ელექტრული მანქანის დეტონაციის ძრავა. დეტონაციური ძრავა - რუსული ძრავის მშენებლობის მომავალი

გამოცემა "სამხედრო-ინდუსტრიული კურიერი" დიდ სიახლეებს ავრცელებს გარღვევის სარაკეტო ტექნოლოგიების სფეროდან. რუსეთში დეტონაციის სარაკეტო ძრავა გამოსცადეს, - ამის შესახებ ვიცე-პრემიერმა დიმიტრი როგოზინმა Facebook-ის საკუთარ გვერდზე პარასკევს განაცხადა.

„Advanced Research Foundation-ის პროგრამის ფარგლებში შემუშავებული ეგრეთ წოდებული სადეტონაციო რაკეტების ძრავები წარმატებით იქნა გამოცდილი“, - ციტირებს Interfax-AVN-ს ვიცე-პრემიერს.

ითვლება, რომ დეტონაციის სარაკეტო ძრავა არის ეგრეთ წოდებული საავტომობილო ჰიპერბგერის კონცეფციის განხორციელების ერთ-ერთი გზა, ანუ ჰიპერბგერითი თვითმფრინავის შექმნა, რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს 4-6 მაჰის სიჩქარეს (მახი არის ხმის სიჩქარე). საკუთარი ძრავის გამო.

პორტალი russia-reborn.ru გთავაზობთ ინტერვიუს რუსეთში ძრავის ერთ-ერთ წამყვან სპეციალიზებულ ინჟინერთან დეტონაციის სარაკეტო ძრავების შესახებ.

ინტერვიუ პეტრ ლევოჩკინთან, NPO Energomash im-ის მთავარ დიზაინერთან. აკადემიკოსი ვ.პ. გლუშკო.

იქმნება მომავლის ჰიპერბგერითი რაკეტების ძრავები
ჩატარდა ეგრეთ წოდებული სადეტონაციო სარაკეტო ძრავების წარმატებული გამოცდები, რამაც ძალიან საინტერესო შედეგი მისცა. ამ მიმართულებით განვითარების სამუშაოები გაგრძელდება.

დეტონაცია აფეთქებაა. შესაძლებელია თუ არა მისი მართვადი? შესაძლებელია თუ არა ასეთი ძრავების ბაზაზე ჰიპერბგერითი იარაღის შექმნა? რომელი სარაკეტო ძრავები წაიყვანს დაუსახლებელ და პილოტირებულ მანქანებს ახლო კოსმოსში? ეს არის ჩვენი საუბარი გენერალური დირექტორის მოადგილესთან - NPO Energomash im-ის მთავარ დიზაინერთან. აკადემიკოსი ვ.პ. გლუშკო“ პეტრ ლევოჩკინი.

პეტრ სერგეევიჩ, რა შესაძლებლობებს ხსნის ახალი ძრავები?

პეტრ ლევოჩკინი: თუ მოკლევადიან პერსპექტივაზე ვსაუბრობთ, დღეს ჩვენ ვმუშაობთ ძრავებზე ისეთი რაკეტებისთვის, როგორიცაა Angara A5V და Soyuz-5, ისევე როგორც სხვა, რომლებიც წინასწარ დიზაინის ეტაპზეა და ფართო საზოგადოებისთვის უცნობია. ზოგადად, ჩვენი ძრავები შექმნილია რაკეტის ასაწევად ციური სხეულის ზედაპირიდან. და ეს შეიძლება იყოს ნებისმიერი - ხმელეთის, მთვარის, მარსიანული. ასე რომ, თუ მთვარის ან მარსის პროგრამები განხორციელდება, აუცილებლად მივიღებთ მონაწილეობას.

როგორია თანამედროვე სარაკეტო ძრავების ეფექტურობა და არის თუ არა მათი გაუმჯობესების გზები?

პეტრ ლევოჩკინი: თუ ვსაუბრობთ ძრავების ენერგეტიკულ და თერმოდინამიკურ პარამეტრებზე, მაშინ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ჩვენმა, ისევე როგორც დღეს საუკეთესო უცხოურმა ქიმიურ სარაკეტო ძრავებმა, გარკვეულ სრულყოფილებას მიაღწიეს. მაგალითად, საწვავის წვის სისრულე 98,5 პროცენტს აღწევს. ანუ ძრავში არსებული საწვავის თითქმის მთელი ქიმიური ენერგია გარდაიქმნება საქშენიდან გამავალი გაზის ჭავლის თერმულ ენერგიად.

ძრავები შეიძლება გაუმჯობესდეს მრავალი გზით. ეს მოიცავს უფრო ენერგო ინტენსიური საწვავის კომპონენტების გამოყენებას, ახალი მიკროსქემის დიზაინის დანერგვას და წვის პალატაში წნევის მატებას. კიდევ ერთი მიმართულებაა ახალი, მათ შორის დანამატის ტექნოლოგიების გამოყენება შრომის ინტენსივობის შესამცირებლად და, შედეგად, სარაკეტო ძრავის ღირებულების შესამცირებლად. ეს ყველაფერი იწვევს გამომავალი დატვირთვის ღირებულების შემცირებას.

თუმცა, უფრო დეტალური შემოწმების შემდეგ, ცხადი ხდება, რომ ძრავების ენერგეტიკული მახასიათებლების ტრადიციული გზით გაზრდა არაეფექტურია.

კონტროლირებადი საწვავის აფეთქების გამოყენებამ შეიძლება რაკეტას ხმის სიჩქარეზე რვაჯერ აღემატებოდეს
რატომ?

პეტრ ლევოჩკინი: წვის პალატაში წნევისა და საწვავის მოხმარების გაზრდა ბუნებრივად გაზრდის ძრავის ბიძგს. მაგრამ ეს მოითხოვს პალატის და ტუმბოების კედლების სისქის გაზრდას. შედეგად, სტრუქტურის სირთულე და მისი მასა იზრდება და ენერგიის მომატება არც ისე დიდი აღმოჩნდება. თამაში არ დაჯდება სანთელი.

ანუ სარაკეტო ძრავებმა ამოწურა მათი განვითარების რესურსი?

პეტრ ლევოჩკინი: ნამდვილად არა. ტექნიკურ ენაზე, მათი გაუმჯობესება შესაძლებელია ინტრამოტორული პროცესების ეფექტურობის გაზრდით. არსებობს ქიმიური ენერგიის თერმოდინამიკური გადაქცევის ციკლები გამავალი თვითმფრინავის ენერგიად, რომლებიც ბევრად უფრო ეფექტურია, ვიდრე სარაკეტო საწვავის კლასიკური წვა. ეს არის დეტონაციის წვის ციკლი და ჰამფრის ციკლი მასთან ახლოს.

საწვავის დეტონაციის ეფექტი აღმოაჩინა ჩვენმა თანამემამულემ, მოგვიანებით აკადემიკოსმა იაკოვ ბორისოვიჩ ზელდოვიჩმა ჯერ კიდევ 1940 წელს. ამ ეფექტის პრაქტიკაში განხორციელება ძალიან დიდ პერსპექტივას გვპირდებოდა სარაკეტო მეცნიერებაში. გასაკვირი არ არის, რომ გერმანელები იმავე წლებში აქტიურად იკვლევდნენ წვის დეტონაციის პროცესს. მაგრამ მათ არ მიაღწიეს წინ არა მთლად წარმატებულ ექსპერიმენტებს.

თეორიულმა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ დეტონაციური წვა 25 პროცენტით უფრო ეფექტურია, ვიდრე იზობარული ციკლი, რაც შეესაბამება საწვავის წვას მუდმივი წნევის დროს, რომელიც ხორციელდება თანამედროვე თხევადი საწვავის ძრავების კამერებში.

და რა იძლევა დეტონაციური წვის უპირატესობას კლასიკურთან შედარებით?

პეტრ ლევოჩკინი: კლასიკური წვის პროცესი ქვებგერითია. დეტონაცია - ზებგერითი. რეაქციის სიჩქარე მცირე მოცულობით იწვევს უზარმაზარ სითბოს გამოყოფას - ის რამდენიმე ათასჯერ მეტია ვიდრე ქვებგერითი წვის დროს, რომელიც განხორციელებულია კლასიკურ სარაკეტო ძრავებში საწვავის იგივე მასით. და ჩვენთვის ძრავის ინჟინრებისთვის, ეს ნიშნავს, რომ გაცილებით მცირე დეტონაციის ძრავით და საწვავის მცირე მასით, შეგიძლიათ მიიღოთ იგივე ბიძგი, როგორც თანამედროვე უზარმაზარი თხევადი რაკეტების ძრავებში.

საიდუმლო არ არის, რომ საწვავის დეტონაციური წვის მქონე ძრავები ასევე ვითარდება საზღვარგარეთ. როგორია ჩვენი პოზიციები? დავთმობთ, მივდივართ მათ დონეზე თუ ლიდერები ვართ?

