Curierul Militar-Industrial are vești minunate în domeniul tehnologiei de rachete avansate. Detonaţie motor rachetă testat în Rusia, a declarat vineri premierul adjunct Dmitry Rogozin pe pagina sa de Facebook.
„Așa-numitele rachete de detonare dezvoltate în cadrul programului Advanced Research Fund au fost testate cu succes”, spune vicepremierul Interfax-AVN.
Se crede că un motor rachetă de detonare este una dintre modalitățile de implementare a conceptului așa-numitului hiperson motor, adică crearea de aeronave hipersonice capabile să atingă o viteză de Mach 4-6 (Mach este viteza sunetului ) datorită propriului motor.
Portalul russia-reborn.ru oferă un interviu cu unul dintre cei mai mari specialiști specializați în motoare din Rusia despre motoarele cu rachetă de detonare.
Interviu cu Pyotr Lyovochkin, proiectant-șef al NPO Energomash, numit după academicianul V.P. Glushko.
Sunt create motoare pentru rachetele hipersonice ale viitorului
Testele de succes ale așa-numitelor motoare cu rachete de detonare au fost efectuate cu rezultate foarte interesante. Lucrările de dezvoltare în această direcție vor continua.
Detonarea este o explozie. Îl poți face ușor de gestionat? Este posibil să se creeze arme hipersonice pe baza unor astfel de motoare? Ce motoare de rachetă vor lansa vehicule fără pilot și fără pilot în spațiul apropiat? Aceasta este conversația noastră cu directorul general adjunct - proiectantul șef al NPO Energomash, numit după academicianul V. P. Glushko, Pyotr Lyovochkin.
Petr Sergeevich, ce oportunități deschid noi motoare?
Pyotr Lyovochkin: Vorbind despre viitorul apropiat, astăzi lucrăm la motoare pentru rachete precum Angara A5V și Soyuz-5, precum și altele care se află în stadiul de pre-proiectare și sunt necunoscute publicului larg. În general, motoarele noastre sunt concepute pentru a ridica o rachetă de pe suprafața unui corp ceresc. Și poate fi orice - terestru, lunar, marțian. Deci, dacă programele lunare sau marțiene sunt implementate, cu siguranță vom lua parte la ele.
Care este eficiența motoarelor rachete moderne și există vreo modalitate de a le îmbunătăți?
Pyotr Lyovochkin: Dacă vorbim despre energia și parametrii termodinamici ai motoarelor, atunci putem spune că al nostru, precum și cele mai bune motoare cu rachete chimice străine din prezent, au atins un anumit nivel de perfecțiune. De exemplu, eficiența arderii combustibilului ajunge la 98,5%. Adică, aproape toată energia chimică a combustibilului din motor este convertită în energie termică a jetului de gaz care iese din duză.
Puteți îmbunătăți motoarele în direcții diferite. Aceasta este utilizarea unor componente de combustibil mai consumatoare de energie, introducerea de noi soluții de circuite, o creștere a presiunii în camera de ardere. O altă direcție este utilizarea de tehnologii noi, inclusiv aditive, pentru a reduce intensitatea forței de muncă și, ca urmare, a reduce costul unui motor rachetă. Toate acestea duc la scăderea costului afișatului încărcătură utilă.
Cu toate acestea, la o examinare mai atentă, devine clar că creșterea caracteristicilor energetice ale motoarelor în mod tradițional este ineficientă.
Utilizarea unei explozii controlate de combustibil poate oferi unei rachete de opt ori viteza sunetului
De ce?
Petr Lyovochkin: O creștere a 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 a pompelor. Drept urmare, complexitatea structurii și masa acesteia cresc, câștigul de energie se dovedește a fi atât de mare. Jocul nu va merita lumânarea.
Adică motoarele cu rachetă și-au epuizat resursa de dezvoltare?
Pyotr Lyovochkin: Nu chiar așa. Exprimat limbaj tehnic, pot fi îmbunătățite prin creșterea eficienței proceselor intra-motorii. Există cicluri de conversie termodinamică a energiei chimice în energia unui jet care iese, care sunt mult mai eficiente decât arderea clasică a combustibilului pentru rachete. Acesta este ciclul de combustie prin detonare și ciclul Humphrey aproape de acesta.
Efectul detonării combustibilului a fost descoperit de compatriotul nostru - mai târziu academicianul Yakov Borisovich Zeldovich în 1940. Implementarea acestui efect în practică a promis perspective foarte mari în rachetă. Nu este surprinzător faptul că nemții din aceiași ani au studiat activ procesul de detonare a arderii. Dar nu au progresat dincolo de experimentele nu chiar 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 rachetă lichidă.
Și care sunt avantajele arderii prin detonare în comparație cu arderea clasică?
Petr Lyovochkin: Procesul clasic de ardere este subsonic. Detonarea - supersonică. Viteza reacției într-un volum mic duce la o degajare imensă de căldură - este de câteva mii de ori mai mare decât în arderea subsonică, implementată în motoarele rachete clasice cu aceeași masă de combustibil ars. Și pentru noi, constructorii de motoare, asta înseamnă că cu dimensiuni semnificativ mai mici motor de detonareși cu o masă redusă de combustibil, puteți obține aceeași forță ca în imensele rachete moderne cu propulsie lichidă.
Nu este un secret faptul că motoarele cu combustie detonantă de combustibil sunt dezvoltate și în străinătate. Care sunt pozițiile noastre? Suntem inferiori, suntem la nivelul lor sau suntem în frunte?
Pyotr Lyovochkin: Nu recunoaștem - este sigur. Dar nici nu pot spune că suntem în frunte. Subiectul este suficient de închis. Unul dintre principalele secrete tehnologice este cum să vă asigurați că combustibilul și oxidantul motorului de rachetă nu ard, ci explodează, fără a distruge camera de ardere. Adică, de fapt, pentru a face o adevărată explozie controlată și controlată. De referință: detonarea este arderea combustibilului în fața unei unde de șoc supersonice. Distingeți între detonarea impulsului, când unda de șoc se deplasează de-a lungul axei camerei și una o înlocuiește pe cealaltă, precum și detonarea continuă (rotire), când undele de șoc din cameră se mișcă în cerc.
Din câte se știe, au fost efectuate studii experimentale de ardere prin detonare cu participarea specialiștilor dvs. Ce rezultate s-au obținut?
