Hypersonic "Tu"
"DP"
1958, OKB A.N. Tupolev fick ett uppdrag att bedriva forskningsarbete på ämnet "DP" - Far Planning. Enligt kundens ursprungliga idé skulle DP-flygplanet användas som det sista steget i flyg-missilangreppssystemet. Boosterraketen (nästan alla dåvarande medel- och långdistansmissiler erbjöds för denna roll) tog flygplanet in i det atmosfäriska utrymmet, där det lossade och gick självständigt till målet i obemannat läge. Enligt resultaten av studien kom Tupolev-designerna till slutsatsen att den optimala höjden på frånkopplingen är 80-100 kilometer, beroende på avståndet till målet. Designen av den projicerade "DP" var nyfiken. På grund av enhetens höga hastighet efter att den skiljts från raketen, beslöts det att slutligen överge alla underhållsmotorer (därav "planeringen" i indexet), och för att säkerställa systemens funktionsduglighet, var det tänkt att flygplanet skulle vara utrustad med en uppsättning elektriska batterier och komprimerade gasflaskor.
Combat load "DP" utvecklades ursprungligen i två versioner. Enligt den första, i rätt ögonblick på hög höjd, släpptes en kärnladdning och planet, som lämnade dyket, gick "hem". Att säkerställa en acceptabel precision för att träffa målet i detta fall var dock milt sagt inte lätt. Dessutom skulle flygplanet knappast ha stått emot den överbelastning som uppstår vid utgången från ett dyk. Därför övergavs det första alternativet och började arbeta med det andra. Enligt honom var stridsspetsen en del av designen av flygplanet. Att detonera stridsspetsen kommer naturligtvis att förstöra flygplanet, men det är möjligt att skapa ett mycket mer exakt leveranssystem.
DP-projektet såg mer än lovande ut för sin tid. För det första mutades militären av träffens riktighet. Den var betydligt högre än den för dåvarande ballistiska missiler. För det andra, redan då var det klart att snart alla ledande länder skulle börja skapa antimissilförsvarssystem, och den avsedda flygprofilen för DP såg ut som en luftvärnsmanöver av ett bombplan. Genom att använda DP-flygplanet för leverans av kärnladdningar skulle det följaktligen vara möjligt under flera år eller till och med årtionden att inte oroa sig för fiendens missilförsvarssystem.
Forskning och preliminär designarbete på ämnet "DP" tog mer än tre år. Förutom Tupolev Design Bureau var TsAGI, VIAM, LII och många andra organisationer anställda i dem. Det är förståeligt, förutom direkt strukturella frågor var det nödvändigt att lösa ett antal relaterade. Sålunda krävde höga flyghastigheter i den sista delen av banan värmebeständiga hudmaterial och en kraftuppsättning, och flygkroppen och vingkonturerna var tvungna att ge aerodynamisk aerodynamik, men samtidigt inte öka uppvärmningen av strukturen. Slutligen var det nödvändigt att analysera alla möjliga flygbanor och välja den mest lämpliga bland dem med avseende på ett antal parametrar. Under dessa arbeten byggdes bland annat flera experimentella enheter, på vilka vissa teknologier och idéer testades.
"130"
Alla experimentflygplan tillverkades som en del av 130-projektet (Tu-130). Av ett antal anledningar beslutades det att ta med experiment om ballistiska hypersoniska ämnen i ett separat projekt. Redan under arbetet med projektet "130", först och främst kontrollerade de återigen det aerodynamiska schemat för den framtida experimentella apparaten. Det klassiska schemat med en vinge och svans, "anka", svanslös, flygande vinge etc. övervägdes. Ett intressant faktum är att TsAGI vid den tiden ännu inte hade hypersoniska vindtunnlar. Därför måste testerna utföras i en specialdesignad installation, där modellen accelererades med hjälp av en speciell pistol. Som ett resultat av utrensningarna erkändes det svanslösa schemat med en viss sken av det som nu kallas bärarkroppen som optimal. Stabilisatorer placerades i stjärtsektionen. Efter att ha valt den huvudsakliga arbetsriktningen skapade Tupolev-designerna flera modeller av 130 flygplan i olika konfigurationer. De var utrustade med rejäla raketmotorer och mätutrustning. Dessa modeller lanserades från flyglaboratoriet Tu-16LL. I flera flygningar var det möjligt att sprida den experimentella layouten till en hastighet nästan sex gånger högre än ljudets hastighet.
