Motori i shpërthimit është më i lehtë dhe më i lirë në prodhim, një rend i madhësisë më i fuqishëm dhe më ekonomik se një motor konvencional i avionit, krahasuar me të ka një efikasitet më të lartë.
Përshkrim:
Motori i shpërthimit (puls, motori pulsues) zëvendësohet nga një motor konvencional i avionit. Për të kuptuar thelbin e motorit të shpërthimit, është e nevojshme të çmontoni motorin e zakonshëm të avionit.
Motori i zakonshëm i avionit është rregulluar si më poshtë.
Në dhomën e djegies, agjenti i karburantit dhe oksidimit ndodh, oksigjeni nga ajri kryen. Në këtë rast, presioni në dhomën e djegies është konstante. Procesi i djegies rrit ndjeshëm temperaturën, krijon një front të vazhdueshëm të zjarrtë dhe një tërheqje të vazhdueshme reaktive që skadon nga hunda. Pjesa e përparme e flakës së zakonshme shpërndahet në një mjedis të gazit me një shpejtësi prej 60-100 m / s. Për shkak të kësaj dhe lëviz avion . Megjithatë, motorët e avionëve modernë kanë arritur një kufi të caktuar të efikasitetit, fuqisë dhe karakteristikave të tjera, rritja e të cilave është pothuajse e pamundur ose jashtëzakonisht e vështirë.
Në shpërthimin (puls ose pulsating) djegie të motorit ndodh me shpërthim. Detonimi është një proces i djegies, por që ndodh qindra herë më shpejt se me djegien e zakonshme të karburantit. Me djegie të shpërthimit, formohet një valë e goditjes së shpërthimit, duke mbajtur shpejtësi supersonike. Është rreth 2500 m / s. Presioni si rezultat i djegies së shpërthimit rritet me shpejtësi, dhe vëllimi i dhomës së djegies mbetet i pandryshuar. Produktet e djegies janë tërhequr me një shpejtësi të madhe përmes hundës. Shpeshtësia e pulsacioneve të valës së shpërthimit arrin disa mijëra për sekondë. Në valën e shpërthimit nuk ka stabilizim të frontit të flakës, përzierja e karburantit përditësohet në çdo gurgullimë dhe vala fillon përsëri.
Presioni në motorin e shpërthimit është krijuar për shkak të vetë shpërthimit, i cili eliminon furnizimin e përzierjes së karburantit dhe oksidantin në presion të lartë. Në një motor konvencional të avionit për të krijuar një presion prej 200 ATM, është e nevojshme të furnizohen përzierjen e karburantit nën një presion prej 500 ATM. Ndërsa në motorin e shpërthimit - presioni i përzierjes së karburantit është 10 ATM.
Dhoma e djegies së motorit të shpërthimit strukturor ka një formë unazore me hundë të vendosur nga rrezja e saj për furnizimin me karburant. Vala e shpërthimit shkon rreth perimetrit përsëri dhe përsëri, përzierja e karburantit është e ngjeshur dhe djeg, duke shtyrë produktet e djegies përmes hundës.
Përfitimet:
- Motori i shpërthimit është më i thjeshtë në prodhim. Nuk ka nevojë të përdorësh njësitë turbocharging,
– Urdhri është më i fuqishëm dhe më ekonomik sesa motori i zakonshëm reaktiv,
- ka një efikasitet më të lartë,
– më e lirë në prodhim,
- Nuk ka nevojë të krijohet një furnizim me presion të lartë të përzierjes së karburantit dhe agjentit oksidues, presioni i lartë është krijuar për shkak të vetë shpërthimit,
– Motori i shpërthimit është superior ndaj një motori konvencional të avionit 10 herë me pushtet të hequr nga njësia e volumit, e cila çon në një rënie në hartimin e motorit të shpërthimit,
- Detonimi i djegies 100 herë më shpejt se djegia e zakonshme e karburantit.
Shënim: © Foto https://www.pexels.com, https://pixabay.com
Ekologjia e konsumit. E drejta dhe teknikë: Në fund të gushtit 2016, agjencitë botërore të informacionit kanë pasur lajme: në një nga qëndrimet e OJQ-së "Energomash" në botë, motori i parë i raketës së plotë në botë (EDD) duke përdorur shpërthim djegia e karburantit të fituar.
Në fund të gushtit të vitit 2016, agjencitë botërore të lajmeve kishin lajme: në një nga qëndrimet e OJQ-së Energomash në botë në botë, motori i parë i raketa me madhësi të plotë në botë (EDD) duke përdorur djegien e lëndës djegëse të karburantit. Për këtë ngjarje, shkenca dhe teknologjia e brendshme shkuan në 70 vjet.
Ideja e motorit të shpërthimit u propozua nga fizikanti sovjetik Ya. B. Zeldovich në artikullin "Për përdorimin e energjisë së djegies së shpërthimit", botuar në "Gazetën e fizikës teknike" në vitin 1940. Që atëherë, në të gjithë botën është studiuar dhe eksperimente për zbatimin praktik të teknologjisë premtuese. Në këtë garë të mendjes, Gjermania u thye përpara, pastaj SHBA, pastaj BRSS. Dhe këtu është një prioritet i rëndësishëm në historinë globale të teknologjisë, Rusia ka konsoliduar. Në vitet e fundit, diçka e tillë e vendit tonë nuk menaxhohet shpesh.
Në kreshtën e një valë
Cilat janë avantazhet e motorit të shpërthimit? Në EDR-të tradicionale, siç, megjithatë, në motorët konvencionalë të pistoni ose turbojet, një energji që lëshohet gjatë djegies së karburantit është përdorur. Në dhomën e djegies së Edd, është formuar fronti i palëvizshëm i flakës, djegia në të cilën ndodh në presion të vazhdueshëm. Ky proces konvencional i djegies quhet deflagrim. Si rezultat i ndërveprimit të eksituar dhe oksidues, temperatura e përzierjes së gazit rritet ndjeshëm dhe një kolonë e zjarrtë e produkteve të djegies është thyer nga hundë, të cilat formojnë një tërheqje reaktive.