Pyotr Lyovochkin: S-a lucrat la crearea unei camere model pentru un motor de rachetă cu detonare de lichid. O cooperare largă de conducere centre științifice Rusia. Printre acestea se numără Institutul de Hidrodinamică. M.A. Lavrentieva, MAI, „Centrul Keldysh”, Institutul Central al Aviației Motors numit după P.I. Baranova, Facultatea de Mecanică și Matematică, Universitatea de Stat din Moscova. Am sugerat utilizarea kerosenului ca combustibil și a oxigenului gazos ca agent oxidant. În procesul studiilor teoretice și experimentale, a fost confirmată posibilitatea creării unui motor de rachetă de detonare bazat pe astfel de componente. Pe baza datelor obținute, am dezvoltat, fabricat și testat cu succes o cameră model de detonare cu o presiune 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. Prin urmare, desigur, au existat probleme. În primul rând, asociat cu furnizarea unei detonări stabile de oxigen cu kerosen și, în al doilea rând, cu asigurarea unei răciri fiabile a peretelui de incendiu al camerei fără răcirea perdelelor și o serie de alte probleme, a căror esență este clară doar specialiștilor.
Poate fi utilizat un motor de detonare în rachetele hipersonice?
Pyotr Lyovochkin: Este posibil și necesar. Doar pentru că arderea combustibilului în acesta este supersonică. Și în acele motoare pe care încearcă acum să creeze aeronave hipersonice controlate, arderea este subsonică. Și acest lucru creează o mulțime de probleme. La urma urmei, dacă arderea motorului este subsonic și motorul zboară, să zicem, cu o viteză de cinci pași (o cursă este egală cu viteza sunetului), este necesar să încetiniți fluxul de aer care se apropie de sunet modul. În consecință, toată energia acestei frânări este transformată în căldură, ceea ce duce la supraîncălzirea suplimentară a structurii.
Și într-un motor de detonare, procesul de ardere are loc la o viteză de cel puțin două ori și jumătate mai mare decât cea sonoră. 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 va folosi principiul combustiei prin detonare.
Petr Lyovochkin: Aceasta este o întrebare dificilă. Tocmai am deschis ușa către zona de ardere prin detonare. Există încă o mulțime de lucruri neexplorate în afara parantezelor cercetării noastre. Astăzi, împreună cu RSC Energia, încercăm să determinăm cum poate arăta în viitor motorul în ansamblu cu o cameră de detonare, aplicat etapelor superioare.
Cu ce motoare va zbura o persoană către planete îndepărtate?
Petr Lyovochkin: În opinia mea, vom zbura motoare rachete tradiționale mult timp pentru a le îmbunătăți. Deși cu siguranță se dezvoltă alte tipuri de motoare rachete, de exemplu, motoare rachete electrice (sunt mult mai eficiente decât motoarele rachete lichide - 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 masivelor interplanetare, darămite despre zborurile intergalactice. Totul aici este încă la nivel de fantezie: motoare cu fotoni, teleportare, levitație, unde gravitaționale. Deși, pe de altă parte, doar cu puțin peste o sută de ani în urmă, operele lui Jules Verne au fost percepute ca pură fantezie. Poate că o descoperire revoluționară în zona în care lucrăm nu va întârzia să apară. Inclusiv în domeniul creației practice de rachete folosind energia exploziei.
Dosarul „RG”:
„Asociația științifică și de producție Energomash” a fost înființată de Valentin Petrovich Glushko în 1929. Acum îi poartă numele. Dezvoltă și produce motoare cu rachete cu combustibil lichid pentru etapele I, în unele cazuri II ale vehiculelor de lansare. NPO a dezvoltat mai mult de 60 de motoare cu reacție cu combustibil lichid. Primul satelit a fost lansat pe motoarele Energomash, primul om a zburat în spațiu și primul vehicul autopropulsat Lunokhod-1 a fost lansat. Astăzi, peste nouăzeci la sută din vehiculele de lansare din Rusia decolează pe motoare dezvoltate și fabricate de NPO Energomash.
United Engine Corporation (UEC) intenționează să curând să înceapă crearea de noi avioane și motoare cu rachete, care vor utiliza tehnologii de detonare.
S-au creat deja demonstranți ai tehnologiilor de detonare subsonică și supersonică. La teste, au arătat cu 30-50% mai bine propulsie specificăși consumul de combustibil în comparație cu centralele electrice convenționale, a raportat RIA Novosti, citând datele corporației.
Biroul experimental de proiectare numit după V.I. Leagăn. Biroul a propus dezvoltarea unei familii de astfel de centrale care ar putea fi utilizate pe vehicule aeriene fără pilot, rachete de croazieră, avioane aerospațiale și rachete.
Motoarele de detonare sunt diferite:
- ardere amestec de combustibilînsoțit de trecerea unei unde de șoc de-a lungul acesteia, care se formează datorită propagării supersonice a frontului de combustie de-a lungul amestecului de combustibil;
- o gamă largă de viteze - de la subsonic la hipersonic, care pot ajuta la crearea rachetelor hipersonice, a căror proiectare a fost realizată activ în Rusia în ultimii ani.
În 2013, Biroul de proiectare experimentală a primit numele Cradle a testat un eșantion redus de prototip al unui motor de detonare cu rezonator pulsatoriu cu combustie în două etape a unui amestec de kerosen-aer. În timpul testelor, forța medie măsurată a centralei a fost de aproximativ o sută de kilograme, iar durata munca continua- mai mult de zece minute. În timpul experimentelor, noul motor a fost pornit și oprit în mod repetat, precum și controlul tracțiunii.
Potrivit biroului de proiectare, motoarele de detonare vor crește raportul împingere / greutate al aeronavelor de 1,5-2 ori. Lucrările la crearea motoarelor de detonație pulsatorie au fost efectuate în Rusia din 2011.
Pe lângă Rusia, mai multe companii din lume dezvoltă simultan motoare de detonare: compania franceză SNECMA și cea americană General Electricși Pratt & Whitney.
PRINCIPIILE DE BAZĂ A MOTORULUI
Dacă consumul specific de combustibil nu a crescut odată cu creșterea vitezei de zbor, atunci se aplică soluții moderne pentru a îmbunătăți aerodinamica externă, prin creșterea altitudinii de zbor, la viteze supersonice, ar fi posibil să se obțină aceleași caracteristici de gamă ca într-un plan principal subsonic. Dar aerodinamica internă a aeronavelor supersonice are un dezavantaj inevitabil - la viteze supersonice, consumul specific de combustibil al unei centrale tradiționale crește monoton pe măsură ce viteza crește la orice altitudine de zbor. Ieșirea este văzută în utilizarea motoarelor bazate pe alte principii decât ciclul termodinamic tradițional Brayton de ardere a combustibilului la presiune constantă. Acestea din urmă includ motoare cu jet pulsativ și detonare. Articolul discută avantajele utilizării combustiei prin detonare în motoarele cu rachete și turboreactoare.