I slutet av det 59:e året tog forskningen ett slut och Tupolev Design Bureau började skapa de faktiska 130 flygplanen. Som grund för det tog man en svanslös modell med stödjande kropp och svans. I allmänhet skilde sig den aerodynamiska layouten av Tu-130 i full storlek inte mycket från modellen som "vann tävlingen." Den enda märkbara förändringen gällde den vertikala kölen: en liten stabilisator installerades på dess övre del. Som ett resultat av detta började de 130 flygplanen se ut så här: en semi-elliptisk flygkropp 8,8 meter lång i tvärsnitt, ett stabilisatorvingespann på 2,8 m och en höjd av 2,2 m. Endast två stabilisatorvingar och två kölar är fästa på flygkroppens yttre yta. Elever placerades över hela vingspannet med ett svep på 75°. På kölarna fanns inga roder, men på deras sidoytor fanns fyra bromsklaffar. Borttagningen av flikarna i strömmen skedde enligt principen om sax. Det mesta av kraftaggregatet och flygplanshuden föreslogs vara gjorda av värmebeständiga stållegeringar. Flygplanets vingspetsar, kölar och frontkåpan var fodrad med ett speciellt grafitmaterial.
I det här skedet återgick vi återigen till idén om ett returfordon. Från och med projektet i början av 1960 skulle flygningen ske enligt följande. Uppskjutningsfarkosten lyfter flygplanet "130" till en höjd av cirka 90-100 kilometer och tappar det. I detta ögonblick korrigeras flygplanets bana och sedan planerar det mot målet. Med en initial flyghastighet på cirka M = 10 kan flygräckvidden nå fyra tusen kilometer. Utrustningen ombord gjorde det möjligt att justera flygparametrarna flera gånger under flygningen, men under testperioden beslutades att begränsa sig till endast en justering efter separation från raketen. I slutet av flygningen var det meningen att "130" skulle sakta ner genom att gå i stigning och öppna bromsklaffarna. Så snart hastigheten sjönk till ett acceptabelt värde, kastades en fallskärm ut ur svansdelen av apparaten, som först fungerade som en broms och sedan som en landning.
Från början var det planerat att bygga fem prototyper av hypersoniska glidflygplan, som lades ner i slutet av den 59:e. Några månader senare var det första flygplanet klart och installationen av styr-, kyl- och mätutrustning påbörjades vid pilotanläggningen. Samtidigt, i OKB-586 under ledning av M.K. Yangel förfinade R-12-raketen. För att installera 130-flygplanet var det nödvändigt att placera en ny dockningsstation på den, samt att stärka strukturen på grund av den ökade massan av utgående last.
Tupolev och Yangel Design Bureau hade redan börjat förbereda sig för den första uppskjutningen av R-12-raketen med Tu-130 "ombord", men redan i februari 1960 gavs det hypersoniska flygplansprojektet till designteamet under ledning av V.N. Chelomeya.
In i rymden!
Men stängningen av Tupolev-projektet "130" begravde inte all utveckling av designbyrån på ämnet hypersoniska flygplan. Bara några år efter överföringen av "130" till Chelomey fortsatte arbetet med den ideologiska fortsättningen av "DP" och "130". Under andra hälften av sextiotalet dök en ny riktning upp inom flygindustrin, som det verkade då, universell och mycket lovande. Dessa var flygplan (VKS). Den nya riktningen lovade att tillhandahålla både militär och civil utrustning på en ny nivå, vilket har ett betydande antal fördelar jämfört med den befintliga. Så utanför atmosfären kan du uppnå mycket högre hastigheter än i luften, och start och landning "som ett flygplan" bör avsevärt minska kostnaden för flygningen. Dessutom kan ett rymdplan också användas för att skjuta upp rymdfarkoster i låga banor.
Sedan 1968 har Tupolev Design Bureau arbetat med flera VKS-projekt med olika layouter, startvikter och kraftverk. Så startvikten för lovande fordon varierade från 250 till 400 ton, och inte bara traditionella flytande raketmotorer utan även kärnkraftsmotorer med väte som arbetsvätska erbjöds som ett kraftverk. Naturligtvis, från dagens synvinkel, ser sådana projekt ut som ren fantasi, men i slutet av 60-talet ansågs de vara riktigt lovande och ganska verkliga. Men tyvärr var det bara ingenjörer som såg dem som verkliga. Den potentiella kunden, representerad av försvarsministeriet, föredrog redan behärskade missiler framför flygplan. Därför, enligt inget av VKS-alternativen, började Tupolevs designbyrå inte normalt designarbete.
