Pod koniec stycznia pojawiły się doniesienia o nowych postępach w rosyjskiej nauce i technologii. Z oficjalnych źródeł wyszło na jaw, że jeden z krajowych projektów obiecującego silnika odrzutowego typu detonacyjnego przeszedł już etap testów. To przybliża moment całkowitego zakończenia wszystkich wymaganych prac, zgodnie z którymi pociski kosmiczne lub wojskowe rosyjskiej konstrukcji będą w stanie uzyskać nowe elektrownie o podwyższonych parametrach. Co więcej, nowe zasady działania silników mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w dziedzinie rakiet, ale także w innych dziedzinach.
Pod koniec stycznia wicepremier Dmitrij Rogozin poinformował prasę krajową o ostatnich sukcesach organizacji badawczych. Poruszył między innymi proces tworzenia silników odrzutowych z wykorzystaniem nowych zasad działania. Obiecujący silnik ze spalaniem detonacyjnym został już przetestowany. Zdaniem wicepremiera zastosowanie nowych zasad pracy elektrowni pozwala na znaczny wzrost wydajności. W porównaniu z budowlami architektury tradycyjnej obserwuje się wzrost ciągu o około 30%.
Schemat silnika rakiety detonacyjnej
Nowoczesne silniki rakietowe różnych klas i typów, eksploatowane w różnych dziedzinach, wykorzystują tzw. cykl izobaryczny lub spalanie deflagracyjne. Ich komory spalania utrzymują stałe ciśnienie, przy którym paliwo spala się powoli. Silnik oparty na zasadach deflagracji nie potrzebuje szczególnie wytrzymałych jednostek, jednak ma ograniczoną maksymalną wydajność. Podnoszenie podstawowych cech, zaczynając od pewnego poziomu, okazuje się bezzasadnie trudne.
Alternatywą dla silnika z cyklem izobarycznym w kontekście poprawy osiągów jest system z tzw. spalanie detonacyjne. W tym przypadku reakcja utleniania paliwa zachodzi za falą uderzeniową poruszającą się z dużą prędkością przez komorę spalania. Nakłada to specjalne wymagania na konstrukcję silnika, ale jednocześnie oferuje oczywiste zalety. Pod względem efektywności spalania paliwa spalanie detonacyjne jest o 25% lepsze niż deflagracja. Od spalania przy stałym ciśnieniu różni się także zwiększoną mocą wydzielania ciepła na jednostkę powierzchni frontu reakcji. Teoretycznie możliwe jest zwiększenie tego parametru o trzy do czterech rzędów wielkości. W konsekwencji prędkość gazów reaktywnych można zwiększyć 20-25 razy.
W ten sposób silnik detonacyjny, ze zwiększoną wydajnością, jest w stanie rozwinąć większy ciąg przy mniejszym zużyciu paliwa. Jego przewaga nad tradycyjnymi wzorami jest oczywista, ale do niedawna postęp w tej dziedzinie pozostawiał wiele do życzenia. Zasady detonacyjnego silnika odrzutowego zostały sformułowane w 1940 roku przez radzieckiego fizyka Ya.B. Zeldovich, ale gotowe produkty tego rodzaju nie zostały jeszcze wykorzystane. Głównymi przyczynami braku realnych sukcesów są problemy ze stworzeniem dostatecznie mocnej konstrukcji, a także trudność wystrzelenia, a następnie utrzymania fali uderzeniowej przy wykorzystaniu istniejących paliw.
Jeden z najnowszych krajowych projektów w dziedzinie silników rakietowych detonacyjnych został uruchomiony w 2014 roku i jest rozwijany w NPO Energomash im. Akademik V.P. Głuszko. Według dostępnych danych celem projektu o kodzie „Ifrit” było zbadanie podstawowych zasad nowej technologii, a następnie stworzenie silnika rakietowego na paliwo ciekłe, wykorzystującego naftę i tlen gazowy. Nowy silnik, nazwany na cześć demonów ognia z arabskiego folkloru, opierał się na zasadzie spalania detonacji spinowej. Zatem zgodnie z główną ideą projektu fala uderzeniowa musi nieustannie poruszać się po okręgu wewnątrz komory spalania.
