Вашему вниманию представлен проект гиперзвукового летательного аппарата(ГЗЛА) с вертикальным взлетом и посадкой(ВВП) основанный на новом виде двигателя волновой природы это волновой воздушно-реактивный двигатель (ВВРД) с кумулятивным эффектом разгона воздуха вместо традиционного турбореактивного двигателя (ТРД).
Установка отличается другим принципом воздушного реактивного двигателя она не содержит винтов и турбин, а имеет механическую волну. Принцип работы двигателя заключается в следующем механическая волна состоящая из телескопических пластин перемещается вдоль двигателя с любой скоростью доступной приводам этой волны вдоль самого двигателя вытесняя воздух из одного конца двигателя в другой создавая реактивную тягу. Аналогия принципа это как морская волна перемещает морского серфера по поверхности моря. Скорость перемещения волны определяется длинной двигателя, вертикальной амплитудой телескопический пластин, длинной самой волны и скоростью приводов телескопический пластин. Скорость движения волны может достигать десятков тысяч километров в час и более. В самом двигателе нет физических частей, деталей, движущихся с скоростью десятков тысяч километров в час, а перемещается с такой скоростью только форма волны (виртуальный поршень) по двигателю которую формируют телескопические пластины находящиеся в тоннелях в которых волны и вытесняют воздух. Для пояснения физики работы двигателя можно привести такую аналогию если на ровный пол параллельно ему падает 5 метровая плита со скоростью 10 м/с ,а до пола остается 0.1 метра то она достигнет его через 0.01 секунды тем самым воздух находящийся в центре под плитой будет вытесняться со скоростью 250 м/с и больше.Поскольку воздуху требуется преодолеть 2.5 метра до края плиты всего за одну сотую секунды.Тем же процессом воздух вытесняется в двигателе.
Двигатель многосекционный для режимов висения и низкоскоростного полета. Каждая секция сама по себе короткий низкоскоростной двигатель с малой длинной волны, соединяясь образуют один длинный маршевый двигатель с большой длинной волны для высокоскоростного полета.
В ГЗЛА маршевые двигатели идут вдоль корпуса аппарата рассоединение дает возможность легко направить вектор тяги этих двигатель поворачивая их вокруг поперечной оси в сторону земли для взлета с возможностью управления вектором тяги. Разделение на 6-12 секций добавляет еще одно преимущество важное для зависании ГЗЛА увеличивается массовый расход воздуха 4-6 раз что дает суммарное увеличение тяги двигателей в 2-2.5 раза при той же мощности 700 л.с. - 1100 л.с. гибридной силовой (энергетической) установки. Еще одна функция разделения маршевого двигателя на секции и их раздвигания в сторону носовой части аппарата этим действием совмещается фокус подъемной силы двигателей с центром масс летательного аппарата без этого висение было бы невозможно. В целом скорость ГЗЛА ограничивается только мощностью энергетической установки, запасом топлива и тепловым барьером аппарата сам ВВРД не имеет принципиальный ограничений на скорость движения в отличии от турбореактивного с его предельными тремя скоростями Маха(звука). Если брать поршневые энергетические установки при наличии компрессора с степенью сжатия десятки раз из-за низкой плотности атмосферы на больших высотах полета то скорость ограничится 2-3 Махами причина невозможность охлаждать установку набегающим потоком он уже будет горячим больше 200 градусов Цельсия. Газотурбинная установка позволит поднять скорость до 4-7 Махов.
Дальнейший набор скорости при маломощных энергетических установках возможен после достижения скорости 2-3 Маха за счет динамического сжатия набегающего потока можно использовать ВВРД в режиме гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя(ГПВРД). Энергетическая установка и приводимые ей механические волны останавливаются образуя собой конструкцию сверх или гиперзвукового ПВРД с воздухозаборником, камерой сгорания, соплом адаптируя свою форму под нужное число Маха. В этом режиме топливо подается непосредственно в камеру сгорания, ГЗЛА продолжает разгон до 17 махов в зависимости от вида топлива теоретический же предел ГПВРД первая космическая скорость.
