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 Zeitpunkt 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 Triebwerkbetriebs 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. Unter anderem ging er auf den Prozess der Herstellung von Düsentriebwerken 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 ergibt sich eine Schubsteigerung von ca. 30%.
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 Motor nach Deflagrationsprinzip benötigt keine besonders langlebigen Aggregate, ist jedoch in der maximalen Leistung eingeschränkt. 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 Deflagrationsverbrennung. 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 Konsequenz, die Geschwindigkeit von reaktiven Gasen kann 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 Wasserstoffgas vorgeschlagen. Im August 2016 begann der Test eines Kameraprototyps. Wichtig, dass zum ersten Mal in der Geschichte wurde ein solches Projekt auf die Bühne von Prüfstandsversuchen gebracht... 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
Bestimmte 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 dann werden 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 von 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.
Z.B, Detonationsmotoren können 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 Klopfverbrennung 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.
Die erste Einführung des experimentellen Produkts "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 Raketenraum und im 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/
Die Russische Föderation war die erste weltweit, die erfolgreich ein Detonations-Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk getestet hat. Das neue Kraftwerk wurde bei NPO Energomash erstellt. Dies sei ein Erfolg für die russische Raketen- und Raumfahrtindustrie, sagte er dem Korrespondenten Bundesnachrichtenagentur wissenschaftlicher Beobachter Alexander Galkin.
Wie auf der offiziellen Website der Foundation for Advanced Study berichtet, wird der Schub im neuen Triebwerk durch kontrollierte Explosionen während der Wechselwirkung des Brennstoffpaars Sauerstoff-Kerosin erzeugt.
„Die Bedeutung des Erfolgs dieser Tests für die Weiterentwicklung des heimischen Triebwerksbaus ist kaum zu überschätzen […] Raketentriebwerke dieser Art sind die Zukunft“, sagte der stellvertretende Generaldirektor und Chefkonstrukteur von NPO Energomash Wladimir Chwanow.
Anzumerken ist, dass die Ingenieure des Unternehmens seit zwei Jahren erfolgreich das neue Kraftwerk testen. Die Forschungsarbeiten wurden von Wissenschaftlern des Novosibirsk Institute of Hydrodynamics durchgeführt. M.A.Lavrent'ev der sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften und des Moskauer Luftfahrtinstituts.
„Ich denke, dies ist ein neues Wort in der Raketenindustrie und ich hoffe, dass es für die russische Kosmonautik nützlich sein wird. Energomash ist heute die einzige Struktur, die Raketentriebwerke entwickelt und erfolgreich vertreibt. Sie haben kürzlich den RD-181-Motor für die Amerikaner hergestellt, der in der Gesamtleistung schwächer ist als der bewährte RD-180. Tatsache ist jedoch, dass sich im Motorenbau ein neuer Trend herausgebildet hat - eine Gewichtsreduzierung der Bordausrüstung von Raumschiffen führt dazu, dass die Motoren an Leistung verlieren. Dies ist auf eine Abnahme des entfernten Gewichts zurückzuführen. Wir müssen also den Wissenschaftlern und Ingenieuren von Energomash viel Erfolg wünschen, das funktioniert, und es gelingt ihm, etwas zu tun. Wir haben auch kreative Köpfe“, ist sich Alexander Galkin sicher.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Prinzip der Erzeugung eines Jetstreams durch kontrollierte Explosionen die Frage nach der Sicherheit zukünftiger Flüge aufwerfen kann. Aber keine Sorge, die Stoßwelle wird im Brennraum des Motors verdreht.
„Ich bin mir sicher, dass ein Schwingungsdämpfungssystem für neue Triebwerke erfunden wird, denn im Prinzip sind traditionelle Trägerraketen, die noch entwickelt wurden“, Sergei Pavlovich Korolev und Valentina Petrowitsch Glushko, gab auch dem Schiffsrumpf eine starke Vibration. Aber irgendwie haben sie gewonnen, sie haben einen Weg gefunden, das kolossale Erzittern zu löschen. Hier wird alles gleich sein“, schließt der Experte.
Derzeit forschen Mitarbeiter von NPO Energomash weiter, um den Schub zu stabilisieren und die Belastung der Tragstruktur des Kraftwerks zu reduzieren. Wie das Unternehmen anmerkte, sorgt der Betrieb des Sauerstoff-Kerosin-Brennstoffpaares und das Prinzip der Erzeugung der Auftriebskraft für einen geringeren Kraftstoffverbrauch bei höherer Leistung. Zukünftig werden Tests eines Modells in Originalgröße beginnen und möglicherweise verwendet werden, um Nutzlasten oder sogar Astronauten in die Umlaufbahn des Planeten zu bringen.
Tatsächlich wird anstelle einer konstanten Frontalflamme in der Verbrennungszone eine Detonationswelle gebildet, die sich mit Überschallgeschwindigkeit ausbreitet. Bei einer solchen Kompressionswelle detonieren Kraftstoff und Oxidationsmittel, dieser Prozess erhöht aus thermodynamischer Sicht den Wirkungsgrad des Motors aufgrund der Kompaktheit der Verbrennungszone um eine Größenordnung.
