În realitate, în loc de o flacără frontală constantă în zona de ardere, se formează o undă de detonare, care se repezi cu viteză supersonică. Într-o astfel de undă de compresie, combustibilul și oxidantul sunt detonate, acest proces, din punct de vedere al termodinamicii, crește randamentul motorului cu un ordin de mărime, datorită compactității zonei de ardere.
Interesant este că în 1940, fizicianul sovietic Ya.B. Zel'dovich a propus ideea unui motor de detonare în articolul „Despre utilizarea energiei a arderii cu detonare”. De atunci, mulți oameni de știință din diferite țări au lucrat la o idee promițătoare, fie Statele Unite, apoi Germania, fie compatrioții noștri s-au prezentat.
În vara, în august 2016, oamenii de știință ruși au reușit să creeze primul motor cu reacție cu propulsie lichidă de dimensiune completă din lume, care funcționează pe principiul arderii prin detonare a combustibilului. Țara noastră și-a stabilit în sfârșit o prioritate mondială în dezvoltarea celei mai noi tehnologii pentru mulți ani post-perestroika.
De ce este noul motor atât de bun? Un motor cu reacție folosește energia eliberată prin arderea unui amestec la presiune constantă și un front de flacără constant. În timpul arderii, amestecul gazos de combustibil și oxidant crește brusc temperatura, iar coloana de flacără care iese din duză creează tracțiunea jetului.
În timpul arderii prin detonare, produșii de reacție nu au timp să se prăbușească, deoarece acest proces este de 100 de ori mai rapid decât deflagrația, iar presiunea crește rapid, în timp ce volumul rămâne neschimbat. Eliberarea unei cantități atât de mari de energie poate distruge de fapt un motor de mașină, motiv pentru care un astfel de proces este adesea asociat cu o explozie.
În realitate, în loc de o flacără frontală constantă în zona de ardere, se formează o undă de detonare, care se repezi cu viteză supersonică. Într-o astfel de undă de compresie, combustibilul și oxidantul sunt detonate, acest proces, din punct de vedere al termodinamicii crește eficiența motorului cu un ordin de mărime, datorita compactitatii zonei de ardere. Prin urmare, experții au început cu atâta zel să dezvolte această idee.Într-un motor de rachetă convențional, care este în esență un arzător mare, principalul lucru nu este camera de ardere și duza, ci unitatea turbopompă a combustibilului (TNA), care creează o astfel de presiune încât combustibilul pătrunde în cameră. De exemplu, în motorul de rachetă rusesc RD-170 pentru vehiculele de lansare Energia, presiunea în camera de ardere este de 250 atm, iar pompa care furnizează oxidant în zona de ardere trebuie să creeze o presiune de 600 atm.
Într-un motor cu detonare, presiunea este creată de detonația în sine, care reprezintă o undă de compresie care se deplasează în amestecul de combustibil, în care presiunea fără TNA este deja de 20 de ori mai mare, iar unitățile de turbopompe sunt de prisos. Pentru a fi clar, American Shuttle are o presiune în camera de ardere de 200 atm, iar motorul de detonare în astfel de condiții are nevoie de doar 10 atm pentru a furniza amestecul - aceasta este ca o pompă de bicicletă și centrala hidroelectrică Sayano-Shushenskaya.
În acest caz, un motor bazat pe detonație nu este doar mai simplu și mai ieftin într-un ordin de mărime, dar și mult mai puternic și mai economic decât un motor de rachetă convențional cu propulsie lichidă.Problema co-controlului cu o undă de detonare a apărut pe drum. la implementarea proiectului motor de detonare. Acest fenomen nu este doar o undă de explozie, care are viteza sunetului, ci o undă de detonare care se propagă cu o viteză de 2500 m/s, nu există o stabilizare a frontului de flăcări în ea, pentru fiecare pulsație amestecul este actualizat și valul începe din nou.
Anterior, inginerii ruși și francezi au dezvoltat și construit motoare cu reacție pulsatoare, dar nu pe principiul detonării, ci pe baza pulsației obișnuite de ardere. Caracteristicile unor astfel de PuVRD-uri au fost scăzute, iar când constructorii de motoare au dezvoltat pompe, turbine și compresoare, a venit epoca motoarelor cu reacție și a LRE-urilor, iar cele pulsatorii au rămas pe marginea progresului. Capii străluciți ai științei au încercat să combine arderea cu detonație cu un PUVRD, dar frecvența pulsațiilor unui front de ardere convențional nu este mai mare de 250 pe secundă, iar frontul de detonare are o viteză de până la 2500 m/s și frecvența sa de pulsație. ajunge la câteva mii pe secundă. Părea imposibil să pună în practică o astfel de rată de reînnoire a amestecului și, în același timp, să inițiezi detonarea.
