На пути к гиперзвуку. Краткий исторический обзор



Overview of scramjet creation

This work is devoted to the history of the ramjet and scramjet installations. Analyzes different time stages of development of this problem. Provides authors contributed to the development of hypersonic technology.

history of the propulsion systems, ramjet engine, Hypersonic Technology


Том 15, выпуск 3, 2014 год



Работа посвящена истории создания ГПВРД и ПВРД установок. Проводится анализ различных временных стадий развития данной проблематики. Приводится вклад авторов в развитие гиперзвуковых технологий.

история создания двигательных установок, прямоточный воздушно-реактивный двигатель, гиперзвуковые технологии


Том 15, выпуск 3, 2014 год



1. Heiser W. H., Pratt D. T. Hypersonic airbreathing propulsion. – AIAA, 1994.
2. Curran E.T., Murthy S.N.B. (ed.). Scramjet propulsion. – AIAA, 2000. – Т. 189.
3. Segal C. The Scramjet engine: processes and characteristics. – Cambridge University Press, 2009. – Т. 25.
4. Waltrup P.J. et al. History of ramjet and scramjet propulsion development for US navy missiles //Johns Hopkins APL Technical Digest. – 1997. – Т. 18. – №. 2. – С. 235.
5. ЦИАМ 20012005. Основные результаты научно-технической деятельности. Том I/Колл. Авторов/Под общей научной редакцией В.А. Скибина, В.И. Cолонина, М.Я. Иванова. – М.: ЦИАМ, 2005. – 472 с. ISBN 5-94049-016-6
6. Г. Ю. Мазинг «Воздушно-реактивные двигатели».
7. Акимов В.М., Бакулев В.И. "Теория и расчет воздушно реактивных двигателей". 1975г.
8. Hallion, R. P. (1995). The Hypersonic Revolution, Volume II: From Max Valier to Project Prime, Aeronautical System Center, Air Force Material Command, Wright Patterson Air Force Base, ASC-TR-95–5010.
9. Sabel’nikov, V.A. and Penzin, V.I. (2000). “Scramjet re-search and development in Russia,” in Scramjet Propulsion (E. T. Curran and S. N. B. Murthy, eds.), Vol 189 of Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA, pp. 223–368.]
10. Avery, W.H. (1955). “Twenty years of ramjet development,” Jet Propul. 25, 604–614.
11. Waltrup, P.J., Stull, F.D., and Anderson, G.Y. (1976). “Supersonic combustion ramjet(scramjet) engine development in the United States,” in Proceedings of the Third International Symposium on Air Breathing Engines, AIAA, pp. 835–862.
12. Curran, E.T. (2001). “Scramjet engines: The first forty years,” J. Propul. Power 17, 1138–1148.
13. Ferri, A. (1964). “Review of problems in application of su-personic combustion,” J. R. Aeronaut. Soc. 68, 575–597.
14. Ferri, A. (1973). “Mixing controlled supersonic combustion,” Annu. Rev. Fluid Mech. 5, 307–338.
15. Andrews, E. H. and Mackley, E. A. (1994). “NASA’s Hypersonic Research Engine Project – A review,” NASA TM-107759.
16. Andrews E., Mackley E. Review of NASA's Hypersonic Research Engine Project. – 1993.
17. Stillwell W. H. X-15 research results. – Scientific and Technical Information Division, National Aeronautics and Space Administration;[for sale by the Superintendent of Documents, US Govt. Print. Off.], 1965. – Т. 60.
18. Стечкин Б.С. Теория воздушного реактивного двигателя "Техника воздушного флота ". М. 1929.
19. Победоносцев Ю.А. Первые летные испытания прямо-точных двигателей. В сб. Из истории авиации и ракетной техники. Москва, АНСССР, C.109-121, 1970.
20. Келдыш М.В. (редактор). Теоретическое наследие академика Королева. Наука, Москва 1980.
21. Меркулов И.А. Первые экспериментальные испытания прямоточных двигателей, разработанных в ГИРД. В сб. "Из истории авиации и космонавтики. Выпуск 3, Москва, АН СССР, C. 22-32, 1965.
22. Раушенбах Б.В. (редактор). Развитие авиационной науки и техники в СССР. Историко-технические очерки. Наука, Москва, 192 с.,1980.
23. Сабельников В.А., Пензин В.И. К истории исследований в области высокоскоростных ПВРД в России. – 2008.
