Кіріспе

Үстірткіштік ағынды пайдаланып қосымша үдетуді қамтамасыз ететін зымырандар. Ауамен күшейтілген зымырандар ұшу кезінде ауа динамикалық әсерінен жиналған ауаны, зымыран қозғалтқышының үстірткіштік ағыны арқылы одан әрі сығыстырады, осы арқылы отынның бірдей мөлшері үшін зымыранға немесе ауа сорғыш қозғалтқышқа қарағанда жоғары тиімді итермелеуге қол жеткізеді. Бұл зымырандық/ауа сорғыш қозғалтқыштардың гибридтік класын құрайды, ол ауа сорғыш қозғалтқышқа ұқсас, бірақ бастапқы жылдамдықтан итермелеуді қамтамасыз етеді және кейбір жағдайларда атмосферадан тыс кеңістікте де жұмыс істей алады, отынның тиімділігі әрқашан салыстырмалы ауа сорғыш қозғалтқышқа немесе зымыранға кем болмайды. Негізгі принциптің көптеген нұсқалары бар, сондай-ақ олардың нәтижесінде пайда болатын түрлі атаулар да бар. Зымыранның артқы бөлігінде қосымша отынды жағатын зымырандар әдетте ракеталық зымыран, интегралды зымыран/ауа сорғыш қозғалтқыш немесе шығарушы ауа сорғыш қозғалтқыш деп аталады, ал қосымша жануды қамтымайтын зымырандар кеңейткіш құрылысының ерекшеліктеріне байланысты арналы немесе қапталған зымырандар деп аталады.

Операция

Кәдімгі химиялық ракеталық қозғалтқышта ракета өз фюзеляжында отын мен тотықтырғышты алып жүреді. Отын мен тотықтырғыш арасындағы химиялық реакция реакция өнімдерін тудырады, олар ракетаның жану камерасындағы қысым мен температурада газ тәрізді болады. Реакция сонымен қатар өте энергетикалық (экзотермиялық) болып, жылу түрінде зор энергияны бөліп шығарады; бұл энергия жану камерасындағы реакция өнімдеріне беріледі, нәтижесінде бұл массаға үлкен ішкі энергия жиналады, ол соқпақ арқылы кеңейтілгенде өте жоғары шығу жылдамдықтарын қамтамасыз етеді. Шығарылатын газ соқпақ арқылы артқа бағытталады, соның арқасында итеру күші пайда болады. Бұл дәстүрлі конструкцияда отын/тотықтырғыш қоспасы жұмыс массасы және оны үдетуге қажетті энергия көзі болып табылады. Жұмыс массасының молекулалық салмағы ең төмен болғанда ең жақсы нәтижеге қол жеткізілетінін көрсету оңай. Таза сутек теориялық тұрғыдан ең жақсы ракета отыны болып табылады. Оны оттегімен араластырып жағу үшін пайдаланғанда жүйенің жалпы тиімділігі төмендейді, себебі бұл шығарылатын газдардың массасын арттырады, сондай-ақ, көтерілуі керек массаны да ұлғайтады. Өйткені оттегі сутектен әлдеқайда ауыр. Жүйенің жалпы тиімділігін арттырудың бір жолы – ұшу кезінде отын немесе тотықтырғышты жинау. Атмосферада отын табу қиын, бірақ газ тәрізді оттегі тотықтырғыш ауаның 20%-ын құрайды. Бұл фактіні пайдаланатын бірнеше конструкциялар бар. Мұндай жүйелер сұйық ауа циклы қозғалтқышында (LACE) зерттелген. Тағы бір идея – жұмыс массасын жинау. Ауамен күшейтілген ракетада, әдеттегі ракеталық қозғалтқыш алдыңғы жағы ашық, ұзын түтікшенің ортасына орнатылады. Ракета атмосфера арқылы қозғалғанда ауа түтікшеге кіріп, онда ол тарапқы қысым әсерінен қысылады. Түтікше бойымен төмен жылғанда ауа одан әрі қысылады және ракеталық қозғалтқыштан шығатын отынға толы газдармен араласады, бұл ауаны ракеталық-тікелей ағынды қозғалтқыш сияқты қыздырады. Осылайша, салыстырмалы түрде кішкентай ракета әдеттегіден әлдеқайда үлкен жұмыс массасын үдетуге қолданылуы мүмкін, бұл атмосферада айтарлықтай жоғары итеру күшіне әкеледі.