În SUA, a fost posibil să se construiască un astfel de motor cu detonare și să-l testeze în aer, cu toate acestea, a funcționat doar 10 secunde, dar prioritatea a rămas la designerii americani. Dar deja în anii 60 ai secolului trecut, omul de știință sovietic B.V. Voitsekhovsky și, aproape în același timp, un american de la Universitatea din Michigan, J. Nichols, au venit cu ideea de a bucla o undă de detonare în camera de ardere.
Cum funcționează un motor de rachetă cu detonare
Un astfel de motor rotativ consta dintr-o cameră de ardere inelară cu duze plasate de-a lungul razei sale pentru a furniza combustibil. Valul de detonare rulează ca o veveriță într-o roată în jurul circumferinței, amestecul de combustibil este comprimat și ars, împingând produsele de ardere prin duză. Într-un motor de rotație, obținem o frecvență de rotație a valurilor de câteva mii pe secundă, funcționarea sa este similară cu procesul de lucru într-un motor rachetă, doar mai eficient, datorită detonării amestecului de combustibil.
În URSS și SUA, și mai târziu în Rusia, se lucrează la crearea unui motor rotativ de detonare cu undă continuă, pentru a înțelege procesele care au loc în interior, pentru care a fost creată o întreagă știință a cineticii fizice și chimice. Pentru a calcula condițiile unui val neamortizat, au fost necesare computere puternice, care au fost create abia recent.
În Rusia, multe institute de cercetare și birouri de proiectare lucrează la proiectul unui astfel de motor de rotație, inclusiv compania de construcție de motoare a industriei spațiale NPO Energomash. Fundația de Cercetare Avansată a venit să ajute la dezvoltarea unui astfel de motor, deoarece este imposibil să obții finanțare de la Ministerul Apărării - au nevoie doar de un rezultat garantat.
Cu toate acestea, în timpul testelor din Khimki la Energomash, a fost înregistrată o stare constantă de detonare continuă de spin - 8 mii de rotații pe secundă pe un amestec de oxigen-kerosen. În același timp, undele de detonare au echilibrat undele de vibrație, iar straturile de protecție termică au rezistat la temperaturi ridicate.
Dar nu te măgulește, pentru că acesta este doar un motor demonstrativ care a funcționat foarte puțin timp și încă nu s-a spus nimic despre caracteristicile sale. Dar principalul lucru este că a fost dovedită posibilitatea de a crea arderea cu detonare și a fost creat în Rusia un motor de rotație de dimensiune completă, care va rămâne în istoria științei pentru totdeauna.
Publicația „Curierul militar-industrial” raportează vești grozave din domeniul tehnologiilor inovatoare ale rachetelor. Un motor de rachetă cu detonare a fost testat în Rusia, a declarat vineri viceprim-ministrul Dmitri Rogozin pe pagina sa de Facebook.
„Așa-numitele motoare de rachetă cu detonare dezvoltate în cadrul programului Advanced Research Foundation au fost testate cu succes”, citează Interfax-AVN vicepremierul.
Se crede că un motor de rachetă cu detonare este una dintre modalitățile de implementare a conceptului de așa-numitul hipersunet motor, adică crearea de aeronave hipersonice capabile să atingă viteze de Mach 4-6 (Mach este viteza sunetului) datorita motorului propriu.
Portalul russia-reborn.ru oferă un interviu cu unul dintre cei mai importanți ingineri specializați în motoare din Rusia despre motoarele de rachete cu detonare.
Interviu cu Petr Levochkin, designer-șef al NPO Energomash, numit după academicianul V.P. Glushko.
Sunt create motoare pentru rachetele hipersonice ale viitorului
Au fost efectuate teste cu succes ale așa-numitelor motoare de rachetă cu detonare, care au dat rezultate foarte interesante. Lucrările de dezvoltare în această direcție vor fi continuate.
Detonarea este o explozie. Poate fi gestionat? Este posibil să se creeze arme hipersonice pe baza unor astfel de motoare? Ce motoare de rachetă vor duce vehicule nelocuite și cu echipaj în spațiul apropiat? Aceasta a fost conversația noastră cu directorul general adjunct - proiectant șef al „NPO Energomash numit după academicianul V.P. Glushko” Petr Levochkin.
Petr Sergeevich, ce oportunități deschid noile motoare?
Petr Levochkin: Dacă vorbim despre termen scurt, astăzi lucrăm la motoare pentru astfel de rachete precum Angara A5V și Soyuz-5, precum și altele care sunt în stadiul de pre-proiectare și sunt necunoscute publicului larg. În general, motoarele noastre sunt proiectate pentru a ridica o rachetă de pe suprafața unui corp ceresc. Și poate fi orice - terestru, lunar, marțian. Deci, dacă programele lunare sau marțiane sunt implementate, cu siguranță vom lua parte la ele.
