Реферат по введению в авиационно-космическую технику
Студент группы 03-109 Михеев Павел.
.Во второй половине 50-х годов было принято говорить и писать о соревновании в космосе между Советским Союзом и США. Прошли годы, титула "космических держав" удостоились Китай, Франция, Индия, на околоземных орбитах побывали представители многих стран, пока еще не обладающих собственными ракетами или многоразовыми кораблями. Вместе с тем увеличивается и число членов международного " космического клуба" . В частности, к вступлению в него уже подготовилась и Германия.
В 20-е годы мир переживал своего рода космический бум. Один за другим выходили романы о межпланетных путешествиях (вспомните хотя бы "Аэлиту" А. Толстого), возникали общества исследователей других планет, в газетах появлялись сенсационные известия о таинственных световых сигналах, якобы присланных с Марса, о пришедших ниоткуда радиосообщениях, никак не поддающихся расшифровке.
Во многих странах инженеры и изобретатели принялись экспериментировать с ракетными двигателями, работавшими на твердом и жидком топливе. В нашей стране этим занимались Ф. Цандер и С. Королев, в США - Р. Годдард, в германии - И. Венигер и Г. Оберт.
Однако вскоре ажиотаж вокруг космоса и реактивной техники сменился покрытыми мраком секретности работами над новыми видами вооружений, авиационных моторов. Уже в 1938-1941 годах состоялись первые полеты опытных летательных аппаратов в Германии, Италии и СССР - с реактивными двигателями. В нашей стране были созданы реактивные системы залпового огня для Красной Армии и реактивные снаряды для авиации.
В нацисткой Германии в 1943 году под руководством В. фон Брауна создали одноступенчатую баллистическую ракету А-4 (она же "Фау-2") массой 12,9 тонн. Она предназначалась для бомбардировки Лондона и других крупных промышленных центров с дистанции 260 км.
После войны некоторые образцы ракетного оружия, научные материалы, виднейшие специалисты, в том числе и фон Браун оказались за океаном, в США. Что же касается ФРГ и ГДР, то там хоть и занимались исследованиями космоса, но ничего даже отдаленно напоминающего баллистические ракеты не было создано. И первые немецкие космонавты на околоземные орбиты на советском "Союзе" и американском "Шаттле".
Лишь сравнительно недавно стало известно, что в ФРГ вовсю идут исследования и практические работы над аэрокосмической системой многоразового применения. Специалисты концерна "Мессершмитт - Бельков - Блом" в 1986 году остановились "на концепции, в основе которой были труды одного из пионеров
космонавтики, профессора Ойгена Зенгера (1905-1964)". Видимо прежде чем рассказывать об этом проекте, который в некоторых чертах схож с американским кораблем многоразового применения "Шаттл" и советским "Бураном", стоит вспомнить, кто такой Зенгер и почему он считается "отцом немецкой космонавтики".
Закончив курс в 1923-1929 годах в высших технических школах Граца и Вены, этот молодой австриец еще пять лет проработал ассистентом в последней, потом перешел в Ракетный научно-исследовательский институт в Трауне. В годы второй мировой войны Зенгер работал над совершенствованием планеров которые, кстати, с 1939 года весьма широко применялись немцами в десантных операциях.
Одновременно он, как и многие авиаконструкторы и двигателестроители в Германии и других воюющих странах, трудился над реактивными авиамоторами, которые обещали военным самолетам невиданные скорости. Один из них, тягой в 2,4 тыс.л.с,
был установлен на выделенном для экспериментов бомбардировщике До-217 фирмы "Дорнье", но в серийное производство не пошел.
В 50-е годы Зенгер много и плодотворно работал в научно-исследовательских учережденеях ФРГ, специализирующихся на ракетной тематике. Его избирали президентом Международной астронавтической федерации и Немецкого общества ракетной техники и межпланетных полетов в Штутгарте. Перу профессора принадлежат капитальные труды по космонавтике, например, "Ракетная авиатехника", "К механике фотонного реактивного двигателя". Заслуги О. Зегнера были высоко оценены как соотечественниками, дважды наградившими его медалью Г. Оберта, так и иностранными коллегами. В СССР он удостоен медали Ю. Гагарина. Именем Зенгера назван один из кратеров на обратной стороне Луны.
