Pětkrát rychlejší než zvuk

Začátkem května 2013 dosáhl experimentální letoun X-51A waverider nad Tichým oceánem rychlosti větší než 6 116 km/h, tedy 5,1 Ma. Charlie Brink, manažer programu v Air Force Research Laboratory, řekl: „Byl to naprostý úspěch. Myslím, že všechno, co jsme se z vývoje X-51A waverider naučili, bude sloužit jako základ pro budoucí výzkum hypersonických letadel a v neposlední řadě pro praktické využívání nadzvukového letu.”

Letečtí konstruktéři uvádějí, že jen využíváním podobných technologií jako je náporový spalovací motor scramjet jsou schopni dosáhnout rychlostí, které jsou pro příští generace raket, kosmických lodí, vojenských a dokonce i osobních letadel zcela zásadní. Někteří odborníci se domnívají, že letadla s vodíkovým pohonem by mohla dosáhnout dokonce rychlosti 20 Ma.

Náklady na výzkumný projekt X-51 nebyly oficiálně zveřejněny, odhadují se na 140 až 300 miliard dolarů.

Ne vždy se dařilo

Program zažíval střídavé úspěchy a prohry. Třetí zkušební letadlo se při zkušebním letu nad Tichým oceánem po několika vteřinách vloni v srpnu rozpadlo. Nikdo nevěděl, zda nebude program zastaven. Vyšetřování havárie ukázalo, že výbuch způsobily „náhodné vibrace” způsobené kontrolním systémem, který byl spuštěn příliš brzy. Podle plánu vynesl bombardér B-52 zkušební letadlo do potřebné výšky a pak jej odhodil. Ale již po 15 sekundách – dřív než začal pracovat pomocný raketový motor – se vyklopilo pravé stabilizační křidélko. Stroj směřoval do vývrtky, ale naváděcímu systému se jej podařilo udržet ve správném směru. Po vysunutí zbývajících tří křidélek se pomocný raketový motor správně odpojil, ale vadné křidélko nereagovalo. Palubní počítač proto nemohl stroj ovládat a ten se ve vysoké rychlosti rozpadl.

Letošní test

Testovaný bezpilotní letoun X-51A, něco mezi letadlem a raketou, vzlétl z vojenské letecké základny Edwards Air Force Base severně od Los Angeles i letos. Byl připevněn pod křídlem bombardéru B-52, který ho vynesl do výšky asi 15 km a v blízkosti Point Mugu vypustil. Přídavná raketa jej v asi 26 sekundách zrychlila na 4,8 Ma. Poté ve výšce 18,2 km zrychlil scramjet motor letoun na 5,1 Ma. Touto rychlostí letěl 240 sekund a potom se zřítil do moře. Letošní šestiminutový test byl nejdelší ze všech čtyř, které se dosud uskutečnily.

Analytici říkají, že armáda chce využít program Waverider k dalšímu vývoji raket s nejadernými hlavicemi, které by mohly zasáhnout kdekoli na světě do jedné hodiny. Loď s takovou střelou by mohla zničit nepřátelské plavidlo vzdálené 100 km do 30 sekund.

---

Jednotka rychlosti mach, 1 Ma, je rovna rychlosti zvuku v daném místě (při zemi cca 1 225 km/h, tj. 340,3 m/s, ve stratosféře cca 1 060 km/h). Je pojmenována po vynikajícím experimentálním i teoretickém fyzikovi Ernstu Machovi (1838 Chrlice u Brna – 1916 Vaterstetten, Německo).

---

Náporový motor scramjet je nejjednodušším motorem, jaký vůbec existuje. Nemá žádné rotující součástky, převody, písty apod., které známe z běžných motorů. Tvoří ho pouze zužující se trubka, do které se přivádí palivo. Při nadzvukových rychlostech se vzduch nasává přední částí motoru a v zúžené části trubky se intenzivně zahřívá. Právě do tohoto místa se přivádí palivo, které zde hoří a žhavé spaliny ženou stroj kupředu. Současně však přinášejí problém – silně totiž zatěžují opláštění motoru.

Výhodou scramjetu je, že nemusí nést nádrže s kyslíkem nebo jiným okysličovadlem, a nepotřebuje kompresor. Jeho problémem je, že nefunguje za nízkých rychlostí, takže počáteční nadzvukový impuls mu musí udělit vnější zdroj (např. raketa).

Princip, na kterém scramjet funguje, je jednoduchý, ale je velmi obtížné navrhnout vhodný tvar trubice motoru a škrtidla. Nelze totiž použít jednoduchou Bernoulliho rovnici, protože ta platí jen pro laminární proudění při podzvukových rychlostech. Rovnice používané pro popis chování letadla při nadzvukových rychlostech zpravidla nejdou řešit analyticky. Numerická řešení jsou velmi přesná pro rychlosti 1 Ma až 2 Ma. Při vyšších rychlostech jsou výpočty mnohem náročnější a méně přesné, navíc nelze výsledky experimentálně ověřit v aerodynamických tunelech, neboť v těch lze dosáhnout rychlosti vzduchu nejvýše 3 Ma.

Weby:

http://www.boeing.com/boeing/defense-space/military/waverider/index.page

http://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_X-51

http://www.armadninoviny.cz/uspesny-let-hypersonickeho-letounu-x-51a-waverider.html