Unul dintre cele mai bune termodinamic este motorul de detonare. Datorită faptului că arde combustibil în unde de șoc de aproximativ 100 de ori mai repede decât cu combustia lentă convențională (deflagrație), acest tip de motor are teoretic o putere record pe unitate de volum comparativ cu toate celelalte tipuri de motoare termice.
Întrebarea utilizării combustiei prin detonare în motoarele electrice și cu reacție a fost pusă pentru prima dată de Ya.B. Zeldovich în 1940. Conform estimărilor sale, motoarele ramjet care utilizează combustia prin detonare ar trebui să aibă cea mai mare eficiență termodinamică posibilă.
INSTRUCȚIUNI DE LUCRU PE MOTOARELE PULSE KNOCK
Direcția numărul 1 - Motor clasic de detonare prin impuls
Cameră de ardere tipică motor turboreactor constă din duze pentru amestecarea combustibilului cu un oxidant, un dispozitiv pentru aprinderea amestecului de combustibil și tubul de flacără propriu-zis, în care au loc reacții redox (combustie). Tubul de flacără se termină cu o duză. De regulă, aceasta este o duză Laval cu o parte convergentă, secțiunea critică minimă, în care viteza produselor de ardere este egală cu viteza locală a sunetului, partea în expansiune, în care presiunea statică a produselor de ardere scade la o presiune de mediu inconjurator, cat mai mult posibil. Aproximativ, se poate estima forța motorului ca zonă a gâtului duzei înmulțită cu diferența de presiune în camera de ardere și în mediu. Prin urmare, cu cât este mai mare presiunea în camera de ardere, cu atât este mai mare forța.
Puterea motorului de detonare a impulsurilor este determinată de alți factori - transferul impulsului de către unda de detonare pe peretele de tracțiune. În acest caz, duza nu este deloc necesară. Motoarele cu detonare de impulsuri au propria lor nișă - aeronave ieftine și de unică folosință. În această nișă, se dezvoltă cu succes în direcția creșterii ratei de repetare a pulsului.
Motoarele tradiționale de detonare a impulsurilor sunt tuburi lungi cu unde de șoc care circulă la frecvențe joase. Sistemul de compresie și unde de vid reglează automat alimentarea cu combustibil și oxidant. Datorită ratei reduse de repetare a undelor de șoc (unități de Hz), timpul în care combustibilul este ars este scurt în comparație cu timpul caracteristic al ciclului. Ca rezultat, în ciuda eficienței ridicate a combustiei detonante propriu-zise (cu 20-25% mai mare decât cea a motoarelor cu un ciclu Brighton), eficiența generală a acestor modele este scăzută.
Sarcina principală în acest domeniu este etapa actuală- dezvoltarea motoarelor cu o rată mare de repetare a undelor de șoc în camera de ardere sau crearea unui motor de detonare continuă (CDE).
Aspectul clasic al IDD este o cameră cilindrică de ardere care are un perete plan sau special profilat, numit „perete de tiraj”. Simplitatea dispozitivului IDD este avantajul său incontestabil. În ciuda varietății schemelor IDD propuse, toate acestea se caracterizează prin utilizarea tuburilor de detonare de lungime considerabilă ca dispozitive rezonante și utilizarea supapelor care asigură alimentarea periodică a fluidului de lucru.
Trebuie remarcat faptul că IDD, creat pe baza tuburilor de detonare tradiționale, în ciuda eficienței termodinamice ridicate într-o singură pulsație, are dezavantaje inerente caracteristice motoarelor clasice cu jet de aer care pulsează, și anume:
- frecvența scăzută (până la 10 Hz) a pulsațiilor, care determină un nivel relativ scăzut al eficienței medii a tracțiunii;
- sarcini termice și vibraționale ridicate.
Direcția nr. 2 - IDD cu mai multe țevi
Principala tendință în dezvoltarea IDD este trecerea la o schemă multi-pipe. În astfel de motoare, frecvența de funcționare a unei conducte individuale rămâne redusă, dar datorită alternanței impulsurilor în diferite conducte, dezvoltatorii speră să obțină caracteristici specifice acceptabile. O astfel de schemă pare să fie destul de funcționabilă dacă rezolvăm problema vibrațiilor și asimetriei de împingere, precum și problema presiunii de fund, în special a posibilelor vibrații de joasă frecvență în regiunea de jos dintre țevi.
Direcția nr. 3 - IDD cu un rezonator de înaltă frecvență
Modulul de tracțiune IDD al schemei propuse constă dintr-un reactor și un rezonator. Reactorul este utilizat pentru pregătire amestec combustibil-aer la detonarea arderii prin descompunerea moleculelor amestec combustibilîn componente chimic active.
Interacționând cu suprafața inferioară a rezonatorului ca și cu un obstacol, unda de detonare în procesul de coliziune îi transferă un impuls din forțele de presiune în exces.
IDD-urile cu rezonatoare de înaltă frecvență au dreptul de a avea succes. În special, pot aplica pentru modernizarea arzătoarelor postale și pentru rafinarea motoarelor simple cu turboreactoare, destinate din nou UAV-urilor ieftine. De exemplu, încercările MAI și CIAM de a moderniza motorul turboreactor MD-120 în acest mod prin înlocuirea camerei de ardere cu un reactor de activare a amestecului de combustibil și instalarea modulelor de tracțiune cu rezonatoare de înaltă frecvență în spatele turbinei. Deocamdată, nu a fost posibil să se creeze un design realizabil Când profilează rezonatori, autorii folosesc teoria liniară a undelor de compresie, adică calculele se efectuează în aproximarea acustică. Dinamica undelor de detonare și a undelor de compresie este descrisă de un aparat matematic complet diferit.
Utilizarea pachetelor numerice standard pentru calcularea rezonatoarelor de înaltă frecvență are o limitare fundamentală. Toate modelele moderne de turbulență se bazează pe media ecuațiilor Navier-Stokes (ecuații de bază ale dinamicii gazelor) în timp. În plus, se introduce presupunerea lui Boussinesq că tensorul tensiunii de frecare turbulentă este proporțional cu gradientul de viteză. Ambele ipoteze nu sunt îndeplinite în fluxurile turbulente cu unde de șoc dacă frecvențele caracteristice sunt comparabile cu frecvența de pulsație turbulentă. Din păcate, avem de-a face doar cu un astfel de caz, deci aici este necesar fie să construim un model mai mult nivel inalt, sau modelare numerică directă bazată pe ecuațiile Navier-Stokes complete fără a utiliza modele de turbulență (o sarcină inaccesibilă în etapa actuală).
