Ende Januar gab es Berichte über neue Fortschritte in der russischen Wissenschaft und Technologie. Aus offiziellen Quellen wurde bekannt, dass eines der inländischen Projekte eines vielversprechenden Detonationsstrahltriebwerks bereits die Testphase bestanden hat. Dies rückt den Moment des vollständigen Abschlusses aller erforderlichen Arbeiten näher, nach deren Ergebnissen Weltraum- oder Militärraketen russischer Bauart neue Kraftwerke mit verbesserten Eigenschaften erhalten können. Darüber hinaus können die neuen Prinzipien des Triebwerksbetriebs nicht nur im Bereich der Flugkörper, sondern auch in anderen Bereichen Anwendung finden.
Ende Januar berichtete der stellvertretende Ministerpräsident Dmitri Rogosin der heimischen Presse über die jüngsten Erfolge der Forschungsorganisationen. Dabei ging er unter anderem auf den Entstehungsprozess von Strahltriebwerken mit neuen Funktionsprinzipien ein. Ein vielversprechender Motor mit Detonationsverbrennung wurde bereits getestet. Laut dem stellvertretenden Ministerpräsidenten ermöglicht die Anwendung neuer Betriebsprinzipien des Kraftwerks eine deutliche Leistungssteigerung. Im Vergleich zu Bauten traditioneller Architektur ist eine Schubsteigerung von ca. 30 % zu beobachten.
Detonationsraketenmotordiagramm
Moderne Raketentriebwerke verschiedener Klassen und Typen, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, verwenden die sog. isobarer Zyklus oder Deflagrationsverbrennung. Ihre Brennkammern halten einen konstanten Druck aufrecht, bei dem der Kraftstoff langsam verbrennt. Ein auf Verpuffungsprinzipien basierender Motor benötigt keine besonders langlebigen Aggregate, ist jedoch in seiner maximalen Leistung begrenzt. Die Erhöhung der Grundeigenschaften ab einem bestimmten Niveau erweist sich als unzumutbar.
Eine Alternative zu einem Motor mit isobarem Zyklus im Rahmen der Leistungssteigerung ist ein System mit dem sog. Detonationsverbrennung. In diesem Fall erfolgt die Oxidationsreaktion des Kraftstoffs hinter der Stoßwelle, die sich mit hoher Geschwindigkeit durch die Brennkammer bewegt. Dies stellt besondere Anforderungen an das Motorendesign, bietet aber gleichzeitig offensichtliche Vorteile. In Bezug auf die Effizienz der Kraftstoffverbrennung ist die Detonationsverbrennung um 25 % besser als die Deflagration. Es unterscheidet sich auch von der Verbrennung mit konstantem Druck durch die erhöhte Leistung der Wärmefreisetzung pro Flächeneinheit der Reaktionsfront. Theoretisch ist es möglich, diesen Parameter um drei bis vier Größenordnungen zu erhöhen. Als Folge kann die Geschwindigkeit der reaktiven Gase um das 20-25-fache erhöht werden.
Somit kann das Detonationstriebwerk mit seinem erhöhten Wirkungsgrad mehr Schub bei weniger Kraftstoffverbrauch entwickeln. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Designs liegen auf der Hand, doch bis vor kurzem ließen die Fortschritte auf diesem Gebiet zu wünschen übrig. Die Prinzipien eines Detonationsstrahltriebwerks wurden bereits 1940 von dem sowjetischen Physiker Ya.B. Zeldovich, aber fertige Produkte dieser Art haben noch keine Ausbeutung erreicht. Die Hauptgründe für den Mangel an wirklichem Erfolg sind Probleme bei der Schaffung einer ausreichend starken Struktur sowie die Schwierigkeit, eine Stoßwelle mit vorhandenen Kraftstoffen zu starten und dann aufrechtzuerhalten.
Eines der neuesten inländischen Projekte im Bereich Detonationsraketentriebwerke wurde 2014 gestartet und wird bei der nach ihm benannten NPO Energomash entwickelt Akademiker V. P. Glushko. Ziel des Projekts mit dem Code „Ifrit“ war nach vorliegenden Daten die Erforschung der Grundlagen einer neuen Technologie mit anschließender Entwicklung eines Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerks unter Verwendung von Kerosin und gasförmigem Sauerstoff. Der neue Motor, benannt nach den Feuerdämonen aus der arabischen Folklore, basierte auf dem Prinzip der Spin-Detonation-Verbrennung. Dem Leitgedanken des Projekts entsprechend muss sich die Stoßwelle also kontinuierlich im Kreis innerhalb der Brennkammer bewegen.
