Eksperimentalni konstruktorski biro Lyulka razvio je, proizveo i testirao prototip pulsirajućeg rezonatorskog detonacionog motora sa dvostepenim sagorevanjem mešavine kerozina i vazduha. Kako prenosi ITAR-TASS, prosječni izmjereni potisak motora bio je oko sto kilograma, a trajanje kontinuirani rad─ više od deset minuta. Do kraja ove godine Konstruktorski biro namjerava proizvesti i testirati pulsirajuću punu veličinu detonacioni motor.
Prema rečima glavnog konstruktora Konstruktorskog biroa Lyulka, Aleksandra Tarasova, tokom testova, režimi rada karakteristični za turbomlazne i ramjet motori. Izmjerene vrijednosti specifičnog potiska i specifična potrošnja Ispostavilo se da su goriva 30-50 posto bolja od konvencionalnog zraka mlazni motori. Tokom eksperimenata, novi motor se više puta palio i gasio, kao i kontrola proklizavanja.
Na osnovu sprovedenog istraživanja, podataka dobijenih ispitivanjem, kao i analize dizajna kola, Konstruktorski biro Lyulka namerava da predloži razvoj čitave porodice motora aviona sa pulsirajućom detonacijom. Konkretno, mogu se kreirati kratkotrajni motori za bespilotne letjelice i rakete i avionski motori za nadzvučni krstareći let.
U budućnosti, na osnovu novih tehnologija, mogu se kreirati motori za raketne i svemirske sisteme i kombinovane elektrane za avione koji mogu da lete u atmosferi i šire.
Prema konstruktorskom birou, novi motori će povećati omjer potiska i težine aviona za 1,5-2 puta. Osim toga, kada se koriste takve elektrane, domet leta ili težina avionskog oružja može se povećati za 30-50 posto. Istovremeno, specifična težina novih motora bit će 1,5-2 puta manja od one kod konvencionalnih mlaznih elektrana.
U martu 2011. objavljeno je da su u Rusiji u toku radovi na stvaranju pulsirajućeg detonacionog motora. To je tada izjavio Ilja Fedorov, generalni direktor istraživačko-proizvodne asocijacije Saturn, koja uključuje Dizajnerski biro Lyulka. Fedorov nije precizirao o kojoj vrsti detonacionog motora se razgovara.
Trenutno su poznata tri tipa pulsirajućih motora: ventilski, bezventilski i detonacijski. Princip rada ovih elektrana je da periodično dovode gorivo i oksidant u komoru za sagorevanje, gde se mešavina goriva pali i proizvodi sagorevanja izlaze iz mlaznice i formiraju mlazni potisak. Razlika od konvencionalnih mlaznih motora je detonacijsko sagorijevanje mješavine goriva, u kojem se širi front sagorijevanja veća brzina zvuk.
Lupanje mlazni motor izumio je krajem 19. vijeka švedski inženjer Martin Wiberg. Pulsirajući motor smatra se jednostavnim i jeftinim za proizvodnju, ali je zbog karakteristika sagorijevanja goriva nepouzdan. Prvo novi tip Motor je komercijalno korišten tokom Drugog svjetskog rata na njemačkim krstarećim projektilima V-1. Opremljeni su motorom Argus As-014 iz Argus-Werkena.
Trenutno se nekoliko velikih odbrambenih firmi u svijetu bavi istraživanjem razvoja visoko efikasnih impulsnih mlaznih motora. Konkretno, radove izvode francuska kompanija SNECMA i američka General Electric i Pratt & Whitney. Američka mornarička istraživačka laboratorija je 2012. godine objavila svoju namjeru da razvije motor sa spin detonacijom, koji bi zamijenio konvencionalne plinske turbinske elektrane na brodovima.
Američka mornarička istraživačka laboratorija (NRL) namjerava razviti rotacijski, odnosno okretni, detonacioni motor (Rotating Detonation Engine, RDE), koji bi u budućnosti mogao zamijeniti konvencionalne plinske turbine na brodovima. Prema NRL-u, novi motori će omogućiti vojsci da smanji potrošnju goriva uz povećanje energetske efikasnosti elektrana.
Američka mornarica trenutno koristi 430 gasnih turbinskih motora (GTE) na 129 brodova. Svake godine troše goriva u vrijednosti od dvije milijarde dolara. NRL procjenjuje da bi RDE mogao uštedjeti vojsci do 400 miliona dolara godišnje u troškovima goriva. RDE će moći proizvesti deset posto više energije od konvencionalnih plinskih turbinskih motora. RDE prototip je već kreiran, ali se još uvijek ne zna kada će takvi motori početi ulaziti u flotu.
RDE je baziran na razvoju NRL-a dobijenim tokom stvaranja pulsirajuće detonacijske mašine (Pulse Detonation Engine, PDE). Rad takvih elektrana temelji se na stabilnom detonacijskom sagorijevanju mješavine goriva.