Din diagramele de mai sus, se poate observa că schemele PDE studiate astăzi sunt motoare monomod cu un domeniu de control foarte limitat, astfel încât utilizarea lor directă ca singură centrală electrică a unei aeronave este impracticabilă. Motorul rachetei este o altă problemă.
La sfârșitul lunii ianuarie, au fost raportate noi progrese în știința și tehnologia rusă. Din surse oficiale s-a știut că unul dintre proiectele interne ale unui motor cu reacție promițător de tip detonare a trecut deja etapa de testare. Acest lucru apropie momentul finalizării complete a tuturor lucrărilor necesare, ca urmare a rachetelor spațiale sau militare Dezvoltarea rusească va putea obține noi centrale electrice cu performanță îmbunătățită... Mai mult, noile principii de funcționare a motorului își pot găsi aplicarea nu numai în domeniul rachetelor, ci și în alte domenii.
V ultimele zileÎn ianuarie, vicepremierul Dmitry Rogozin a declarat presei interne despre ultimele succese ale organizațiilor de cercetare. Printre alte subiecte, el a abordat procesul de creare a motoarelor cu reacție folosind noi principii de funcționare. Un motor promițător cu combustie prin detonare a fost deja testat. Potrivit vicepremierului, aplicarea noilor principii de funcționare a centralei permite o creștere semnificativă a performanței. În comparație cu structurile arhitecturii tradiționale, există o creștere a impulsului de aproximativ 30%.
Diagrama motorului cu rachetă de detonare
Motoare rachete moderne diferite clase iar tipurile utilizate în diverse domenii folosesc așa-numitul. ciclul izobaric sau arderea deflagrației. Camerele lor de ardere mențin o presiune constantă la care combustibilul arde încet. Un motor bazat pe principii de deflagrare nu are nevoie de unități deosebit de durabile, cu toate acestea, este limitat în performanțe maxime. Creșterea caracteristicilor de bază, pornind de la un anumit nivel, se dovedește a fi nerezonabil de dificilă.
O alternativă la un motor cu un ciclu izobaric în contextul îmbunătățirii performanței este un sistem cu așa-numitul. combustie prin detonare. În acest caz, reacția de oxidare a combustibilului are loc în spatele undei de șoc, cu de mare viteză deplasându-se prin camera de ardere. Aceasta prezintă cerinte speciale la proiectarea motorului, dar în același timp oferă 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 combustia cu presiune constantă prin puterea 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 crescută de 20-25 de ori.
Astfel, motorul de detonare, cu eficiența sa 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, progresele în acest domeniu au lăsat mult de dorit. Principiile unui motor cu jet de detonare au fost formulate în 1940 de către fizicianul sovietic Ya.B. Zeldovich, dar produsele finite de acest fel nu au ajuns încă la exploatare. Principalele motive pentru lipsa unui succes real sunt problemele legate de crearea unei structuri suficient de puternice, precum și dificultatea de a lansa și de a menține apoi o undă de șoc folosind combustibili existenți.
Unul dintre ultimele proiecte interne în domeniul motoarelor cu rachete de detonare a fost lansat în 2014 și este dezvoltat la NPO Energomash numit după Academician V.P. Glushko. Conform datelor disponibile, obiectivul proiectului cu codul „Ifrit” a fost acela de a studia principiile de bază ale noii tehnologii cu crearea ulterioară a unui motor de rachetă cu propulsie lichidă care utilizează kerosen și oxigen gazos. Noul motor, numit după demonii de foc din folclorul arab, s-a bazat pe principiul combustiei prin detonare de spin. Astfel, în conformitate cu ideea principală a proiectului, unda de șoc trebuie să se deplaseze 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, mai multe alte organizații de cercetare și proiectare au fost implicate în lucrare. Programul a primit sprijin de la Advanced Research Foundation. Prin eforturi comune, toți participanții la proiectul Ifrit au reușit să formeze un aspect optim pentru un 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, așa-numitul. model camera de detonare combustie în conformitate cu cerințele proiectului. Un astfel de motor experimentat cu o configurație redusă trebuia să folosească kerosen lichid drept combustibil. Hidrogenul gazos a fost propus ca agent oxidant. În august 2016, a început testarea unui prototip de cameră. Important, asta pentru prima dată în istorie, un astfel de proiect a fost adus pe scena testelor pe bancă... Anterior, au fost dezvoltate motoare rachete de detonare interne și străine, dar nu testate.
În timpul testelor eșantionului model, s-au obținut rezultate foarte interesante, care arată corectitudinea abordărilor utilizate. Deci, folosind materialele potriviteși tehnologiile s-au dovedit a aduce presiunea în interiorul camerei de ardere la 40 de atmosfere. Puterea produsului experimental a ajuns la 2 tone.
Model de cameră pe o bancă de testare
În cadrul proiectului „Ifrit”, s-au obținut anumite rezultate, dar motorul de detonare intern a fost pornit combustibil lichid este încă departe de aplicarea practică deplină. Înainte de introducerea unor astfel de echipamente în noi proiecte de tehnologie, proiectanții și oamenii de știință trebuie să decidă întreaga linie cele mai serioase sarcini. Abia atunci industria rachetei și spațiului sau industria de apărare vor putea începe să realizeze potențialul noii tehnologii în practică.
La mijlocul lunii ianuarie „ Ziar rusesc”A publicat un interviu cu proiectantul-șef al NPO Energomash, Petr Levochkin, al cărui subiect era starea actuală a lucrurilor și perspectivele motoarelor de detonare. Reprezentantul companiei dezvoltatoare a reamintit principalele prevederi ale proiectului și a atins și tema succeselor obținute. În plus, el a vorbit despre posibilele domenii de aplicare a „Ifrit” și structuri similare.
De exemplu, motoarele de detonare pot fi utilizate în aeronavele hipersonice... P. Lyovochkin a reamintit că motoarele propuse acum pentru utilizarea pe astfel de echipamente utilizează combustie subsonică. La viteza hipersonică a aparatului de zbor, aerul care intră în motor trebuie să fie decelerat până la modul sonor. Cu toate acestea, energia de frânare trebuie să conducă la sarcini termice suplimentare pe cadru. La motoarele cu detonare, rata 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 va putea accelera la viteze de opt ori mai mari decât viteza sunetului.