24. Евстафьев М. Д. Долгий путь к "Буре". – М. : Вузов. кн., 1999.
25. Бондарюк М.М. и Ильяшенко СМ. Прямоточные воз-душно-реактивные двигатели. — М., 1958.
26. Цандер А.Ф. Проблемы полета при помощи реактивных аппаратов // Сборник статей под редакцией Л.К. Корнеева. М., 1961.
27. Циолковский К.Э. Труды по ракетной технике. — М., 1947.
28. Меркулов И.А. Первые экспериментальные исследования прямоточных воздушно-реактивных двигателей ГИРДа // Из истории авиации и космонавтики. Вып. 3. С. 21-32. М.: ИИЕТ АН СССР, 1965.
29. Казневскш В.П. Запуск первой в мире ракеты с ПВРД// Из истории авиации и космонавтики. Вып. 3. С. 3339. М.: ИИЕТ АН СССР, 1965.
30. Щербаков А.Я. Летные испытания ПВРД на самолетах конструкции Н.Н.Поликарпова в 1939-1940 гг.// Из истории авиации и космонавтики. Вып. 3. С. 40-49. М.: ИИ-ЕТ АН СССР, 1965.
31. Демянко Ю.Г. 30 октября — 90 лет со дня рождения А.Г.Костикова // Из истории авиации и космонавтики. Вып. 62. С. 97-99. М.: ИИЕТ АН СССР, 1991.
32. Степанец А.Т. Истребители «Як» периода Великой Отечественной войны. Справочник. — М.: 1992.
33. Флоров И.Ф. Вклад Р.Л. Бартини в авиационную науку // Из истории авиации и космонавтики. Вып. 28. С. 16. М.: ИИЕТ АН СССР, 1976.
34. Самолетостроение в СССР 1917-1945 гг./ Гл. редактор Г.С. Бюшгенс. — Издательский отдел ЦАГИ, 1994.
35. Пензин В.И., Щетинков Е.С. (19171976) и начальный этап исследовательских работ по высокоскоростным ПВРД в России. Королевские чтения, 1995.
36. Волынский М.С. Инжекция жидкости в сверхзвуковой поток. Известия АН СССР. Механика и Машиностроение № 2, 1963.
37. Щетинков Е.С. Проблемы сверхзвукового горения. В сб. "Горение и Взрыв". Наука, Москва, 1972.
38. Hallion, R. P. (1995). The Hypersonic Revolution, Volume II: From Max Valier to Project Prime, Aeronautical System Center, Air Force Material Command, Wright Patterson Air Force Base, ASC-TR-95–5010.
39. Waltrup, P.J., Stull, F.D., and Anderson, G.Y. (1976). “Su-personic combustion ramjet (scramjet) engine development in the United States,” in Proceedings of the Third International Symposium on Air Breathing Engines, AIAA, pp. 835–862.
40. Щетинков Е.С. Проблемы сверхзвукового горения. В сб. "Горение и Взрыв". Наука, Москва, 1972.
41. Shchetinkov Е.С. On piece-wise one-dimensional models of supersonic combustion and pseudo-shock in a duct combustion. Explosion and Shock Waves, 9 (4), pp.409-417,1973.
42. Петров Г.И., Ухов Е.П. Расчет восстановления давления при переходе от сверхзвукового потока к дозвуковому при различных системах плоских скачков уплотнения. М., Гостехиздат, 87 стр., 1947.
43. Вишневецкий С.Л. Профилирование сверхзвуковых диффузоров воздушно- реактивных двигателей. Труды НИИ-1, №7, 1955.
44. Вишневецкий С.Л. Некоторые свойства систем плоских скачков уплотнения. Известия АН СССР Отделение технических наук. Механика и Машиностроение, 1960.
45. Вишневецкий С.Л. и Мельников Д.А. Некоторые особенности систем плоских скачков давления. Труды НИИ-1, 3№, 1961.
46. Ануфриев В.М., Козлов Г.И., Ройтенбург Д.И. Применение ударной аэродинамической трубы для исследования диффузоров. Известия АН СССР МЖГ, №2, C.33-36, 1969.
47. Ануфриев В.М., Козлов Г.И., Ройтенбург Д.И. Исследование характеристик диффузоров в ударной трубе. Из-вестия АН СССР, МЖГ, №1, 1972.
48. Burrows M.C., Kurkov A.P., “Analytical and Experimental Study of Supersonic Combustion of Hydrogen in a Vitiated Airstream,” NASA TM-X-2828, Sept. 1973.
