Материал: Обзор современных аэрокосмических систем

Хотя возможен вариант, когда крыло на взлетном режиме имеет большую прямую стреловидность, то есть заднее расположение аэродинамического фокуса, а на больших скоростях будет иметь меньшую прямую стреловидность или даже иметь прямую переднюю кромку. Это увеличит скорость отрыва и возможно потребует применения предкрылков, но при применении соответствующих сверхзвуковых аэродинамических профилей крыла (малой относительной толщины с острой передней кромкой) это позволит достичь большего потолка, нежели со стреловидным крылом прямой стреловидности или с треугольным крылом.

Следует отметить, то крыло изменяемой стреловидности хорошо известно в авиации и применяется для снижения аэродинамического сопротивления на трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях и смещение аэродинамического фокуса там считается вредным явлением. Однако те же самые технические решения могут обеспечить в данном случае другой технический результат - обеспечение продольной устойчивости при значительном изменении центровки летательного аппарата. Причем, согласно Регламенту п.24.5.3.2.(последний абзац), а именно «Изобретение признается… если… совпадающие решения выявлены, но не подтверждена известность влияния этих отличительных признаков на указанный заявителем технический результат” это решение патентоспособно. Технический результат в данном случае совершенно другой, впервые указанный заявителем.

ВАРИАНТ 3. Если изменения аэродинамического фокуса первой ступни окажется недостаточно, то крыло изменяемой стреловидности следует применить и на второй ступени. То есть данная система будет иметь крыло изменяемой стреловидности на обеих ступенях. Это позволит регулировать положение аэродинамического фокуса в более широких пределах.

Необходимо заметить, что применение крыла переменной стреловидности несколько усложняет и утяжеляет конструкцию, поэтому его не следует использовать без настоятельной необходимости.

ВАРИАНТ 4. На всех существующих аэрокосмических системах использовались треугольные крылья большого удлинения с элевонами. Но управление с помощью элевонов недостаточно эффективно в режиме посадки (например, на «Буране» имеется балансировочный щиток) и отрицательно сказывается на подъемной силе крыла. То есть желательно применить отдельные рули высоты, например традиционное ЗГО (заднее горизонтальное оперение). При этом ЗГО второй ступени оказывается при полностью заправленной и при полностью пустой первой ступени по разные стороны от центра масс. Можно было бы просто зафиксировать это ЗГО в оптимальном положении, но при этом ухудшится управление по тангажу. Поэтому в данном варианте системы на первой и второй ступенях имеется заднее горизонтальное оперение, причем оперение второй ступени работает как «утка», когда центр масс находится позади него, как заднее - когда центр масс становится впереди него, и занимает положение с оптимальным углом атаки, когда центр масс совпадает с ним.

ВАРИАНТ 5. В этом варианте системы также на первой и второй ступенях имеется заднее горизонтальное оперение. Это оперение обеспечивает обеим ступеням хорошую маневренность по тангажу и большую подъемную силу в режиме посадки. Однако управление всей системой, которая в аэродинамическом смысле является неравновеликим тандемом, вполне эффективно и без ЗГО первой и второй ступеней, которые в этом режиме являются балластом. Управление тандемом, как известно, достаточно эффективно осуществляется перераспределением подъемной силы между передним и задним крыльями с помощью элевонов, которые теперь правильнее назвать закрылками или флаперонами. Чтобы можно было полезно использовать ЗГО обеих ступеней и в этом режиме, все четыре горизонтальные аэродинамические поверхности (два крыла и два ЗГО) имеют положительный угол атаки и создают подъемную силу. Это позволит достичь значительно большего потолка, чем при традиционном использовании ЗГО, когда оно создает отрицательную подъемную силу и, фактически, мешает крылу. И, следовательно, это позволит второй ступени вывести больший груз в околоземное пространство.

На рис.1 показана двухступенчатая аэрокосмическая система, состоящая из первой ступени 1 и второй ступени 2. Первая ступень имеет крыло изменяемой стреловидности 3 (пунктиром показано их взлетное положение), ЗГО 4, киль 5 и пять двухконтурных турбореактивных двигателей 6. Вторая ступень имеет крыло изменяемой стреловидности 7, ЗГО 8, киль 9 и расположенный на стыке ступеней жидкостный ракетный двигатель (не показан). При этом нос первой ступени входит в реактивное сопло ракетного двигателя второй ступени (оно будет работать преимущественно в полном вакууме и поэтому его выходное сечение будет почти равным миделю второй ступени). Обе ступени также имеют колесное шасси (находится в убранном положении, и потому не показано).

