«целая цепочка систем»: как россия намерена развивать сферу гиперзвуковых вооружений

Кто первый начал?

Ответ на этот бытовой вопрос однозначен – инициировали кризис США. Там восприняли «в штыки» приход к власти на Кубе Фиделя Кастро и его революционеров, хотя это было внутреннее дело Кубы. Американскую верхушку категорически не устраивало выпадение Кубы из зоны из влияния, а еще более – тот факт, что в числе высших руководителей Кубы были коммунисты (легендарный Че Гевара и тогда еще очень юный Рауль Кастро, нынешний кубинский лидер). Когда же коммунистом в 1960 году объявил себя и Фидель, США перешли к открытой конфронтации.

Там принимали и поддерживали злейших врагов Кастро, было введено эмбарго на ведущие кубинские товары, начались покушения на жизнь кубинского лидера (Фидель Кастро является среди политических деятелей абсолютным рекордсменом по числу пережитых покушений, и почти ко всем им имели отношение США). В 1961 году США профинансировали и обеспечили техникой попытку вторжения военного отряда кубинских эмигрантов на Плая-Хирон.

Так что у Фиделя Кастро и СССР, с которым кубинский лидер быстро наладил дружеские отношения, были все основания опасаться силового вмешательства США в кубинские дела.

Общие сведения

Полет на гиперзвуковой скорости является разновидностью сверхзвукового режима полета и осуществляется в сверхзвуковом потоке газа. Сверхзвуковой поток воздуха коренным образом отличается от дозвукового, и динамика полета самолета при скоростях выше скорости звука (выше 1,2 М) кардинально отличается от дозвукового полета (до 0,75 М, диапазон скоростей от 0,75 до 1,2 М называется трансзвуковой скоростью).

Определение нижней границы гиперзвуковой скорости обычно связано с началом процессов ионизации и диссоциации молекул в пограничном слое (ПС) около аппарата, который движется в атмосфере, что начинает происходить примерно при М>5. Также данная скорость характеризуется тем, что сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с дозвуковым сгоранием топлива () становится менее эффективным по сравнению с гиперзвуковым ПВРД (ГПВРД), в котором сгорание топлива осуществляется при сверхзвуковых скоростях потока. СПВРД по сравнению с ГПВРД при той же скорости полета требует более сильного торможения потока воздуха перед его попаданием в камеру сгорания. Это обуславливает бо́льшие потери давления на участке торможения потока в СПВРД. В то же время в ГПВРД сгорание топлива при сверхзвуковой скорости потока сопровождается бо́льшими потерями давления по сравнению с потерями при сгорании топлива в дозвуковом потоке в СПВРД. При прочих равных условиях, чем ниже суммарные потери давления в проточном тракте ПВРД, тем выше его эффективность. Условия полета, при которых суммарные потери в проточных трактах СПВРД и ГПВРД оказываются одинаковыми, принимаются за границу между сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями. Положение данной границы весьма условно и зависит от многих факторов. Так, например, для двигателей, использующих в качестве топлива водород, ввиду бо́льшей удельной теплоты его сгорания нижняя граница гиперзвуковых скоростей будет соответствовать более высоким числам Маха полета, нежели чем для аналогичных двигателей, работающих на керосине.

Объявления о продаже ГАЗ 69

Характеристики потока

Хотя определение гиперзвукового потока может быть довольно расплывчатым и, как правило, спорным (особенно из-за отсутствия разрыва между сверхзвуковыми и гиперзвуковыми потоками), гиперзвуковой поток может характеризоваться определенными физическими явлениями, которые нельзя более аналитически игнорировать, как в сверхзвуковом потоке. . Особенности гиперзвуковых течений заключаются в следующем:

1. Ударный слой
2. Аэродинамический обогрев
3. Энтропийный слой
4. Эффекты реального газа
5. Эффекты низкой плотности
6. Независимость аэродинамических коэффициентов от числа Маха.

Малое расстояние отрыва от удара

По мере увеличения числа Маха тела плотность за создаваемой телом, также увеличивается, что соответствует уменьшению объема за ударной волной из-за сохранения массы . Следовательно, расстояние между головной ударной волной и телом уменьшается с увеличением числа Маха.

