Korrieri Ushtarak-Industrial ka lajme të mira në fushën e teknologjisë së raketave të përparuara. Shpërthimi motor rakete testuar në Rusi, tha zëvendëskryeministri Dmitry Rogozin në faqen e tij në Facebook të premten.
“Të ashtuquajturat motorë raketash detonimi, të zhvilluara në kuadër të programit të Fondit të Avancuar të Kërkimit, janë testuar me sukses”, citohet të ketë thënë zëvendëskryeministri i Interfax-AVN.
Besohet se një motor rakete me shpërthim është një nga mënyrat për të zbatuar konceptin e të ashtuquajturit hipertingull motorik, domethënë krijimi i avionëve hipersonikë të aftë për të arritur një shpejtësi prej 4-6 Mach (Mach është shpejtësia e zërit ) për shkak të motorit të vet.
Portali russia-reborn.ru jep një intervistë me një nga specialistët kryesorë të specializuar të motorëve në Rusi në lidhje me motorët e raketave me shpërthim.
Intervistë me Pyotr Lyovochkin, projektuesi kryesor i NPO Energomash me emrin akademik V.P. Glushko.
Po krijohen motorë për raketat hipersonike të së ardhmes
Janë kryer teste të suksesshme të të ashtuquajturve motorë raketash detonimi me rezultate shumë interesante. Puna zhvillimore në këtë drejtim do të vazhdojë.
Shpërthimi është një shpërthim. A mund ta bëni të menaxhueshme? A është e mundur të krijohen armë hipersonike në bazë të motorëve të tillë? Cilët motorë raketash do të lëshojnë mjete pa pilot dhe pa pilot në hapësirën e afërt? Kjo është biseda jonë me zëvendësdrejtorin e përgjithshëm - projektuesin kryesor të NPO Energomash me emrin akademik V.P. Glushko, Pyotr Lyovochkin.
Petr Sergeevich, çfarë mundësish hapin motorët e rinj?
Pyotr Lyovochkin: Duke folur për të ardhmen e afërt, sot po punojmë për motorë për raketa të tilla si Angara A5V dhe Soyuz-5, si dhe të tjera që janë në fazën e para-projektimit dhe janë të panjohura për publikun e gjerë. Në përgjithësi, motorët tanë janë krijuar për të ngritur një raketë nga sipërfaqja e një trupi qiellor. Dhe mund të jetë çdo - tokësor, hënor, marsian. Pra, nëse zbatohen programet hënore apo marsiane, ne patjetër do të marrim pjesë në to.
Cili është efikasiteti i motorëve modernë të raketave dhe a ka ndonjë mënyrë për t'i përmirësuar ato?
Pyotr Lyovochkin: Nëse flasim për parametrat e energjisë dhe termodinamikë të motorëve, atëherë mund të themi se motorët tanë, si dhe motorët më të mirë të raketave kimike të huaja sot kanë arritur një nivel të caktuar të përsosmërisë. Për shembull, efikasiteti i djegies së karburantit arrin 98.5 përqind. Kjo do të thotë, pothuajse e gjithë energjia kimike e karburantit në motor shndërrohet në energji termike të avionit të gazit që del nga hunda.
Ju mund të përmirësoni motorët në drejtime të ndryshme. Ky është përdorimi i përbërësve të karburantit me më shumë energji, futja e zgjidhjeve të reja të qarkut, një rritje e presionit në dhomën e djegies. Një drejtim tjetër është përdorimi i teknologjive të reja, përfshirë aditivët, për të zvogëluar intensitetin e punës dhe, si rezultat, për të ulur koston e një motori rakete. E gjithë kjo çon në një ulje të kostos së ekranit ngarkesës.
Sidoqoftë, me një ekzaminim më të afërt, bëhet e qartë se rritja e karakteristikave energjetike të motorëve në mënyrën tradicionale është e paefektshme.
Përdorimi i një shpërthimi të kontrolluar të karburantit mund t'i japë një rakete tetë herë shpejtësinë e zërit
Pse?
Petr Lyovochkin: Një rritje e presionit dhe konsumit të karburantit në dhomën e djegies do të rrisë natyrshëm shtytjen e motorit. Por kjo do të kërkojë një rritje në trashësinë e mureve të dhomës dhe pompave. Si rezultat, kompleksiteti i strukturës dhe masa e saj rriten, fitimi i energjisë rezulton të jetë jo aq i madh. Loja nuk do t'ia vlejë qiriun.
Kjo do të thotë, motorët e raketave kanë shteruar burimin e tyre të zhvillimit?
Pyotr Lyovochkin: Jo aq. E shprehur gjuha teknike, ato mund të përmirësohen duke rritur efikasitetin e proceseve brenda motorike. Ekzistojnë cikle të shndërrimit termodinamik të energjisë kimike në energjinë e një avioni që rrjedh, të cilat janë shumë më efikase se djegia klasike e karburantit të raketës. Ky është cikli i djegies së shpërthimit dhe cikli i Humphrey afër tij.
Vetë efekti i shpërthimit të karburantit u zbulua nga bashkatdhetari ynë - më vonë Akademiku Yakov Borisovich Zeldovich në vitin 1940. Zbatimi i këtij efekti në praktikë premtoi perspektiva shumë të mëdha në raketa. Nuk është për t'u habitur që gjermanët në të njëjtat vite studiuan në mënyrë aktive procesin e shpërthimit të djegies. Por ata nuk përparuan përtej eksperimenteve jo mjaft të suksesshme.
Llogaritjet teorike kanë treguar se djegia e shpërthimit është 25 për qind më efikase se cikli izobarik, i cili korrespondon me djegien e karburantit në presion konstant, i cili zbatohet në dhomat e motorëve moderne të raketave të lëngshme.
Dhe cilat janë avantazhet e djegies së shpërthimit në krahasim me djegien klasike?
Petr Lyovochkin: Procesi klasik i djegies është nënsonik. Shpërthimi - supersonik. Shpejtësia e reagimit në një vëllim të vogël çon në një lëshim të madh të nxehtësisë - është disa mijëra herë më e lartë se në djegien nënsonike, e zbatuar në motorët klasikë të raketave me të njëjtën masë të karburantit që digjet. Dhe për ne, ndërtuesit e motorëve, kjo do të thotë se me dimensione dukshëm më të vogla motor shpërthyes dhe me një masë të ulët karburanti, ju mund të merrni të njëjtën shtytje si në motorët e mëdhenj modernë të raketave me lëndë djegëse të lëngshme.
Nuk është sekret që motorët me djegie të karburantit me shpërthim po zhvillohen edhe jashtë vendit. Cilat janë pozicionet tona? A jemi inferiorë, jemi në nivelin e tyre apo jemi në krye?
Pyotr Lyovochkin: Ne nuk pranojmë - kjo është e sigurt. Por nuk mund të them se jemi në krye. Tema eshte mbyllur mjaft. Një nga sekretet kryesore teknologjike është se si të sigurohet që karburanti dhe oksiduesi i motorit të raketës të mos digjet, por të shpërthejë, duke mos shkatërruar dhomën e djegies. Kjo është, në fakt, për të bërë një shpërthim të vërtetë të kontrolluar dhe të kontrolluar. Për referencë: shpërthimi është djegia e karburantit në pjesën e përparme të një valë goditëse supersonike. Dalloni midis shpërthimit të impulsit, kur vala goditëse lëviz përgjatë boshtit të dhomës dhe njëri zëvendëson tjetrin, si dhe shpërthimit të vazhdueshëm (spin), kur valët goditëse në dhomë lëvizin në formë rrethi.
Me sa dihet, studimet eksperimentale të djegies së shpërthimit janë kryer me pjesëmarrjen e specialistëve tuaj. Çfarë rezultatesh u morën?