პეტრ ლევოჩკინი: ჩვენ არაფრით ჩამოვრჩებით, ეს რა თქმა უნდა. მაგრამ ვერ ვიტყვი, რომ ჩვენც ლიდერები ვართ. თემა საკმაოდ დახურულია. ერთ-ერთი მთავარი ტექნოლოგიური საიდუმლო არის ის, თუ როგორ უნდა დავრწმუნდეთ, რომ სარაკეტო ძრავის საწვავი და ოქსიდიზატორი არ დაიწვას, არამედ აფეთქდეს წვის კამერის განადგურების გარეშე. ეს არის, ფაქტობრივად, რომ რეალური აფეთქება იყოს კონტროლირებადი და მართვადი. ცნობისთვის: დეტონაცია არის საწვავის წვა ზებგერითი დარტყმის ტალღის წინ. არსებობს იმპულსური დეტონაცია, როდესაც დარტყმითი ტალღა მოძრაობს კამერის ღერძის გასწვრივ და ერთი ცვლის მეორეს, ასევე უწყვეტი (სპინი) დეტონაცია, როდესაც დარტყმითი ტალღები კამერაში მოძრაობენ წრეში.

რამდენადაც ჩვენთვის ცნობილია, თქვენი სპეციალისტების მონაწილეობით ჩატარდა დეტონაციის წვის ექსპერიმენტული კვლევები. რა შედეგები იქნა მიღებული?

პეტრ ლევოჩკინი: სამუშაოები გაკეთდა თხევადი დეტონაციის სარაკეტო ძრავის მოდელის კამერის შესაქმნელად. პროექტზე მუშაობდა რუსეთის წამყვანი სამეცნიერო ცენტრების დიდი თანამშრომლობა გაფართოებული კვლევის ფონდის პატრონაჟით. მათ შორის, ჰიდროდინამიკის ინსტიტუტი. მ.ა. ლავრენტიევი, MAI, "Keldysh Center", საავიაციო მოტორსის ცენტრალური ინსტიტუტი. პ.ი. ბარანოვი, მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მექანიკა-მათემატიკის ფაკულტეტი. ჩვენ შევთავაზეთ ნავთის გამოყენება, როგორც საწვავი, ხოლო აირისებრი ჟანგბადი, როგორც ჟანგვის აგენტი. თეორიული და ექსპერიმენტული კვლევების პროცესში დადასტურდა ასეთ კომპონენტებზე დაფუძნებული დეტონაციური სარაკეტო ძრავის შექმნის შესაძლებლობა. მიღებული მონაცემების საფუძველზე ჩვენ შევიმუშავეთ, დავამზადეთ და წარმატებით გამოვცადეთ მოდელის დეტონაციის კამერა 2 ტონა ბიძგით და წვის პალატაში წნევით დაახლოებით 40 ატმ.

ეს ამოცანა პირველად მოგვარდა არა მხოლოდ რუსეთში, არამედ მსოფლიოში. ასე რომ, რა თქმა უნდა, იყო პრობლემები. ჯერ ერთი, ისინი დაკავშირებულია ჟანგბადის სტაბილური დეტონაციის უზრუნველყოფასთან ნავთი და მეორეც, კამერის სახანძრო კედლის საიმედო გაგრილების უზრუნველყოფას ფარდის გაგრილების გარეშე და უამრავ სხვა პრობლემასთან, რომელთა არსი მხოლოდ ნათელია. სპეციალისტები.

სინამდვილეში, წვის ზონაში მუდმივი შუბლის ალის ნაცვლად, წარმოიქმნება დეტონაციის ტალღა, რომელიც ჩქარობს ზებგერითი სიჩქარით. ასეთ შეკუმშვის ტალღაში აფეთქდება საწვავი და ოქსიდიზატორი, ეს პროცესი, თერმოდინამიკის თვალსაზრისით, ზრდის ძრავის ეფექტურობას სიდიდის რიგითობით, წვის ზონის კომპაქტურობის გამო.

საინტერესოა, რომ ჯერ კიდევ 1940 წელს საბჭოთა ფიზიკოსმა ია.ბ. ზელდოვიჩმა შემოგვთავაზა დეტონაციის ძრავის იდეა სტატიაში "დეტონაციური წვის ენერგიის გამოყენების შესახებ". მას შემდეგ ბევრი მეცნიერი სხვადასხვა ქვეყნიდან მუშაობდა პერსპექტიულ იდეაზე, გამოვიდა ან აშშ, შემდეგ გერმანია ან ჩვენი თანამემამულეები.

ზაფხულში, 2016 წლის აგვისტოში, რუსმა მეცნიერებმა შეძლეს შეექმნათ მსოფლიოში პირველი სრული ზომის თხევადი საწვავი რეაქტიული ძრავა, რომელიც მუშაობს საწვავის დეტონაციის წვის პრინციპზე. ჩვენმა ქვეყანამ საბოლოოდ დაადგინა მსოფლიო პრიორიტეტი უახლესი ტექნოლოგიების შემუშავებაში მრავალი პოსტპერესტროიკის წლების განმავლობაში.

რატომ არის ახალი ძრავი ასეთი კარგი? რეაქტიული ძრავა იყენებს ენერგიას, რომელიც გამოიყოფა ნარევის დაწვით მუდმივი წნევით და მუდმივი ცეცხლის წინ. წვის დროს, საწვავის და ოქსიდიზატორის გაზის ნარევი მკვეთრად ზრდის ტემპერატურას და ალის სვეტი, რომელიც გამოდის საქშენიდან, ქმნის რეაქტიულ ბიძგს.

დეტონაციური წვის დროს რეაქციის პროდუქტებს არ აქვთ დრო, რომ დაიშალოს, რადგან ეს პროცესი 100-ჯერ უფრო სწრაფია ვიდრე დეფლაგრაცია და წნევა სწრაფად იზრდება, მოცულობა კი უცვლელი რჩება. ასეთი დიდი რაოდენობის ენერგიის გამოყოფას შეუძლია რეალურად გაანადგუროს მანქანის ძრავა, რის გამოც ასეთი პროცესი ხშირად აფეთქებასთან ასოცირდება.

სინამდვილეში, წვის ზონაში მუდმივი ფრონტალური ალის ნაცვლად, წარმოიქმნება დეტონაციის ტალღა, რომელიც ჩქარობს ზებგერითი სიჩქარით. ასეთ შეკუმშვის ტალღაში აფეთქდება საწვავი და ოქსიდიზატორი, ეს პროცესი თერმოდინამიკის თვალსაზრისით. ზრდის ძრავის ეფექტურობას სიდიდის რიგითობით,წვის ზონის კომპაქტურობის გამო. ამიტომ, ექსპერტები ასე გულმოდგინედ შეუდგნენ ამ იდეის შემუშავებას.ჩვეულებრივ სარაკეტო ძრავაში, რომელიც არსებითად დიდი საწვავია, მთავარია არა წვის კამერა და საქშენი, არამედ საწვავის ტურბოტუმბის ერთეული (TNA), რომელიც ქმნის ისეთ წნევას, რომ საწვავი. აღწევს პალატაში. მაგალითად, რუსულ RD-170 სარაკეტო ძრავში Energia-ს გამშვები მანქანებისთვის წვის პალატაში წნევა არის 250 ატმოსფერო და ტუმბო, რომელიც აწვდის ოქსიდიზატორს წვის ზონას, უნდა შექმნას წნევა 600 ატმ.

დეტონაციურ ძრავში წნევა იქმნება თავად დეტონაციის მიერ, რომელიც წარმოადგენს საწვავის ნარევში მოძრავი შეკუმშვის ტალღას, რომელშიც წნევა ყოველგვარი TNA-ის გარეშე უკვე 20-ჯერ მეტია და ტურბოტუმბოს ერთეულები ზედმეტია. გასაგებად რომ ვთქვათ, ამერიკულ შატლს წვის პალატაში აქვს წნევა 200 ატმ, ხოლო დეტონაციის ძრავას ასეთ პირობებში ნარევის მიწოდებისთვის მხოლოდ 10 ატმ სჭირდება - ეს ჰგავს ველოსიპედის ტუმბოს და საიანო-შუშენსკაიას ჰიდროელექტროსადგურს.

ამ შემთხვევაში, დეტონაციაზე დაფუძნებული ძრავა არა მხოლოდ უფრო მარტივი და იაფია სიდიდის მიხედვით, არამედ ბევრად უფრო მძლავრი და ეკონომიური, ვიდრე ჩვეულებრივი თხევადი სარაკეტო ძრავა. გზად წარმოიშვა დეტონაციის ტალღის ერთობლივი კონტროლის პრობლემა. დეტონაციის ძრავის პროექტის განსახორციელებლად. ეს ფენომენი არ არის მხოლოდ აფეთქების ტალღა, რომელსაც აქვს ხმის სიჩქარე, არამედ დეტონაციური ტალღა, რომელიც ვრცელდება 2500 მ/წმ სიჩქარით, მასში არ ხდება ალის ფრონტის სტაბილიზაცია, ყოველი პულსაციისთვის ნარევი განახლდება და ტალღა ისევ იწყება.

