На протяжении нескольких последних лет американская компания Hermeus Corp. ведет работы по теме перспективного многоцелевого гиперзвукового самолета. К настоящему времени ей удалось выполнить основную часть проектных работ и начать испытания отдельных агрегатов. Кроме того, на днях представили полноразмерный экспериментальный самолет, а в ближайшем будущем появится полноценный летный образец.
Инициатива и контракты
Компания Hermeus была основана в 2018 г., и ее задачей сразу стала разработка научно-технологической базы для последующего создания гиперзвуковых самолетов военного и гражданского назначения. Прежде всего, планировалось разработать планер и двигатель, соответствующие таким задачам. При этом предлагалось использовать только доступные технологии и материалы, за счет чего можно было ускорить и удешевить как разработку проектов, так и строительство готовой техники.
Подобные идеи заинтересовали ВВС США, и вскоре Hermeus включили в программу поддержки AFWERX. Благодаря этому фирма теперь сотрудничает с Научно-исследовательской лабораторией ВВС, а также регулярно получает контракты на проведение необходимых работ. Кроме того, новыми разработками заинтересовалось несколько государственных структур, которые в будущем могут стать заказчиками готовой техники.
В течение первых лет, за счет привлеченных средств и государственного финансирования, компания Hermeus провела основную часть исследований, а также разработала двигатель для будущего самолета. Испытания такой силовой установки начались в феврале 2020 г. и продолжаются без существенных проблем и нареканий.
В августе 2021 г. Hermeus получила новый контракт от ВВС США стоимостью 60 млн долл. В соответствии с ним, подрядчик должен в течение 18 мес. построить и испытать в воздухе экспериментальный гиперзвуковой самолет. Утверждалось, что опытная машина будет относительно простой и дешевой в производстве и эксплуатации, в результате чего 60 миллионов хватит как на строительство, так и на полный цикл испытаний. Проект получил название Quarterhorse («Квартерхорс» – порода лошадей для скачек на малые дистанции).
После успешных тестов двигателя команда планировала дальше двигаться к полётам. В планах были такие этапы:
- 2025 год — создание грузовой версии беспилотника;
- 2029 год — разработка более крупного коммерческого беспилотного пассажирского самолёта (его назвали Halcyon). Предполагалось, что он сможет развивать скорость около 6,7 Маха (примерно 7130 км/ч) и иметь дальность полёта около 8500 км. (ru.wikipedia.org*)
Интересные детали:
- Около 15% компонентов Chimera напечатаны на 3D-принтерах Velo3D — это позволило быстро итерировать конструкцию [1][5].
- Фото двигателя Chimera с подписью «Our full-scale Mach 5 engine» Hermeus опубликовала в январе 2022 года на Flickr — это был один из первых публичных снимков [6].
- Предохладитель (precooler) в схеме Chimera охлаждает набегающий воздух перед подачей в турбину J85 — без этого на высоких скоростях турбина просто расплавилась бы [4].
Несколько деталей про технологию
- За основу для запуска и посадки взяли проверенный турбореактивный двигатель GE J85. В полёте он подаёт воздух в прямоточную часть, которая и обеспечивает мощный разгон. (ru.wikipedia.org*)
- Около 15% компонентов двигателя Chimera изготовили с помощью 3D-печати — это сильно ускорило разработку.
- Компания делала акцент на вертикальной интеграции производства: это помогло быстрее итерировать решения и меньше зависеть от подрядчиков.
Что дальше
Лётные испытания действительно продолжились: первый полёт прототипа (Mk 1) состоялся в 2024 году. Позже появились и другие версии (например, Mk 2.1).
Демонстратор технологий
9 ноября 2021г. компания Hermeus сообщила, что несколькими днями ранее состоялась официальная презентация опытного самолета Quarterhorse. На мероприятие пригласили инвесторов и потенциальных пользователей новой техники из военных и гражданских структур. Звучали громкие заявления и самые смелые прогнозы.