Detonimi po digjet gjithashtu, por ndodh 100 herë më shpejt se me djegien e zakonshme të karburantit. Ky proces shkon kaq shpejt se shpërthimi shpesh është i hutuar me një shpërthim, veçanërisht pasi që kaq shumë energji dallon që, për shembull, një motor makinë kur ky fenomen ndodh në cilindrat e saj dhe me të vërtetë mund të shembet. Megjithatë, shpërthimi nuk është një shpërthim, por lloji i djegies është kaq i shpejtë saqë produktet e reagimit as nuk kanë kohë për të zgjeruar, prandaj ky proces, në dallim nga deflagration, është nën volum të vazhdueshëm dhe presion në rritje të ndjeshme.
Në praktikë, duket kështu: në vend të frontit të palëvizshëm të flakës në përzierjen e karburantit brenda dhomës së djegies, formohet një valë detonimi, e cila lëviz me shpejtësi supersonike. Në këtë valë compression dhe shpërthimi i një përzierje të djegshme dhe të oksiduar ndodh, dhe ky proces nga një pikëpamje termodinamike është shumë më efikase se djegia e zakonshme e karburantit. Efikasiteti i djegies së shpërthimit është 25-30% më shumë, domethënë, kur djegia e njëjtë e karburantit, është marrë më shumë tërheqje, dhe në sajë të kompaktësisë së zonës së djegies, motori i shpërthimit për pushtetin e larguar nga njësia e volumit, Teorikisht, një rend i madhësisë tejkalon EDD të zakonshëm.
Tashmë një gjë ishte e mjaftueshme për të tërhequr vëmendjen më të afërt të specialistëve për këtë ide. Në fund të fundit, se stanjacioni, i cili tani ka dalë në zhvillimin e kozmonautikës botërore, në gjysmë shekulli, të mbërthyer në orbitën e tokës pranë tokës, është kryesisht i lidhur me krizën e ndërtesës së motorit të raketave. Në krizë, nga rruga, aviacioni nuk është në gjendje të hapë pragun e tre shpejtësive të zërit. Kjo krizë mund të krahasohet me situatën në avionë pistoni në fund të viteve 1930. Vidhosja dhe motori me djegie të brendshme rraskapiti potencialin e tyre dhe vetëm pamja e motorëve të avionit bëri të mundur arritjen e një niveli cilësor të ri të lartësive, shpejtësive dhe gamës së fluturimeve.
Hartat e LDD-së klasike gjatë dekadave të fundit u thyen në përsosmëri dhe praktikisht iu afruan kufirin e aftësive të tyre. Rritja e karakteristikave specifike të tyre në të ardhmen është e mundur vetëm në kufizime shumë të vogla - me interes. Prandaj, Cosmonautics World janë të detyruar të ndjekin një rrugë të gjerë të zhvillimit: për fluturimet e drejtuar në hënë, raketa gjigante zgarë duhet të ndërtohen, dhe kjo është shumë e vështirë dhe e shtrenjtë, në çdo rast për Rusinë. Një përpjekje për të kapërcyer krizën me motorët bërthamorë erdhi në të gjithë problemet mjedisore. Shfaqja e zhvendosjeve të shpërthimit, ndoshta, dhe është shumë herët për t'u krahasuar me kalimin e aviacionit në tërheqjen reaktive, por ato janë plotësisht të afta për të përshpejtuar. Sidomos pasi që ky lloj i motorëve jet ka një avantazh shumë të rëndësishëm.
Grees në miniaturë
EDD e zakonshme është, në parim, një ndezës i madh. Për të rritur goditjen e saj dhe karakteristikat specifike, është e nevojshme për të ngritur presion në dhomën e djegies. Në këtë rast, karburantit, i cili është injektuar në dhomën përmes nozzles, duhet të furnizohet me presion më të madh, i cili realizohet gjatë procesit të djegies, përndryshe rrjedha e karburantit thjesht nuk është në gjendje të depërtojë në dhomën. Prandaj, njësia më e vështirë dhe më e shtrenjtë në EDD nuk është në të gjitha kamera me një hundë, e cila është në sy, dhe njësia e pompimit të karburantit (TNA), e fshehur në thellësitë e raketës në mesin e hektarit të tubacioneve.
Për shembull, në RD-170 më të fuqishme në botë, të krijuar për fazën e parë të superheavit sovjetik të raketës së energjisë, të njëjtën OJQ "energji", presioni në dhomën e djegies është 250 atmosfera. Kjo është shumë. Por presioni në prizën e pompës së oksigjenit që swings agjent oksidues në dhomën e djegies arrin vlerën e 600 ATM. Për të përzënë këtë pompë, përdoret një turbinë 189 MW! Vetëm imagjinoni këtë: një rrotë turbinë me një diametër prej 0.4 m zhvillon fuqinë, katër herë më të madhe se një akullore atomike "Arktik" me dy reaktorë bërthamorë! Në të njëjtën kohë, TNA është një pajisje mekanike komplekse, boshti i të cilit bën 230 revolucione për sekondë, dhe është e nevojshme të punohet në një mjedis të lëngshëm të oksigjenit, ku më i vogli nuk është një shkëndijë madje, dhe rërë në tubacion çon në një shpërthim. Teknologjitë për krijimin e një TNA të tillë dhe është njohuria kryesore "Energoman", posedimi i të cilit i lejon kompanisë ruse sot dhe sot për të shitur motorët e tyre për të instaluar në raketa mediatike amerikane në Atlas V dhe Antares. Nuk ka alternativa për motorët rusë në SHBA.
Për motorin e shpërthimit, vështirësi të tilla nuk janë të nevojshme, pasi presioni për djegie më efikase siguron vetë detonimin, i cili është një valë compression që funksionon në përzierjen e karburantit. Gjatë shpërthimit, presioni rritet 18-20 herë pa ndonjë TNA.
Për të hyrë në dhomën e djegies së kushteve të motorit të shpërthimit ekuivalent, për shembull, kushtet në dhomën e djegies së "anijes" amerikane (200 ATM), mjafton të furnizojë karburant nën presion ... 10 ATM. Njësia e nevojshme për këtë, krahasuar me TNA e EDR-së klasike, është si një pompë biçikletë pranë Sayano-Shushenskaya Gres.
Kjo është, motori i shpërthimit do të jetë jo vetëm më i fuqishëm dhe më ekonomik se EDD i zakonshëm, por edhe një rend i madhësisë më të lehtë dhe më të lirë. Pra, pse është kjo thjeshtësi për 70 vjet që nuk është dhënë në duart e projektuesve?