Pyotr Lyovochkin: Puna u krye për të krijuar një dhomë model për një motor rakete me shpërthim të lëngshëm. Një bashkëpunim i madh drejtues qendrave shkencore Rusia. Midis tyre janë Instituti i Hidrodinamikës. M.A. Lavrentieva, MAI, "Qendra Keldysh", Instituti Qendror i Motorëve të Aviacionit me emrin P.I. Baranova, Fakulteti i Mekanikës dhe Matematikës, Universiteti Shtetëror i Moskës. Ne sugjeruam përdorimin e vajgurit si lëndë djegëse dhe oksigjenin e gaztë si agjent oksidues. Në procesin e studimeve teorike dhe eksperimentale, u konfirmua mundësia e krijimit të një motori rakete shpërthyese bazuar në përbërës të tillë. Bazuar në të dhënat e marra, ne kemi zhvilluar, prodhuar dhe testuar me sukses një dhomë model shpërthimi me një shtytje prej 2 tonësh dhe një presion në dhomën e djegies prej rreth 40 atm.
Kjo detyrë u zgjidh për herë të parë jo vetëm në Rusi, por edhe në botë. Prandaj, sigurisht që kishte probleme. Së pari, i lidhur me sigurimin e një shpërthimi të qëndrueshëm të oksigjenit me vajguri, dhe së dyti, me sigurimin e ftohjes së besueshme të murit të zjarrit të dhomës pa ftohje perde dhe një sërë problemesh të tjera, thelbi i të cilave është i qartë vetëm për specialistët.
A mund të përdoret një motor shpërthyes në raketa hipersonike?
Pyotr Lyovochkin: Është edhe e mundur edhe e nevojshme. Nëse vetëm për shkak se djegia e karburantit në të është supersonike. Dhe në ata motorë në të cilët ata tani po përpiqen të krijojnë avionë hipersonikë të kontrolluar, djegia është nënsonike. Dhe kjo krijon shumë probleme. Në fund të fundit, nëse djegia në motor është nënsonike, dhe motori fluturon, të themi, me një shpejtësi prej pesë hapash (një goditje është e barabartë me shpejtësinë e zërit), është e nevojshme të ngadalësoni rrjedhën e ajrit që vjen në tingull. modaliteti. Prandaj, e gjithë energjia e këtij frenimi shndërrohet në nxehtësi, gjë që çon në mbinxehje shtesë të strukturës.
Dhe në një motor shpërthyes, procesi i djegies ndodh me një shpejtësi prej të paktën dy herë e gjysmë më të lartë se ajo e zërit. Dhe, në përputhje me rrethanat, ne mund të rrisim shpejtësinë e avionit me këtë shumë. Kjo do të thotë, ne tashmë po flasim jo për pesë, por për tetë lëkundje. Kjo është shpejtësia e arritshme aktualisht e avionëve me motorë hipersonikë, të cilët do të përdorin parimin e djegies së shpërthimit.
Petr Lyovochkin: Kjo është një pyetje e vështirë. Sapo hapëm derën e zonës së djegies së shpërthimit. Ka ende shumë të pashkelura të mbetura jashtë kllapave të kërkimit tonë. Sot, së bashku me RSC Energia, ne po përpiqemi të përcaktojmë se si mund të duket motori në tërësi me një dhomë shpërthimi në të ardhmen, siç zbatohet në fazat e sipërme.
Me cilët motorë do të fluturojë një person në planetë të largët?
Petr Lyovochkin: Sipas mendimit tim, ne do të fluturojmë me motorë raketash tradicionale për një kohë të gjatë për t'i përmirësuar ato. Megjithëse llojet e tjera të motorëve të raketave sigurisht që po zhvillohen, për shembull, motorët elektrikë të raketave (ata janë shumë më efikas se motorët e raketave të lëngëta - impulsi i tyre specifik është 10 herë më i lartë). Mjerisht, motorët e sotëm dhe mjetet lëshuese nuk na lejojnë të flasim për realitetin e fluturimeve masive ndërplanetare, e lëre më ndërgalaktike. Gjithçka këtu është ende në nivelin e fantazisë: motorët fotonikë, teleportimi, levitacioni, valët gravitacionale. Edhe pse, nga ana tjetër, vetëm pak më shumë se njëqind vjet më parë, veprat e Zhyl Vernit u perceptuan si fantazi e pastër. Ndoshta një përparim revolucionar në fushën ku ne punojmë nuk do të vonojë shumë. Përfshirë në fushën e krijimit praktik të raketave duke përdorur energjinë e shpërthimit.
Dosja "RG":
"Shoqata Shkencore dhe Prodhuese Energomash" u themelua nga Valentin Petrovich Glushko në 1929. Tani mban emrin e tij. Zhvillon dhe prodhon motorë raketash me lëndë të lëngshme për mjetet lëshuese I, në disa raste II. NPO ka zhvilluar më shumë se 60 motorë të ndryshëm reaktivë të lëngshëm. Sateliti i parë u lëshua në motorët e Energomash, njeriu i parë fluturoi në hapësirë dhe u lëshua automjeti i parë vetëlëvizës Lunokhod-1. Sot, më shumë se nëntëdhjetë përqind e mjeteve lëshuese në Rusi ngrihen me motorë të zhvilluar dhe prodhuar nga NPO Energomash.
United Engine Corporation (UEC) synon të së shpejti për të filluar krijimin e motorëve të rinj të avionëve dhe raketave, të cilët do të përdorin teknologjitë e shpërthimit.
Tashmë janë krijuar demonstrues të teknologjive të motorëve të shpërthimit nënsonik dhe supersonik. Në teste, ata treguan 30-50% më mirë shtytje specifike dhe konsumi i karburantit në krahasim me termocentralet konvencionale, raportoi RIA Novosti, duke cituar të dhënat e korporatës.
Byroja eksperimentale e projektimit me emrin V.I. Djepi. Byroja ka propozuar zhvillimin e një familje të termocentraleve të tilla që mund të përdoren në mjete ajrore pa pilot, raketa lundrimi, aeroplanë të hapësirës ajrore dhe raketa.
Motorët e shpërthimit janë të ndryshëm:
- djegie përzierje e karburantit shoqëruar nga kalimi i një valë shoku përgjatë saj, e cila formohet për shkak të përhapjes supersonike të pjesës së përparme të djegies përgjatë përzierjes së karburantit;
- një gamë e gjerë shpejtësish - nga nënsonike në hipersonike, të cilat mund të ndihmojnë në krijimin e raketave hipersonike, dizajni i të cilave është kryer në mënyrë aktive në Rusi vitet e fundit.
Në vitin 2013, Byroja e Dizajnit Eksperimental. Cradle testoi një mostër prototip të reduktuar të një motori shpërthyes me rezonator pulsues me djegie në dy faza të një përzierje vajguri-ajri. Gjatë provave, shtytja mesatare e matur e termocentralit ishte rreth njëqind kilogramë, dhe kohëzgjatja punë të vazhdueshme- më shumë se dhjetë minuta. Gjatë eksperimenteve, motori i ri u ndez dhe fiket vazhdimisht, si dhe kontrolli i tërheqjes.
Sipas byrosë së projektimit, motorët e shpërthimit do të rrisin raportin e shtytjes ndaj peshës së avionit me 1.5-2 herë. Puna për krijimin e motorëve të shpërthimit pulsues është kryer në Rusi që nga viti 2011.
Përveç Rusisë, disa kompani në botë po zhvillojnë njëkohësisht motorë shpërthimi: kompania franceze SNECMA dhe ajo amerikane. General Electric dhe Pratt & Whitney.