Care este eficiența motoarelor rachete moderne și există modalități de a le îmbunătăți?
Petr Levochkin: Dacă vorbim despre parametrii energetici și termodinamici ai motoarelor, atunci putem spune că ale noastre, precum și cele mai bune motoare de rachete chimice străine de astăzi, au atins o anumită perfecțiune. De exemplu, caracterul complet al arderii combustibilului ajunge la 98,5 la sută. Adică, aproape toată energia chimică a combustibilului din motor este convertită în energie termică a jetului de gaz care iese din duză.
Motoarele pot fi îmbunătățite în multe feluri. Aceasta include utilizarea unor componente de combustibil consumatoare de energie mai mult, introducerea de noi modele de circuite și o creștere a presiunii în camera de ardere. O altă direcție este utilizarea tehnologiilor noi, inclusiv aditive, pentru a reduce intensitatea muncii și, în consecință, a reduce costul unui motor rachetă. Toate acestea conduc la o scădere a costului sarcinii utile de ieșire.
Cu toate acestea, la o examinare mai atentă, devine clar că creșterea caracteristicilor energetice ale motoarelor în mod tradițional este ineficientă.
Folosirea unei explozii controlate de propulsor ar putea da unei rachete o viteză de opt ori mai mare decât viteza sunetului
De ce?
Petr Levochkin: Creșterea presiunii și a consumului de combustibil în camera de ardere va crește în mod natural tracțiunea motorului. Dar acest lucru va necesita o creștere a grosimii pereților camerei și ai pompelor. Ca urmare, complexitatea structurii și masa acesteia cresc, iar câștigul de energie se dovedește a nu fi atât de mare. Jocul nu va costa lumânarea.
Adică motoarele de rachete au epuizat resursele dezvoltării lor?
Petr Levochkin: Nu chiar. În limbajul tehnic, acestea pot fi îmbunătățite prin creșterea eficienței proceselor intramotorii. Există cicluri de conversie termodinamică a energiei chimice în energia unui jet care curge, care sunt mult mai eficiente decât arderea clasică a combustibilului pentru rachete. Acesta este ciclul de ardere cu detonare și ciclul Humphrey aproape de acesta.
Însuși efectul detonării combustibilului a fost descoperit de compatriotul nostru - mai târziu academicianul Yakov Borisovich Zeldovich în 1940. Realizarea acestui efect în practică promitea perspective foarte mari în știința rachetelor. Nu este surprinzător că germanii în aceiași ani au investigat în mod activ procesul de detonare al arderii. Dar ei nu au avansat mai departe decât experimente care nu au fost complet reușite.
Calculele teoretice au arătat că arderea prin detonare este cu 25 la sută mai eficientă decât ciclul izobaric, care corespunde arderii combustibilului la presiune constantă, care este implementată în camerele motoarelor moderne cu propulsie lichidă.
Și ce oferă avantajele arderii cu detonare în comparație cu cea clasică?
Petr Levochkin: Procesul clasic de ardere este subsonic. Detonație - supersonică. Viteza reacției într-un volum mic duce la o degajare uriașă de căldură - este de câteva mii de ori mai mare decât în arderea subsonică, implementată în motoarele de rachetă clasice cu aceeași masă de combustibil arzând. Și pentru noi, inginerii de motoare, asta înseamnă că, cu un motor cu detonare mult mai mic și cu o masă mică de combustibil, puteți obține aceeași forță ca și în motoarele moderne cu rachete lichide uriașe.
Nu este un secret pentru nimeni că motoarele cu combustie prin detonare a combustibilului sunt dezvoltate și în străinătate. Care sunt pozițiile noastre? Cedem, mergem la nivelul lor sau suntem în frunte?
Petr Levochkin: Nu suntem inferiori - asta este sigur. Dar nici nu pot spune că suntem în frunte. Subiectul este destul de închis. Unul dintre principalele secrete tehnologice este cum să vă asigurați că combustibilul și oxidantul unui motor de rachetă nu arde, ci explodează, fără a distruge camera de ardere. Adică, de fapt, să faci o adevărată explozie controlabilă și gestionabilă. Pentru referință: detonarea este arderea combustibilului în fața unei unde de șoc supersonice. Există detonații în impulsuri, când unda de șoc se mișcă de-a lungul axei camerei și una o înlocuiește pe cealaltă, precum și detonații continue (spin), când undele de șoc din cameră se mișcă în cerc.
Din câte știm, au fost efectuate studii experimentale de ardere prin detonare cu participarea specialiștilor dumneavoastră. Ce rezultate s-au obtinut?
