Вторая мировая
Поиск по сайту

Home Оружейная экзотика Авиация Экспериментальный беспилотный ГЛА Boeing X-51A WaveRider (США)

PostHeaderIconЭкспериментальный беспилотный ГЛА Boeing X-51A WaveRider (США)

Для проведения летных испытаний аппарат монтируется на специальном устройстве, выдерживающем груз массой более 1800 кг. Устройство подвешивается на пилоне под левой консолью крыла самолета B-52H. Предельная масса, которую может поднять этот самолет, составляет 10 900 кг. Пока ГЛА находится на самолете B-52, команды подаются из кабины самолета через систему MIL-STD-1760; от самолета же идет электропитание, собственные батареи не расходуются. ГЛА отделяется от самолета как обычное оружие JDAM. Выбору оптимальной динамики отделения, исключающей повторный контакт носителя и комплекса, а также поворот комплекса по углу скольжения более чем на 68°, предшествовали детальные расчетные исследования интерференции самолета-носителя и подвески. В первом летном испытании динамика полета после запуска ускорителя и вплоть до отделения маршевого модуля оказалась весьма близкой к расчетной.

Все летные испытания проводятся на морском полигоне по одной и той же схеме. Самолет с ГЛА поднимается на высоту около 15 000 км, где при скорости, соответствующей М = 0.8, происходит расцепка; через 4-5 с запускается РДТТ, а при М около 3.5 начинаются проток воздуха через ГПВРД и подогрев топлива. За 26-28 с ускоритель выводит ГЛА на высоту примерно 18 000 м и разгоняет до М = 4.6-4.8. По команде собственной системы управления ГЛА поворачивается по крену на 180°, выходит на положительный угол атаки и после сброса ускорителя (срабатывают пиропатроны) 0.5-2 с летит по инерции. Подача этилена в камеру сгорания инициирует воспламенение топлива и работу ГПВРД, что обеспечивает выход на маршевую высоту около 24 400 м (первоначально предполагалось 30 000 м) и маршевое число М = 6 после обратного переворота на 180°. Угол атаки на крейсерском режиме не превышает 4°, расчетное время полета с работающим ГПВРД составляет примерно 300 с, после полного выгорания топлива следует планирование по широкой спирали с боковыми маневрами в течение около 500 с до падения в океан.

Ожидалось, что дальность полета ГЛА после отделения от самолета составит примерно 650 км (по другим сценариям, 815 и 740 км). На первом ГЛА X-51A запас топлива составлял около 120 кг, что, как минимум, достаточно для работы ПВРД в течение 240 с. В течение 4 ч, отводимых на испытание, всякое движение на маршруте полета (между Лос-Анжелесом и Австралией) должно было прекращаться. Для контроля за этим прекращением и гарантированного приема и передачи телеметрической информации предусматривались эскорт самолетов Р-3С «Орион», а также работа наземных станций полигона. Было запланировано, что в первом полете самолет дважды проходит испытательную трассу: сначала для проверки всех систем ГЛА, наземного и воздушного наблюдения, а затем, если замечаний нет, при следующем проходе трассы сбрасывает ГЛА в заданной точке. Как ускоритель, так и маршевая ступень оснащены устройством для прекращения полета в случае какого-либо отказа. Приборное оснащение экспериментального ГЛА включает в себя 341 датчик: 134 размещены на планере маршевого модуля, 171 - в контуре силовой установки и 36 - в переходном отсеке и ускорителе. Первое летное испытание ГЛА X-51A «WaveRider» с отделением от ускорителя проведено 26 мая 2010 г. под руководством специалистов ВВС США и фирмы «Боинг» на морском полигоне NAWC-SR в Южной Калифорнии.

Экспериментальный комплекс (ГЛА с ракетным ускорителем) безупречно отделился от крыла самолета B-52H на высоте 14 800 м. Через 4 с запустился ускоритель, и число М возросло до 4.8 на высоте 19 800 м. Затем ускоритель был сброшен, число М полета снизилось до 4.73, и в этот момент заработал ГПВРД. ГЛА достиг высоты 21 350 м и скорости, соответствующей М = 4.88. По оценке специалистов AFRL, в течение первых 15 с реализовался расчетный режим, причем рабочие характеристики двигателя - тяга, коэффициент восстановления давления, тепловые нагрузки в теплообменнике - оказались чуть лучше, чем ожидалось. Однако затем началось повышение температуры и полного давления в задней части СУ. На 120-й с возникло непредвиденное движение по крену и рысканию; система управления функционировала нормально. На 140-й с возникли неполадки в системе передачи информации, и хотя двигатель продолжал работать, движение замедлилось. Как показал анализ телеметрии, после запуска ГПВРД ускорение по траектории оказалось меньше расчетного (около 0.15 вместо 0.22).

