Silnik rakiety detonacyjnej: testy, zasada działania, zalety

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Eksploracja kosmosu jest mimowolnie związana ze statkiem kosmicznym. Sercem każdej rakiety nośnej jest jej silnik. Musi rozwinąć pierwszą prędkość kosmiczną - około 7,9 km / s, aby dostarczyć astronautów na orbitę, a drugą prędkość kosmiczną, aby pokonać pole grawitacyjne planety.

Osiągnięcie tego nie jest łatwe, ale naukowcy nieustannie szukają nowych sposobów rozwiązania tego problemu. Projektanci z Rosji poszli jeszcze dalej i zdołali opracować silnik rakietowy detonacyjny, którego testy zakończyły się sukcesem. To osiągnięcie można nazwać prawdziwym przełomem w dziedzinie inżynierii kosmicznej.

Nowe funkcje

Dlaczego wiążą się duże nadzieje z silnikami detonacyjnymi? Według naukowców ich moc będzie 10 tys. razy większa niż moc istniejących silników rakietowych. Jednocześnie będą zużywać znacznie mniej paliwa, a ich produkcję wyróżniać będzie niski koszt i opłacalność. Z czym to jest?powiązane?

Chodzi o reakcję utleniania paliwa. Jeśli nowoczesne rakiety wykorzystują proces deflagracji - powolne (poddźwiękowe) spalanie paliwa przy stałym ciśnieniu, to silnik rakiety detonacyjnej działa z powodu wybuchu, detonacji mieszanki palnej. Spala się z prędkością ponaddźwiękową, uwalniając ogromne ilości energii cieplnej w tym samym czasie, w którym rozchodzi się fala uderzeniowa.

Opracowanie i testowanie rosyjskiej wersji silnika detonacyjnego zostało przeprowadzone przez specjalistyczne laboratorium „Detonation LRE” w ramach kompleksu produkcyjnego „Energomash”.

Przewaga nowych silników

Wiodący światowi naukowcy badają i rozwijają silniki detonacyjne od 70 lat. Głównym powodem uniemożliwiającym powstanie tego typu silnika jest niekontrolowane samozapłon paliwa. Ponadto w programie było efektywne mieszanie paliwa i utleniacza, a także integracja dyszy i wlotu powietrza.

Rozwiązując te problemy, będzie można stworzyć silnik rakietowy detonacyjny, który pod względem swoich właściwości technicznych wyprzedzi czas. Jednocześnie naukowcy nazywają jego zalety:

1. Możliwość rozwijania prędkości w zakresie poddźwiękowym i naddźwiękowym.
2. Zaprojektuj wiele ruchomych części.
3. Mniejsza masa i koszt elektrowni.
4. Wysoka wydajność termodynamiczna.

Ten typ silnika nie był produkowany seryjnie. Został po raz pierwszy przetestowany na nisko latających samolotach w 2008 roku. Silnik detonacyjny do rakiet nośnych został po raz pierwszy przetestowany przez rosyjskich naukowców. Dlatego temu wydarzeniu przywiązuje się tak wielką wagę.

Zasada działania: impulsowa i ciągła

Obecnie naukowcy opracowują instalacje z pulsacyjnym i ciągłym przepływem pracy. Zasada działania detonacyjnego silnika rakietowego z pulsacyjnym schematem działania opiera się na cyklicznym napełnianiu komory spalania mieszanką palną, jej sekwencyjnym zapłonie i uwalnianiu produktów spalania do środowiska.

Odpowiednio, w ciągłym procesie roboczym, paliwo jest stale podawane do komory spalania, paliwo spala się w jednej lub więcej falach detonacyjnych, które stale krążą w strumieniu. Zaletami takich silników są:

1. Pojedynczy zapłon paliwa.
2. Stosunkowo prosta konstrukcja.
3. Mały rozmiar i waga jednostek.
4. Bardziej efektywne wykorzystanie mieszanki palnej.
5. Niski poziom hałasu, wibracji i emisji.

W przyszłości, wykorzystując te zalety, detonacyjny silnik rakietowy na paliwo ciekłe, pracujący w trybie ciągłym, zastąpi wszystkie istniejące instalacje ze względu na swój ciężar, rozmiar i charakterystykę kosztową.

Test silnika detonacji

Pierwsze testy krajowej instalacji detonacyjnej odbyły się w ramachprojekt ustanowiony przez Ministerstwo Edukacji i Nauki. Jako prototyp zaprezentowano mały silnik z komorą spalania o średnicy 100 mm i pierścieniowym kanałem o szerokości 5 mm. Badania przeprowadzono na specjalnym stanowisku, wskaźniki rejestrowano podczas pracy na różnych typach mieszanin palnych – wodór-tlen, gaz ziemny-tlen, propan-butan-tlen.

Testy detonacyjnego silnika rakietowego zasilanego paliwem tlenowo-wodorowym wykazały, że cykl termodynamiczny tych jednostek jest o 7% bardziej wydajny niż innych jednostek. Ponadto potwierdzono doświadczalnie, że wraz ze wzrostem ilości dostarczanego paliwa wzrasta również ciąg, liczba fal detonacyjnych i prędkość obrotowa.

Analogi w innych krajach

Silniki detonacyjne są opracowywane przez naukowców z wiodących krajów świata. Największy sukces w tym kierunku odnieśli projektanci z USA. W swoich modelach zaimplementowali ciągły tryb pracy, czyli rotacyjny. Wojsko USA planuje wykorzystać te instalacje do wyposażenia okrętów nawodnych. Ze względu na mniejszą wagę i niewielkie rozmiary przy dużej mocy wyjściowej pomogą zwiększyć skuteczność łodzi bojowych.

Stechiometryczna mieszanina wodoru i tlenu jest używana przez amerykański silnik rakiety detonacyjnej. Zalety takiego źródła energii są przede wszystkim ekonomiczne – tlen spala dokładnie tyle, ile potrzeba do utlenienia wodoru. Teraz dlaRząd USA wydaje kilka miliardów dolarów na dostarczanie okrętom wojennym paliwa węglowego. Paliwo stechiometryczne obniży koszty kilkukrotnie.

Dalsze kierunki i perspektywy rozwoju

Nowe dane uzyskane w wyniku testów silników detonacyjnych zdeterminowały zastosowanie całkowicie nowych metod budowy schematu pracy na paliwie ciekłym. Ale do pracy takie silniki muszą mieć wysoką odporność na ciepło ze względu na dużą ilość uwalnianej energii cieplnej. W tej chwili opracowywana jest specjalna powłoka, która zapewni działanie komory spalania pod wpływem wysokiej temperatury.

Szczególne miejsce w dalszych badaniach zajmuje stworzenie głowic mieszających, dzięki którym będzie można uzyskać krople materiału palnego o określonej wielkości, stężeniu i składzie. Aby rozwiązać te problemy, zostanie stworzony nowy detonacyjny silnik rakietowy na paliwo ciekłe, który stanie się podstawą nowej klasy pojazdów nośnych.