Детонационен ракетен двигател: тестове, принцип на действие, предимства

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Изследването на космоса неволно се свързва с космически кораб. Сърцето на всяка ракета-носител е нейният двигател. Тя трябва да развие първата космическа скорост - около 7,9 km/s, за да достави астронавтите в орбита, и втората космическа скорост, за да преодолее гравитационното поле на планетата.

Постигането на това не е лесно, но учените постоянно търсят нови начини за решаване на този проблем. Конструкторите от Русия стигнаха още по-далеч и успяха да разработят детонационен ракетен двигател, чиито изпитания завършиха успешно. Това постижение може да се нарече истински пробив в областта на космическото инженерство.

Нови функции

Защо има големи надежди за детонационните двигатели? Според учените мощността им ще бъде 10 хиляди пъти по-голяма от мощността на съществуващите ракетни двигатели. В същото време те ще консумират много по-малко гориво, а производството им ще се отличава с ниска цена и рентабилност. С какво есвързани?

Всичко е за реакцията на окисление на горивото. Ако съвременните ракети използват процеса на дефлаграция - бавно (дозвуково) изгаряне на гориво при постоянно налягане, тогава детонационният ракетен двигател функционира поради експлозия, детонация на горимата смес. Той гори със свръхзвукова скорост, отделяйки огромни количества топлинна енергия едновременно с разпространението на ударната вълна.

Разработването и тестването на руската версия на детонационния двигател е извършено от специализираната лаборатория "Детонация LRE" като част от производствен комплекс "Енергомаш".

Превъзходството на новите двигатели

Водещите учени в света изучават и разработват детонационни двигатели в продължение на 70 години. Основната причина, предотвратяваща създаването на този тип двигатели, е неконтролираното спонтанно запалване на горивото. Освен това на дневен ред бяха ефективното смесване на гориво и окислител, както и интегрирането на дюзата и всмукването на въздух.

Решавайки тези проблеми, ще бъде възможно да се създаде детонационен ракетен двигател, който по своите технически характеристики ще изпревари времето. В същото време учените наричат неговите предимства:

1. Способността за развиване на скорости в дозвуковия и хиперзвуковия диапазон.
2. Проектирайте много движещи се части.
3. По-ниска маса и цена на електроцентралата.
4. Висока термодинамична ефективност.

Този тип двигател не е произвеждан серийно. За първи път беше тестван на ниско летящи самолети през 2008 г. Детонационният двигател за ракети-носители е тестван за първи път от руски учени. Ето защо на това събитие се придава толкова голямо значение.

Принцип на работа: импулсен и непрекъснат

В момента учените разработват инсталации с импулсен и непрекъснат работен процес. Принципът на действие на детонационен ракетен двигател с импулсна схема на работа се основава на цикличното пълнене на горивната камера с горивна смес, нейното последователно запалване и отделянето на продукти от горенето в околната среда.

Съответно, при непрекъснат работен процес, горивото се подава в горивната камера непрекъснато, горивото гори в една или повече детонационни вълни, които непрекъснато циркулират в потока. Предимствата на такива двигатели са:

1. Еднократно запалване на гориво.
2. Сравнително прост дизайн.
3. Малък размер и тегло на единиците.
4. По-ефективно използване на горимата смес.
5. Нисък шум, вибрации и емисии.

В бъдеще, използвайки тези предимства, детонационен ракетен двигател с течно гориво с непрекъсната работа ще замени всички съществуващи инсталации поради своите характеристики на тегло, размер и цена.

Тестова детонационна машина

Първите изпитания на домашната детонационна инсталация се проведоха в рамките напроект, създаден от Министерството на образованието и науката. Като прототип беше представен малък двигател с горивна камера с диаметър 100 mm и ширина на пръстеновидния канал 5 mm. Тестовете са проведени на специален стенд, записани са показатели при работа на различни видове горими смеси - водород-кислород, природен газ-кислород, пропан-бутан-кислород.

Тестовете на детонационния ракетен двигател, задвижван от кислородно-водородно гориво, доказаха, че термодинамичният цикъл на тези блокове е със 7% по-ефективен от другите агрегати. Освен това беше експериментално потвърдено, че с увеличаване на количеството подавано гориво тягата също се увеличава, както и броят на детонационните вълни и скоростта на въртене.

Аналози в други страни

Детонационните двигатели се разработват от учени от водещи страни по света. Най-голям успех в тази посока са постигнали дизайнери от САЩ. В своите модели те внедриха непрекъснат режим на работа, или ротационен. Американските военни планират да използват тези съоръжения за оборудване на надводни кораби. Поради по-малкото си тегло и малкия си размер с висока изходна мощност, те ще помогнат за повишаване на ефективността на бойните лодки.

Стехиометрична смес от водород и кислород се използва от американски детонационен ракетен двигател. Предимствата на такъв енергиен източник са предимно икономически - кислородът изгаря точно толкова, колкото е необходимо за окисляване на водорода. Сега заПравителството на САЩ харчи няколко милиарда долара, за да осигури на военните кораби въглеродно гориво. Стехиометричното гориво ще намали разходите няколко пъти.

По-нататъшни насоки и перспективи за развитие

Нови данни, получени в резултат на изпитания на детонационни двигатели, определиха използването на принципно нови методи за изграждане на схема за работа на течно гориво. Но за работа такива двигатели трябва да имат висока устойчивост на топлина поради голямото количество отделена топлинна енергия. В момента се разработва специално покритие, което ще осигури работата на горивната камера при излагане на висока температура.

Специално място в по-нататъшните изследвания е създаването на смесителни глави, с които ще бъде възможно да се получат капки горим материал с определен размер, концентрация и състав. За решаване на тези проблеми ще бъде създаден нов детонационен ракетен двигател с течно гориво, който ще стане основата на нов клас ракети-носители.