Гиперзвуковой орлан: новое оружие американцев

См. Также [ править ]

• Сверхзвуковой транспорт
• Подъемное тело
• Вход в атмосферу
• Гиперзвуковой полет
• Проект DARPA Falcon
• Reaction Engines Skylon (исследование дизайна)
• Реакционные двигатели A2 (проектное исследование)
• HyperSoar (концепция)
• X-51 Вэйверидер
• X-20 Dyna-Soar (отменен)
• Rockwell X-30 (отменен)
• Аватар RLV (Индийское концептуальное исследование 2001 г.)
• Автомобиль-демонстратор гиперзвуковых технологий (индийский проект)
• Аякс (российский проект волнового райдера 1990-х годов)
• Авангард (российский гиперзвуковой планер, в строю)
• DF-ZF (китайский гиперзвуковой глиссирующий аппарат, готов к эксплуатации)
• Lockheed Martin SR-72 (планируется)

Двигатели

• Ракетный двигатель
• Ramjet
• Скрэмджет
• Двигатели реакции SABRE , LAPCAT (проектные исследования)

Ракеты

• Баллистическая ракета » Шаурья» (ракета) — Индия (начало производства)
• Крылатая ракета BrahMos-II — (в разработке)
• Баллистическая ракета малой дальности 9К720 Искандер Россия (Состоит на вооружении)
• Противокорабельная гиперзвуковая крылатая ракета 3М22 Циркон (в производстве)
• Р-37 (ракета) Гиперзвуковая ракета класса « воздух-воздух» (в строю)
• Х-47М2 Кинжал Гиперзвуковая баллистическая ракета воздушного базирования (в строю)

Другие режимы течения

• Дозвуковой полет
• Трансзвуковой
• Сверхзвуковая скорость

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 больше нельзя игнорировать аналитически, 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.

Небольшое расстояние отрыва от ударов

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 приводит к расширению нижней части пограничного слоя, так что пограничный слой над телом становится толще и часто может сливаться с ударной волной около 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 .

Всё познаётся в сравнении

Как известно, Россия в первую очередь разрабатывает системы гиперзвукового оружия оперативного назначения, предназначенные, главным образом, для поражения морских целей. Именно таким оружием был первенец российского гиперзвука — на базе тяжёлого истребителя МиГ-31 БМ.

РИА Новости
Истребитель-перехватчик МиГ-31К с гиперзвуковой ракетой «Кинжал».

Точно такое же противокорабельное назначение имеет, в основном, и проходящий сейчас испытания универсальный , предназначенный для перевооружения кораблей ВМФ РФ практически всех основных классов — от тяжёлого атомного ракетного крейсера до малого ракетного корабля. Кроме того, «Цирконами» будут оснащены и многоцелевые.

Россия, уделяющая приоритетное внимание именно развитию военно-морских гиперзвуковых вооружений, поступает предельно логично. Потому что потенциальные цели такого оружия, что называется, налицо

Причём в достаточно большом количестве.

Таким образом, с российским гиперзвуком всё достаточно просто и понятно. И это оружие создаётся под вполне конкретные боевые задачи.

А что же Америка? Вопрос отнюдь не праздный! Потому что на море для гиперзвуковых ракет США работы практически нет. Таких крупноразмерных мишеней, как американские авианосцы или УДК, в российском флоте в настоящий момент почти не имеется. А если они даже и появятся, то ключевую роль в российской военной стратегии играть точно не будут. Просто в силу того факта, что РФ по своему географическому положению является огромной межконтинентальной страной, безопасность которой исторически и стратегически обеспечивается в основном на суше. Тогда как США географически межокеанская держава, само существование которой зависит от господства в мировом океане.

navy.mil
Именно против таких крупноразмерных целей и «заточены» российские гиперзвуковые ракеты.

Даже в том случае, если такое оружие в США действительно будет создано, оно ровно ничего не изменит в ситуации на морях. Где российские гиперзвуковые системы в случае их боевого применения смогут лишить Америку её главного козыря в борьбе за мировое доминирование — контроля над мировым океаном. Тогда как американский военно-морской гиперзвук такую стратегического уровня задачу решить никогда не сможет за элементарным неимением стратегически равноценных объектов для поражения.