Chefentwickler des neuen Projekts war NPO Energomash bzw. ein auf dessen Basis geschaffenes Speziallabor. Darüber hinaus waren mehrere andere Forschungs- und Designorganisationen an der Arbeit beteiligt. Das Programm wurde von der Advanced Research Foundation unterstützt. Durch gemeinsame Anstrengungen konnten alle Teilnehmer des Ifrit-Projekts ein optimales Aussehen für einen vielversprechenden Motor sowie eine Modellbrennkammer mit neuen Funktionsprinzipien schaffen.
Um die Perspektiven der gesamten Richtung und neue Ideen zu studieren, eine sogenannte. eine Modell-Detonationsbrennkammer, die den Anforderungen des Projekts entspricht. Ein so erfahrener Motor mit reduzierter Konfiguration sollte flüssiges Kerosin als Kraftstoff verwenden. Als Oxidationsmittel wurde Sauerstoffgas vorgeschlagen. Im August 2016 begann der Test eines Kameraprototyps. Wichtig ist, dass es erstmals in einem Projekt dieser Art gelungen ist, es auf die Stufe von Prüfstandsversuchen zu bringen. Früher wurden in- und ausländische Detonationsraketentriebwerke entwickelt, aber nicht getestet.
Bei den Tests der Modellstichprobe wurden sehr interessante Ergebnisse erzielt, die die Richtigkeit der verwendeten Ansätze belegen. Durch die Verwendung der richtigen Materialien und Technologien stellte sich heraus, dass der Druck in der Brennkammer auf 40 Atmosphären gebracht wurde. Der Schub des experimentellen Produkts erreichte 2 Tonnen.
Modellkammer auf einem Prüfstand
Einige Ergebnisse wurden im Rahmen des Ifrit-Projekts erzielt, aber der heimische Flüssigbrennstoff-Detonationsmotor ist noch weit von einer vollwertigen praktischen Anwendung entfernt. Vor der Einführung solcher Geräte in neue Technologieprojekte müssen Designer und Wissenschaftler eine Reihe der schwerwiegendsten Probleme lösen. Erst danach wird die Raketen- und Raumfahrtindustrie oder die Verteidigungsindustrie in der Lage sein, das Potenzial der neuen Technologie in der Praxis zu realisieren.
Mitte Januar veröffentlichte die Rossiyskaya Gazeta ein Interview mit dem Chefkonstrukteur der NPO Energomash, Petr Levochkin, über den aktuellen Stand und die Perspektiven von Sprengmotoren. Der Vertreter des Bauträgerunternehmens erinnerte an die wesentlichen Vorgaben des Projekts und ging auch auf die erzielten Erfolge ein. Außerdem sprach er über die möglichen Anwendungsgebiete von „Ifrit“ und ähnlichen Strukturen.
Detonationstriebwerke können beispielsweise in Hyperschallflugzeugen verwendet werden. P. Lyovochkin erinnerte daran, dass die jetzt für solche Geräte vorgeschlagenen Motoren Unterschallverbrennung verwenden. Bei Überschallgeschwindigkeit des Fluggeräts muss die in das Triebwerk eintretende Luft auf den Schallmodus abgebremst werden. Die Bremsenergie muss jedoch zu zusätzlichen thermischen Belastungen der Flugzeugzelle führen. Bei Detonationsmotoren erreicht die Kraftstoffverbrennungsrate mindestens M = 2,5. Dadurch kann die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs erhöht werden. Eine solche Maschine mit einem Motor vom Detonationstyp wird in der Lage sein, auf die achtfache Schallgeschwindigkeit zu beschleunigen.
Die wirklichen Aussichten für Raketentriebwerke vom Detonationstyp sind jedoch noch nicht sehr groß. Laut P. Lyovochkin haben wir "gerade die Tür zum Bereich der Detonationsverbrennung geöffnet". Wissenschaftler und Designer werden viele Fragen untersuchen müssen, und erst danach können Strukturen mit praktischem Potenzial geschaffen werden. Aus diesem Grund wird die Raumfahrtindustrie lange Zeit auf traditionelle Flüssigtreibstoffe zurückgreifen müssen, was jedoch die Möglichkeit einer weiteren Verbesserung nicht negiert.