Interessanterweise hat der sowjetische Physiker Ya.B. Zeldovich schlug die Idee eines Detonationsmotors in dem Artikel "On the Energy Use of Detonation Combustion" vor. Seitdem haben viele Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern an einer vielversprechenden Idee gearbeitet, mal die USA, mal Deutschland, mal unsere Landsleute.
Im Sommer, im August 2016, gelang es russischen Wissenschaftlern, das weltweit erste Flüssigtreibstoff-Triebwerk in Originalgröße zu bauen, das nach dem Prinzip der Detonationsverbrennung von Kraftstoff arbeitet. Unser Land hat sich in den vielen Jahren nach der Perestroika endlich eine weltweite Priorität bei der Entwicklung der neuesten Technologie gesetzt.
Warum ist der neue Motor so gut? Ein Strahltriebwerk nutzt die Energie, die bei der Verbrennung des Gemisches bei konstantem Druck und konstanter Flammenfront freigesetzt wird. Während der Verbrennung erhöht das Gasgemisch aus Brennstoff und Oxidationsmittel die Temperatur stark und die aus der Düse austretende Flammensäule erzeugt einen Strahlschub.
Bei der Detonationsverbrennung haben die Reaktionsprodukte keine Zeit, sich zu zersetzen, da dieser Prozess 100-mal schneller ist als die Deflargation und der Druck schnell ansteigt, das Volumen jedoch unverändert bleibt. Die Freisetzung einer so großen Energiemenge kann sogar den Motor eines Autos zerstören, weshalb dieser Vorgang oft mit einer Explosion verbunden ist.
Tatsächlich wird anstelle einer konstanten Frontalflamme in der Verbrennungszone eine Detonationswelle gebildet, die sich mit Überschallgeschwindigkeit ausbreitet. Bei einer solchen Kompressionswelle detonieren Kraftstoff und Oxidationsmittel, dieser Prozess erhöht aus thermodynamischer Sicht den Wirkungsgrad des Motors aufgrund der Kompaktheit der Verbrennungszone um eine Größenordnung. Daher begannen die Spezialisten so eifrig, diese Idee zu entwickeln.
Bei einem herkömmlichen Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk, das eigentlich ein Großbrenner ist, kommt es nicht auf die Brennkammer und die Düse, sondern auf die Treibstoff-Turbopumpeneinheit (TNA) an, die einen solchen Druck erzeugt, dass der Treibstoff in die Kammer. Im russischen RD-170-Raketentriebwerk für Energia-Trägerraketen beispielsweise beträgt der Druck in der Brennkammer 250 atm und die Pumpe, die das Oxidationsmittel in die Verbrennungszone fördert, muss einen Druck von 600 atm erzeugen.
Bei einem Detonationsmotor wird der Druck durch die Detonation selbst erzeugt, eine wandernde Kompressionswelle im Kraftstoffgemisch, bei der der Druck ohne TPA bereits 20-mal höher ist und die Turbopumpenaggregate überflüssig sind. Um es klar zu machen, das amerikanische "Shuttle" hat einen Brennkammerdruck von 200 atm, und ein Detonationsmotor braucht unter solchen Bedingungen nur 10 atm, um das Gemisch zu liefern - es ist wie eine Fahrradpumpe und die Sayano-Shushenskaya HPP.
In diesem Fall ist ein auf Detonation basierendes Triebwerk nicht nur um eine Größenordnung einfacher und billiger, sondern auch viel leistungsstärker und sparsamer als ein herkömmliches Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk.
Auf dem Weg zur Umsetzung des Detonationsmotorenprojekts stellte sich das Problem der Bewältigung der Detonationswelle. Dieses Phänomen ist nicht nur eine Druckwelle, die Schallgeschwindigkeit hat, und eine Detonationswelle, die sich mit einer Geschwindigkeit von 2500 m / s ausbreitet, es gibt keine Stabilisierung der Flammenfront darin, die Mischung wird für jede Pulsation erneuert und die Welle wird neu gestartet.
Zuvor entwickelten und bauten russische und französische Ingenieure pulsierende Strahltriebwerke, jedoch nicht nach dem Prinzip der Detonation, sondern auf der Grundlage des Pulsierens der konventionellen Verbrennung. Die Eigenschaften solcher PUVRDs waren gering, und als Triebwerksbauer Pumpen, Turbinen und Kompressoren entwickelten, kam das Zeitalter der Strahltriebwerke und Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke, und die pulsierenden blieben am Rande des Fortschritts. Die klugen Köpfe der Wissenschaft haben versucht, die Detonationsverbrennung mit einer PUVRD zu kombinieren, aber die Pulsationsfrequenz einer herkömmlichen Verbrennungsfront beträgt nicht mehr als 250 pro Sekunde, und die Detonationsfront hat eine Geschwindigkeit von bis zu 2500 m / s und ihre Pulsationsfrequenz erreicht mehrere Tausend pro Sekunde. Es schien unmöglich, eine solche Geschwindigkeit der Gemischerneuerung in der Praxis umzusetzen und gleichzeitig eine Detonation einzuleiten.