49. Burrows M.C., Kurkov A.P. Supersonic combustion of hydrogen in a vitiated air stream using stepped-wall injection // AIAA Paper. 1971. №71-721. 9 p.
50. Heiser, W.H., Pratt, D.T., “Hypersonic Airbreathing Propul-sion,” AIAA, Inc., Washington, DC. 1994. 587 p.
51. Curran, E. T., “Scramjet Engines: The First Forty Years,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 17, No. 6, 2001, pp. 1138-1148.
52. Ingenito, A. and Bruno, C., “Physics and Regimes of Super-sonic Combustion,” AIAA Journal, Vol. 48, No. 13, pp. 515-525, 2010.
53. Ladeinde, F., “A Critical Review of Scramjet Combustion Simulation,” 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA-2009-127, 2009.
54. Mudford, N.R., Mulreany, P.J., McGuire, J.R., Odam, J., Boyce, R.R., and Paull, A., “CFD Calculations for Intake-Injection Shock-Induced-Combustion Scramjet Flight Exper-iments,” The 12th AIAA International Space Planes and Hy-personic Systems and Technologies, AIAA Paper 2003-7034, Dec. 2003.
55. Nelson, H.F., “Radiative Heating in Scramjet combustor,” J. Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 11, No.1, 1997.
56. Crow A., Boyd I., Terrapon V., “Radiation Modeling of a Hydrogen-Fueled Scramjet,” AIAA 2011-3769, 2011, 15 p.
57. Norris, J. W. and Edwards, J. R., “Large-Eddy Simulation of High-Speed, Turbulent Diffusion Flames with Detailed Chemistry,” 35th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA-1997-370, 1997.
58. Peterson, D.M., Candler, G.V. and Drayna, T.W., “Detached Eddy Simulation of a Generic Scramjet Inlet and Combus-tor,” 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA-2009-130, 2009.
59. Rodriguez, C.G. and Cutler, A.D., “Computational Simula-tion of a Supersonic-Combustion Benchmark Experiment,” 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, AIAA-2005-4424, 2005.
60. Rubins, P.M., and Bauer, R.C., “Review of Shock-Induced Supersonic Combustion Research and Hypersonic Applications,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 10, No.5, 1994, pp. 593601.
61. Star, J.B., Edwards, J.R., Smart, M.K., and Baurle, R.A., “Numerical Simulation of Scramjet Combustion in a Shock Tunnel,” The 43rd Aerospace Science Meeting and Exhibit, AIAA Paper 2005-0428, 2005.
62. Turner, J.C. and Smart, M.K., “Application of Inlet Injection to a Three-Dimensional Scramjet at Mach 8,” AIAA Journal, Vol. 48, No. 4, 2010, pp. 829–838.
63. Wilson, G.J. and MacCormack, R.W., “Modeling Supersonic Combustion Using a Fully Implicit Numerical Method”, AIAA Journal, Vol. 30, No. 4, 1992, pp. 1008-1015.
64. Bilger R.W., Starner S.H., “On Reduced Mechanisms for Methane - Air Combustion in Nonpremixed Flames,” Combustion and Flame, Vol.80, 1990, pp.135-149.
65. Billig, F.S., “Research on Supersonic Combustion,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 9, No. 4, 1993, pp. 499-514.
66. Brindle, A., Boyce, R.R., and Neely, A.J., “CFD Analysis of an Ethylene-Fueled Intake-Injection Shock-Induced-Combustion Scramjet Configuration,” AIAA/CIRA 13th International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies, AIAA Paper 2005-3239, 2005.
67. Coffee T.P., “Kinetic Mechanisms for Premixed, Laminar, Steady State Methane/Air Flames,” Combustion and Flame, Vol.55, 1984, pp.161-170.
68. Coffee T.P., Kotlar A.J., Miller M.S., “The Overall Reaction Concept in Premixed, Laminar, Steady-State Flames. I. Stoichiometries,” Combustion and Flame. Vol.54, 1983, pp.155-169.
69. Coffee T.P., Kotlar A.J., Miller M.S., “The Overall Reaction Concept in Premixed, Laminar, Steady-State Flames. II. Initial Temperatures and Pressures,” Combustion and Flame, Vol.58, 1984, pp.59-67.
70. Curran, E. T., Heiser, W. H., and Pratt, D. T., “Fluid Phenomena in Scramjet Combustion Systems,” Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 28, Jan. 1996, pp. 323-360.