Interessant ist, dass das Detonationsprinzip der Verbrennung nicht nur im Bereich der Raketentriebwerke Anwendung findet. Es gibt bereits ein inländisches Projekt für ein Luftfahrtsystem mit einer nach dem Impulsprinzip arbeitenden Detonationsbrennkammer. Ein solcher Prototyp wurde auf den Prüfstand gestellt und kann in Zukunft eine neue Richtung einschlagen. Neue Triebwerke mit Detonationsverbrennung können in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung finden und traditionelle Gasturbinen- oder Turbojet-Triebwerke teilweise ersetzen.
Am OKB im wird das Inlandsprojekt eines Detonationsflugzeugtriebwerks entwickelt. BIN. Wiege. Informationen zu diesem Projekt wurden erstmals beim letztjährigen internationalen militärisch-technischen Forum "Army-2017" präsentiert. Am Stand des Firmenentwicklers gab es Materialien zu verschiedenen Motoren, sowohl in Serie als auch in der Entwicklung. Unter letzteren befand sich eine vielversprechende Detonationsprobe.
Der Kern des neuen Vorschlags besteht darin, eine nicht standardmäßige Brennkammer zu verwenden, die zur gepulsten Detonationsverbrennung von Kraftstoff in einer Luftatmosphäre geeignet ist. In diesem Fall muss die Frequenz der "Explosionen" im Motor 15-20 kHz erreichen. Zukünftig ist es möglich, diesen Parameter weiter zu erhöhen, wodurch das Motorgeräusch über den vom menschlichen Ohr wahrgenommenen Bereich hinausgeht. Solche Motormerkmale können von einigem Interesse sein.
Erster Launch des Experimentalprodukts "Ifrit"
Die Hauptvorteile des neuen Kraftwerks sind jedoch mit einer verbesserten Leistung verbunden. Prüfstandstests von Prototypen haben gezeigt, dass sie herkömmliche Gasturbinentriebwerke in bestimmten Kennzahlen um etwa 30 % übertreffen. Zum Zeitpunkt der ersten öffentlichen Materialvorführung am Motor OKB im. BIN. Die Cradles konnten recht hohe Leistungsmerkmale erreichen. Ein erfahrener Motor eines neuen Typs konnte 10 Minuten ohne Unterbrechung arbeiten. Die Gesamtbetriebszeit dieses Produkts am Stand überstieg zu diesem Zeitpunkt 100 Stunden.
Vertreter des Entwicklers gaben an, dass es bereits möglich ist, ein neues Detonationstriebwerk mit einem Schub von 2-2,5 Tonnen zu entwickeln, das für den Einbau in Leichtflugzeuge oder unbemannte Luftfahrzeuge geeignet ist. Bei der Konstruktion eines solchen Motors wird vorgeschlagen, die sog. Resonatorvorrichtungen, die für den korrekten Verlauf der Kraftstoffverbrennung verantwortlich sind. Ein wichtiger Vorteil des neuen Projekts ist die grundsätzliche Möglichkeit, solche Geräte überall in der Flugzeugzelle zu installieren.
Experten des OKB sie. BIN. An Flugtriebwerken mit Impuls-Detonations-Verbrennung arbeiten die Wiegen seit mehr als drei Jahrzehnten, aber das Projekt hat das Forschungsstadium bisher nicht verlassen und hat keine wirklichen Perspektiven. Der Hauptgrund ist der fehlende Auftrag und die notwendige Finanzierung. Wenn das Projekt die notwendige Unterstützung erhält, kann in absehbarer Zeit eine Muster-Engine erstellt werden, die für den Einsatz auf verschiedenen Geräten geeignet ist.
Bis heute ist es russischen Wissenschaftlern und Designern gelungen, mit neuen Funktionsprinzipien sehr bemerkenswerte Ergebnisse im Bereich der Strahltriebwerke zu zeigen. Es gibt mehrere Projekte gleichzeitig, die für den Einsatz im Raketen- und Hyperschallbereich geeignet sind. Darüber hinaus können die neuen Triebwerke auch in der „klassischen“ Luftfahrt eingesetzt werden. Einige Projekte befinden sich noch in der Anfangsphase und sind noch nicht bereit für Inspektionen und andere Arbeiten, während in anderen Bereichen bereits die bemerkenswertesten Ergebnisse erzielt wurden.
