Главная страница | Античность | Средние века | Новое время | Двадцатый век | Техника | Самолеты | Корабли | Вооруженные силы | США | Технологии и наука

 

Арнольдский научно-исследовательский центр ВВС США Арнольдский научно-исследовательский центр ВВС США

 

Наиболее реакционные круги США не не оставляют попыток помешать осуществлению общечеловеческих стремлений к разрядке международной напряженности, к прочному миру на земле. В ходе развязанной военно-промышленным комплексом гонки вооружений большое внимание уделяется дальнейшему наращиванию боевой мощи американских ВВС. С этой целью империализм США развернул огромное производство разнообразных и постоянно совершенствуемых средств разрушения и уничтожения, которое характеризуется повышенной капиталоемкостью, все возрастающей наукоем-коетью. В большом и широкоразветвленном научно-исследовательском аппарате по созданию авиационной и ракетно-космической техники важным звеном является командование разработки систем вооружения (КРСВ) ВВС США, организованное в 1951 году.

Как указывается в американской военной печати, КРСВ отвечает за организацию и проведение фундаментальных и поисковых научных исследований и разработок систем оружия и боевой техники для ВВС, определяет пути совершенствования имеющихся и возможности создания новых образцов вооружения, размещает и ведет приемку заказов в промышленности. На программы НИОКР ВВС, реализуемые главным образом КРСВ, выделяется свыше 40 проц. всех средств министерства обороны на исследования и разработки. В 1987 году на эти программы (включая расходы на содержание и эксплуатацию научно-исследовательских центров и лабораторий) направляется более 17 млрд. долларов, что значительно превосходит уровень предыдущего года. Командованию разработки систем вооружения подчинены научно-исследовательские и испытательные центры и лаборатории.

Самым крупным испытательным комплексом ВВС считается Арнольдский научно-исследовательский центр — АНИЦ (Arnold Engineering Development Center). Работы в нем проводятся также в интересах других видов вооруженных сил, федеральных ведомств и частных компаний. В 1985 году КРСВ определило АНИЦ в качестве головного по проведению исследований и испытаний силовых установок, аэродинамики авиационной и ракетно-космической техники, баллистических ракет, систем космического базирования. Кроме того, центр отвечает за обеспечение проведения любых испытаний, необходимость в которых может возникнуть при разработке новой техники.

В последнее время роль центра существенно повысилась в связи с выполнением работ по программе СОИ, которая даже среди остальных милитаристских программ требует огромных затрат на НИОКР. Судя по сообщениям иностранной печати, наибольший размах исследования в рамках программы «звездных войн» получат к 1990 году, но уже сейчас они ведутся по многим направлениям, в частности по тем, что связаны с созданием кинетического оружия, высотного самолета-перехватчика и т. п.

АНИЦ находится на авиастанции Арнольд в г. Таллахома (штат Теннесси) и занимает площадь 16 тыс. га. Климат в этом районе субтропический, континентальный. Средняя температура января +5°С, июля +25°С, осадков выпадает 1100 — 1200 мм в год.

В 1986 году в центре постоянно работало около 4 тыс. человек, включая административный аппарат (350 военнослужащих и гражданских лиц), ученых, инженеров и обслуживающий персонал. Руководителями всех программ исследований являются военнослужащие ВВС. В АНИЦ построено более 40 испытательных и исследовательских установок, из которых семь находятся в резерве и одна законсервирована. На их создание, по оценке американских специалистов, израсходовано свыше 2,5 млрд. долларов. Ежегодно Арнольдский центр потребляет в среднем 400 млн. кВт-ч электроэнергии.

Научное оборудование сдается в аренду частным фирмам-подрядчикам, которые и проводят исследования. В качестве подрядчиков выступают фирмы «Свердруп текнолоджи», «Калспэн» и «Шнайдер сервисиз». Служащие первой из них (свыше 1 тыс. человек) занимаются в основном испытаниями двигателей на огневых стендах, второй (тоже более 1 тыс. человек) снимают и анализируют аэродинамические характеристики, а также разрабатывают программы и методики испытаний. Основной профиль работ последней компании — обеспечение проведения исследований, в которых занято около 1,5 тыс. человек. Эти фирмы-подрядчики заключают с ВВС контракты, как правило, на пять лет на условиях компенсации издержек производства плюс вознаграждение. Суммы контрактов в 1986 году составили соответственно 51,3 млн., 43,2 млн. и 104,8 млн. долларов.