Если подвести краткий промежуточный итог, то получается, что гиперзвуковое оружие оперативного класса и военно-морского назначения, на разработку которого делают главный упор Россия и Китай, в случае с США практически бесполезно и никаких решающих преимуществ этой державе не принесёт.

И это не только мой личный вывод, но и, судя по всему, мнение высшего военно-политического руководства США. В частности, именно по этой причине практически все находящиеся в разработке гиперзвуковые системы этой страны проходят по ведомству сухопутных войск, или военно-воздушных сил, но не ВМФ США.

Особенности сверхзвукового полета

Переход на сверхзвуковую скорость сопровождается ударной волной, возникающей из-за разницы давления. В случае, если она будет длиться больше секунды, фюзеляж судна может не выдержать подобных нагрузок, что приведет к его крушению. Если посмотреть на преодоление самолетом звукового барьера на видео, то можно заметить, что ударной волной разрушаются практически все стекла жилых домов, расположенных на поверхности земли.

После того как американский летчик Чарльз Йегер сумел впервые преодолеть звуковой барьер, он был поражен воцарившейся в кабине самолета «божественной тишиной». В момент, когда стрелке махметра удается перевалить за отметку 1.0, звуковое давление внутри судна заметно уменьшается. Однако повышается риск деформации фюзеляжа и других частей летательного аппарата.

Чарльз Йегер

На показатели энергетики (интенсивности) скачка уплотнения оказывают влияние условия окружающей среды, конструктивные особенности самолета и скорость его передвижения. Пилотам гиперзвуковых пассажирских лайнеров «Concorde» и «ТУ-144» было дозволено преодолевать звуковой барьер исключительно над поверхностью океана в воздушном пространстве, превышающем на несколько тысяч метров высоту передвижения стандартных летательных аппаратов гражданской авиации.

Вы когда-нибудь слышали хлопок от самолета, переходящего сверхзвуковой барьер?

ДаНет

Проекты в США

В США гиперзвуковые проекты развивались в рамках инициативы Prompt Global Strike. Часть разработок тестировалась в 2011 году и была признана перспективной, но очередные испытания в 2014 году потерпели неудачу. В рамках военного сотрудничества США активно работают с австралийскими военными специалистами. Совместный исследовательский проект называется HIFiRE. В 2017 году на полигонах южного континента прошли успешные испытания, в ходе которых удалось достичь скорости в 7,5 Мах.

Очевидно, что на сегодняшний день военное преимущество, которое получила Россия, введя в строй гиперзвуковое оружие, движущееся с космической скоростью, неоспоримо.

Новые решения

Много лет с тех времен прошло. Много воды утекло. Но, как известно, все возвращается на круги своя. И вот она, старая «советская акула», первый в мире летательный аппарат с такой конфигурацией, становится самой технологичной разработкой в мире.

Конечно, сейчас это совершенно другое «животное». Во-первых, двигатели. Какие там 3 – 4 Маха. Это никого не интересует. 5 -7 – вот достойная цифра. Это и называется гиперзвуком. Хотя тут не надо и «палку перегибать». Дело в том, что при больших скоростях (проект «Армата») за ударной волной, располагающейся перед носовой частью летательного аппарата, возникает зона ионизированного воздуха, который легко фиксируется наземными радиолокационными станциями. И вся невидимость исчезает. А летательный аппарат становится легкой добычей для систем ПВО противника.

Едем дальше. Дальность полета гиперзвуковой ракеты – до Америки. А запуск ее может проводиться с борта стратегического бомбардировщика, находящегося на территории страны под защитой своих ПВО.

А что США? Ну и они не дремлют. Тоже что-то подобное разрабатывают. Ну, и китайцы тоже не дремлют.

Характеристики потока [ править ]

Хотя определение гиперзвукового потока может быть довольно расплывчатым и в целом 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. Шоковый слой
2. Аэродинамический обогрев
3. Энтропийный слой
4. Эффекты реального газа
5. Эффекты низкой плотности
6. Независимость аэродинамических коэффициентов от числа Маха.

Небольшое расстояние отрыва от ударов

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.

Слой энтропии

По мере увеличения числа Маха, то энтропия изменения поперек шока также увеличивается, что приводит к сильному 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 приводит к расширению нижней части пограничного слоя, так что пограничный слой над телом становится толще и часто может сливаться с ударной волной около 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 .

