Detonacinis raketinis variklis: bandymai, veikimo principas, privalumai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Kosmoso tyrinėjimai netyčia siejami su erdvėlaiviais. Bet kurios raketos širdis yra jos variklis. Jis turi išvystyti pirmąjį kosminį greitį – apie 7,9 km/s, kad astronautai išgabentų į orbitą, ir antrąjį kosminį greitį, kad įveiktų planetos gravitacinį lauką.

Pasiekti tai nėra lengva, tačiau mokslininkai nuolat ieško naujų būdų, kaip išspręsti šią problemą. Dizaineriai iš Rusijos nuėjo dar toliau ir sugebėjo sukurti detonacinį raketos variklį, kurio bandymai baigėsi sėkmingai. Šį pasiekimą galima pavadinti tikru proveržiu kosmoso inžinerijos srityje.

Naujos funkcijos

Kodėl dedamos didelės viltys į detonacinius variklius? Mokslininkų teigimu, jų galia bus 10 tūkstančių kartų didesnė už esamų raketų variklių galią. Tuo pačiu jie sunaudos daug mažiau degalų, o jų gamyba išsiskirs mažomis sąnaudomis ir pelningumu. Su kuo tai yrasusiję?

Viską lemia degalų oksidacijos reakcija. Jei šiuolaikinėse raketose naudojamas deflagracijos procesas – lėtas (ikigarsinis) kuro degimas esant pastoviam slėgiui, tai detonacinės raketos variklis funkcionuoja dėl sprogimo, degaus mišinio detonavimo. Jis dega viršgarsiniu greičiu, išskirdamas didžiulius šiluminės energijos kiekius tuo pačiu metu, kai sklinda smūginė banga.

Rusiškosios detonacinio variklio versijos kūrimą ir bandymus atliko specializuota laboratorija „Detonation LRE“, priklausanti gamybos kompleksui „Energomash“.

Naujų variklių pranašumas

Žymiausi pasaulio mokslininkai 70 metų tiria ir kuria detonacinius variklius. Pagrindinė priežastis, neleidžianti sukurti tokio tipo variklius, yra nekontroliuojamas savaiminis kuro degimas. Be to, į darbotvarkę buvo įtrauktas efektyvus kuro ir oksidatoriaus maišymas, taip pat purkštuko ir oro įsiurbimo angos integravimas.

Išsprendus šias problemas, bus galima sukurti detonacinį raketinį variklį, kuris pagal savo technines charakteristikas aplenks laiką. Tuo pačiu metu mokslininkai jo pranašumus vadina:

1. Gebėjimas išvystyti greitį ikigarsiniame ir hipergarsiniame diapazonuose.
2. Sukurkite daug judančių dalių.
3. Mažesnė jėgainės masė ir kaina.
4. Aukštas termodinaminis efektyvumas.

Šio tipo varikliai nebuvo gaminami serijiniu būdu. Pirmą kartą žemai skraidančiuose lėktuvuose jis buvo išbandytas 2008 m. Nešančiųjų raketų detonacinį variklį pirmą kartą išbandė Rusijos mokslininkai. Štai kodėl šiam įvykiui suteikiama tokia didelė reikšmė.

Veikimo principas: pulsas ir nuolatinis

Šiuo metu mokslininkai kuria įrenginius su impulsine ir nuolatine darbo eiga. Detonacinės raketos variklio su impulsinio veikimo schema veikimo principas pagrįstas cikliniu degimo kameros užpildymu degiu mišiniu, nuosekliu jo uždegimu ir degimo produktų išmetimu į aplinką.

Atitinkamai, nepertraukiamo darbo procese degalai nuolat tiekiami į degimo kamerą, degalai dega viena ar keliomis detonacinėmis bangomis, kurios nuolat cirkuliuoja per srautą. Tokių variklių pranašumai:

1. Vienas kuro uždegimas.
2. Palyginti paprastas dizainas.
3. Mažas vienetų dydis ir svoris.
4. Efektyvesnis degiojo mišinio naudojimas.
5. Mažas triukšmas, vibracija ir emisija.

Ateityje, naudojant šiuos privalumus, nuolat veikiantis detonacinis skystojo kuro raketinis variklis dėl savo svorio, dydžio ir sąnaudų ypatybių pakeis visus esamus įrenginius.

Išbandyti detonacinį variklį

Pirmieji buitinės detonacijos įrenginio bandymai buvo atliktiŠvietimo ir mokslo ministerijos įsteigtas projektas. Kaip prototipas buvo pristatytas mažas variklis su 100 mm skersmens degimo kamera ir 5 mm žiedinio kanalo pločio. Bandymai buvo atliekami specialiame stende, rodikliai buvo fiksuojami dirbant su įvairių tipų degiaisiais mišiniais - vandenilis-deguonis, gamtinės dujos-deguonis, propanas-butanas-deguonis.

Detonacinio raketinio variklio, varomo deguonies-vandenilio kuru, bandymai įrodė, kad šių blokų termodinaminis ciklas yra 7 % efektyvesnis nei kitų blokų. Be to, eksperimentiškai buvo patvirtinta, kad padidėjus tiekiamų degalų kiekiui, didėja ir trauka, didėja detonacijos bangų skaičius ir sukimosi greitis.

Analogai kitose šalyse

Detonacinius variklius kuria mokslininkai iš pirmaujančių pasaulio šalių. Didžiausią sėkmę šia kryptimi pasiekė dizaineriai iš JAV. Savo modeliuose jie įdiegė nuolatinį veikimo režimą arba sukimąsi. JAV kariuomenė planuoja naudoti šiuos įrenginius antvandeniniams laivams įrengti. Dėl savo lengvesnio svorio ir mažo dydžio bei didelės išėjimo galios jie padės padidinti kovinių valčių efektyvumą.

Stechiometrinis vandenilio ir deguonies mišinys naudojamas amerikiečių detonacinės raketos variklyje. Tokio energijos š altinio privalumai pirmiausia yra ekonominiai – deguonies sudegina lygiai tiek, kiek reikia vandeniliui oksiduoti. Dabar užJAV vyriausybė išleidžia kelis milijardus dolerių, kad aprūpintų karo laivus anglies degalais. Stechiometrinis kuras kelis kartus sumažins išlaidas.

Tolimesnės plėtros kryptys ir perspektyvos

Nauji duomenys, gauti atliekant detonacinių variklių bandymus, lėmė iš esmės naujų metodų panaudojimą kuriant veikimo skystuoju kuru schemą. Tačiau norint veikti, tokie varikliai turi turėti didelį atsparumą karščiui dėl didelio išsiskiriančios šiluminės energijos kiekio. Šiuo metu kuriama speciali danga, kuri užtikrins degimo kameros veikimą esant aukštai temperatūrai.

Ypatinga vieta tolesniuose tyrimuose yra maišymo galvučių kūrimas, su kuriomis bus galima gauti nurodyto dydžio, koncentracijos ir sudėties degiųjų medžiagų lašus. Siekiant išspręsti šias problemas, bus sukurtas naujas detonacinis skysto kuro raketinis variklis, kuris taps naujos klasės nešančiųjų raketų pagrindu.