Cu toate acestea, perspectivele reale pentru motoarele rachete de tip detonare nu sunt încă foarte mari. Potrivit lui P. Lyovochkin, „tocmai am deschis ușa către zona de ardere prin detonare”. Oamenii de știință și proiectanții vor trebui să studieze multe aspecte și numai după aceea va fi posibil să se creeze structuri cu potențial practic. Din această cauză, industria spațială va trebui să utilizeze motoare cu propulsie lichidă tradiționale pentru o lungă perioadă de timp, ceea ce, totuși, nu neagă posibilitatea îmbunătățirii lor ulterioare.
Un fapt interesant este că principiul detonării arderea este utilizată nu numai în domeniul motoarelor cu rachete. Există deja un proiect intern pentru un sistem de aviație cu o cameră de combustie de tip detonare care funcționează pe un principiu de impuls. Un prototip de acest fel a fost adus la încercare și, în viitor, poate da startul unei noi direcții. Noile motoare cu combustie prin lovire pot găsi aplicații într-o gamă largă de domenii și înlocuiesc parțial motoarele cu turbină cu gaz sau turboreactoare de design tradițional.
Proiectul intern al unui motor de aeronave de detonare este în curs de dezvoltare la OKB im. A.M. Leagăn. Informațiile despre acest proiect au fost prezentate pentru prima dată la forul internațional militar-tehnic de anul trecut „Armata-2017”. La standul companiei-dezvoltator erau materiale pe diverse motoare, atât în serie, cât și în curs de dezvoltare. Printre acestea din urmă a fost un eșantion promițător de detonare.
Esența noii propuneri este de a utiliza o cameră de ardere nestandardă capabilă să detoneze pulsat combustia într-o atmosferă de aer. În acest caz, frecvența „exploziilor” în interiorul motorului trebuie să ajungă la 15-20 kHz. În viitor, este posibil să se mărească în continuare acest parametru, în urma căruia zgomotul motorului va depăși intervalul perceput de urechea umană. Astfel de caracteristici ale motorului pot fi de un anumit interes.
Prima lansare a produsului experimental „Ifrit”
Cu toate acestea, principalele avantaje ale noii centrale electrice sunt asociate cu performanțe îmbunătățite. Testele de bancă ale prototipurilor au arătat că sunt cu aproximativ 30% superioare celor tradiționale motoare cu turbină pe gaz prin indicatori specifici. Până la prima demonstrație publică de materiale pe motorul OKB im. A.M. Leagănele au putut obține caracteristici de performanță destul de ridicate. Un motor experimentat de un nou tip a reușit să funcționeze timp de 10 minute fără întrerupere. Durata totală de funcționare a acestui produs la stand în 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 instalarea pe avioane ușoare sau vehicule aeriene fără pilot. În proiectarea unui astfel de motor, se propune utilizarea așa-numitului. dispozitive rezonatoare responsabile de cursul corect al combustiei. Un avantaj important noul proiect este posibilitatea fundamentală de a instala astfel de dispozitive oriunde în cadru.
Experții din OKB ei. A.M. Leagănele lucrează motoare de aeronave cu combustie prin detonare pulsată de mai bine de trei decenii, dar până în prezent proiectul nu părăsește stadiul de cercetare și nu are perspective reale. Motivul principal- lipsa ordinii și finanțarea necesară. Dacă proiectul primește sprijinul necesar, atunci în viitorul previzibil poate fi creat un eșantion de motor, adecvat pentru utilizarea pe diverse echipamente.
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 adecvate pentru utilizare în spațiul rachetei și zonele hipersonice. În plus, noile motoare pot fi utilizate și în aviația „tradițională”. Unele proiecte sunt încă în faza incipientă și nu sunt încă pregătite pentru inspecții și alte lucrări, în timp ce în alte domenii au fost deja obținute cele mai remarcabile rezultate.
Investigând subiectul motoarelor cu jet de combustie cu detonare, specialiștii ruși au reușit să creeze un model de banc de model al unei camere de ardere cu caracteristicile dorite. Produsul experimental „Ifrit” a trecut deja teste, în timpul cărora a fost colectată o cantitate mare de diverse informații. Cu ajutorul datelor obținute, dezvoltarea direcției va continua.
Stăpânirea unei noi direcții și traducerea ideilor într-o formă practic aplicabilă vor necesita mult timp și din acest motiv, în viitorul previzibil, rachetele spațiale și armate în viitorul previzibil vor fi echipate doar cu sisteme tradiționale motoare lichide... Cu toate acestea, lucrarea a părăsit deja stadiul pur teoretic, iar acum fiecare lansare de test a unui motor experimental apropie momentul construirii de rachete cu drepturi depline cu noi centrale electrice.
Pe baza materialelor de pe site-uri:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/
Se ia în considerare problema dezvoltării motoarelor de detonare a impulsurilor. Sunt listate principalele centre de cercetare care efectuează cercetări pe motoare de nouă generație. Sunt luate în considerare principalele direcții și tendințe în dezvoltarea proiectării motoarelor de detonare. Sunt prezentate principalele tipuri de astfel de motoare: pulsate, pulsate multitube, pulsate cu un rezonator de înaltă frecvență. Este prezentată diferența în metoda de creare a tracțiunii în comparație cu un motor cu jet clasic echipat cu o duză Laval. Este descris conceptul de perete de tracțiune și modul de tracțiune. Se arată că motoarele cu detonație de impulsuri sunt îmbunătățite în direcția creșterii ratei de repetare a impulsurilor, iar această direcție își are dreptul la viață în domeniul vehiculelor aeriene fără pilot ușoare și ieftine, precum și în dezvoltarea diverselor amplificatoare de forță ale ejectorului . Sunt prezentate principalele dificultăți de natură fundamentală în modelarea unui flux turbulent de detonare folosind pachete de calcul bazate pe utilizarea modelelor de turbulență diferențială și media ecuațiilor Navier - Stokes în timp.
motor de detonare
motor de detonare a impulsurilor
1. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Istoria studiilor experimentale ale presiunii inferioare // Cercetare de baza... - 2011. - Nr. 12 (3). - S. 670-674.
2. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Fluctuații ale presiunii inferioare // Cercetări fundamentale. - 2012. - Nr. 3. - P. 204–207.