«Это изобретение пороха»

Можно ли считать качественным и количественным скачком то, что сейчас происходит в России в области создания авиационных средств поражения? Вот как ответил на этот вопрос один из ведущих российских военных экспертов, аналитик, редактор издания «Арсенал Отечества» Алексей Леонков:

— Когда Россия освоила технологию управляемого гиперзвукового полета в атмосфере, а это произошло в 2018 году, сразу было понятно, что она на этом останавливаться не будет, — заявил эксперт. — Технология управляемого гиперзвукового полета — это как в свое время технология пороха, которая когда-то перевернула все военное оперативное искусство. С использованием пороха появились новые виды вооружений. Революционная технология создания пороха стала отправной точкой для эволюции развития военного дела в целом.

— С гиперзвуком теперь происходит то же самое?

— Конечно. Управляемый гиперзвуковой полет, который изначально был у нас только на нескольких комплексах, теперь будет переходить и на другие типы вооружений, так как главная задача, которую ставил Верховный главнокомандующий военно-промышленному комплексу, — встречать вероятного противника на дальних рубежах, бить его быстро, высокоточно.

Вот для этого самого «быстро» как раз и предполагались гиперзвуковые комплексы, которые с высокой скоростью должны долетать до своих наземных и воздушных целей. Кстати, у нас уже были комплексы ПВО, имеющие свои ракеты, которые летают на скорости два с половиной километра в секунду. У комплекса С-400 есть целое семейство таких ракет.

— Что нового гиперзвуковые скорости привнесли в современную военную стратегию?

— Раньше у нас главным сдерживающим фактором было только ядерное оружие. Теперь у нас таких фактора два. Второй новый и более перспективный — сдерживание неядерным высокоточным оружием.

К такому оружию относятся известные всем уже комплексы «Циркон» и «Кинжал». Понятное дело, что иметь на вооружении только два типа таких ракет как-то маловато. К тому же у этих комплексов не так уж много носителей. А значит, надо развивать и другие системы. Создавать наземные образцы, расширять линейку воздушных комплексов. «Кинжал» и «Циркон» — это в принципе два вида высокоточного гиперзвукового оружия, которое работает в основном по морским целям. В качестве дополнения к ним, конечно, могут быть добавлены еще и наземные цели. Однако теперь нужно создавать и комплексы, для которых задача прорыва ПВО, усиленной комплексами радиоэлектронной борьбы, будет ключевой.

И такого рода комплексы скоро появятся. Это будут маневренные авиационные ракеты, которые запускаются с авиационных носителей из состава фронтовой и бомбардировочной авиации. И работать они будут по наземным объектам.

Фото из личного архива
Алексей Леонков.

— По каким именно? Что для них окажется в приоритете?

— Самые главные цели для такого рода оружия — это важные объекты военной инфраструктуры противника: штабы, узлы связи, места сосредоточения военной техники, позиции оперативно-тактических ракет и ракет средней дальности, основные коммуникации, к примеру те же самые мосты.

Наши авиационные комплексы получат свой гиперзвуковой арсенал. Он станет своего рода эволюционным развитием тех систем, что мы уже имеем на вооружении. Примерно так же в свое время получили развитие лазерные комплексы, которые сейчас у нас входят как дополняющая часть в противовоздушную оборону.

— Ракеты «Гремлин» и «Острота» как раз такое эволюционное развитие технологии гиперзвукового управляемого полета?

— Да, это как раз эволюционное развитие абсолютно революционных технологий. По-другому гиперзвуковые скорости, пожалуй, и не назовешь. И это в принципе очень правильно потому, что освоение технологий, к которой мы шли почти 50 лет, понятное дело, оказалось очень затратным. Теперь эти затраты должны себя оправдать. И оправданными они могут быть только в качестве надежного защитника российского суверенитета.

Классификация режимов Маха.

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 « околозвуковой режим» существует около M = 1, где приближения уравнений Навье – Стокса, используемых для дозвукового проектирования, больше не применимы, отчасти потому, что поток локально превышает M = 1, даже когда число Маха набегающего потока ниже этого значения.

«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 космических кораблей, работающих в этих режимах, есть возвращающиеся космические капсулы « Союз» и « Дракон» ; ранее эксплуатируемый космический шаттл ; различные разрабатываемые многоразовые космические аппараты, такие как SpaceX Starship и Rocket Lab Electron ; а также (теоретические) космические самолеты .