Problemi kryesor që u ngrit para inxhinierëve është se si të përballen me valën e shpërthimit. Çështja nuk është vetëm për ta bërë motorin më të fortë në mënyrë që të rezistojë ngarkesa të rritura. Detonimi nuk është vetëm një valë shpërthyese, por diçka në kalimin. Vala shpërthyese propagandon me shpejtësinë e zërit, dhe shpërthimi me shpejtësi supersonike është deri në 2500 m / s. Kjo nuk formon një front të qëndrueshëm të flakës, kështu që operacioni i një motori të tillë është pulsues në natyrë: pas çdo shpërthimi, është e nevojshme për të përditësuar përzierjen e karburantit, pas së cilës është e nevojshme të filloni një valë të re në të.
Përpjekjet për të krijuar një motor pulsating jet bërë shumë kohë para se ideja me shpërthim. Ishte në përdorimin e motorëve të pulsuar të avionit që u përpoqën të gjenin një alternativë për motorët pistoni në vitet 1930. Ajo u tërhoq përsëri thjeshtësi: ndryshe nga turbina e aviacionit për motorin ajror pulsues (PUDR), as që rrotullohet me një shpejtësi prej 40,000 revolucionesh për minutë kompresor për injektimin e ajrit në mitrën e pangopur të dhomës së djegies, as që vepron në një gaz Temperatura mbi turbinë 1000 ° C. Në paudh, presioni në dhomën e djegies krijoi pulsations në djegie të karburantit.
Patentat e para në motorin e pulsuar të ajrit u morën në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri në 1865 nga Charlem de lumyury (Francë) dhe në 1867 nga Nikolai Afanasyevich Tempeskov (Rusi). Dizajni i parë i praktikueshëm i Puvds patentuar në vitin 1906 inxhinier rus V.V. Kararandin, një vit më vonë ndërtoi një instalim model. Instalimi i Cararandina për shkak të një numri të mangësive nuk ka gjetur aplikime në praktikë. PUVD i parë i cili ka punuar në një avion të vërtetë ishte Argus gjerman si 014, bazuar në patentën e vitit 1931 të shpikësit të Mynihut Paul Schmidt. Argus u krijua për "armë të ndëshkimit" - bombë me krahë "FOW-1". Një zhvillim i ngjashëm u krijua në vitin 1942 nga projektuesi sovjetik Vladimir njeri për raketën e parë sovjetike me krahë 10x.
Natyrisht, këta motorë ende nuk kanë qenë shpërthime, pasi ata përdorën ripples e djegies së zakonshme. Frekuenca e këtyre ripples ishte e vogël, e cila shkaktoi një tingull karakteristik të makinës kur punonte. Karakteristikat specifike të pamjes për shkak të funksionimit të përhershëm të punës mesatarisht ishin të ulëta dhe pas konstruktorëve deri në fund të viteve 1940 të përballuara me vështirësitë e krijimit të kompresorëve, pompave dhe turbinave, motorëve turbushë dhe LRE u bënë mbretërit e qiellit dhe Pavda mbeti në periferi të përparimit teknik.
Është kureshtare që dizajnerët e parë gjermanë dhe sovjetikë të Pavdi krijuan në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri. Nga rruga, ideja e motorit të shpërthimit në vitin 1940 erdhi në mendje jo vetëm Zeldovich. Në të njëjtën kohë, të njëjtat mendime shprehën von Neuman (SHBA) dhe Werner Dering (Gjermani), kështu që në shkencën ndërkombëtare, modeli i përdorimit të djegies së shpërthimit u quajt ZND.
Ideja e bashkimit të Pavdës me djegie të shpërthimit ishte shumë joshëse. Por pjesa e përparme e flakës së zakonshme është përhapur me një shpejtësi prej 60-100 m / s dhe frekuenca e ripples e saj në Pavdards nuk kalon 250 për sekondë. Dhe përpara shpërthen në një shpejtësi prej 1500-2500 m / s, kështu që frekuenca e ripples duhet të jetë mijëra për sekondë. Ishte e vështirë të zbatohej një shpejtësi e tillë e rinovimit të përzierjes dhe fillimit të shpërthimit në praktikë.
Sidoqoftë, përpjekjet për të krijuar motorë të shpërthimit të punueshme vazhdoi. Puna e ekspertëve të Forcave Ajrore të SHBA në këtë drejtim u kurorëzua me krijimin e një motori demonstrues, i cili më 31 janar 2008, për herë të parë u ngjit në qiell në avionë eksperimentale të gjatë. Në fluturimin historik, motori ka punuar ... 10 sekonda në një lartësi prej 30 metrash. Megjithatë, prioritet në këtë rast mbeti prapa Shteteve të Bashkuara, dhe avioni me të drejtë mori një vend në Muzeun Kombëtar të Forcës Ajrore të Shteteve të Bashkuara.
Ndërkohë, një tjetër ka qenë prej kohësh shpikur, një skemë shumë më premtuese
Si ketri në timon
Ideja për të shtyrë valën e shpërthimit dhe për ta drejtuar atë në dhomën e djegies si një ketër në timon ka lindur nga shkencëtarët në fillim të viteve 1960. Fenomeni i shpërthimit të spin (rrotullimit) u parashikua teorikisht nga fizikanti sovjetik nga Novosibirsk B. V. Wojtskehovsky në vitin 1960. Pothuajse në të njëjtën kohë me të, në vitin 1961, e njëjta ide u shpreh nga American J. Nikalls nga Universiteti Michigan.
Rotari, ose spin, motori i shpërthimit është strukturalisht një dhomë me djegie të unazave, karburantit në të cilin furnizohet me injektues të vendosur në mënyrë radiale. Vala e shpërthimit brenda dhomës nuk po lëviz në drejtimin aksial, si në PUVD, dhe në një rreth, duke shtypur dhe djegur përzierjen e karburantit para tyre dhe në fund, duke shtyrë produktet e djegies nga hunda në të njëjtën mënyrë Ndërsa vija e magazinimit shtyn nga jashtë. Në vend të frekuencës së ripples, ne marrim frekuencën e rrotullimit të valës së shpërthimit, të cilat mund të arrijnë disa mijëra për sekondë, domethënë pothuajse motori nuk punon si një pulsues, por si LDD i zakonshëm me djegie të zakonshme, por shumë më efikase , sepse në fakt është shpërthimi i përzierjes së karburantit.