In den USA war es möglich, einen solchen detonationspulsierenden Motor zu bauen und in der Luft zu testen, er funktionierte jedoch nur 10 Sekunden, aber die Priorität blieb bei den amerikanischen Konstrukteuren. Aber bereits in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts hat der sowjetische Wissenschaftler B.V. Voitsekhovsky und fast zeitgleich ein Amerikaner von der University of Michigan, J. Nichols, hatten die Idee, eine Detonationswelle im Brennraum zu schleifen.
Wie funktioniert ein Detonationsraketentriebwerk?
Ein solcher Rotationsmotor bestand aus einer ringförmigen Brennkammer mit entlang ihres Radius angeordneten Düsen zur Kraftstoffversorgung. Die Detonationswelle läuft wie ein Eichhörnchen in einem Rad um einen Kreis, das Kraftstoffgemisch komprimiert und verbrennt und drückt die Verbrennungsprodukte durch die Düse. In einem Spin-Motor erhalten wir eine Rotationsfrequenz einer Welle von mehreren Tausend pro Sekunde, seine Arbeit ist ähnlich dem Arbeitsprozess in einem Flüssigtreibstoff-Motor, nur durch die Detonation des Kraftstoffgemisches effizienter.
In der UdSSR und den USA und später in Russland wird an der Entwicklung eines Rotationsdetonationsmotors mit kontinuierlicher Welle gearbeitet, um die darin ablaufenden Prozesse zu verstehen, und dafür wurde eine ganze Wissenschaft geschaffen - physikalisch-chemische Kinetik. Um die Bedingungen für eine ungedämpfte Welle zu berechnen, waren leistungsstarke Computer erforderlich, die erst vor kurzem entwickelt wurden.
In Russland arbeiten viele Forschungsinstitute und Konstruktionsbüros an dem Projekt eines solchen Spinntriebwerks, darunter das Triebwerksunternehmen der Raumfahrtindustrie NPO Energomash. Der Advanced Research Fund kam bei der Entwicklung eines solchen Triebwerks zu Hilfe, da eine Finanzierung durch das Verteidigungsministerium unmöglich ist - geben Sie ihnen nur ein garantiertes Ergebnis.
Trotzdem wurde während der Tests in Khimki bei Energomash ein stationärer Zustand kontinuierlicher Spindetonation aufgezeichnet - 8 Tausend Umdrehungen pro Sekunde an einem Sauerstoff-Kerosin-Gemisch. In diesem Fall balancierten die Detonationswellen die Vibrationswellen und die hitzeabschirmenden Beschichtungen hielten hohen Temperaturen stand.
Aber schmeicheln Sie sich nicht, denn dies ist nur ein Demonstrator-Motor, der seit sehr kurzer Zeit funktioniert und über dessen Eigenschaften noch nichts gesagt wurde. Aber die Hauptsache ist, dass die Möglichkeit der Detonationsverbrennung bewiesen wurde und in Russland ein Spin-Motor in Originalgröße geschaffen wurde, der für immer in der Geschichte der Wissenschaft bleiben wird.
Video: "Energomash" testete weltweit als erster ein Detonations-Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk
Was steckt wirklich hinter den Berichten über den weltweit ersten in Russland getesteten Detonationsraketenantrieb?
Ende August 2016 verbreiteten die Weltnachrichtenagenturen die Nachricht: An einem der Stände der NPO Energomash in Khimki bei Moskau wurde der weltweit erste Flüssigtreibstoff-Raketenmotor (LPRE) in Originalgröße mit Detonationsverbrennung von Treibstoff gestartet - . Für diese Veranstaltung wird seit 70 Jahren Hauswirtschaft und Technik eingesetzt. Die Idee eines Detonationsmotors wurde von dem sowjetischen Physiker Ya. B. Zel'dovich in einem Artikel "On the Energy Use of Detonation Combustion" vorgeschlagen, der bereits 1940 im "Journal of Technical Physics" veröffentlicht wurde. Seitdem wird weltweit an der praktischen Umsetzung vielversprechender Technologien geforscht und experimentiert. In diesem Wettlauf haben zuerst Deutschland, dann die Vereinigten Staaten, dann die UdSSR die Nase vorn. Und jetzt hat sich Russland eine wichtige Priorität in der Weltgeschichte der Technik gesichert. In den letzten Jahren konnte sich unser Land selten mit so etwas rühmen.
Auf dem Kamm einer Welle
Testen eines Detonations-Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerks
Was sind die Vorteile eines Detonationsmotors? Bei herkömmlichen Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken, wie auch bei konventionellen Kolben- oder Turbojet-Flugzeugtriebwerken, wird die Energie genutzt, die bei der Treibstoffverbrennung freigesetzt wird. Dabei bildet sich im Brennraum eines Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerks eine stationäre Flammenfront, in der die Verbrennung bei konstantem Druck erfolgt. Dieser normale Verbrennungsprozess wird Deflagration genannt. Durch das Zusammenwirken von Brennstoff und Oxidationsmittel steigt die Temperatur des Gasgemisches stark an und eine feurige Säule von Verbrennungsprodukten platzt aus der Düse, die den Strahlschub bilden.