Zum Thema Detonations-Verbrennungsstrahltriebwerke konnten russische Spezialisten ein Tischmodell einer Brennkammer mit den gewünschten Eigenschaften erstellen. Das experimentelle Produkt "Ifrit" hat bereits Tests bestanden, bei denen eine Vielzahl verschiedener Informationen gesammelt wurden. Mit Hilfe der gewonnenen Daten wird die Richtungsentwicklung fortgesetzt.
Eine neue Richtung zu meistern und Ideen in eine praktisch anwendbare Form zu übersetzen, wird viel Zeit in Anspruch nehmen, und aus diesem Grund werden in absehbarer Zukunft Weltraum- und Armeeraketen in absehbarer Zeit nur mit traditionellen Flüssigtreibstoff-Triebwerken ausgestattet. Dennoch haben die Arbeiten das rein theoretische Stadium bereits verlassen, und nun rückt jeder Teststart eines Versuchstriebwerks den Moment näher, vollwertige Raketen mit neuen Triebwerken zu bauen.
Basierend auf Materialien von Websites:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/
LLC "Analog" wurde 2010 für die Herstellung und den Betrieb des von mir erfundenen Feldspritzendesigns organisiert, dessen Idee 2007 im RF-Patent für das Gebrauchsmuster Nr. 67402 verankert wurde.
Jetzt habe ich auch das Konzept eines Rotationsverbrennungsmotors entwickelt, bei dem es möglich ist, eine Detonations- (explosive) Verbrennung des ankommenden Kraftstoffs mit einer erhöhten Freisetzung (ca. 2-fach) der Druck- und Temperaturenergie der Abgase zu organisieren unter Beibehaltung der Motorleistung. Dementsprechend wird bei einer Steigerung von etwa dem 2-fachen der Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine, d.h. bis zu etwa 70 %. Die Umsetzung dieses Projekts erfordert einen hohen finanziellen Aufwand für Design, Materialauswahl und Herstellung eines Prototyps. Und in Bezug auf Eigenschaften und Anwendbarkeit ist dies ein Motor vor allem für die Luftfahrt und auch für Autos, selbstfahrende Fahrzeuge usw., d.h. ist beim gegenwärtigen Stand der Entwicklung der Technologie und der Umweltanforderungen erforderlich.
Seine Hauptvorteile sind Einfachheit des Designs, Effizienz, Umweltfreundlichkeit, hohes Drehmoment, Kompaktheit, niedriger Geräuschpegel auch ohne Verwendung eines Schalldämpfers. Seine hohe Herstellbarkeit und spezielle Materialien werden zum Kopierschutz.
Die Einfachheit der Konstruktion wird durch das Rotordesign gewährleistet, bei dem alle Motorteile eine einfache Drehbewegung ausführen.
Umweltfreundlichkeit und Effizienz werden durch 100% sofortige Kraftstoffverbrennung in einer dauerhaften, Hochtemperatur (ca. 2000°C), ungekühlten, separaten Brennkammer, für diese Zeit durch Ventile verschlossen, gewährleistet. Die Kühlung eines solchen Motors erfolgt von innen (Kühlung des Arbeitsfluids), wobei alle erforderlichen Wasseranteile in den Arbeitsabschnitt gelangen, bevor die nächsten Anteile des Arbeitsfluids (Verbrennungsgase) aus der Brennkammer gezündet werden, wodurch ein zusätzlicher Druck von Wasserdampf und nützliche Arbeiten am Arbeitsschacht.
Ein hohes Drehmoment, auch bei niedrigen Drehzahlen, wird bereitgestellt (im Vergleich zu einer Kolbenbrennkraftmaschine), eine große und konstante Größe der Schulter des Aufpralls des Arbeitsfluids auf die Laufschaufel. Dieser Faktor wird es jedem Landverkehr ermöglichen, auf ein aufwendiges und teures Getriebe zu verzichten oder es zumindest deutlich zu vereinfachen.
Ein paar Worte zu Aufbau und Bedienung.