Det är dock osannolikt att bara militärens tröghet hade en skadlig effekt på Tupolev VKS:s öde. Till exempel är en kärnraketmotor, även med dagens standarder, framtidens teknik, för att inte tala om det sena 60-talet. Förutom teknisk komplexitet hade de en rad andra problem. Den mest påtagliga av dem är jetströmmens radioaktivitet. På grund av detta måste starten av ett kärnkraftsdrivet flygplan ske antingen i ett speciellt utsett område (det är osannolikt att någon kommer att tillåta detta), eller med hjälp av ytterligare motorer. För detta föreslog Tupolev Design Bureau att använda en specialdesignad turbojetmotor som körs på flytande väte. Å ena sidan eliminerade sådant bränsle behovet av att tanka flygplanet med två bränslen samtidigt, men å andra sidan måste en sådan motor skapas nästan från grunden. Som referens: den första flygningen av ett flygplan med en motor med flytande väte - Tu-155 - ägde rum först 1988.
Lyckligtvis var utvecklingen i ämnet för videokonferenser inte förgäves. Samma Tu-155 kanske inte ens hade dykt upp om några studier inte hade utförts på företagen Tupolev och Kuznetsov angående utsikterna för kryogent bränsle. Och för närvarande anses flytande väte vara en av de mest lönsamma lovande typerna av bränsle, inklusive för flygplan.
Orbital flygplan
Den sovjetiska militärens intresse för flyg- och rymdsystem dök upp först i slutet av sjuttiotalet - början av åttiotalet. Då blev det känt att skapandet av rymdfärjan var i full gång i USA och det sovjetiska försvarsministeriet behövde en liknande anordning. I slutet av första hälften av 80-talet förberedde Tupolev Design Bureau, i samarbete med ett antal organisationer, ett paket med dokument om utseendet på ett lovande flygplan. Under forskningen om ämnet utvecklades tre huvudkoncept för videokonferenser, som skilde sig från varandra i både design och operativa funktioner. I synnerhet, även om starten, föreslogs tre alternativ:
- Oberoende horisontell start från flygfältet med sitt eget landningsställ eller en speciell boostertruck;
- start med hjälp av en bärare som för det orbitala flygplanet till önskad höjd och hastighet;
- start med hjälp av ett supertungt transportflygplan (startvikt på cirka 1,3-1,5 tusen ton) och efterföljande oberoende acceleration.
Situationen var liknande med andra aspekter av driften av ett enstegs orbitalflygplan (OSA). Enligt resultaten av matematisk modellering av alla tre alternativen erkändes dock start med hjälp av ett bärarflygplan som den mest fördelaktiga när det gäller möjlig nyttolast och maximal omloppshöjd. Som ett kraftverk för OOS övervägdes från början en kombination av vätske- och ramjetmotorer. Flytande var tänkt att utföra den initiala accelerationen av miljöskyddet, varefter mer ekonomiska raka genomgångar slogs på. Redan i det preliminära konstruktionsstadiet måste dock ramjeten överges. Faktum är att det vid den tiden inte var möjligt att göra en lämplig inmatningsanordning för en sådan motor. Det var planerat att direktflödesmotorer skulle slås på med hastigheter på minst M = 5 ... 7, och det fanns ingen utveckling av luftintag konstruerade för sådana hastigheter vid den tiden. Jag var tvungen att lämna bara flytande motorer. Flytande väte ansågs vara det mest effektiva bränslet och flytande syre föreslogs som oxidationsmedel. Det är anmärkningsvärt att det var dessa typer av bränsle och oxidationsmedel som först och främst valdes av ekonomiska skäl - produktionen av flytande syre hade länge etablerats, och stora investeringar krävdes inte för massproduktion av flytande väte.
Designen av Tupolev OOS påminde lite om 103-projektet. Samma svanslösa med låg vinge. OOS ogivalvingen hade dock ett utvecklat rotinflöde och istället för två kölar fanns det bara en. I allmänhet såg OOS mer ut som Buranskeppet än dess direkta förfader. Intressant aerodynamik för projektet. Så den s-formade vingprofilen var den mest effektiva vid subsoniska hastigheter. Som planerat av designerna, när man flyger i subsonisk hastighet, skapades lyft av vingen. Vid passage genom ljudvallen minskade vingens effektivitet kraftigt och flygplanet hölls i luften på grund av flygkroppen med en karakteristisk platt botten och vingens form i plan. För att kontrollera miljöskyddet hade den elevoner i bakre delen av vingen och ett tvådelat roder på kölen. Dessa roder skulle användas för manövrering i under- och överljudshastigheter. Under övergången till hypersonisk, såväl som i omloppsbana, var vätskemotorer med låg effekt avsedda att styra manövrar. I den bakre flygkroppen fanns tre LRE med en designdragkraft på 200 ton vardera, och i den centrala sektionen fanns ett separat fack för bränsle- och oxidationstankar.