Głównym deweloperem nowego projektu był NPO Energomash, a właściwie stworzone na jego podstawie specjalne laboratorium. Ponadto w prace zaangażowanych było kilka innych organizacji badawczych i projektowych. Program otrzymał wsparcie Fundacji Advanced Research Foundation. Dzięki wspólnym wysiłkom wszystkim uczestnikom projektu Ifrit udało się stworzyć optymalny wygląd obiecującego silnika, a także stworzyć modelową komorę spalania o nowych zasadach działania.
Aby zbadać perspektywy całego kierunku i nowe pomysły, tzw. modelowa komora spalania detonacyjnego spełniająca wymagania projektu. Tak doświadczony silnik o zmniejszonej konfiguracji miał wykorzystywać jako paliwo płynną naftę. Jako środek utleniający sugerowano tlen. W sierpniu 2016 rozpoczęły się testy prototypowej kamery. Co ważne, po raz pierwszy w tego typu projekcie udało się doprowadzić go do etapu testów stanowiskowych. Wcześniej opracowano krajowe i zagraniczne silniki rakietowe detonacyjne, ale nie były one testowane.
Podczas badań próbki modelowej uzyskano bardzo ciekawe wyniki, świadczące o poprawności zastosowanych podejść. Tak więc, dzięki zastosowaniu odpowiednich materiałów i technologii, udało się doprowadzić ciśnienie wewnątrz komory spalania do 40 atmosfer. Ciąg eksperymentalnego produktu osiągnął 2 tony.
Komora modelowa na stole probierczym
Pewne wyniki uzyskano w ramach projektu Ifrit, ale krajowy silnik detonacyjny na paliwo płynne jest nadal daleki od pełnego praktycznego zastosowania. Przed wprowadzeniem takiego sprzętu do nowych projektów technologicznych projektanci i naukowcy muszą rozwiązać szereg najpoważniejszych problemów. Dopiero wtedy przemysł rakietowy i kosmiczny czy przemysł obronny będą mogły zacząć w praktyce wykorzystywać potencjał nowej technologii.
W połowie stycznia Rossiyskaya Gazeta opublikowała wywiad z głównym projektantem NPO Energomash Petrem Lewoczkinem na temat aktualnego stanu rzeczy i perspektyw silników detonacyjnych. Przedstawiciel firmy deweloperskiej przypomniał główne założenia projektu, a także poruszył temat osiągniętych sukcesów. Ponadto mówił o możliwych obszarach zastosowania „Ifrita” i podobnych struktur.
Na przykład silniki detonacyjne mogą być stosowane w samolotach naddźwiękowych. P. Lyovochkin przypomniał, że silniki proponowane obecnie do stosowania w takim sprzęcie wykorzystują spalanie poddźwiękowe. Przy naddźwiękowej prędkości aparatu lotu powietrze wlatujące do silnika musi zostać spowolnione do trybu dźwięku. Jednak energia hamowania musi prowadzić do dodatkowych obciążeń termicznych płatowca. W silnikach detonacyjnych szybkość spalania paliwa osiąga co najmniej M = 2,5. Umożliwia to zwiększenie prędkości lotu samolotu. Taka maszyna z silnikiem typu detonacyjnego będzie w stanie rozpędzić się do prędkości ośmiokrotnej prędkości dźwięku.
Jednak realne perspektywy silników rakietowych typu detonacyjnego nie są jeszcze zbyt wielkie. Według P. Lyovochkina „właśnie otworzyliśmy drzwi do obszaru spalania detonacyjnego”. Naukowcy i projektanci będą musieli zbadać wiele zagadnień, a dopiero potem będzie można tworzyć konstrukcje o praktycznym potencjale. Z tego powodu przemysł kosmiczny przez długi czas będzie musiał korzystać z tradycyjnych silników na paliwo ciekłe, co jednak nie neguje możliwości ich dalszego doskonalenia.