Энтропийный слой

По мере увеличения числа Маха, то энтропия изменения поперек шока также увеличивается, что приводит к сильному энтропии градиента и высоко вихревое поток , который смешивается с пограничным слоем .

Вязкое взаимодействие

Часть большой кинетической энергии, связанной с потоком при высоких числах Маха, преобразуется во внутреннюю энергию в жидкости из-за эффектов вязкости. Увеличение внутренней энергии реализуется как повышение температуры. Поскольку градиент давления, нормальный к потоку внутри пограничного слоя, приблизительно равен нулю для гиперзвуковых чисел Маха от низких до умеренных, повышение температуры через пограничный слой совпадает с уменьшением плотности. Это вызывает расширение нижней части пограничного слоя, так что пограничный слой над телом становится толще и часто может сливаться с ударной волной вблизи передней кромки тела.

Высокотемпературный поток

Высокие температуры из-за проявления вязкой диссипации вызывают неравновесные свойства химического потока, такие как колебательное возбуждение, диссоциацию и ионизацию молекул, что приводит к конвективному и .

Режимы [ править ]

Гиперзвуковое течение можно приблизительно разделить на несколько режимов. Выбор этих режимов грубый из-за размытия границ, где можно обнаружить тот или иной эффект.

Идеальный газ

В этом режиме газ можно рассматривать как идеальный газ . Расход в этом режиме все еще зависит от числа Маха. Моделирование начинает зависеть от использования стенки с постоянной температурой, а не адиабатической стенки, обычно используемой при более низких скоростях. Нижняя граница этой области составляет около 5 Махов, когда ПВРД становятся неэффективными, а верхняя граница — около 10-12 Махов.

Двухтемпературный идеальный газ

Это подмножество режима идеального газа, в котором газ можно считать химически совершенным, но вращательную и колебательную температуры газа следует рассматривать отдельно, что приводит к двум температурным моделям. См., В частности, моделирование сверхзвуковых сопел, где становится важным вибрационное замораживание.

Диссоциированный газ

В этом режиме двухатомные или многоатомные газы (газы, присутствующие в большинстве атмосфер) начинают диссоциировать, когда они вступают в контакт с головной ударной волной, создаваемой телом. Катализ поверхности играет роль в расчете нагрева поверхности, а это означает, что тип материала поверхности также влияет на поток. На нижней границе этого режима любой компонент газовой смеси сначала начинает диссоциировать в точке торможения потока (которая для азота составляет около 2000 K). На верхней границе этого режима эффекты ионизации начинают сказываться на потоке.

Ионизированный газ

В этом режиме заселенность ионизированных электронов застойного потока становится значительной, и электроны необходимо моделировать отдельно. Часто с температурой электронов обращаются отдельно от температуры остальных компонентов газа. Эта область встречается при скоростях набегающего потока около 3-4 км / с. Газы в этой области моделируются как неизлучающая плазма .

Режим с преобладанием излучения

При скорости выше 12 км / с передача тепла транспортному средству меняется с преобладающей кондуктивной на радиационную. Моделирование газов в этом режиме делится на два класса:

1. Оптически тонкий : газ не поглощает повторно излучение, исходящее от других частей газа.
2. Оптически толстый: излучение следует рассматривать как отдельный источник энергии.

Моделирование оптически толстых газов чрезвычайно сложно, поскольку из-за расчета излучения в каждой точке вычислительная нагрузка теоретически увеличивается экспоненциально по мере увеличения количества рассматриваемых точек.

«Чёрная суббота»

«День, когда мог кончиться календарь» или «чёрная суббота» — так назвали 27 октября 1962 года. Этот день можно назвать днём наибольшей напряжённости между двумя странами. За день до этого над Кубой сбит американский самолёт-разведчик. Через несколько часов происходит «столкновение» американских военно-морских сил с советской подводной лодкой «Б-59» (при котором последнюю засекли и заставили всплыть) под командованием капитана В. Г. Савицкого. Однако начала войны удалось избежать.