ადრე რუსმა და ფრანგმა ინჟინრებმა შეიმუშავეს და ააშენეს პულსირებული რეაქტიული ძრავები, მაგრამ არა დეტონაციის პრინციპით, არამედ ჩვეულებრივი წვის პულსაციის საფუძველზე. ასეთი PUVRD-ების მახასიათებლები დაბალი იყო და როდესაც ძრავების მშენებლებმა შეიმუშავეს ტუმბოები, ტურბინები და კომპრესორები, რეაქტიული ძრავების და LRE-ების ასაკი დადგა, ხოლო პულსირებადიები პროგრესის მიღმა დარჩა. მეცნიერების ნათელი ხელმძღვანელები ცდილობდნენ დეტონაციური წვის გაერთიანებას PUVRD-თან, მაგრამ ჩვეულებრივი წვის ფრონტის პულსაციის სიხშირე წამში არაუმეტეს 250-ია, ხოლო დეტონაციის ფრონტს აქვს სიჩქარე 2500 მ/წმ-მდე და მისი პულსაციის სიხშირე. წამში რამდენიმე ათასს აღწევს. შეუძლებელი ჩანდა ნარევის განახლების ასეთი სიჩქარის პრაქტიკაში გამოყენება და ამავე დროს დეტონაციის დაწყება.

შეერთებულ შტატებში შესაძლებელი იყო ასეთი დეტონაციური პულსირებული ძრავის აშენება და ჰაერში გამოცდა, თუმცა მან მხოლოდ 10 წამი იმუშავა, მაგრამ პრიორიტეტი ამერიკელ დიზაინერებს დარჩათ. მაგრამ უკვე გასული საუკუნის 60-იან წლებში საბჭოთა მეცნიერმა ბ.ვ. ვოიცეხოვსკის და, თითქმის, ამავე დროს, ამერიკელს მიჩიგანის უნივერსიტეტიდან, ჯ. ნიკოლსს, გაუჩნდა იდეა წვის პალატაში დეტონაციის ტალღის მარყუჟის ჩართვის შესახებ.

როგორ მუშაობს დეტონაციის სარაკეტო ძრავა

ასეთი მბრუნავი ძრავა შედგებოდა წვის წვის კამერისგან, რომლის რადიუსზე განთავსებული საქშენები საწვავის მიწოდებისთვის. დეტონაციის ტალღა ციყვივით ეშვება ბორბალში გარშემოწერილობის გარშემო, საწვავის ნარევი შეკუმშულია და იწვება, წვის პროდუქტებს უბიძგებს საქშენში. დატრიალებულ ძრავში ვიღებთ ტალღის ბრუნვის სიხშირეს რამდენიმე ათასი წამში, მისი მოქმედება მსგავსია სარაკეტო ძრავის მუშაობის პროცესს, მხოლოდ უფრო ეფექტურად, საწვავის ნარევის დეტონაციის გამო.

სსრკ-სა და აშშ-ში, მოგვიანებით კი რუსეთში, მიმდინარეობს მუშაობა მბრუნავი დეტონაციის ძრავის შესაქმნელად უწყვეტი ტალღით, რათა გაიგოს შიგნით მიმდინარე პროცესები, რისთვისაც შეიქმნა ფიზიკური და ქიმიური კინეტიკის მთელი მეცნიერება. დაუცველი ტალღის პირობების გამოსათვლელად საჭირო იყო მძლავრი კომპიუტერები, რომლებიც ახლახან შეიქმნა.

რუსეთში, მრავალი კვლევითი ინსტიტუტი და დიზაინის ბიურო მუშაობს ასეთი დატრიალებული ძრავის პროექტზე, მათ შორის კოსმოსური ინდუსტრიის ძრავის მშენებელი კომპანია NPO Energomash. ასეთი ძრავის შემუშავებაში დასახმარებლად მოვიდა Advanced Research Foundation, რადგან თავდაცვის სამინისტროსგან დაფინანსების მოპოვება შეუძლებელია - მათ მხოლოდ გარანტირებული შედეგი სჭირდებათ.

მიუხედავად ამისა, Energomash-ში ხიმკიში ჩატარებული ტესტების დროს დაფიქსირდა უწყვეტი სპინური დეტონაციის სტაბილური მდგომარეობა - 8 ათასი რევოლუცია წამში ჟანგბად-ნავთის ნარევზე. ამავდროულად, დეტონაციის ტალღები აწონასწორებდა ვიბრაციულ ტალღებს, ხოლო სითბოს დამცავი საფარი გაუძლო მაღალ ტემპერატურას.

ოღონდ ნუ მაამებთ თავს, რადგან ეს არის მხოლოდ დემონსტრატორი ძრავა, რომელიც მუშაობდა ძალიან მოკლე დროში და მის მახასიათებლებზე ჯერ არაფერია ნათქვამი. მაგრამ მთავარი ის არის, რომ დეტონაციური წვის შექმნის შესაძლებლობა დადასტურდა და რუსეთში შეიქმნა სრული ზომის დაწნული ძრავა, რომელიც სამუდამოდ დარჩება მეცნიერების ისტორიაში.

წვის კამერებით
უწყვეტი დეტონაცია

იდეა უწყვეტი დეტონაციის წვის კამერებიშემოთავაზებული 1959 წელს სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის აკადემიკოსმა ბ.ვ. ვოიცეხოვსკი. უწყვეტი დეტონაციის წვის კამერა (CDCC) არის რგოლოვანი არხი, რომელიც წარმოიქმნება ორი კოაქსიალური ცილინდრის კედლებით. თუ შერევის თავი მოთავსებულია რგოლოვანი არხის ფსკერზე, ხოლო არხის მეორე ბოლო აღჭურვილია რეაქტიული საქშენით, მაშინ მიიღება რგოლოვანი რეაქტიული ძრავა. ასეთ პალატაში დეტონაციური წვის ორგანიზება შესაძლებელია საწვავის ნარევის დაწვით, რომელიც მიეწოდება შერევის თავში დეტონაციის ტალღაში, რომელიც მუდმივად ცირკულირებს ფსკერზე. ამ შემთხვევაში, საწვავის ნარევი დაიწვება დეტონაციის ტალღაში, რომელიც კვლავ შედის წვის პალატაში ტალღის ერთი რევოლუციის დროს რგოლოვანი არხის გარშემოწერილობის გასწვრივ. ტალღის ბრუნვის სიხშირე წვის პალატაში, რომლის დიამეტრი დაახლოებით 300 მმ-ია, ექნება 105 rpm და უფრო მაღალი სიდიდე. ასეთი წვის კამერების უპირატესობებში შედის: (1) დიზაინის სიმარტივე; (2) ერთჯერადი ანთება; (3) დეტონაციის პროდუქტების კვაზი-სტაციონარული გადინება; (4) ველოსიპედის მაღალი სიხშირე (კილოჰერცი); (5) წვის მოკლე კამერა; (6) მავნე ნივთიერებების დაბალი ემისია (NO, CO და ა.შ.); (7) დაბალი ხმაური და ვიბრაცია. ასეთი კამერების ნაკლოვანებები მოიცავს: (1) კომპრესორის ან ტურბოტუმბის ბლოკის საჭიროებას; (2) შეზღუდული კონტროლი; (3) სკალირების სირთულე; (4) გაგრილების სირთულე.

მსხვილი ინვესტიციები R&D და R&D ამ თემაზე შეერთებულ შტატებში შედარებით ცოტა ხნის წინ დაიწყო: 3-5 წლის წინ (საჰაერო ძალები, საზღვაო ძალები, NASA, საჰაერო კოსმოსური კორპორაციები). ღია პუბლიკაციებით ვიმსჯელებთ, იაპონიაში, ჩინეთში, საფრანგეთში, პოლონეთსა და კორეაში, ამ წვის კამერების დიზაინზე მუშაობა გაზის გამოთვლითი დინამიკის მეთოდების გამოყენებით ამჟამად ძალიან ფართოდ არის გავრცელებული. რუსეთის ფედერაციაში ამ მიმართულებით კვლევები ყველაზე აქტიურად ტარდება NP "Center for IDG" და რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ციმბირის ფილიალის გეოლოგიისა და ლიტერატურის ინსტიტუტში.

მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ამ სფეროში ყველაზე მნიშვნელოვანი მიღწევები ჩამოთვლილია ქვემოთ. 2012 წელს, Pratt & Whitney-ისა და Rocketdyne-ის (აშშ) სპეციალისტებმა გამოაქვეყნეს მოდულური დიზაინის ექსპერიმენტული სარაკეტო ძრავის ტესტების შედეგები შესაცვლელი საქშენებით საწვავის კომპონენტების მიწოდებისთვის და შესაცვლელი საქშენებით. ჩატარდა ასობით ცეცხლის ტესტი სხვადასხვა საწვავის წყვილის გამოყენებით: წყალბადი - ჟანგბადი, მეთანი - ჟანგბადი, ეთანი - ჟანგბადი და ა.შ. აშენდა პალატის ქვედა ნაწილი. გამოკვლეულია აალებისა და დეტონაციის შენარჩუნების სხვადასხვა მეთოდი. პალატის კედლების წყლის გაგრილების ექსპერიმენტებში მიღწეული ძრავის მუშაობის მაქსიმალური დრო იყო 20 წმ. გავრცელებულია ინფორმაცია, რომ ეს დრო მხოლოდ საწვავის კომპონენტების მიწოდებით შემოიფარგლა, მაგრამ არა კედლების თერმული მდგომარეობით. პოლონელი სპეციალისტები, ევროპელ პარტნიორებთან ერთად, ვერტმფრენის ძრავისთვის უწყვეტი დეტონაციის წვის კამერის შექმნაზე მუშაობენ. მათ მიაღწიეს წვის კამერის შექმნას, რომელიც სტაბილურად მუშაობს უწყვეტი დეტონაციის რეჟიმში 2 წამის განმავლობაში წყალბადის ჰაერთან და ნავთის ნარევზე ჰაერთან საბჭოთა წარმოების GTD350 ძრავის კომპრესორთან კონფიგურაციაში. 2011-2012 წლებში რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ციმბირის ფილიალის ჰიდროდინამიკის ინსტიტუტში ექსპერიმენტულად დარეგისტრირდა ნახშირის მიკრონის ნაწილაკების ჰეტეროგენული ნარევი ჰაერთან ერთად დისკის წვის პალატაში 500 მმ დიამეტრის უწყვეტი დეტონაციის წვის პროცესი. მანამდე გეოლოგიის ინსტიტუტში წარმატებით ჩატარდა ექსპერიმენტები წყალბადისა და აცეტილენის ჰაერის ნარევების უწყვეტი აფეთქების მოკლევადიანი (1-2 წმ-მდე) ჩაწერით, აგრეთვე რიგი ცალკეული ნახშირწყალბადების ჟანგბადის ნარევებით. და რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ციმბირის ფილიალის ლაბორატორია. 2010-2012 წლებში უნიკალური გამოთვლითი ტექნოლოგიების გამოყენებით, IDG ცენტრმა შექმნა საფუძვლები უწყვეტი დეტონაციის წვის კამერების დიზაინისთვის, როგორც სარაკეტო, ასევე ჰაერის ამოსუნთქვის ძრავებისთვის, და პირველად გამოთვალა ექსპერიმენტების შედეგები, როდესაც კამერა მუშაობდა საწვავის კომპონენტების ცალკეული მიწოდებით (წყალბადი). და ჰაერი). გარდა ამისა, 2013 წელს შეიქმნა, დამზადდა და გამოსცადა NP Center IDG-ში უწყვეტი დეტონაციის რგოლოვანი წვის კამერა დიამეტრით 400 მმ, უფსკრული სიგანე 30 მმ და სიმაღლე 300 მმ. პროგრამა, რომელიც მიზნად ისახავს საწვავი-ჰაერის ნარევების განუწყვეტლივ დეტონაციური წვის ენერგოეფექტურობის ექსპერიმენტულად დადასტურებას.

ყველაზე მნიშვნელოვანი პრობლემა, რომელსაც დეველოპერები აწყდებიან სტანდარტულ საწვავზე მომუშავე უწყვეტი დეტონაციის საწვავის შექმნისას, იგივეა, რაც იმპულსური დეტონაციის საწვავის, ე.ი. ჰაერში ასეთი ძრავების დეტონაციის დაბალი უნარი. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პრობლემაა წვის კამერაში საწვავის კომპონენტების მიწოდების დროს წნევის დანაკარგების შემცირება პალატაში მთლიანი წნევის გაზრდის მიზნით. კიდევ ერთი პრობლემა არის კამერის გაგრილება. ამ პრობლემების დაძლევის გზები ამჟამად შესწავლილია.

ადგილობრივი და უცხოელი ექსპერტების უმეტესობა თვლის, რომ ორივე განხილული დეტონაციის ციკლის ორგანიზების სქემა პერსპექტიულია როგორც სარაკეტო, ასევე რეაქტიული ძრავებისთვის. არ არსებობს ფუნდამენტური შეზღუდვები ამ სქემების პრაქტიკული განხორციელებისთვის. ძირითადი რისკები ახალი ტიპის წვის კამერების შექმნის გზაზე დაკავშირებულია საინჟინრო პრობლემების გადაწყვეტასთან.
დიზაინის ვარიანტები და მეთოდები სამუშაო ნაკადის ორგანიზებისთვის პულსური დეტონაციის და უწყვეტი დეტონაციის წვის კამერებში დაცულია მრავალი შიდა და უცხოური პატენტით (ასობით პატენტი). პატენტების მთავარი ნაკლი არის დუმილი ან პრაქტიკულად მიუღებელი (სხვადასხვა მიზეზის გამო) გადაწყვეტა დეტონაციის ციკლის განხორციელების მთავარი პრობლემის - სტანდარტული საწვავის (ნავთობი, ბენზინი, დიზელის საწვავი, ბუნებრივი აირი) დაბალი აფეთქების უნარის პრობლემა. ჰაერში. ამ პრობლემის შემოთავაზებული პრაქტიკულად მიუღებელი გადაწყვეტილებებია საწვავის წინასწარი თერმული ან ქიმიური მომზადების გამოყენება წვის კამერაში შესვლამდე, აქტიური დანამატების გამოყენება, მათ შორის ჟანგბადი, ან სპეციალური საწვავის გამოყენება მაღალი დეტონაციის უნარით. რაც შეეხება ძრავებს, რომლებიც იყენებენ აქტიურ (თვითანთებად) საწვავის კომპონენტებს, ეს პრობლემა არ არსებობს, მაგრამ მათი უსაფრთხო მუშაობის პრობლემები აქტუალური რჩება.

ბრინჯი. ერთი:საჰაერო რეაქტიული ძრავების სპეციფიკური იმპულსების შედარება: ტურბორეაქტიული, რემჯეტი, პუვრჯეტი და IDD

იმპულსური დეტონაციური საწვავის გამოყენება ძირითადად ორიენტირებულია არსებული წვის კამერების შეცვლაზე ისეთ ჰაერის ამოსუნთქვის ელექტროსადგურებში, როგორებიცაა ramjet და puvjet. ფაქტია, რომ ძრავის ისეთი მნიშვნელოვანი მახასიათებლის მიხედვით, როგორიცაა სპეციფიკური იმპულსი, IDD, რომელიც მოიცავს ფრენის სიჩქარის მთელ დიაპაზონს 0-დან მახის რიცხვამდე M = 5-მდე, თეორიულად აქვს სპეციფიკური იმპულსი, რომელიც შესადარებელია (ფრენის დროს Mach რიცხვი M 2.0-დან 3.5-მდე) რამჯეტით და მნიშვნელოვნად აღემატება რამჯეტის სპეციფიკურ იმპულსს ფრენისას მახის ნომერი M 0-დან 2-მდე და 3.5-დან 5-მდე (ნახ. 1). რაც შეეხება PUVRD-ს, მისი სპეციფიკური იმპულსი ქვებგერითი ფრენის სიჩქარეზე თითქმის 2-ჯერ ნაკლებია IDD-ზე. რამჯეტის სპეციფიკური იმპულსის მონაცემები აღებულია დან, სადაც განხორციელდა მახასიათებლების ერთგანზომილებიანი გამოთვლები იდეალური Ramjet ძრავები, რომლებიც მუშაობენ ნავთი-ჰაერის ნარევზე, ​​საწვავის ჭარბი კოეფიციენტით 0,7. ჰაერის ამოსუნთქვის პროპელერების სპეციფიკური იმპულსების შესახებ მონაცემები ნასესხები იყო სტატიებიდან, სადაც პროპელერების მამოძრავებელი მახასიათებლების მრავალგანზომილებიანი გამოთვლები ხდებოდა ფრენის პირობებში ქვებგერითი და ზებგერითი სიჩქარით სხვადასხვა სიმაღლეზე. გაითვალისწინეთ, რომ გამოთვლებისგან განსხვავებით, გამოთვლები განხორციელდა დისპაციური პროცესებით გამოწვეული დანაკარგების გათვალისწინებით (ტურბულენტობა, სიბლანტე, დარტყმითი ტალღები და ა.შ.).

შედარებისთვის, ნახ. 1 წარმოგიდგენთ გამოთვლების შედეგებს იდეალურიტურბორეაქტიული ძრავა (TRD). ჩანს, რომ PDE ჩამორჩება იდეალურ TJE-ს სპეციფიური იმპულსით ფრენის Mach რიცხვებში 3.5-მდე, მაგრამ აჭარბებს TJE-ს ამ მაჩვენებლით M > 3.5-ზე. ამრიგად, M > 3.5-ზე, როგორც ramjet, ასევე ტურბორეაქტიული ძრავები ჩამოუვარდებიან ჰაერის ამოსუნთქვის პროპელებს სპეციფიკური იმპულსით და ეს ხდის პროპელერს ძალიან პერსპექტიულს. რაც შეეხება დაბალი ზებგერითი და ქვებგერითი ფრენის სიჩქარეს, PDE, რომელიც ჩამორჩება TRD-ს სპეციფიკური იმპულსით, მაინც შეიძლება ჩაითვალოს პერსპექტიულად დიზაინის არაჩვეულებრივი სიმარტივისა და დაბალი ღირებულების გამო, რაც ძალზე მნიშვნელოვანია ერთჯერადი გამოყენებისთვის (მიწოდება მანქანები, სამიზნეები და ა.შ.).