BAZAT E MOTORIT KNOCK
Nëse konsumi specifik i karburantit nuk u rrit me një rritje të shpejtësisë së fluturimit, atëherë aplikoni zgjidhje moderne për të përmirësuar aerodinamikën e jashtme, duke rritur lartësinë e fluturimit, me shpejtësi supersonike do të ishte e mundur të arriheshin të njëjtat karakteristika të rrezes si në një aeroplan kryesor nënsonik. Por aerodinamika e brendshme e avionëve supersonikë ka një pengesë të pashmangshme - me shpejtësi supersonike, konsumi specifik i karburantit të një termocentrali tradicional rritet në mënyrë monotonike ndërsa shpejtësia rritet në çdo lartësi fluturimi. Mënyra e daljes shihet në përdorimin e motorëve të bazuar në parime të ndryshme nga cikli tradicional termodinamik i Brayton-it të djegies së karburantit me presion konstant. Këto të fundit përfshijnë motorë pulsues të avionëve dhe shpërthimeve. Artikulli diskuton avantazhet e përdorimit të djegies së shpërthimit në motorët turbojet dhe raketat.
Një nga më të mirat në aspektin termodinamik është motori i shpërthimit. Për shkak të faktit se djeg karburantin në valët e goditjes rreth 100 herë më shpejt sesa me djegien e ngadaltë konvencionale (deflagrim), ky lloj motori teorikisht ka një fuqi rekord për njësi vëllimi në krahasim me të gjitha llojet e tjera të motorëve të nxehtësisë.
Çështja e përdorimit të djegies së shpërthimit në inxhinierinë e energjisë dhe motorët reaktiv u parashtrua për herë të parë nga Ya.B. Zeldovich në vitin 1940. Sipas vlerësimeve të tij, motorët ramjet që përdorin djegien e karburantit me shpërthim duhet të kenë efikasitetin më të lartë të mundshëm termodinamik.
UDHËZIMET E PUNËS NË MOTORËT TË TOKËSISË PULSE
Numri i drejtimit 1 - Motori klasik i shpërthimit të impulsit
Dhoma tipike e djegies motor reaktiv përbëhet nga grykë për përzierjen e karburantit me një oksidues, një pajisje për ndezjen e përzierjes së karburantit dhe tubin aktual të flakës, në të cilin ndodhin reaksionet redoks (djegia). Tubi i flakës përfundon me një hundë. Si rregull, kjo është një hundë Laval me një pjesë konvergjente, seksioni minimal kritik, në të cilin shpejtësia e produkteve të djegies është e barabartë me shpejtësinë lokale të zërit, pjesa zgjeruese, në të cilën presioni statik i produkteve të djegies zvogëlohet. në një presion prej mjedisi, sa më shumë që të jetë e mundur. Shumë përafërsisht, mund të vlerësohet shtytja e motorit si zona e fytit të grykës shumëzuar me diferencën e presionit në dhomën e djegies dhe mjedisin. Prandaj, sa më i lartë të jetë presioni në dhomën e djegies, aq më i lartë është shtytja.
Shtytja e motorit të shpërthimit të impulsit përcaktohet nga faktorë të tjerë - transferimi i impulsit nga vala e shpërthimit në murin tërheqës. Në këtë rast, hunda nuk nevojitet fare. Motorët e shpërthimit të pulsit kanë vendin e tyre - avionë të lirë dhe të disponueshëm. Në këtë kamare, ato zhvillohen me sukses në drejtim të rritjes së shkallës së përsëritjes së pulsit.
Motorët tradicionalë të shpërthimit të impulsit janë tuba të gjatë me valë goditëse që udhëtojnë me frekuenca të ulëta. Sistemi i kompresimit dhe valëve të vakumit rregullon automatikisht furnizimin me karburant dhe oksidues. Për shkak të shkallës së ulët të përsëritjes së valëve të goditjes (njësi Hz), koha gjatë së cilës karburanti digjet është e shkurtër në krahasim me kohën karakteristike të ciklit. Si rezultat, pavarësisht efikasitetit të lartë të djegies së duhur të shpërthimit (20-25% më i lartë se ai i motorëve me cikël Brighton), efikasiteti i përgjithshëm i modeleve të tilla është i ulët.
Detyra kryesore në këtë fushë është fazën aktuale- zhvillimi i motorëve me një shkallë të lartë përsëritjeje të valëve të goditjes në dhomën e djegies ose krijimi i një motori me shpërthim të vazhdueshëm (CDE).
Pamja klasike e IDD është një dhomë djegëse cilindrike që ka një mur të sheshtë ose të profilizuar posaçërisht, i quajtur "mur draft". Thjeshtësia e pajisjes IDD është avantazhi i saj i padiskutueshëm. Pavarësisht nga shumëllojshmëria e skemave të propozuara IDD, të gjitha ato karakterizohen nga përdorimi i tubave të shpërthimit me gjatësi të konsiderueshme si pajisje rezonante dhe përdorimi i valvulave që sigurojnë furnizim periodik të lëngut të punës.
Duhet të theksohet se IDD, e krijuar në bazë të tubave tradicionalë të shpërthimit, megjithë efikasitetin e lartë termodinamik në një pulsim të vetëm, ka disavantazhe të natyrshme karakteristike të motorëve klasikë pulsues me ajër, përkatësisht:
- frekuencë e ulët (deri në 10 Hz) e pulsimeve, e cila përcakton një nivel relativisht të ulët të efikasitetit mesatar të tërheqjes;
- ngarkesa të larta termike dhe vibruese.
Drejtimi nr. 2 - IDD me shumë tuba
Tendenca kryesore në zhvillimin e IDD është kalimi në një skemë me shumë tuba. Në motorë të tillë, frekuenca e funksionimit të një tubi të vetëm mbetet e ulët, por për shkak të alternimit të pulseve në tuba të ndryshëm, zhvilluesit shpresojnë të marrin karakteristika specifike të pranueshme. Një skemë e tillë duket të jetë mjaft e zbatueshme nëse zgjidhim problemin e dridhjeve dhe asimetrisë së shtytjes, si dhe problemin e presionit të poshtëm, në veçanti, dridhjet e mundshme me frekuencë të ulët në rajonin e poshtëm midis tubave.
Drejtimi nr. 3 - IDD me rezonator me frekuencë të lartë
Moduli i tërheqjes IDD i skemës së propozuar përbëhet nga një reaktor dhe një rezonator. Reaktori përdoret për të përgatitur përzierje karburant-ajër deri te djegia e shpërthimit duke dekompozuar molekulat përzierje e djegshme në përbërës kimikisht aktivë.
Duke ndërvepruar me sipërfaqen e poshtme të rezonatorit si me një pengesë, vala e shpërthimit në procesin e përplasjes transferon tek ajo një impuls nga forcat e presionit të tepërt.
IDD-të me rezonatorë me frekuencë të lartë kanë të drejtë të jenë të suksesshëm. Në veçanti, ata mund të aplikojnë për modernizimin e pas djegësve dhe përsosjen e motorëve të thjeshtë turbojet, sërish të destinuar për UAV-të e lirë. Si shembull, përpjekjet në MAI dhe CIAM për të modernizuar motorin turbojet MD-120 në këtë mënyrë duke zëvendësuar dhomën e djegies me një reaktor aktivizimi të përzierjes së karburantit dhe duke instaluar module tërheqëse me rezonatorë me frekuencë të lartë pas turbinës. Deri më tani, nuk ka qenë e mundur të krijohet një dizajn i zbatueshëm, pasi Gjatë profilizimit të rezonatorëve, autorët përdorin teorinë lineare të valëve të kompresimit, d.m.th. llogaritjet kryhen në përafrimin akustik. Dinamika e valëve të shpërthimit dhe valëve të kompresimit përshkruhet nga një aparat matematikor krejtësisht i ndryshëm.
Përdorimi i paketave standarde numerike për llogaritjen e rezonatorëve me frekuencë të lartë ka një kufizim themelor. Të gjitha modelet moderne të turbulencës bazohen në mesataren e ekuacioneve Navier-Stokes (ekuacionet bazë të dinamikës së gazit) me kalimin e kohës. Për më tepër, supozimi i Boussinesq është paraqitur se tensori i stresit të fërkimit turbulent është proporcional me gradientin e shpejtësisë. Të dy supozimet nuk përmbushen në rrjedhat turbulente me valë goditëse nëse frekuencat karakteristike janë të krahasueshme me frekuencën e pulsimit të turbullt. Fatkeqësisht, kemi të bëjmë vetëm me një rast të tillë, ndaj këtu është e nevojshme ose të ndërtohet një model më shumë nivel të lartë, ose modelim numerik të drejtpërdrejtë bazuar në ekuacionet e plota Navier-Stokes pa përdorur modele turbulence (një detyrë e papërballueshme në fazën aktuale).