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

Режим	Скорость	Общие характеристики самолета
Мах Нет	миль / ч	км / ч	РС
Дозвуковой	<0,8	<614	<988	<274	Чаще всего винтовые и коммерческие турбовентиляторные самолеты с большим удлинением (тонкими) крыльями и закругленными элементами, такими как носовая часть и передние кромки.
Трансзвуковой	0,8–1,2	614–921	988–1482	274–412	Трансзвуковые летательные аппараты почти всегда имеют стреловидные крылья, которые задерживают расхождение лобового сопротивления, сверхкритические крылья для задержки начала волнового сопротивления и часто имеют конструкции, соответствующие принципам правила площади Уиткомба .
Сверхзвуковой	1,2–5	921–3836	1482–6174	412–1715	Самолеты, предназначенные для полетов на сверхзвуковых скоростях, демонстрируют большие различия в своей аэродинамической конструкции из-за радикальных различий в поведении потоков жидкости выше 1 Маха. Часто встречаются острые кромки, тонкие профильные сечения и цельнодвижущееся хвостовое оперение / утки . Современные боевые самолеты должны идти на компромисс, чтобы поддерживать управляемость на малых скоростях. «Настоящие» сверхзвуковые разработки включают F-104 Starfighter и BAC / Aérospatiale Concorde .
Гиперзвуковой	5–10	3836–7673	6174–12350	1715–3430	Охлажденная никелевая или титановая кожа; конструкция является высоко интегрированной, а не собранной из отдельных независимо разработанных компонентов, из-за преобладания эффектов интерференции, когда небольшие изменения в каком-либо одном компоненте вызывают большие изменения воздушного потока вокруг всех других компонентов, что, в свою очередь, влияет на их поведение. В результате ни один компонент не может быть спроектирован без знания того, как все другие компоненты повлияют на все воздушные потоки вокруг летательного аппарата, и любые изменения любого компонента могут потребовать перепроектирования всех других компонентов одновременно; маленькие крылья. См. Boeing X-51 Waverider , BrahMos-II , X-41 Common Aero Vehicle , DF-ZF , Hypersonic Technology Demonstrator Vehicle , ракету Shaurya .
Высокогиперзвуковой	10–25	7673–19180	12350–30870	3430–8507	Температурный контроль становится доминирующим соображением при проектировании. Конструкция должна быть спроектирована для работы в горячем состоянии или быть защищена специальной силикатной плиткой или аналогичным материалом. Химически реагирующий поток также может вызвать коррозию обшивки автомобиля, при этом свободный атомарный кислород присутствует в очень высокоскоростных потоках. Примеры включают 53T6 (17 Махов), Hypersonic Technology Vehicle 2 (20 Махов), DF-41 (25 Махов), HGV-202F (20 Махов), Agni-V (24 Махов) и Авангард (27 Махов). Гиперзвуковые конструкции часто имеют форму из-за аэродинамического нагрева, повышающегося с уменьшенным радиусом кривизны .
Скорость повторного входа	> 25	> 19030	> 30870	> 8575	Абляционный теплозащитный экран; маленькие или без крыльев; тупая форма. См. Капсулу повторного входа .

И снова гиперзвук

Окончание холодной войны и развал СССР серьёзно замедлили работы по гиперзвуку. В США в рамках программ Х-43 и Х-51 удалось доказать работоспособность ГПВРД, но ярко проявили себя и другие проблемы. Например, высокий износ материалов двигателя, из-за которого он, по сути, становится одноразовым; малая живучесть ракеты с большой вероятностью разрушения её в полёте, необходимость использования ракетного ускорителя для разгона до скорости в 5 М.

Из-за всех этих проблем разработку гиперзвуковой крылатой ракеты в США свернули.

Гиперзвуковая ракета Х-51 Waveraider разрабатывалась в США в рамках программы Prompt Global Strike, которая обеспечивала вооружённым силам возможность нанесения удара по любой цели на Земле через час после принятия решения

В нашей стране идёт разработка гиперзвуковой противокорабельной ракеты   Циркон», почти аналогичной американской ракете Х-51. Информации в свободном доступе об этом проекте очень мало для каких-либо оценок. Несмотря на бравурные заявления о первых успешных испытаниях в 2018 году, есть сомнения, чтоЦиркон» не столкнётся с теми же проблемами, что и Х-51, и не повторит её судьбу.