Несколько дней до этого (22 октября 1962 года) Джон Ф. Кеннеди (1917–1963) сообщил американцам о наличии ракет на Кубе и объяснил своё решение ввести военно-морскую блокаду вокруг Кубы (которая расположена всего в 150 км от берегов США), тем самым дав понять, что США готовы применить силу для нейтрализации возможной угрозы национальной безопасности. После такого сообщения многие опасались, что это событие станет началом ядерной войны.

Советская подводная лодка не имела связи с Москвой, и, исходя из действий американских военных, командование решило, что война уже началась. Офицерский состав должен был проголосовать за удар или против, и только в случае единодушного согласия можно бы было начать атаку. Против проголосовал лишь один — В. А. Архипов, тем самым остановив применение атомного оружия и начало ещё одной войны.

Узнайте также про Первую мировую войну и Афганскую войну.

Для чего нужно измерение скорости в Махах?

Слово «MACH» или буква «М» значатся на особых индикаторах скорости в пилотских кабинах — этими приборами часто дополняют измерители приборной скорости и на летном жаргоне их именуют «махометрами». Лимб «махометра» размечен в условных единицах — условно говоря, если его стрелка встанет на цифру 1, то самолет летит со скоростью звука в данный момент времени и на данной высоте. Если полет, предположим, проходит низко над землей, то фактическая скорость при 1 Махе будет равняться 1224 км/ч, если на высоте десяти тысяч метров — 1076 км/ч.

В дальнейшем, после «перехода через единицу» этот прибор также необходим для оценки реальной ситуации, что называется, «онлайн», ибо за звуковым пределом машина ведет себя совсем не так, как до него. Ну, и наконец, индикация реальной скорости в Махах нужна для отслеживания числа М, обозначенного создателями самолета, как конструктивный предел его прочности.

Впрочем, «махометр» имеется не в каждом самолете. Собственно, принято считать, что для летающих машин, не превышающих скоростей около 400 км/ч и высот около 2–3 тысяч километров конвертация скорости в число М неактуальна — самолет в своем штатном дозвуковом диапазоне рабочих скоростей ведет себя достаточно линейно и предсказуемо.

Порох для пистолетов Люгер (М)

Характеристики потока

В то время как определение гиперзвукового потока (ГП) достаточно спорно по причине отсутствия четкой границы между сверхзвуковым и гиперзвуковым потоками, ГП может характеризоваться определенными физическими явлениями, которые уже не могут быть проигнорированы при рассмотрении, а именно:

• тонкий слой ударной волны;
• образование вязких ударных слоев;
• появление волн неустойчивости в ПС, не свойственных до- и сверхзвуковым потокам;
• высокотемпературный поток.

Тонкий слой ударной волны

По мере увеличения скорости и соответствующих чисел Маха, плотность позади ударной волны (УВ) также увеличивается, что соответствует уменьшению объема сзади от УВ благодаря сохранению массы. Поэтому, слой ударной волны, то есть объем между аппаратом и УВ становится тонким при высоких числах Маха, создавая тонкий пограничный слой (ПС) вокруг аппарата.

Образование вязких ударных слоев

Часть большой кинетической энергии, заключенной в воздушном потоке, при М > 3 (вязкое течение) преобразуется во внутреннюю энергию за счет вязкого взаимодействия. Увеличение внутренней энергии реализуется в росте температуры. Так как градиент давления, направленный по нормали к потоку в пределах пограничного слоя, приблизительно равен нулю, существенное увеличение температуры при больших числах Маха приводит к уменьшению плотности. Таким образом, ПС на поверхности аппарата растет и при больших числах Маха сливается с тонким слоем ударной волны вблизи носовой части, образуя вязкий ударный слой.

Появление волн неустойчивости в ПС, не свойственных до- и сверхзвуковым потокам

В важной проблеме перехода ламинарного течения в турбулентное для случая обтекания летательного аппарата ключевую роль играют волны неустойчивости, образующиеся в ПС. Рост и последующее нелинейное взаимодействие таких волн преобразует изначально ламинарный поток в турбулентное течение

На до- и сверхзвуковых скоростях ключевую роль в ламинарно-турбулентном переходе играют волны Толмина-Шлихтинга, имеющие вихревую природу. Начиная с М = 4,5 в ПС появляются и начинают доминировать волны акустического типа (II мода или мэкавская мода), благодаря которым происходит переход в турбулентность при классическом сценарии перехода (существует также by-pass механизм перехода).