71. Dagaut P., Bakali A.E., Ristori A., “The combustion of kerosene: Experimental results and kinetic modelling using 1- to 3-component surrogate model fuels,” Fuel, Vol. 85, 2006, pp. 944-956.
72. Dagaut P., Cathonnet M., “The ignition, oxidation, and com-bustion of kerosene: A review of experimental and kinetic modeling,” Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 32, 2006, pp. 48-92.
73. Dryer F.L., Glassman I., “High-Temperature Oxidation of CO and CH4,” 14th Symp. on Comb, 1972, pp.987-1003.
74. Evans, J. S.; Schexnayder, C. J., Jr., “Influence of chemical kinetics and Unmixedness on burning in supersonic hydrogen flames,” AIAA J, Vol. 18, No 2, pp. 188-193.
75. Gardner, A.D., Paull, A., and McIntyre, T.J., “Upstream Porthole Injection in a 2D Scramjet Model,” Shock Waves, Vol. 11, No. 5, 2002, pp. 369-375.
76. Gerlinger, P., Nold, K. and Aigner, M., “Influence of reaction mechanisms, grid spacing, and inflow conditions on the numerical simulation of lifted supersonic flames”, Int. J. Numer. Meth. Fluids, Vol. 62, No. 12, 2010, pp. 1357-1380.
77. Jachimowski C.J., “Chemical Kinetic Reaction Mechanism for the Combustion of Propane,” Combustion and Flame, Vol.55, 1984, pp.213-224.
78. Jachimowski, C.J., “An Analytical Study of the Hydrogen-Air Reaction Mechanism With Application to Scramjet Combustion,” NASA Technical Paper 2791, 1988.
79. Maniscalco F., D’Anna A., Di Martino P., Cinque G., Colantuoni S., “Validation of Soot Formation and Oxidation models for a Kerosene Flame,” 31st Meeting on Combustion. Italian Section of the Combustion Institute.
80. Marinov, N.M., Westbrook, C.K. and Pitz, W.J., “Detailed and global chemical kinetics model for hydrogen”, Proceedings of the Eighth International Symposium on Transport Phenomena in Combustion, edited by S. H. Chan, Taylor & Francis: London, 1995, pp. 118-129.
81. O’Conaire, M., Curran, H.J., Simmie, J.M., Pitz, R.W. and Westbrook, C.G., “A comprehensive modeling study of hy-drogen oxidation”, International Journal of Chemical Kinetics, Vol. 11, 2004, pp. 602-622.
82. Odam, J. and Paull, A., “Radical Farming in Scramjets,” New Res. in Num. and Exp. Fluid Mech., VI, NNFM 96, 2007, pp.276-283.
83. Singh, D.J. and Jachimowski, C.J., “Quasiglobal Reaction Model for Ethylene Combustion,” AIAA Journal, Vol. 32, No.1, 1994, pp. 213-216.
84. Tsatsaronis G., “Prediction of Propagating Laminar Flames in Methane, Oxygen, Nitrogen Mixtures,” Combustion and Flame, Vol.33, 1978, pp. 217-239.
85. Varatharajan B., Petrova M., Williams F.A., Tangirala V., “Two-step chemical-kinetic descriptions for hydrocarbon–oxygen-diluent ignition and detonation applications,” Pro-ceedings of the Combustion Institute, Vol. 30, 2005, pp. 1869-1877.
86. Won, S.-H., Jeung, I.-S., Parent, B. and Choi, J.-Y., “Numerical Investigation of Transverse Hydrogen Jet into Supersonic Crossflow Using Detached-Eddy Simulation”, AIAA Journal, Vol. 48, No. 6, 2010, pp. 1047-1058.
87. Baurle R.A., Eklund, D.R., “Analysis of Dual-Mode Hydro-carbon Scramjet Operation at Mach 4-6.5,” Journal of Propulsion and Power, Vol.18, No.5, 2002, pp. 990-1002.
88. Surzhikov S.T. Computational Physics of Electric Discharges in Gas Flows. Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston. 2013. 428 p.
89. Суржиков С.Т. Радиационная газовая динамика спускаемых космических аппаратов. Многотемпературные модели. М.: ИПМех РАН. 2013. 706 с.
90. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. На пути к созданию модели виртуального ГЛА. I. – М.: ИПМех РАН, 2013. – 160 c. – ISBN 978-5-91741-084-5.