Motori s spin detonacijom razlikuju se od pulsirajućih po tome što se detonacijsko sagorijevanje mješavine goriva u njima odvija kontinuirano ─ front sagorijevanja se kreće u prstenastoj komori za izgaranje u kojoj se mješavina goriva stalno obnavlja.
Publikacija Vojno-industrijski kurir prenosi sjajne vijesti iz oblasti prodornih raketnih tehnologija. Detonacija raketni motor testiran u Rusiji, rekao je potpredsjednik vlade Dmitrij Rogozin na svojoj Facebook stranici u petak.
„Takozvani detonacioni raketni motori razvijeni u okviru programa Fondacije za napredna istraživanja uspešno su testirani“, citira Interfaks-AVN potpredsednika Vlade.
Smatra se da je detonacijski raketni motor jedan od načina implementacije koncepta takozvanog motornog hiperzvuka, odnosno stvaranja hipersoničnih letjelica sposobnih za sopstveni motor dostižu brzine od 4 do 6 maha (maha je brzina zvuka).
Portal russia-reborn.ru pruža intervju sa jednim od vodećih specijalizovanih stručnjaka za motore u Rusiji u vezi sa detonacionim raketnim motorima.
Intervju s Petrom Levočkinom, glavnim projektantom NPO Energomash po imenu akademika V.P.
Motori se stvaraju za hipersonične rakete budućnosti
Takozvani detonacijski raketni motori su uspješno testirani, dajući vrlo zanimljivi rezultati. Razvojni rad u ovom pravcu će se nastaviti.
Detonacija je eksplozija. Može li se njime upravljati? Da li je moguće stvoriti hipersonično oružje na bazi takvih motora? Koji će raketni motori lansirati nenaseljena vozila i vozila s posadom u bliski svemir? O tome je bio naš razgovor sa zamjenikom generalnog direktora - glavnim projektantom NPO Energomash po imenu akademika V.P. Glushka.
Petre Sergejeviču, koje mogućnosti otvaraju novi motori?
Petr Levočkin: Ako govorimo o bliskoj budućnosti, danas radimo na motorima za rakete kao što su Angara A5V i Sojuz-5, kao i druge koji su u fazi predprojektovanja i nepoznati široj javnosti. Generalno, naši motori su dizajnirani da podignu raketu s površine nebeskog tijela. A može biti bilo šta - zemaljsko, lunarno, marsovsko. Dakle, ako se implementiraju lunarni ili marsovski programi, mi ćemo svakako učestvovati u njima.
Kolika je efikasnost modernih raketnih motora i postoje li načini za njihovo poboljšanje?
Petr Levochkin: Ako govorimo o energiji i termodinamičkih parametara motora, onda možemo reći da su naši, kao i najbolji strani hemijski raketni motori danas, dostigli određeno savršenstvo. Na primjer, potpunost sagorijevanja goriva dostiže 98,5 posto. Odnosno, skoro sva hemijska energija goriva u motoru pretvara se u toplotnu energiju struje gasa iz mlaznice.
Motori se mogu poboljšati u različitim smjerovima. To uključuje korištenje energetski intenzivnijih komponenti goriva, uvođenje novih rješenja u krugovima i povećanje tlaka u komori za izgaranje. Drugi pravac je korištenje novih, uključujući aditivne, tehnologije kako bi se smanjio radni intenzitet i, kao posljedica toga, smanjila cijena raketnog motora. Sve to dovodi do smanjenja troškova proizvodnje nosivost.
Međutim, nakon detaljnijeg razmatranja, postaje jasno da je povećanje energetskih karakteristika motora na tradicionalan način neučinkovito.
Korištenje kontrolirane eksplozije pogonskog goriva može dati raketi brzinu osam puta veću od brzine zvuka
Zašto?
Petr Levochkin: Povećanje pritiska i protoka goriva u komori za sagorevanje će prirodno povećati potisak motora. Ali to će zahtijevati povećanje debljine zidova komore i pumpi. Kao rezultat, povećava se složenost strukture i njena masa, a energetski dobitak nije tako velik. Igra neće biti vrijedna svijeće.
Odnosno, raketni motori su iscrpili svoj razvojni resurs?
Petr Levočkin: Ne baš. U tehničkom smislu, mogu se poboljšati povećanjem efikasnosti intramotornih procesa. Postoje ciklusi termodinamičke konverzije hemijske energije u energiju izlaznog mlaza, koji su mnogo efikasniji od klasičnog sagorevanja raketnog goriva. Ovo je ciklus sagorevanja detonacije i usko povezan Humphreyjev ciklus.
