Dwa ciekawe artykuły w Aviation Week

X-48C (zdjęcie ze strony Aviation Week)

Dziś pojawiły się dwa bardzo ciekawe artykuły na stronie Aviation Week – pierwszy z nich opisuje plany Phantom Works – oddziału Boeinga zajmującego się nowymi technologiami, a drugi opowiada o firmie Sierra Nevada i jej Dream Chaser’ze. Ponieważ oba artykuły są interesujące dla czytelników tego bloga (zakładam że osoby tu zaglądające robią to z uwagi na rakiety), więc postanowiłem streścić oba.

Phantom Works pracuje obecnie nad trzeba ciekawymi projektami – Phantom Eye (o którym pisałem jakiś czas temu), X-51A (też o nim pisałem) oraz X-48C (nie pisałem, choć miałem w planach 😉 ).

Phantom Eye to prototyp bezzałogowego samolotu szpiegowskiego, który nie tylko że potrafi latać na znacznych wysokościach (65 tysięcy stóp – dwa razy wyżej niż samoloty komercyjne) ale także potrafi latać bez tankowania przez 10 dni non-stop – zakładając pełną wysokość operacyjną; na 24 tysiącach stóp samolot ten ma być w stanie latać przez conajmniej 21 dni bez tankowania. Napędzany jest dwoma silnikami spalinowymi napędzanymi wodorem. Wodór jest przechowywany w postaci ciekłej. Silniki produkowane są przez Forda i są zmodyfikowanymi jednostkami znanymi z Focusa. Ciekawostką jest to że powietrze przechodzi najpierw przez potrójny kompresor by osiągnąć wymaganą gęstość – na 65000 stóp powietrza nie ma za wiele. Silnik ma bezpośredni wtrysk ciekłego wodoru i osiąga moc 150 KM. Tak jak pisałem wcześniej, Boeing miał mały problem z tym samolotem – w trakcie lądowania złamało się przednie podwozie i samolot doznał uszkodzeń. Na szczęście niegroźnych. Boeing poprosił specjalistów o podwozia F/A-18 o pomoc i miejmy nadzieje że przyszłe loty (które mają nastąpić jeszcze w tym roku) będą mniej nerwowe.

X-51A to prototyp pojazdu hipersonicznego. Jego celem jest przede wszystkim dopracowanie silnika typu scramjet. Dla nie zaznajomionych z techniką lotniczą – scramjet różni się tym od ramjet’a że spalanie paliwa następuje w powietrzu które porusza się z prędkością naddźwiękową w komorze spalania. W obu rodzajach silników kształt wlotu powietrza powoduje powstanie naddźwiękowych fal uderzeniowych które kompresują powietrze zwiększając jednocześnie jego temperaturę i zmniejszając prędkość. W ramjecie prędkość spada poniżej prędkości dźwięku, następuje spalanie a następnie spaliny rozprężając się w dyszy wylotowej ochładzją się i rozpędzają. Scramjet działa identycznie poza tym że nie następuje spowolnienie powietrza poniżej prędkości dźwięku. Stwarza to wiele problemów – czas na spalenie się paliwa jest bardzo krótki a do tego zjawiska naddźwiękowe powodują niestabilność płomienia. Silniki ramjet nadają się zazwyczaj do prędkości w zakresie od M2 do M5 a im wyższa prędkość tym ich efektywność maleje. Silniki scramjet teoretycznie nie mają górnej granicy prędkości, ograniczeniem jest wytrzymałość materiałów. X-51A wykonał jak dotychczas dwa loty – pierwszy był całkiem udany, pojazd poruszał się z prędkością M4.8 przez ponad dwie minuty. Drugi lot był niestety bardziej nieudany – nastąpił zapłon silnika scramjet, ale przy próbie przejścia z etenu na paliwo JP-7 (znane z SR-71) wystąpił tzw. „un-start” – fala uderzeniowa kompresująca powietrze zmieniła swoje położenie i „wyszła” z wlotu powietrza, co spowodowało zatrzymanie spalania. Pojazd próbował się ratować, zmienił swoje położenie i próbował dokonać ponownego start silnika, ale nie udało mu się to. Trzeci lot X-51A najprawdopodobniej nastąpi jeszcze w tym roku.