Рисунок 1 - Двухступенчатая аэрокосмическая система

Работает система так: с помощью ДТРД 6 первой ступени 1 система взлетает с любого достаточно качественного и длинного аэродрома. Крылья изменяемой стреловидности 3, 7 при этом находятся в заднем положении (все направления даны относительно направления полета). Закрылки и предкрылки, если они есть, выпущены во взлетное положение. Все четыре аэродинамические поверхности 3, 4, 7, 8 имеют положительный угол атаки и создают подъемную силу. Управляется система по тангажу путем перераспределения подъемной силы, в основном, на ЗГО первой ступени 4 и на крыле второй ступени 7 (они максимально разнесены по длине системы). По мере расходования топлива из первой ступени и увеличения высоты и скорости полета крылья переводятся во все более переднее положение, достигнув максимального угла обратной стреловидности на расчетной высоте и скорости. Достигнув потолка, система разделяется. Перед разделением необходимо достаточно быстро придать крыльям взлетное положение, иначе может произойти потеря продольной устойчивости полета одной или обеих ступеней. Первая ступень будет иметь сравнительно тупую переднюю оконечность (острая ей не нужна), и поэтому быстро тормозится до дозвуковой скорости. Четыре двигателя из шести глушатся, а на одном двигателе, работающем на малых оборотах, первая ступень совершает посадку на ближайшем аэродроме или планирует с выключенными двигателями.

Вторая ступень 2 сначала включает ракетный двигатель на 15-20% тяги, чтобы не повредить первую ступень, а потом включает двигатель на расчетную тягу и выходит в безвоздушное пространство.

. Двухступенчатая аэрокосмическая система, содержащая первую и вторую ступень с крыльями и имеющая воздушно-реактивные двигатели на первой ступени, причем первая и вторая ступени соединены последовательно, и фюзеляж второй ступени находится в миделе первой ступени, отличающаяся тем, что имеет на первой ступени или на обеих ступенях крыло изменяемой стреловидности.

. Система по п.1, отличающаяся тем, что крыло/крылья имеет изменяемую обратную стреловидность.

. Двухступенчатая аэрокосмическая система, содержащая первую и вторую ступень, имеющие крылья и воздушно-реактивные двигатели на первой ступени, отличающаяся тем, что на первой и второй ступенях имеется заднее горизонтальное оперение, причем оперение второй ступени работает как «утка», когда центр масс находится позади него, как заднее, когда центр масс становится впереди него, и занимает положение с оптимальным углом атаки, когда центр масс совпадает с ним.

. Двухступенчатая аэрокосмическая система, содержащая первую и вторую ступень, имеющие крылья и воздушно-реактивные двигатели на первой ступени, отличающаяся тем, что на первой и второй ступенях имеется заднее горизонтальное оперение, причем все ЗГО и крылья имеют положительный угол атаки и создают подъемную силу.

Аэрокосмическая система «Вьюга»

Разрабатывается проект многоразовой двухступенчатой авиационно-космической системы (АКС) двойного назначения. В качестве самолета-носителя рассматривается военно-транспортный самолет Ил-76.

Рисунок 2 - Аэрокосмическая система «Вьюга»

аэрокосмический система взлет двигатель

Основная задача АКС «Вьюга» - проведение технологических и общебиологических исследований на коммерческой основе, а также получение новых материалов в условиях космического полета. Кроме того, система может применяться для запуска микроспутников массой до 450 кг.

Варианты военного применения - фоторазведка, инспекция и перехват космических аппаратов (воздушный старт дает возможность запуска на орбиты в широком диапазоне наклонений), носитель высокоточного оружия («убийца авианосцев»).

Основные преимущества авиационно-космической системы:

1.      Полная многоразовость.

2.      Использование в качестве самолета носителя Ил-76.

.        Возможность запусков на орбиты в широком диапазоне наклонений.

.        Экологическая безопасность.

.        Мобильность - возможность запусков космических аппаратов с территорий стран-заказчиков.