Sam efekat detonacije goriva otkrio je naš sunarodnik - kasniji akademik Yakov Borisovič Zeldovich davne 1940. godine. Implementacija ovog efekta u praksi obećavala je vrlo velike izglede u raketnoj nauci. Nije iznenađujuće da su Nemci tih istih godina aktivno proučavali proces detonacionog sagorevanja. Ali ne više uspješni eksperimenti nisu napredovali.
Teorijski proračuni su pokazali da je detonacijsko sagorijevanje 25 posto efikasnije od izobarnog ciklusa koji odgovara sagorijevanju goriva pri konstantnom pritisku, a koji se implementira u komorama modernih motora na tečno gorivo.
Koje su prednosti detonacionog sagorevanja u odnosu na klasično sagorevanje?
Petr Levochkin: Klasični proces sagorijevanja je podzvučan. Detonacija - nadzvučna. Brzina reakcije u maloj zapremini dovodi do ogromnog oslobađanja toplote - ono je nekoliko hiljada puta veće nego pri podzvučnom sagorevanju, implementiranom u klasičnim raketnim motorima sa istom masom sagorelog goriva. A za nas, inženjere motora, to znači da sa znatno manjim dimenzijama detonacionog motora i sa malom masom goriva možemo postići isti potisak kao u ogromnim modernim raketnim motorima na tečnost.
Nije tajna da se u inostranstvu razvijaju i motori sa detonacijskim sagorevanjem goriva. Koje su naše pozicije? Da li smo inferiorni, da li smo na njihovom nivou ili smo vodeći?
Petr Levochkin: Ne popuštamo - to je sigurno. Ali ne mogu reći da smo u prednosti. Tema je dosta zatvorena. Jedna od glavnih tehnoloških tajni je kako osigurati da gorivo i oksidant raketnog motora ne izgore, već eksplodiraju, bez uništavanja komore za izgaranje. Odnosno, da se napravi prava eksplozija kontrolisana i upravljiva. Za referencu: detonacija je sagorijevanje goriva u prednjem dijelu nadzvučnog udarnog vala. Razlikuju se pulsna detonacija, kada se udarni talas kreće duž ose komore i jedan zamenjuje drugi, kao i kontinuirana (spin) detonacija, kada se udarni talasi u komori kreću u krug.
Koliko nam je poznato, eksperimentalna istraživanja detonacionog sagorevanja rađena su uz učešće vaših stručnjaka. Kakvi su rezultati dobijeni?
Petr Levochkin: Radovi su obavljeni na stvaranju modela komore tečnog detonacionog raketnog motora. Na projektu je radila velika saradnja vodećih naučnika pod pokroviteljstvom Fondacije za napredna istraživanja naučni centri Rusija. Među njima su Institut za hidrodinamiku nazvan po. M.A. Lavrentiev, MAI, "Keldysh Center", Centralni institut za inženjerstvo avijacije nazvan po. P.I. Baranova, Fakultet za mehaniku i matematiku, Moskovski državni univerzitet. Predložili smo da se kao gorivo koristi kerozin, a kao oksidator gasoviti kiseonik. U procesu teorijskih i eksperimentalnih istraživanja potvrđena je mogućnost izrade detonacijskog raketnog motora pomoću takvih komponenti. Na osnovu dobijenih podataka razvili smo, proizveli i uspešno testirali model detonacione komore sa potiskom od 2 tone i pritiskom u komori za sagorevanje od oko 40 atm.
Ovaj problem je po prvi put rešen ne samo u Rusiji, već iu svetu. Tako da je, naravno, bilo problema. Prvo, vezano za osiguranje stabilne detonacije kisika s kerozinom, i drugo, za osiguranje pouzdanog hlađenja vatrenog zida komore bez hlađenja zavjese i niza drugih problema, čija je suština razumljiva samo stručnjacima.
Može li se detonacijski motor koristiti u hipersoničnim projektilima?
Petr Levochkin: I moguće je i neophodno. Makar samo zato što je izgaranje goriva u njemu nadzvučno. I u tim motorima na kojima sada pokušavaju stvoriti kontrolirani hipersonični avioni, podzvučno sagorevanje. I to stvara mnogo problema. Uostalom, ako je sagorijevanje u motoru podzvučno, a motor leti, recimo, brzinom od pet maha (jedan mah jednak brzini zvuk), morate usporiti nadolazeći protok zraka dok režim zvuka. Shodno tome, sva energija ovog kočenja pretvara se u toplinu, što dovodi do dodatnog pregrijavanja konstrukcije.
A u detonacijskom motoru proces sagorijevanja odvija se brzinom koja je najmanje dva i pol puta veća od brzine zvuka. I, shodno tome, možemo povećati brzinu aviona za ovaj iznos. Odnosno, ne govorimo više o pet, već o osam zamaha. Ovo je trenutno dostižna brzina aviona sa hipersoničnim motorima, koji će koristiti princip detonacionog sagorevanja.