Почти перед самым концом полета был зафиксирован незапуск воздухозаборника с выбитым скачком уплотнения, затем работа
воздухозаборника восстановилась, но прервалось поступление телеметрической информации, после пятисекундного отсутствия которой была дана команда на самоподрыв. Несмотря на то что двигатель проработал меньше расчетных 300 с и ГЛА не достиг крейсерской скорости, соответствующей М = 6, испытание оценили как успешное, поскольку до сих пор рекордом оставались два гиперзвуковых полета ГЛА X-43A (2004 г.) с общей продолжительностью работы двигателя 21 с. Руководство ВВС считало, что совершен прорыв, сравнимый с переходом от винтовых самолетов к реактивным, и что поставленные задачи выполнены почти на 90%. По заявлению руководителей программы, достижениями стали: воспламенение этилена, а затем и топлива JP-7, устойчивое его горение уже без этилена, установление теплового равновесия.

Пока в качестве наиболее вероятной причины неудачи в первом полете ГЛА рассматривается нарушение герметизации сопла. Дефект герметизации стал проявлять себя постепенно, поскольку сначала тяга была нормальной. По-видимому, вследствие теплового расширения конструкции герметик несколько сместился, так что выхлопная струя была частично заблокирована, а частично стала попадать в отсек с телеметрией и электроникой. Восстановление работы двигателя после незапуска можно объяснить тем, что герметик прогорел и струя освободилась, но воздействие горячей струи на отсек с приборами привело к аварийному прекращению полета. После испытания аппарата X-51A «WaveRider» пришлось перебрать силовые установки трех готовых к испытаниям экспериментальных ГЛА. Было выявлено, что герметизация выполнена с отступлением от чертежей. В частности, тракт двигателя оказался на 2.5-5 мм короче и теплозащита имела люфт. По расчетам, катастрофические последствия возможны при просачивании в планер горячих газов с массовым расходом меньше 10% расхода выхлопной струи. На основании результатов расчетных исследований, для которых NASA предоставило комплекс «Коламбия», а также экспериментов в различных наземных установках герметизация усилена и многократно проверена.

Второй запуск ГЛА X-51A «WaveRider» был запланирован на 24 марта 2011 г. Самолет-носитель B-52H с аппаратом X-51A поднялся с авиабазы «Эдвардс» в 9 ч утра и направился в сторону полигона ВМС США «Пойнт Мугу». Однако ВВС США отложили испытание в связи с «невозможностью соблюдения всех необходимых условий для полета». Представители ВВС заявили, что полет состоится после проверки системы. Он состоялся 13 июня 2011 г. и оказался полностью неудачным: ускоритель вывел ГЛА на М > 5, но при переходе к работе ПВРД этилен быстро сгорел, тяга не вышла на уровень, соответствующий горению основного топлива. Как считают в лаборатории AFRL, переход на топливо JP-7 происходил в момент незапуска воздухозаборника. Пока не ясно, был ли причиной незапуска воздухозаборника отказ системы подачи топлива или же незапуск воздухозаборника (далеко выбитый скачок уплотнения) вызвал нарушения в этой системе. Пока X-51A летел по инерции, заданной ускорителем, предпринимались попытки перезапустить ПВРД, оказавшиеся безуспешными. ГЛА упал в море на трассе полета, причем управляемость сохранялась до самого конца. «Мы ожидали лучших результатов, - заявил директор программы от ВВС Чарли Бринк. - Но мы рады и тем данным, что получили в этом полете, они позволят нам лучше понять происходящие процессы... С каждым испытательным полетом мы все ближе подходим к успеху».