Ciekawostką jest to, że detonacyjna zasada spalania jest stosowana nie tylko w silnikach rakietowych. Istnieje już krajowy projekt systemu lotniczego z komorą spalania typu detonacyjnego działającego na zasadzie impulsu. Prototyp tego typu został przetestowany i w przyszłości może dać początek nowemu kierunkowi. Nowe silniki ze spalaniem stukowym mogą znaleźć zastosowanie w wielu różnych obszarach i częściowo zastąpić tradycyjne silniki turbinowe lub turboodrzutowe.
W OKB im. JESTEM. Kolebka. Informacje o tym projekcie zostały po raz pierwszy przedstawione na zeszłorocznym międzynarodowym forum wojskowo-technicznym „Army-2017”. Na stoisku firmy-dewelopera znajdowały się materiały dotyczące różnych silników, zarówno seryjnych, jak i będących w fazie rozwoju. Wśród tych ostatnich była obiecująca próbka detonacji.
Istotą nowej propozycji jest zastosowanie niestandardowej komory spalania zdolnej do pulsacyjnego spalania detonacyjnego paliwa w atmosferze powietrza. W takim przypadku częstotliwość „wybuchów” wewnątrz silnika musi osiągnąć 15-20 kHz. W przyszłości istnieje możliwość dalszego zwiększania tego parametru, w wyniku czego hałas silnika wykroczy poza zakres odbierany przez ludzkie ucho. Takie cechy silnika mogą być interesujące.
Pierwsze uruchomienie eksperymentalnego produktu „Ifrit”
Jednak główne zalety nowej elektrowni związane są z poprawą wydajności. Testy laboratoryjne prototypów wykazały, że przewyższają one tradycyjne silniki z turbiną gazową o około 30% w określonych wskaźnikach. Do czasu pierwszej publicznej demonstracji materiałów na silniku OKB im. JESTEM. Kołyski były w stanie uzyskać dość wysokie parametry wydajności. Doświadczony silnik nowego typu był w stanie pracować przez 10 minut bez przerwy. Całkowity czas pracy tego produktu na stoisku w tym czasie przekroczył 100 godzin.
Przedstawiciele dewelopera wskazali, że już teraz możliwe jest stworzenie nowego silnika detonacyjnego o ciągu 2-2,5 tony, nadającego się do montażu na lekkich samolotach lub bezzałogowych statkach powietrznych. W konstrukcji takiego silnika proponuje się zastosowanie tzw. urządzenia rezonatorowe odpowiedzialne za prawidłowy przebieg spalania paliwa. Ważną zaletą nowego projektu jest fundamentalna możliwość zainstalowania takich urządzeń w dowolnym miejscu płatowca.
Eksperci OKB im. JESTEM. Kolebki pracują nad silnikami lotniczymi z impulsowym spalaniem detonacyjnym od ponad trzech dekad, ale jak dotąd projekt nie wyszedł z fazy badawczej i nie ma realnych perspektyw. Głównym powodem jest brak zamówienia i niezbędne fundusze. Jeśli projekt otrzyma niezbędne wsparcie, to w przewidywalnej przyszłości można stworzyć przykładowy silnik, odpowiedni do zastosowania na różnych urządzeniach.
Do tej pory rosyjskim naukowcom i projektantom udało się pokazać bardzo niezwykłe wyniki w dziedzinie silników odrzutowych przy użyciu nowych zasad działania. Istnieje kilka projektów na raz, odpowiednich do zastosowania w przestrzeni rakietowej i hipersonicznej. Ponadto nowe silniki mogą znaleźć zastosowanie również w „tradycyjnym” lotnictwie. Niektóre projekty są wciąż na wczesnym etapie i nie są jeszcze gotowe do inspekcji i innych prac, podczas gdy w innych obszarach osiągnięto już najbardziej niezwykłe wyniki.
Badając temat detonacyjnych silników odrzutowych, rosyjscy specjaliści byli w stanie stworzyć model ławki komory spalania o pożądanych właściwościach. Eksperymentalny produkt „Ifrit” przeszedł już testy, podczas których zebrano dużą ilość różnych informacji. Przy pomocy uzyskanych danych rozwój kierunku będzie kontynuowany.
Opanowanie nowego kierunku i przełożenie pomysłów na praktyczną formę zajmie dużo czasu, dlatego w dającej się przewidzieć przyszłości rakiety kosmiczne i wojskowe w dającej się przewidzieć przyszłości będą wyposażone wyłącznie w tradycyjne silniki na paliwo ciekłe. Niemniej prace wyszły już z etapu czysto teoretycznego i teraz każde próbne uruchomienie eksperymentalnego silnika przybliża moment budowy pełnoprawnych pocisków z nowymi elektrowniami.
Na podstawie materiałów z witryn:
http://silnik.spacja/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/
Sp. z oo „Analog” została zorganizowana w 2010 roku w celu produkcji i eksploatacji konstrukcji opryskiwaczy na pola, które wymyśliłem, których idea została zapisana w patencie RF na wzór użytkowy nr 67402 w 2007 roku.
Teraz opracowałem również koncepcję obrotowego silnika spalinowego, w którym można zorganizować detonacyjne (wybuchowe) spalanie dopływającego paliwa ze zwiększonym uwalnianiem (około 2 razy) energii ciśnienia i temperatury spalin przy zachowaniu wydajności silnika. W związku z tym, przy około 2-krotnym wzroście sprawności silnika cieplnego, tj. do około 70%. Realizacja tego projektu wymaga dużych nakładów finansowych na jego zaprojektowanie, dobór materiałów i produkcję prototypu. A pod względem właściwości i zastosowań jest to silnik przede wszystkim lotniczy, a także całkiem odpowiedni do samochodów, pojazdów samobieżnych itp. jest konieczne na obecnym etapie rozwoju technologii i wymagań środowiskowych.
Jego głównymi zaletami będą prostota konstrukcji, wydajność, przyjazność dla środowiska, wysoki moment obrotowy, zwartość, niski poziom hałasu nawet bez użycia tłumika. Jego wysoka produktywność i specjalne materiały zapewnią ochronę przed kopiowaniem.
Prostotę konstrukcji zapewnia konstrukcja wirnika, w której wszystkie części silnika wykonują prosty ruch obrotowy.
Przyjazność dla środowiska i wydajność zapewnia 100% natychmiastowe spalanie paliwa w trwałej, wysokotemperaturowej (ok. 2000°C), niechłodzonej, oddzielnej komorze spalania, zamkniętej tym razem zaworami. Chłodzenie takiego silnika odbywa się od wewnątrz (chłodzenie płynu roboczego) ewentualnymi porcjami wody dostającymi się do sekcji roboczej przed odpaleniem kolejnych porcji płynu roboczego (spalin) z komory spalania, dzięki czemu uzyskuje się dodatkowe ciśnienie rzędu para wodna i użyteczna praca na wale roboczym.
Zapewniony jest wysoki moment obrotowy, nawet przy niskich prędkościach (w porównaniu z tłokowym silnikiem spalinowym), duży i stały rozmiar ramienia uderzenia płynu roboczego w łopatkę wirnika. Czynnik ten sprawi, że każdy transport lądowy obejdzie się bez skomplikowanej i kosztownej transmisji lub przynajmniej ją znacznie uprości.
Kilka słów o jego budowie i działaniu.