Высокотемпературный поток

Высокоскоростной поток в лобовой точке аппарата (точке или области торможения) вызывает нагревание газа до очень высоких температур (до нескольких тысяч градусов). Высокие температуры, в свою очередь, создают неравновесные химические свойства потока, которые заключаются в диссоциации и рекомбинации молекул газа, ионизации атомов, химическим реакциям в потоке и с поверхностью аппарата. В этих условиях могут быть существенны процессы конвекции и радиационного теплообмена.

Имперские легионы

Характеристики двигателя ЗМЗ-511/513 ГАЗ-53, 3307, ГАЗ-66

Проксима Б

Поскольку Проксима Б очень близка к своей звезде — красному карлику, проблемы моделирования ее свойств уже занимают головы ученых. Во-первых, планета настолько близка к звезде, что, скорее всего, как говорилось выше, приливно ей заперта. Это означает, что одна сторона планеты всегда обращена к звезде. Поэтому одна сторона планеты должна быть очень теплой. В то время как противоположная сторона должна быть очень холодной. Если ветры не распространяют тепло равномерно всей по планете. Это затруднило бы условия для существования жизни.

Близкое расстояние планеты от красного карлика также приносит и другие проблемы. Красные карлики — неустойчивые звезды. А когда они молоды – они обладают большой звездной активностью и испускают заряженные частицы, которые могут провоцировать интенсивное облучение близлежащих планет. Согласно исследованиям 2017 года, проведенными центром космических полетов НАСА им. Годдарда, некоторые из этих излучений могут разрушать молекулы в верхней части атмосферы планеты и со временем истончить ее.

Чтобы лучше понять пригодность Проксима Б для существования жизни ученые продолжают исследования красных карликовых звезд. В ноябре 2017 года была обнаружена еще одна планета в обитаемой зоне красного карлика. Она почти так же близка к земле, как Проксима Б. Планета получила название Росс 128Б, и она вращается вокруг красной карликовой звезды. Она кажется гораздо более спокойным местом, чем Проксима Б. Исследовательская группа сообщила, что для того, чтобы узнать больше об ее атмосфере, потребуется телескоп следующего поколения. Такой, как Европейский чрезвычайно большой телескоп (E-ELT), гигантский Магелланов телескоп (GMT) и Тридцатиметровый телескоп (TMT), которые, как ожидается, начнут работать в 2020-х годах. (Космический телескоп им. Джеймса Уэбба (JWST), не сможет выполнить такой поиск, поскольку планета не пересекает поверхность своей звезды.)

Классификация режимов Маха [ править ]

Хотя «дозвуковой» и «сверхзвуковой» обычно обозначают скорости ниже и выше локальной скорости звука соответственно, аэродинамики часто используют эти термины для обозначения определенных диапазонов значений Маха. Это происходит потому, что около M = 1 существует околозвуковой режим», в котором приближения уравнений Навье – Стокса, используемые для дозвукового расчета, больше не применяются, отчасти потому, что поток локально превышает M = 1, даже когда набегающий поток требуется пояснение число Маха ниже это значение.

«Сверхзвуковой режим» обычно относится к набору чисел Маха, для которого можно использовать линеаризованную теорию; например, там, где ( воздушный ) поток не вступает в химическую реакцию и где теплопередача между воздухом и транспортным средством может разумно не учитываться в расчетах. Обычно НАСА определяет «высокий» гиперзвуковой как любое число Маха от 10 до 25, а скорость входа в атмосферу — как любое число, превышающее 25 Маха. Среди самолетов, работающих в этом режиме, есть Space Shuttle и (теоретически) различные развивающиеся космические самолеты .

В следующей таблице даны ссылки на «режимы» или «диапазоны значений Маха» вместо обычных значений «дозвуковой» и «сверхзвуковой».

Блистательные перспективы и скромные реалии линкора «Тирпиц»

Режимы [ править ]

Гиперзвуковое течение приближенно можно разделить на несколько режимов. Выбор этих режимов грубый из-за размытия границ, где можно обнаружить тот или иной эффект.