По функциональному признаку испытательная база АНИЦ подразделяется на три основных комплекса — двигательный, аэродинамический и газодинамический имени Кармана.

Наиболее сложное и современное оборудование имеет двигательный испытательный комплекс. Он включает оборудование для испытаний двигателей (ETF — Engine Test Facility) и силовых установок и их систем (ASTF — Aeropropulsion Systems Test Facility). K основному оборудованию ETF относятся высотные стенды или камеры (всего их около 15), предназначенные для испытания авиационных и ракетных двигателей различных типов. Часть стендов используется для испытания опытных двигателей на этапе разработки, а другие — для экспериментальных двигателей на этапе исследований. Среди стендов имеется пять, на которых можно имитировать условия высот до 40 км и создавать скорость потока воздуха до числа М = 3,2. Стенды для проведения огневых испытаний двигателей баллистических ракет рассчитаны на тяги до 226 тс и способны обеспечить испытания ракетных двигателей меньшей тяги и двигателей для космических объектов. По словам руководителей АНИЦ, в ETF были проведены испытания всех двигательных установок спутников, запущенных за последние три года. В конце 1986 года после восстановительных работ вновь вступил в строй стенд J-5, который был разрушен взорвавшейся во время испытаний в ноябре 1985 года ракетой «Минитмен-3». Один из стендов для испытания ракет и изучения расширения реактивных струй в условиях, имитирующих космическое пространство, находится в резерве.

Для проверки перспективных двигателей большой тяги а 60-х годах началось строительство установок ASTF (стоимостью более 625 млн. долларов), основная часть оборудования которых вступила 8 строй в прошлом году и позволяет проводить исследования как газотурбинных, так и прямоточных двигателей. По мнению ученых центра, это оборудование сможет удовлетворять не только текущие потребности, но и в значительной мере обеспечить опытно-конструкторские работы в следующем столетии.

В западной печати приводятся основные характеристики испытательных стендов ASTF. В условиях, моделирующих высоту 11 км, на них можно создавать поток со скоростью, соответствующей числу М= 3,8, в то время как раньше удавалось получать только М = 3,0. При давлении 10,5 кгс/см2 обеспечивается массовый расход воздуха до 500 кг/с. Для сравнения отметим, что в Льюисском исследовательском центре НАСА этот показатель составляет 209 кг/с. При давлении 3,5 кгс/см2 расход воздуха достигает 657 кг/с, то есть в 2—3 раза больше, чем на аналогичных стендах НАСА, ВМС и частных фирм. На установках ASTF могут быть испытаны двигатели тягой до 34 тс (на уровне моря при температуре 14° С). На других американских испытательных стендах аналогичные исследования можно проводить только на двигателях тягой до 20,5 тс. Необходимая температура воздуха, подаваемого в камеры во время испытаний, обеспечивается специальными установками (рис. 3 и 4) и может находиться в диапазоне от —73° С до +550° С. В исследовательском учреждении ВМС в г. Трентон можно достичь большей температуры, но при этом массовый расход воздуха будет в 4 раза меньше. Рабочие части испытательных камер имеют диаметр 8,5 м и длину 26 м, а у других подобных камер не превышают 6 и 18 м соответственно.

На каждом стенде ASTF предусмотрена возможность передачи информации с датчиков, установленных на испытываемом объекте, по 2170 каналам, в то время как на аналогичных стендах в других исследовательских учреждениях страны — не более чем по 1200. Система контрольно-измерительных приборов на установках разработана фирмой «Грумман» и позволяет отслеживать 226 изменяющихся параметров и отображать в реальном масштабе времени 1700 показателей. Для сопоставления реально снятых характеристик с расчетными используется компьютер «Крэй» IS/1200. Данные, отличающиеся от ожидаемых, сразу же передаются в центр управления испытанием для анализа, а те, что соответствуют расчетным, поступают в запоминающее устройство ЭВМ. Скорость обработки результатов опытов достаточно высока, и наиболее существенная информация выдается до начала след^о-щих испытаний.