Petr Levochkin: S-a lucrat pentru a crea o cameră model pentru un motor de rachetă cu detonare lichidă. O mare cooperare a centrelor științifice de top din Rusia a lucrat la proiect sub patronajul Fundației pentru Studii Avansate. Printre acestea, Institutul de Hidrodinamică. M.A. Lavrentiev, MAI, „Centrul Keldysh”, Institutul Central al Motoarelor de Aviație. P.I. Baranov, Facultatea de Mecanică și Matematică, Universitatea de Stat din Moscova. Ne-am propus să folosim kerosenul ca combustibil și oxigenul gazos ca agent oxidant. În procesul de studii teoretice și experimentale, s-a confirmat posibilitatea creării unui motor de rachetă cu detonare pe baza unor astfel de componente. Pe baza datelor obținute, am dezvoltat, fabricat și testat cu succes un model de cameră de detonare cu o tracțiune de 2 tone și o presiune în camera de ardere de aproximativ 40 atm.
Această sarcină a fost rezolvată pentru prima dată nu numai în Rusia, ci și în lume. Deci, desigur, au fost probleme. În primul rând, ele sunt legate de furnizarea unei detonări stabile a oxigenului cu kerosen și, în al doilea rând, de asigurarea unei răciri fiabile a peretelui de foc al camerei fără răcire cu cortină și o serie de alte probleme, a căror esență este clară doar pentru specialişti.
Poate fi folosit un motor de detonare la rachetele hipersonice?
Petr Levochkin: Este atât posibil, cât și necesar. Numai pentru că arderea combustibilului din el este supersonică. Și în acele motoare pe care acum încearcă să creeze avioane hipersonice controlate, arderea este subsonică. Și asta creează o mulțime de probleme. La urma urmei, dacă arderea în motor este subsonică, iar motorul zboară, să zicem, la o viteză de Mach 5 (un Mach este egal cu viteza sunetului), este necesar să încetiniți fluxul de aer care se apropie de sunet. modul. În consecință, toată energia acestei decelerații este convertită în căldură, ceea ce duce la supraîncălzirea suplimentară a structurii.
Și într-un motor cu detonare, procesul de ardere are loc cu o viteză de cel puțin două ori și jumătate mai mare decât viteza sunetului. Și, în consecință, putem crește viteza aeronavei cu această sumă. Adică vorbim deja nu despre cinci, ci despre opt leagăne. Aceasta este viteza realizabilă în prezent a aeronavelor cu motoare hipersonice, care vor folosi principiul arderii prin detonare.
Petr Levochkin: Aceasta este o întrebare dificilă. Tocmai am deschis ușa către zona de ardere a detonării. Există încă o mulțime de lucruri neexplorate în afara parantezelor studiului nostru. Astăzi, împreună cu RSC Energia, încercăm să stabilim cum poate arăta în viitor motorul în ansamblu cu o cameră de detonare în raport cu treptele superioare.
Cu ce motoare va zbura o persoană pe planete îndepărtate?
Petr Levochkin: În opinia mea, vom zbura cu LRE tradițional pentru o lungă perioadă de timp, îmbunătățindu-le. Deși, desigur, se dezvoltă și alte tipuri de motoare de rachetă, de exemplu, motoarele de rachetă electrice (sunt mult mai eficiente decât motoarele de rachetă - impulsul lor specific este de 10 ori mai mare). Din păcate, motoarele și vehiculele de lansare de astăzi nu ne permit să vorbim despre realitatea zborurilor interplanetare masive și cu atât mai mult intergalactice. Până acum, totul aici este la nivel de fantezie: motoare fotonice, teleportare, levitație, unde gravitaționale. Deși, pe de altă parte, cu puțin peste o sută de ani în urmă, scrierile lui Jules Verne erau percepute ca pură ficțiune. Poate că o descoperire revoluționară în zona în care lucrăm nu este departe. Inclusiv în domeniul realizării practice de rachete folosind energia unei explozii.
Dosar "RG":
„Asociația științifică și de producție Energomash” a fost fondată de Valentin Petrovici Glushko în 1929. Acum îi poartă numele. Aici dezvoltă și produc motoare rachete lichide pentru etapele I, în unele cazuri II ale vehiculelor de lansare. NPO a dezvoltat peste 60 de motoare cu reacție cu propulsie lichidă diferite. Primul satelit a fost lansat pe motoarele Energomash, primul om a zburat în spațiu, a fost lansat primul vehicul autopropulsat Lunokhod-1. Astăzi, peste nouăzeci la sută din vehiculele de lansare din Rusia decolează cu motoare proiectate și fabricate de NPO Energomash.
Testele motoarelor de detonare
FPI_RUSSIA / Vimeo
Laboratorul specializat „Detonation LRE” al Asociației de Cercetare și Producție Energomash a testat primele demonstratoare de tehnologie a motoarelor de rachetă cu propulsie lichidă cu detonare de dimensiuni mari din lume. Potrivit TASS, noile centrale electrice funcționează cu o pereche de combustibil oxigen-kerosen.
