Thread by @FieldMarshalPSO

#رشته تسلیحات هایپرسونیک .
با خوابیدن تب هایپرسونیک در فضای رسانه ای فرصت دیدم که این مسئله رو کمی روشن کنم.

خب از اول بگیم چرا « هایپرسونیک » !؟
به دلیل گرمایش آئرودینامیک در ماخ پروازی بیش تر از ۵ بسته دمای هوای جو هوا دچار تجزیه مولکولی شده و دیگه به عنوان گاز ایده‌آل با ضریب حرارت ویژه قابل فرض نیست.
از این جهت بطور کلی ماخ ۵ رو به عنوان مرز بین سوپر و هایپر سونیک در نظر گرفتند

تعریف دقیق از تسلیحات هایپرسونیک میتونه این باشه ، تسلیحاتی که عمده مسیرشون رو داخل جو در رژیم هایپرسونیک انجام بدن .

با توسعه عمیق و موثر سامانه های پدافندی ضد موشکی نیاز برای تسلیحاتی که با سرعت بالا و در ارتفاع به نسبت پایین و قابلیت مانور و تغییر مسیر در طول مسیر حرکت به عنوان راه حلی مناسب برای غیر موثر کردن سامانه های پدافندی ، ایجاد شد.

موشک های بالستیک بطور کلی مسیر حرکت قابل پیش بینی دارند و به دلیل ارتفاع بالا سیر آنها احتمال کشف توسط رادار بالا است و سامانه های پدافندی برای درگیری با اهداف بالستیک در خارج از جو و در لایه های بالای جو توسعه پیدا کرده اند.

از این جهت تسلیحات هایپرسونیک مطرح شده اند در ادامه به دسته بندی این تسلیحات میپردازیم

سرجنگی گلایدر هایپرسونیک یا به اصطلاح موشک بالستیک با سرجنگی هایپرسونیک ، این نوع از تسلیحات به کمک موتور راکتی شتاب گرفته به لایه های بالا جو در ماخ های بالای ۸ میرسند هندسه این تسلیحات به گونه ای است که نسبت لیفت به درگ بیشتر از ۱ تولید کرده و توانایی گلاید یا جهش را میدهند

در این تصویر تفاوت مسیر حرکت گلایدری ، جهشی و بالستیک قابل مشاهده است ، در این این تسلیحات هدف اصلی دیرتر کشف شدن و مسیر حرکت غیر قابل پیش بینی در صورت کشف است.

هندسه گلایدر های هایپرسونیک به دو دسته مخروطی و گوه ای قابل تقسیم بندی هستند ، مزیت طرح مخروطی سادگی نسبی طراحی و مزیت کلاهک گوه ای نسبت لیفت به درگ بالا است که امکان گلاید در برد با مانور پذیری بیشتر رادارد.

توجه داشته باشید همانطور که در خودرو ها محصول خوب و بد داریم اما به همه آنها خودرو میگویم در این تسلیحات هایپرسونیک بخصوص در گلایدر ها هم این قضیه صدق میکند ، مهمترین پارامتر از نظر بنده برد و زمان گلاید درون جو است ، به دلیل گرمایش آئرودینامیک نیاز به مواد عایق و فدا شونده

در دما های بالا نیاز است و هرچه برد و ماخ پروازی افزایش یابد حرارت بشدت افزایش یافته و مخصوصا این موضوع در کلاهک های گلایدری قاره پیما و برد بلند به اعداد بالای ۱۰ هزار درجه سانتی گراد میرسد ، مسئله تحمل حرارت بسیار چالش بر انگیز تر میشود.

به تفاوت مدل گاز کامل و غیر کامل (نقطه چین) با افزایش عدد ماخ دقت کنید.
به دلیل تجزیه مولکولی هوا که یک فرایند گرما گیر یا اندوترمیک است هوا در ماخ بالاتر به دمای سکون یکسان با مدل گاز کامل رسیده است.

دسته بعدی از تسلیحات هایپرسونیک موشک های کروز هایپرسونیک هستند ، در حال حاضر پیشرانی که برای این تسلیحات در نظر گرفته شده است موتور های اسکرمجت است و در ماخ بیش از ۵ و ۶ در ارتفاع ثابت بیش از ۲۰ کیلومتری کروز میکنند .