Внешний вид ракетыЦиркон» неизвестен, потому реконструируют его обычно какбрата-близнеца» Х-51

Другим путём развития гиперзвука в текущий момент являются гиперзвуковые планирующие боевые блоки ракет. По сути любая современная баллистическая ракета развивает гиперзвуковую скорость(этот факт использовали, чтобы назвать гиперзвуковым оружием обычную ракету воздушного базированияКинжал»), и вопрос тут только в маневрировании. Боевые блоки ещё в 70-е годы научились ограниченно маневрировать в горизонтальной плоскости — теперь пришло время для вертикального манёвра и продолжительного горизонтального планирования.

Схема применения гиперзвукового планирующего боевого блока

У нас и в Китае подобные боевые блоки разрабатываются для МБР, а в США, судя по всему, делают ставку на оснащение такими блоками ракет малой и средней дальности.

Но планирующий боевой блок стоит максимально далеко от гиперзвуковой авиации — у него куда более слабые требования по теплозащите, он не использует своего двигателя для создания тяги. Разве что опыт маневрирования на гиперзвуке мог бы пригодиться для проектов гиперзвуковых самолётов.

На ту же тему
Гиперзвук»: чудо оружие или маркетинговый развод?

Итоги достаточно неутешительны. Разговоров о создании гиперзвуковых самолётов даже не ведётся — всем понятно, что это дело не самого близкого будущего. И неясно, возможно ли вообще создание материалов нужных характеристик для конструирования подобных аппаратов.

У гиперзвуковых крылатых и противокорабельных ракет по-прежнему существуют достаточно серьёзные проблемы, перспективы их совсем не очевидны. И лишь планирующие боевые блоки, судя по всему, готовы встать на вооружение.

Вместо ренессанса гиперзвука получается ровно то же, что и в 60-е, и в 80-е годы — много перспектив, много пиара, но мало работающих решений. И будет ли дальше лучше — неизвестно.

Компоненты гиперзвуковой триады

Помимо «Авангарда», на вооружении ВС РФ уже стоит гиперзвуковой авиационный комплекс Х-47М2 («Кинжал»). Этот комплекс входит в арсенал истребителя-перехватчика МиГ-31. На отдельных участках боеприпас способен развивать скорость выше 5 Махов и поражать цели на дистанции более 2000 км.

В октябре 2020 года начальник Генштаба Вооружённых сил России генерал армии Валерий Герасимов доложил президенту Владимиру Путину об успешных испытаниях третьего вида гиперзвукового оружия — ракеты «Циркон». Во время испытаний ракета, запущенная с фрегата «Адмирал флота Советского Союза Горшков», развила скорость больше 8 Махов и поразила цель в Баренцевом море.

• Крейсер проекта 1144.2 «Адмирал Нахимов»
• РИА Новости

По данным российского оборонного ведомства, «Циркон» войдёт в арсенал атомных подводных лодок проектов 885, 885М, 949АМ и надводных кораблей проектов 22350, 23560, а также будет использоваться при перевооружении крейсера проекта 1144.2 «Адмирал Нахимов» и фрегатов типа «Адмирал Горшков».

Не исключено, что в будущем «Цирконом» оснастят и корветы проекта 20385. Об этом заявил в октябре Владимир Путин во время посещения корвета «Гремящий». В целом ВМФ России начнёт получать «Цирконы» в 2021—2022 годах.

Параметры подобия

Классификация воздушного потока зависит от ряда параметры подобия, которые позволяют упростить почти бесконечное количество тестовых примеров в группы подобия. Для околозвуковых и сжимаемый поток, то Мах и Числа Рейнольдса одни только позволяют хорошо классифицировать многие случаи потока.

Однако для гиперзвуковых течений требуются другие параметры подобия. Во-первых, аналитические уравнения для наклонный угол удара становятся практически независимыми от числа Маха при высоких (~> 10) числах Маха

Во-вторых, образование сильных ударов вокруг аэродинамических тел означает, что набегающий поток Число Рейнольдса менее полезен как оценка поведения пограничный слой над телом (хотя все равно важно). Наконец, повышенная температура гиперзвуковых потоков означает, что настоящий газ эффекты становятся важными

По этой причине исследования в области гиперзвука часто называют аэротермодинамика, скорее, чем аэродинамика.

Введение эффектов реального газа означает, что для полного описания состояния газа требуется больше переменных. В то время как стационарный газ можно описать тремя переменными (давление, температура, индекс адиабаты), а движущийся газ — на четыре (скорость потока), горячий газ в химическом равновесии также требует уравнений состояния для химических компонентов газа, а газ в неравновесном состоянии решает эти уравнения состояния, используя время в качестве дополнительной переменной. Это означает, что для неравновесного потока может потребоваться от 10 до 100 переменных для описания состояния газа в любой момент времени. Кроме того, разреженные гиперзвуковые потоки (обычно определяемые как потоки с Число Кнудсена выше 0,1) не следуют Уравнения Навье – Стокса.

Гиперзвуковые потоки обычно классифицируются по их полной энергии, выраженной как общая энтальпия (МДж / кг), полное давление (кПа-МПа), давление торможения (кПа-МПа), температура застоя (K) или скорость потока (км / с).

Уоллес Д. Хейс разработали параметр подобия, аналогичный Правило области Уиткомба, что позволило сравнивать похожие конфигурации.

Характеристики потока [ править ]

Хотя определение гиперзвукового потока может быть довольно расплывчатым и в целом 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. Шоковый слой
2. Аэродинамический обогрев
3. Энтропийный слой
4. Эффекты реального газа
5. Эффекты низкой плотности
6. Независимость аэродинамических коэффициентов от числа Маха.

Небольшое расстояние отрыва от ударов править

По мере увеличения числа Маха тела плотность за головной ударной волной, 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.

Слой энтропии править

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 править

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 приводит к расширению нижней части пограничного слоя, так что пограничный слой над телом становится толще и часто может сливаться с ударной волной около передней кромки тела.

Высокотемпературный поток править

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 лучистому тепловому потоку .

«Понадобится ещё много времени»

Опрошенные RT эксперты полагают, что это «успешное», по словам американских военных, испытание гиперзвуковой ракеты не сильно приближает Вашингтон к производству такого оружия.

По мнению директора Центра военно-политических исследований МГИМО Алексея Подберёзкина, до введения этих ракет в строй могут пройти ещё долгие годы.

• Прототип гиперзвуковой ракеты США
• Reuters

Как отметил в беседе с RT военный эксперт, старший научный сотрудник НИУ ВШЭ Василий Кашин, несмотря на то, что США реализуют программу HAWC, для подготовки к серийному производству нового гиперзвукового оружия США нужно организовать и успешно провести целый цикл испытаний.

«Это только одна из таких попыток, которая, как сообщает Вашингтон, завершилась успешно. Она равнозначна лишь одному шагу Вашингтона на пути к производству гиперзвукового вооружения», — сказал аналитик.

Эксперты также отмечают, что наряду с такого рода заявлениями Пентагона об успешных испытаниях гиперзвуковых вооружений в ведомстве нередко сообщают и о проблемах в этой сфере. Звучат в Минобороны Соединённых Штатов и многочисленные призывы ускорить работу над гиперзвуковым оружием, отметили аналитики.

А между тем в Америке…

Пентагон

25 августа 2021 г. исследовательская служба Конгресса США (Congressional Research Service) обнародовала обновление регулярного отчётного доклада «Гиперзвуковое оружие: Справочная информация и вопросы для Конгресса».

Ознакомившись с этим документом, можно сделать вывод, что в сфере разработки гиперзвука США отстают от России примерно на одно десятилетие.

Для преодоления разрыва с ушедшими вперёд «русскими» Минобороны США запросило на следующий 2022-й финансовый год около 4 миллиардов долларов на программы создания гиперзвукового оружия и примерно 250 миллионов на программы ПВО против гиперзвукового оружия. В текущем году на эти цели американцы уже потратили более 3 миллиардов долларов на развитие гиперзвука и 207 миллионов на создание комплексов ПВО.

В этой связи можно сделать вывод, что за один год у нашего потенциального «не-друга» произошло наращивание объёмов финансирования на 18-20 %.

Американская пресса пытается ретушировать сложившуюся тревожную для «мирового гегемона» ситуацию. В сентябре текущего года в солидном журнале National Interest появилась статья бывшего сотрудника Пентагона в области логистики и технологий, а в настоящее время военного обозревателя Криса Осборна. В своей публикации, посвящённой гиперзвуку, он подчёркивает, что Москва располагает «впечатляющими образцами гиперзвукового оружия». Тем не менее, Осборн выражает надежду, что США быстро нагонят ушедшую вперёд Россию, а российское решающее преимущество почему-то называет «временным» и «тактическим». Что ж, объективности от такого автора ожидать трудно.

С Осборном полностью согласен и Роберт Страйдер, заместитель руководителя американского проекта «Гиперзвук». Он выступил 11 августа на симпозиуме по вопросам развития космических и ракетных программ в области обороны. Событие состоялось в городе Хантсвилл, штат Алабама. В своём докладе Страйдер сообщил о различных американских гиперзвуковых комплексах. Правда, высокопоставленный американский специалист забыл упомянуть, что каждый из них находится пока в зачаточном состоянии.

Особый акцент Страйдер сделал на LRHW — гиперзвуковом ракетном комплексе дальнего действия. Каждая пусковая установка будет нести по две гиперзвуковых ракеты. Соответственно, одна батарея будет обладать потенциалом в 8 боевых единиц. Комплекс должен быть укомплектован боевым блоком C-HGB (Common Hypersonic Glide Body). Впрочем, никакой точной информации по этому поводу Пентагон не раскрывает.

А как обстоят дела с защитой от гиперзвукового оружия? Тут впору удивиться: как можно разрабатывать защиту от технологии, которой ещё не владеешь? Но американцев, похоже, такие мелочи не смущают. Главное, выделить побольше денег: всё остальное как-нибудь да приложится.

В области обороны от гиперзвука США явно делают ставку на ближний космос. Ещё в 2019 г. было предусмотрено выделение средств на разработку и развёртывание в космосе новой спутниковой группировки раннего предупреждения для борьбы с «угрозой гиперзвуковых и крылатых ракет». А в июне 2020 г. Пентагон уже породил детальную «Стратегию обороны в космосе», предусматривающую развитие существующей с девяностых годов космической программы SBIRS для обнаружения пусков гиперзвуковых ракет. Проект якобы уже функционирует и должен быть завершён к концу 2022 г. По этому поводу всё же стоит заметить, что орбитальная спутниковая группировка STSS (основа SBIRS) всё ещё не укомплектована. Изначально предполагалось, что она будет обладать 24 аппаратами.

То есть увидеть старт гиперзвуковой ракеты Пентагон, возможно, через 12 месяцев и сумеет, а вот перехватить — нет, так как для уничтожения гиперзвукового объекта надо обладать ракетой, также летящей с гиперзвуковой скоростью.

Опасность гиперзвука

Почему так много говорят о гиперзвуке? А потому, что на сегодняшний день от этого оружия нет защиты. И вообще оборонительные вооружения всегда отставали от наступательных. И никакой стопроцентной гарантии защиты не давали.

Летающий монстр хоть и громаден, но со стратегическим бомбардировщиком его по размерам не сравнить. Потому и заметить его на радиолокационных станциях очень трудно. Плюс скорость и высота полета — не космос, где все видно, а самые высокие слои атмосферы.  Плюс возможность менять траекторию и совершать маневры. Если кто не помнит как это может быть – посмотрите «мультфильм Путина» про современные российские вооружения, который он в прошлом году перед выборами показывал членам Федерального собрания России и всему миру.

В какой стадии находятся разработки гиперзвукового оружия и когда оно сможет поступить на вооружение – широкой публике непонятно. Военная тайна, знаете ли! Пресса много чего пишет, но это так – информационные вбросы потенциальных противников, которым верить особенно не стоит. К тому же провести успешные испытания – это одно, а запустить изделие в серию и создать всю необходимую инфраструктуру для его использования в боевых целях – совсем другое.

Но, рано или поздно гиперзвуковые ракеты на самом деле поступят на вооружение. К сожалению, скорее всего рано, чем поздно. Почему «к сожалению»? Потому это  действительно страшное оружие, над разработкой  которого трудятся не  только в России. Радует, что во всей этой истории гиперзвука мы были первыми. И тут возникает чувство причастности к народу, который мог, и мы надеемся, еще сможет, быть «впереди планеты всей». И хотелось бы, чтобы не только в области вооружений!