Как высоко может подняться ПВРД?

Вчера на Space.SE был вопрос не по теме, в котором спрашивалось, может ли прямоточный воздушно-реактивный двигатель выйти на орбиту. Очевидно, что для прямоточного воздушно-реактивного двигателя это невозможно, так как он требует высокой скорости потока воздуха и слишком медленен для достижения орбитальной скорости.

Однако это заставило меня задуматься об ограничениях высоты ПВРД:

Как высоко может подняться самолет или ракета с прямоточным воздушно-реактивным двигателем? И как влияет скорость, с которой самолет движется на максимально возможной высоте?

Самолеты всех видов нуждаются в достаточном количестве кислорода снаружи. Самая высокая высота, которую когда-либо пролетал реактивный самолет, составляла 37 650 метров (123 520 футов) на МиГ-25 в 1977 году. Однако это был очень параболический полет. В горизонтальном полете реактивные самолеты пока еще могут летать на высоте 90 000 футов (27 км).
Обычный ПВРД или ГПВРД?
Возможно, вы также захотите взглянуть на Shcramjets .
Является ли использование собственного эфира мошенничеством для целей этого вопроса?
@Flater да, я бы сказал, что это обман ... это как бы устранило одну из основных причин, по которой мы вообще используем прямоточные воздушно-реактивные двигатели (особенно в ракетах), тот факт, что им не нужно нести воздух, что оставляет больше помещение для сжигания топлива...
@Flater вроде релевантно: « Аккумулятор пропульсивной жидкости ». Зачерпнуть воздух на орбите?
Это находится в стадии исследования, прямоточный реактивный двигатель внутри атмосферы, чистая ракета выше, это может вывести вещи на орбиту с меньшими затратами на топливо. Французский журнал «Science&Vie» опубликовал хорошую статью о: «Le pari fou de l'avion orbital» («Дурацкое предложение орбитального самолета», июль 1986 г.) Salut +

Ответы (3)

Вот краткая оценка этого.

Максимальная высота для горизонтального полета - это когда двигатель не может создать тягу, необходимую для достаточно быстрого полета, чтобы создать подъемную силу, необходимую для балансировки веса.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели лучше всего работают на скорости около 3 Маха и могут работать до 6 Маха.

Подъемная сила пропорциональна квадрату скорости и плотности воздуха. Таким образом, удвоение скорости позволяет самолету летать в воздухе, плотность которого составляет четверть плотности.

Уравнения для расчета плотности воздуха в зависимости от высоты довольно сложны, но здесь есть пара таблиц , которые показывают, что плотность на высоте 32 км примерно в восемь раз меньше, чем на высоте 20 км.

Таким образом, если бы SR-71 летал со скоростью 3 Маха и 25 км , и если бы вы могли сделать SR-71, который мог бы летать со скоростью 6 Маха, он мог бы подняться еще на 5 или 10 км по высоте.

Очевидно, это сильное упрощение, потому что, если бы технологии переключения двигателей повысили скорость SR-71, они бы это сделали. Еще и потому, что двигатели SR-71 были прямоточными, когда он летал быстро.

Прямоточный реактивный двигатель не доставит вас на орбиту, потому что орбита — это не просто вопрос полета на достаточной высоте, но и достижения орбитальной скорости — скорости, при которой изгиб вашей естественно падающей траектории минует Землю из-за ее кривизны. Это около 25 Маха. И (как указывает Росс), даже если бы вы могли достичь 25 Маха, вы не можете сделать круговую орбиту с помощью двигателя с воздушным дыханием, потому что для этого требуется тяга в самой высокой точке.

На этих высотах вы также должны учитывать температуру. Фиксированное число Маха не даст вам фиксированного TAS из-за температурной зависимости скорости звука.
@Bianfable - да, это действительно помогло бы, если бы кто-то, кто лучше разбирается в расчетах, мог бы сделать это более точно.
Я мог бы произвести более точные расчеты, но не думаю, что это дало бы ответ на вопрос. Это скорее ответ на вопрос, как высоко мог бы летать SR-71, если бы он мог развивать скорость до 6 Маха? , а изначально вопрос был про ПВРД вообще (или "ПВРД-ракету").
Вы не можете выйти на орбиту с воздушно-реактивным двигателем. Даже если вы сможете подняться достаточно быстро и достаточно высоко, вы не сможете закруглить свою орбиту, когда окажетесь вне атмосферы, если вашему двигателю требуется воздух. А прямоточный воздушно-реактивный двигатель просто не может двигаться достаточно быстро, чтобы полностью покинуть Землю.
Разве плотность воздуха не будет ограничивающим фактором в отношении создания тяги? Где этот потолок?
НАСА указало, что X-15 хорошо справился с ПВРД и добавленными внешними топливными баками, но сопротивление уменьшило максимальную скорость до 5 Маха, когда предполагалось более 6 Маха. Когда Х-15 летел со скоростью 6,7 Маха, тепло аэродинамического трения было настолько велико, что некоторые детали просто обуглились. Материалы развиваются быстро, аэродинамика тоже. Давайте подождем и посмотрим. Гезунд +
@user2647513 user2647513 - плотность на самом деле не предел, потому что она уменьшает как подъемную силу, так и сопротивление, поэтому вы можете летать быстрее с той же тягой и создавать такую ​​же подъемную силу. Ограничение - это максимальная скорость двигателя. Вы летите так быстро, что воздух не успевает смешаться с топливом и сжечь его, а замедление воздуха вызовет слишком большое сопротивление.