För att skydda utformningen av apparaten och lasten från höga temperaturer som uppstår vid rörelse med hypersoniska hastigheter föreslogs att de yttre delarna av flygplanet skulle tillverkas av olika material med olika motstånd mot termiska belastningar. Så som material för flygkroppens nos, vingspetsar och kölen (temperatur upp till 2000 °), föreslogs en kolfiberkomposit förstärkt med karborundum och kiseldioxid. De återstående ytorna skulle skyddas med borosilikatbelagda keramiska plattor, med tjockleken på plattorna och beläggningen beroende på placeringen av den aktuella plattan.
Den beräknade startvikten för OOS fastställdes till att ligga inom 700 ton, varav tio var nyttolaster. Självlandning av OOS var tänkt att ske med en hastighet av 240-250 km/h. Som redan nämnts fanns det i början av arbetet ingen konsensus om startmetoden. Senare bestämdes det dock att lyft i luften med hjälp av ett transportflygplan skulle vara det mest lönsamma alternativet. Tillsammans med andra företag genomförde Tupolev Design Bureau forskning om utsikterna för ett bärarflygplan. OOS startvikt på 700 ton krävde en motsvarande gigantisk bärare. I olika versioner av bäraren var dess totala vikt lika med, eller till och med översteg, startvikten för ett orbitalflygplan. Alltså vägde hela systemet före start 1600-1650 ton. Du kan föreställa dig dimensionerna av ett sådant monster.
Projekt 2000
Från och med mitten av 80-talet krävde det fortsatta arbetet med projektet, varefter det skulle vara möjligt att börja testa, minst 7-8 år. En 10-årsperiod såg mer realistisk ut. Samtidigt, i juli 1986, utfärdades en regeringsförordning som krävde skapandet av ett praktiskt flygplan. På grund av omöjligheten att omedelbart bygga ett OOS av full storlek och massa, bestämde sig Tupolevs för att göra ytterligare ett mindre flygplan. Han fick namnet Tu-2000A och var tänkt att ha en maximal startvikt på mindre än hundra ton.
Det här planet var inte tänkt att gå i omloppsbana - det skulle helt enkelt inte ha tillräckligt med bränsle och motorkraft - men detta var inte dess syfte. Tu-2000 designades för att bli ett flygande laboratorium för att testa bemannad flygning på höjder över 25-30 kilometer och hastigheter i storleksordningen M=6. För acceleration till hypersoniska hastigheter föreslogs återigen ramjetmotorer med flytande väte i kombination med turbojetmotorer.
Den andra versionen av det nya projektet med Tu-2000B-index hade två och en halv gånger mer startvikt och stora dimensioner. Det var på grundval av detta projekt som man i framtiden planerade att tillverka strids- och passagerarfordon. Till exempel gav sex ramjetmotorer med en hastighet av M = 6 och en höjd av 30 km en beräknad räckvidd på minst 10 tusen kilometer. Nyttolasten för Tu-2000B i båda versionerna nådde 10-12 ton.
För den framtida Tu-2000A tillverkades en vinglåda, några flygkroppselement och ett antal bränslesystem. Men 1992, på grund av bristande finansiering, måste projektet frysas. Tyvärr ledde den ekonomiska situationen i landet redan på nittiotalet till att båda versionerna av Tu-2000 och OOS-projektet stängdes. Som nämnts ovan var konstruktionen av den senare möjlig i mitten av 90-talet. För Tu-2000 bestämdes den ungefärliga perioden för den första flygningen till 13-15 år efter arbetets början. Med andra ord var det meningen att Tu-2000A skulle gå för flygprov under första hälften av 2000-talet. Men hittills har det inte hänt. Dessutom finns det all anledning att tvivla på att JFO- och Tu-XNUMXA-projekten någonsin kommer att återupptas.
Inget perspektiv...
På grund av ett antal inte särskilt trevliga evenemang, nästan ett halvt sekels erfarenhet och utveckling av Design Bureau. EN. Tupolev inom området hypersoniska flygplan för olika ändamål visade sig vara outtagna. Och, vilket inte tillför optimism, nedläggningen av projekten DP, 130, OOS och Tu-2000 hade en dålig effekt inte bara på den ryska flygindustrins framtid. För närvarande, med tanke på avvecklingen av de amerikanska skyttlarna, har frågan om en återanvändbar rymd-"lastbil" blivit särskilt akut. Över hela världen kämpar olika designbyråer med detta problem, men hittills har små framsteg setts. Värdig design erbjuds, men tyvärr har de ännu inte de egenskaper som hårt arbetande skyttlar eller den sovjetiska Tu-2000B som aldrig flög.
Enligt webbplatserna:
http://alternathistory.org.ua/
http://vadimvswar.narod.ru/
http://airbase.ru/
http://airwar.ru/
http://www.sergib.agava.ru
informationen