3. «Двуглавый орел» ЦАГИ

Новая аэрокосмическая система, способна совершать межконтинентальные перелеты за считанные минуты. Так, например, перелет из российской столицы в Австралию, со скоростью отделения займет всего примерно час. Суперсамолет можно назвать «двуглавым орлом» в силу того, что ученые ЦАГИ выбрали в качестве самолета-носителя двухфюзеляжную модель.

Выбор этой схемы самолета-носителя позволяет подвесить ракетные ступени под крылом, что значительно упрощает наземную эксплуатацию системы.

Рисунок 3 - «Двуглавый орел»

«Двуглавый орел» разгоняет другой самолет, гиперзвуковой. Он размещается как раз между двумя фюзеляжами. После набора необходимой скорости, от «двуглавого орла» отделяется третий самолет - воздушно-космический. Все эти три самолета и являются той самой аэрокосмической системой. Она является трехступенчатой, в силу особенностей своей компоновки.

Параметры российского летательного аппарата будущего рассчитывались так, чтобы перелеты между континентами с заходом в космическое пространство могло совершать как можно большее число путешественников. Кроме этого, обязательным условием была и остается безопасность членов экипажа и пассажиров. Ученым предстояло сделать нелегкий выбор - из трех известных видов топлива выбрать один. Его выбирали для гиперзвукового самолета-разгонщика и воздушно-космического самолета в трех вариантах: керосин, метан и водород. При этом, в качестве окислителя топлива во всех трех случаях рассматривался только жидкий кислород.

Выбранный вид топлива не только повысил безопасность самого перспективного проекта, но и в значительной мере повысил стартовую массу суперсамолета до 20,9 т. И теперь, согласно последним расчетам, аэрокосмическая система может перевозить до семи человек, - это два члена экипажа и пять пассажиров. Пять пассажиров для совершенно нового вида транспорта является большим достижением.

Похожая работа уже много лет ведется в американской компании Virgin Galactic. Ее «детищем» является аэрокосмическая система США SpaceShipTwo (SS2). Она была доведена до стадии реальных летных испытаний.

Однако последний испытательный полет SpaceShipTwo закончился катастрофой. 31 октября 2014 года после отделения от самолета-носителя воздушно-космический самолет упал в пустыне Мохаве. При этом один из пилотов погиб, а другой получил травмы. Полеты были немедленно остановлены, а американские ученые вот уже несколько лет не могут исправить ошибки, приведшей к этой трагедии.

Не исключено, что этот инцидент способен поставить крест на амбициозных планах хозяина компании по развитию космического туризма или, как минимум, замедлить развитие всей отрасли.

«Крылатый космос» - это неформальное название аэркосмических программ. Свое название они получили после полетов в космос нашего «Бурана» и американского «Шаттла». Эти программы, рассчитанные на отдаленное будущее, ведутся не только в России и США. Ученые Китая, Японии, и даже Бразилии заняты подобными перспективными разработками.

Как это будет, и что мешает осуществлению скоростных межконтинентальных и космических полетов?

Реализация проекта аэрокосмических систем, как локомотив сможет не только поднять уровень экономики, она способна дать мощный толчок развитию промышленности в целом, но и ее военной отрасли тоже. Именно поэтому многие проекты являются строго засекреченными, но сообщение ЦАГИ - это, безусловно, доказательство того, что в России по пути «крылатого космоса» сделан очередной шаг вперед.

Стратегическими в «крылатом космосе» являются два направления: космический или межконтинентальный туризм и доставка грузов и экипажей на космическую орбиту.

Сверхскоростные пассажирские полеты на аэрокосмических системах называют еще космическим туризмом вот почему: когда летательный аппарат выходит за пределы плотных слоев атмосферы и выключает двигатель, то его пассажиры частично перестают ощущать на себе силу притяжения земли. Это чем-то напоминает состояние невесомости.

Перегрузки, которые будут испытывать пассажиры аэрокосмических систем, выглядят примерно так: сначала человек при наборе скорости чувствует себя потяжелевшим килограммов на 200, а затем резко перестает вообще чувствовать свой вес. Такие перегрузки во время скоротечного полета «добровольцы» вынуждены будут испытать на себе. Естественно, это потребует специальной проверки пассажиров, их состояния здоровья. Вырастет ли после этого число желающих испытать невесомость на себе, - не знаю. Для коммерческого использования подобных сложных проектов время еще не настало, - делаются в этом направлении только первые шаги».