Detonation ist auch Verbrennung, aber sie geschieht 100-mal schneller als bei der herkömmlichen Kraftstoffverbrennung. Dieser Vorgang ist so schnell, dass eine Detonation oft mit einer Explosion verwechselt wird, zumal so viel Energie freigesetzt wird, dass beispielsweise ein Automotor, wenn dieses Phänomen in seinen Zylindern auftritt, tatsächlich kollabieren kann. Die Detonation ist jedoch keine Explosion, sondern eine so schnelle Verbrennungsart, dass die Reaktionsprodukte nicht einmal Zeit haben, sich auszudehnen, weshalb dieser Vorgang im Gegensatz zur Deflagration mit konstantem Volumen und stark ansteigendem Druck abläuft.
In der Praxis sieht das so aus: Statt einer stationären Flammenfront im Kraftstoffgemisch bildet sich im Brennraum eine Detonationswelle, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegt. In dieser Kompressionswelle kommt es zur Detonation des Gemisches aus Brennstoff und Oxidationsmittel, und dieser Prozess ist aus thermodynamischer Sicht viel effizienter als die konventionelle Brennstoffverbrennung. Der Wirkungsgrad der Detonationsverbrennung ist um 25–30% höher, d. h. bei gleicher Kraftstoffmenge wird mehr Schub erzielt und aufgrund der Kompaktheit der Verbrennungszone ist der Detonationsmotor theoretisch um eine Größenordnung höher als konventionelle Raketentriebwerke in Bezug auf die aus einer Volumeneinheit entnommene Leistung.
Dies allein genügte, um die Aufmerksamkeit der Fachwelt auf diese Idee zu lenken. Denn die nun eingetretene Stagnation in der Entwicklung der Weltkosmonautik, die seit einem halben Jahrhundert im erdnahen Orbit feststeckt, hängt vor allem mit der Krise des Raketenantriebs zusammen. In der Krise steckt übrigens auch die Luftfahrt, die die Schwelle von drei Schallgeschwindigkeiten nicht überschreiten kann. Diese Krise kann mit der Situation bei Kolbenflugzeugen in den späten 1930er Jahren verglichen werden. Der Propeller und der Verbrennungsmotor haben ihr Potenzial ausgeschöpft und erst das Aufkommen der Strahltriebwerke ermöglichte es, ein qualitativ neues Niveau an Höhen, Geschwindigkeiten und Reichweiten zu erreichen.
Detonationsraketentriebwerk
Die Konstruktionen klassischer Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke wurden in den letzten Jahrzehnten perfektioniert und sind praktisch an ihre Grenzen gestoßen. Ihre spezifischen Eigenschaften können in Zukunft nur noch in sehr unwesentlichen Grenzen gesteigert werden – um wenige Prozent. Daher ist die Weltkosmonautik gezwungen, einen umfangreichen Entwicklungspfad einzuschlagen: Für bemannte Flüge zum Mond müssen riesige Trägerraketen gebaut werden, und dies ist zumindest für Russland sehr schwierig und wahnsinnig teuer. Ein Versuch, die Krise mit Atommotoren zu überwinden, ist auf Umweltprobleme gestoßen. Das Aufkommen von Detonationsraketentriebwerken ist vielleicht zu früh, um es mit dem Übergang von der Luftfahrt zum Düsenschub zu vergleichen, aber sie sind durchaus in der Lage, den Prozess der Weltraumforschung zu beschleunigen. Darüber hinaus hat diese Art von Strahltriebwerk einen weiteren sehr wichtigen Vorteil.
GRES in Miniatur
Ein konventionelles Raketentriebwerk ist im Prinzip ein großer Brenner. Um seinen Schub und seine spezifischen Eigenschaften zu erhöhen, ist es notwendig, den Druck in der Brennkammer zu erhöhen. In diesem Fall muss der Kraftstoff, der durch die Düsen in die Kammer eingespritzt wird, mit einem höheren Druck zugeführt werden, als er während des Verbrennungsprozesses realisiert wird, da sonst der Kraftstoffstrahl die Kammer einfach nicht durchdringen kann. Daher ist die komplexeste und teuerste Einheit in einem Flüssigtreibstoffmotor keine Kammer mit einer Düse, die in Sichtweite ist, sondern eine Kraftstoff-Turbopumpeneinheit (TNA), die im Inneren der Rakete zwischen den Feinheiten der Pipelines versteckt ist.