Silnik spalinowy ma kształt cylindryczny z dwiema sekcjami łopatkowo-wirnikowymi, z których jedna służy do wlotu i wstępnego sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej i jest znaną i wykonalną sekcją konwencjonalnej sprężarki rotacyjnej; druga, działająca, to zmodernizowana obrotowa maszyna parowa Marcinewskiego; a pomiędzy nimi znajduje się układ statyczny z trwałego, żaroodpornego materiału, w którym oddzielna, zamykana na czas spalania komora spalania z trzema nieobrotowymi zaworami, z których 2 są swobodne, typu płatkowego, oraz jeden sterowany w celu zmniejszenia ciśnienia przed wlotem następnej porcji zespołów paliwowych.
Podczas pracy silnika obraca się wał roboczy z wirnikami i łopatkami. W sekcji wlotowej łopatka zasysa i ściska zespół paliwowy, a gdy ciśnienie wzrośnie powyżej ciśnienia w komorze spalania (po zwolnieniu z niej ciśnienia) mieszanina robocza zostaje wprowadzona do gorącej (około 2000 ° C ) komora, zapala się iskrą i natychmiast eksploduje. Jednocześnie zawór wlotowy zamyka się, zawór wylotowy otwiera się, a przed jego otwarciem do sekcji roboczej wtryskiwana jest wymagana ilość wody. Okazuje się, że supergorące gazy są wystrzeliwane do sekcji roboczej pod wysokim ciśnieniem, a część wody zamienia się w parę, a mieszanina parowo-gazowa obraca wirnik silnika, jednocześnie go chłodząc. Według dostępnych informacji istnieje już materiał, który przez długi czas wytrzymuje temperatury do 10 000 stopni C, z którego trzeba zrobić komorę spalania.
W maju 2018 r. złożono wniosek o dokonanie wynalazku. Wniosek jest obecnie rozpatrywany pod względem merytorycznym.
Wniosek o inwestycję składany jest w celu zapewnienia finansowania prac badawczo-rozwojowych, stworzenia prototypu, jego dostrojenia i dostrojenia aż do uzyskania działającej próbki tego silnika. Z czasem proces ten może potrwać rok lub dwa. Możliwości finansowania dalszego rozwoju modyfikacji silnika dla różnych urządzeń mogą i powinny być opracowywane osobno dla jego konkretnych próbek.
Dodatkowe informacje
Realizacja tego projektu jest sprawdzianem wynalazku w praktyce. Uzyskanie działającego prototypu. Pozyskany materiał może być oferowany całemu krajowemu przemysłowi inżynieryjnemu do opracowania modeli pojazdów ze sprawnym silnikiem spalinowym na podstawie umów z deweloperem i opłacania prowizji.
Możesz wybrać własny, najbardziej obiecujący kierunek projektowania silnika spalinowego, na przykład budowę silnika lotniczego dla ALS i zaoferować wyprodukowany silnik, a także zainstalować ten silnik spalinowy na własnym opracowaniu ALS, prototypu z czego jest w trakcie montażu.
Należy zauważyć, że rynek prywatnych odrzutowców na świecie dopiero zaczął się rozwijać, ale w naszym kraju jest w powijakach. I m.in. mianowicie brak odpowiedniego silnika spalinowego hamuje jego rozwój. A w naszym kraju, z jego niekończącymi się przestrzeniami, takie samoloty będą poszukiwane.
Analityka rynku
Realizacja projektu to otrzymanie całkowicie nowego i niezwykle obiecującego silnika spalinowego.
Teraz nacisk kładziony jest na ekologię, a jako alternatywę dla tłokowego silnika spalinowego proponuje się silnik elektryczny, ale ta potrzebna mu energia musi być gdzieś wygenerowana, dla niego zgromadzona. Lwia część energii elektrycznej wytwarzana jest w elektrociepłowniach, które nie są przyjazne dla środowiska, co spowoduje znaczne zanieczyszczenie na ich terenie. A żywotność magazynów energii nie przekracza 2 lat, gdzie przechowywać te szkodliwe śmieci? Rezultatem proponowanego projektu jest wydajny i nieszkodliwy, a nie mniej ważny, wygodny i znajomy silnik spalinowy. Wystarczy napełnić zbiornik paliwem niskiej jakości.