Petr Levochkin: Ovo je kompleksno pitanje. Upravo smo otvorili vrata oblasti detonacionog sagorevanja. Ostalo je još mnogo toga neistraženo izvan okvira našeg istraživanja. Danas zajedno sa RSC Energiom pokušavamo utvrditi kako bi motor u cjelini sa detonacijskom komorom mogao izgledati u odnosu na gornje faze u budućnosti.
Na kojim motorima će čovjek letjeti do udaljenih planeta?
Petr Levochkin: Po mom mišljenju, mi ćemo još dugo letjeti tradicionalnim raketnim motorima na tečno gorivo, poboljšavajući ih. Iako se sigurno razvijaju i druge vrste raketnih motora, na primjer, električni raketni motori (mnogo su efikasniji od tekućih raketnih motora - njihov specifični impuls je 10 puta veći). Nažalost, današnji motori i lansirne rakete ne dozvoljavaju nam da govorimo o realnosti masovnih međuplanetarnih, a još više međugalaktičkih letova. Ovdje je sve još uvijek na nivou fantazije: fotonski motori, teleportacija, levitacija, gravitacioni talasi. Iako su, s druge strane, prije nešto više od sto godina djela Žila Verna doživljavana kao čista fantazija. Možda revolucionarni iskorak u oblasti u kojoj radimo neće dugo čekati. Uključujući i oblast praktičnog stvaranja raketa koristeći energiju eksplozije.
Dosije "RG":
„Istraživačko-proizvodno društvo Energomaš“ osnovao je Valentin Petrovič Gluško 1929. godine. Sada nosi njegovo ime. Ovdje razvijaju i proizvode tečne raketne motore za prvu i, u nekim slučajevima, drugu etapu lansirnih vozila. NPO je razvio više od 60 različitih tekućih mlaznih motora. Prvi satelit je lansiran pomoću motora Energomash, prvi čovjek je poletio u svemir, a lansirano je i prvo samohodno vozilo Lunohod-1. Danas više od devedeset posto lansirnih vozila u Rusiji polijeće pomoću motora razvijenih i proizvedenih u NPO Energomash.
Motori koji koriste detonacijsko sagorijevanje goriva u normalnom načinu rada nazivaju se detonacijski motori. Sam motor može biti (teoretski) bilo šta - motor sa unutrašnjim sagorevanjem, mlazni ili čak parni. U teoriji. Međutim, do sada, svi poznati komercijalno prihvatljivi motori takvih načina sagorijevanja goriva, koji se obično nazivaju "eksplozija", nisu korišteni zbog njihove... mmm... komercijalne neprihvatljivosti..
Izvor:
Koje su prednosti korištenja detonacionog sagorijevanja u motorima? Da uvelike pojednostavimo i generalizujemo, nešto ovako:
Prednosti
1. Zamjena konvencionalnog sagorijevanja detonacijskim sagorijevanjem zbog plinske dinamike fronta udarnog vala povećava teoretski maksimum dostižne potpunosti sagorijevanja mješavine, što omogućava povećanje Efikasnost motora, te smanjiti potrošnju za oko 5-20%. Ovo važi za sve tipove motora, i za motore sa unutrašnjim sagorevanjem i za mlazne motore.
2. Brzina sagorijevanja dijela mješavine goriva povećava se za oko 10-100 puta, što znači da je teoretski moguće da motor s unutarnjim sagorijevanjem poveća litarsku snagu (ili specifični potisak po kilogramu mase za mlazne motore) za otprilike isti iznos. Ovaj faktor je također relevantan za sve tipove motora.
3. Faktor je relevantan samo za mlazne motore svih tipova: budući da se procesi sagorevanja odvijaju u komori za sagorevanje pri nadzvučnim brzinama, a temperature i pritisci u komori za sagorevanje značajno rastu, postoji odlična teoretska prilika da se brzina više puta povećava. mlaznog toka iz mlaznice. Što zauzvrat dovodi do proporcionalnog povećanja potiska, specifičnog impulsa, efikasnosti i/ili smanjenja težine motora i potrebnog goriva.
Sva ova tri faktora su veoma bitna, ali nisu revolucionarna, već evoluciona, da tako kažem. Četvrti i peti faktor su revolucionarni i odnose se samo na mlazne motore:
4. Samo korištenje detonacijskih tehnologija omogućava stvaranje univerzalnog mlaznog motora s direktnim protokom (a samim tim i korištenjem atmosferskog oksidatora!) prihvatljive težine, veličine i potiska, za praktičan i veliki razvoj raspona pod -, super- i hipersonične brzine 0-20Max.
5.Samo detonacijske tehnologije omogućavaju istiskivanje goriva-oksidatora iz hemijskih raketnih motora (parni oksidator goriva) parametri brzine potrebni za njihovu široku upotrebu u međuplanetarnim letovima.