ასეთი კამერების მიერ შექმნილ ბიძგში „მორიგეობის თანაფარდობის“ არსებობა მათ უვარგისს ხდის მდგრადი თხევადი სარაკეტო ძრავებისთვის (LRE). მიუხედავად ამისა, დაპატენტებულია პულსური დეტონაციის სარაკეტო ძრავების სქემები მრავალ მილის დიზაინით, ბიძგების დაბალი მოქმედების ციკლით. გარდა ამისა, ასეთი ელექტროსადგურები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ძრავები დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრების ორბიტისა და ორბიტალური მოძრაობის კორექტირებისთვის და აქვთ მრავალი სხვა პროგრამა.

უწყვეტი დეტონაციის წვის კამერების გამოყენება ძირითადად ორიენტირებულია LRE-სა და GTE-ში არსებული წვის კამერების შეცვლაზე.

განხილულია მბრუნავი დეტონაციური ძრავების განვითარების პრობლემა. წარმოდგენილია ასეთი ძრავების ძირითადი ტიპები: ნიკოლსის მბრუნავი დეტონაციის ძრავა, ვოიცეჩოვსკის ძრავა. განხილულია დეტონაციური ძრავების დიზაინის შემუშავების ძირითადი მიმართულებები და ტენდენციები. ნაჩვენებია, რომ მბრუნავი დეტონაციის ძრავის თანამედროვე კონცეფციები, პრინციპში, არ შეიძლება გამოიწვიოს ისეთი სამუშაო დიზაინის შექმნამდე, რომელიც აღემატება არსებულ რეაქტიულ ძრავებს თავისი მახასიათებლებით. მიზეზი არის დიზაინერების სურვილი, გააერთიანონ ტალღის წარმოქმნა, საწვავის წვა და საწვავის და ოქსიდიზატორის გამოდევნა ერთ მექანიზმში. დარტყმა-ტალღური სტრუქტურების თვითორგანიზების შედეგად დეტონაციური წვა ხორციელდება მინიმალურ და არა მაქსიმალურ მოცულობაში. დღეს რეალურად მიღწეული შედეგი არის დეტონაციური წვა მოცულობით, რომელიც არ აღემატება წვის კამერის მოცულობის 15%-ს. გამოსავალი სხვა მიდგომით ჩანს - ჯერ იქმნება დარტყმის ტალღების ოპტიმალური კონფიგურაცია და მხოლოდ ამის შემდეგ ხდება საწვავის კომპონენტები ამ სისტემაში და ოპტიმალური დეტონაციური წვა ორგანიზებულია დიდი მოცულობით.

დეტონაციის ძრავა

მბრუნავი დეტონაციის ძრავა

ვოიჩეჩოვსკის ძრავა

წრიული დეტონაცია

სპინ დეტონაცია

იმპულსური დეტონაციის ძრავა

1. ბ.ვ.ვოიცეხოვსკი, ვ.ვ.მიტროფანოვი და მ.ე.ტოპჩიანი, დეტონაციის ფრონტის სტრუქტურა გაზებში. - ნოვოსიბირსკი: სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის გამომცემლობა, 1963 წ.

2. უსკოვი ვ.ნ., ბულატ პ.ვ. ზებგერითი ნაკადის შეკუმშვის იდეალური დიფუზორის დიზაინის პრობლემის შესახებ // ფუნდამენტური კვლევა. - 2012. - No6 (ნაწილი 1). - S. 178-184.

3. უსკოვი V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. დარტყმითი ტალღის არარეგულარული ასახვის შესწავლის ისტორია ზებგერითი ჭავლის სიმეტრიის ღერძიდან მახის დისკის წარმოქმნით // ფუნდამენტური კვლევა. - 2012. - No 9 (ნაწილი 2). - S. 414-420.

4. უსკოვი V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. სტაციონარული Mach-ის კონფიგურაციის მოდელის გამოყენების დასაბუთება მახის დისკის გამოთვლაზე ზებგერითი ჭავლით // ფუნდამენტური კვლევა. - 2012. - No11 (ნაწილი 1). – S. 168–175.

5. შჩელკინი კ.ი. აირების წვის და დეტონაციის არასტაბილურობა // უსპეხი ფიზიჩესკიხ ნაუკ. - 1965. - T. 87, No. 2.– S. 273–302.

6. Nichols J.A., Wilkmson H.R., Morrison R.B. წყვეტილი დეტონაცია, როგორც ნდობის წარმომქმნელი მექანიზმი // რეაქტიული მოძრაობა. - 1957. - No 21. - გვ 534–541.

მბრუნავი დეტონაციის ძრავები

ყველა ტიპის მბრუნავი დეტონაციის ძრავას (RDE) აქვს საერთო, რომ საწვავის მიწოდების სისტემა გაერთიანებულია საწვავის წვის სისტემასთან დეტონაციის ტალღაში, მაგრამ შემდეგ ყველაფერი მუშაობს ისე, როგორც ჩვეულებრივი რეაქტიული ძრავით - ალი მილი და საქშენი. სწორედ ამ ფაქტმა წამოიწყო ასეთი საქმიანობა გაზის ტურბინის ძრავების (GTE) მოდერნიზაციის სფეროში. როგორც ჩანს, მიმზიდველია გაზის ტურბინის ძრავში მხოლოდ შერევის თავისა და ნარევის ანთების სისტემის შეცვლა. ამისათვის აუცილებელია დეტონაციური წვის უწყვეტობის უზრუნველყოფა, მაგალითად, წრეში დეტონაციის ტალღის გაშვებით. ნიკოლსმა ერთ-ერთმა პირველმა შემოგვთავაზა ასეთი სქემა 1957 წელს, შემდეგ კი შეიმუშავა და ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია მბრუნავი დეტონაციის ტალღით 1960-იანი წლების შუა ხანებში (ნახ. 1).

კამერის დიამეტრისა და რგოლის სისქის კორექტირებით, თითოეული ტიპის საწვავის ნარევისთვის, შესაძლებელია ისეთი გეომეტრიის არჩევა, რომ დეტონაცია იყოს სტაბილური. პრაქტიკაში, ძრავის უფსკრულისა და დიამეტრის ურთიერთობა მიუღებელი აღმოჩნდება და აუცილებელია ტალღის გავრცელების სიჩქარის კონტროლი საწვავის მიწოდების კონტროლით, როგორც ეს ქვემოთ იქნება განხილული.

როგორც იმპულსური დეტონაციის ძრავების შემთხვევაში, წრიულ დეტონაციურ ტალღას შეუძლია გამოიდევნოს ოქსიდიზატორი, რაც საშუალებას აძლევს RDE გამოიყენოს ნულოვანი სიჩქარით. ამ ფაქტმა გამოიწვია RDE-ს ექსპერიმენტული და გამოთვლითი კვლევების აურზაური, წვის რგოლოვანი კამერით და საწვავი-ჰაერის ნარევის სპონტანური ამოფრქვევით, რასაც აქ აზრი არ აქვს. ყველა მათგანი აგებულია დაახლოებით ერთი და იმავე სქემის მიხედვით (ნახ. 2), რომელიც მოგვაგონებს ნიკოლსის ძრავის სქემას (ნახ. 1).

ბრინჯი. 1. უწყვეტი წრიული დეტონაციის ორგანიზების სქემა რგოლოვან უფსკრულით: 1 - დეტონაციის ტალღა; 2 - "ახალი" საწვავის ნარევის ფენა; 3 - საკონტაქტო უფსკრული; 4 - ირიბი დარტყმითი ტალღა, რომელიც ვრცელდება ქვემოთ; D არის დეტონაციის ტალღის მიმართულება

ბრინჯი. 2. ტიპიური RDE სქემა: V არის თავისუფალი ნაკადის სიჩქარე; V4 - ნაკადის სიჩქარე საქშენის გასასვლელში; a - ახალი საწვავის შეკრებები, b - დეტონაციის ტალღის ფრონტი; გ - მიმაგრებული ირიბი დარტყმითი ტალღა; d - წვის პროდუქტები; p(r) - წნევის განაწილება არხის კედელზე

ნიკოლსის სქემის გონივრული ალტერნატივა შეიძლება იყოს მრავალი საწვავის დაჟანგვის ინჟექტორების დაყენება, რომლებიც შეჰყავთ საწვავი-ჰაერის ნარევი რეგიონში დეტონაციის ტალღის წინ, გარკვეული კანონის შესაბამისად, მოცემული წნევით (ნახ. 3). დეტონაციის ტალღის მიღმა წვის რეგიონში წნევისა და საწვავის მიწოდების სიჩქარის რეგულირებით, შესაძლებელია გავლენა მოახდინოთ მის გავრცელების სიჩქარეზე ზემოთ. ეს მიმართულება პერსპექტიულია, მაგრამ ასეთი RDE-ების დიზაინში მთავარი პრობლემა ის არის, რომ დეტონაციის წვის ფრონტზე ნაკადის ფართოდ გამოყენებული გამარტივებული მოდელი საერთოდ არ შეესაბამება რეალობას.