Efektem projektu jest perspektywa zastąpienia wszystkich silników tłokowych na świecie właśnie tym. Jest to perspektywa wykorzystania potężnej energii wybuchu do celów pokojowych i po raz pierwszy proponuje się konstruktywne rozwiązanie tego procesu w silniku spalinowym. Co więcej, jest stosunkowo niedrogi.
Wyjątkowość projektu
To jest wynalazek. Po raz pierwszy proponuje się projekt pozwalający na zastosowanie detonacji w silniku spalinowym.
Przez cały czas jednym z głównych zadań przy projektowaniu silnika spalinowego było zbliżenie się do warunków spalania detonacyjnego, ale niedopuszczenie do jego wystąpienia.
Kanały zarabiania
Sprzedaż licencji produkcyjnych.
Eksploracja kosmosu nieświadomie kojarzy się ze statkami kosmicznymi. Sercem każdej rakiety nośnej jest jej silnik. Musi rozwinąć pierwszą prędkość kosmiczną – około 7,9 km/s, aby wynieść astronautów na orbitę, a drugą prędkość kosmiczną, aby pokonać pole grawitacyjne planety.
Nie jest to łatwe do osiągnięcia, ale naukowcy nieustannie poszukują nowych sposobów rozwiązania tego problemu. Projektanci z Rosji poszli jeszcze dalej i zdołali opracować silnik rakietowy detonacyjny, którego testy zakończyły się sukcesem. To osiągnięcie można nazwać prawdziwym przełomem w dziedzinie inżynierii kosmicznej.
Nowe szanse
Skąd duże nadzieje związane z silnikami detonacyjnymi? Według obliczeń naukowców ich moc będzie 10 tys. razy większa niż moc istniejących silników rakietowych. Jednocześnie będą zużywać znacznie mniej paliwa, a ich produkcję wyróżniać będzie niski koszt i opłacalność. Jaki jest tego powód?
Chodzi o reakcję utleniania paliwa. Jeśli nowoczesne rakiety wykorzystują proces deflagracji - powolnego (poddźwiękowego) spalania paliwa przy stałym ciśnieniu, to silnik rakiety detonacyjnej działa z powodu wybuchu, detonacji mieszanki palnej. Spala się z prędkością ponaddźwiękową z uwolnieniem ogromnej ilości energii cieplnej jednocześnie z propagacją fali uderzeniowej.
Opracowanie i testowanie rosyjskiej wersji silnika detonacyjnego zostało przeprowadzone przez specjalistyczne laboratorium „Detonation LRE” w ramach kompleksu produkcyjnego „Energomash”.
Wyższość nowych silników
Czołowi światowi naukowcy badają i rozwijają silniki detonacyjne od 70 lat. Głównym powodem uniemożliwiającym powstanie tego typu silnika jest niekontrolowane samozapłon paliwa. Ponadto na agendzie znalazły się zadania efektywnego mieszania paliwa i utleniacza, a także integracji dyszy i wlotu powietrza.
Po rozwiązaniu tych problemów możliwe będzie stworzenie silnika rakietowego detonacyjnego, który w swoich parametrach technicznych wyprzedzi czas. Jednocześnie naukowcy nazywają te zalety:
- Możliwość rozwijania prędkości w zakresach poddźwiękowych i naddźwiękowych.
- Eliminacja wielu ruchomych części z projektu.
- Niższa waga i koszt elektrowni.
- Wysoka sprawność termodynamiczna.
Seryjnie tego typu silnik nie był produkowany. Został po raz pierwszy przetestowany na nisko latających samolotach w 2008 roku. Silnik detonacyjny do rakiet nośnych został po raz pierwszy przetestowany przez rosyjskich naukowców. Dlatego to wydarzenie ma tak duże znaczenie.