Ну а теперь поговорим о его идеях, которыми воспользовались инженеры "Мессершмитт - Бельков - Блом". Начнем с того, что еще в 1931 году Зегнер, тогда еще начинающий физик, спроектировал и построил в мастерских Венского университета реактивный двигатель с оригинальной сферической камерой сгорания диаметром 50 мм и соплом длиной 254 мм. Весьма своеобразно была решена им проблема охлаждения - остуженное топливо сначала проходило через наружную рубашку камеры сгорания,
отнимая ее тепло, и только после этого попадало в камеру, где и смешивалось с газообразным или распыленным окислителем - кислородом. Двигатель неоднократно испытывался на стенде причем он безотказно работал по 15 с, а однажды и полминуты, развивая солидную по тем временам тягу для опытного образца - 25 кгс.
...Вскоре после "аншлюса" - захвата Австрии нацистской Германией, в 1938 году, Зенгер вместе с теоретиком И. Бредтом приступил к созданию математической модели перспективного,
сверхдальнего и сверхскоростного стратегического бомбардировщика, завершив ее к 1942 году.
По их замыслу, гиперзвуковой реактивный самолет взлетной массой 100т. , длиной 28м , с крылом размаха 15м должен был взлетать с обычного аэродрома с помощью мощного ускорителя - реактивной тележки. После старта машина разгонялась до скорости 6км/с, одновременно поднимаясь на высоту 160км, чтобы затем перейти в планирующий полет по пологой траектории, время от времени как бы ныряя в плотные слои атмосферы, чтобы, оттолкнувшись от них, взмыть в стратосферу. Уже пятый "нырок" бомбовоз совершил бы в 12,3 тыс.км от своего аэродрома, девятый - в 15,8 тыс.км. В заданной точке экипаж должен был сбросить на цель 300кг бомб, затем опуститься до высоты 40км и планировать к посадочной площадке, чтобы огромная машина коснулась бетонки на скорости 145км/ч. При необходимости бомбовоз мог проделать в верхних слоях атмосферы и беспересадочный полет вокруг земли.
Специалисты "Мессершмитт - Бельков - Блом" и создали концепцию многоразового орбитального аппарата, воспользовавшись
рядом идей Зенгера: системой охлаждения камеры сгорания силовой установки криогенным топливом, гиперзвуковым носителем орбитального космолета с планирующим возвращением того и другого на обычный аэродром.
...Это будет, наверное космическая "Одиссея" по-немецки. На одном из крупных германских аэродромов обслуживающий персонал завершит тщательный предполетный осмотр двухкилевого самолета "Зенгер", на первый взгляд напоминающего сверхзвуковой авиалайнер со стреловидным крылом, только без обычных иллюминаторов по бортам. На "спине" у него примостится короткокрылый самолет-бесхвоска "Хорус" весом более 23т.
Экипаж занимает места, включает мощные двигатели, "этажерка" выруливает на взлетную полосу, останавливается, пропуская только что приземлившийся рейсовый авиалайнер. "Полный газ", машина отрывается от бетонки и начинает набирать высоту и скорость.
Первое время ее силовая установка работает подобно обычному турбореактивному двигателю. Но после того, как скорость "Зенгера" достигает 3,5 М, ее переведут на режим более выгодного в таких условиях прямоточного воздушно-реактивного. Наконец стратоплан разгонится до намеченной скорости и поднимется на 31-37км. Там согласно программе полета произойдет расстыковка комплекса. "Зенгер" пойдет на снижение, чтобы совершить посадку на том же аэродроме.
А "Хорус" устремится ввысь, на околоземную орбиту. Там исследователи приступят к выполнению научных программ, запуску искусственных спутников, а то исполнят роль космического такси, доставив на будущую орбитальную станцию, которую сейчас создают в странах Западной Европы, сменный экипаж или 3,3т приборов и оборудования, забрав приготовленные астронавтами материалы.
Одновременно с "Хорусом" немецкие конструкторы проектируют аналогичный по устройству, но непилотируемый космоплан "Каргус". За счет экономии на местах для пилотов и системах жизнеобеспечения масса полезной нагрузки будет достигать 7,5т.