Соответствующий режим испытаний поддерживается с помощью автоматизированной системы управления (фирмы «Сайенс аппликейшн»), которая учитывает выбранную для них методику, программу и текущие показания контрольно-измерительных приборов. Ее составным элементом является математическая модель установок ASTF. Она позволяет предварительно имитировать все испытание, рассчитывать результаты, оценивать поведение исследуемых двигателей, быстро вносить коррективы в ходе испытаний. Конструкция исполнительных механизмов дает возможность изменять поток воздуха таким образом, что имитируются различные маневры самолета, при этом заданная скорость и высотные условия обеспечиваются в 10 раз быстрее, чем на других таких же стендах.

Широкое внедрение электроники позволило снизить затраты времени и ресурсов на испытания. Например, подготовка двигателя к испытанию в установившемся режиме работы раньше требовала 30 мин, а на ASTF — всего 3 мин. При исследовании динамических процессов 35 параметров могут регистрироваться со скоростью 100 измерений в секунду в течение почти 1 мин. За один и тот же период времени на новых стендах можно получить в 2 раза больший объем информации, чем на установках ETF, что сокращает время наработки оборудования. Специалисты АНИЦ считают, что установки ASTF позволят значительно сократить цикл разработки двигателей, а в некоторых случаях даже на четыре года. Существует проект развития оборудования для испытания силовых установок и их систем, согласно которому предусматривается строительство еще трех стендов и подключение систем питания воздухом к системам ETF для расширения возможностей всего комплекса.

В двигательном испытательном комплексе исследовались свыше 80 различных газотурбинных двигателей, системы силовых и двигательных установок авиационно-космических летательных аппаратов, фактически все твердотопливные двигатели последних ступеней баллистических ракет. В 1986 году там проводились испытания на сохраняемость и готовность к действию четвертых ступеней пяти МБР «Минитмен» после того, как они в течение 15 лет находились в шахтах.

Оборудование аэродинамического комплекса включает несколько специализированных аэродинамических труб, в которых экспериментально изучаются явления, сопровождающие обтекание тела, определяются силы, возникающие при полете самолетов, ракет и космических аппаратов, решаются другие вопросы. В больших аэродинамических трубах комплекса — дозвуковой и сверхзвуковой (диаметр рабочей части 4,8 м) — проводятся исследования на полноразмерных частях планера самолета вместе с силовыми установками при скоростях потока, соответствующих числам М = 0,5—4,75, и давлениях, соответствующих высотам более 70 км. Большая трансзвуковая аэродинамическая труба используется главным образом для анализа процессов, происходящих при сбрасывании бомб, пуске ракет и отделении других боезых подвесок с летательных аппаратов.

Кроме того, построено несколько аэродинамических труб меньшего размера, рассчитанных нэ испытание при различных скоростях моделей, геометрически подобных подлинным объектам. На специальных стендах с помощью дуговых нагреоа- телеи изучается эрозия конструкционных материалов в условиях чистого и загрязненного воздуха при высоких температурах и давлениях, нагревание и теплозащита ракет и сверхзвуковых самолетов.

Для расширения возможностей специализированных аэродинамических труб по проведению различных испытаний и сокращению их цикла периодически проводится модернизация оборудования. В частности, в большой сверхзвуковой аэродинамической трубе установлена управляемая с помощью ЭВМ державка (рис. 5), которая обеспечивает фиксацию модели в различных положениях. Угол атаки изменяется в пределах от —20" до +87°, а угол рыскания — до 15°. Это позволяет варьировать нагрузку на модель, определять возможность динамической стабилизации. Было создано специальное устройство (имеет шесть степеней свободы и управляется компьютером) для имитации полета сбрасываемых с самолета боеприпасов по траектории, соответствующей движению в реальных условиях. Оно может работать как с трансзвуковой, так и со сверхзвуковой аэродинамической трубой. В отдельные узлы последней внесены конструктивные изменения, что повысило ее экономичность с 9 до 16 проц. на разных режимах.