Nga diagramet e mësipërme, shihet se skemat e PDE-së në studim sot janë motorë me një modalitet me një gamë kontrolli shumë të kufizuar, kështu që përdorimi i tyre i drejtpërdrejtë si i vetmi termocentral në një avion është jopraktik. Motori i raketës është një çështje tjetër.
Në fund të janarit, pati raporte për përparime të reja në shkencën dhe teknologjinë ruse. Nga burimet zyrtare u bë e ditur se një nga projektet e brendshme të një motori reaktiv premtues të tipit shpërthimi tashmë ka kaluar fazën e testimit. Kjo afron momentin e përfundimit të plotë të të gjithë punës së kërkuar, si rezultat i së cilës raketat hapësinore apo ushtarake Zhvillimi rus do të jetë në gjendje të marrë termocentrale të reja me performancë e përmirësuar... Për më tepër, parimet e reja të funksionimit të motorit mund të gjejnë zbatim jo vetëm në fushën e raketave, por edhe në fusha të tjera.
V ditet e fundit Në janar, zëvendëskryeministri Dmitry Rogozin tha për shtypin vendas për sukseset e fundit të organizatave kërkimore. Ndër temat e tjera, ai preku procesin e krijimit të motorëve reaktiv duke përdorur parime të reja funksionimi. Një motor premtues me djegie shpërthimi tashmë është vënë në provë. Sipas zv.kryeministrit, aplikimi i parimeve të reja të funksionimit të termocentralit lejon një rritje të ndjeshme të performancës. Në krahasim me strukturat e arkitekturës tradicionale, vërehet një rritje e shtytjes prej rreth 30%..
Diagrami i motorit të raketës së shpërthimit
Motorë raketash moderne klasa të ndryshme dhe llojet e përdorura në fusha të ndryshme përdorin të ashtuquajturat. cikli izobarik ose djegia e deflagacionit. Dhomat e tyre të djegies mbajnë një presion konstant në të cilin karburanti digjet ngadalë. Një motor i bazuar në parimet e deflagacionit nuk ka nevojë për njësi veçanërisht të qëndrueshme, megjithatë, ai është i kufizuar në performancën maksimale. Rritja e karakteristikave bazë, duke filluar nga një nivel i caktuar, rezulton të jetë tepër e vështirë.
Një alternativë ndaj një motori me një cikël izobarik në kontekstin e përmirësimit të performancës është një sistem me të ashtuquajturat. djegia e shpërthimit. Në këtë rast, reaksioni i oksidimit të karburantit ndodh prapa valës së goditjes, me shpejtësi e lartë duke lëvizur nëpër dhomën e djegies. Kjo paraqet kërkesa të veçanta në dizajnin e motorit, por në të njëjtën kohë ofron avantazhe të dukshme. Për sa i përket efikasitetit të djegies së karburantit, djegia me shpërthim është 25% më e mirë se djegia me deflagrim. Ai gjithashtu ndryshon nga djegia me presion konstant nga rritja e fuqisë së çlirimit të nxehtësisë për njësi të sipërfaqes së pjesës së përparme të reagimit. Në teori, është e mundur të rritet ky parametër me tre deri në katër renditje të madhësisë. Rrjedhimisht, shpejtësia e gazeve reaktive mund të rritet 20-25 herë.
Kështu, motori i shpërthimit, me efikasitetin e tij të rritur, është në gjendje të zhvillojë më shumë shtytje me më pak konsum të karburantit. Përparësitë e tij ndaj modeleve tradicionale janë të dukshme, por deri vonë, përparimi në këtë fushë ka lënë shumë për të dëshiruar. Parimet e një motori reaktiv shpërthyes u formuluan në vitin 1940 nga fizikani sovjetik Ya.B. Zeldovich, por produktet e gatshme të këtij lloji nuk kanë arritur ende në shfrytëzim. Arsyet kryesore për mungesën e suksesit real janë problemet me krijimin e një strukture mjaft të fortë, si dhe vështirësia e nisjes dhe më pas ruajtjes së valës së goditjes duke përdorur karburantet ekzistuese.
Një nga projektet më të fundit vendase në fushën e motorëve të raketave shpërthyese u lançua në vitin 2014 dhe po zhvillohet në NPO Energomash me emrin Akademiku V.P. Glushko. Sipas të dhënave të disponueshme, qëllimi i projektit me kodin "Ifrit" ishte studimi i parimeve bazë të teknologjisë së re me krijimin e mëvonshëm të një motori rakete me lëndë djegëse të lëngshme duke përdorur vajguri dhe oksigjen të gaztë. Motori i ri, i quajtur sipas demonëve të zjarrit nga folklori arab, bazohej në parimin e djegies së shpërthimit të rrotullimit. Kështu, në përputhje me idenë kryesore të projektit, vala e goditjes duhet të lëvizë vazhdimisht në një rreth brenda dhomës së djegies.
Zhvilluesi kryesor i projektit të ri ishte NPO Energomash, ose më saktë një laborator i veçantë i krijuar në bazë të tij. Përveç kësaj, disa organizata të tjera kërkimore dhe projektuese u përfshinë në punë. Programi mori mbështetje nga Fondacioni i Kërkimeve të Avancuara. Me përpjekje të përbashkëta, të gjithë pjesëmarrësit e projektit Ifrit ishin në gjendje të formonin një pamje optimale për një motor premtues, si dhe të krijonin një dhomë me djegie model me parime të reja funksionimi.
Për të studiuar perspektivat e të gjithë drejtimit dhe ideve të reja, të ashtuquajturat. model dhoma e shpërthimit djegia në përputhje me kërkesat e projektit. Një motor i tillë me përvojë me një konfigurim të reduktuar supozohej të përdorte vajguri të lëngët si karburant. Gazi hidrogjen u propozua si një agjent oksidues. Në gusht 2016, filloi testimi i një kamere prototipi. E rëndësishme, që për herë të parë në histori, një projekt i këtij lloji u soll në skenën e testeve në stol... Më parë, motorët e raketave shpërthyese vendase dhe të huaja u zhvilluan, por nuk u testuan.
Gjatë testeve të mostrës së modelit, u morën rezultate shumë interesante, duke treguar korrektësinë e qasjeve të përdorura. Pra, duke përdorur materialet e duhura dhe teknologjitë rezultuan se sillnin presionin brenda dhomës së djegies në 40 atmosfera. Shtytja e produktit eksperimental arriti në 2 tonë.
Dhoma model në një stol provë
Në kuadër të projektit “Ifrit” janë arritur rezultate të caktuara, por motori i shpërthimit të brendshëm është ndezur karburant i lëngshëmështë ende larg zbatimit të plotë praktik. Para futjes së pajisjeve të tilla në projekte të reja teknologjike, projektuesit dhe shkencëtarët do të duhet të vendosin linjë e tërë detyrat më serioze. Vetëm atëherë industria e raketave dhe hapësirës ose industria e mbrojtjes do të jenë në gjendje të fillojnë të realizojnë potencialin e teknologjisë së re në praktikë.
Në mes të janarit " gazeta ruse”Publikoi një intervistë me projektuesin kryesor të NPO Energomash, Petr Levochkin, tema e së cilës ishte gjendja aktuale dhe perspektivat e motorëve të shpërthimit. Përfaqësuesi i kompanisë zhvilluese kujtoi dispozitat kryesore të projektit, dhe gjithashtu preku temën e sukseseve të arritura. Gjithashtu, ai foli edhe për fushat e mundshme të aplikimit të “Ifritit” dhe strukturave të ngjashme.
