표시"됩니다. 셋째, '탄도'는 비기동 표적이므로 선두 지점을 겨냥한 대공 미사일로도 요격이 가능합니다. 일반적으로 현대 개발미사일 방어 시스템인 중거리 탄도 미사일은 상당히 취약한 표적입니다.

동시에 탄도미사일은 경이롭다. 효과가 없는 구제책발사 질량과 탑재량의 비율에 따른 배송. 화학 로켓 엔진은 엄청난 추력과 훨씬 더 엄청난 폭식을 결합하며, 원칙적으로 탄도 비행은 에너지를 소비합니다. 그 결과, 예를 들어 발사 중량이 7.4톤인 퍼싱 2호는 399kg의 탄두를 탑재할 수 있었습니다. 비교를 위해 토마호크는 자체 무게가 약 1.5톤에 달해 거의 같은 양을 운반합니다.

이제 극초음속 미사일과 비교해 보겠습니다. 속도와 비행 시간은 일반적으로 Pershing 2와 비슷합니다. 동시에 X-51은 먼저 훨씬 더 경제적인 에어제트 엔진을 사용합니다. 둘째, 400km 높이까지 올라가지 않고 주변의 모든 미사일 방어 레이더에 자신의 존재를 "보고"합니다. 셋째, 능동적인 기동이 가능하다. 2007년 스웨덴 SaabBofors가 수행한 테스트에 따르면 5.5M의 속도에서는 밀도가 높은 대기층에서도 복잡한 기동이 가능합니다. 결과적으로 WaveRider를 요격하는 것은 요격기가 속도와 기동성 측면에서 후자보다 눈에 띄게 우수한 경우에만 가능합니다. 이제 그러한 인터셉터는 없습니다.

기존 미사일 방어 시스템도 X-51급 극초음속 미사일과 싸울 수 없습니다. 더욱이, 근본적인 파괴 가능성이 있는 경우에도 표적의 빠른 속도로 인해 요격 범위가 급격히 줄어듭니다.

즉, WaveRider는 중거리 탄도 미사일에 필적하는 비행 시간과 현대 대공 방어/미사일 방어에 대한 훨씬 낮은 가시성 및 가상 무적성을 결합합니다. 한편 한때 소련 지도부는 퍼싱을 유럽에서 제거하고 훨씬 더 많은 수의 중거리 미사일로 교환하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 비행시간 8~10분 미국 미사일이를 무장 해제 및 "참수" 공격의 거의 이상적인 수단으로 바꾸었습니다. 공격을받는 사람들은 단순히 대응할 시간이 없었습니다. Kh-51이 연속 생산되면 상황은 더 나쁜 버전으로 재현될 것입니다. "파동선"의 핵 변종 생성이 가능하다는 사실에도 불구하고 말입니다.

동시에 스크램제트 엔진의 사용은 중거리 차량에만 국한되지 않습니다. 한편으로 NATO 우주 연구 개발 자문 그룹(AGARD)에 따르면 스크럼제트는 순전히 전술적 단거리 시스템에서 널리 사용될 수 있습니다. 이는 대전차 미사일(요새를 파괴하도록 설계됨), 공대지 미사일입니다. - 공중 표적 타격을 위한 공중 미사일과 소구경(30-40mm) 포탄. 또 다른 가능한 방향은 궤도의 초기 부분에서 탄도 미사일을 요격하도록 설계된 대미사일에 스크램제트 엔진을 사용하는 것입니다.

반면에 극초음속 기술의 사용은 근본적으로 새로운 종류의 전략 시스템의 출현으로 이어질 수 있습니다. 가장 보수적인 선택은 극초음속 차량을 전통적인 탄도 미사일의 "조종 탄두"로 사용하는 것입니다.

장거리 탄도 미사일은 궤적의 중간 부분이 약간 취약하다는 점에 유의하십시오. 엄청난 양가벼운 미끼, 쌍극자 반사경 및 전파 방해기), 그러나 궤도의 초기 및 마지막 섹션에서는 취약합니다(가벼운 미끼는 대기 자체에 의해 제거되므로 결과적으로 소수의 무거운 LC만이 탄두를 동반합니다). 동시에, 탄두와 그 "수행자"는 일련의 비기동 탄도 표적을 나타내며, 이는 미사일 방어 임무를 근본적으로 단순화합니다. 그러나 스크램제트 엔진을 탑재한 고속 기동성 "기계"는 현재의 대공 방어 및 미사일 방어 시스템에 사실상 무적입니다. 결과적으로, 고전적인 ICBM과 극초음속 기동 탄두를 결합함으로써 해당 미사일 방어 계층의 확실한 돌파구를 달성하는 것이 가능합니다.

즉, 군사에 진정한 혁명을 일으킬 수 있는 기술을 말하는 것입니다. 초음속 위협은 매우 가까운 미래에 필연적으로 현실이 될 것입니다.