Die Brennkraftmaschine hat eine zylindrische Form mit zwei Rotorblattabschnitten, von denen einer zum Einlass und zur Vorverdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches dient und ein bekannter und praktikabler Abschnitt eines herkömmlichen Rotationskompressors ist; die andere, die funktionierende, ist die modernisierte Rotationsdampfmaschine von Marcinevsky; und dazwischen eine statische Anordnung aus haltbarem, hitzebeständigem Material, in der eine separate, für die Dauer der Verbrennung verschließbare Brennkammer mit drei nicht rotierenden Ventilen, von denen 2 frei sind, vom Blütenblatttyp hergestellt ist, und einer gesteuert, um den Druck vor dem Einlass des nächsten Teils der Brennelemente zu entlasten.
Bei laufendem Motor dreht sich die Arbeitswelle mit Rotoren und Schaufeln. Im Einlaufbereich saugt und verdichtet die Schaufel das Brennelement und wenn der Druck über den Druck der Brennkammer steigt (nachdem der Druck abgebaut wurde), wird das Arbeitsgemisch in ein heißes (ca ) Kammer, die durch einen Funken gezündet wird und sofort explodiert. Gleichzeitig schließt das Einlassventil, das Auslassventil öffnet und bevor es öffnet, wird die erforderliche Wassermenge in den Arbeitsabschnitt eingespritzt. Es stellt sich heraus, dass superheiße Gase unter hohem Druck in den Arbeitsabschnitt geschossen werden, und ein Teil des Wassers wird zu Dampf und das Dampf-Gas-Gemisch dreht den Rotor des Motors und kühlt ihn gleichzeitig. Nach den vorliegenden Informationen gibt es bereits Material, das Temperaturen von bis zu 10.000 Grad C lange standhält, aus dem Sie eine Brennkammer herstellen müssen.
Im Mai 2018 wurde eine Erfindungsanmeldung eingereicht. Der Antrag wird nun in der Sache geprüft.
Dieser Investitionsantrag dient der Finanzierung von Forschung und Entwicklung, der Erstellung eines Prototyps, seiner Feinabstimmung und Abstimmung bis zum Erhalt eines funktionsfähigen Musters dieses Motors. Mit der Zeit kann dieser Prozess ein oder zwei Jahre dauern. Finanzierungsmöglichkeiten für die Weiterentwicklung von Motormodifikationen für verschiedene Geräte können und sollen für ihre spezifischen Muster getrennt entwickelt werden.
Weitere Informationen
Die Umsetzung dieses Projektes ist ein Test der Erfindung in der Praxis. Erhalten eines funktionsfähigen Prototyps. Das gewonnene Material kann auf der Grundlage von Verträgen mit dem Entwickler und Zahlung von Provisionen der gesamten Haustechnikindustrie zur Entwicklung von Fahrzeugmodellen mit effizientem Verbrennungsmotor angeboten werden.
Sie können Ihre eigene, vielversprechendste Richtung für die Konstruktion eines Verbrennungsmotors wählen, zum Beispiel Flugmotorenbau für einen ALS und einen gefertigten Motor anbieten, sowie diesen Verbrennungsmotor in Ihre eigene Entwicklung eines ALS, eines Prototyps, einbauen davon wird zusammengebaut.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Markt für Privatjets in der Welt gerade erst begonnen hat, sich zu entwickeln, aber in unserem Land steckt er noch in den Kinderschuhen. Und, inkl. nämlich das Fehlen eines geeigneten Verbrennungsmotors bremst seine Entwicklung. Und in unserem Land mit seinen endlosen Weiten werden solche Flugzeuge gefragt sein.
Marktanalysen
Die Umsetzung des Projekts ist der Erhalt eines grundlegend neuen und äußerst vielversprechenden Verbrennungsmotors.
Nun liegt der Schwerpunkt auf Ökologie, und als Alternative zu einem Kolben-Verbrennungsmotor wird ein Elektromotor vorgeschlagen, aber diese dafür notwendige Energie muss irgendwo erzeugt, dafür gesammelt werden. Der Löwenanteil des Stroms wird in thermischen Kraftwerken erzeugt, die alles andere als umweltfreundlich sind, was an ihren Standorten zu erheblichen Belastungen führen wird. Und die Lebensdauer von Energiespeichern überschreitet 2 Jahre nicht, wo soll man diesen schädlichen Müll lagern? Das Ergebnis des vorgeschlagenen Projekts ist ein effizienter und ungefährlicher und nicht weniger wichtig ein komfortabler und vertrauter Verbrennungsmotor. Sie müssen nur den Tank mit minderwertigem Kraftstoff befüllen.