P.4 i 5. teoretski nam otkrivaju a) jeftin put u bliski svemir, i b) put do lansiranja s ljudskom posadom na obližnje planete, bez potrebe za pravljenjem monstruoznih super-teških lansirnih vozila teških preko 3500 tona.
Nedostaci detonacijskih motora proizlaze iz njihovih prednosti:
Izvor:
1. Brzina sagorijevanja je toliko visoka da se najčešće ovi motori mogu natjerati da rade samo ciklično: usis-sagorijevanje-izduv. Što smanjuje maksimalnu moguću litarsku snagu i/ili potisak za najmanje tri puta, ponekad narušavajući svrhu same ideje.
2. Temperature, pritisci i stope njihovog porasta u komori za sagorevanje detonacionih motora su takvi da isključuju direktnu upotrebu većine nama poznatih materijala. Svi su oni preslabi da bi napravili jednostavnu, jeftinu i efikasan motor. Ili je potrebna cijela porodica fundamentalno novih materijala, ili korištenje još neprovjerenih dizajnerskih trikova. Nemamo materijala, a ponovno kompliciranje dizajna često čini cijelu ideju besmislenom.
Međutim, postoji područje u kojem se detonacijski motori ne mogu izbjeći. Ovo je ekonomski izvodljiv atmosferski hiperzvuk s rasponom brzina od 2-20 Max. Dakle, bitka ide na tri fronta:
1. Kreiranje dijagrama motora sa kontinuirana detonacija u komori za sagorevanje. Što zahtijeva superkompjutere i netrivijalne teorijske pristupe za izračunavanje njihove hemodinamike. U ovoj oblasti su, kao i uvijek, prednjačili prokleti jorgani, koji su po prvi put u svijetu teoretski pokazali da je kontinuirana delegacija općenito moguća. Izum, otkriće, patent - to je sve. I počeli su praviti praktičnu strukturu od zahrđalih cijevi i kerozina.
2. Stvaranje konstruktivna rješenja omogućujući korištenje klasičnih materijala. Prokleti jorgani sa pijanim medvjedima, a evo oni su prvi smislili i napravili laboratorijski višekomorni motor, koji već radi u nedogled. Potisak je kao kod motora Su27, a težina je takva da ga jedan (jedan!) deda može držati u rukama. No, pošto je votka zagorjela, ispostavilo se da motor pulsira. Ali kopile radi tako čisto da ga čak možete uključiti u kuhinji (gdje su ga prošivene jakne zapravo isprale u intervalima između votke i balalajke)
3. Kreiranje supermaterijala za buduće motore. Ovo područje je najteže i najtajnije. Nemam informacija o probojima u tome.
Na osnovu gore navedenog, razmotrimo izglede za detonaciju, klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem. Kao što je poznato, povećanje pritiska u komori za sagorevanje klasičnih dimenzija tokom detonacije u motoru sa unutrašnjim sagorevanjem dešava se brže od brzine zvuka. Ostajući u istom dizajnu, ne postoji način da se mehanički klip napravi, pa čak i sa značajnim pridruženim masama, kreće u cilindru približno istim brzinama. Zupčasti remen s klasičnim rasporedom također ne može raditi pri takvim brzinama. Stoga je direktna konverzija klasičnog motora s unutrašnjim sagorijevanjem u detonacijski s praktične tačke gledišta besmislena. Motor treba redizajnirati. Ali čim počnemo to raditi, ispostavilo se da je klip u ovom dizajnu jednostavan dodatni detalj. Stoga, IMHO, klipna detonacija motora sa unutrašnjim sagorevanjem je anahronizam.
Detonacijski motor je jednostavniji i jeftiniji za proizvodnju, za red je jači i ekonomičniji od konvencionalnog mlaznog motora i ima veću efikasnost u odnosu na njega.
Opis:
Detonacijski motor (pulsni, pulsirajući motor) zamjenjuje konvencionalni mlazni motor. Da biste razumjeli suštinu detonacionog motora, morate rastaviti konvencionalni mlazni motor.
Tipični mlazni motor je dizajniran na sljedeći način.
U komori za sagorevanje dolazi do sagorevanja goriva i oksidatora, a to je kiseonik iz vazduha. U ovom slučaju, pritisak u komori za sagorevanje je konstantan. Proces sagorevanja naglo povećava temperaturu, stvara konstantan front plamena i konstantan mlazni potisak koji izlazi iz mlaznice. Prednja strana konvencionalnog plamena širi se u gasovitom okruženju brzinom od 60-100 m/sec. To je ono što uzrokuje kretanje aviona. Međutim, savremeni mlazni motori dostigli su određenu granicu efikasnosti, snage i drugih karakteristika čije je poboljšanje gotovo nemoguće ili izuzetno teško.