ბრინჯი. 3. RDE საწვავის კონტროლირებადი მიწოდებით წვის ზონაში. ვოიცეჩოვსკის მბრუნავი ძრავა

მსოფლიოში მთავარი იმედები დაკავშირებულია ვოიცეჩოვსკის მბრუნავი ძრავის სქემის მიხედვით მომუშავე დეტონაციის ძრავებთან. 1963 წელს ბ.ვ. ვოიცეხოვსკიმ, სპინის დეტონაციის ანალოგიით, შეიმუშავა გაზის უწყვეტი წვის სქემა რგოლურ არხში მოძრავი დარტყმის ტალღების სამმაგი კონფიგურაციის მიღმა (ნახ. 4).

ბრინჯი. ნახ. 4. ვოიცეჩოვსკის გაზის უწყვეტი წვის სქემა რგოლურ არხში ცირკულირებული დარტყმითი ტალღების სამმაგი კონფიგურაციის მიღმა: 1 - ახალი ნარევი; 2 - ორმაგად შეკუმშული ნარევი დარტყმის ტალღების სამმაგი კონფიგურაციის უკან, დეტონაციის არეალი

ამ შემთხვევაში, სტაციონარული ჰიდროდინამიკური პროცესი გაზის წვით დარტყმის ტალღის მიღმა განსხვავდება ჩეპმან-ჟუგესა და ზელდოვიჩ-ნეუმანის დეტონაციის სქემისგან. ასეთი პროცესი საკმაოდ სტაბილურია, მისი ხანგრძლივობა განისაზღვრება საწვავის ნარევის რეზერვით და ცნობილ ექსპერიმენტებში რამდენიმე ათეული წამია.

ვოიცეჩოვსკის დეტონაციის ძრავის სქემა იყო პროტოტიპი მბრუნავი და ბრუნვითი დეტონაციის ძრავების მრავალი კვლევისთვის, რომელიც დაიწყო ბოლო 5 წლის განმავლობაში. ეს სქემა მოიცავს ყველა კვლევის 85%-ზე მეტს. ყველა მათგანს აქვს ერთი ორგანული ნაკლი - დეტონაციის ზონა იკავებს წვის მთლიან ზონას ძალიან ცოტას, ჩვეულებრივ არაუმეტეს 15%. შედეგად, ძრავების სპეციფიკური შესრულება უარესია, ვიდრე ტრადიციული დიზაინის ძრავები.

ვოიცეჩოვსკის სქემის განხორციელებისას წარუმატებლობის მიზეზების შესახებ

უწყვეტი დეტონაციის მქონე ძრავებზე სამუშაოების უმეტესობა დაკავშირებულია ვოიჩეჩოვსკის კონცეფციის შემუშავებასთან. 40 წელზე მეტი ხნის კვლევის ისტორიის მიუხედავად, შედეგები რეალურად დარჩა 1964 წლის დონეზე. დეტონაციური წვის წილი არ აღემატება წვის კამერის მოცულობის 15%-ს. დანარჩენი ნელი წვაა ოპტიმალურისგან შორს არსებულ პირობებში.

ამ მდგომარეობის ერთ-ერთი მიზეზი არის გაანგარიშების მეთოდოლოგიის არარსებობა. ვინაიდან ნაკადი სამგანზომილებიანია და გაანგარიშება ითვალისწინებს მხოლოდ იმპულსის შენარჩუნების კანონებს დარტყმის ტალღაზე მოდელის დეტონაციის ფრონტის პერპენდიკულარული მიმართულებით, დარტყმის ტალღების დახრილობის გაანგარიშების შედეგები წვის პროდუქტების ნაკადზე. განსხვავდება ექსპერიმენტულად დაფიქსირებულისგან 30%-ზე მეტით. შედეგი ისაა, რომ, მიუხედავად საწვავის მიწოდების სხვადასხვა სისტემებზე მრავალწლიანი კვლევისა და საწვავის კომპონენტების თანაფარდობის შეცვლაზე ექსპერიმენტების მიუხედავად, ყველაფერი რაც გაკეთდა არის მოდელების შექმნა, რომლებშიც ხდება დეტონაციის წვა და შენარჩუნდება 10-15 წმ. არ არის საუბარი ეფექტურობის გაზრდაზე, ან არსებულ თხევად-საწვავ და გაზ-ტურბინულ ძრავებთან შედარებით უპირატესობებზე.

პროექტის ავტორების მიერ განხორციელებული ხელმისაწვდომი RDE სქემების ანალიზმა აჩვენა, რომ დღეს შემოთავაზებული ყველა RDE სქემა პრინციპში არამოქმედია. დეტონაციური წვა ხდება და წარმატებით შენარჩუნებულია, მაგრამ მხოლოდ შეზღუდული რაოდენობით. დანარჩენ მოცულობაში საქმე გვაქვს ჩვეულებრივ ნელ წვასთან, უფრო მეტიც, დარტყმის ტალღების არაოპტიმალური სისტემის მიღმა, რაც იწვევს საერთო წნევის მნიშვნელოვან დანაკარგებს. გარდა ამისა, წნევა ასევე რამდენჯერმე დაბალია, ვიდრე საჭიროა საწვავის ნარევის კომპონენტების სტოქიომეტრიული თანაფარდობით, წვის იდეალური პირობებისთვის. შედეგად, საწვავის სპეციფიკური მოხმარება ბიძგების ერთეულზე 30-40%-ით მეტია, ვიდრე ჩვეულებრივი ძრავების.

მაგრამ მთავარი პრობლემა არის უწყვეტი დეტონაციის ორგანიზების პრინციპი. როგორც 60-იან წლებში ჩატარებული უწყვეტი წრიული დეტონაციის კვლევებმა აჩვენა, დეტონაციის წვის ფრონტი არის რთული დარტყმითი ტალღოვანი სტრუქტურა, რომელიც შედგება მინიმუმ ორი სამმაგი კონფიგურაციისგან (დარტყმითი ტალღების სამმაგი კონფიგურაციის შესახებ. ასეთი სტრუქტურა მიმაგრებული დეტონაციის ზონით. როგორც ნებისმიერი თერმოდინამიკური უკუკავშირის სისტემა, მარტო დარჩენილი, მიდრეკილია დაიკავოს პოზიცია, რომელიც შეესაბამება ენერგიის მინიმალურ დონეს. შედეგად, სამმაგი კონფიგურაციები და დეტონაციის წვის რეგიონი ერგებიან ერთმანეთს ისე, რომ დეტონაციის ფრონტი მოძრაობს რგოლოვანი უფსკრულის მეშვეობით მინიმალური რაოდენობით. ამისთვის შესაძლებელია დეტონაციური წვის რაოდენობა, რაც პირდაპირ საპირისპიროა იმ მიზნისა, რომელიც ძრავის დიზაინერებმა დასახეს დეტონაციის წვისთვის.

ეფექტური RDE ძრავის შესაქმნელად საჭიროა გადაჭრას დარტყმის ტალღების ოპტიმალური სამმაგი კონფიგურაციის შექმნისა და მასში დეტონაციის წვის ზონის ორგანიზების პრობლემა. ოპტიმალური დარტყმის ტალღის სტრუქტურები უნდა შეიქმნას სხვადასხვა ტექნიკურ მოწყობილობებში, მაგალითად, ზებგერითი ჰაერის მიმღების ოპტიმალურ დიფუზერებში. მთავარი ამოცანაა აფეთქების წვის წილის მაქსიმალური შესაძლო გაზრდა წვის კამერის მოცულობაში დღევანდელი მიუღებელი 15%-დან მინიმუმ 85%-მდე. ნიკოლსისა და ვოიჩეჩოვსკის სქემებზე დაფუძნებული ძრავის არსებული დიზაინი ამ ამოცანის შესრულებას ვერ უზრუნველყოფს.

უსკოვი ვ.ნ., ტექნიკურ მეცნიერებათა დოქტორი, სანქტ-პეტერბურგის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მათემატიკისა და მექანიკის ფაკულტეტის ჰიდროაერომექანიკის კათედრის პროფესორი, ქ.

ემელიანოვი ვ.ნ., ტექნიკურ მეცნიერებათა დოქტორი, პროფესორი, პლაზმური გაზის დინამიკის და სითბოს ინჟინერიის განყოფილების ხელმძღვანელი, BSTU "VOENMEH" A.I. დ.ფ. უსტინოვი, პეტერბურგი.

ნამუშევარი რედაქციამ მიიღო 2013 წლის 14 ოქტომბერს.