Ergebnis des Projekts ist die Aussicht, alle Kolbenmotoren der Welt durch genau diesen zu ersetzen. Dies ist die Aussicht, die mächtige Energie der Explosion für friedliche Zwecke zu nutzen, und es wird erstmals eine konstruktive Lösung für diesen Vorgang im Verbrennungsmotor vorgeschlagen. Außerdem ist es relativ günstig.
Die Einzigartigkeit des Projekts
Dies ist eine Erfindung. Erstmals wird eine Konstruktion vorgeschlagen, die die Verwendung der Detonation in einem Verbrennungsmotor ermöglicht.
Zu jeder Zeit bestand eine der Hauptaufgaben bei der Konstruktion eines Verbrennungsmotors darin, sich den Bedingungen der Detonationsverbrennung anzunähern, aber ihr Auftreten nicht zuzulassen.
Monetarisierungskanäle
Verkauf von Produktionslizenzen.
Weltraumforschung wird unwissentlich mit Raumschiffen in Verbindung gebracht. Das Herz jeder Trägerrakete ist der Motor. Es muss die erste Raumgeschwindigkeit entwickeln - etwa 7,9 km / s, um Astronauten in die Umlaufbahn zu bringen, und die zweite Raumgeschwindigkeit, um das Gravitationsfeld des Planeten zu überwinden.
Dies ist nicht einfach zu erreichen, aber Wissenschaftler suchen ständig nach neuen Wegen, dieses Problem zu lösen. Designer aus Russland gingen noch weiter und schafften es, einen Detonationsraketenmotor zu entwickeln, dessen Tests mit Erfolg endeten. Diese Leistung kann als echter Durchbruch im Bereich der Raumfahrttechnik bezeichnet werden.
Neue Möglichkeiten
Warum gibt es große Hoffnungen auf Detonationsmotoren? Nach Berechnungen der Wissenschaftler wird ihre Leistung das Zehntausendfache der Leistung bestehender Raketentriebwerke betragen. Gleichzeitig verbrauchen sie viel weniger Kraftstoff und ihre Produktion zeichnet sich durch niedrige Kosten und Rentabilität aus. Was ist der Grund dafür?
Es geht um die Oxidationsreaktion des Kraftstoffs. Wenn moderne Raketen den Deflagrationsprozess verwenden - langsame (Unterschall-)Verbrennung von Kraftstoff bei konstantem Druck, dann funktioniert der Detonationsraketenmotor aufgrund einer Explosion, Detonation eines brennbaren Gemisches. Es verbrennt mit Überschallgeschwindigkeit unter Freisetzung einer großen Menge thermischer Energie gleichzeitig mit der Ausbreitung der Stoßwelle.
Die Entwicklung und Erprobung der russischen Version des Detonationsmotors wurde vom Speziallabor "Detonation LRE" im Rahmen des Produktionskomplexes "Energomash" durchgeführt.
Überlegenheit neuer Motoren
Die weltweit führenden Wissenschaftler erforschen und entwickeln seit 70 Jahren Detonationsmotoren. Der Hauptgrund, der die Entstehung dieses Motortyps verhindert, ist die unkontrollierte Selbstentzündung des Kraftstoffs. Darüber hinaus standen die Aufgaben der effizienten Vermischung von Brennstoff und Oxidationsmittel sowie die Integration von Düse und Lufteinlass auf der Agenda.
Nachdem diese Probleme gelöst wurden, wird es möglich sein, einen Detonationsraketenmotor zu entwickeln, der die Zeit in seinen technischen Eigenschaften übertrifft. Gleichzeitig nennen Wissenschaftler diese Vorteile:
- Fähigkeit, Geschwindigkeiten im Unterschall- und Hyperschallbereich zu entwickeln.
- Eliminierung vieler beweglicher Teile aus dem Design.
- Geringeres Gewicht und geringere Kosten des Kraftwerks.
- Hoher thermodynamischer Wirkungsgrad.
Serienmäßig wurde dieser Motortyp nicht produziert. Es wurde erstmals 2008 in Tieffliegern getestet. Der Detonationsmotor für Trägerraketen wurde zuerst von russischen Wissenschaftlern getestet. Deshalb ist diese Veranstaltung von so großer Bedeutung.