Për shembull, motorët e shpërthimit mund të përdoren në avionët hipersonikë... P. Lyovochkin kujtoi se motorët e propozuar tani për përdorim në pajisje të tilla përdorin djegie nënsonike. Me shpejtësinë hipersonike të aparatit të fluturimit, ajri që hyn në motor duhet të ngadalësohet në modalitetin e zërit. Sidoqoftë, energjia e frenimit duhet të çojë në ngarkesa termike shtesë në kornizën e ajrit. Në motorët e shpërthimit, shkalla e djegies së karburantit arrin të paktën M = 2.5. Kjo bën të mundur rritjen e shpejtësisë së fluturimit të avionit. Një makinë e tillë me një motor të tipit shpërthyes do të jetë në gjendje të përshpejtojë në shpejtësi tetë herë më të madhe se shpejtësia e zërit.
Megjithatë, perspektivat reale për motorët e raketave të tipit shpërthyes nuk janë ende shumë të mëdha. Sipas P. Lyovochkin, ne "sapo hapëm derën në zonën e djegies së shpërthimit". Shkencëtarët dhe projektuesit do të duhet të studiojnë shumë çështje, dhe vetëm pas kësaj do të jetë e mundur të krijohen struktura me potencial praktik. Për shkak të kësaj, industria hapësinore do të duhet të përdorë për një kohë të gjatë motorë tradicionalë të lëngshëm, gjë që, megjithatë, nuk e mohon mundësinë e përmirësimit të tyre të mëtejshëm.
Një fakt interesant është se parimi i shpërthimit djegia përdoret jo vetëm në fushën e motorëve të raketave. Tashmë ekziston një projekt vendas për një sistem aviacioni me një dhomë djegieje të tipit të shpërthimit që funksionon në parimin e pulsit. Një prototip i këtij lloji u soll në provë, dhe në të ardhmen mund të fillojë një drejtim të ri. Motorët e rinj me djegie me goditje mund të gjejnë aplikim në një gamë të gjerë zonash dhe të zëvendësojnë pjesërisht motorët tradicionalë të turbinave me gaz ose turbojet.
Projekti i brendshëm i një motori avioni me shpërthim po zhvillohet në OKB im. JAM. Djepi. Informacioni rreth këtij projekti u prezantua për herë të parë në forumin ushtarako-teknik ndërkombëtar të vitit të kaluar "Ushtria-2017". Në stendën e kompanisë-zhvilluesit kishte materiale për motorë të ndryshëm, si serialë ashtu edhe ata në zhvillim. Midis këtyre të fundit ishte një mostër premtuese e shpërthimit.
Thelbi i propozimit të ri është përdorimi i një dhome djegieje jo standarde të aftë për djegien me shpërthim pulsues të karburantit në një atmosferë ajri. Në këtë rast, frekuenca e "shpërthimeve" brenda motorit duhet të arrijë 15-20 kHz. Në të ardhmen, është e mundur të rritet më tej ky parametër, si rezultat i të cilit zhurma e motorit do të shkojë përtej intervalit të perceptuar nga veshi i njeriut. Karakteristikat e tilla të motorit mund të jenë me interes.
Lansimi i parë i produktit eksperimental "Ifrit"
Megjithatë, avantazhet kryesore të termocentralit të ri lidhen me performancën e përmirësuar. Testet në stol të prototipeve kanë treguar se ato janë rreth 30% më të larta se ato tradicionale motorët me turbina me gaz sipas treguesve specifikë. Deri në kohën e demonstrimit të parë publik të materialeve në motorin OKB im. JAM. Djepat ishin në gjendje të merrnin karakteristika mjaft të larta të performancës. Një motor me përvojë i një lloji të ri ishte në gjendje të punonte për 10 minuta pa ndërprerje. Koha totale e funksionimit të këtij produkti në stendë në atë kohë i kaloi 100 orë.
Përfaqësuesit e zhvilluesit treguan se tashmë është e mundur të krijohet një motor i ri shpërthimi me një shtytje 2-2,5 tonë, i përshtatshëm për instalim në avionë të lehtë ose mjete ajrore pa pilot. Në hartimin e një motori të tillë, propozohet të përdoret i ashtuquajturi. pajisje rezonatore përgjegjëse për rrjedhën e duhur të djegies së karburantit. Një avantazh i rëndësishëm projekti i ri është mundësia themelore e instalimit të pajisjeve të tilla kudo në kornizën e ajrit.
Ekspertët e OKB-së ata. JAM. Djepat po punojnë motorët e avionëve me djegie të shpërthimit pulsues për më shumë se tre dekada, por deri më tani projekti nuk largohet nga faza e kërkimit dhe nuk ka perspektivë reale. arsyeja kryesore- mungesa e rendit dhe e financimit të nevojshëm. Nëse projekti merr mbështetjen e nevojshme, atëherë në të ardhmen e parashikueshme mund të krijohet një motor mostër, i përshtatshëm për përdorim në pajisje të ndryshme.
Deri më sot, shkencëtarët dhe projektuesit rusë kanë arritur të tregojnë rezultate shumë të jashtëzakonshme në fushën e motorëve reaktiv duke përdorur parime të reja funksionimi. Ka disa projekte njëherësh, të përshtatshme për t'u përdorur në hapësirën e raketave dhe zonat hipersonike. Përveç kësaj, motorët e rinj mund të përdoren në aviacionin "tradicional". Disa projekte janë ende në fazat fillestare dhe nuk janë ende gati për inspektime dhe punë të tjera, ndërsa në fusha të tjera tashmë janë marrë rezultatet më të dukshme.
Duke hetuar temën e motorëve reaktivë me djegie të shpërthimit, specialistët rusë ishin në gjendje të krijonin një model stoli të një dhome djegieje me karakteristikat e dëshiruara. Produkti eksperimental “Ifrit” tashmë ka kaluar teste, gjatë të cilave është mbledhur një sasi e madhe informacionesh të ndryshme. Me ndihmën e të dhënave të marra do të vazhdojë zhvillimi i drejtimit.
Përvetësimi i një drejtimi të ri dhe përkthimi i ideve në një formë praktikisht të zbatueshme do të marrë shumë kohë, dhe për këtë arsye, në të ardhmen e parashikueshme, raketat hapësinore dhe ushtarake në të ardhmen e parashikueshme do të pajisen vetëm me tradicionale. motorët e lëngshëm... Sidoqoftë, puna tashmë ka lënë fazën thjesht teorike, dhe tani çdo lëshim provë i një motori eksperimental sjell më afër momentin e ndërtimit të raketave të plota me termocentrale të reja.
Bazuar në materialet nga faqet:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/
Është shqyrtuar problemi i zhvillimit të motorëve të shpërthimit të impulsit. Janë renditur qendrat kryesore kërkimore që kryejnë kërkime mbi motorët e gjeneratës së re. Janë marrë parasysh drejtimet dhe tendencat kryesore në zhvillimin e dizajnit të motorëve të shpërthimit. Janë paraqitur llojet kryesore të motorëve të tillë: pulsues, me shumë tuba pulsues, pulsues me një rezonator me frekuencë të lartë. Tregohet ndryshimi në metodën e krijimit të shtytjes në krahasim me një motor reaktiv klasik të pajisur me një hundë Laval. Është përshkruar koncepti i një muri tërheqës dhe një moduli tërheqës. Tregohet se motorët e shpërthimit të impulsit po përmirësohen në drejtim të rritjes së shkallës së përsëritjes së pulsit, dhe ky drejtim ka të drejtën e tij të jetës në fushën e mjeteve ajrore pa pilot të lehta dhe të lira, si dhe në zhvillimin e amplifikatorëve të ndryshëm të shtytjes me ejektor. . Tregohen vështirësitë kryesore të një natyre themelore në modelimin e një rrjedhe turbulente të shpërthimit duke përdorur paketat llogaritëse të bazuara në përdorimin e modeleve të turbulencës diferenciale dhe mesatarizimin e ekuacioneve Navier - Stokes me kalimin e kohës.
motor shpërthyes
motori i shpërthimit të pulsit
1. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Historia e studimeve eksperimentale të presionit të poshtëm // Hulumtimi bazë... - 2011. - Nr. 12 (3). - S. 670–674.
2. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Luhatjet e presionit të poshtëm // Hulumtimi themelor. - 2012. - Nr. 3. - F. 204–207.
3. Bulat PV, Zasukhin ON, Prodan NV. Karakteristikat e përdorimit të modeleve të turbulencës në llogaritjen e flukseve në kanalet supersonike të motorëve premtues me avion ajri // Motori. - 2012. - Nr. 1. - F. 20–23.
4. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Uskov V.N. Mbi klasifikimin e regjimeve të rrjedhës në një kanal me zgjerim të papritur // Termofizikë dhe Aeromekanikë. - 2012. - Nr. 2. - F. 209–222.
5. Bulat P.V., Prodan N.V. Mbi luhatjet e shkallës së rrjedhës me frekuencë të ulët të presionit të poshtëm // Hulumtim themelor. - 2013. - Nr.4 (3). - S. 545-549.
6. Larionov S.Yu., Nechaev Yu.N., Mokhov A.A. Hulumtimi dhe analiza e goditjeve "të ftohta" të modulit tërheqës të një motori shpërthimi pulsues me frekuencë të lartë // Vestnik MAI. - T.14. - Nr. 4 - M .: Shtëpia botuese MAI-Print, 2007. - F. 36–42.
7. Tarasov A.I., Shchipakov V.A. Perspektivat për përdorimin e teknologjive të shpërthimit pulsues në motor turbojet... OJSC NPO Saturn STC im. A. Lyulki, Moskë, Rusi. Instituti i Aviacionit në Moskë (STU). - Moskë, Rusi. ISSN 1727-7337. Inxhinieria dhe teknologjia e hapësirës ajrore, 2011. - Nr. 9 (86).
Projektet e djegies së shpërthimit në Shtetet e Bashkuara përfshihen në programin e avancuar të zhvillimit të motorit IHPTET. Bashkëpunimi përfshin pothuajse të gjitha qendrat kërkimore duke punuar në fushën e ndërtimit të motorëve. Vetëm NASA ndan deri në 130 milionë dollarë në vit për këto qëllime. Kjo dëshmon rëndësinë e hulumtimit në këtë drejtim.
Pasqyrë e punës në fushën e motorëve të shpërthimit
Strategjia e tregut e prodhuesve kryesorë në botë synon jo vetëm zhvillimin e motorëve të rinj të shpërthimit reaktiv, por edhe modernizimin e atyre ekzistues duke zëvendësuar dhomat e tyre tradicionale të djegies me një shpërthim. Përveç kësaj, motorët e shpërthimit mund të bëhen elementi përbërës bimë të kombinuara tipe te ndryshme, për shembull, për t'u përdorur si një motor turbojet për djegie të pasme, si motorë heqës ejektor në avionët VTOL (një shembull në Fig. 1 është një projekt i një avioni transporti VTOL të prodhuar nga Boeing).
Në Shtetet e Bashkuara, motorët e shpërthimit po zhvillohen nga shumë qendra kërkimore dhe universitete: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanford, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Establishments, Suffield dhe Valcartier, Uniyersite de Poitiers, Universiteti i Teksasit në Arlington, Uniyersite de Poitiers, Universiteti McGill, Universiteti Shtetëror i Pensilvanisë, Universiteti Princeton.
Qendra e Aerosciences në Seattle (SAC), e blerë në 2001 nga Pratt dhe Whitney nga Adroit Systems, zë një pozicion udhëheqës në zhvillimin e motorëve të shpërthimit. Pjesa më e madhe e punës së qendrës financohet nga Forcat Ajrore dhe NASA nga buxheti i Programit të Integruar të Teknologjisë së Propulsionit të Raketave me Shpërblim të Lartë (IHPRPTP), që synon krijimin e teknologjive të reja për lloje të ndryshme motorësh reaktivë.
Oriz. 1. Patenta US 6,793,174 B2 nga Boeing, 2004
Në total, që nga viti 1992, specialistët e SAC kanë kryer mbi 500 teste në stol të mostrave eksperimentale. Motorët e shpërthimit pulsues (PDE) që konsumojnë oksigjen atmosferik janë duke u porositur nga SAC për Marinën e SHBA. Duke pasur parasysh kompleksitetin e programit, specialistët e Marinës përfshinin pothuajse të gjitha organizatat e përfshira në motorët e shpërthimit në zbatimin e tij. përveç nga Pratt dhe Whitney, United Technologies Research Center (UTRC) dhe Boeing Phantom Works janë të përfshirë.
Aktualisht në vendin tonë mbi këtë problem urgjent Teorikisht, funksionojnë universitetet dhe institutet e mëposhtme të Akademisë së Shkencave Ruse (RAS): Instituti i Fizikës Kimike RAS (ICP), Instituti i Inxhinierisë Mekanike RAS, Instituti temperaturat e larta RAS (IVTAN), Instituti i Hidrodinamikës në Novosibirsk. Lavrentieva (IGiL), Instituti i Mekanikës Teorike dhe të Aplikuar me emrin Khristianovich (ITMP), Instituti Fiziko-Teknik me emrin Ioffe, Universiteti Shtetëror i Moskës (MSU), Instituti Shtetëror i Aviacionit të Moskës (MAI), Universiteti Shtetëror i Novosibirsk, Universiteti Shtetëror Cheboksary, Universiteti Shtetëror i Saratovit, etj.
Fushat e punës në motorët e shpërthimit të impulsit
Numri i drejtimit 1 - Motori klasik i shpërthimit të impulsit (PDE). Dhoma e djegies së një motori tipik reaktiv përbëhet nga injektorë për përzierjen e karburantit me një oksidues, një pajisje për ndezjen e përzierjes së karburantit dhe një tub flakë vetë, në të cilin ndodhin reaksionet redoks (djegie). Tubi i flakës përfundon me një hundë. Si rregull, kjo është një hundë Laval me një pjesë konvergjente, një seksion minimal kritik në të cilin shpejtësia e produkteve të djegies është e barabartë me shpejtësinë lokale të zërit, një pjesë zgjeruese në të cilën presioni statik i produkteve të djegies reduktohet në presionin e ambientit sa më shumë që të jetë e mundur. Është afërsisht e mundur të vlerësohet shtytja e motorit si zona e grykës së grykës e shumëzuar me diferencën e presionit në dhomën e djegies dhe mjedisin. Prandaj, sa më i lartë të jetë presioni në dhomën e djegies, aq më i lartë është shtytja.
Shtytja e motorit të shpërthimit të impulsit përcaktohet nga faktorë të tjerë - transferimi i impulsit nga vala e shpërthimit në murin tërheqës. Në këtë rast, hunda nuk nevojitet fare. Motorët e shpërthimit të pulsit kanë vendin e tyre - avionë të lirë dhe të disponueshëm. Në këtë kamare, ato zhvillohen me sukses në drejtim të rritjes së shkallës së përsëritjes së pulsit.
Pamja klasike e IDD është një dhomë djegëse cilindrike që ka një mur të sheshtë ose të profilizuar posaçërisht, i quajtur "mur draft" (Fig. 2). Thjeshtësia e pajisjes IDD është avantazhi i saj i padiskutueshëm. Siç tregon analiza e botimeve të disponueshme, pavarësisht nga shumëllojshmëria e skemave të propozuara IDD, të gjitha ato karakterizohen nga përdorimi i tubave të shpërthimit me gjatësi të konsiderueshme si pajisje rezonancë dhe përdorimi i valvulave që sigurojnë një furnizim periodik të lëngut të punës.