Zum Beispiel hat das stärkste Raketentriebwerk der Welt RD-170, das für die erste Stufe der sowjetischen superschweren Trägerrakete Energia von der gleichen NPO Energia entwickelt wurde, einen Brennkammerdruck von 250 Atmosphären. Das ist sehr viel. Aber der Druck am Auslass der Sauerstoffpumpe, die das Oxidationsmittel in die Brennkammer pumpt, erreicht 600 atm. Zum Antrieb dieser Pumpe kommt eine 189-MW-Turbine zum Einsatz! Stellen Sie sich vor: Ein Turbinenrad mit 0,4 m Durchmesser entwickelt eine viermal größere Leistung als der Atomeisbrecher "Arktika" mit zwei Kernreaktoren! Gleichzeitig ist THA ein komplexes mechanisches Gerät, dessen Welle 230 Umdrehungen pro Sekunde macht, und es muss in einer Umgebung mit flüssigem Sauerstoff arbeiten, in der nicht einmal ein Funke, sondern ein Sandkorn in der Pipeline ist führt zu einer Explosion. Die Technologien zur Herstellung eines solchen TNA sind das Haupt-Know-how von Energomash, dessen Besitz es dem russischen Unternehmen heute ermöglicht, seine Motoren für den Einbau in die amerikanischen Trägerraketen Atlas V und Antares zu verkaufen. In den USA gibt es noch keine Alternative zu russischen Motoren.
Bei einem Detonationsmotor sind solche Schwierigkeiten nicht erforderlich, da der Druck für eine effizientere Verbrennung durch die Detonation selbst bereitgestellt wird, die eine Kompressionswelle ist, die sich im Kraftstoffgemisch ausbreitet. Während der Detonation erhöht sich der Druck ohne TNA um den Faktor 18–20.
Um Bedingungen im Brennraum eines Detonationsmotors zu erhalten, die beispielsweise den Bedingungen im Brennraum eines Flüssigtreibstoffmotors des American Shuttle (200 atm) entsprechen, genügt es, Kraftstoff unter einem Druck von ... 10 atm. Die dafür benötigte Einheit ist im Vergleich zur TNA eines klassischen Flüssigtreibstoffmotors wie eine Fahrradpumpe in der Nähe des Sayano-Shushenskaya SDPP.
Das heißt, der Detonationsmotor wird nicht nur leistungsstärker und sparsamer als ein herkömmlicher Flüssigtreibstoffmotor, sondern auch um eine Größenordnung einfacher und billiger. Warum wird Designern diese Einfachheit 70 Jahre lang nicht geschenkt?
Der Puls des Fortschritts
Das Hauptproblem der Ingenieure bestand darin, mit der Detonationswelle fertig zu werden. Es geht nicht nur darum, den Motor stärker zu machen, damit er erhöhten Belastungen standhält. Detonation ist nicht nur eine Druckwelle, sondern etwas Listigeres. Die Druckwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit aus und die Detonationswelle mit Überschallgeschwindigkeit - bis zu 2500 m / s. Es bildet keine stabile Flammenfront, daher pulsiert der Betrieb eines solchen Motors: Nach jeder Detonation muss das Kraftstoffgemisch erneuert und dann eine neue Welle gestartet werden.
Versuche, ein pulsierendes Düsentriebwerk zu schaffen, wurden lange vor der Idee der Detonation unternommen. In den 1930er Jahren suchte man mit pulsierenden Strahltriebwerken eine Alternative zu Kolbentriebwerken. Die Einfachheit zog wieder an: Anders als bei einer Flugturbine für ein pulsierendes Luftstrahltriebwerk (PUVRD) war weder ein mit 40.000 U/min rotierender Kompressor erforderlich, um Luft in den unersättlichen Schoß der Brennkammer zu pumpen, noch mit einer Gastemperatur zu arbeiten von über 1000˚С Turbine. Beim PUVRD verursachte der Druck im Brennraum Pulsationen bei der Verbrennung des Kraftstoffs.
Die ersten Patente für ein pulsierendes Strahltriebwerk wurden 1865 unabhängig voneinander von Charles de Louvrier (Frankreich) und 1867 von Nikolai Afanasyevich Teleshov (Russland) erworben. Das erste funktionsfähige Design des PUVRD wurde 1906 vom russischen Ingenieur V.V. patentiert. Karavodin, der ein Jahr später eine Modellinstallation baute. Aufgrund einer Reihe von Mängeln fand die Karavodin-Installation in der Praxis keine Anwendung. Die erste PUVRD, die auf einem echten Flugzeug eingesetzt wurde, war die deutsche Argus As 014, basierend auf einem Patent des Münchner Erfinders Paul Schmidt aus dem Jahr 1931. Argus wurde für die "Vergeltungswaffe" geschaffen - die V-1-Flügelbombe. Eine ähnliche Entwicklung wurde 1942 vom sowjetischen Konstrukteur Vladimir Chelomey für den ersten sowjetischen Marschflugkörper 10X entwickelt.
Natürlich explodierten diese Motoren noch nicht, da sie die Pulsationen der konventionellen Verbrennung nutzten. Die Frequenz dieser Pulsationen war niedrig, was während des Betriebs ein charakteristisches Maschinengewehrgeräusch erzeugte. Aufgrund des intermittierenden Betriebs waren die spezifischen Eigenschaften des PUVRD im Durchschnitt gering, und nachdem die Konstrukteure Ende der 1940er Jahre die Schwierigkeiten bei der Herstellung von Kompressoren, Pumpen und Turbinen bewältigten, wurden Turbojet-Triebwerke und Flüssigkeitstriebwerke die Könige von den Himmel, und die PUVRD blieb am Rande des technologischen Fortschritts. ...
