Рам-ускоритель

Прямоточный ускоритель — это устройство для ускорения снарядов или просто одного снаряда до чрезвычайно высоких скоростей с использованием циклов движения, подобных реактивному двигателю, на основе процессов сгорания прямоточного или прямоточного воздушно-реактивного двигателя . Считается, что с помощью этой технологии можно осуществить неракетный космический запуск .

Он состоит из длинной трубки (цилиндра), наполненной смесью горючих газов, с хрупкой диафрагмой на обоих концах, удерживающей газы. Снаряд выстреливается другим средством (например, легкогазовой пушкой или рельсотроном ) на сверхзвуке через первую диафрагму в трубу. Затем снаряд сжигает газы в качестве топлива, поскольку он имеет форму сердечника прямоточного или прямоточного воздушно-реактивного двигателя, и ускоряется под воздействием реактивной тяги. Другая физика вступает в игру при более высоких скоростях.

Описание

В обычном прямоточном воздушно-реактивном воздушном двигателе воздух сжимается между шипообразным центральным корпусом и внешним кожухом, топливо добавляется и сжигается, а высокоскоростные выхлопные газы расширяются со сверхзвуковой скоростью из сопла для создания тяги. В прямоточном ускорителе снаряд, имеющий форму, аналогичную центральному корпусу ПВРД, выстреливается (часто из обычного пистолета) в ствол ускорителя, вызывая сжатие между снарядом и стенками ствола. В стволе находится предварительно перемешанная газообразная топливно-воздушная смесь. Когда снаряд таранного ускорителя сжимает топливно-воздушную смесь, она воспламеняется и горение стабилизируется у основания снаряда. Результирующий перепад давления создает огромную тягу, которая может разогнать снаряды до числа Маха в трубе, превышающего 8. Таким образом, если пороховые смеси со скоростью звука 1000 м/с (например, богатые топливом _{H 2} -O ₂ смеси ) возможны начальные скорости свыше 8000 м/с.

Чтобы охватить широкий диапазон типовых плунжерных ускорителей, для поддержания высоких характеристик используются несколько ступеней с порохами с разной скоростью звука. Для изоляции пороховых ступеней используются мембраны или диафрагмы, которые легко пробивают снарядом. Каждая секция заполняется разной топливно-воздушной смесью, выбранной так, чтобы последующие секции имели более высокие скорости звука. Таким образом, поршень может поддерживать оптимальную скорость 3–5 Маха (относительно смеси, через которую он проходит) в течение всего периода ускорения. Рамные ускорители, оптимизированные для использования сверхзвуковых режимов горения, могут развивать еще более высокие скорости (6–8 Маха) благодаря способности сжигать топливо, которое все еще движется со сверхзвуковой скоростью.

Тестирование

Снаряды ГПВРД испытывались в рамках проекта HARP в 1960-х годах. ^{[ нужна ссылка ]}

Преимущества

Главным преимуществом таранного ускорителя перед обычным пистолетом является его масштабируемость. В обычном пистолете максимальное давление оказывается в момент воспламенения заряда. По мере того, как снаряд движется дальше по стволу, величина ускорения снаряда уменьшается по мере расширения газа позади него, в конечном итоге достигая достаточно тривиальных величин, поэтому более длинный ствол больше не оправдан. (см. статью Внутренняя баллистика ) . При использовании таранного ускорителя снаряд приводится в движение в основном за счет давления, создаваемого реакцией пороховых газов, горящих сразу за снарядом. Это приводит к постоянному давлению как на пистолет, так и на сам снаряд. Следовательно, возможны гораздо более длинные стволы, чем у обычных орудий, при этом обеспечивающие сильное постоянное ускорение снаряда.

Использование

Ram-ускорители были предложены как дешевый метод доставки полезных грузов в космос. Импульсивно запускаемым снарядам необходимы какие-то средства для округления их траектории для вывода на орбиту, поэтому ракеты , например, разработанные в 1960-х годах в рамках проекта HARP , обычно включаются в состав снарядов. Стоимость запуска многоступенчатых ракетных снарядов в 2004 году оценивалась в 500 долларов США за килограмм. ^{[ нужна ссылка ]}

Технология таранного ускорителя также была предусмотрена для военного применения, например, для нанесения ударов и перехвата на сверхдальние расстояния против стационарных и движущихся угроз. Тот факт, что снаряд ускоряется и движется с очень высокими скоростями, делает его идеальной альтернативой противокорабельной борьбе, давая ему возможность уклоняться от систем защиты. Только такие системы, как рельсотроны, могут обладать такими поразительными способностями против угроз повышенной готовности. Такие снаряды можно было бы даже интегрировать в сами рельсотроны, чтобы обеспечить еще большее ускорение при более низкой стоимости и эффективности против широкого спектра целей.

К технологиям, связанным с таранным ускорителем для прямого космического запуска, относятся: двухступенчатые газовые пушки ( SHARP ), газовые пушки с многократным впрыском в боковые стенки (JVL), рельсотроны и койлганы .

В настоящее время поршневые ускорители используются в основном для исследований сверхзвукового горения. оружие аварийной пушки Научно-фантастическое было создано на основе таранных ускорителей.

См. также

Внешние ссылки

патент США 10132578 , Карл Ноулен; Адам Брукнер и Эндрю Дж. Хиггинс и др., «Ускоритель с перегородками», выпущено 20 ноября 2018 г., передано Вашингтонскому университету.
Рам-ускоритель | Вашингтонский университет , заархивировано из оригинала 3 сентября 2018 г. , получено 7 декабря 2018 г.
Поуп, Грегори Т. (1 марта 1994 г.), «Скорость тарана» , журнал Discover , получено 13 февраля 2009 г.