3. Bulat PV, Zasukhin ON, Prodan NV .. Caracteristici ale aplicării modelelor de turbulență în calcularea debitelor în conductele supersonice ale motoarelor promițătoare cu jet de aer // Motor. - 2012. - Nr. 1. - P. 20–23.
4. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Uskov V.N. Despre clasificarea regimurilor de flux într-un canal cu expansiune bruscă // Termofizică și Aeromecanică. - 2012. - Nr. 2. - P. 209–222.
5. Bulat P.V., Prodan N.V. Despre fluctuațiile debitului de joasă frecvență ale presiunii inferioare // Cercetări fundamentale. - 2013. - Nr. 4 (3). - S. 545-549.
6. Larionov S.Yu., Nechaev Yu.N., Mokhov A.A. Cercetare și analiză a „scufundărilor” reci ale modulului de tracțiune al unui motor de detonație pulsatorie de înaltă frecvență // Vestnik MAI. - T.14. - Nr. 4 - M.: Editura MAI-Print, 2007. - P. 36–42.
7. Tarasov A.I., Shchipakov V.A. Perspective pentru utilizarea tehnologiilor de detonare pulsatorie în motor turboreactor... SA NPO Saturn STC numit după A. Lyulki, Moscova, Rusia. Institutul de Aviație din Moscova (UTS). - Moscova, Rusia. ISSN 1727-7337. Inginerie și tehnologie aerospațială, 2011. - Nr. 9 (86).
Proiectele de combustie prin detonare din Statele Unite sunt incluse în programul avansat de dezvoltare a motorului IHPTET. Cooperarea include aproape toate centre de cercetare care lucrează în domeniul construcției de motoare. Numai NASA alocă până la 130 de milioane de dolari pe an în aceste scopuri. Acest lucru dovedește relevanța cercetării în această direcție.
Prezentare generală a muncii în domeniul motoarelor de detonare
Strategia de piață a producătorilor de top din lume vizează nu numai dezvoltarea de noi motoare de detonare reactivă, ci și modernizarea celor existente prin înlocuirea camerelor lor tradiționale de ardere cu una de detonare. În plus, pot deveni motoare de detonare element constitutiv plante combinate tipuri diferite, de exemplu, pentru a fi folosit ca un post-arzător al motorului cu turboreactoare, ca motoare cu ejectoare de ridicare în aeronavele VTOL (un exemplu în Fig. 1 este un proiect al unei aeronave de transport VTOL fabricate de Boeing).
În Statele Unite, motoarele de detonare sunt dezvoltate de numeroase centre de cercetare și universități: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanford, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Establishments, Suffield și Valcartier, Uniyersite de Poitiers, University of Texas at Arlington, Uniyersite de Poitiers, McGill University, Pennsylvania State University, Princeton University.
Seattle Aerosciences Center (SAC), achiziționat în 2001 de Pratt și Whitney de la Adroit Systems, ocupă o poziție de lider în dezvoltarea motoarelor de detonare. Cea mai mare parte a activității centrului este finanțată de Forțele Aeriene și NASA din bugetul Programului Tehnologic de Propulsie pentru Rachete Integrate cu Răsplată Mare (IHPRPTP), care vizează crearea de noi tehnologii pentru diferite tipuri de motoare cu reacție.
Orez. 1. Brevetul SUA 6.793.174 B2 al Boeing, 2004
În total, din 1992, specialiștii SAC au efectuat peste 500 de teste pe bancă de probe experimentale. Motoarele de detonare pulsatorie (PDE) care consumă oxigen atmosferic sunt puse în funcțiune de către SAC pentru marina SUA. Având în vedere complexitatea programului, specialiștii marinei au implicat aproape toate organizațiile implicate în motoarele de detonare în implementarea acestuia. cu exceptia de Prattși Whitney, Centrul de Cercetare United Technologies (UTRC) și Boeing Phantom Works sunt implicate.
În prezent, în țara noastră peste asta problemă urgentă Teoretic, funcționează următoarele universități și institute ale Academiei Ruse de Științe (RAS): Institutul de Fizică Chimică RAS (ICP), Institutul de Inginerie Mecanică RAS, Institutul temperaturi mari RAS (IVTAN), Institutul de Hidrodinamică Novosibirsk. Lavrentieva (IGiL), Institutul de Mecanică Teoretică și Aplicată numit după Khristianovich (ITMP), Institutul fizico-tehnic numit după Ioffe, Moscow State University (MSU), Moscow State Aviation Institute (MAI), Novosibirsk State University, Cheboksary State University, Saratov State University etc.
Domenii de lucru pe motoarele de detonare a impulsurilor
Direcția numărul 1 - Motor clasic de detonare prin impuls (PDE). Camera de ardere a unui motor tipic cu reacție constă din injectoare pentru amestecarea combustibilului cu un oxidant, un dispozitiv pentru aprinderea amestecului de combustibil și un tub de flacără în sine, în care au loc reacții redox (combustie). Tubul de flacără se termină cu o duză. De regulă, aceasta este o duză Laval cu o parte convergentă, o secțiune critică minimă în care viteza produselor de ardere este egală cu viteza locală a sunetului, o parte în expansiune în care presiunea statică a produselor de ardere este redusă la presiunea ambientală cât mai mult posibil. Este foarte aproximativ posibil să se estimeze forța motorului pe măsură ce zona gâtului duzei se înmulțește cu diferența de presiune din camera de ardere și din mediu. Prin urmare, cu cât este mai mare presiunea în camera de ardere, cu atât este mai mare forța.
Puterea motorului de detonare a impulsurilor este determinată de alți factori - transferul impulsului de către unda de detonare pe peretele de tracțiune. În acest caz, duza nu este deloc necesară. Motoarele cu detonare de impulsuri au propria lor nișă - aeronave ieftine și de unică folosință. În această nișă, se dezvoltă cu succes în direcția creșterii ratei de repetare a pulsului.
Aspectul clasic al IDD este o cameră cilindrică de ardere care are un perete plan sau special profilat, numit „perete de tiraj” (Fig. 2). Simplitatea dispozitivului IDD este avantajul său incontestabil. După cum arată analiza publicațiilor disponibile, în ciuda varietății schemelor IDD propuse, toate acestea se caracterizează prin utilizarea tuburilor de detonare de lungime considerabilă ca dispozitive de rezonanță și utilizarea supapelor care asigură o alimentare periodică a fluidului de lucru.