Në SHBA, si në SHBA, puna në motorin e shpërthimit të rrotullimit ishte duke ecur që nga fillimi i viteve 1960, por përsëri, me thjeshtësinë e dukshme të idesë, zbatimi i saj kërkoi zgjidhje për çështje teorike të çuditshme. Si ta organizoni procesin në mënyrë që vala të mos zbehet? Ishte e nevojshme të kuptoheshin proceset më të komplikuara fizika që ndodhin në mjedisin e gazit. Kjo llogaritje nuk ishte tashmë në molekulare, por në nivelin atomik, në kryqëzimin e kimisë dhe fizikës kuantike. Këto procese janë më komplekse se ato që ndodhin kur gjenerohet rreze lazer. Kjo është arsyeja pse lazeri ka punuar prej kohësh, dhe motori i shpërthimit nuk është. Për të kuptuar këto procese është e nevojshme për të krijuar një shkencë të re themelore - kinetikë fiziko-kimike, e cila 50 vjet më parë nuk ka ekzistuar ende. Dhe për llogaritjen praktike të kushteve nën të cilat vala e shpërthimit nuk do të zbehet, por do të bëhet vetë-mbështetëse, kompjuterat e fuqishëm janë kërkuar, të cilat u shfaq vetëm në vitet e fundit. Ky themel ishte i domosdoshëm për të vënë në bazë të suksesit praktik në zbutjen e shpërthimit.
Punimet aktive në këtë drejtim zhvillohen në Shtetet e Bashkuara. Pratt & Whitney, General Electric, NASA janë të angazhuar në këto studime. Për shembull, në Laboratorin e Kërkimeve të Marinës së SHBA, janë zhvilluar bimë të turbinës së gazit të spinit për flotën. Marina e SHBA përdor 430 mjedise turbine me gaz për 129 anije, në një vit ata konsumojnë karburante për tre miliardë dollarë. Futja e motorëve më të shquar të gazit të shpërthimit ekonomik (GTD) do të lejojë ruajtjen e agjentëve gjigante.
Në Rusi, dhjetra Instituti i Kërkimeve dhe KB punojnë në motorët e shpërthimit. Midis tyre, OJQ-të Energomash është kompania kryesore inxhinierike e industrisë së hapësirës ruse, me shumë ndërmarrje të cilat BTB Bank po bashkëpunon. Zhvillimi i një EDD detonimi u krye më shumë se një vit, por në mënyrë që kulmi i ajsbergut të kësaj pune, nën diell në formën e një prove të suksesshme, pjesëmarrjen organizative dhe financiare të fondit më të turpëruar të premtimit Kërkohet kërkime (FPI). Ishte FPI që ndau fondet e nevojshme për të krijuar në vitin 2014 laboratorin e specializuar "Mendja e kthimit". Në fund të fundit, pavarësisht 70 viteve të hulumtimit, kjo teknologji është ende në Rusi "shumë premtuese" në mënyrë që të financohet nga konsumatorët si Ministria e Mbrojtjes, e cila është e nevojshme, si rregull, një rezultat praktik i garantuar. Dhe para tij është ende shumë larg.
Taming e Shrew
Unë do të doja të besoja se pas të gjitha sa më sipër, puna Titanike bëhet e qartë në mes të linjave të një raporti të shkurtër mbi testet që kanë kaluar në "Energomash" në Khimki në korrik - gusht 2016: "Për herë të parë në botë, Regjimi i vendosur i shpërthimit të vazhdueshëm të spinit të shpërthimit tërthor u regjistrua me një frekuencë prej rreth 20 kHz (frekuenca e valës - 8 mijë revolucione për sekondë) në çiftin e karburantit "oksigjen - vajguri". Ishte e mundur të merrnim disa valë të shpërthimit, balancimin e dridhjeve dhe ngarkesave shokuese të njëri-tjetrit. Projektuar posaçërisht në qendër të emëruar pas M. V. Keldysh Veshje termike ndihmuan për të përballuar ngarkesat e temperaturës së lartë. Motori ka qëndruar në disa fillesa nën dridhje ekstremale dhe temperatura ultra të larta në mungesë të ftohjes së shtresës së mbyllur. Krijimi i modeleve matematikore dhe injektuesve të karburantit luajti një rol të veçantë në këtë sukses, i cili lejoi të merrte një përzierje të nevojshme për shfaqjen e shpërthimit të qëndrueshmërisë ".
Natyrisht, nuk duhet të ekzagjeroni vlerën e suksesit të arritur. Vetëm një motor demonstrues u krijua, i cili ka punuar për një kohë të gjatë, dhe asgjë nuk është raportuar për karakteristikat e tij reale. Sipas OJQ-së "Energomash", Detonimi EDR do të lejojë futjen me 10% kur djegin të njëjtën sasi të karburantit si në motorin e zakonshëm dhe pulsin e veçantë të shtytjes duhet të rritet me 10-15%.
Por rezultati kryesor është se pothuajse konfirmoi mundësinë e organizimit të djegies së shpërthimit në EDD. Megjithatë, rruga për përdorimin e kësaj teknologjie si pjesë e avionëve të vërtetë është ende e gjatë. Një tjetër aspekt i rëndësishëm është se një prioritet tjetër global në fushën e teknologjive të larta tani është fiksuar për vendin tonë: për herë të parë në botë, një zhvendosje e plotë e shpërthimit ka punuar në Rusi dhe ky fakt do të mbetet në historinë e shkencës dhe teknologji. Botuar
Motori i shpërthimit shpesh konsiderohet si një alternativë ndaj motorit standard të djegies së brendshme ose raketave. Ai dëmton një numër të madh të miteve dhe legjendave. Këto legjenda lindin dhe jetojnë vetëm nga fakti se njerëzit i përhapin ose harruan rrjedhën e shkollës fizike, ose në përgjithësi, eci plotësisht!
Kostoja e fuqisë specifike ose shtytje
Keqkuptimi i parë.