В последнее время, судя по данным западной печати, в аэродинамическом комплексе были выполнены такие наиболее значительные программы, как испытание образцов на ударные нагрузки при низких скоростях и аэродинамические исследования баллистических ракет «Трайдент» (для ВМС), доводка телеметрических систем, испытание противоспутникового малогабаритного перехватчика для ракет ASAT, вакуумные и температурные испытания элементов спутниковой навигационной системы, испытания на ударные, вибрационные нагрузки и перегрузки систем ракетных двигателей, экспериментального самолета Х-29 с крылом обратной стреловидности и другие. По сообщению прессы, во время испытания модели этого самопета в сверхзвуковой аэродинамической трубе были получены его характеристики при больших углах атаки и скорости. Для определения тех же данных в ходе летных испытаний потребовались бы десять полетов и дополнительные затраты в размере 0,5 млн. долларов.

Газодинамический комплекс имени Кармана засчитывает около 20 установок, используемых для исследования обтекания различных авиакосмических объектов и проведения углубленных фундаментальных изысканий. Сверх- и гиперзвуковые аэродинамические трубы позволяют испытывать образцы при скоростях, соответствующих числам М: в трубе А — от 1,5 до 6, В — от 6 до 8, С — до 10. В других аэродинамических трубах могут быть достигнуты значения М>20.

Труба 16Т обеспечивает продувку моделей в диапазоне скоростей М = 0,06—1,6 при условиях высоты от уровня моря до 30 км. Трансзвуковая труба 4Т оборудована специальной ловушкой и предназначена для изучения отделения от самолетов боевых нагрузок, топливных баков и т. п. В ней были испытаны фактически все самолеты ВВС, имеющие такие нагрузки. Объектом изучения на двух установках (Н-1 и Н-2) являются защитные покрытия возвращаемых из космоса аппаратов. Установки имеют регулируемые сопла, позволяющие создавать соответствующие условия и изучать абляцию и эрозию материалов. В камере Мк1 — имитаторе условий космического пространства (размером 12X24 м) проводятся исследования теплового излучения объектов спутниковой навигационной системы, испытания отдельных ступеней ракет. Установка для космических исследований 7V используется для проверки и калибровки датчиков (инфракрасного диапазона, на ней ведутся также интенсивные работы по программе «звездных войн».

Широко осуществляются эксперименты в гипербаллистическом тире G, в котором испытываются конструкционные материалы носовых частей сверхзвуковых самолетов и ракет на скоростях до 7300 м/с и в условиях, соответствующих высотам до 73 км. В другом тире длиной 18,3 м оцениваются способности лобовых стекол фонарей кабины самолетов, передних кромок крыльев и других деталей и узлов выдерживать удары при столкновениях с птицами. Во время испытаний из пневматической пушки выстреливается со скоростью около 925 км/ч контейнер с тушкой курицы весом 1,9 кг. При выходе из канала ствола контейнер раскрывается и отделяется, а тушка продолжает движение до встречи с объектом. В 1986 году было проведено почти 30 таких испытаний. Гиперзвуковой тир S-1 используется в основном для изучения влияния ударных нагрузок механических частиц различного происхождения на испытуемые материалы.

Центрифуги, вибро- и ударные стенды данного комплекса служат для испытания на надежность ракетных двигателей и сопел. Камеры 10V и 12V — имитаторы условий космического пространства находятся в резерве. В первых можно создавать условия, моделирующие высоты до 320 км. Они имеют размеры, позволяющие помещать в них полномасштабные космические корабли, искусственные спутники или отдельные элементы.

Как полагают научные сотрудники Арнольдского центра, некоторые исследования в ближайшее время получат определенный приоритет. Например, вновь повысилось внимание к трансзвуковым скоростям (в этом диапазоне специалистов особенно интересует процесс отделения от самолета боевых нагрузок, для изучения которого планируется построить новую аэродинамическую трубу), к аэродинамике при скоростях М = 4—10, к влиянию температуры при полетах на малых высотах, к полетам на гиперзвуковых скоростях на больших высотах, к особенностям обтекания объектов значительного удлинения.