Zasada działania: impulsowa i ciągła
Obecnie naukowcy opracowują instalacje z pulsacyjnym i ciągłym procesem pracy. Zasada działania detonacyjnego silnika rakietowego z pulsacyjnym schematem działania opiera się na cyklicznym napełnianiu komory spalania mieszanką palną, jego sekwencyjnym zapłonie i uwalnianiu produktów spalania do środowiska.
Odpowiednio, w ciągłej pracy, paliwo jest podawane do komory spalania w sposób ciągły, paliwo spala się w jednej lub większej liczbie fal detonacyjnych, które w sposób ciągły krążą w strumieniu. Zaletami takich silników są:
- Pojedynczy zapłon paliwa.
- Stosunkowo prosta konstrukcja.
- Małe wymiary i waga instalacji.
- Bardziej efektywne wykorzystanie mieszanki palnej.
- Niski poziom hałasu, wibracji i emisji.
W przyszłości, wykorzystując te zalety, detonacyjny silnik rakietowy na paliwo ciekłe o pracy ciągłej wyprze wszystkie istniejące instalacje ze względu na swoje właściwości masowo-wymiarowe i kosztowe.
Testy silników detonacyjnych
Pierwsze próby krajowej jednostki detonacyjnej przeprowadzono w ramach projektu Ministerstwa Edukacji i Nauki. Jako prototyp zaprezentowano mały silnik z komorą spalania o średnicy 100 mm i pierścieniowym kanałem o szerokości 5 mm. Badania przeprowadzono na specjalnym stanowisku, wskaźniki rejestrowano podczas pracy na różnego rodzaju mieszaninach palnych - wodór-tlen, gaz ziemny-tlen, propan-butan-tlen.
Badania detonacyjnego silnika rakietowego pracującego na paliwie tlenowo-wodorowym wykazały, że cykl termodynamiczny tych instalacji jest o 7% sprawniejszy niż w innych instalacjach. Ponadto potwierdzono doświadczalnie, że wraz ze wzrostem ilości dostarczanego paliwa wzrasta również ciąg, liczba fal detonacyjnych i prędkość obrotowa.
Analogi w innych krajach
W rozwój silników detonacyjnych zaangażowani są naukowcy z wiodących krajów świata. Największy sukces w tym kierunku odnieśli projektanci ze Stanów Zjednoczonych. W swoich modelach zaimplementowali ciągły sposób pracy, czyli rotacyjny. Wojsko USA planuje wykorzystać te instalacje do wyposażenia okrętów nawodnych. Ze względu na ich lżejszą wagę i niewielkie rozmiary przy dużej mocy wyjściowej pomogą zwiększyć wydajność łodzi bojowych.
Do jego pracy wykorzystuje się stechiometryczną mieszaninę wodoru i tlenu w amerykańskim detonacyjnym silniku rakietowym. Zalety takiego źródła energii są przede wszystkim ekonomiczne - spala się tylko tyle tlenu, ile jest potrzebne do utlenienia wodoru. Teraz rząd USA wydaje kilka miliardów dolarów na dostarczanie okrętom wojennym paliwa węglowego. Paliwo stechiometryczne obniży koszty kilkakrotnie.
Dalsze kierunki rozwoju i perspektywy
Nowe dane uzyskane w wyniku testów silników detonacyjnych zdeterminowały zastosowanie całkowicie nowych metod budowy schematu działania na paliwie ciekłym. Ale do funkcjonowania takie silniki muszą mieć wysoką odporność na ciepło ze względu na dużą ilość uwalnianej energii cieplnej. W tej chwili opracowywana jest specjalna powłoka, która zapewni działanie komory spalania pod wpływem wysokiej temperatury.
Szczególne miejsce w dalszych badaniach zajmuje tworzenie głowic mieszających, za pomocą których będzie można uzyskać kropelki materiału palnego o określonej wielkości, stężeniu i składzie. Aby rozwiązać te problemy, zostanie stworzony nowy detonacyjny silnik rakietowy na paliwo ciekłe, który stanie się podstawą nowej klasy rakiet nośnych.