Возвращаясь к маневру ГЛА по крену перед запуском ГПВРД, целесообразно учесть следующee: ГЛА X-51A неустойчив по тангажу на гиперзвуковых режимах, а вместе с ускорителем и при околозвуковых скоростях. Для подавления тенденции к затягиванию в пикирование и выхода на балансировочный угол атаки требуется отклонение горизонтальных рулей на большие отрицательные углы, причем будет достигнуто только состояние неустойчивого равновесия. Очевидно, существенно нестабильные режимы полета не благоприятствуют запуску ГПВРД. При перевороте на 180° момент от передней части корпуса меняет знак, т. е. в сумме аэродинамических моментов появляется составляющая на кабрирование, что открывает возможность обеспечить балансировку в состоянии устойчивого равновесия и под меньшим положительным углом атаки. Программа следующих испытаний (и, соответственно, приборное оснащение экспериментальных ГЛА) будет значительно расширена. К этому времени фирма «Боинг» предлагает усовершенствовать навигационную систему аппарата X-51A, максимально приблизив ее к используемой на боевой ракете для наведения на марше по сигналам GPS.

Параллельно с подготовкой летных испытаний продолжаются НИОКР по новым вариантам X-51: X-51B - X-51H, в том числе многократного использования. Исследуются способы воспламенения топлива в ГПВРД без впрыска этилена, поскольку он занимает большой объем. Рассчитывается ГЛА увеличенных размеров с соответственно модернизированным двигателем, иной внутренней компоновкой, включающей средства спасения. Исследуются модели ГЛА с раскладывающимся крылом и различными шасси. Рассматривается вариант оснащения ГЛА X-51 прямоточным двигателем ALRJ-51-4 фирмы ATK, обеспечивающим маршевое число М не выше 5, но значительно более простым по сравнению с двигателем SJX-61, благодаря чему освобождается пространство под средства спасения. Фирма АТК получила контракт на 3.9 млн долл. и делает акцент на простоту конструкции и малый технологический риск. Хотя в настоящее время МО США уже финансирует ряд демонстрационных технологий с ГПВРД, проект АТК имеет хорошие перспективы, так как может быть реализован быстрее других с меньшими техническим риском и затратами.

Руководство фирмы АТК считает ПВРД ALRJ-М5, работающий на топливе JP-10 и рассчитанный на фиксированное число М = 5, альтернативой двигателю фирмы «Пратт-Уитни» для ГЛА X-51 и HiFire. Двигатель ALRJ-М5 имеет простую конструкцию, включающую лишь один подвижный элемент - насос для подачи топлива. Будучи рассчитанным только на один режим, двигатель массой 41 кг не имеет сложного воздухозаборника изменяемой геометрии, который необходим для двигателя с переменным числом М. Канал спроектирован с переходом от прямоугольного поперечного сечения воздухозаборника к круговому сечению камеры сгорания. Ограничение по скорости позволяет использовать обычные материалы и отработанные технологические процессы. Торможение потока воздуха перед камерой сгорания осуществляется за счет скачка уплотнения в горле канала. Положение скачка определяется потребным давлением за ним и регулируется просто подачей топлива в камеру сгорания. Таким образом, для управления потоком не нужен сложный механизм с использованием подвижных элементов воздухозаборника и газовых рулей.

Испытания камеры сгорания на стендах, а также в АДТ в составе двигателя, имеющего натурную массу и оснащенного топливной системой активного охлаждения, с моделированием условий полета на высоте 26 км при М = 5 подтвердили готовность силовой установки к летным испытаниям. Топливо JP-10 применяется для охлаждения конструкции, но нет необходимости в специальной предварительной обработке его для гарантированного воспламенения. Более того, наземные испытания показали, что нормально воспламеняется и холодное топливо. Общая продолжительность наземных испытаний составила свыше 70 мин; в испытаниях со свободной струей достигалось тепловое равновесие. Вначале проект X-51 подавался как создание чисто демонстрационного ГЛА - испытательного стенда в связи с планами исследования Марса и др. Разработанный ГПВРД рассматривается как базовая модель для целого семейства силовых установок, он обладает значительным модернизационным потенциалом для разведывательных самолетов, ударных систем глобальной дальности, межконтинентальных пассажирских самолетов и разгонных ступеней средств выведения КЛА в космос. Но для ускорителя многоразового применения и выполнения в космосе операций, присущих самолетам, необходим более мощный двигатель. Работы в этом направлении ведутся. Пока силовая установка рассчитана на 12 мин работы.