Trebuie remarcat faptul că IDD, creat pe baza tuburilor de detonare tradiționale, în ciuda eficienței termodinamice ridicate într-o singură pulsație, are dezavantaje inerente caracteristice motoarelor clasice cu jet de aer care pulsează, și anume:
Frecvența scăzută (până la 10 Hz) a pulsațiilor, care determină un nivel relativ scăzut al eficienței medii a tracțiunii;
Sarcini termice și vibraționale ridicate.
Orez. 2. Diagrama schematică a unui motor de detonare a impulsurilor (IDE)
Direcția nr. 2 - IDD cu mai multe țevi. Principala tendință în dezvoltarea IDD este trecerea la o schemă cu mai multe conducte (Fig. 3). În astfel de motoare, frecvența de funcționare a unei conducte individuale rămâne redusă, dar datorită alternanței impulsurilor în diferite conducte, dezvoltatorii speră să obțină caracteristici specifice acceptabile. O astfel de schemă pare să fie destul de funcționabilă dacă rezolvăm problema vibrațiilor și asimetriei de împingere, precum și problema presiunii de fund, în special a posibilelor vibrații de joasă frecvență în regiunea de jos dintre țevi.
Orez. 3. Motorul de detonare a impulsurilor (PDE) al schemei tradiționale cu un pachet de tuburi de detonare ca rezonatoare
Direcția nr. 3 - IDD cu un rezonator de înaltă frecvență. Există, de asemenea, o direcție alternativă - circuitul recent promovat pe scară largă, cu module de tracțiune (Fig. 4), care au un rezonator de înaltă frecvență special profilat. Lucrările în această direcție se desfășoară la Centrul Științific și Tehnic numit după A. Cradle și MAI. Schema se distinge prin absența oricărei supape mecaniceși dispozitive de aprindere intermitentă.
Modulul de tracțiune IDD al schemei propuse constă dintr-un reactor și un rezonator. Reactorul servește la pregătirea amestecului combustibil-aer pentru arderea detonării, descompunând moleculele amestecului combustibil în componente chimic active. O diagramă schematică a unui ciclu de funcționare a unui astfel de motor este prezentată clar în Fig. 5.
Interacționând cu suprafața inferioară a rezonatorului ca și cu un obstacol, unda de detonare în procesul de coliziune îi transferă un impuls din forțele de presiune în exces.
IDD-urile cu rezonatoare de înaltă frecvență au dreptul de a avea succes. În special, pot aplica pentru modernizarea arzătoarelor postale și pentru rafinarea motoarelor simple cu turboreactoare, destinate din nou UAV-urilor ieftine. Un exemplu îl constituie încercările MAI și CIAM de a moderniza motorul turbojet MD-120 în acest mod prin înlocuirea camerei de ardere cu un reactor de activare a amestecului de combustibil și instalarea modulelor de tracțiune cu rezonatoare de înaltă frecvență în spatele turbinei. Deocamdată, nu a fost posibil să se creeze un design realizabil Când profilează rezonatori, autorii folosesc teoria liniară a undelor de compresie, adică calculele se efectuează în aproximarea acustică. Dinamica undelor de detonare și a undelor de compresie este descrisă de un aparat matematic complet diferit. Utilizarea pachetelor numerice standard pentru calcularea rezonatoarelor de înaltă frecvență are o limitare fundamentală. Toate modelele moderne de turbulență se bazează pe media ecuațiilor Navier-Stokes (ecuații de bază ale dinamicii gazelor) în timp. În plus, se introduce presupunerea lui Boussinesq că tensorul tensiunii de frecare turbulentă este proporțional cu gradientul de viteză. Ambele ipoteze nu sunt îndeplinite în fluxurile turbulente cu unde de șoc dacă frecvențele caracteristice sunt comparabile cu frecvența de pulsație turbulentă. Din păcate, avem de-a face doar cu un astfel de caz, prin urmare, este necesar fie să construim un model de nivel superior, fie să modelăm numeric direct pe baza ecuațiilor complete Navier-Stokes fără a folosi modele de turbulență (o problemă care este imposibilă în prezent etapă).
Orez. 4. Schema IDD cu un rezonator de înaltă frecvență
Orez. 5. Diagrama IDD cu un rezonator de înaltă frecvență: SZS - jet supersonic; SW - undă de șoc; Ф este centrul rezonatorului; ДВ - val de detonare; ВР - val de rarefacție; OUV - undă de șoc reflectată
IDD-urile sunt îmbunătățite în direcția creșterii ratei de repetare a pulsului. Această direcție își are dreptul la viață în domeniul vehiculelor aeriene fără pilot ușoare și ieftine, precum și în dezvoltarea diverselor amplificatoare de tracțiune cu ejector.
Recenzori:Uskov V.N., doctor în științe tehnice, profesor la Departamentul de Hidroaeromecanică, Universitatea de Stat din Sankt Petersburg, Facultatea de Matematică și Mecanică, Sankt Petersburg;
Emelyanov VN, doctor în științe tehnice, profesor, șef al Departamentului de Plasmogazdinamică și Inginerie Termică, BSTU „VOENMEKH” numit după D.F. Ustinov, Sankt Petersburg.
Lucrarea a fost primită în 14/10/2013.
Referință bibliografică
Bulat P.V., Prodan N.V. PREZENTARE GENERALĂ A PROIECTELOR MOTORULUI DE BAZĂ. MOTOARE PULSE // Cercetări fundamentale. - 2013. - Nr. 10-8. - S. 1667-1671;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32641 (data accesului: 14.03.2019). Vă aducem în atenție revistele publicate de „Academia de Științe ale Naturii”
Curierul Militar-Industrial are vești minunate în domeniul tehnologiei de rachete avansate. Un motor de rachetă de detonare a fost testat în Rusia, a declarat vicepremierul Dmitry Rogozin vineri pe pagina sa de Facebook.
„Așa-numitele motoare cu rachetă de detonare, dezvoltate în cadrul programului Advanced Research Fund, au fost testate cu succes”, spune vicepremierul Interfax-AVN.
Se crede că un motor rachetă de detonare este una dintre modalitățile de implementare a conceptului așa-numitului hiperson motor, adică crearea de aeronave hipersonice capabile să atingă o viteză de Mach 4-6 (Mach este viteza sunetului ) datorită propriului motor.
Portalul russia-reborn.ru oferă un interviu cu unul dintre cei mai mari specialiști specializați în motoare din Rusia despre motoarele cu rachetă de detonare.
Interviu cu Pyotr Lyovochkin, proiectant-șef al NPO Energomash im. Academician V.P. Glushko ".