Выполнив задание, космолет опустится в плотные слои атмосферы и подобно "Зенгеру" спланирует на посадку.
Орбитальный полет немецкого челнока состоится еще не скоро. Пока же специалисты заняты выполнением первого этапа научно-исследовательских работ.
Самую значительную сумму на него - 220 млн. марок - выделило Федеральное министерство научно-исследовательских и технологических разработок, еще 86 млн. - Германский научно-исследовательский институт авиации и космонавтики, 30млн.- Немецкая аэрокосмическая промышленность. Ряд заданий по проекту "Зенгер" выполняют фирмы-подрядчики, различные научные и исследовательские учреждения и университеты, в частности Аахена, Брауншвейга, Мюнхена и Штутгарта.
Уже проводятся изыскания в области аэродинамики. В ближайшее время намечено создать базисные технологии и новые материалы, чтобы затем на их основе спроектировать, изготовить и испытать прототипы силовых установок, навигационного оборудования и других систем, устройств и агрегатов. При этом немецкими обозревателями не раз подчеркивалась, что перспективная техника и технологии найдут применение не только в аэрокосмическом проекте, но и в авиационной промышленности, да и в других отраслях экономики. Иными словами. заранее предусмотрено то. что у нас поспешили бы окрестить конверсией аэрокосмического комплекса в интересах народного хозяйства.
...Приоритетными разработками концепции "Зенгер" считаются двухступенчатая схема носителя и орбитального космоплана оба многоразового применения, комбинационный двигатель первой ступени, работающий на сжиженном водороде и рассчитанный на эксплуатацию в двух режимах, и ракетная установка второй ступени.
Работы над воздушно-реактивным прямоточником концерн "Мессершмитт - Бельков - Блом" начал летом 1988 года, а в декабре уже провел стендовые испытания прототипа. Его диаметр не превышает 350мм, тогда как у "настоящего" достигнет полутора метров. Исследователи моделировали скорость 4,7 М, одновременно изыскивая оптимальную форму камеры сгорания.
Кстати, у прототипа она охлаждалась пластмассовым кожухом, а в будущей силовой установке решено воспользоваться идеей Зенгера: перед тем как поступить в камеру сгорания, охлажденное до 230°C горючее пройдет по сети трубопроводов, пронизывающих ее тонкостенную оболочку, чтобы температура внутри не превышала плюс 1700°С. Как рассчитывают немецкие специалисты, непрерывно охлаждаемая силовая установка станет меньше изнашиваться от перегрева.
После первого было еще четыре десятка экспериментальных пусков прототипа, и все прошли вполне благополучно. Например
7 июля 1990 года его вывели на режим, соответствующий реальному полету будущего "Зенгера" на высоте 20 тыс. м со скоростью, равной четырем звуковым, при этом тяга составила около тонны. Реактивные двигатели космоплана также будут поглощать экологически чистый водород.
...После того как появятся прототипы других систем "Зенгера", изготовят гиперзвуковой экспериментально-технологический самолет "Хитекс".
По мнению немецких экспертов, аэродинамический комплекс "Зенгер" позволит ученым проводить работы в околоземном пространстве, изучая, осваивая, а потом, как подчеркивали представители акционерного общества "Дойче Аэроспейс" на аэрокосмической выставке в сентябре 1990 года, "и эксплуатируя его".
"Система самолетного типа с горизонтальными стартом и посадкой, оснащенная воздушными водородными двигателями, представляет собой на сегодняшний день наилучшее решение названной проблемы", - считают специалисты "Мессершмитт - Бельков - Блом" и "Дойче Аэроспейс".
Немецкие ученые и инженеры полны надежд, что будущий комплекс окажется выгоднее не только не только французской ракетной системы "Ариан", с помощью которой думают забрасывать на орбиту корабль многоразового применения "Гермес", но и тех устройств, которые обеспечивают старты "Шатла" и "Бурана". Имеются в виду связки ракетных ускорителей и сверхмощные ракетоносители. Видимо, не случайно англичане заинтересовались советским транспортным самолетом Ан-226 "Мрия",
чьи качества позволяют им удешевить доставку в околоземное пространство своих возвращаемых аппаратов "Хотол". По крайней мере, договоренность между специалистами Англии и СССР в этом отношении уже достигнута.