Arbeitsprinzip: Puls und kontinuierlich
Derzeit entwickeln Wissenschaftler Anlagen mit einem gepulsten und kontinuierlichen Arbeitsprozess. Das Funktionsprinzip eines Detonationsraketentriebwerks mit gepulstem Betriebsschema basiert auf der zyklischen Füllung des Brennraums mit einem brennbaren Gemisch, seiner sequentiellen Zündung und der Freisetzung von Verbrennungsprodukten in die Umgebung.
Dementsprechend wird in einem kontinuierlichen Betrieb kontinuierlich Kraftstoff in die Brennkammer eingespeist, der Kraftstoff verbrennt in einer oder mehreren Detonationswellen, die kontinuierlich über die Strömung zirkulieren. Die Vorteile solcher Motoren sind:
- Einmalige Zündung von Kraftstoff.
- Relativ einfacher Aufbau.
- Geringe Abmessungen und Gewicht der Installationen.
- Effizientere Nutzung des brennbaren Gemisches.
- Geräuscharm, vibrationsarm und emissionsarm.
In Zukunft wird ein Detonations-Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk im Dauerbetrieb aufgrund dieser Vorteile aufgrund seiner Masse- und Kosteneigenschaften alle bestehenden Installationen verdrängen.
Detonationsmotortests
Im Rahmen eines vom Ministerium für Bildung und Wissenschaft ins Leben gerufenen Projekts wurden die ersten Tests einer Hausdetonationsanlage durchgeführt. Als Prototyp wurde ein Kleinmotor mit einem Brennraum von 100 mm Durchmesser und einer Ringkanalbreite von 5 mm vorgestellt. Die Tests wurden auf einem speziellen Stand durchgeführt, die Indikatoren wurden bei der Arbeit an verschiedenen Arten von brennbaren Gemischen aufgezeichnet - Wasserstoff-Sauerstoff, Erdgas-Sauerstoff, Propan-Butan-Sauerstoff.
Tests an einem Detonationsraketentriebwerk, das mit Sauerstoff-Wasserstoff-Treibstoff betrieben wird, haben gezeigt, dass der thermodynamische Zyklus dieser Anlagen 7 % effizienter ist als der anderer Anlagen. Darüber hinaus wurde experimentell bestätigt, dass mit einer Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge auch der Schub zunimmt, ebenso wie die Anzahl der Detonationswellen und die Drehzahl.
Analoga in anderen Ländern
Wissenschaftler aus führenden Ländern der Welt beschäftigen sich mit der Entwicklung von Detonationsmotoren. Den größten Erfolg in dieser Richtung erzielten Designer aus den USA. In ihren Modellen haben sie eine kontinuierliche Arbeitsweise oder Rotation implementiert. Das US-Militär plant, diese Anlagen zur Ausrüstung von Überwasserschiffen zu nutzen. Aufgrund ihres geringeren Gewichts und ihrer geringen Größe bei hoher Ausgangsleistung tragen sie dazu bei, die Effizienz von Kampfbooten zu erhöhen.
Ein stöchiometrisches Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff wird für seine Arbeit von einem amerikanischen Detonationsraketentriebwerk verwendet. Die Vorteile eines solchen Energieträgers sind in erster Linie wirtschaftlicher – es verbrennt nur so viel Sauerstoff, wie für die Oxidation von Wasserstoff benötigt wird. Jetzt gibt die US-Regierung mehrere Milliarden Dollar aus, um Kriegsschiffe mit Kohlenstofftreibstoff zu versorgen. Stöchiometrischer Brennstoff senkt die Kosten um ein Vielfaches.
Weitere Entwicklungsrichtungen und Perspektiven
Neue Daten, die als Ergebnis von Tests von Detonationsmotoren gewonnen wurden, bestimmten die Verwendung grundlegend neuer Methoden zum Aufbau eines Betriebsschemas mit flüssigem Brennstoff. Um zu funktionieren, müssen solche Motoren jedoch aufgrund der großen Menge an freigesetzter Wärmeenergie eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen. Derzeit wird eine spezielle Beschichtung entwickelt, die die Funktionsfähigkeit der Brennkammer unter Hochtemperaturbelastung sicherstellt.
Einen besonderen Platz in der weiteren Forschung nimmt die Schaffung von Mischköpfen ein, mit deren Hilfe es möglich ist, Tröpfchen aus brennbarem Material einer bestimmten Größe, Konzentration und Zusammensetzung zu erhalten. Um diese Probleme anzugehen, wird ein neues Detonations-Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk geschaffen, das die Grundlage für eine neue Klasse von Trägerraketen bilden wird.