U detonacijskom (pulsnom ili pulsirajućem) motoru do izgaranja dolazi detonacijom. Detonacija je proces sagorevanja, ali koji se dešava stotinama puta brže nego tokom konvencionalnog sagorevanja goriva. Tokom detonacionog sagorevanja nastaje detonacioni udarni talas koji ga nosi nadzvučnom brzinom. To je oko 2500 m/sec. Pritisak kao rezultat detonacijskog sagorijevanja brzo raste, ali volumen komore za sagorijevanje ostaje nepromijenjen. Proizvodi sagorevanja izlaze velikom brzinom kroz mlaznicu. Frekvencija pulsiranja detonacionog talasa dostiže nekoliko hiljada u sekundi. U detonacionom talasu nema stabilizacije fronta plamena za svaku pulsaciju mešavina goriva se obnavlja i talas počinje ponovo.
Pritisak u detonacionom motoru stvara se samom detonacijom, čime se eliminiše dovod mešavine goriva i oksidatora pod visokim pritiskom. U konvencionalnom mlaznom motoru, da bi se stvorio potiski pritisak od 200 atm, potrebno je dopremati mješavinu goriva pod pritiskom od 500 atm. Dok je u detonacijskom motoru pritisak dovodne smjese goriva 10 atm.
Komora za izgaranje detonacionog motora je strukturno prstenasta sa mlaznicama koje se nalaze duž njegovog radijusa za dovod goriva. Detonacijski val vrti se po krugu iznova i iznova, mješavina goriva se sabija i izgara, gurajući proizvode izgaranja kroz mlaznicu.
Prednosti:
– detonacijski motor je lakši za proizvodnju. Nema potrebe za korištenjem turbopumpnih jedinica,
– red veličine snažniji i ekonomičniji od konvencionalnog mlaznog motora,
– ima veću efikasnost,
– jeftinije za proizvodnju
– nema potrebe za kreiranjem visokog pritiska dovod mješavine goriva i oksidatora, stvara se visoki tlak zbog same detonacije,
– detonacijski motor premašuje konvencionalni mlazni motor za 10 puta u smislu snage po jedinici zapremine, što dovodi do smanjenja dizajna detonacionog motora,
– detonacijsko sagorijevanje je 100 puta brže od sagorijevanja konvencionalnog goriva.
Napomena: © Fotografija https://www.pexels.com, https://pixabay.com
Krajem januara pojavili su se izvještaji o novim uspjesima u ruskoj nauci i tehnologiji. Iz službenih izvora postalo je poznato da je jedan od domaćih projekata perspektivnog mlaznog motora detonacionog tipa već prošao fazu testiranja. Time se približava trenutak potpunog završetka svih potrebnih radova, kao rezultat svemirskih ili vojnih raketa ruski razvoj moći će dobiti nove elektrane sa poboljšanim performansama. Štaviše, novi principi rada motora mogu naći primenu ne samo u oblasti raketa, već iu drugim oblastima.
Potpredsjednik Vlade Dmitrij Rogozin je krajem januara domaćoj štampi govorio o najnovijim uspjesima istraživačkih organizacija. Između ostalih tema, dotaknuo se procesa stvaranja mlaznih motora po novim principima rada. Obećavajući motor sa detonacionim sagorevanjem već je doveden na testiranje. Prema riječima potpredsjednika Vlade, primjena novih principa rada elektrana omogućava vam značajno povećanje performansi. U poređenju sa tradicionalnim arhitektonskim dizajnom, primećuje se povećanje vuče od oko 30%.
Dijagram detonacijskog raketnog motora
Moderni raketni motori različite klase a tipovi koji se koriste u raznim oblastima koriste tzv. izobarični ciklus ili deflagraciono sagorevanje. Njihove komore za sagorijevanje održavaju konstantan pritisak, pri kojem gorivo polako sagorijeva. Motor baziran na principima deflagracije ne zahtijeva posebno jake jedinice, ali je ograničen u maksimalnim performansama. Povećanje osnovnih karakteristika, počevši od određenog nivoa, pokazuje se nerazumno teškim.
Alternativa motoru izobarnog ciklusa u kontekstu poboljšanja performansi je sistem sa tzv. detonacijskom sagorevanju. U ovom slučaju, reakcija oksidacije goriva se odvija iza udarnog vala, sa velika brzina krećući se kroz komoru za sagorevanje. Ovo postavlja posebne zahtjeve za dizajn motora, ali nudi i očigledne prednosti. Sa stanovišta efikasnosti sagorevanja goriva, detonaciono sagorevanje je 25% bolje od deflagracionog sagorevanja. Također se razlikuje od sagorijevanja sa konstantnim pritiskom povećanom snagom oslobađanja topline po jedinici površine reakcionog fronta. U teoriji, moguće je povećati ovaj parametar za tri do četiri reda veličine. Kao rezultat toga, brzina reaktivnih plinova može se povećati za 20-25 puta.