ბიბლიოგრაფიული ბმული

განხილულია იმპულსური დეტონაციის ძრავების განვითარების პრობლემა. ჩამოთვლილია ძირითადი კვლევითი ცენტრები, რომლებიც ატარებენ კვლევას ახალი თაობის ძრავებზე. განხილულია დეტონაციური ძრავების დიზაინის შემუშავების ძირითადი მიმართულებები და ტენდენციები. წარმოდგენილია ასეთი ძრავების ძირითადი ტიპები: იმპულსი, იმპულსური მულტიტუბი, იმპულსი მაღალი სიხშირის რეზონატორით. ბიძგის შექმნის მეთოდში განსხვავება ნაჩვენებია კლასიკურ რეაქტიულ ძრავასთან შედარებით, რომელიც აღჭურვილია Laval საქშენით. აღწერილია წევის კედლისა და წევის მოდულის კონცეფცია. ნაჩვენებია, რომ პულსირებული დეტონაციის ძრავები იხვეწება პულსის გამეორების სიჩქარის გაზრდის მიმართულებით და ამ მიმართულებას აქვს სიცოცხლის უფლება მსუბუქი და იაფი უპილოტო საფრენი აპარატების სფეროში, აგრეთვე სხვადასხვა ეჟექტორული ბიძგების გამაძლიერებლების შემუშავებაში. . ნაჩვენებია ფუნდამენტური ხასიათის ძირითადი სირთულეები დეტონაციის ტურბულენტური ნაკადის მოდელირებისას გამოთვლითი პაკეტების გამოყენებით დიფერენციალური ტურბულენტური მოდელების გამოყენებასა და ნავიე-სტოქსის განტოლებების დროის საშუალოდ გაანგარიშების საფუძველზე.

დეტონაციის ძრავა

იმპულსური დეტონაციის ძრავა

1. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. ქვედა წნევის ექსპერიმენტული კვლევების ისტორია // ფუნდამენტური კვლევა. - 2011. - No12 (3). - S. 670-674 წწ.

2. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. ქვედა წნევის რყევები // ფუნდამენტური კვლევა. - 2012. - No 3. - S. 204-207.

3. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. ტურბულენტური მოდელების გამოყენების თავისებურებები მოწინავე საჰაერო რეაქტიული ძრავების ზებგერითი ბილიკების ნაკადების გაანგარიშებისას // ძრავა. - 2012. - No 1. - გვ 20–23.

4. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Uskov V.N. ნაკადის რეჟიმის კლასიფიკაციის შესახებ არხში უეცარი გაფართოებით // თერმოფიზიკა და აერომექანიკა. - 2012. - No 2. - S. 209–222.

5. Bulat P.V., Prodan N.V. ქვედა წნევის დაბალი სიხშირის ნაკადის რხევებზე // ფუნდამენტური კვლევა. - 2013. - No4 (3). – S. 545–549.

6. ლარიონოვი ს.იუ., ნეჩაევი იუ.ნ., მოხოვი ა.ა. მაღალი სიხშირის პულსირებული დეტონაციის ძრავის წევის მოდულის "ცივი" გაწმენდის კვლევა და ანალიზი // MAI ბიულეტენი. - T.14. - No 4 - M .: გამომცემლობა MAI-Print, 2007. - S. 36–42.

7. ტარასოვი ა.ი., შჩიპაკოვი ვ.ა. პულსირებული დეტონაციის ტექნოლოგიების გამოყენების პერსპექტივები ტურბორეაქტიულ ძრავებში. OAO NPO Saturn NTC im. A. Lyulki, მოსკოვი, რუსეთი. მოსკოვის საავიაციო ინსტიტუტი (სტუ). - Მოსკოვი, რუსეთი. ISSN 1727-7337. საჰაერო კოსმოსური ინჟინერია და ტექნოლოგია, 2011. - No9 (86).

დეტონაციის პროექტები აშშ-ში შედის IHPTET მოწინავე ძრავის განვითარების პროგრამაში. თანამშრომლობა მოიცავს ძრავების მშენებლობის სფეროში მომუშავე თითქმის ყველა კვლევით ცენტრს. მხოლოდ NASA ამ მიზნებისთვის წელიწადში 130 მილიონ დოლარამდე გამოყოფს. ეს ადასტურებს კვლევის აქტუალურობას ამ მიმართულებით.

დეტონაციის ძრავების სფეროში მუშაობის მიმოხილვა

მსოფლიოს წამყვანი მწარმოებლების საბაზრო სტრატეგია მიზნად ისახავს არა მხოლოდ ახალი რეაქტიული დეტონაციის ძრავების შემუშავებას, არამედ არსებულის მოდერნიზაციას მათში ტრადიციული წვის კამერის დეტონაციით ჩანაცვლებით. გარდა ამისა, დეტონაციური ძრავები შეიძლება გახდეს სხვადასხვა ტიპის კომბინირებული დანადგარების განუყოფელი ელემენტი, მაგალითად, ისინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ტურბოფენის ძრავის შემდგომი დამწვრობა, როგორც ამწევი ეჟექტორის ძრავები VTOL თვითმფრინავებში (მაგალითი ნახ. 1 არის Boeing VTOL სატრანსპორტო პროექტი).

აშშ-ში მრავალი კვლევითი ცენტრი და უნივერსიტეტი ავითარებს დეტონაციის ძრავებს: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanford, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Establishments, Suffield and Valcartier, Uniyersite. de Poitiers, ტეხასის უნივერსიტეტი არლინგტონში, Uniyersite de Poitiers, McGill University, Pennsylvania State University, Princeton University.

წამყვან პოზიციას დეტონაციის ძრავების განვითარებაში იკავებს სპეციალიზებული ცენტრი Seattle Aerosciences Center (SAC), რომელიც 2001 წელს შეიძინა პრატმა და უიტნიმ Adroit Systems-ისგან. ცენტრის მუშაობის უმეტესი ნაწილი ფინანსდება საჰაერო ძალებისა და NASA-ს მიერ უწყებათაშორისი პროგრამის Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology Program (IHPRPTP) ბიუჯეტიდან, რომელიც მიზნად ისახავს ახალი ტექნოლოგიების შექმნას სხვადასხვა ტიპის რეაქტიული ძრავებისთვის.

ბრინჯი. 1. პატენტი აშშ 6,793,174 B2 ბოინგის მიერ, 2004 წ.

საერთო ჯამში, 1992 წლიდან, SAC-ის სპეციალისტებმა ჩაატარეს ექსპერიმენტული ნიმუშების 500-ზე მეტი ტესტირება. იმპულსური დეტონაციის ძრავებზე (PDE) მუშაობას ატმოსფერული ჟანგბადის მოხმარებით ახორციელებს SAC ცენტრი აშშ-ს საზღვაო ძალების დაკვეთით. პროგრამის სირთულის გათვალისწინებით, საზღვაო ძალების სპეციალისტებმა მის განხორციელებაში ჩართო დეტონაციის ძრავებში ჩართული თითქმის ყველა ორგანიზაცია. პრატისა და უიტნის გარდა მუშაობაში მონაწილეობენ United Technologies Research Center (UTRC) და Boeing Phantom Works.

ამჟამად ჩვენს ქვეყანაში ამ აქტუალურ პრობლემაზე თეორიულად მუშაობენ რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის შემდეგი უნივერსიტეტები და ინსტიტუტები: რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ქიმიური ფიზიკის ინსტიტუტი (ICP), მექანიკური ინჟინერიის ინსტიტუტი. რუსეთის მეცნიერებათა აკადემია, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის მაღალი ტემპერატურის ინსტიტუტი (IVTAN), ნოვოსიბირსკის ჰიდროდინამიკის ინსტიტუტი. ლავრენტიევი (ISIL), თეორიული და გამოყენებითი მექანიკის ინსტიტუტი. ხრისტიანოვიჩი (ITMP), ფიზიკურ-ტექნიკური ინსტიტუტი. იოფე, მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტი (MGU), მოსკოვის სახელმწიფო საავიაციო ინსტიტუტი (MAI), ნოვოსიბირსკის სახელმწიფო უნივერსიტეტი, ჩებოქსარის სახელმწიფო უნივერსიტეტი, სარატოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტი და ა.შ.

პულსური დეტონაციის ძრავებზე მუშაობის მიმართულებები

მიმართულება No1 - კლასიკური პულსური დეტონაციის ძრავა (PDE). ტიპიური რეაქტიული ძრავის წვის კამერა შედგება საქშენებისაგან საწვავის შერევისთვის ოქსიდიზატორისგან, საწვავის ნარევის აალების მოწყობილობისა და თავად ალი მილისგან, რომელშიც ხდება რედოქსული რეაქციები (წვა). ალი მილი მთავრდება საქშენით. როგორც წესი, ეს არის Laval საქშენი, რომელსაც აქვს კონვერტაციული ნაწილი, მინიმალური კრიტიკული მონაკვეთი, რომელშიც წვის პროდუქტების სიჩქარე უდრის ხმის ადგილობრივ სიჩქარეს, გაფართოებული ნაწილი, რომელშიც წვის პროდუქტების სტატიკური წნევა მცირდება. ზეწოლა გარემოში შეძლებისდაგვარად. ძალიან უხეშია ძრავის ბიძგის შეფასება, როგორც საქშენის კრიტიკული მონაკვეთის ფართობი, გამრავლებული წვის პალატაში და გარემოში წნევის განსხვავებაზე. ამრიგად, ბიძგი უფრო მაღალია, რაც უფრო მაღალია წნევა წვის პალატაში.

