Het mondstukapparaat van de nieuwe scramjet en straalstroom in verschillende modi. Foto door ONTU PLA / SCMP
Chinese wetenschappelijke organisaties houden zich actief bezig met hypersonische technologieën voor gebruik in luchtvaart en raketten. Er worden verschillende onderzoeken uitgevoerd en er worden experimentele samples van technologiedemonstrators ontwikkeld. Onlangs werd bekend over de creatie van een nieuwe hypersonische straalmotor. Het is gebouwd op basis van bekende ideeën en nieuwe oplossingen en wordt gekenmerkt door verhoogde energieprestaties en efficiëntie.
Hypersonisch experiment
De nieuwe ontwikkeling van Chinese wetenschappers werd op 13 februari gemeld door de South China Morning Post, daarbij verwijzend naar een publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Solid Rocket Technology, dat half januari verscheen. Het SCMP geeft een overzicht van het nieuwe project, het uitgevoerde onderzoek en de verkregen resultaten.
Naar verluidt is een hypersonische raketmotor (scramjet) ontwikkeld door specialisten van de Defense Science and Technology University van het People's Liberation Army of China uit Changsha. Het werk in deze richting werd geleid door universitair hoofddocent Ma Likun.
Als onderdeel van het nieuwe project hebben specialisten het ontwerp uitgewerkt van een veelbelovende scramjet-motor die op vaste (poeder)brandstof loopt. Opgemerkt wordt dat het verschilt van andere straalmotormotoren in grotere eenvoud en verschillende belangrijke innovaties. Deze laatste moesten zorgen voor de werking van de motor in een breed toerentalbereik met een stabiele brandstofverbranding. Het doel van het project was ook om de efficiëntie te verhogen.
Volgens dit project werd een experimentele scramjet vervaardigd. Het werd getest in een windtunnel met vluchtsimulatie in verschillende modi. De snelheid van zo'n "vlucht" bereikte 6M, de hoogte was ongeveer. 25 km. Over het algemeen bevestigde de motor de berekende kenmerken.
Het DF-17-complex met een planningskernkop is een serieel model van een hypersonic armen PLA. Foto Telegram / Vatfor
Op basis van de resultaten van deze onderzoeken melden wetenschappers van de PLA ONTU dat een scramjet-motor met vaste stuwstof een aantal voordelen heeft ten opzichte van andere ontwerpen met een vergelijkbaar doel. Met de verdere ontwikkeling van het project kunnen ontwikkelingen in de praktijk worden toegepast als onderdeel van bepaalde vliegtuigen. Het is opmerkelijk dat in de context van de vooruitzichten voor een nieuwe motor, de SCMP-editie allereerst militaire programma's opriep.
Nieuwe oplossingen
Volgens open data verschilt de experimentele motor van ONTU niet fundamenteel van andere moderne scramjet-motoren en is hij gebouwd volgens het klassieke schema. In feite is dit een buis met variabele diameter, verdeeld in een luchtinlaat, een luchtkanaal, een verbrandingskamer en een mondstukapparaat.
Ook de algemene werkprincipes blijven traditioneel. Atmosferische lucht onder druk gevormd door de stroomsnelheid komt de luchtinlaat binnen en komt vervolgens in de verbrandingskamer. Daar wordt brandstof mee vermengd. Bij verbranding vormt het gassen voor uitwerping door het mondstuk en de vorming van stuwkracht.
Er zijn twee belangrijke innovaties in het project van ONTU PLA. De eerste heeft betrekking op het ontwerp van het luchtinlaatapparaat en de bijbehorende eenheden. Door de speciale configuratie van het apparaat en de kanalen erachter vertraagt de hypersonische luchtstroom tot subsonische snelheid. Andere soorten scramjet-motoren worden gekenmerkt door brandstofverbranding in een supersonische stroom. De nieuwe Chinese motor verlaagt het debiet verder om het verbrandingsproces te optimaliseren.
De tweede innovatie is de brandstof en de manier waarop deze wordt aangevoerd. De scramjet gebruikt borium in de vorm van een fijn poeder als brandstof. Via speciale mondstukken wordt brandstof in de verbrandingskamer gevoerd, waar deze ontbrandt en thermische energie vrijgeeft. De spuitmonden worden gecontroleerd en regelen de poedertoevoer naar de motor. Hierdoor worden de intensiteit van de verbranding, de energieproductie en daarmee de stuwkracht geregeld.