چرا اسکرمجت !؟
چرا رمجت نه !؟
باز هم به گرمایش آیرودینامیک بر میگردد ، با افزایش ماخ پروازی و افزایش دما سکون در موتور های رمجت عملا هوا بعد از تراکم داخل ورودی هوا بقدری داغ میشود که در محفظه احتراق عمده انرژی سوخت صرف تجزیه مولکولی هوا (فرایند اندوترمیک) شده و

دمای هوا آنچنان بالا نمیرود که بتوان از آن انرژی جنبشی لازم برای تولید تراست در نازل را گرفت لزا رمجت ها حداکثر در ماخ ۵ قابل کارکرد هستند.
اما در اسکرمجت ها به دلیل اینکه تراکم در ورودی هوا پایین است و هوا در خروجی از آن سوپرسونیک ( ماخ حدود ۲ ) میشود دما هوای وارد شده به محفظه

آنچنان بالا نیست که سوخت نتواند انرژی گرمایی لازم را به آن اضافه کنند ، مهمترین مشکل این محفظه احتراق سرعت بالای جریان هوا است که چالش های بسیار بزرگی در حوزه کنترل پاشش سوخت و طراحی احتراق پایدار ایجاد میکند.
عمدتا از شعله نگه دار های Cavity یا Ramp در این موتور ها بکار میرود

بطور کلی از نظر بنده موشک های کروز هایپرسونیک با پیشران اسکرمجت پیچیده ترین نوع تسلیحات هایپروسنیک هستند بخصوص اگر ماخ پروازی آن بیش از ۷ باشد.

موشک های کروز یا پهپاد های هایپرسونیک با پیشران سوخت مایع راکتی !
در این تسلیحات ما با پیشران راکتی با تراست های بسیار کم اما با مداومت عملکرد بالا طرف هستیم ایده اصلی این است پرواز کروز در ارتفاع بسیار بالای ۴۰ ۵۰ کیلومتری با ماخ بیش از ۵ !
پرواز در ارتفاع بالا به معنی درگ کم

است اما در ارتفاع بالا لیفت هم کم میشود لذا برای تامین لیفت کافی لازم است بدنه های لیفت ساز نسبتا بزرگ استفاده شود .
برا تامین تراست کافی هم از موتور های کوچک سوخت مایع راکتی استفاده میشود که بسیار ساده هستند.
مهمترین مشکل رسیدن از ارتفاع صفر به ارتفاع کروز در ماخ بالای ۵ است

چرا مشکل است !؟ چون در ارتفاع پایین چگالی هوا بیشتر بوده و درگ بشدت بیشتر است و موتور راکتی که تقریبا تراست ثابتی دارد توانایی غلبه بر درگ را ندارد لذا لازم است این پرنده هوا پرتاب یا به کمک بوستر به ارتفاع کروز برسد.
پهپاد WZ 8 هم هواپرتاب است و فرود توسط ارابه فرود انجام میگیرد

در کل این دسته از تسلیحات هایپرسونیک نسبت به کروز های اسکرمجت بشدت پیچیده گی کمتری دارند و از نظر بنده بشدت « سردار پسند » هستند.

مورد بعدی موشک های شبه بالستیک هایپرسونیک هستند این موشک ها تقریبا مشابه گلایدر عمل میکنند اما توانایی مانور آنها را ندارند لذا به عنوان یک سلاح در دوره گذار از تسلیحات معمولی به هایپرسونیک های سطح بالا مثل کروز و گلایدر گزینه قابل توجهی هستند.

برای مطالعه بیشتر: موضوع تجزیه ملکولی هوا در دمای بالا در محفظه احتراق موتور های توربوفن و توربوجت هم مطرحه هرچه احتراق در primery به سمت استوکیومتری میل کنه دما افزایش پیدا کرده و تجزیه ملوکولی بیشتر میشه پس در محفظه احتراق بهتره که احتراق بصورت رقیق باشه

https://twitter.com/FieldMarshalPSO/status/1570507900157849602?t=FmjMYGxxrwv2-1pU4vcjVA&s=19

تا انرژی سوخت کمتر صرف تجزیه هوا بشه و نشه ازش تراست گرفت.
این نمودار به خوبی این موضوع رو نشون میده

به کمک کد CEA میتوان موضوع اثر گرمایش ائرو دینامیک روی احتراق را بهتر مشاهده کرد ، در ماخ ۶ دما سکون حدود ۱۶۰۰ درجه کلوین است که در این حالت احتراق استوکیومتریک کروسین و هوا دمای شعله ۲۷۲۵ درجه کلوین دارد اما

در مقایسه در دمای هوای ۲۷۷ درجه کلوین دمای شعله ۲۲۶۲ درجه کلوین است یعنی تنها ۵۰۰ درجه اختلاف دما شعله اما اختلاف دما هوای ورودی بیش از ۱۳۰۰ درجه کلوین است.
(اثر فشار در نظر گرفته نشده)