К плюсам двигателя можно отнести низкую шумность. Высокую безопасность поскольку двигатель имеет небольшую кинетическую энергию запасенную в работающих деталях, что благоприятно отразится в случае его разрушения не будет разлетающихся частей имеющих скорости в тысячи километров час которые могут повредить летательный аппарат или ранить людей. Приемистость двигателя следствие низких рабочих скоростей деталей. Легкий реверс тяги достаточно волну двигать в обратную сторону.
Отдельно стоит отметить легкость пилотирования и высокую безопасность аппарата обусловленную большим количеством секций ВВРД с значительным запасом резерва тяги каждого двигателя на случай отказа каких либо ВВРД в режиме висения. Аналогичный запас мощности у энергоустановок на чрезвычайном режиме работы. Аппарат допускает безопасное касание зданий и даже столкновение на скорости до 20-30 км/ч не приведет к падению.
В случае небольшого летательного аппарата длинной 8-10 метров шириной 2-2.5 метра (как на видео) , колесных шасси, складывающихся крыльях возможно создать гиперзвуковой летающий автомобиль вертикального взлета и посадки на 2-3 пассажира пригодный для движения на дорогах общего пользования для небольших поездок, что может повысить удобство его эксплуатации. Стоимость первой итерации массового поршневого аппарата для скоростей 2000-2500 км/ч на линиях конвейерной сборки аналогичным автомобильным без режима ГПВРД, применения экзотических тугоплавких сплавов и керамик,а на автомобильных материалах и компонентах составит порядка миллиона долларов.
Волновая путевая структура это отдаленная перспектива аналог Hyperloop только она создает форвакуум кратковременно на локальном участке и перемещает эту каверну с форвакуумом вместе с подвижным составом. Преимущества нетребовательна к герметичности пути, отсутствие шлюзов на станциях, возможность выйти наружу пассажирам в случае аварийной остановки подвижного состава на любом участке пути и эффективно использовать недорогой магнитный подвес на постоянных магнитах либо использовать воздушную подушку.
Принцип работы первый механический волновой контур медленно заранее перед подвижным составом(второй контур) раздвигает атмосферу используя электромоторы и пружины которые уравновешены с давлением атмосферы, массой самого контура создавая внутри форвакуум в котором на скоростях 1000 км/ч и более движется второй контур для его перемещения используется короткая механическая кинетическая волна внутри первого контура с магнитным подвесом на который состав опирается. Может использоваться для недорогого вывода грузов на орбиту земли например в 100 километровом пути имея возможность накапливать энергию в упругих элементах кинетической волны для запуска крупный грузов , иначе это потребует подвода огромных мощностей во время разгона .
В целом технология позволяет создавать множество видов устройств насосы, водометы, а главное гиперзвуковые аэродинамические трубы для продувки и испытаний полноразмерных моделей ГЗЛА на земле. Современные гиперзвуковые трубы основанные на принципе адиабатического расширения газа имеют свои ограничения, очень дорогостоящи и работают импульсно буквально секунды. Установка непрерывной аэродинамической трубы замкнутого цикла основанная на ВВРД будет работать во всем диапазоне скоростей и высот. Такие трубы значительно ускорят разработку ГЗЛА.
Пока же речь идет о создании короткого односекционного ВВРД для применения в БПЛА, в судах на воздушной подушке, аэросанях, глиссерах вместо винтовых движителей. Публикация на площадке нужна для анализа востребованности такого двигателя.
параметры двигателя :
статическая тяга 100 кгс
мощность 30 киловатт
собственная масса 35 килограмм
Стоимость двигателя будет в диапазоне 150000-200000 рублей
Обладает быстрым реверсом тяги(почти как педаль тормоза)
Значительно более тихий в работе в сравнении с винтом
Финансирование же проекта по созданию волнового двигателя будет вестись кредитами либо инвесторами.Время разработки до готового изделия займет полтора года.
1 проект