Министерство обороны и НАСА вновь приступили к работам по созданию высокоэффективных газотурбинных двигателей и крыльев различной геометрии для сверх- и гиперзвуковых самолетов с вертикальным или укороченным взлетом и посадкой.

Учитывая, что до середины 90-х годов СОИ будет оставаться самой крупной «исследовательской» программой Пентагона, в АНИЦ планируется построить комплекс для испытания и оценки космических систем SSTEF (Space Systems Test and Evaluation Facility), и в первую очередь для космических разведывательных. Уже завершены выполнявшиеся частными фирмами работы стоимостью 1,3 млн. долларов по определению состава оборудования и направлений исследования, по созданию методик испытаний. Как свидетельствует западная печать, комплекс даст возможность имитировать условия космического пространства с высокой степенью точности и отрабатывать сценарий полета, включая действия в аварийных ситуациях.

Разрабатываемое для «звездных войн» кинетическое оружие потребовало проведения испытаний различных элементов в условиях больших ускорений. В гипербаллистическом тире, в котором можно имитировать условия высот до 61 км, скорость до 6 км/с и ускорение 60 000 g, уже ведутся работы по исследованию стойкости радиопередатчиков и аккумуляторных батарей к механическим нагрузкам. Там же изучается влияние снега, воды, пыли на процесс эрозии поверхностей снарядов калибром до 76 мм. В тире G планируется построить электромагнитную ускоряющую установку, на которой можно получить ускорение до 150 000 g. Для регистрации процессов во время полета снаряда используются современные методы и техника, в том числе различные виды лазерной фотографии, рентгеновская фотография, фотоэлектрическая пирометрия и другие.

Администрация АНИЦ стремится прогнозировать эксплуатацию научно-исследовательского и испытательного оборудования на семь лет при ежегодной корректировке предполагаемых программ. В соответствии с этим каждый год руководство центра запрашивает потенциальных заказчиков об их потребностях на семилетний период с указанием типа работ, количества испытаний, ориентировочного времени использования оборудования. На практике, однако, заказчикам трудно подготовить точный перечень всего необходимого на такую далекую перспективу. Поэтому фактически программа составляется на три—пять лет и на этот же срок заключаются предварительные соглашения. С учетом возможности появления перспективных технологий рассчитываются средства, необходимые для их реализации, намечаются возможные поступления от контрактов, определяется необходимое техническое оснащение. Обычно за шесть месяцев до начала испытаний организуется встреча представителей центра и заказчика, в ходе которой конкретизируется цель работ, уточняется соответствие испытываемой модели (образца) возможностям оборудования. За четыре месяца до начала исследований утверждается их программа, методика, используемое оборудование, а за два месяца подписывается окончательный контракт на работы и заказчик переводит деньги. Некоторые частные компании объединяются для проведения исследований. Так, фирмы «Боинг», «Мартин Мариэтта» и «Макдоннелл Дуглас» выполняли совместную программу (под условным наименованием «Хай темпл») по оценке композиционных материалов в условиях высоких температур для разрабатываемых фирмами тактических ракет.

Годовой бюджет АНИЦ (средний за последние годы) составляет около 250 млн. долларов. Он формируется за счет поступлений (немногим более 100 млн.) по контрактам как с государственными, так и с частными заказчиками, а также средств, прямо вьделяемых министерством ВВС.

Уже реализуются либо начнутся в ближайшее время испытания для ВВС по 85 аэрокосмическим программам, для ВМС — по 8, в интересах сухопутных войск — 6, НАСА — 7 и для частных фирм — более чем по 6.

Полковник В. Черёмушкин

Источник - "Зарубежное военное обозрение" №7 1987.

Последнее обновление 27.01.2011

Автор - Антропов Петр, 2001 - 2017.

petivantropov@gmail.com

  Рейтинг@Mail.ru