Dakle, detonacijski motor se razlikuje povećani koeficijent korisna akcija, može razviti veći potisak uz manju potrošnju goriva. Njegove prednosti u odnosu na tradicionalne dizajne su očigledne, ali donedavno je napredak u ovoj oblasti ostavljao mnogo da se poželi. Principe detonacionog mlaznog motora formulirao je davne 1940. sovjetski fizičar Ya.B. Zeldoviča, ali gotovi proizvodi ove vrste još nisu pušteni u upotrebu. Glavni razlozi za izostanak pravog uspjeha su problemi sa stvaranjem dovoljno jake konstrukcije, kao i teškoća lansiranja i naknadnog održavanja udarnog vala pri korištenju postojećih goriva.
Jedan od najnovijih domaćih projekata u oblasti detonacionih raketnih motora započeo je 2014. godine i razvija se u NPO Energomash po imenu. Akademik V.P. Glushko. Prema dostupnim podacima, cilj projekta sa šifrom “Ifrit” bio je proučavanje osnovnih principa nove tehnologije sa naknadnim stvaranjem tečnog raketnog motora koji koristi kerozin i gasoviti kiseonik. Novi motor, koji je dobio ime po demonima vatre iz arapskog folklora, bio je zasnovan na principu sagorevanja detonacije. Dakle, u skladu sa osnovnom idejom projekta, udarni val bi se trebao kontinuirano kretati u krugu unutar komore za izgaranje.
Glavni programer novog projekta bio je NPO Energomash, odnosno posebna laboratorija stvorena na njegovoj osnovi. Osim toga, nekoliko drugih istraživačkih i projektantskih organizacija je bilo uključeno u rad. Program je dobio podršku Fondacije za napredne studije. Zajedničkim naporima svi učesnici projekta Ifrit uspjeli su stvoriti optimalan izgled obećavajući motor, kao i kreiranje modela komore za sagorevanje sa novim principima rada.
Za proučavanje perspektiva cjelokupnog pravca i novih ideja, tzv model detonacione komore za sagorevanje koja zadovoljava zahteve projekta. Takav eksperimentalni motor smanjene konfiguracije trebao je koristiti tečni kerozin kao gorivo. Kao oksidacijski agens predložen je plinoviti kisik. U avgustu 2016. godine počelo je testiranje prototipa kamere. Važno je da je po prvi put projekat ove vrste uspeo da dođe do faze testiranja na klupi. Ranije su razvijani domaći i strani detonacijski raketni motori, ali nisu testirani.
Tokom testiranja uzorka modela bilo je moguće dobiti vrlo zanimljive rezultate koji pokazuju ispravnost primijenjenih pristupa. Dakle, korišćenjem pravim materijalima a tehnologija je uspjela dovesti pritisak unutar komore za sagorijevanje na 40 atmosfera. Potisak eksperimentalnog proizvoda dostigao je 2 tone.
Model komore na ispitnom stolu
U okviru projekta Ifrit dobijeni su određeni rezultati, ali je domaći detonacijski motor na tekuće gorivo još daleko od pune praktične primjene. Prije nego što takvu opremu uvedu u nove tehnološke projekte, dizajneri i naučnici će morati odlučiti cela linija najozbiljnije zadatke. Tek nakon toga će raketna i svemirska industrija ili odbrambena industrija moći početi da realizuje potencijal nove tehnologije u praksi.
Sredinom januara" Ruske novine» objavio intervju sa glavnim konstruktorom NPO Energomaš Petrom Levočkinom, čija je tema bila trenutno stanje i izgledi za detonacione motore. Predstavnik razvojne kompanije prisjetio se glavnih odredbi projekta i dotaknuo se i teme postignutih uspjeha. Osim toga, govorio je o mogućim područjima primjene Ifrita i sličnih struktura.
Na primjer, detonacijski motori se mogu koristiti u hipersoničnim avionima. P. Levochkin je podsjetio da motori koji se trenutno predlažu za upotrebu u takvoj opremi koriste podzvučno sagorijevanje. Pri hipersoničnoj brzini letačkog vozila, zrak koji ulazi u motor mora biti usporen do zvučnog režima. Međutim, energija kočenja bi trebala dovesti do dodatnih toplinskih opterećenja na okvir aviona. Kod detonacionih motora brzina sagorevanja goriva dostiže najmanje M=2,5. Zahvaljujući tome, postaje moguće povećati brzinu leta aviona. Takva mašina sa detonacijskim motorom može ubrzati do brzine osam puta veće od brzine zvuka.