Testy silników detonacyjnych
Fundacja Zaawansowanych Badań
Stowarzyszenie Badawczo-Produkcyjne Energomash przetestowało komorę modelową silnika rakietowego na paliwo ciekłe, którego ciąg wynosił dwie tony. Powiedział to w wywiadzie dla Rossiyskaya Gazeta Piotr Lowoczkin, główny projektant Energomash. Według niego ten model działał na gazie naftowym i tlenowym.
Detonacja to spalanie substancji, w której front spalania rozchodzi się szybciej niż prędkość dźwięku. W tym przypadku przez substancję rozchodzi się fala uderzeniowa, po której następuje reakcja chemiczna z uwolnieniem dużej ilości ciepła. W nowoczesnych silnikach rakietowych spalanie paliwa odbywa się z prędkością poddźwiękową; proces ten nazywa się deflagracją.
Obecnie silniki detonacyjne dzielą się na dwa główne typy: impulsowe i obrotowe. Te ostatnie nazywane są również spinami. W silnikach impulsowych dochodzi do krótkich wybuchów, gdy spalane są małe porcje mieszanki paliwowo-powietrznej. W spalaniu obrotowym mieszanka pali się stale bez zatrzymywania.
W takich elektrowniach stosuje się pierścieniową komorę spalania, w której mieszankę paliwową podaje się szeregowo przez zawory umieszczone promieniowo. W takich elektrowniach detonacja nie tłumi - fala detonacyjna „obiega” pierścieniową komorę spalania, mieszanina paliwowa za nią ma czas na odnowienie się. Silnik obrotowy został po raz pierwszy zbadany w ZSRR w latach 50. XX wieku.
Silniki detonacyjne mogą pracować w szerokim zakresie prędkości lotu - od zera do pięciu liczb Macha (0-6,2 tys. km/h). Uważa się, że takie układy napędowe mogą dostarczać więcej mocy przy mniejszym zużyciu paliwa niż konwencjonalne silniki odrzutowe. Jednocześnie konstrukcja silników detonacyjnych jest stosunkowo prosta: brakuje im kompresora i wielu ruchomych części.
Nowy rosyjski silnik do detonacji cieczy jest opracowywany wspólnie przez kilka instytutów, w tym Moskiewski Instytut Lotniczy, Instytut Hydrodynamiki im. Ławrentiewa, Centrum Keldysza, Centralny Instytut Silników Lotniczych im. Baranowa oraz Wydział Mechaniki i Matematyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego. Rozwój jest nadzorowany przez Advanced Research Foundation.
Według Lyovochkina podczas testów ciśnienie w komorze spalania silnika detonacyjnego wynosiło 40 atmosfer. Jednocześnie jednostka działała niezawodnie bez skomplikowanych systemów chłodzenia. Jednym z zadań badań było potwierdzenie możliwości spalania detonacyjnego mieszanki paliwowo-tlenowo-naftowej. Wcześniej informowano, że częstotliwość detonacji w nowym rosyjskim silniku wynosi 20 kiloherców.
Pierwsze testy silnika rakietowego na paliwo ciekłe z detonacją latem 2016 roku. Nie wiadomo, czy od tego czasu silnik był ponownie testowany.
Pod koniec grudnia 2016 roku amerykańska firma Aerojet Rocketdyne podpisała umowę z amerykańskim National Energy Technology Laboratory na opracowanie nowej elektrowni z turbiną gazową opartej o silnik detonacyjny. Prace, w wyniku których powstanie prototyp nowej instalacji, mają zostać zakończone do połowy 2019 roku.
Według wstępnych szacunków nowy typ turbiny gazowej będzie miał co najmniej pięć procent lepsze osiągi niż konwencjonalne tego typu jednostki. Jednocześnie same instalacje mogą być bardziej kompaktowe.
Wasilij Syczew