Noul motor, spre deosebire de alte centrale electrice care funcționează pe principiul arderii interne, funcționează datorită detonării combustibilului. Detonarea este arderea supersonică a unei substanțe, în acest caz un amestec de combustibil. În acest caz, o undă de șoc se propagă prin amestec, urmată de o reacție chimică cu eliberarea unei cantități mari de căldură.
Studiul principiilor de funcționare și dezvoltarea motoarelor de detonare se desfășoară în unele țări ale lumii de mai bine de 70 de ani. Prima astfel de lucrare a început în Germania în anii 1940. Adevărat, la acel moment, cercetătorii nu au reușit să creeze un prototip funcțional al unui motor de detonare, dar motoarele cu reacție pulsatoare au fost dezvoltate și produse în serie. Au fost plasate pe rachete V-1.
În motoarele cu reacție pulsatoare, combustibilul ardea la viteze subsonice. Această ardere se numește deflagrație. Motorul se numește pulsator deoarece combustibilul și oxidantul au fost introduse în camera de ardere în porții mici la intervale regulate.
Harta presiunii în camera de ardere a unui motor cu detonare rotativă. A - val de detonare; B - trailing front al undei de șoc; C - zona de amestecare a produselor de ardere proaspete și vechi; D - zona de umplere a amestecului de combustibil; E este regiunea amestecului de combustibil ars nedetonant; F - zona de expansiune cu amestec de combustibil ars detonat
Motoarele de detonare astăzi sunt împărțite în două tipuri principale: impuls și rotative. Acestea din urmă sunt numite și spin. Principiul de funcționare al motoarelor cu impuls este similar cu cel al motoarelor cu reacție cu impulsuri. Principala diferență constă în arderea prin detonare a amestecului de combustibil din camera de ardere.
Motoarele cu detonare rotativă folosesc o cameră de ardere inelară în care amestecul de combustibil este alimentat secvenţial prin supape radiale. În astfel de centrale electrice, detonația nu se estompează - unda de detonare „curge în jurul” camerei de ardere inelară, amestecul de combustibil din spatele acesteia are timp să fie actualizat. Motorul rotativ a fost studiat pentru prima dată în URSS în anii 1950.
Motoarele de detonare sunt capabile să funcționeze într-o gamă largă de viteze de zbor - de la zero la cinci numere Mach (0-6,2 mii de kilometri pe oră). Se crede că astfel de centrale electrice pot produce mai multă putere, consumând mai puțin combustibil decât motoarele cu reacție convenționale. În același timp, proiectarea motoarelor de detonare este relativ simplă: le lipsește un compresor și multe piese mobile.
Toate motoarele de detonare testate până acum au fost dezvoltate pentru aeronave experimentale. Testată în Rusia, o astfel de centrală este prima instalată pe o rachetă. Ce tip de motor de detonare a fost testat nu este specificat.
La sfârșitul lunii ianuarie, au existat rapoarte despre noi succese în știința și tehnologia rusă. Din surse oficiale a devenit cunoscut faptul că unul dintre proiectele interne ale unui motor cu reacție promițător de tip detonare a trecut deja de etapa de testare. Aceasta aduce momentul finalizării complete a tuturor lucrărilor necesare, în urma cărora rachetele spațiale sau militare de fabricație rusă vor putea primi noi centrale electrice cu performanțe îmbunătățite. Mai mult, noile principii de funcționare a motorului pot fi aplicate nu numai în domeniul rachetelor, ci și în alte domenii.
În ultimele zile ale lunii ianuarie, viceprim-ministrul Dmitri Rogozin a spus presei interne despre ultimele succese ale organizațiilor de cercetare. Printre alte subiecte, el a atins procesul de creare a motoarelor cu reacție folosind noi principii de funcționare. Un motor promițător cu ardere prin detonare a fost deja testat. Potrivit viceprim-ministrului, utilizarea noilor principii de funcționare a centralei face posibilă obținerea unei creșteri semnificative a performanței. În comparație cu design-urile arhitecturii tradiționale, există o creștere a forței cu aproximativ 30%.
Diagrama unui motor de rachetă cu detonare
Motoarele rachete moderne de diferite clase și tipuri, operate în diverse domenii, folosesc așa-numitele. ciclu izobar sau ardere prin deflagrație. În camerele lor de ardere se menține o presiune constantă, la care combustibilul arde lent. Un motor bazat pe principiile deflagrației nu are nevoie de unități deosebit de puternice, dar este limitat în performanță maximă. Creșterea caracteristicilor principale, începând de la un anumit nivel, se dovedește a fi nerezonabil de dificilă.
O alternativă la un motor cu ciclu izobaric în contextul îmbunătățirii performanței este un sistem cu așa-numitul. ardere prin detonare. În acest caz, reacția de oxidare a combustibilului are loc în spatele unei unde de șoc care se deplasează cu viteză mare prin camera de ardere. Acest lucru impune cerințe speciale asupra designului motorului, dar oferă în același timp avantaje evidente. În ceea ce privește eficiența arderii combustibilului, arderea prin detonare este cu 25% mai bună decât arderea prin deflagrație. De asemenea, diferă de arderea cu presiune constantă printr-o rată crescută de eliberare a căldurii pe unitatea de suprafață a frontului de reacție. În teorie, este posibil să se mărească acest parametru cu trei până la patru ordine de mărime. Prin urmare, viteza gazelor reactive poate fi mărită de 20-25 de ori.
Astfel, un motor cu detonație, caracterizat printr-o eficiență crescută, este capabil să dezvolte mai multă tracțiune cu un consum mai mic de combustibil. Avantajele sale față de modelele tradiționale sunt evidente, dar până de curând, progresul în acest domeniu a lăsat mult de dorit. Principiile unui motor cu reacție cu detonare au fost formulate încă din 1940 de către fizicianul sovietic Ya.B. Zeldovich, dar produsele finite de acest fel nu au ajuns încă în funcțiune. Principalele motive ale lipsei de succes real sunt problemele cu crearea unei structuri suficient de puternice, precum și dificultatea lansării și menținerii ulterior a unei unde de șoc folosind combustibilii existenți.
Unul dintre cele mai recente proiecte interne în domeniul motoarelor de rachete cu detonare a fost lansat în 2014 și este în curs de dezvoltare la NPO Energomash, numit după V.I. Academician V.P. Glushko. Potrivit datelor disponibile, scopul proiectului Ifrit a fost de a studia principiile de bază ale noii tehnologii cu crearea ulterioară a unui motor de rachetă lichid care folosește kerosen și oxigen gazos. Noul motor, numit după demonii de foc din folclorul arab, s-a bazat pe principiul arderii cu detonare prin rotație. Astfel, în conformitate cu ideea principală a proiectului, unda de șoc trebuie să se miște continuu într-un cerc în interiorul camerei de ardere.
Dezvoltatorul principal al noului proiect a fost NPO Energomash, sau mai bine zis, un laborator special creat pe baza acestuia. În plus, în lucrare au fost implicate câteva alte organizații de cercetare și proiectare. Programul a primit sprijin din partea Fundației pentru Cercetare Avansată. Prin eforturi comune, toți participanții la proiectul Ifrit au reușit să formeze aspectul optim al unui motor promițător, precum și să creeze un model de cameră de ardere cu noi principii de funcționare.
Pentru a studia perspectivele întregii direcții și idei noi, o așa-numită. un model de cameră de ardere de detonare care îndeplinește cerințele proiectului. Un astfel de motor experimental cu o configurație redusă trebuia să folosească kerosen lichid ca combustibil. Ca agent oxidant a fost propus hidrogenul gazos. În august 2016, a început testarea camerei experimentale. Important, asta pentru prima dată în istorie, un proiect de acest gen a fost adus în faza de probe pe banc. Anterior, motoarele de rachete cu detonare interne și străine au fost dezvoltate, dar nu au fost testate.
În timpul testării unui eșantion model, a fost posibil să se obțină rezultate foarte interesante care arată corectitudinea abordărilor utilizate. Deci, prin utilizarea materialelor și tehnologiilor potrivite, a fost posibilă aducerea presiunii din interiorul camerei de ardere la 40 de atmosfere. Forța produsului experimental a ajuns la 2 tone.
Model de cameră pe bancul de testare
În cadrul proiectului Ifrit s-au obținut anumite rezultate, dar motorul autohton de detonare cu combustibil lichid este încă departe de a fi aplicat în practică cu drepturi depline. Înainte de introducerea unor astfel de echipamente în proiecte de noi tehnologii, designerii și oamenii de știință trebuie să rezolve o serie dintre cele mai grave probleme. Abia după aceea, industria de rachete și spațială sau industria de apărare va putea începe să realizeze potențialul noii tehnologii în practică.
La mijlocul lunii ianuarie, Rossiyskaya Gazeta a publicat un interviu cu proiectantul șef al NPO Energomash, Petr Levochkin, al cărui subiect a fost starea actuală a lucrurilor și perspectivele motoarelor cu detonare. Reprezentantul dezvoltatorului întreprinderii a reamintit principalele prevederi ale proiectului și a atins și subiectul succeselor obținute. În plus, a vorbit despre posibilele domenii de aplicare ale Ifrit și structuri similare.
De exemplu, motoarele de detonare pot fi utilizate în aeronavele hipersonice. P. Levochkin a reamintit că motoarele propuse acum pentru utilizare în astfel de echipamente utilizează arderea subsonică. La viteza hipersonică a aparatului de zbor, aerul care intră în motor trebuie să fie încetinit până la modul de sunet. Cu toate acestea, energia de frânare trebuie să conducă la încărcări termice suplimentare asupra corpului aeronavei. La motoarele cu detonare, viteza de ardere a combustibilului atinge cel puțin M=2,5. Acest lucru face posibilă creșterea vitezei de zbor a aeronavei. O astfel de mașină cu un motor de tip detonare ar fi capabil să accelereze la viteze de opt ori mai mari decât viteza sunetului.
Cu toate acestea, perspectivele reale pentru motoarele de rachetă de tip detonare nu sunt încă prea mari. Potrivit lui P. Levochkin, „tocmai am deschis ușa către zona de ardere a detonării”. Oamenii de știință și designerii vor trebui să studieze multe probleme și numai după aceea va fi posibil să se creeze structuri cu potențial practic. Din această cauză, industria spațială va trebui să folosească motoarele tradiționale cu propulsie lichidă pentru o lungă perioadă de timp, ceea ce, totuși, nu anulează posibilitatea îmbunătățirii ulterioare a acestora.
Un fapt interesant este că principiul detonării arderii este utilizat nu numai în domeniul motoarelor rachete. Există deja un proiect intern pentru un sistem de aviație cu o cameră de ardere de tip detonare care funcționează pe principiul impulsului. Un prototip de acest fel a fost pus la încercare, iar pe viitor poate da naștere unei noi direcții. Noile motoare cu combustie prin detonare pot găsi aplicații într-o varietate de domenii și pot înlocui parțial motoarele cu turbine cu gaz sau turboreacție cu design tradițional.
Proiectul intern al unui motor de avion cu detonare este în curs de dezvoltare la OKB. A.M. Leagăne. Informațiile despre acest proiect au fost prezentate pentru prima dată la forumul internațional militar-tehnic de anul trecut „Armata-2017”. La standul întreprinderii-dezvoltatorului au fost materiale pe diverse motoare, atât de serie, cât și cele în curs de dezvoltare. Printre acestea din urmă a fost o probă promițătoare de detonare.
Esența noii propuneri este utilizarea unei camere de ardere nestandard, capabilă să efectueze arderea cu detonare în impulsuri a combustibilului într-o atmosferă de aer. În acest caz, frecvența „exploziilor” din interiorul motorului ar trebui să ajungă la 15-20 kHz. În viitor, este posibilă o creștere suplimentară a acestui parametru, în urma căreia zgomotul motorului va depăși intervalul perceput de urechea umană. Astfel de caracteristici ale motorului pot fi de interes deosebit.
Prima lansare a prototipului Ifrit
Cu toate acestea, principalele avantaje ale noii centrale electrice sunt asociate cu o performanță îmbunătățită. Testele pe banc ale produselor experimentale au arătat că acestea sunt cu aproximativ 30% superioare motoarelor tradiționale cu turbină cu gaz în ceea ce privește performanța specifică. Până la prima demonstrație publică a materialelor pe motorul OKB. A.M. Leagănele ar putea obține, de asemenea, caracteristici de performanță suficient de ridicate. Un motor experimental de tip nou a putut funcționa timp de 10 minute fără întrerupere. Timpul total de funcționare al acestui produs la stand la acel moment a depășit 100 de ore.
Reprezentanții dezvoltatorului au indicat că este deja posibil să se creeze un nou motor de detonare cu o tracțiune de 2-2,5 tone, potrivit pentru instalare pe aeronave ușoare sau vehicule aeriene fără pilot. În proiectarea unui astfel de motor, se propune utilizarea așa-numitului. dispozitive rezonatoare responsabile de cursul corect al arderii combustibilului. Un avantaj important al noului proiect este posibilitatea fundamentală de a instala astfel de dispozitive oriunde în cadrul avionului.
Specialistii OKB im. A.M. Lyulki lucrează de mai bine de trei decenii la motoare de aeronave cu ardere cu detonare în impuls, dar până acum proiectul nu a părăsit stadiul cercetării și nu are perspective reale. Motivul principal este lipsa unei comenzi și a finanțării necesare. Dacă proiectul primește sprijinul necesar, atunci în viitorul previzibil poate fi creat un eșantion de motor adecvat pentru utilizare pe diferite vehicule.
Până în prezent, oamenii de știință și designerii ruși au reușit să arate rezultate foarte remarcabile în domeniul motoarelor cu reacție folosind noi principii de funcționare. Există mai multe proiecte simultan potrivite pentru utilizare în câmpurile spațiale de rachete și hipersonice. În plus, motoare noi pot fi folosite în aviația „tradițională”. Unele proiecte sunt încă în stadii incipiente și nu sunt încă pregătite pentru inspecții și alte lucrări, în timp ce în alte domenii au fost deja obținute cele mai remarcabile rezultate.