Budowa silników: (a) tradycyjny turboodrzutowy, (b) ramjet, (c) scramjet. Obrazek z Wikipedia.

Na obrazku powyżej można w dość łatwy sposób wytłumaczyć na czym polega „un-start” – jak widać na przykładzie scramjet’u stożek silnika powoduje powstanie fali uderzeniowej. Dopóki koniec tej fali jest wewnątrz silnika (na rysunku jest graniczny przykład gdzie fala jest na brzegu silnika), dopóty następuje kompresja i spowolnienie powietrza i wszystko działa. Ponieważ kształt fali uderzeniowej zależy od bardzo wielu czynników (temperatury i gęstości powietrza, prędkości, kąta natarcia itp.), to utrzymanie jej w silniku nie jest wcale proste. Problem un-startów był najpoważniejszym problemem nękającym samoloty SR-71(których silniki w czasie lotu z pełną prędkością działały jako ramjet) – komputer sterował wysunięciem stożka oraz klapami które wypuszczały na zewnątrz część skompresowanego powietrza, ale czasem to nie do końca działało, następował un-start i załoga miała pełne ręce roboty. Wielu pilotów SR-71 (a właściwie to A-10) straciło w ten sposób życie.

X-48C to projekt nowego, supercichego i superekonomicznego samolotu. Obliczenia wskazują że samolot taki może palić o 50% mniej paliwa niż dotychczasowe samoloty a dodatkowo może być niezwykle cichy. Boeing ma nadzieję że badania nad tym pojazdem pozwolą mu na pokonanie swojego rywala – Airbusa. A supercichy i superoszczędny samolot wywołuje zainteresowanie nie tylko w lotnictwie cywilnym, ale także (a może przede wszystkim) zainteresowanie wojskowych. X-48C będzie badany przez następne pół roku przez NASA.

Radziecki BOR-4S – protoplasta Dream Chaser’a

Sierra Nevada jak pewnie wiedzą czytelnicy tego bloga pracuje od pewnego czasu nad swoim statkiem kosmicznym o wdzięcznej nazwie Dream Chaser. Statek ten oparty jest o rozwiązanie przetestowane przez NASA w latach 80”tych (program HL-20) a która to tak naprawdę zostało stworzone w ZSRR i nazywało się BOR-4 (na początku lat 80’tych ZSRR. A tenże pojazd podobno był oparty o rozwiązania opracowane podczas amerykańskiego programu ASSET z lat 60’tych (wbrew twierdzeniu Wikipedii mamy jednego ASSET’a w muzeum). Dream Chaser ma startować w kosmos na takiecie Atlas V w wersji 402 – bez silników na paliwo stałe które nie będą certyfikowane jako „human ready”. Samolocik ma mieć własne silniki które na orbicie będą używane do manewrowania, a w czasie startu stanowić będą Launch Abort System – system pozwalający na uratowanie astronautów w razie awarii rakiety Atlas V. Ponieważ samolocik jest duży, to będzie startował bez żadnych osłon (nie tak jak X-37B który jest ładnie zapakowany w osłony Atlasa V). Silniki napędzające Dream Chasera będą zmodyfikowaną wersją silnika który używa Virgin Galactic. Sierra Nevada określa je jako „hybrydowe”, ponieważ są one czymś pomiędzy silnikiem na paliwo stałe i ciekłe – paliwo w silniku jest w postaci stałej, natomiast utleniacz jest ciekły. Jeszcze w tym roku odbędą się pierwsze testy szybowania i lądowania tego pojazdu – będzie on wynoszony helikopterem na wysokość 10000 stóp a następnie będzie szybował do pasa startowego. W przyszłości planowane są zrzuty z większych wysokości oraz lot suborbitalny (nie wiadomo jeszcze jaka rakieta zostanie użyta do tego celu).