Проект Quarterhorse разработан на основе идей и опыта, накопленных компанией Hermeus в ходе исследований последних лет. При этом работы по машине заняли минимальное время. От получения заказа и начала проектирования до выкатки и первой демонстрации прототипа прошло всего четыре месяца – своеобразный рекорд для современной сверх- и гиперзвуковой авиации. Впрочем, как сообщается, на презентации использовался самолет, не предназначенный для полетов.
Построенный самолет сразу показал некоторые свои возможности. Прямо во время презентации выполнили запуск двигателя с постепенным выходом на форсаж. На таких режимах работы двигателя самолет должен подниматься в воздух и выполнять первоначальный разгон перед выходом на сверх- и гиперзвуковую скорость.
По условиям контракта с ВВС, в течение следующего года компания Hermeus построит полноценный летный прототип, а затем выведет его на испытания. Ожидается, что испытания пройдут без каких-либо затруднений и будут завершены до конца года. По результатам этих мероприятий может начаться разработка новых образцов авиационной техники для реальной эксплуатации.
Технологии проекта
В нынешнем виде «Квартерхорс» представляет собой беспилотный самолет схемы «бесхвостка» с плавным сопряжением фюзеляжа и плоскостей. Носовая часть фюзеляжа оснащена воздухозаборником характерной формы, оптимизированным для работы на высоких скоростях. Более половины длины самолета занимает воздуховод, задняя часть которого имеет функцию охлаждения потока. За нею находится комбинированный двигатель оригинальной конструкции.
В полете на основных режимах Quarterhorse будет сталкиваться с самыми высокими тепловыми и механическими нагрузками. Однако особенности конструкции самолета не сообщались, и неизвестно, как инженеры планируют бороться с этими проблемами. По всей видимости, планер выполняется из теплостойких и прочных металлических и композиционных материалов.
Специально для использования в новых проектах Hermeus разработала двигатель оригинальной архитектуры TBCC (Turbine-Based Combined Cycle – «Комбинированный цикл на основе турбореактивного двигателя»). Эта схема предлагает дополнение обычного ТРД форсажной камерой с функциями прямоточного воздушно-реактивного двигателя. На разных режимах полета компоненты такого двигателя должны работать самостоятельно или в разных сочетаниях.
Взлет, разгон и полет со сверхзвуковой скоростью предлагают осуществлять при помощи ТРД, в т.ч. с применением форсажной камеры. Для дальнейшего роста скорости и выхода на гиперзвуковой режим форсажная камера должна переходить в прямоточный режим и создавать всю необходимую тягу.
Первый вариант изделия TBCC, испытанный на стенде и готовящийся к проверке в полете, выполнен на основе серийного ТРД General Electric J85-21. Для проведения опытов компания Hermeus приобрела несколько таких двигателей, ранее использовавшихся на самолетах ВВС США. После ремонта они могут участвовать в новом проекте.
В обозримом будущем компания Hermeus планирует выйти на рынок гражданских самолетов. Гиперзвуковые лайнеры с разной вместимостью смогут работать на протяженных линиях и резко ускорят перевозку пассажиров. По расчетам, полет на таком самолете из Нью-Йорка в Лондон будет занимать порядка 90 мин., тогда как сейчас на него приходится тратить ок. 7 ч.
В компании считают, что такое ускорение перевозок не только заинтересует перевозчиков и пассажиров, но и положительно скажется на глобальной экономике. По ее подсчетам, гиперзвуковые лайнеры, при их массовой эксплуатации, обеспечат дополнительный рост мировой экономики на 4 трлн долл. США ежегодно.
Впрочем, основной интерес к проекту «Квартерхорс» и перспективным разработкам пока проявляют не коммерческие перевозчики, а Пентагон. В перспективе он сможет заказать пассажирские модификации самолета для перевозки личного состава, в т.ч. высокопоставленных лиц. Не исключается принципиальная возможность разработки скоростного разведчика или самолетов иного назначения.