Detonationsmotortests
Advanced Research Foundation
Die Energomash Research and Production Association testete eine Modellkammer eines Flüssigtreibstoff-Detonationsraketentriebwerks, dessen Schub zwei Tonnen betrug. Dies sagte der Chefdesigner von Energomash Pjotr Lyovochkin in einem Interview mit Rossiyskaya Gazeta. Ihm zufolge lief dieses Modell mit Kerosin und Sauerstoffgas.
Detonation ist eine Verbrennung eines Stoffes, bei der sich die Verbrennungsfront schneller als Schallgeschwindigkeit ausbreitet. In diesem Fall breitet sich eine Stoßwelle durch den Stoff aus, gefolgt von einer chemischen Reaktion unter Freisetzung einer großen Wärmemenge. In modernen Raketentriebwerken erfolgt die Kraftstoffverbrennung mit Unterschallgeschwindigkeit; dieser Vorgang wird als Deflagration bezeichnet.
Detonationsmotoren werden heute in zwei Haupttypen unterteilt: Impuls- und Rotationsmotoren. Letztere werden auch Spin genannt. Bei Impulsmotoren treten kurze Explosionen auf, wenn kleine Anteile des Kraftstoff-Luft-Gemisches verbrannt werden. Bei der Rotationsverbrennung brennt das Gemisch ständig ohne zu stoppen.
Bei solchen Kraftwerken wird eine Ringbrennkammer verwendet, in der das Brennstoffgemisch in Reihe über radial angeordnete Ventile zugeführt wird. In solchen Kraftwerken lässt die Detonation nicht nach - die Detonationswelle "läuft" um die Ringbrennkammer herum, das dahinter liegende Brennstoffgemisch hat Zeit, sich zu erneuern. Der Rotationsmotor wurde erstmals in den 1950er Jahren in der UdSSR untersucht.
Detonationsmotoren können in einem weiten Bereich von Fluggeschwindigkeiten betrieben werden - von null bis fünf Machzahlen (0-6,2 Tausend Kilometer pro Stunde). Es wird angenommen, dass solche Antriebssysteme mehr Leistung liefern können, während sie weniger Kraftstoff verbrauchen als herkömmliche Strahltriebwerke. Gleichzeitig ist die Konstruktion von Detonationsmotoren relativ einfach: Ihnen fehlt ein Kompressor und viele bewegliche Teile.
Das neue russische Flüssigdetonationstriebwerk wird gemeinsam von mehreren Instituten entwickelt, darunter das Moskauer Luftfahrtinstitut, das Lawrentjew-Institut für Hydrodynamik, das Keldysh-Zentrum, das Baranov-Zentralinstitut für Flugmotoren und die Fakultät für Mechanik und Mathematik der Moskauer Staatlichen Universität. Die Entwicklung wird von der Advanced Research Foundation überwacht.
Laut Lyovochkin betrug der Druck in der Brennkammer des Detonationsmotors während der Tests 40 Atmosphären. Gleichzeitig arbeitete das Gerät zuverlässig ohne aufwändige Kühlsysteme. Eine der Aufgaben der Tests bestand darin, die Möglichkeit der Detonationsverbrennung eines Sauerstoff-Kerosin-Kraftstoffgemisches zu bestätigen. Zuvor wurde berichtet, dass die Detonationsfrequenz des neuen russischen Motors 20 Kilohertz beträgt.
Die ersten Tests eines Flüssigtreibstoff-Detonationsraketentriebwerks im Sommer 2016. Ob der Motor seitdem erneut getestet wurde, ist nicht bekannt.
Ende Dezember 2016 hat das amerikanische Unternehmen Aerojet Rocketdyne mit dem US-amerikanischen National Energy Technology Laboratory einen Vertrag zur Entwicklung eines neuen Gasturbinenkraftwerks auf Basis eines Rotationsdetonationsmotors unterzeichnet. Die Arbeiten, die zur Erstellung eines Prototyps der neuen Anlage führen, sollen bis Mitte 2019 abgeschlossen sein.
Nach vorläufigen Schätzungen wird die neue Art von Gasturbinentriebwerk mindestens fünf Prozent mehr Leistung haben als herkömmliche solche Aggregate. Gleichzeitig können die Installationen selbst kompakter gestaltet werden.
Wassili Sychev