ПВРД могут летать по крайней мере так высоко:

Scramjet, X-43A, полет в 2004 г.: 110 000 футов / 33 км .

Ramjet, RJ43-MA-11 на ракете BOMARC B, 1961 г., 100 000 футов / 30,5 км (подпись к фотографии, стр. 31).

(Ramjet, XRJ47-W-5, испытанный NACA в 1955 году: 73 000 футов/22 км .)

Прямоточный реактивный двигатель, экстраполированный на основе данных о полетах, когда транспортные средства продолжали разгоняться, когда у них закончилось топливо: 131 000 футов / 40 км . (Один полет прошел на высоте 151 000 футов, но, вероятно, это не то, о чем здесь спрашивают.)

... если ПВРД могут продолжать разгоняться в среде, где плотность воздуха ниже 20 г/м 3 , то, возможно, они смогут выдержать полет с двигателем до 40 км, где плотность составляет всего 4 г/м 3 .

SR-71 (с двигателями в режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя на высоте и скорости) обычно летал выше 22 км - он много лет работал на высоте около 81000 (примерно 25 км) на скорости 3 Маха.
Да, но я нашел только неразрешенные споры о том, действительно ли его «турбо-ПВРД» считаются ПВРД.
Ракета Bomarc (серия B) имела максимальную крейсерскую высоту 100 000 футов. Первоначально она была запущена с помощью ракетного двигателя, но затем была переименована и летела с парой прямоточных реактивных двигателей.
Я бы сказал, что двигатели SR-71 могут действовать как турбореактивные или прямоточные реактивные двигатели в зависимости от скорости полета. Благословения +

[ 1Орбитальный самолет, Science&Vie, июль 1986 г.]

Тяга и эффективность Lorin Ramjet (отчет Сенгера и Бредта) увеличиваются пропорционально квадрату скорости и квадратному корню из температуры сгорания. ПВРД начинает работать на скорости около 300 км/ч, в исследованиях рассматривалась скорость полета 300 м/с. Мощность около 12 000 л.с. на квадратный метр площади главной переборки. На больших высотах, (расчеты производились для максимальной скорости 0,9 Маха и потолка 12 км, предназначенного для самолета-преследователя, инженеры думали, что Lorin Ramjet не будет работать выше 18 км из-за плохого сгорания) тяга и двигательная мощность снижаются, незначительно меньше плотности воздуха, но коэффициент тяги и КПД увеличиваются из-за более низкой температуры свежего поступающего воздуха.

На уровне земли и скорости полета 300 м/с тяга составляет 3000 кг на квадратный метр площади переборки. Дальность увеличивается с 367 км на уровне земли в случае Skoda-Kauba P.14?, предложенной в https://www.enginehistory.org/Rockets/LorinRamjet/LorinRamjet.shtml , до 1100 км на высоте 18000 м. . Продолжительность полета при данной загрузке топлива была максимальной на высоте 14 000 м, выше этого несколько уменьшалась, при полной массе самолета 6 000 кг, полезной нагрузке 1 000 кг, топливе 2 400 кг, площади крыла 30 м2. Атодид, работающий при более высоких температурах, теряет эффективность, атодид меньшего размера требует более высоких рабочих температур.

Сила движения увеличивается с третьей степенью скорости. Посоветовали ПВРД диаметром 2 м. Минимальная скорость, при которой пикирование не требуется для разгона, на высоте 12 000 м составляла 430 км/ч. Испытания этой трубы на обычных самолетах проводились на скорости 100 м/с над Do-17Z, затем на скорости 200 м/с. Для рассматриваемой конструкции скорость составляла 1100 км/ч на уровне земли и 950 км/ч в средней стратосфере.