Es ist merkwürdig, dass die ersten PUVRDs von deutschen und sowjetischen Designern unabhängig voneinander erstellt wurden. Übrigens kam nicht nur Zeldovich 1940 auf die Idee eines Detonationsmotors. Zur gleichen Zeit äußerten Von Neumann (USA) und Werner Doering (Deutschland) die gleichen Gedanken, so dass in der internationalen Wissenschaft das Modell der Verwendung von Detonationsverbrennung ZND genannt wurde.
Die Idee, PUVRD mit Detonationsverbrennung zu kombinieren, war sehr verlockend. Die Front einer gewöhnlichen Flamme breitet sich jedoch mit einer Geschwindigkeit von 60–100 m / s aus und die Frequenz ihrer Pulsationen im PUVRD überschreitet nicht 250 pro Sekunde. Und die Detonationsfront bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 1500-2500 m / s, daher sollte die Pulsationsfrequenz Tausende pro Sekunde betragen. Es war schwierig, eine solche Geschwindigkeit der Gemischerneuerung und Detonationsauslösung in die Praxis umzusetzen.
Nichtsdestotrotz wurden Versuche fortgesetzt, funktionsfähige pulsierende Detonationsmotoren zu schaffen. Die Arbeit der Spezialisten der US Air Force in dieser Richtung gipfelte in der Entwicklung eines Demonstrator-Triebwerks, das am 31. Januar 2008 erstmals mit einem experimentellen Long-EZ-Flugzeug in die Lüfte stieg. Im historischen Flug arbeitete der Motor ... 10 Sekunden in einer Höhe von 30 Metern. Dennoch blieb die Priorität in diesem Fall bei den Vereinigten Staaten, und das Flugzeug fand zu Recht einen Platz im National Museum der US Air Force.
Inzwischen ist seit langem ein anderes, viel vielversprechenderes Schema eines Detonationsmotors erfunden worden.
Wie ein Eichhörnchen im Rad
Die Idee, eine Detonationswelle zu schleifen und im Brennraum wie ein Eichhörnchen in einem Rad laufen zu lassen, wurde Anfang der 1960er Jahre von Wissenschaftlern geboren. Das Phänomen der Spin-(rotierenden) Detonation wurde 1960 von dem sowjetischen Physiker von Novosibirsk B.V. Voitsekhovsky theoretisch vorhergesagt. Fast gleichzeitig mit ihm, 1961, äußerte der Amerikaner J. Nicholls von der University of Michigan dieselbe Idee.
Der Rotations- oder Spin-Detonationsmotor ist strukturell eine ringförmige Brennkammer, in die Kraftstoff mittels radial angeordneter Injektoren zugeführt wird. Die Detonationswelle im Inneren der Kammer bewegt sich nicht in axialer Richtung wie beim PUVRD, sondern in einem Kreis, komprimiert und verbrennt das Kraftstoffgemisch davor und drückt schließlich die Verbrennungsprodukte aus der Düse, genauso wie die Schraube eines Fleischwolfs drückt das Hackfleisch heraus. Anstelle der Pulsationsfrequenz erhalten wir die Rotationsfrequenz der Detonationswelle, die mehrere Tausend pro Sekunde erreichen kann, d bei stationärer Verbrennung, aber viel effizienter, da tatsächlich eine Detonation des Kraftstoffgemisches darin auftritt. ...
In der UdSSR wurde wie in den USA seit den frühen 1960er Jahren an einem Rotationsdetonationsmotor gearbeitet, aber auch hier erforderte seine Umsetzung trotz der scheinbaren Einfachheit der Idee die Lösung rätselhafter theoretischer Fragen. Wie organisiert man den Prozess, damit die Welle nicht dämpft? Es war notwendig, die komplexesten physikalischen und chemischen Prozesse zu verstehen, die in einer gasförmigen Umgebung ablaufen. Hier wurde nicht mehr auf molekularer, sondern auf atomarer Ebene gerechnet, an der Schnittstelle von Chemie und Quantenphysik. Diese Prozesse sind komplexer als bei der Erzeugung eines Laserstrahls. Deshalb funktioniert der Laser schon lange, der Detonationsmotor jedoch nicht. Um diese Prozesse zu verstehen, war es notwendig, eine neue grundlegende Wissenschaft zu schaffen - die physikalisch-chemische Kinetik, die es vor 50 Jahren noch nicht gab. Und für die praktische Berechnung der Bedingungen, unter denen die Detonationswelle nicht abklingt, sondern autark wird, waren leistungsstarke Computer erforderlich, die erst in den letzten Jahren auf den Markt kamen. Dies war die Grundlage für die praktischen Erfolge bei der Zähmung der Detonation.
In den Vereinigten Staaten wird aktiv in diese Richtung gearbeitet. Diese Studien werden von Pratt & Whitney, General Electric, NASA durchgeführt. Das Forschungslabor der US-Marine entwickelt beispielsweise Spin-Detonation-Gasturbinen für die Navy. Die US Navy setzt 430 Gasturbinen auf 129 Schiffen ein, die jährlich 3 Milliarden Dollar Treibstoff verbrauchen. Die Einführung sparsamerer Gasturbinentriebwerke (GTE) spart enorm viel Geld.