Nga rritja e normës së djegies së karburantit deri në 100 herë, do të jetë e mundur të hiqet specifika (për njësinë e volumit të punës) fuqinë e motorit të djegies së brendshme. Për të punuar në mënyrat e shpërthimit të motorëve me raketa, futja për njësi të masës do të rritet 100 herë.
Shënim: Si gjithmonë, nuk është e qartë se çfarë lloj mase ka të bëjë me masën e trupit punues ose të gjithë raketat në tërësi.
Komunikimi ndërkohë në çfarë karburanti të shpejtësisë është në dhe nuk ka fare të caktuar fare.
Ekziston një lidhje midis shkallës së ngjeshjes dhe fuqisë specifike. Për motorët e benzinës me djegie të brendshme, raporti i compression prej rreth 10. Në motorët duke përdorur modalitetin e shpërthimit, mund të mahnitë nga rreth 2 herë, e cila është zbatuar vetëm në motorët me naftë, të cilat kanë një raport të kompresimit prej rreth 20. Në të vërtetë punojnë në detonacion mode. Kjo është, natyrisht, është e mundur të rritet shkalla e ngjeshjes, por pas shpërthimit ka ndodhur, nuk është e nevojshme për këdo! Çfarë 100 herë nuk mund të jetë fjalim !! Për më tepër, vëllimi i punës i motorit, thonë, 2L, vëllimi i motorit të litrave është 100 ose 200. Kursimet në vëllim do të jetë 1% !!! Por "konsumi" shtesë (trashësia e murit, materialet e reja, etj.) Nuk do të matet në përqindje, dhe në një kohë ose dhjetëra herë !!
Per referim. Puna e prodhuar është proporcionalisht, përafërsisht duke folur, v * p (procesi adiabatik ka koeficientë, por thelbi nuk ndryshon tani). Nëse vëllimi është zvogëluar 100 herë, kjo do të thotë se presioni fillestar duhet të rritet në të njëjtën 100 herë! (Për të bërë të njëjtën punë).
Fuqia e hithing mund të ngrihet në qoftë se përgjithësisht refuzohet të ngjesh ose të largohet në të njëjtin nivel, por të furnizojë hidrokarburet (në më shumë sasi) dhe oksigjen të pastër në raportin e peshës prej rreth 1: 2.6-4, në varësi të përbërjes së hidrokarbureve, ose në oksigjen të lëngët të përgjithshëm (ku ishte :-)). Pastaj ju mund të rrisni fuqinë litër, dhe efikasitetin (për shkak të rritjes së "shkallës së zgjerimit", e cila mund të arrijë 6000!). Por në rrugë, si aftësia e dhomës së djegies për të përballuar presion dhe temperaturë të tillë, dhe nevojën për të "ngrënë" nuk është oksigjen atmosferik, por me një oksigjen të pastër ose të lëngshëm!
Aktualisht një ngjashmëri e ngjashme e kësaj është përdorimi i azotit zakis. Azoti është vetëm një mënyrë për të vënë një sasi të shtuar të oksigjenit në dhomën e djegies.
Por këto metoda nuk kanë asgjë për të shpërthyer !!
Është e mundur të propozoni një zhvillim të mëtejshëm të metodave të tilla ekzotike të rritjes së fuqisë së litrave - për të përdorur në vend të fluorit të oksigjenit. Ky është një oksidant më i fortë, i.E. Reagimet me të shkojnë me emetim të lartë të energjisë.
Rritni shkallën e skadimit të avionit reaktiv
Ngarkimi i dytë.
Në motorët e raketave duke përdorur mënyrat e shpërthimit të operacionit, si rezultat i mënyrës së djegies ndodh me shpejtësi mbi shpejtësinë e zërit në këtë medium (që varet nga temperatura dhe presioni), në dhomën e djegies, parametrat e presionit dhe temperaturës rriten disa herë , shpejtësia e rritjes reaktive që po largohet jet. Kjo përmirëson proporcionalisht të gjitha parametrat e një motori të tillë, duke përfshirë zvogëlon masën dhe konsumin e saj, që do të thotë furnizimi i nevojshëm i karburantit.
Siç është përmendur më lart, është e pamundur të rritet shkalla e ngjeshjes nga më shumë se 2 herë. Por përsëri, shkalla e skadimit të gazit varet nga energjia vartëse dhe temperatura e tyre! (Ligji i Konservimit të Energjisë). Me të njëjtën sasi të energjisë (e njëjta sasi e karburantit), është e mundur të rritet shpejtësia vetëm duke ulur temperaturën e tyre. Por kjo tashmë pengon ligjet e termodinamikës.
Motorët me raketa të shpërthimit - e ardhmja e fluturimeve ndërplanetare
Konfuzion i treti.
Vetëm motorët e raketave në teknologjitë e shpërthimit ju lejojnë të merrni parametra me shpejtësi të lartë të kërkuara për fluturime ndërplanetare të bazuara në një reagim të oksidimit kimik.
Epo, kjo keqkuptim është të paktën logjikisht e njëpasnjëshme. Rrjedh nga dy të parat.
Asnjë teknologji nuk është në gjendje të shtrydh ndonjë gjë nga reagimi i oksidimit! Të paktën për substanca të njohura. Shkalla e skadimit përcaktohet nga bilanci i energjisë i reagimit. Pjesë e kësaj energjie, sipas ligjeve të termodinamikës, mund të transferohet në punë (energji kinetike). Ato. Edhe nëse e gjithë energjia shkon në kinetike, atëherë ky kufi në bazë të ligjit të ruajtjes së energjisë dhe pa shpërthime, gradat e ngjeshjes dhe kështu me radhë nuk mund të tejkalohen.
Përveç bilancit të energjisë, një parametër shumë i rëndësishëm - "energji për nukleon". Nëse bëni llogaritjet e vogla, mund të merrni që reagimi i oksidimit të atomit të karbonit (c) jep 1.5 herë më të madh se energjia sesa reagimi i oksidimit të molekulës së hidrogjenit (H2). Por për shkak të faktit se produkti i oksidimit të karbonit (CO2) është 2.5 herë më i rëndë se produkti i oksidimit të hidrogjenit (H2O), shkalla e skadimit të gazrave nga motorët e hidrogjenit me 13%. Vërtetë, është e nevojshme të merret parasysh kapaciteti i ngrohjes së produkteve të djegies, por jep një amendament shumë të vogël.
Në fund të janarit, u shfaqën raportet e sukseseve të reja të shkencës dhe teknologjisë ruse. Nga burimet zyrtare u bë e ditur se një nga projektet vendore të një motor premtues të tipit të shpërthimit tashmë ka kaluar fazën e testimit. Kjo sjell momentin e përfundimit të plotë të të gjitha punëve të kërkuara, bazuar në rezultatet e të cilave raketa kozmike ose ushtarake të zhvillimit rus do të jenë në gjendje të marrin termocentrale të reja me karakteristika të rritura. Për më tepër, parimet e reja të operacionit të motorit mund të përdoren jo vetëm në fushën e raketave, por edhe në fusha të tjera.
Në ditët e fundit të janarit, zëvendëskryeministri Dmitry Rogozin tha për shtypin patriotik mbi suksesin më të fundit të organizatave kërkimore. Ndër të tjera, ai preku procesin e krijimit të motorëve të avionëve duke përdorur parime të reja të punës. Një motor premtues me djegie të shpërthimit tashmë është sjellë në provë. Sipas zëvendëskryeministrit, zbatimi i parimeve të reja të funksionimit të termocentralit ju lejon të merrni një rritje të konsiderueshme të karakteristikave. Në krahasim me konstruksionet e arkitekturës tradicionale, ka një rritje të shtytjes prej rreth 30%.
Skema e motorit të raketës së shpërthimit
Motorët e raketave moderne të klasave dhe llojeve të ndryshme të operuara në fusha të ndryshme përdoren nga të ashtuquajturat. Cikli isobarik ose djegia e deflagrimit. Në dhomat e tyre të djegies, presioni i vazhdueshëm mbahet, në të cilin ndodh djegia e ngadaltë e karburantit. Motori në parimet e deflagrimit nuk ka nevojë për njësi veçanërisht të qëndrueshme, por është i kufizuar në treguesit maksimalë. Rritja e karakteristikave kryesore, duke filluar nga një nivel i caktuar, rezulton të jetë i paarsyeshëm kompleks.
Një alternativë për motorin me një cikël tësobarik në kontekstin e përmirësimit të karakteristikave - sistemit me të ashtuquajturat. Detonimi i shpërthimit. Në këtë rast, reagimi i oksidimit të karburantit ndodh prapa valës së shokut, me një shpejtësi të lartë duke lëvizur përgjatë dhomës së djegies. Kjo i bën kërkesat e veçanta për dizajnin e motorit, por jep përparësi të dukshme. Nga pikëpamja e efikasitetit të djegies së karburantit, djegia e shpërthimit është 25% më e mirë se deflagrimi. Gjithashtu ndryshon nga djegia me një presion të vazhdueshëm të rritjes së fuqisë së shpërndarjes së nxehtësisë nga njësia e sipërfaqes së frontit të reagimit. Në teori, është e mundur të rritet ky parametër me tre ose katër urdhra. Si rezultat, shpejtësia e gazeve të avionit mund të rritet me 20-25 herë.
Kështu, motori i shpërthimit, i ndryshëm në një efikasitet në rritje, është në gjendje të zhvillojë një goditje të madhe me më pak konsum të karburantit. Përparësitë e tij mbi planet tradicionale janë të dukshme, megjithatë, deri kohët e fundit, përparimi në këtë fushë ka lënë shumë për të dëshiruar. Parimet e motorit të detonimit u formuluan në vitin 1940 nga fizikanti sovjetik Ya.b. Zeldovich, por produktet e përfunduara të këtij lloji nuk kanë arritur ende operacionin. Arsyet kryesore për mungesën e suksesit të vërtetë janë problemet me krijimin e një dizajni mjaft të fortë, si dhe kompleksitetin e nisjes dhe mirëmbajtjen pasuese të valës së goditjes kur aplikon lëndët djegëse ekzistuese.
Një nga projektet e fundit të brendshme në fushën e motorëve me raketa të shpërthimit filloi në vitin 2014 dhe është zhvilluar në OJQ "Energomash". Akademik V.P. Glushi. Sipas të dhënave në dispozicion, qëllimi i projektit me shifrën "iPhret" ishte të studionte parimet themelore të teknikave të reja, të ndjekura nga krijimi i një motori të lëngët me raketa duke përdorur oksigjenin e kerozinës dhe gazit. Baza e motorit të ri të thirrur me emrin e demonëve të zjarrtë nga folklori arab, parimi i djegies së shpërthimit të spinit u hodh. Kështu, në përputhje me idenë kryesore të projektit, vala e goditjes duhet të lëvizë vazhdimisht në një rreth brenda dhomës së djegies.
Zhvilluesi i kokës i projektit të ri ishte OJQ Energomash, dhe më saktësisht e krijuar në bazën e saj një laborator të veçantë. Përveç kësaj, disa organizata të tjera kërkimore dhe dizajnesh u tërhoqën nga puna. Programi ka mbështetur fondin premtues kërkimor. Të gjithë pjesëmarrësit në projektin "iPhret" ishin në gjendje të formonin pamjen optimale të një motori premtues, si dhe të krijojnë një dhomë të djegies model me parime të reja të punës.
Për të eksploruar perspektivat për të gjithë drejtimin dhe idetë e reja disa vjet më parë, i ashtuquajturi u ndërtua. Dhoma e djegies së Detonimit Model që korrespondon me kërkesat e projektit. Një motor i tillë me përvojë me një paketë të shkurtuar duhej të përdoret si vajguri i lëngshëm i karburantit. Si një oksidues u ofrua oksigjen gazit. Në gusht të vitit 2016, filloi dhoma e testimit. Është e rëndësishme që për herë të parë në projektin e këtij lloji, ishte e mundur të silleshin në fazën e kontrolleve të posterëve. Motorët e raketave të shtruara më parë, vendase dhe të huaja u zhvilluan, por nuk u testuan.
Gjatë testeve të mostrës model, ishte e mundur të merrnim rezultate shumë interesante që tregojnë saktësinë e qasjeve të përdorura. Pra, nëpërmjet përdorimit të materialeve dhe teknologjive të duhura, ajo doli presion brenda dhomës së djegies në 40 atmosfera. Futja e produktit me përvojë arriti në 2 ton.
Kamera model në një stol test
Brenda kuadrit të projektit "iPhret", janë marrë rezultate të caktuara, por motori i brendshëm i shpërthimit në karburantin e lëngët është ende larg aplikimit praktik të plotë. Para futjes së pajisjeve të tilla në projekte të reja, projektuesit dhe shkencëtarët duhet të zgjidhin një numër të detyrave më serioze. Vetëm pas kësaj, industria e hapësirës së raketave ose industria e mbrojtjes do të jetë në gjendje të fillojë zbatimin e potencialit të teknikave të reja në praktikë.
Në mes të janarit, Gazeta ruse botoi një intervistë me projektuesin kryesor të OJF-ve "Energomash" nga Peter Levochkin, tema e së cilës ishte gjendja aktuale e çështjeve dhe perspektivat për motorët e shpërthimit. Përfaqësuesi i ndërmarrjes së zhvilluesit kujton dispozitat kryesore të projektit, dhe gjithashtu preku temën e suksesit të arritur. Përveç kësaj, ai foli për fushat e mundshme të përdorimit të "iPritis" dhe dizajne të ngjashme.
Për shembull, motorët e shpërthimit mund të përdoren në avionë hypersonik. P. Levochkin kujtoi se motorët tani janë propozuar për përdorim në këtë teknikë, përdorin djegie subsonike. Me shpejtësinë hypersonike të aparatit të fluturimit, ajri që hyn në motor duhet të jetë i brishtë në mënyrën e zërit. Megjithatë, energjia e frenimit duhet të çojë në ngarkesa shtesë termike në avion. Në motorët e shpërthimit, shkalla e djegies së karburantit arrin të paktën m \u003d 2.5. Për shkak të kësaj, bëhet e mundur për të rritur shpejtësinë e makinës së fluturimit. Një makinë e ngjashme me një motor të detonimit do të jetë në gjendje të përshpejtojë deri në shpejtësi, tetë herë më e lartë se shpejtësia e zërit.
Megjithatë, perspektivat e vërteta të motorëve me raketa të shpërthimit nuk janë shumë të mëdha. Sipas P. Levochka, ne "vetëm hapëm derën në zonën e djegies së shpërthimit". Shkencëtarët dhe projektuesit do të duhet të studiojnë shumë pyetje, dhe vetëm pas kësaj do të jetë e mundur të krijohen struktura me potencial praktik. Për shkak të kësaj industrie hapësinore, motorët e lëngët të dizajnit tradicional do të kenë kohë për t'u përdorur, të cilat, megjithatë, nuk i anulojnë mundësitë e përmirësimit të tyre të mëtejshëm.
Interesante është fakti se parimi i shpërthimit të djegies gjen përdorimin jo vetëm në sferën e motorëve me raketa. Ekziston tashmë një projekt i brendshëm i sistemit të aviacionit me një dhomë të djegies së shpërthimit që vepron në një parim impuls. Një mostër me përvojë e këtij lloji u soll në provë, dhe në të ardhmen mund të japë një drejtim të ri. Motorët e rinj të djegies së shpërthimit mund të përdoren në një shumëllojshmëri të sferave dhe pjesërisht zëvendësojnë turbinë me gaz ose motorët e turbosave të dizenjove tradicionale.
Projekti i brendshëm i motorit të aviacionit të shpërthimit është zhvilluar në OKB. JAM. Djep. Informacioni në lidhje me këtë projekt u prezantua së pari në Forumin Teknik Teknik të Vitit të kaluar "Ushtria 2017". Në kabinë e kompanisë së zhvilluesit, materialet morën pjesë motorë të ndryshëm, si serialë dhe në zhvillim. Ndër të fundit ishte një mostër e shpërthimit premtues.
Thelbi i propozimit të ri është që të aplikojë një dhomë të djegies jo standarde të aftë për të kryer djegien e shpërthimit të impulsit të karburantit në atmosferën ajrore. Në këtë rast, frekuenca e "shpërthimeve" brenda motorrit duhet të arrijë 15-20 kHz. Në të ardhmen, një rritje shtesë në këtë parametër është e mundur, si rezultat i të cilit zhurma e motorit do të shkojë përtej vargut të perceptuar nga veshi i njeriut. Karakteristika të tilla të motorit mund të jenë me interes.
Fillimi i parë i një produkti me përvojë "iPhret"
Megjithatë, avantazhet kryesore të termocentralit të ri janë të lidhur me karakteristikat e ngritura. Testet e stolit të produkteve me përvojë kanë treguar se ato janë rreth 30% superiore ndaj motorëve tradicionalë të turbinës së gazit sipas treguesve të veçantë. Deri në kohën e demonstratës së parë publike të materialeve në motorin e OKB-së. JAM. Cradles mund të merrni dhe performancë mjaft të lartë. Një motor me përvojë të një lloji të ri ishte në gjendje të punonte për 10 minuta pa pushim. Funksionimi i përgjithshëm i këtij produkti në qëndrim në atë kohë tejkalonte 100 orë.
Përfaqësuesit e ndërmarrjes së zhvilluesit vunë në dukje se tani mund të krijoni një motor të ri të shpërthimit me një kasetë prej 2-2.5 të Tastimit, të përshtatshme për instalim në aeroplanë të lehta ose automjete ajrore pa pilot. Në hartimin e një motor të tillë është propozuar për të përdorur të ashtuquajturat. Pajisjet e rezonatorëve përgjegjës për kursin e duhur të djegies së karburantit. Një avantazh i rëndësishëm i projektit të ri është instalimi kryesor i mundshëm i pajisjeve të tilla kudo në avion.
Specialistët e OKB. JAM. Crackers punojnë në motorët e avionëve me djegie të impulseshme të shpërthimit prej më shumë se tre dekadash, por ndërsa projekti nuk del nga faza e hulumtimit dhe nuk ka perspektiva të vërteta. Arsyeja kryesore është mungesa e rendit dhe financimi i nevojshëm. Nëse projekti merr mbështetjen e nevojshme, atëherë në të ardhmen e parashikueshme, mund të krijohet një mostër e motorëve të përshtatshme për përdorim në teknika të ndryshme.
Deri më sot, shkencëtarët dhe projektuesit rusë kanë arritur të tregojnë rezultate shumë të shquara në fushën e motorëve të avionit duke përdorur parime të reja të punës. Ka disa projekte të përshtatshme për përdorim në raketa dhe hapësirë \u200b\u200bdhe zona hypersonike. Përveç kësaj, motorët e rinj mund të aplikohen në aviacionin "tradicional". Disa projekte janë ende në fazat e hershme dhe nuk janë ende gati për kontrolle dhe punë të tjera, ndërsa në drejtime të tjera rezultatet më të shquara janë marrë tashmë.
Eksplorimi i subjektit të motorëve të avionëve me djegie të shpërthimit, ekspertët rusë ishin në gjendje të krijojnë një dhomë të djegies së modelit të stendës me karakteristikat e dëshiruara. Produkti me përvojë "iPhret" tashmë ka kaluar testin, gjatë së cilës është mbledhur një numër i madh i informacionit të ndryshëm. Duke përdorur të dhënat e marra, zhvillimi i drejtimit do të vazhdojë.
Zhvillimi i drejtimit të ri dhe përkthimi i ideve në formën pothuajse të zbatueshme do të marrë shumë kohë, dhe për këtë arsye, në të ardhmen e parashikueshme, raketat e hapësirës dhe ushtrisë në të ardhmen e parashikueshme do të pajisen me vetëm motorë të lëngshëm tradicional. Megjithatë, puna tashmë ka dalë nga një fazë thjesht teorike, dhe tani çdo nisjen e testit të një motori eksperimental sjell momentin e ndërtimit të raketave të plota me termocentralet e reja.
Sipas materialeve të vendeve:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/
Në Rusi, testoi një motor shpërthimi pulsues
Byroja e dizajnit eksperimental të Liaulkës ka zhvilluar dhe përjetuar një mostër eksperimentale të një motori të shpërthimit të rezonatorëve pulsues me një përzierje me dy faza vajoze-grur. Sipas Itar-tass, tërheqja mesatare e matur e motorit ishte rreth njëqind kilogramë, dhe kohëzgjatja e operacionit të vazhdueshëm ─ më shumë se dhjetë minuta. Deri në fund të këtij viti, OKB synon të bëjë dhe të provojë një motor detonimi pulsues me madhësi të plotë.
Sipas shefit të projektuesit Okb të quajtur pas Lulleka Alexander Tarasova, gjatë testeve, simulohen mënyrat e punës karakteristike të turbojetit dhe motorëve të rrjedhjes së drejtpërdrejtë. Vlerat e matura të futjes specifike dhe konsumin specifik të karburantit ishin 30-50 për qind më të mirë se ato të motorëve të zakonshëm të ajrit. Gjatë eksperimenteve, u ndez në mënyrë të përsëritur dhe jashtë motorit të ri, si dhe kontrollin e futjes.
Bazuar në studimet e marra gjatë testimit të të dhënave, si dhe analizën e skemës së skemës së OKB Audley, synon të ofrojë zhvillimin e një familjeje të tërë të motorëve të avionëve të shpërthimit të pulsimimit. Në veçanti, motorët me një burim të shkurtër të punës mund të krijohen për avionët pa pilot dhe raketa dhe motorët e avionëve me një regjim të fluturimit supersonik.
Në të ardhmen, në bazë të teknologjive të reja, motorët mund të krijohen për sistemet e hapësirës me raketa dhe termocentralet e kombinuara të avionëve të aftë për të kryer fluturime në atmosferë dhe përtej.
Sipas Byrosë së Dizajnit, motorët e rinj do të rrisin komplotin e avionit me 1.5-2 herë. Përveç kësaj, kur përdorni termocentralet e tilla, distanca e fluturimit ose masat e lezioneve të aviacionit mund të rriten me 30-50 për qind. Në këtë rast, pjesa e motorëve të rinj do të jetë 1.5-2 herë më pak se e njëjta tregues i termocentraleve reaktive konvencionale.
Fakti që në punën e Rusisë është duke u zhvilluar për të krijuar një motor shpërthimi pulsues, të raportuar në mars 2011. Kjo u deklarua më pas nga Ilya Fedorov, drejtor menaxhues i Shoqatës Saturn Shkencore dhe Prodhuese, e cila përfshin Chalki Okb. Për këtë lloj të motorit të shpërthimit ishte fjalimi, Fedorov nuk e specifikuar.
Aktualisht, janë të njohura tri lloje të motorëve pulsues ─ valvula, bauble dhe shpërthim. Parimi i funksionimit të këtyre termocentraleve është furnizimi periodik i dhomës së djegies së karburantit dhe agjentit oksidues, ku përzierja e karburantit është ndezur dhe skadimi i produkteve të djegies nga hunda me formimin e tërheqjes reaktive. Dallimi nga motorët konvencional të avionit është djegia e shpërthimit të përzierjes së karburantit, në të cilën fronti i djegur përhapet më shpejt se shpejtësia e zërit.
Motori pulsating ajri u shpik në fund të shekullit XIX nga inxhinier suedez Martin Viberg. Motori pulsues konsiderohet i thjeshtë dhe i lirë në prodhim, megjithatë, për shkak të veçorive të djegies së karburantit ─ teknologji të ulët. Për herë të parë, lloji i ri i motorit u përdor seriozisht gjatë Luftës së Dytë Botërore në raketa gjermane me krahë FAU-1. Argus-Werken Company Argus AS-014 u instalua në to.
Aktualisht, disa firma të mëdha mbrojtëse të botës janë të angazhuar në hulumtime në fushën e krijimit të motorëve të pulsimuar shumë efikas. Në veçanti, punimet zhvillohen nga kompania franceze Snecma dhe American General Electric dhe Pratt & Whitney. Në vitin 2012, laboratori i hulumtimit të Marinës së SHBA njoftoi synimin e saj për të zhvilluar një motor spin depërtimi, i cili do të duhet të zëvendësojë termocentralet e zakonshme të turbinës së gazit në anije.
Motorët e shpërthimit të spin ndryshojnë nga pulsimi i faktit se shpërthimi i shpërthimit të përzierjes së karburantit në to është vazhdimisht ─ lëvizjet e përparme të djegies në dhomën e djegies së unazës në të cilën përzierja e karburantit është përditësuar vazhdimisht.