Я предложил разместить Pulse Jet внутри или сбоку от Ramjet, соответственно изменить диаметр трубки Athodyd, импульсные двигатели обеспечивают мощность при нулевой воздушной скорости и могут довести Ramjet до его начальной скорости. Угол впускного канала был определен как наилучший 10º. Внутри воздуховода к тяге будет добавляться тепло от внешних частей импульсного двигателя; если установлена ​​двойная стенка воздуховода, то же самое произойдет с нагревом внешней стороны прямоточного воздушно-реактивного двигателя. ХОРОШО? Благословения +

Skoda-Kauba P.14 Ramjet Fighter Airplane, как в «German Jet Genesis», D Masters

Итак, краткий ответ: «теоретически 18 км».
Возможно, а насчет добавленной информации, никогда не знаешь, когда она пригодится. Помимо этого общего комментария, информация, которую я добавил, взята из времен Второй мировой войны, ситуация изменилась, «Гиперзвуковой ПВРД» может не слишком сильно отличаться от этих протестированных трубок Лорина. Спасибо. Благословения +
Прямоточная реактивная тяга создается за счет пропускания горячего выхлопа от сгорания топлива через сопло, оно ускоряет поток, реакция на это создает тягу. Для поддержания потока через сопло горение должно происходить при давлении выше, чем давление на выходе из сопла. В ПВРД высокое давление создается за счет «нагнетания» внешнего воздуха в камеру сгорания с использованием скорости движения транспортного средства.
Внешний воздух, подаваемый в двигательную установку, становится рабочим телом, как и в ТРД. В турбореактивном двигателе высокое давление в камере сгорания создается частью механизма, компрессором. В ПВРД нет компрессоров. Поэтому ПВРД легче и проще ТРД. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели создают тягу только тогда, когда машина уже движется; прямоточные воздушно-реактивные двигатели не могут создавать тягу, когда двигатель неподвижен или статичен.
Поскольку прямоточный воздушно-реактивный двигатель не может создавать статическую тягу, необходимо использовать какую-либо другую силовую установку для разгона транспортного средства до скорости, при которой прямоточный воздушно-реактивный двигатель начинает создавать тягу. Чем выше скорость транспортного средства, тем лучше работает прямоточный воздушно-реактивный двигатель, пока аэродинамические потери не станут доминирующим фактором.
Сгорание, создающее тягу в ПВРД, происходит с дозвуковой скоростью в камере сгорания. Для транспортного средства, движущегося на сверхзвуковой скорости, воздух, поступающий в двигатель, должен замедляться до дозвуковых скоростей воздухозаборником самолета. Ударные волны, присутствующие на входе, вызывают снижение производительности двигательной установки. Выше 5 Маха прямоточный воздушно-реактивный двигатель становится очень неэффективным. Новый сверхзвуковой ПВРД или ГПВРД решает эту проблему, выполняя сверхзвуковое сгорание в горелке.
Поскольку прямоточный воздушно-реактивный двигатель использует для горения внешний воздух, он является более эффективной силовой установкой для полета в атмосфере, чем ракета, которая должна нести весь свой кислород. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели идеально подходят для очень высокоскоростных полетов в атмосфере. EngineSim — это интерактивный Java-апплет, который позволяет тестировать конструкцию прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Основы прямоточного воздушно-реактивного двигателя можно изучить с помощью симулятора EngineSim. Оригинал Нэнси Холл, НАСА «Прямой реактивный двигатель». Благословения +
Хороший обзор о гиперзвуковых полетах есть во французском журнале «Science&Vie», № 826, июль 1986 г. Салют +
В Википедии для Lockheed X-7, беспилотника с двигателем Ramjet, испытанного в 50-х годах, на основе Bomarc указана максимальная скорость, достигаемая в 4,3 Маха, высота 32 км, 106 тысяч футов, превосходящая ракеты. Таким образом, другая опубликованная информация может ввести в заблуждение. Благословения +
Комментарии на сайте вопросов и ответов предназначены для улучшения ответов, а не для долгих разговоров. Я предлагаю вам перенести новую информацию, которую вы нашли, в ответ и удалить комментарии.
На странице Википедии, посвященной X-7, упоминаются только его характеристики, а не измеренные характеристики. И веб-страница, на которую он ссылается, исчезла :-(.
Я не несу ответственности и не могу повлиять на качество или работоспособность данных и ссылок Википедии, пожалуйста, свяжитесь с ними или добавьте информацию от себя. Что касается Боинга «Бомарк», у меня нет доступа к фактическим данным о характеристиках от Боинга или ВВС США. Пожалуйста, проверьте это вместе с ними. Спасибо. Благословения +
Как высоко может подняться ПВРД?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v