In Russland haben und arbeiten Dutzende von Forschungsinstituten und Konstruktionsbüros an Detonationsmotoren. Unter ihnen ist NPO Energomash, ein führendes Triebwerksbauunternehmen der russischen Raumfahrtindustrie, mit dessen vielen Unternehmen die VTB Bank kooperiert. Die Entwicklung eines Detonationsraketentriebwerks wurde über ein Jahr durchgeführt, aber damit die Spitze des Eisbergs dieser Arbeit in Form eines erfolgreichen Tests unter der Sonne funkelt, ist die organisatorische und finanzielle Beteiligung der berüchtigten Stiftung für Advanced Research (FPI) war erforderlich. Es war das FPI, das 2014 die notwendigen Mittel für die Schaffung eines spezialisierten Labors "Detonation LRE" bereitstellte. Denn trotz 70-jähriger Forschung ist diese Technologie in Russland immer noch "zu vielversprechend", um von Kunden wie dem Verteidigungsministerium finanziert zu werden, die in der Regel ein garantiertes Praxisergebnis benötigen. Und es ist noch sehr weit davon entfernt.
Der Widerspenstigen Zähmung
Ich möchte glauben, dass nach allem, was oben gesagt wurde, klar wird, dass die Titanenarbeit zwischen den Zeilen eines kurzen Berichts über die Tests erscheint, die im Juli-August 2016 bei Energomash in Chimki stattfanden: Wellen mit einer Frequenz von etwa 20 kHz (die Rotationsfrequenz der Welle beträgt 8 Tausend Umdrehungen pro Sekunde) auf Brennstoffdampf "Sauerstoff - Kerosin". Es konnten mehrere Detonationswellen erhalten werden, die die Vibrations- und Stoßbelastungen gegenseitig ausgleichen. Speziell im Keldysh Center entwickelte Hitzeschutzbeschichtungen halfen, den hohen Temperaturbelastungen standzuhalten. Der Motor überstand mehrere Starts unter extremen Vibrationsbelastungen und ultrahohen Temperaturen ohne Kühlung der Wandschicht. Eine besondere Rolle bei diesem Erfolg spielte die Erstellung mathematischer Modelle und Einspritzdüsen, die es ermöglichten, eine Mischung mit der für das Auftreten einer Detonation erforderlichen Konsistenz zu erhalten.
Natürlich sollte die Bedeutung des erzielten Erfolges nicht überbewertet werden. Es wurde nur ein Demonstrator-Motor erstellt, der relativ kurze Zeit funktionierte, und über seine tatsächlichen Eigenschaften wurde nichts berichtet. Laut NPO Energomash erhöht ein Detonationsraketentriebwerk den Schub um 10 %, wenn die gleiche Kraftstoffmenge wie bei einem herkömmlichen Triebwerk verbrannt wird, und der spezifische Schubimpuls sollte um 10-15 % steigen.
Die Entwicklung des weltweit ersten Detonationsraketentriebwerks in Originalgröße hat Russland eine wichtige Priorität in der Weltgeschichte der Wissenschaft und Technologie gesichert.
Das Hauptergebnis ist jedoch, dass die Möglichkeit, eine Detonationsverbrennung in einem Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk zu organisieren, praktisch bestätigt wurde. Bis zum Einsatz dieser Technologie in realen Flugzeugen ist es jedoch noch ein weiter Weg. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass unserem Land jetzt eine weitere Weltpriorität im Bereich der Hochtechnologien zugewiesen wird: Zum ersten Mal auf der Welt wurde in Russland ein Detonationsraketentriebwerk in Originalgröße gestartet, und diese Tatsache wird in der Geschichte von Wissenschaft und Technik.
Für die praktische Umsetzung der Idee eines Detonationsraketentriebwerks bedurfte es 70 Jahre harter Arbeit von Wissenschaftlern und Designern.
Foto: Foundation for Advanced Study
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Der Vater des Videos ist Alexander Ponyatov und AMPEXDas Lyulka Experimental Design Bureau hat einen Prototyp eines pulsierenden Resonator-Detonationsmotors mit zweistufiger Verbrennung eines Kerosin-Luft-Gemisches entwickelt, hergestellt und getestet. Laut ITAR-TASS betrug der durchschnittliche gemessene Schub des Triebwerks etwa hundert Kilogramm und die Dauer des Dauerbetriebs mehr als zehn Minuten. Bis Ende dieses Jahres will das OKB einen pulsierenden Detonationsmotor in Originalgröße herstellen und testen.
Laut dem Chefkonstrukteur des Lyulka Design Bureau, Alexander Tarasov, wurden während der Tests die für Turbo- und Staustrahltriebwerke typischen Betriebsmodi simuliert. Die Messwerte des spezifischen Schubs und des spezifischen Treibstoffverbrauchs fielen 30-50 Prozent besser aus als bei herkömmlichen Luftstrahltriebwerken. Im Zuge der Versuche wurde der neue Motor immer wieder ein- und ausgeschaltet, sowie die Traktionskontrolle.