91. Seleznev R.K. and Surzhikov S.T. A Generalized Newton Method for Differential Equation of Chemical Kinetics// AIAA 2013-3009. 44th AIAA Thermophysics Conference, June 24-27, 2013, San Diego, CA. 17 p.
92. Селезнев Р.К., Суржиков С.Т. О методе решения системы кинетических уравнений. М.: ИПМех РАН. Препринт № 1037. 54 с.
93. Селезнев Р.К. Использование различных кинетических схем для двумерного численного моделирования горения водорода в канале ГПВРД эксперимента WIND-US // Труды 56-й научной конференции МФТИ «Всероссийская научная конференция «Актуальные проблемы фундаментальных и прикладных наук в современном информационном обществе», ноябрь 25-30, 2013, С. 15.
94. Селезнев Р.К. Использование различных кинетических схем для двумерного численного моделирования горения водорода в канале ГПВРД эксперимента WIND-US // Труды 56-й научной конференции МФТИ «Всероссийская научная конференция «Актуальные проблемы фундаментальных и прикладных наук в современном информационном обществе», ноябрь 25-30, 2013, С. 15.
95. Surzhikov S.T., Shang J.S, “Numerical Rebuilding of Fire-II Flight Data With the Use of Different Physical-Chemical Kinetics and Radiation Models”, AIAA-2013-0190, 51st Aero-space Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition 07-10 January 2013. Grapevine (Dallas/ Ft. Worth Region), Texas, USA. 19 p. DOI: 10.2514/6.2013-190
96. Surzhikov S.T, “Non-Equilibrium Radiative Gas Dynamics of ORION Space Vehicle”, AIAA-13-0231, 51st Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition 07-10 January 2013. Grapevine (Dal-las/ Ft. Worth Region), Texas, USA. 30 p. DOI: 10.2514/6.2013-66
97. Djadkin A., Beloshitsky A., Shuvalov M., Surzhikov S., “Uncertainties in Heating Predictions of Segmental-Conical Space Vehicle Resulting From Data on Chemical and Physical Kinetics”, AIAA-2013-1056, 51st Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition 07-10 January 2013. Grapevine (Dallas/ Ft. Worth Region), Texas, USA. 43 p. DOI: 10.2514/6.2013-1056
98. Surzhikov S.T., Shang J.S.,” Numerical Prediction of Con-vective and Radiative Heating of Scramjet Combustion Chamber with Hydrocarbon Fuels, ” AIAA-2013-1056. , 51st Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition 07-10 January 2013. Grapevine (Dallas/ Ft. Worth Region), Texas, USA. 16 p. DOI: 10.2514/6.2013-1076
99. Surzhikov S.T., Shang J.S.,”Radiative Heat Exchange in a Hydrogen-Fueled Scramjet Combustion Chambers,” AIAA-2013-1056. , 51st Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition 07-10 January 2013. Grapevine (Dallas/ Ft. Worth Region), Texas, USA. 20 p. DOI: 10.2514/6.2013-448.
100. Kotov M.A., Kryukov I.A., Ruleva L.B., Solodovnikov S.I., and Surzhikov S.T. Experimental Investigations of an Aero-dynamic Flow of Geometrical Models in Hypersonic Aero-dynamic Shock Tube// AIAA 2013-2931. 31st AIAA Ap-plied Aerodynamics Conference. June 24-27, 2013, San Die-go, CA. 15 p.
101. Dikalyuk A.S., Surzhikov S.T., Kozlov P.V., Shatalov O.P. and Romanenko Yu.V. Nonequilibrium Spectral Radiation behind the Shock Waves in Martian and Earth Atmospheres// AIAA-2013-2505. 44th AIAA Thermophysics Conference, June 24-27, 2013, San Diego, CA. 27 p.
102. Surzhikov S.T., Zheleznyakova A.L., Shang J.S. and Rivir R.B. Simulating Gasdynamic Interaction and Radiative Heat-ing within Scramjets with Hydrocarbon Fuels//AIAA-2013-2642. 44th AIAA Thermophysics Conference, June 24-27, 2013, San Diego, CA. 44 p.
103. http://www.testpilot.ru/usa/mc/x/43/x43.htm
104. http://www.testpilot.ru/russia/tsiam/holod/holod.htm
105. http://www.testpilot.ru/usa/boeing/x/51/index.htm
106. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. На пути к созданию модели виртуального ГЛА. I. М.: ИПМех РАН, 2013.