Идеальный газ

В этом режиме газ можно рассматривать как идеальный газ . Расход в этом режиме все еще зависит от числа Маха. Моделирование начинает зависеть от использования стенки с постоянной температурой, а не адиабатической стенки, обычно используемой при более низких скоростях. Нижняя граница этой области составляет около 5 Махов, когда ПВРД становятся неэффективными, а верхняя граница — около 10-12 Махов.

Двухтемпературный идеальный газ

Это подмножество режима идеального газа, в котором газ можно считать химически совершенным, но вращательную и колебательную температуры газа следует рассматривать отдельно, что приводит к двум температурным моделям

См., В частности, моделирование сверхзвуковых сопел, где важно вибрационное замораживание.

Диссоциированный газ

В этом режиме двухатомные или многоатомные газы (газы, присутствующие в большинстве атмосфер) начинают диссоциировать, когда они вступают в контакт с головной ударной волной, создаваемой телом. Катализ поверхности играет роль в расчете нагрева поверхности, а это означает, что тип материала поверхности также влияет на поток. На нижней границе этого режима любой компонент газовой смеси сначала начинает диссоциировать в точке торможения потока (которая для азота составляет около 2000 К). На верхней границе этого режима эффекты ионизации начинают сказываться на потоке.

Ионизированный газ

В этом режиме заселенность ионизированных электронов застойного потока становится значительной, и электроны необходимо моделировать отдельно. Часто температуру электронов обрабатывают отдельно от температуры остальных компонентов газа. Эта область встречается при скоростях набегающего потока около 3-4 км / с. Газы в этой области моделируются как неизлучающая плазма .

Режим с преобладанием излучения

При скорости выше 12 км / с передача тепла транспортному средству меняется с преобладающей кондуктивной на радиационную. Моделирование газов в этом режиме делится на два класса:

1. Оптически тонкий : газ не поглощает повторно излучение, исходящее от других частей газа.
2. Оптически толстый: излучение следует рассматривать как отдельный источник энергии.

Моделирование оптически толстых газов чрезвычайно сложно, поскольку из-за расчета излучения в каждой точке вычислительная нагрузка теоретически увеличивается экспоненциально по мере увеличения количества рассматриваемых точек.

Общие сведения

Полёт на гиперзвуковой скорости является частью сверхзвукового режима полёта и осуществляется в сверхзвуковом потоке газа. Сверхзвуковой поток воздуха коренным образом отличается от дозвукового и динамика полёта самолёта при скоростях выше скорости звука (выше 1,2 М) кардинально отличается от дозвукового полёта (до 0,75 М, диапазон скоростей от 0,75 до 1,2 М называется трансзвуковой скоростью).

Определение нижней границы гиперзвуковой скорости обычно связано с началом процессов диссоциации и ионизации молекул в пограничном слое (ПС) около аппарата, который движется в атмосфере, что начинает происходить примерно при М > 5. Также данная скорость характеризуется тем, что сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с дозвуковым сгоранием топлива () становится менее эффективным по сравнению с гиперзвуковым ПВРД (ГПВРД), в котором сгорание топлива осуществляется при сверхзвуковых скоростях потока. СПВРД по сравнению с ГПВРД при той же скорости полёта требует более сильного торможения потока воздуха перед его попаданием в камеру сгорания. Это обусловливает бо́льшие потери давления на участке торможения потока в СПВРД. В то же время в ГПВРД сгорание топлива при сверхзвуковой скорости потока сопровождается бо́льшими потерями давления по сравнению с потерями при сгорании топлива в дозвуковом потоке в СПВРД. При прочих равных условиях, чем ниже суммарные потери давления в проточном тракте ПВРД, тем выше его эффективность. Условия полёта, при которых суммарные потери в проточных трактах СПВРД и ГПВРД оказываются одинаковыми, принимаются за границу между сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями. Положение данной границы весьма условно и зависит от многих факторов. Так, например, для двигателей, использующих в качестве топлива водород, ввиду бо́льшей удельной теплоты его сгорания нижняя граница гиперзвуковых скоростей будет соответствовать более высоким числам Маха полёта, чем для аналогичных двигателей, работающих на керосине.