იმპულსური დეტონაციის ძრავის ბიძგი განისაზღვრება სხვა ფაქტორებით - დეტონაციის ტალღის მიერ იმპულსის გადატანა ბიძგების კედელზე. საქშენი ამ შემთხვევაში საერთოდ არ არის საჭირო. პულსის დეტონაციის ძრავებს აქვთ საკუთარი ნიშა - იაფი და ერთჯერადი თვითმფრინავი. ამ ნიშაში ისინი წარმატებით ვითარდებიან პულსის გამეორების სიჩქარის გაზრდის მიმართულებით.

IDD-ის კლასიკური გარეგნობა არის წვის ცილინდრული კამერა, რომელსაც აქვს ბრტყელი ან სპეციალურად პროფილირებული კედელი, რომელსაც ეწოდება "ნახაზი კედელი" (ნახ. 2). IDD მოწყობილობის სიმარტივე მისი უდავო უპირატესობაა. როგორც ხელმისაწვდომი პუბლიკაციების ანალიზი აჩვენებს, PDE-ს შემოთავაზებული სქემების მრავალფეროვნების მიუხედავად, ყველა მათგანი ხასიათდება მნიშვნელოვანი სიგრძის დეტონაციის მილების გამოყენებით რეზონანსულ მოწყობილობებად და სარქველების გამოყენებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ სამუშაო სითხის პერიოდულ მიწოდებას.

უნდა აღინიშნოს, რომ ტრადიციული დეტონაციის მილების საფუძველზე შექმნილ PDE-ს, მიუხედავად მაღალი თერმოდინამიკური ეფექტურობისა ერთ პულსაციაში, აქვს კლასიკური პულსირებადი საჰაერო რეაქტიული ძრავებისთვის დამახასიათებელი უარყოფითი მხარეები, კერძოდ:

პულსაციების დაბალი სიხშირე (10 ჰც-მდე), რაც განსაზღვრავს წევის საშუალო ეფექტურობის შედარებით დაბალ დონეს;

მაღალი თერმული და ვიბრაციული დატვირთვები.

ბრინჯი. 2. პულსის დეტონაციის ძრავის სქემატური დიაგრამა (PDE)

მიმართულება No2 - Multipipe IDD. IDD-ის განვითარების მთავარი ტენდენციაა მრავალ მილების სქემაზე გადასვლა (ნახ. 3). ასეთ ძრავებში, ერთი მილის მუშაობის სიხშირე რჩება დაბალი, მაგრამ სხვადასხვა მილებში პულსების მონაცვლეობის გამო, დეველოპერები იმედოვნებენ, რომ მიიღებენ მისაღები სპეციფიკურ მახასიათებლებს. როგორც ჩანს, ასეთი სქემა საკმაოდ გამოსადეგია, თუ გადაიჭრება ვიბრაციების და ბიძგის ასიმეტრიის პრობლემა, ასევე ქვედა წნევის პრობლემა, კერძოდ, შესაძლო დაბალი სიხშირის რხევები ქვედა რეგიონში მილებს შორის.

ბრინჯი. 3. პულსური დეტონაციის ძრავა (PDE) ტრადიციული სქემის დეტონაციის მილების შეკვრით, როგორც რეზონატორები.

მიმართულება No3 - IDD მაღალი სიხშირის რეზონატორით. ასევე არსებობს ალტერნატიული მიმართულება - ახლახან ფართოდ რეკლამირებული სქემა წევის მოდულებით (ნახ. 4), რომელსაც აქვს სპეციალურად პროფილირებული მაღალი სიხშირის რეზონატორი. ამ მიმართულებით მუშაობა NTC im-ში მიმდინარეობს. ა. ლიულკა და მაისში. სქემა გამოირჩევა რაიმე მექანიკური სარქველებისა და წყვეტილი ანთების მოწყობილობების არარსებობით.

შემოთავაზებული სქემის IDD-ის წევის მოდული შედგება რეაქტორისა და რეზონატორისგან. რეაქტორი ემსახურება საწვავი-ჰაერის ნარევის მომზადებას დეტონაციური წვისთვის, აალებადი ნარევის მოლეკულების დაშლას ქიმიურად აქტიურ კომპონენტებად. ასეთი ძრავის მუშაობის ერთი ციკლის სქემატური დიაგრამა ნათლად არის ნაჩვენები ნახ. 5.

ურთიერთქმედება რეზონატორის ქვედა ზედაპირთან, როგორც დაბრკოლებასთან, შეჯახების პროცესში დეტონაციის ტალღა მას გადასცემს იმპულსს ზედმეტი წნევის ძალებისგან.

IDD-ს მაღალი სიხშირის რეზონატორებით აქვს წარმატების უფლება. კერძოდ, მათ შეუძლიათ მოითხოვონ შემდგომი დამწვრობის მოდერნიზება და მარტივი ტურბორეაქტიული ძრავების დახვეწა, რომლებიც კვლავ განკუთვნილია იაფი უპილოტო საფრენი აპარატებისთვის. მაგალითად, MAI-სა და CIAM-ის მცდელობა, მოდერნიზდეს MD-120 ტურბორეაქტიული ძრავა ამ გზით წვის კამერის ჩანაცვლებით საწვავის ნარევის გააქტიურების რეაქტორით და ტურბინის უკან მაღალი სიხშირის რეზონატორებით წევის მოდულების დაყენებით. აქამდე ვერ მოხერხდა სამუშაო დიზაინის შექმნა, რადგან. რეზონატორების პროფილირებისას ავტორები იყენებენ შეკუმშვის ტალღების ხაზოვან თეორიას, ე.ი. გამოთვლები ხორციელდება აკუსტიკური მიახლოებით. დეტონაციის ტალღების და შეკუმშვის ტალღების დინამიკა აღწერილია სრულიად განსხვავებული მათემატიკური აპარატით. მაღალი სიხშირის რეზონატორების გამოსათვლელად სტანდარტული რიცხვითი პაკეტების გამოყენებას აქვს ფუნდამენტური შეზღუდვა. ყველა თანამედროვე ტურბულენტური მოდელი დაფუძნებულია ნავიერ-სტოქსის განტოლებების (აირების დინამიკის ძირითადი განტოლებები) საშუალოდ გაანგარიშებაზე დროთა განმავლობაში. გარდა ამისა, შემოღებულია ბუსინესკის ვარაუდი, რომ ტურბულენტური ხახუნის დაძაბულობის ტენსორი სიჩქარის გრადიენტის პროპორციულია. ორივე დაშვება არ არის დაკმაყოფილებული ტურბულენტურ ნაკადებში დარტყმის ტალღებით, თუ დამახასიათებელი სიხშირეები შედარებულია ტურბულენტური პულსაციის სიხშირესთან. სამწუხაროდ, სწორედ ასეთ შემთხვევასთან გვაქვს საქმე, ამიტომ აქ აუცილებელია ან უფრო მაღალი დონის მოდელის აგება, ან პირდაპირი რიცხვითი სიმულაცია ნავიე-სტოქსის სრულ განტოლებებზე დაფუძნებული ტურბულენტური მოდელების გამოყენების გარეშე (ამოცანა, რომელიც აუტანელია დღევანდელი ეტაპი).

ბრინჯი. 4. PDD-ს სქემა მაღალი სიხშირის რეზონატორით

ბრინჯი. სურ. 5. PDE-ს სქემა მაღალი სიხშირის რეზონატორით: SZS - ზებგერითი ჭავლი; SW - დარტყმის ტალღა; Ф - რეზონატორის ფოკუსი; DW - დეტონაციის ტალღა; VR - იშვიათი ტალღა; SHW - ასახული დარტყმის ტალღა

IDD უმჯობესდება პულსის გამეორების სიხშირის გაზრდის მიმართულებით. ამ მიმართულებას აქვს სიცოცხლის უფლება მსუბუქი და იაფფასიანი უპილოტო საფრენი აპარატების სფეროში, ასევე სხვადასხვა ეჟექტორის ბიძგის გამაძლიერებლების შემუშავებაში.

უსკოვი ვ.ნ., ტექნიკურ მეცნიერებათა დოქტორი, სანქტ-პეტერბურგის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მათემატიკისა და მექანიკის ფაკულტეტის ჰიდროაერომექანიკის კათედრის პროფესორი, ქ.

ემელიანოვი ვ.ნ., ტექნიკურ მეცნიერებათა დოქტორი, პროფესორი, პლაზმური გაზის დინამიკის და სითბოს ინჟინერიის განყოფილების ხელმძღვანელი, BSTU "VOENMEH" A.I. დ.ფ. უსტინოვი, პეტერბურგი.

ნამუშევარი რედაქციამ მიიღო 2013 წლის 14 ოქტომბერს.

ბიბლიოგრაფიული ბმული