Компоновка Chimera(справочно)
Chimera — это TBCC (Turbine-Based Combined Cycle), то есть в одном корпусе совмещены турбореактивный и прямоточный тракты. Вот как устроена схема:..(hermeus.com)
- Входное устройство — регулируемый воздухозаборник (на Quarterhorse Mk 2 — в носовом обтекателе).
- Предохладитель (precooler) — теплообменник, который стоит перед турбиной и охлаждает набегающий воздух. На ранних версиях предполагалось использование криогенного топлива (например, жидкого водорода) в качестве хладагента. Без него турбина J85 не дотянула бы до М~3.
- Турбинное ядро — GE J85 (тяга ~5000 фунтов) для Chimera I; Pratt & Whitney F100 (тяга ~30000 фунтов) для Chimera II.(hermeus.com)
- Байпасный канал — обводной тракт, который перепускает воздух мимо турбинного ядра, когда начинается переход на прямоточный режим.
- Прямоточная камера сгорания (ram burner) и сопло — полностью собственной разработки Hermeus.
Все «горячие» элементы — воздухозаборник, изолятор, предохладитель, байпасная заслонка, прямоточная камера и сопло — Hermeus делала сама, а турбинное ядро взяла готовое (COTS-компонент), что резко снизило стоимость и сроки.
Переходные режимы — как именно происходит переключение
Это самая технически интригующая часть. Вот фазы работы Chimera по скорости:..(sandboxx.us)
| Фаза | Скорость | Что работает | Что происходит |
|---|---|---|---|
| Взлёт и разгон | 0 — М~2 | Турбореактивный режим (J85) | Обычная работа турбины, воздух идёт через компрессор |
| Переохлаждение | М2 — М3 | Турбореактивный + precooler | Предохладитель снижает температуру воздуха на входе в турбину, «выжимая» ещё немного производительности из J85 |
| Переход | М~3 (занимает ~5 секунд) | Перекрытие потоков | Заслонки и клапаны перенаправляют воздух в обход турбины — в прямоточный тракт. Воздух сжимается скоростным напором. Турбина начинает «отдыхать» |
| Гиперзвук | М3 — М5+ | Только прямоточный режим | Турбина выключена, тяга полностью за счёт ramjet. Оптимум — М3–М5 |
| Посадка | Сброс скорости | Обратный переход на турбину | Для захода на посадку двигатель снова переключается в турбореактивный режим |
Ключевой момент: переход занимает около пяти секунд и происходит через серию заслонок и клапанов, которые перенаправляют воздушный поток. На стенде в Notre Dame этот переход повторили несколько раз, и, по словам CTO компании, именно скорость и устойчивость переключения стали главным результатом испытаний.
Ещё нюанс: у J85 — аналоговая система управления, что усложняет интеграцию с цифровой автоматикой перехода. У Chimera II (на базе F100) система уже цифровая — это должно сделать переход плавнее.
Сравнение с отечественными наработками
Тут картина интересная, потому что подходы принципиально разные.
«Холод» (1979–1990-е)
Советская гиперзвуковая летающая лаборатория на базе зенитной ракеты С-200. На месте боеголовки — осесимметричный ГПВРД Э-57 на водороде. Достигнута скорость М~5,7 — это было первое в мире успешное лётное испытание ГПВРД… (osnmedia.ru )
Важное отличие от Chimera: «Холод» — это чистый ГПВРД (со сверхзвуковым горением), а не гибрид. Разгон обеспечивался ракетой-носителем. То есть отечественный подход шёл «сверху» — от гиперзвукового ядра, тогда как Hermeus идёт «снизу» — от турбины, наращивая скорость.