Duhet të theksohet se IDD, e krijuar në bazë të tubave tradicionalë të shpërthimit, megjithë efikasitetin e lartë termodinamik në një pulsim të vetëm, ka disavantazhe të natyrshme karakteristike të motorëve klasikë pulsues me ajër, përkatësisht:
Frekuenca e ulët (deri në 10 Hz) e pulsimeve, e cila përcakton një nivel relativisht të ulët të efikasitetit mesatar të tërheqjes;
Ngarkesa të larta termike dhe vibruese.
Oriz. 2. Diagrami skematik i një motori me shpërthim pulsi (IDE)
Drejtimi nr. 2 - IDD me shumë tuba. Tendenca kryesore në zhvillimin e IDD është kalimi në një skemë me shumë tuba (Fig. 3). Në motorë të tillë, frekuenca e funksionimit të një tubi të vetëm mbetet e ulët, por për shkak të alternimit të pulseve në tuba të ndryshëm, zhvilluesit shpresojnë të marrin karakteristika specifike të pranueshme. Kjo skemë duket të jetë mjaft e zbatueshme nëse zgjidhim problemin e dridhjeve dhe asimetrisë së shtytjes, si dhe problemin e presionit të poshtëm, në veçanti, dridhjet e mundshme me frekuencë të ulët në rajonin e poshtëm midis tubave.
Oriz. 3. Motori me puls-detonim (PDE) i skemës tradicionale me një paketë tubash detonimi si rezonatorë.
Drejtimi nr. 3 - IDD me rezonator me frekuencë të lartë. Ekziston edhe një drejtim alternativ - qarku i reklamuar së fundmi me module tërheqëse (Fig. 4), të cilat kanë një rezonator të profilizuar posaçërisht me frekuencë të lartë. Në këtë drejtim po punohet në Qendrën Shkencore dhe Teknike me emrin A. Djepi dhe MAI. Skema dallohet nga mungesa e ndonjë valvola mekanike dhe pajisjet e ndezjes me ndërprerje.
Moduli i tërheqjes IDD i skemës së propozuar përbëhet nga një reaktor dhe një rezonator. Reaktori shërben për të përgatitur përzierjen karburant-ajër për djegien e detonimit, duke dekompozuar molekulat e përzierjes së djegshme në përbërës kimikisht aktivë. Një diagram skematik i një cikli funksionimi të një motori të tillë është treguar qartë në Fig. 5.
Duke ndërvepruar me sipërfaqen e poshtme të rezonatorit si me një pengesë, vala e shpërthimit në procesin e përplasjes transferon tek ajo një impuls nga forcat e presionit të tepërt.
IDD-të me rezonatorë me frekuencë të lartë kanë të drejtë të jenë të suksesshëm. Në veçanti, ata mund të aplikojnë për modernizimin e pas djegësve dhe përsosjen e motorëve të thjeshtë turbojet, sërish të destinuar për UAV-të e lirë. Një shembull janë përpjekjet e MAI dhe CIAM për të modernizuar motorin turbojet MD-120 në këtë mënyrë duke zëvendësuar dhomën e djegies me një reaktor aktivizimi të përzierjes së karburantit dhe duke instaluar module tërheqëse me rezonatorë me frekuencë të lartë prapa turbinës. Deri më tani, nuk ka qenë e mundur të krijohet një dizajn i zbatueshëm, pasi Gjatë profilizimit të rezonatorëve, autorët përdorin teorinë lineare të valëve të kompresimit, d.m.th. llogaritjet kryhen në përafrimin akustik. Dinamika e valëve të shpërthimit dhe valëve të kompresimit përshkruhet nga një aparat matematikor krejtësisht i ndryshëm. Përdorimi i paketave standarde numerike për llogaritjen e rezonatorëve me frekuencë të lartë ka një kufizim themelor. Të gjitha modelet moderne të turbulencës bazohen në mesataren e ekuacioneve Navier-Stokes (ekuacionet bazë të dinamikës së gazit) me kalimin e kohës. Për më tepër, supozimi i Boussinesq është paraqitur se tensori i stresit të fërkimit turbulent është proporcional me gradientin e shpejtësisë. Të dy supozimet nuk përmbushen në rrjedhat turbulente me valë goditëse nëse frekuencat karakteristike janë të krahasueshme me frekuencën e pulsimit të turbullt. Fatkeqësisht, kemi të bëjmë vetëm me një rast të tillë, prandaj, është e nevojshme ose të ndërtohet një model i nivelit më të lartë, ose modelimi numerik i drejtpërdrejtë bazuar në ekuacionet e plota Navier-Stokes pa përdorur modele turbulence (një problem i pamundur për momentin. fazë).
Oriz. 4. Skema e IDD me rezonator me frekuencë të lartë
Oriz. 5. Diagrami i IDD me rezonator me frekuencë të lartë: SZS - avion supersonik; SW - valë goditëse; Ф është fokusi i rezonatorit; ДВ - vala e shpërthimit; ВР - vala e rrallimit; OUV - valë goditëse e reflektuar
IDD-të po përmirësohen në drejtim të rritjes së shkallës së përsëritjes së pulsit. Ky drejtim ka të drejtën e tij të jetës në fushën e mjeteve ajrore të lehta dhe të lira pa pilot, si dhe në zhvillimin e amplifikatorëve të ndryshëm të shtytjes së ejektorit.
Rishikuesit:Uskov V.N., Doktor i Shkencave Teknike, Profesor i Departamentit të Hidroaeromekanikës, Universiteti Shtetëror i Shën Petersburgut, Fakulteti i Matematikës dhe Mekanikës, Shën Petersburg;
Emelyanov VN, Doktor i Shkencave Teknike, Profesor, Shef i Departamentit të Plazmogasdinamikës dhe Inxhinierisë së Ngrohjes, BSTU "VOENMEKH" me emrin D.F. Ustinov, Shën Petersburg.
Punimi është pranuar më 14.10.2013.
Referencë bibliografike
Bulat P.V., Prodan N.V. VËSHTRIM I PËRGJITHSHËM I PROJEKTEVE TË MOTORIT TË TROKËS. MOTORËT PULSE // Kërkime themelore. - 2013. - Nr.10-8. - S. 1667-1671;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32641 (data e hyrjes: 03/14/2019). Ne sjellim në vëmendjen tuaj revistat e botuara nga "Akademia e Shkencave të Natyrës"
Korrieri Ushtarak-Industrial ka lajme të mira në fushën e teknologjisë së raketave të përparuara. Një motor rakete shpërthyese është testuar në Rusi, tha zëvendëskryeministri Dmitry Rogozin në faqen e tij në Facebook të premten.
“Të ashtuquajturat motorë raketash detonimi, të zhvilluara në kuadër të programit të Fondit të Avancuar të Kërkimit, janë testuar me sukses”, citohet të ketë thënë zëvendëskryeministri i Interfax-AVN.
Besohet se një motor rakete me shpërthim është një nga mënyrat për të zbatuar konceptin e të ashtuquajturit hipertingull motorik, domethënë krijimi i avionëve hipersonikë të aftë për të arritur një shpejtësi prej 4-6 Mach (Mach është shpejtësia e zërit ) për shkak të motorit të vet.
Portali russia-reborn.ru jep një intervistë me një nga specialistët kryesorë të specializuar të motorëve në Rusi në lidhje me motorët e raketave me shpërthim.
Intervistë me Pyotr Lyovochkin, projektuesi kryesor i NPO Energomash im. Akademiku V.P. Glushko”.
Po krijohen motorë për raketat hipersonike të së ardhmes
Janë kryer teste të suksesshme të të ashtuquajturve motorë raketash detonimi me rezultate shumë interesante. Puna zhvillimore në këtë drejtim do të vazhdojë.
Shpërthimi është një shpërthim. A mund ta bëni të menaxhueshme? A është e mundur të krijohen armë hipersonike në bazë të motorëve të tillë? Cilët motorë raketash do të lëshojnë mjete pa pilot dhe pa pilot në hapësirën e afërt? Kjo është biseda jonë me zëvendësdrejtorin e përgjithshëm - kryeprojektues i OJF-së Energomash im. Akademiku V.P. Glushko ”nga Pyotr Lyovochkin.
Petr Sergeevich, çfarë mundësish hapin motorët e rinj?
Petr Lyovochkin: Nëse flasim për të ardhmen e afërt, sot po punojmë në motorë për raketa të tilla si Angara A5V dhe Soyuz-5, si dhe të tjera që janë në fazën e para-projektimit dhe janë të panjohura për publikun e gjerë. Në përgjithësi, motorët tanë janë krijuar për të ngritur një raketë nga sipërfaqja e një trupi qiellor. Dhe mund të jetë çdo gjë - tokësore, hënore, marsiane. Pra, nëse zbatohen programet hënore apo marsiane, ne patjetër do të marrim pjesë në to.
Cili është efikasiteti i motorëve modernë të raketave dhe a ka ndonjë mënyrë për t'i përmirësuar ato?
Pyotr Lyovochkin: Nëse flasim për parametrat e energjisë dhe termodinamikë të motorëve, atëherë mund të themi se motorët tanë, si dhe motorët më të mirë të raketave kimike të huaja sot kanë arritur një nivel të caktuar të përsosmërisë. Për shembull, efikasiteti i djegies së karburantit arrin 98.5 përqind. Kjo do të thotë, pothuajse e gjithë energjia kimike e karburantit në motor shndërrohet në energji termike të avionit të gazit që del nga hunda.
Ju mund të përmirësoni motorët në drejtime të ndryshme. Ky është përdorimi i përbërësve të karburantit me më shumë energji, futja e zgjidhjeve të reja të qarkut, një rritje e presionit në dhomën e djegies. Një drejtim tjetër është përdorimi i teknologjive të reja, përfshirë aditivët, për të zvogëluar intensitetin e punës dhe, si rezultat, për të ulur koston e një motori rakete. E gjithë kjo çon në një ulje të kostos së ngarkesës së prodhimit.
Sidoqoftë, me një ekzaminim më të afërt, bëhet e qartë se rritja e karakteristikave energjetike të motorëve në mënyrën tradicionale është e paefektshme.
Përdorimi i një shpërthimi të kontrolluar të karburantit mund t'i japë një rakete tetë herë shpejtësinë e zërit
Pse?
Petr Lyovochkin: Një rritje e presionit dhe konsumit të karburantit në dhomën e djegies do të rrisë natyrshëm shtytjen e motorit. Por kjo do të kërkojë një rritje në trashësinë e mureve të dhomës dhe pompave. Si rezultat, kompleksiteti i strukturës dhe masa e saj rriten, fitimi i energjisë rezulton të jetë jo aq i madh. Loja nuk do t'ia vlejë qiriun.
Kjo do të thotë, motorët e raketave kanë shteruar burimin e tyre të zhvillimit?
Pyotr Lyovochkin: Jo aq. Në aspektin teknik, ato mund të përmirësohen duke rritur efikasitetin e proceseve brenda motorike. Ekzistojnë cikle të shndërrimit termodinamik të energjisë kimike në energjinë e një avioni që rrjedh, të cilat janë shumë më efikase se djegia klasike e karburantit të raketës. Ky është cikli i djegies së shpërthimit dhe cikli i Humphrey afër tij.
Vetë efekti i shpërthimit të karburantit u zbulua nga bashkatdhetari ynë - më vonë Akademiku Yakov Borisovich Zeldovich në vitin 1940. Zbatimi i këtij efekti në praktikë premtoi perspektiva shumë të mëdha në raketa. Nuk është për t'u habitur që gjermanët në të njëjtat vite studiuan në mënyrë aktive procesin e shpërthimit të djegies. Por ata nuk përparuan përtej eksperimenteve jo mjaft të suksesshme.
Llogaritjet teorike kanë treguar se djegia e shpërthimit është 25 për qind më efikase se cikli izobarik, i cili korrespondon me djegien e karburantit në presion konstant, i cili zbatohet në dhomat e motorëve moderne të raketave të lëngshme.
Dhe cilat janë avantazhet e djegies së shpërthimit në krahasim me djegien klasike?
Petr Lyovochkin: Procesi klasik i djegies është nënsonik. Shpërthimi - supersonik. Shpejtësia e reagimit në një vëllim të vogël çon në një lëshim të madh të nxehtësisë - është disa mijëra herë më e lartë se në djegien nënsonike, e zbatuar në motorët klasikë të raketave me të njëjtën masë të karburantit që digjet. Dhe për ne, ndërtuesit e motorëve, kjo do të thotë se me një motor shpërthyes shumë më të vogël dhe me një masë të ulët karburanti, mund të merrni të njëjtën shtytje si në motorët e mëdhenj modernë të raketave me lëndë djegëse të lëngshme.
Nuk është sekret që motorët me djegie të karburantit me shpërthim po zhvillohen edhe jashtë vendit. Cilat janë pozicionet tona? A jemi inferiorë, jemi në nivelin e tyre apo jemi në krye?
Pyotr Lyovochkin: Ne nuk pranojmë - kjo është e sigurt. Por nuk mund të them se jemi në krye. Tema eshte mbyllur mjaft. Një nga sekretet kryesore teknologjike është se si të sigurohet që karburanti dhe oksiduesi i motorit të raketës të mos digjet, por të shpërthejë, duke mos shkatërruar dhomën e djegies. Kjo është, në fakt, për të bërë një shpërthim të vërtetë të kontrolluar dhe të kontrolluar. Për referencë: shpërthimi është djegia e karburantit në pjesën e përparme të një valë goditëse supersonike. Dalloni midis shpërthimit të impulsit, kur vala goditëse lëviz përgjatë boshtit të dhomës dhe njëri zëvendëson tjetrin, si dhe shpërthimit të vazhdueshëm (spin), kur valët goditëse në dhomë lëvizin në formë rrethi.
Me sa dihet, studimet eksperimentale të djegies së shpërthimit janë kryer me pjesëmarrjen e specialistëve tuaj. Çfarë rezultatesh u morën?
Pyotr Lyovochkin: Puna u krye për të krijuar një dhomë model për një motor rakete me shpërthim të lëngshëm. Një bashkëpunim i madh i qendrave kryesore kërkimore të Rusisë punoi në projekt nën patronazhin e Fondacionit të Kërkimeve të Avancuara. Midis tyre janë Instituti i Hidrodinamikës. M.A. Lavrentieva, MAI, "Qendra Keldysh", Instituti Qendror i Motorëve të Aviacionit me emrin P.I. Baranova, Fakulteti i Mekanikës dhe Matematikës, Universiteti Shtetëror i Moskës. Ne sugjeruam përdorimin e vajgurit si lëndë djegëse dhe oksigjenin e gaztë si agjent oksidues. Në procesin e studimeve teorike dhe eksperimentale, u konfirmua mundësia e krijimit të një motori rakete shpërthyese bazuar në përbërës të tillë. Bazuar në të dhënat e marra, ne kemi zhvilluar, prodhuar dhe testuar me sukses një dhomë model shpërthimi me një shtytje prej 2 tonësh dhe një presion në dhomën e djegies prej rreth 40 atm.
Kjo detyrë u zgjidh për herë të parë jo vetëm në Rusi, por edhe në botë. Prandaj, sigurisht që kishte probleme. Së pari, i lidhur me sigurimin e një shpërthimi të qëndrueshëm të oksigjenit me vajguri, dhe së dyti, me sigurimin e ftohjes së besueshme të murit të zjarrit të dhomës pa ftohje perde dhe një sërë problemesh të tjera, thelbi i të cilave është i qartë vetëm për specialistët.