Lancering van een DF-17 raket. Een beeld uit een Chinese tv-reportage
Tijdens tests in verschillende modi en veranderingen in verschillende parameters was het mogelijk om de maximale parameters van de experimentele motor te bepalen. Zo werd de temperatuur in de verbrandingskamer op 3000°C gebracht. Dit is ongeveer 50% hoger dan dat van het grootste deel van moderne straalmotormotoren.
Tegelijkertijd wordt een hoog rendement bereikt. Het verlagen van de inlaatluchtsnelheid tot subsonisch zorgt voor een efficiëntere brandstofverbranding. Hierdoor werd het brandstofverbruik van de scramjet-motor met 79% verhoogd.
Helaas zijn de exacte kenmerken van de experimentele motor nog niet bekendgemaakt. De afmetingen en massa, bereikte stuwkracht en specifiek brandstofverbruik blijven onbekend. Het is ook onduidelijk hoe ver het project is gevorderd: of de nieuwe scramjet puur experimenteel is of binnen redelijke tijd in de praktijk kan worden gebracht.
Сферы применения
De exacte doelen en doelstellingen van het nieuwe Chinese project zijn niet genoemd. Het is echter niet moeilijk te raden met welk doel de universiteit onder de PLA hypersonische straalmotormotoren bestudeert. Uiteraard werden experimenten en experimenten uitgevoerd in het belang van de strijdkrachten van de Volksrepubliek China, en in de toekomst kunnen ze worden gebruikt in echte projecten van hypersonische wapens.
Moderne ontwerpen van hypersonische straalmotormotoren worden ontwikkeld voor gebruik als onderdeel van geavanceerde raketwapens. Zo'n motor maakt het mogelijk om een gevechtsraket te maken met de hoogste vliegprestaties en speciale gevechtsmogelijkheden. De scramjet geeft een groot actief vlieggedeelte en zorgt voor lange tijd voor maximale snelheid. Tegelijkertijd kan de raket manoeuvreren en compenseert de motor het verlies aan energie en snelheid.
Vermoedelijk de vlucht van een experimentele hypersonische raket boven een bevolkt gebied, najaar 2021. Foto Telegram/ChDambiev
Afgaande op de vrijgegeven gegevens is de nieuwe motor van ONTU PLA interessant vanuit het oogpunt van gebruik in echte rakettechnologieprojecten. De verklaarde capaciteiten van een dergelijke scramjet zullen de kenmerken van een hypothetische raket verbeteren en zijn gevechtsmogelijkheden verbeteren.
Allereerst moet u letten op de efficiëntie van de nieuwe motor. Door een lager verbruik kunt u de brandstoftoevoer aan boord van de raket verminderen zonder verlies van snelheid en bereik, of deze opslaan en de gevechtsradius vergroten. Bovendien is het waarschijnlijk dat er een mogelijkheid is om de tractie en snelheid te verhogen zonder andere parameters te schaden.
Zoals gezegd laat de experimentele motor niet alleen hoge prestaties zien, maar heeft hij ook een vereenvoudigd ontwerp. Dienovereenkomstig zal een raket met zo'n scramjet eenvoudiger en goedkoper zijn. Bovendien zal het verminderen van de hoeveelheid brandstof aan boord de lay-out van de raket optimaliseren - bijvoorbeeld de kernkop vergroten.
Opgemerkt moet worden dat het nieuwe project zich niet alleen kan ontwikkelen in de context van raketwapens. Het is heel goed in staat om de basis te worden voor nieuwe theoretische en experimentele ontwikkelingen. De scramjet-motor van ONTU toonde de fundamentele prestaties en het grote potentieel van nieuwe oplossingen. Ze moeten nu allemaal worden ontwikkeld. Als gevolg hiervan zullen nieuwe configuraties van inlaatapparaten en verbrandingskamers verschijnen, evenals meer geavanceerde samenstellingen van poedervormige brandstof.
Geweldige vooruitzichten
China is al lang bezig met hypersonische richting en laat al echte resultaten zien. Dus een paar jaar geleden kwam het DF-17-complex met een plannende hypersonische kernkop in dienst. Er zijn onbevestigde berichten over de ontwikkeling van andere raketsystemen met speciale snelheidskenmerken. Ze kunnen nu al worden getest en in de nabije toekomst zullen ze worden geadopteerd.
Het is duidelijk dat Chinese wetenschappers en ingenieurs de hypersonische richting zullen blijven ontwikkelen. De projecten van de verre toekomst zullen gebaseerd zijn op actuele ontwikkelingen op het gebied van motoren, materialen, besturingssystemen etc. Daarom zijn de onlangs voltooide experimenten in de ONTU van de PLA op het gebied van motoren van groot belang, en daar moet aandacht aan worden besteed.