Međutim, stvarni izgledi za raketne motore detonacionog tipa još nisu veliki. Prema P. Levočkinu, „upravo smo otvorili vrata oblasti detonacionog sagorevanja“. Naučnici i dizajneri će morati proučiti mnoga pitanja, a tek tada će biti moguće kreirati dizajne s praktičnim potencijalom. Zbog toga će svemirska industrija još dugo morati koristiti tekuće motore tradicionalnog dizajna, što, međutim, ne negira mogućnost njihovog daljnjeg unapređenja.
Zanimljiva činjenica je da princip detonacije sagorevanje se koristi ne samo u oblasti raketnih motora. Već postoji domaći projekat vazduhoplovnog sistema sa komorom za sagorevanje detonacionog tipa koja radi na impulsnom principu. Prototip ove vrste je doveden na testiranje, au budućnosti bi mogao dati povoda novom pravcu. Novi motori sa detonacionim sagorevanjem mogu naći primenu u većini različitim oblastima i djelimično zamijeniti plinsku turbinu ili turbomlazni motori tradicionalni dizajni.
Domaći projekat detonacionog avionskog motora razvija se u Projektnom birou po imenu. A.M. Cradles. Informacije o ovom projektu prvi put su predstavljene na prošlogodišnjem međunarodnom vojno-tehničkom forumu Armija 2017. Na štandu razvojnog preduzeća bili su materijali razni motori, serijski i u razvoju. Među potonjima je bio i obećavajući uzorak detonacije.
Suština novog prijedloga je korištenje nestandardne komore za sagorijevanje sposobne za izvođenje impulsnog detonacionog sagorijevanja goriva u zračnoj atmosferi. U ovom slučaju, frekvencija "eksplozija" unutar motora trebala bi doseći 15-20 kHz. U budućnosti je moguće dodatno povećati ovaj parametar, zbog čega će buka motora ići izvan raspona koji percipira ljudsko uho. Takve karakteristike motora mogu biti od interesa.
Prvo lansiranje eksperimentalnog proizvoda "Ifrit"
Međutim, glavne prednosti nove elektrane povezane su s povećanjem performansi. Ispitivanja prototipa proizvoda na klupi su pokazala da su oni oko 30% superiorniji od tradicionalnih gasnoturbinskih motora u pogledu specifičnih performansi. Do prve javne demonstracije materijala o motoru OKB. A.M. Kolevke su se mogle podići prilično visoko karakteristike performansi. Eksperimentalni motor novog tipa mogao je raditi 10 minuta bez prekida. Ukupno vrijeme rada ovog proizvoda na štandu u to vrijeme je premašilo 100 sati.
Predstavnici razvojne kompanije naveli su da je već moguće napraviti novi detonacioni motor sa potiskom od 2-2,5 tone, pogodan za ugradnju na lake avione ili bespilotne letelice. U dizajnu takvog motora predlaže se korištenje tzv. rezonatorski uređaji odgovorni za pravi potez sagorevanje goriva. Važna prednost Novi projekat predstavlja temeljnu mogućnost ugradnje ovakvih uređaja bilo gdje na okvir aviona.
Specijalisti OKB im. A.M. Kolevke rade motori aviona sa pulsnim detonacionim sagorevanjem više od tri decenije, ali do sada projekat nije izašao iz faze istraživanja i nema realne perspektive. glavni razlog– nedostatak reda i potrebnog finansiranja. Ako projekt dobije potrebnu podršku, tada bi u dogledno vrijeme mogao biti kreiran uzorak motora pogodan za upotrebu na različitoj opremi.
Do danas su ruski naučnici i dizajneri uspeli da pokažu veoma zapažene rezultate u oblasti mlaznih motora koristeći nove principe rada. Postoji nekoliko projekata pogodnih za upotrebu u raketnim, svemirskim i hipersoničnim poljima. Osim toga, novi motori se mogu koristiti u "tradicionalnoj" avijaciji. Neki projekti su još u ranoj fazi i još nisu spremni za inspekcijske i druge radove, dok su u drugim oblastima već postignuti najzapaženiji rezultati.
Istražujući temu mlaznih motora sa detonacionim sagorevanjem, ruski stručnjaci su uspeli da naprave klupni model komore za sagorevanje sa željenim karakteristikama. Eksperimentalni proizvod “Ifrit” je već prošao testove tokom kojih je prikupljena velika količina raznih informacija. Uz pomoć dobijenih podataka, razvoj smjera će se nastaviti.
Savladavanje novog pravca i prevođenje ideja u praktično primenljivu formu će oduzeti dosta vremena, pa će iz tog razloga u dogledno vreme svemirske i vojne rakete u dogledno vreme biti opremljene samo tradicionalnim tečni motori. Međutim, posao je već izašao iz čisto teorijske faze, a sada svako probno lansiranje eksperimentalnog motora približava trenutak izgradnje punopravnih raketa s novim elektranama.
Na osnovu materijala sa sajtova:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/
