ハイパーソニックスクラムジェットはどのように機能しますか？

超音速燃焼は、マッハ5を超えて速度で移動するハイソニックスクラムジェットを推進するために使用されます。これらのエンジンは従来のエンジンとは根本的に異なります

エンジン。それらは、コンプレッサーやタービンなどの回転部品への依存を排除する、より効率的で合理化された設計を備えています。車両の前方運動によって圧縮された後、入ってくる空気は燃料と組み合わされ、超音速条件で発火します。これにより、スクラムジェットは非常に高速で飛行しながら最高の効率で動作することが可能になります。

写真：米空軍

X-51ウェイブライダーは、2013年のテスト飛行中にスクラムジェット技術の実行可能性を実証し、ボーイングの役人で報告されているように、3分以上飛行中にマッハ5.1に到達しましたメディアリリース。このエキゾチックで強力なエンジンを使用するアプリケーションは、宇宙探査から高度なミサイルシステムまたは超大型大陸間旅行に至るまで、軍事と商業の両方の航空宇宙の両方に大きな可能性があります。

ScramJetエンジンの設計原理

可動部品を排除すると、過敏なスクラムジェットは、利用可能な高速エアフローを使用して、入ってくる空気を圧縮します。燃焼に必要な圧力上昇を生成するプロセスは、サイクルの開始時に車両の速度が高いことに依存します。エンジンの設計では、スラスト産生ノズル、超音速気流のために形作られた燃焼室、および合理化された入口を使用します。 Ramjetの前身とは対照的に、Scramjetエンジンはエンジンサイクルの期間中、引き続き超音速気流を生成し続けています。この設計は、ラムジェットでの効果的な燃焼に必要な亜音速拡散の要件を削除します。として

彼らについて説明します教育ウェブページ、スクラムジェットは、ラムジェットの基本的な制限である亜音速レベルへのエアフローの減速を排除することにより、より高い運用速度を達成します。

エンジンの構造は、可動部品の不足によりよりシンプルで軽くなりますが、空力および熱力学的設計の精度は非常に重要です。ノズルが推進力を供給し、インレットが空気を圧縮すると、車両構造自体がエンジンの積分成分として機能します。高速の空気摩擦と燃焼温度の組み合わせにより、スクラムジェットで使用される材料は非常に高い温度に耐えることができなければなりません。主なエンジニアリングの課題の1つは、この環境で生き残ることができるコンポーネントと材料を作成することです。開発の取り組みは進行中ですが、いつものように、資金配分は、結果が達成される前の時間を延長できるコンテストです。

航空宇宙のアプリケーション

持続する必要があるアプリケーション

宇宙探査のような速度、高度

システム、および非常に迅速な商業輸送は、スクラムジェットによって革命を起こす可能性があります。ボーイングX-51ウェイブライダーのテストが成功したことで、スクラムジェット推進を高速車両に組み込む可能性がありました。このテクノロジーで成功する進歩の基礎は、X-51プログラムのハイパーソニックフライトのデモンストレーションによってもたらされました。 a米国国防総省のフォトエッセイスクラムジェットが駆動する極端なシステムが、従来の防御メカニズムが傍受するには速すぎる速度で移動できるミサイルシステムなど、軍事目的のためにどのように調査されているかを説明しています。

打ち上げのコストを軌道に引き下げることにより、スクラミエットは軍事的使用を超えて宇宙旅行を変える可能性があります。エンジニアは、宇宙発射車両の初期段階にスクラムジェットを組み込むことにより、重く高価な化学燃料を使用して、従来のロケットブースターを交換したいと考えています。地球の大気内の軌道速度に効率的に加速すると、宇宙旅行の障害を減らし、より深い宇宙探査ミッションとより迅速で安価な衛星展開が可能になります。もう1つの有望なエリアは、従来の航空輸送が現在取られている時間のほんの一部で世界中のペイロードを提供できる極音貨物輸送です。スイスから手作りのスカーフを注文して、同じ日にカリフォルニアに届けることができると思います。しかし、送料が何であるかを言うのは難しいです！

ScramJet開発における課題

有望な可能性がたくさんあります。ただし、Scramjetテクノロジーには、運用上の航空機や宇宙船がターマックに転がる前に、克服すべき障害がたくさんあります。ハイソニック飛行の残酷に過酷な状況は、安定した燃焼、熱管理、材料の耐久性に関連して、多くのエンジニアリングの課題を提示しています。マッハ5を上回る速度で飛行中に空気摩擦だけからの熱が摂氏数千度達する可能性があるため、このような熱ストレスに耐えることができる革新的な新しい材料の研究が必要です。さらに、スクラミエットは、抑圧的な燃料、圧縮、乱流の空気流で信頼できるように機能することができます。

次世代のスクラムジェットエンジンを作成するには、延期速度で効率的で制御された燃焼を維持する設計に焦点を当てる必要があります。 Northrop Grummanは、研究の取り組みにおいてこれらの問題に積極的に取り組んでいます。彼らの仕事は、彼らの中で概説されているように、極端な条件下でのScramjet Engine Constructionの構造的および運用上の回復力を改善することを目指しています技術的な概要、オンラインで入手できます。これには、実験テストと計算モデリングの進捗が必要です。航空宇宙における幅広いスクラムジェット採用の実行可能性は、これらの技術的障害がどれだけうまく解決され、どれだけ速く解決されるかに依存します。

推進技術の主要な進歩の可能性を秘めた有望な実験であるスクラムジェットは、さまざまな航空宇宙アプリケーションの比類のない速度と効率を提供します。 Boeing X-51 Waveriderの成功は、これまでにフィールドで行われた進歩を示しており、持続的なハイソニック飛行が実行可能であることを確認しています。材料科学、空力、および熱力学の将来の発展は、スクラムジェットの発達を防ぐ障害を克服するために不可欠です。航空宇宙革新の新しい時代は、この技術を完全に利用することで導かれる可能性があります。

参照：米国空軍のハイソニッククルーズミサイルオーストラリアのF/A-18Fスーパーホーネッツでアウトバックテストを受ける