Sunt create motoare pentru rachetele hipersonice ale viitorului
Testele de succes ale așa-numitelor motoare cu rachete de detonare au fost efectuate cu rezultate foarte interesante. Lucrările de dezvoltare în această direcție vor continua.
Detonarea este o explozie. Îl poți face ușor de gestionat? Este posibil să se creeze arme hipersonice pe baza unor astfel de motoare? Ce motoare de rachetă vor lansa vehicule fără pilot și fără pilot în spațiul apropiat? Aceasta este conversația noastră cu directorul general adjunct - proiectant-șef al NPO Energomash im. Academician V.P. Glushko ”de Pyotr Lyovochkin.
Petr Sergeevich, ce oportunități deschid noi motoare?
Pyotr Lyovochkin: Dacă vorbim despre viitorul apropiat, astăzi lucrăm la motoare pentru rachete precum Angara A5V și Soyuz-5, precum și altele care se află în stadiul de pre-proiectare și sunt necunoscute publicului larg. În general, motoarele noastre sunt concepute pentru a ridica o rachetă de pe suprafața unui corp ceresc. Și poate fi orice - terestru, lunar, marțian. Deci, dacă programele lunare sau marțiene sunt implementate, cu siguranță vom lua parte la ele.
Care este eficiența motoarelor rachete moderne și există vreo modalitate de a le îmbunătăți?
Pyotr Lyovochkin: Dacă vorbim despre energia și parametrii termodinamici ai motoarelor, atunci putem spune că al nostru, precum și cele mai bune motoare cu rachete chimice străine din prezent, au atins un anumit nivel de perfecțiune. De exemplu, eficiența arderii combustibilului ajunge la 98,5%. Adică, aproape toată energia chimică a combustibilului din motor este convertită în energie termică a jetului de gaz care iese din duză.
Puteți îmbunătăți motoarele în direcții diferite. Aceasta este utilizarea unor componente de combustibil mai consumatoare de energie, introducerea de noi soluții de circuite, o creștere a presiunii în camera de ardere. O altă direcție este utilizarea de tehnologii noi, inclusiv aditive, pentru a reduce intensitatea forței de muncă și, ca urmare, a reduce costul unui motor rachetă. Toate acestea duc 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.
Utilizarea unei explozii controlate de combustibil poate oferi unei rachete de opt ori viteza sunetului
De ce?
Petr Lyovochkin: O creștere a 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 a pompelor. Drept urmare, complexitatea structurii și masa acesteia cresc, câștigul de energie se dovedește a fi atât de mare. Jocul nu va merita lumânarea.
Adică motoarele cu rachetă și-au epuizat resursa de dezvoltare?
Pyotr Lyovochkin: Nu chiar așa. În termeni tehnici, acestea pot fi îmbunătățite prin creșterea eficienței proceselor intramotrice. Există cicluri de conversie termodinamică a energiei chimice în energia unui jet care iese, care sunt mult mai eficiente decât arderea clasică a combustibilului pentru rachete. Acesta este ciclul de combustie prin detonare și ciclul Humphrey aproape de acesta.
Efectul detonării combustibilului a fost descoperit de compatriotul nostru - mai târziu academicianul Yakov Borisovich Zeldovich în 1940. Implementarea acestui efect în practică a promis perspective foarte mari în rachetă. Nu este surprinzător faptul că nemții din aceiași ani au studiat activ procesul de detonare a arderii. Dar nu au progresat dincolo de experimentele nu chiar 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 rachetă lichidă.
Și care sunt avantajele arderii prin detonare în comparație cu arderea clasică?
Petr Lyovochkin: Procesul clasic de ardere este subsonic. Detonarea - supersonică. Viteza reacției într-un volum mic duce la o degajare imensă de căldură - este de câteva mii de ori mai mare decât în arderea subsonică, implementată în motoarele rachete clasice cu aceeași masă de combustibil ars. Și pentru noi, ingineri de motoare, acest lucru înseamnă că, cu o dimensiune mult mai mică a unui motor de detonare și cu o masă redusă de combustibil, puteți obține aceeași forță ca și în imensele motoare rachete cu propulsie lichidă.
Nu este un secret faptul că motoarele cu combustie detonantă de combustibil sunt dezvoltate și în străinătate. Care sunt pozițiile noastre? Suntem inferiori, suntem la nivelul lor sau suntem în frunte?
Pyotr Lyovochkin: Nu recunoaștem - este sigur. Dar nici nu pot spune că suntem în frunte. Subiectul este suficient de închis. Unul dintre principalele secrete tehnologice este cum să vă asigurați că combustibilul și oxidantul motorului de rachetă nu ard, ci explodează, fără a distruge camera de ardere. Adică, de fapt, pentru a face o adevărată explozie controlată și controlată. De referință: detonarea este arderea combustibilului în fața unei unde de șoc supersonice. Distingeți între detonarea impulsului, când unda de șoc se deplasează de-a lungul axei camerei și una o înlocuiește pe cealaltă, precum și detonarea continuă (rotire), când undele de șoc din cameră se mișcă în cerc.
Din câte se știe, au fost efectuate studii experimentale de ardere prin detonare cu participarea specialiștilor dvs. Ce rezultate s-au obținut?
Pyotr Lyovochkin: S-a lucrat la crearea unei camere model pentru un motor de rachetă cu detonare de lichid. O cooperare extinsă dintre principalele centre științifice din Rusia a lucrat la proiect sub patronajul Fundației pentru Studii Avansate. Printre acestea se numără Institutul de Hidrodinamică. M.A. Lavrentieva, MAI, „Centrul Keldysh”, Institutul Central al Aviației Motors numit după P.I. Baranova, Facultatea de Mecanică și Matematică, Universitatea de Stat din Moscova. Am sugerat utilizarea kerosenului ca combustibil și a oxigenului gazos ca agent oxidant. În procesul studiilor teoretice și experimentale, a fost confirmată posibilitatea creării unui motor de rachetă de detonare bazat pe astfel de componente. Pe baza datelor obținute, am dezvoltat, fabricat și testat cu succes o cameră model de detonare cu o presiune 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. Prin urmare, desigur, au existat probleme. În primul rând, asociat cu furnizarea unei detonări stabile de oxigen cu kerosen și, în al doilea rând, cu asigurarea unei răciri fiabile a peretelui de incendiu al camerei fără răcirea perdelelor și o serie de alte probleme, a căror esență este clară doar specialiștilor.