Руководство ВВС считает, что имеющаяся СУ полностью удовлетворяет требованиям к гиперзвуковому оружию глобальной дальности и что маршевое число М крылатой ракеты с этим ГПВРД, запускаемой с самолетов В-1, В-2, В-52, F-15, можно довести до М = 8. Более конкретные данные опубликованы после совещания правительства США с руководителями ВПК по итогам летных испытаний ГЛА X-51A, X-37B и НТV-2 (декабрь 2010 г.). Было заявлено, что при надлежащем финансировании и начале разработки гиперзвуковой ракеты в 2012 г. экспериментальный образец ракеты воздушного базирования будет готов для летных испытаний к октябрю 2016 г. При этом ставится задача увеличить продолжительность полета ГЛА до 15-30 мин. Рассматриваются три варианта размещения ракеты: на внешней подвеске под крылом самолета B-52 (как аппарат X-51A); внутрифюзеляжное на самолете B-2; на внешней подвеске самолета F-35 (этот вариант характеризуется как принципиально новая компоновка и должен быть адаптирован также к бомбардировщику B-2).

По оценке специалистов лаборатории AFRL, при расчетной дальности около 1100 км, достигаемой примерно за 10 мин,
стартовая масса ракеты должна быть около 1050 кг, включая БЧ массой порядка 140 кг. Предусматриваются: реализация холодного старта после отделения от самолета, исключение этилена как воспламенителя, на чем особенно настаивают военные; усовершенствование ГСН, миниатюризация оборудования. В частности, система FADEC, использованная на аппарате X-51A при проведении летных испытаний (масса более 10 кг), явно избыточна по своим возможностям для гиперзвуковой ракеты. Замена ее на более простую и компактную позволит увеличить запас топлива и массу боевой нагрузки. Еще до начала летных испытаний ВВС США сообщили о предварительной проработке проекта боевой ракеты на основе аппарата X-51A с условным названием Riptide. Силовая установка на углеводородном топливе должна обеспечить маршевое число М = 5-8 и дальность 700-1900 км. В качестве переходного этапа к прототипу ракеты предусматривается усовершенствованный вариант X-51A Plus с минимальными конструктивными доработками по сравнению с аппаратом X-51A, но существенно улучшенными летно-техническими характеристиками.

Если летные испытания аппарата X-51A WaveRider завершатся успешно, откроется реальная перспектива быстрой разработки многоцелевой боевой гиперзвуковой ракеты. Более того, именно создание такой ракеты, способной поражать критичные по времени либо сильно защищенные цели, является основной и ближайшей задачей программы, тогда как использование в космосе отодвигается на дальние сроки. Фирма АТК в инициативном порядке и на собственные средства разработала максимально приближенный к концепции боевой гиперзвуковой ракеты проект ГЛА волнолетной схемы. Проект был предложен Министерству обороны США, он вызвал интерес. Для разгона ГЛА до скорости, соответствующей М = 5, предполагается использовать РДТТ из имеющихся в распоряжении фирмы, например «Орион». Возможен вариант с СУ комбинированного цикла - ТВСС. В течение ближайших трех лет планируются летные испытания ракеты, которая вместе с ускорителем может быть запущена с самолета, корабля или подводной лодки. Большими преимуществами проекта являются максимальное использование разработанных ранее и уже проверенных технологий, минимальное включение новых деталей, а также применение тех же материалов и способов теплозащиты, что и в эксплуатируемых РДТТ.

Основные характеристики ГЛА X-51A
Длина ГЛА с ускорителем и переходным отсеком (стартовая комбинация) 7.8 м (7.645 м)
Длина маршевой ступени 4.27 м (4.267 м)
Длина переходного отсека 1.53 м
Длина ускорителя 1.83 м
Максимальный поперечный размер маршевой ступени 0.559 м (0.584 м)
Стартовая масса ГЛА 1815 кг (1789 кг)
Стартовая масса маршевой ступени 680 кг (683 кг)
Масса носового модуля 68 кг
Масса конструкции СУ (без системы клапанов, насосов и пр.) Около 50 кг
Масса топлива JP-7 для ГПВРД 122.3 кг (120.3 кг)
Масса этилена 2.7 кг
Расчетная дальность 1000-1100 км (> 750 км)
Маршевая высота Около 24 400 м



 
Кто на сайте
Сейчас 217 гостей онлайн

Наш канал на YouTube - подпишись!

Помощь проекту
<br>Вы можете указать любую сумму для перевода! <br>Спасибо!<br><br>

Вы можете указать любую сумму для перевода!
Спасибо!

руб.
счёт 410013068691119.

Рейтинг@Mail.ru