Auf der Grundlage der durchgeführten Studien, die während des Testens der Daten sowie der Analyse des Schaltungsdesigns gewonnen wurden, beabsichtigt das Lyulka Design Bureau, die Entwicklung einer ganzen Familie von Flugtriebwerken mit pulsierender Detonation vorzuschlagen. Insbesondere können Triebwerke mit kurzer Lebensdauer für unbemannte Luftfahrzeuge und Flugkörper sowie Flugtriebwerke mit Reiseüberschallflugbetrieb geschaffen werden.
Zukünftig können auf Basis neuer Technologien Triebwerke für Raketen-Weltraum-Systeme und kombinierte Triebwerke von Flugzeugen geschaffen werden, die in der Atmosphäre und darüber hinaus fliegen können.
Nach Angaben des Konstruktionsbüros werden die neuen Triebwerke das Schub-Gewichts-Verhältnis des Flugzeugs um das 1,5- bis 2-fache erhöhen. Außerdem kann sich beim Einsatz solcher Kraftwerke die Flugreichweite oder Masse von Flugzeugwaffen um 30-50 Prozent erhöhen. Gleichzeitig wird der Anteil neuer Triebwerke 1,5- bis 2-mal geringer sein als bei herkömmlichen Strahlantrieben.
Im März 2011 wurde berichtet, dass in Russland an der Entwicklung eines pulsierenden Detonationsmotors gearbeitet wird. Dies sagte damals Ilya Fedorov, Geschäftsführer des Forschungs- und Produktionsverbunds Saturn, zu dem auch das Designbüro Lyulka gehört. Welche Art von Detonationsmaschine diskutiert wurde, gab Fedorov nicht an.
Derzeit gibt es drei Arten von pulsierenden Motoren - Ventil, ventillose und Detonation. Das Funktionsprinzip dieser Kraftwerke besteht in der periodischen Zufuhr von Brennstoff und einem Oxidationsmittel in die Brennkammer, wo das Brennstoffgemisch gezündet wird und die Verbrennungsprodukte unter Bildung von Strahlschub aus der Düse ausströmen. Der Unterschied zu herkömmlichen Strahltriebwerken liegt in der Detonationsverbrennung des Kraftstoffgemisches, bei der sich die Verbrennungsfront schneller als Schallgeschwindigkeit ausbreitet.
Das pulsierende Strahltriebwerk wurde Ende des 19. Jahrhunderts vom schwedischen Ingenieur Martin Wiberg erfunden. Ein pulsierender Motor gilt als einfach und billig herzustellen, ist jedoch aufgrund der Natur der Kraftstoffverbrennung unzuverlässig. Erstmals wurde während des Zweiten Weltkriegs ein neuartiger Motor in Serie auf deutschen V-1-Marschflugkörpern eingesetzt. Angetrieben wurden sie vom Argus As-014 Motor der Argus-Werken.
Derzeit forschen mehrere große Verteidigungsunternehmen weltweit an der Entwicklung hocheffizienter pulsierender Strahltriebwerke. Die Arbeiten werden insbesondere von der französischen Firma SNECMA und den amerikanischen General Electric und Pratt & Whitney ausgeführt. Im Jahr 2012 kündigte das US Navy Research Laboratory seine Absicht an, ein Spin-Detonation-Triebwerk zu entwickeln, das herkömmliche Gasturbinenantriebe auf Schiffen ersetzen soll.
Das US Navy Research Laboratory (NRL) beabsichtigt, einen Rotating Detonation Engine (RDE) zu entwickeln, der möglicherweise konventionelle Gasturbinenantriebe auf Schiffen ersetzen könnte. Laut NRL werden die neuen Motoren es dem Militär ermöglichen, den Kraftstoffverbrauch zu senken und gleichzeitig die Energieeffizienz des Antriebssystems zu erhöhen.
Die US Navy setzt derzeit 430 Gasturbinentriebwerke (GTEs) auf 129 Schiffen ein. Sie verbrauchen jährlich 2 Milliarden US-Dollar an Treibstoff. Das NRL schätzt, dass das Militär dank der RDE jährlich bis zu 400 Millionen Dollar an Treibstoff einsparen kann. RDEs werden in der Lage sein, zehn Prozent mehr Leistung zu erzeugen als herkömmliche GTEs. Der RDE-Prototyp wurde bereits erstellt, aber wann solche Motoren in die Flotte aufgenommen werden, ist noch unbekannt.
Die RDE basiert auf den NRL-Entwicklungen, die bei der Entwicklung einer Pulse Detonation Engine (PDE) gewonnen wurden. Der Betrieb solcher Kraftwerke basiert auf einer stabilen Detonationsverbrennung des Brennstoffgemisches.
Spindetonationsmotoren unterscheiden sich von pulsierenden Motoren dadurch, dass die Detonationsverbrennung des Kraftstoffgemisches in ihnen kontinuierlich erfolgt ─ die Verbrennungsfront bewegt sich in einer ringförmigen Brennkammer, in der das Kraftstoffgemisch ständig aktualisiert wird.