Explorând subiectul motoarelor cu reacție cu ardere prin detonare, specialiștii ruși au reușit să creeze un model de banc al unei camere de ardere cu caracteristicile dorite. Prototipul Ifrit a fost deja testat, timp în care au fost colectate o cantitate mare de informații diverse. Cu ajutorul datelor primite, dezvoltarea direcției va continua.
Stăpânirea unei noi direcții și traducerea ideilor într-o formă aplicabilă practic va dura mult timp și, din acest motiv, în viitorul previzibil, rachetele spațiale și ale armatei în viitorul previzibil vor fi echipate doar cu motoare lichide tradiționale. Cu toate acestea, lucrarea a părăsit deja stadiul pur teoretic, iar acum fiecare test al unui motor experimental aduce mai aproape momentul construirii de rachete cu drepturi depline cu noi centrale electrice.
Conform site-urilor:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/
În timp ce toată umanitatea progresistă din țările NATO se pregătește să înceapă testarea unui motor de detonare (testele pot avea loc în 2019 (dar mai degrabă mult mai târziu)), Rusia înapoiată a anunțat finalizarea testării unui astfel de motor.
Au anunțat-o destul de calm și fără să sperie pe nimeni. Dar în Occident, așa cum era de așteptat, s-au speriat și a început un urlet isteric - vom rămâne în urmă pentru tot restul vieții noastre. Lucrările la un motor de detonare (DD) se desfășoară în SUA, Germania, Franța și China. În general, există motive să credem că Irakul și Coreea de Nord sunt interesate de rezolvarea problemei - aceasta este o dezvoltare foarte promițătoare, ceea ce înseamnă de fapt o nouă etapă în știința rachetelor. Și în general în construcția motoarelor.
Ideea unui motor de detonare a fost exprimată pentru prima dată în 1940 de către fizicianul sovietic Ya.B. Zeldovici. Și crearea unui astfel de motor promitea beneficii uriașe. Pentru un motor rachetă, de exemplu:
- Puterea este crescută de 10.000 de ori în comparație cu un motor de rachetă convențional. În acest caz, vorbim despre puterea primită pe unitatea de volum a motorului;
- de 10 ori mai puțin combustibil pe unitatea de putere;
- DD este pur și simplu semnificativ (de multe ori) mai ieftin decât un motor rachetă standard.
Un motor de rachetă cu combustibil lichid este un arzător atât de mare și foarte scump. Și scump, deoarece este nevoie de un număr mare de mecanisme mecanice, hidraulice, electronice și de altă natură pentru a menține arderea stabilă. O producție foarte complexă. Atât de complicat încât Statele Unite nu au putut să-și creeze propriul motor de rachetă cu propulsie lichidă de mulți ani și sunt forțate să cumpere RD-180 în Rusia.
Rusia va primi foarte curând un motor de rachetă ușoară, fiabil și ieftin. Cu toate consecințele care decurg:
o rachetă poate transporta de multe ori mai multă sarcină utilă - motorul în sine cântărește mult mai puțin, combustibilul este necesar de 10 ori mai puțin pentru intervalul de zbor declarat. Și pur și simplu puteți crește acest interval de 10 ori;
costul rachetei este redus cu un multiplu. Acesta este un răspuns bun pentru cei cărora le place să organizeze o cursă a înarmărilor cu Rusia.
Și există și spațiu adânc... Perspective pur și simplu fantastice pentru dezvoltarea sa se deschid.
Cu toate acestea, americanii au dreptate și acum nu mai este timp pentru spațiu - deja se pregătesc pachete de sancțiuni pentru ca un motor de detonare să nu se întâmple în Rusia. Ei vor interveni cu toată puterea lor - oamenii de știință noștri au făcut o cerere dureros de serioasă pentru conducere.
07 februarie 2018 Etichete: 2311Discuție: 3 comentarii
* Putere de 10.000 de ori mai mare în comparație cu un motor de rachetă convențional. În acest caz, vorbim despre puterea primită pe unitatea de volum a motorului;
de 10 ori mai puțin combustibil pe unitatea de putere;
—————
cumva nu se potrivește cu alte postări:
„În funcție de design, poate depăși LRE inițial în ceea ce privește eficiența de la 23-27% pentru un design tipic cu o duză de expansiune, cu până la 36-37% creștere a KVRD (motoare cu rachetă cu aer cu pană)
Ele sunt capabile să modifice presiunea jetului de gaz de ieșire în funcție de presiunea atmosferică și să economisească până la 8-12% din combustibil pe întreaga zonă de lansare a structurii (Principalele economii au loc la altitudini joase, unde ajunge la 25-30%). .»