Артықшылықтар

Бұл қарапайым әдістің тиімділігі зор болуы мүмкін. Кәдімгі қатты ракеталардың нақты импульсі шамамен 260 секундты (2,5 кН·с/кг) құрайды, бірақ осы отынды ауамен күшейтілген конструкцияда қолданса, оны 500 секундтан астамға (4,9 кН·с/кг) дейін арттыруға болады – тіпті ең жақсы сутек-оттегі қозғалтқыштарына да жетпес көрсеткіш. Бұл конструкция рамжеттен де сәл тиімді болуы мүмкін, себебі ракета қозғалтқышының шығарылатын газдары ауаны рамжетке қарағанда күштірек қысымға түсіреді, бұл жану тиімділігін арттырады, себебі ұзақ, тиімдірек сопло қолдануға мүмкіндік береді. Тағы бір артықшылығы – ракета тіпті нөлдік жылдамдықпен де жұмыс істей алады, ал рамжетке қозғалтқышқа ауа жеткізу үшін алға жылдамдық қажет.

Кемшіліктер

Мұндай өнімділіктің артуы кеңінен қолданылуы мүмкін, бірақ түрлі мәселелер жиі осыған кедергі келтіреді. Жоғары жылдамдықты қозғалтқыштардың ауа түсіру құрылғыларын (инлеттерін) жобалау қиын, және олардың ұшақ корпусына тиімді өнімділікке жету үшін мұқият орналастырылуын қажет етеді – жалпы алғанда, бүкіл ұшақ корпусы ауа түсіру құрылғысының дизайнына сәйкес салынуы керек. Тағы бір мәселе – ракетаның биіктігі арта қосқан сайын ауа тығыздалады. Осылайша, қосымша итеру күші ракетаның қаншалықты жылдам көтерілуімен шектеледі. Соңында, ауа арналары көлік құралына қосымша салмақ қосады, бұл күйдіру процесінің соңына қарай көліктің жылдамдығын айтарлықтай төмендетеді.

Қаптамамен жабылған зымыран

Әуемен күшейту жүйесінің ең қарапайым түрі жабық зымыранда кездеседі. Ол негізінен құбыр ішінде орналасқан ракеталық қозғалтқыштан немесе қозғалтқыштардан тұрады. Ракетаның шығарындылары ауаны тартып, оны құбыр арқылы өткезеді, сонымен қатар оны араластырып, қыздырады, нәтижесінде ракетадан кейін қысым артады. Содан кейін пайда болған ыстық газ кеңейіп жатқан сопло арқылы одан әрі кеңейтіледі.

Құбырлы зымыран

Жабық ракетаның шамалы өзгертілген түрі – каналдық ракетаға конвергентті-дивергентті сопло ғана қосылады. Бұл жану процесінің дыбыс жылдамдығынан төменгі деңгейде жүзеге асуын қамтамасыз етеді, соның арқасында жүйе тиімді болатын көлік құралдарының жылдамдық диапазоны кеңейеді.

Экзектордың ұшқыш ұшқышы (және басқалар)

Экзекторлық рамжет – потенциалды жоғары өнімділігі бар, күрделірек жүйе. Қапталған және арналы ракета сияқты, бұл жүйе де әуе қабылдағышта (air intake) ракеталық қозғалтқышпен басталады. Айырмашылығы, араласқан газдар диффузорға кіріп, ауа ағынының жылдамдығын дыбыс асты жылдамдыққа дейін баяулатады. Содан кейін қосымша отын құйылып, кеңейтілген бөлімде жағылады. Осы жанудың нәтижесіндегі газдар, дәстүрлі рамжетте немесе арналы ракета корпусындағыдай, конвергентті-дивергентті соплоға (nozzle) енгізіледі.

Тарих

Әуемен күшейтілген зымыранды өндіріске енгізуге жасалған алғашқы маңызды әрекет – Кеңес Одағының "Гном" зымыран жобасы болды, ол 1958 жылғы 2 шілдедегі Кеңес Министрлерінің 708 336 қаулысымен іске асырылды. Жақында, шамамен 2002 жылы, НАСА SSTO ғарыш кемелерін жасау мақсатында GTX бағдарламасы аясында осыған ұқсас технологияны қайта қарастырды. Әуемен күшейтілген зымырандар 2016 жылы "Метеор" әуеден әуеге зымыраны қолданысқа енгізілген кезде жаппай өндіріске түсті.