«Игла» (ГЛЛ-ВК)
Перспективная летающая лаборатория, развитие программы «Холод». Трёхмодульный ГПВРД, рабочий диапазон — М6–М14, тяга ~14,7 тс, время работы двигателя — 50 секунд. Опять же — чистый ГПВРД с ракетным разгоном, без турбокомпонента.
HEXAFLY-INT (ЦИАМ, 2014–2019)
Международный проект с участием ЦИАМ. Водородный ГПВРД клиновидной прямоугольной конфигурации. Стендовые испытания показали устойчивую работу на М~7,4, теоретический предел — М~12. Для стендовых испытаний в России есть один из двух в мире гиперзвуковых стендов (второй — в США).
Концепция ТРД с форсированной турбиной (В. Л. Письменный, 2025–2026)
Свежий российский патент (RU2856269C1). Идея — расширить скоростной диапазон турбореактивного двигателя до М3,5 (в более ранней версии — до М5) за счёт форсирования турбины и подачи воды для охлаждения. Это, по сути, попытка решить ту же задачу, что и у Hermeus — отодвинуть тепловой барьер турбины — но другим путём: не через внешний предохладитель и байпас на прямоточник, а через глубокое охлаждение самой турбины и компрессора. Пока это расчётная концепция без построенного полноразмерного демонстратора.
Сравнительная сводка
| Параметр | Chimera I (Hermeus) | «Холод» / «Игла» | HEXAFLY-INT | ТРД-ФТ (Письменный) |
|---|---|---|---|---|
| Тип | TBCC (турбо + ПВРД) | Чистый ГПВРД | Чистый ГПВРД | Турбореактивный, форсированный |
| Скорость | М5+ | М5,7 / М6–14 | М7,4 (стенд) | М3,5 (расчёт) |
| Топливо | Авиакеросин | Водород | Водород | Авиакеросин + вода |
| Взлёт | С обычной ВПП | Ракетный разгон | Ракетный разгон | С обычной ВПП |
| Статус | Наземные испытания, лётные Mk 1 (2025) | Лётные испытания выполнены | Стендовые испытания | Патент, расчёты |
| Переход режимов | Турбо ↔ ПВРД (~5 c) | Нет (чистый ГПВРД) | Нет | Нет (однофазный) |
Главный вывод:
- Hermeus идёт прагматичным путём: берёт готовую турбину, достраивает к ней прямоточник и предохладитель, и решает задачу перехода «на лету». Это сложнее в управлении потоками, но даёт взлёт с обычной полосы и многоразовость.
- Отечественная школа исторически бьёт в более высокий диапазон скоростей (М6–14) с чистым ГПВРД, но требует ракетного разгона и не решает задачу самостоятельного взлёта. Концепция (Письменного) — это попытка пройти тем же маршрутом, что Hermeus (турбина «до предела»), но без прямоточника, чисто за счёт теплозащиты турбины — пока на уровне расчётов.
Планы и реальность
Проект Quarterhorse показывает, что в США продолжаются активные работы по созданию и освоению гиперзвуковых технологий. Весьма интересно, что к этому направлению присоединяются не только признанные лидеры авиастроительной отрасли, но и совершенно новые компании. Более того, такой новичок в лице фирмы Hermeus даже смог заинтересовать ВВС и получить необходимую поддержку.
Сложный и амбициозный проект от Hermeus Copr. успешно преодолел несколько первых стадий. Завершена разработка ключевых компонентов и проведены стендовые испытания, что становится поводом для оптимизма. Однако теперь перед проектом стоит более сложная задача в виде полноценных летных испытаний. На этом этапе будет показан реальный уровень развития технологий, а также возможности и перспективы летательного аппарата на их основе.
Испытания предполагается завершить до конца следующего года. Тогда же станет ясно, продолжат ли потенциальные заказчики поддерживать проект, и появятся ли в отдаленном будущем желаемые лайнеры, разведчики и т.д. Пока же перспективы проекта остаются неизвестными, и остается лишь делать прогнозы, которые, однако, могут не сбыться.
По теме:
