موتور انفجاری آینده موتورسازی روسیه است. موتور موشک انفجاری پیشرفت جدیدی برای روسیه شد

19.04.2019

مشکل توسعه موتورهای انفجار پالسی در نظر گرفته شده است. اصلی مراکز علمی، تحقیقات پیشرو در مورد موتورهای نسل جدید. جهت ها و روندهای اصلی در توسعه طراحی موتورهای انفجاری در نظر گرفته شده است. انواع اصلی چنین موتورهایی ارائه شده است: پالس، چند لوله پالسی، پالس با تشدید کننده فرکانس بالا. تفاوت در روش تولید نیروی رانش در مقایسه با یک موتور جت کلاسیک مجهز به نازل لاوال نشان داده شده است. مفهوم دیوار کششی و ماژول کششی شرح داده شده است. نبض نشان داده شده است موتورهای انفجاریدر جهت افزایش نرخ تکرار پالس بهبود می یابند و این جهت در زمینه هواپیماهای بدون سرنشین سبک و ارزان قیمت و همچنین در توسعه تقویت کننده های رانش جهنده مختلف حق حیات دارد. مشکلات اصلی ماهیت اساسی در مدل‌سازی یک جریان آشفته انفجار با استفاده از بسته‌های محاسباتی بر اساس استفاده از مدل‌های دیفرانسیل آشفتگی و میانگین‌گیری معادلات ناویر-استوکس در طول زمان نشان داده شده‌اند.

موتور انفجار

موتور انفجار پالس

1. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. تاریخچه مطالعات تجربی فشار پایین // تحقیقات بنیادی. – 2011. – شماره 12 (3). – صص 670–674.

2. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. نوسانات فشار پایین // تحقیقات بنیادی. – 2012. – شماره 3. – ص 204–207.

3. Bulat P.V.، Zasukhin O.N.، Prodan N.V.. ویژگی های استفاده از مدل های آشفتگی هنگام محاسبه جریان در مسیرهای مافوق صوت موتورهای پیشرفته تنفس هوا // Dvigatel. – 2012. – شماره 1. – ص 20–23.

4. Bulat P.V.، Zasukhin O.N.، Uskov V.N. در مورد طبقه بندی رژیم های جریان در یک کانال با انبساط ناگهانی // ترموفیزیک و هوا مکانیک. – 2012. – شماره 2. – ص 209–222.

5. Bulat P.V.، Prodan N.V. در مورد نوسانات جریان با فرکانس پایین فشار پایین // تحقیقات بنیادی. – 2013. – شماره 4 (3). – صص 545–549.

6. Larionov S.Yu.، Nechaev Yu.N.، Mokhov A.A. تحقیق و تجزیه و تحلیل پاکسازی های "سرد" ماژول کشش یک موتور انفجار ضربانی با فرکانس بالا // Vestnik MAI. - T.14. – شماره 4 – م.: انتشارات MAI-Print، 2007. – ص 36–42.

7. Tarasov A.I., Shchipakov V.A. چشم انداز استفاده از فن آوری های انفجار ضربانی در موتورهای توربوجت. JSC NPO مرکز علمی و فنی زحل به نام. A. Lyulki، مسکو، روسیه. موسسه هوانوردی مسکو (GTU). - مسکو، روسیه. ISSN 1727-7337. مهندسی و فناوری هوافضا، 2011. – شماره 9 (86).

پروژه های احتراق انفجار در ایالات متحده آمریکا در برنامه توسعه گنجانده شده است موتورهای امیدوار کننده IHPTET. این همکاری تقریباً تمامی مراکز تحقیقاتی فعال در زمینه موتورسازی را شامل می شود. ناسا به تنهایی 130 میلیون دلار در سال برای این اهداف اختصاص می دهد. این موضوع ارتباط تحقیق در این راستا را ثابت می کند.

بررسی کار در زمینه موتورهای انفجاری

هدف استراتژی بازار تولیدکنندگان پیشرو در جهان، نه تنها توسعه موتورهای انفجاری جت جدید، بلکه مدرن کردن موتورهای موجود با جایگزینی محفظه احتراق سنتی آنها با یک اتاق انفجار است. علاوه بر این، موتورهای انفجاری می توانند تبدیل شوند عنصر تشکیل دهندهتاسیسات ترکیبی انواع مختلفبه عنوان مثال، به عنوان پس سوز یک موتور توربوفن، به عنوان موتورهای اجکتور بالابر در یک هواپیمای VTOL استفاده می شود (مثال در شکل 1 - پروژه VTOL حمل و نقل بوئینگ).

در ایالات متحده، توسعه موتورهای انفجاری توسط بسیاری از مراکز تحقیقاتی و دانشگاه‌ها انجام می‌شود: ASI، NPS، NRL، APRI، MURI، Stanford، USAF RL، NASA Glenn، DARPA-GE C&RD، Combustion Dynamics Ltd، مؤسسات تحقیقات دفاعی، Suffield و Valcartier، Uniyersite de Poitiers، دانشگاه تگزاس در آرلینگتون، Uniyersite de Poitiers، دانشگاه مک گیل، دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، دانشگاه پرینستون.

موقعیت پیشرو در توسعه موتورهای انفجاری توسط مرکز تخصصی سیاتل Aerosciences Center (SAC) اشغال شده است که در سال 2001 توسط پرت و ویتنی از Adroit Systems خریداری شد. بخش اعظم کار این مرکز توسط نیروی هوایی و ناسا از بودجه برنامه فناوری پیشرانه موشکی یکپارچه با بازده بالا (IHPRPTP) با هدف ایجاد فناوری های جدید برای انواع مختلف موتورهای جت تامین می شود.

برنج. 1. پتنت US 6,793,174 B2 از بوئینگ، 2004.

در مجموع، از سال 1992، متخصصان مرکز SAC بیش از 500 تست رومیزی از نمونه های آزمایشی را انجام داده اند. کار بر روی موتورهای انفجار پالسی (PDE) با مصرف اکسیژن اتمسفر توسط مرکز SAC به نمایندگی از نیروی دریایی ایالات متحده انجام می شود. با توجه به پیچیدگی این برنامه، متخصصان نیروی دریایی تقریباً تمام سازمان های مرتبط با موتورهای انفجاری را در اجرای آن مشارکت دادند. علاوه بر پرت و ویتنی، مرکز تحقیقات فناوری های متحد (UTRC) و بوئینگ فانتوم ورکز در این کار مشارکت دارند.

در حال حاضر، در کشور ما، دانشگاه ها و مؤسسات زیر از آکادمی علوم روسیه (RAS) در حال کار بر روی این مشکل موضوعی به لحاظ نظری هستند: مؤسسه فیزیک شیمی RAS (ICP)، مؤسسه علوم مکانیک RAS، مؤسسه دماهای بالا RAS. (IVTAN)، موسسه هیدرودینامیک نووسیبیرسک به نام. لاورنتیوا (ISIS)، موسسه نظری و مکانیک کاربردیآنها را کریستیانوویچ (ITMP)، موسسه فیزیک و فنی به نام. آیوف، دانشگاه دولتی مسکو (MSU)، موسسه هواپیمایی دولتی مسکو (MAI)، دانشگاه دولتی نووسیبیرسک، دانشگاه دولتی چبوکساری، دانشگاه دولتی ساراتوف و غیره.

جهت کار بر روی موتورهای انفجار پالس

جهت شماره 1 - موتور انفجار پالس کلاسیک (PDE). محفظه احتراق معمولی موتور جتشامل نازل هایی برای مخلوط کردن سوخت با اکسید کننده، دستگاه احتراق است مخلوط سوختو خود لوله شعله که در آن واکنش های ردوکس (احتراق) انجام می شود. لوله شعله با یک نازل به پایان می رسد. به عنوان یک قاعده، این یک نازل لاوال است که دارای یک قسمت مخروطی است، یک بخش حداقل بحرانی که در آن سرعت محصولات احتراق برابر با سرعت محلی صدا است، یک بخش در حال گسترش است که در آن فشار استاتیک محصولات احتراق برابر است. به فشار کاهش می یابد محیط، تا حد امکان. به طور تقریبی، می توان نیروی رانش موتور را به عنوان سطح مقطع بحرانی نازل ضرب در اختلاف فشار در محفظه احتراق و محیط تخمین زد. بنابراین، هر چه فشار در محفظه احتراق بیشتر باشد، رانش بیشتر است.

نیروی رانش یک موتور انفجار پالسی توسط عوامل دیگری تعیین می شود - انتقال ضربه توسط موج انفجار به دیواره رانش. در این حالت اصلاً نیازی به نازل نیست. موتورهای انفجار پالس جایگاه خود را دارند - ارزان و یکبار مصرف هواپیماها. در این طاقچه، آنها با موفقیت در جهت افزایش نرخ تکرار پالس توسعه می یابند.

ظاهر کلاسیک IDD یک محفظه احتراق استوانه ای است که دارای یک دیوار مسطح یا دارای پروفیل خاص است که "دیوار رانش" نامیده می شود (شکل 2). سادگی دستگاه IDD مزیت غیرقابل انکار آن است. همانطور که تجزیه و تحلیل انتشارات موجود نشان می دهد، با وجود تنوع طرح های IPD پیشنهادی، همه آنها با استفاده از لوله های انفجاری با طول قابل توجهی به عنوان دستگاه های تشدید و استفاده از دریچه هایی که تامین دوره ای سیال کار را تضمین می کنند، مشخص می شوند.

لازم به ذکر است که IPDهای ایجاد شده بر اساس لوله های انفجار سنتی، علیرغم راندمان ترمودینامیکی بالا در یک ضربان، دارای معایبی هستند که مشخصه موتورهای تنفس هوای ضربان دار کلاسیک است، از جمله:

فرکانس پایین (تا 10 هرتز) ضربان ها، که سطح نسبتاً پایین متوسط راندمان کشش را تعیین می کند.

بارهای حرارتی و ارتعاشی بالا.

برنج. 2. نمودار شماتیکموتور انفجار پالس (PDE)

جهت شماره 2 - کنترل ترافیک چند لوله. روند اصلی در توسعه IDD انتقال به یک طرح چند لوله ای است (شکل 3). در چنین موتورهایی، فرکانس کاری یک لوله مجزا کم می ماند، اما با استفاده از پالس های متناوب در لوله های مختلف، توسعه دهندگان امیدوارند ویژگی های خاص قابل قبولی را به دست آورند. اگر مشکل ارتعاشات و عدم تقارن رانش و همچنین مشکل فشار پایین، به ویژه، نوسانات فرکانس پایین ممکن در ناحیه پایین بین لوله ها حل شود، چنین طرحی کاملاً قابل اجرا به نظر می رسد.

برنج. 3. موتور انفجار پالس (PDE) با طراحی سنتی با بسته ای از لوله های انفجار به عنوان تشدید کننده

جهت شماره 3 - IDD با تشدید کننده فرکانس بالا. یک جهت جایگزین نیز وجود دارد - طرحی که اخیراً به طور گسترده ای با ماژول های کششی تبلیغ شده است (شکل 4) که دارای یک تشدید کننده فرکانس بالا است. کار در این راستا در مرکز علمی و فنی به نام در حال انجام است. A. Lyulka و در MAI. مدار با عدم وجود هرگونه دریچه مکانیکی و دستگاه احتراق متناوب متمایز می شود.

ماژول کشش IDD مدار پیشنهادی از یک راکتور و یک تشدید کننده تشکیل شده است. از راکتور برای آماده سازی استفاده می شود مخلوط سوخت و هوابه احتراق انفجار، تجزیه مولکول ها مخلوط قابل احتراقبر روی اجزای فعال شیمیایی یک نمودار شماتیک از یک چرخه عملکرد چنین موتوری به وضوح در شکل ارائه شده است. 5.

در تعامل با سطح پایین تشدید کننده به عنوان یک مانع، موج انفجار در طول فرآیند برخورد، یک ضربه از نیروهای فشار اضافی را به آن منتقل می کند.

IPD هایی با تشدید کننده های فرکانس بالا حق موفقیت دارند. به ویژه، آنها می توانند ادعا کنند که پس سوزها را مدرن کرده و موتورهای توربوجت ساده را که دوباره برای پهپادهای ارزان در نظر گرفته شده اند، اصلاح می کنند. به عنوان مثال، تلاش های MAI و CIAM برای مدرن کردن موتور توربوجت MD-120 به این روش با جایگزینی محفظه احتراق با یک راکتور فعال سازی مخلوط سوخت و نصب ماژول های کشش با تشدید کننده های فرکانس بالا در پشت توربین است. تاکنون امکان ایجاد یک طرح قابل اجرا وجود نداشته است، زیرا ... هنگام پروفیل رزوناتورها، نویسندگان از تئوری خطی امواج فشرده سازی استفاده می کنند. محاسبات در تقریب آکوستیک انجام می شود. دینامیک امواج انفجار و امواج تراکمی توسط یک دستگاه ریاضی کاملاً متفاوت توصیف شده است. استفاده از بسته های عددی استاندارد برای محاسبه تشدید کننده های فرکانس بالا یک محدودیت اساسی دارد. همه مدل های مدرنتلاطم بر اساس میانگین معادلات ناویر-استوکس (معادلات پایه دینامیک گاز) در طول زمان است. علاوه بر این، فرض بوسینسک معرفی شد که تانسور تنش اصطکاک آشفته متناسب با گرادیان سرعت است. اگر فرکانس های مشخصه با فرکانس پالس آشفته قابل مقایسه باشند، هر دو فرض در جریان های آشفته با امواج ضربه ای برآورده نمی شوند. متأسفانه، ما دقیقاً با چنین موردی روبرو هستیم، بنابراین لازم است یا یک مدل سطح بالاتر بسازیم یا مدل سازی عددی مستقیم بر اساس معادلات کامل ناویر-استوکس بدون استفاده از مدل های آشفتگی (کاری که در مرحله فعلی غیرممکن است) .

برنج. 4. مدار IDD با تشدید کننده فرکانس بالا

برنج. 5. طرح IPD با تشدید کننده فرکانس بالا: SZS - جت مافوق صوت. SW - موج شوک؛ F - کانون تشدید کننده؛ DV - موج انفجار؛ VR - موج نادر. RSW - موج ضربه ای منعکس شده

IPD ها در جهت افزایش نرخ تکرار پالس بهبود می یابند. این جهت در زمینه هواپیماهای بدون سرنشین سبک و ارزان و همچنین در توسعه تقویت کننده های رانش جهنده مختلف حق حیات دارد.

داوران:

Uskov V.N.، دکترای علوم فنی، استاد گروه هیدروآئرومکانیک دانشگاه دولتی سنت پترزبورگ، دانشکده ریاضیات و مکانیک، سن پترزبورگ.

املیانوف V.N.، دکترای علوم فنی، پروفسور، رئیس گروه دینامیک گاز پلاسما و مهندسی حرارتی، BSTU "VOENMEH" به نام. D.F. اوستینوا، سن پترزبورگ.

این اثر در 14 اکتبر 2013 توسط سردبیر دریافت شد.

پیوند کتابشناختی

Bulat P.V.، Prodan N.V. بررسی پروژه های موتور انفجار. موتورهای پالس // تحقیقات بنیادی. – 2013. – شماره 10-8. – S. 1667-1671;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32641 (تاریخ دسترسی: 03/14/2019). مجلات منتشر شده توسط انتشارات "آکادمی علوم طبیعی" را مورد توجه شما قرار می دهیم.

واقعاً پشت گزارشات اولین موتور موشک انفجاری جهان که در روسیه آزمایش شده است، چیست؟

در پایان آگوست 2016، اخبار در سراسر خبرگزاری های جهان پخش شد: در یکی از غرفه های NPO Energomash در خیمکی نزدیک مسکو، اولین مایع در اندازه کامل جهان موتور موشک(LPRE) با استفاده از احتراق انفجاری سوخت - . علم و فناوری روسیه 70 سال است که به سمت این رویداد حرکت کرده است. ایده موتور انفجار توسط فیزیکدان شوروی Ya.B. Zeldovich در مقاله "در مورد استفاده انرژی از احتراق انفجار" که در مجله فیزیک فنی در سال 1940 منتشر شد، ارائه شد. از آن زمان، تحقیقات و آزمایش‌هایی در سرتاسر جهان بر روی اجرای عملی فناوری امیدوارکننده انجام شده است. در این مسابقه ذهنی، آلمان، ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی جلو افتادند. و اکنون روسیه اولویت مهمی را در تاریخ جهانی فناوری به دست آورده است. که در سال های گذشتهخیلی اوقات پیش نمی آید که کشور ما به چنین چیزی ببالد.

روی تاج یک موج

آزمایش موتور موشک مایع انفجاری

مزایای موتور انفجار چیست؟ در موتورهای سوخت مایع سنتی و همچنین در پیستون معمولی یا موتورهای هواپیمای توربوجت، انرژی ای که هنگام سوزاندن سوخت آزاد می شود استفاده می شود. در این حالت، یک جبهه شعله ثابت در محفظه احتراق موتور پیشران مایع تشکیل می شود که احتراق در آن با فشار ثابت اتفاق می افتد. این فرآیند احتراق معمولی را دیفلگراسیون می نامند. در نتیجه تعامل سوخت و اکسید کننده، دمای مخلوط گاز به شدت افزایش می یابد و ستون آتشینی از محصولات احتراق از نازل خارج می شود که تشکیل می شود. رانش جت.

انفجار نیز احتراق است، اما 100 برابر سریعتر از احتراق سوخت معمولی رخ می دهد. این فرآیند به قدری سریع اتفاق می افتد که انفجار اغلب با انفجار اشتباه گرفته می شود، به خصوص که انرژی زیادی آزاد می کند که به عنوان مثال، موتور خودروهنگامی که این پدیده رخ می دهد، سیلندرهای آن ممکن است در واقع فرو بریزند. با این حال، انفجار یک انفجار نیست، بلکه نوعی احتراق است که به قدری سریع است که محصولات واکنش حتی زمانی برای انبساط ندارند، بنابراین این فرآیند، بر خلاف deflagration، در یک حجم ثابت و یک فشار افزایش شدید رخ می‌دهد.

در عمل، این به نظر می رسد: به جای یک جبهه شعله ثابت، یک موج انفجار در مخلوط سوخت داخل محفظه احتراق تشکیل می شود که با سرعت مافوق صوت حرکت می کند. در این موج تراکمی، انفجار مخلوط سوخت و اکسیدکننده اتفاق می‌افتد و این فرآیند از نظر ترمودینامیکی بسیار کارآمدتر از احتراق معمولی سوخت است. راندمان احتراق انفجاری 25 تا 30 درصد بیشتر است، یعنی هنگام سوزاندن همان مقدار سوخت، نیروی رانش بیشتری به دست می آید و به دلیل فشردگی منطقه احتراق، موتور انفجار از نظر تئوری یک مرتبه بزرگی بالاتر از معمولی است. موتورهای موشک پیشران مایع بر حسب توان در واحد حجم.

این به تنهایی کافی بود تا توجه متخصصان را به این ایده جلب کند. از این گذشته ، رکودی که اکنون در توسعه فضانوردی جهان ایجاد شده است ، که به مدت نیم قرن در مدار پایین زمین گیر کرده است ، در درجه اول با بحران در ساخت موتور موشک مرتبط است. ضمناً هوانوردی نیز در بحران است و نمی تواند از آستانه سه سرعت صوت عبور کند. این بحران را می توان با وضعیت هواپیماهای پیستونی در اواخر دهه 1930 مقایسه کرد. ملخ و موتور احتراق داخلی پتانسیل خود را به اتمام رسانده اند و تنها ظهور موتورهای جت امکان دستیابی به کیفیت بالا را فراهم کرد. سطح جدیدارتفاع، سرعت و محدوده پرواز.

موتور موشک انفجاری

در دهه‌های گذشته، طرح‌های موتورهای موشکی کلاسیک پیشران مایع تا حد کمال جلا داده شده و تقریباً به مرز توانایی خود رسیده‌اند. افزایش ویژگی های خاص آنها در آینده فقط در محدوده های بسیار کوچک - تا چند درصد امکان پذیر است. بنابراین، فضانوردی جهان مجبور است مسیر توسعه گسترده ای را دنبال کند: برای پروازهای سرنشین دار به ماه، ساخت وسایل پرتاب غول پیکر ضروری است، و این حداقل برای روسیه بسیار دشوار و فوق العاده گران است. تلاش برای غلبه بر بحران با کمک موتورهای هسته ایبا مشکلات زیست محیطی مواجه شد. شاید خیلی زود باشد که ظاهر موتورهای موشک انفجاری را با انتقال هوانوردی به پیشرانه جت مقایسه کنیم، اما آنها کاملاً قادر به تسریع روند اکتشاف فضایی هستند. علاوه بر این، این نوع موتورهای جت مزیت بسیار مهم دیگری نیز دارند.

GRES در مینیاتور

یک موتور موشک پیشران مایع معمولی، در اصل، یک مشعل بزرگ است. برای افزایش رانش و ویژگی های خاص آن، لازم است فشار در محفظه احتراق افزایش یابد. در این حالت، سوختی که از طریق نازل ها به محفظه تزریق می شود، باید با فشاری بالاتر از آنچه در فرآیند احتراق تحقق می یابد، تامین شود، در غیر این صورت جت سوخت به سادگی قادر به نفوذ به داخل محفظه نخواهد بود. بنابراین، سخت ترین و واحد گران قیمتدر یک موتور موشک پیشران مایع، اصلاً یک محفظه با نازل نیست که در معرض دید است، بلکه یک واحد توربوپمپ سوخت (TNA) است که در روده موشک در میان پیچیدگی خطوط لوله پنهان شده است.

به عنوان مثال، قدرتمندترین موتور موشک پیشران مایع جهان RD-170، که برای مرحله اول پرتاب کننده فوق سنگین شوروی انرژی توسط همان NPO Energia ساخته شده است، دارای فشار 250 اتمسفر در محفظه احتراق است. آن خیلی زیاد است. اما فشار در خروجی پمپ اکسیژن که اکسید کننده را به داخل محفظه احتراق پمپ می کند به 600 اتمسفر می رسد. برای راه اندازی این پمپ از یک توربین 189 مگاواتی استفاده شده است! فقط این را تصور کنید: یک چرخ توربین با قطر 0.4 متر قدرتی چهار برابر بیشتر از یخ شکن هسته ای Arktika با دو راکتور هسته ای دارد! در عین حال، TNA پیچیده است دستگاه مکانیکیکه شفت آن 230 دور در ثانیه انجام می دهد و باید در محیطی از اکسیژن مایع کار کند، جایی که کوچکترین جرقه، حتی یک دانه شن در خط لوله، منجر به انفجار می شود. فن آوری های ایجاد چنین TNA دانش اصلی Energomash است که در اختیار داشتن آن اجازه می دهد شرکت روسیو امروز موتورهای خود را برای نصب بر روی خودروهای پرتاب آمریکایی Atlas V و Antares می فروشند. جایگزین، گزینه ها موتورهای روسیهنوز در آمریکا نیست

برای یک موتور انفجاری، چنین عوارضی لازم نیست، زیرا فشار برای احتراق کارآمدتر توسط خود انفجار ایجاد می شود، که یک موج تراکمی است که در مخلوط سوخت حرکت می کند. در طول انفجار، فشار 18 تا 20 برابر بدون هیچ TNA افزایش می یابد.

برای به دست آوردن شرایطی در محفظه احتراق یک موتور انفجاری که معادل شرایط محفظه احتراق موتور موشک آمریکایی شاتل (200 اتمسفر) باشد، کافی است سوخت را تحت فشار ... 10 اتمسفر تامین کنید. واحد مورد نیاز برای این کار، در مقایسه با TNA یک موتور موشک پیشران مایع کلاسیک، مانند یک پمپ دوچرخه در نزدیکی نیروگاه منطقه ایالتی سایانو-شوشنسکایا است.

به این معنا که یک موتور انفجاری نه تنها از یک موتور موشک پیشران مایع معمولی قوی‌تر و مقرون به صرفه‌تر خواهد بود، بلکه از نظر قدر ساده‌تر و ارزان‌تر است. پس چرا این سادگی 70 سال به طراحان داده نشد؟

نبض پیشرفت

مشکل اصلی، که با مهندسان روبرو شد - چگونه با موج انفجار کنار بیایید. نکته تنها این نیست که موتور قوی تر شود تا بتواند بارهای افزایش یافته را تحمل کند. انفجار فقط یک موج انفجار نیست، بلکه چیزی حیله گرتر است. موج انفجار با سرعت صوت حرکت می کند و موج انفجار با سرعت مافوق صوت - تا 2500 متر بر ثانیه - حرکت می کند. این یک جبهه شعله پایدار تشکیل نمی دهد، بنابراین عملکرد چنین موتوری ضربان دار است: پس از هر انفجار، لازم است مخلوط سوخت تازه شود و سپس موج جدیدی در آن راه اندازی شود.

تلاش برای ایجاد یک موتور جت ضربان دار قبل از ایده انفجار انجام شد. در استفاده از موتورهای جت پالسی بود که آنها سعی کردند جایگزینی برای موتورهای پیستونی در دهه 1930 بیابند. باز هم سادگی جذب من شد: بر خلاف توربین هوانوردیبرای یک موتور تنفس هوای ضربانی (PURE) نه به کمپرسوری که با سرعت 40000 دور در دقیقه می چرخد برای پمپاژ هوا به داخل شکم سیری ناپذیر محفظه احتراق نیاز بود و نه به توربینی که در دمای گاز بالای 1000 درجه سانتیگراد کار می کرد. در PuVRD، فشار در محفظه احتراق باعث ایجاد ضربان در احتراق سوخت می شود.

اولین حق ثبت اختراع برای یک موتور تپنده تنفس هوا به طور مستقل در سال 1865 توسط چارلز دو لووریر (فرانسه) و در سال 1867 توسط نیکولای آفاناسیویچ تلشوف (روسیه) به دست آمد. اولین طرح قابل اجرا PuVRD در سال 1906 توسط مهندس روسی V.V. کاراوودین که یک سال بعد یک نصب مدل ساخت. به دلیل تعدادی کاستی، نصب کاراوودین در عمل مورد استفاده قرار نگرفت. اولین PURD که بر روی یک هواپیمای واقعی کار کرد، Argus As 014 آلمانی بود که بر اساس اختراع 1931 توسط مخترع مونیخی، پل اشمیت، ساخته شد. آرگوس برای "سلاح تلافی جویانه" - بمب بالدار V-1 ایجاد شد. توسعه مشابهی در سال 1942 توسط طراح شوروی ولادیمیر چلومی برای اولین موشک کروز 10X شوروی ایجاد شد.

البته، این موتورها هنوز موتورهای انفجاری نبودند، زیرا از ضربان های احتراق معمولی استفاده می کردند. فرکانس این ضربان ها کم بود که باعث ایجاد صدای مشخصی از مسلسل در حین کار می شد. ویژگی های خاص PURD به دلیل حالت متناوبکار به طور متوسط کم بود و پس از اینکه طراحان در پایان دهه 1940 بر پیچیدگی های ایجاد کمپرسورها، پمپ ها و توربین ها تسلط یافتند، موتورهای توربوجت و موتورهای سوخت مایع به پادشاهان آسمان تبدیل شدند و PURE ها در حاشیه پیشرفت فنی باقی ماندند.

جالب است که اولین PuVRD توسط طراحان آلمانی و شوروی مستقل از یکدیگر ساخته شده است. به هر حال، ایده یک موتور انفجاری در سال 1940 نه تنها به ذهن زلدویچ رسید. در همان زمان، فون نویمان (ایالات متحده آمریکا) و ورنر دورینگ (آلمان) همین افکار را بیان کردند، بنابراین در علم بین المللیمدل برای استفاده از احتراق انفجاری ZND نامیده شد.

ایده ترکیب PURD با احتراق انفجاری بسیار وسوسه انگیز بود. اما جلوی یک شعله معمولی با سرعت 60-100 متر بر ثانیه منتشر می شود و فرکانس ضربان آن در PuVRD از 250 در ثانیه تجاوز نمی کند. و جبهه انفجار با سرعت 1500 - 2500 متر بر ثانیه حرکت می کند، بنابراین فرکانس ضربان باید هزاران در ثانیه باشد. اجرای چنین سرعتی از تجدید مخلوط و شروع انفجار در عمل دشوار بود.

با این وجود، تلاش ها برای ایجاد موتورهای انفجاری ضربانی کارآمد ادامه یافت. کار متخصصان نیروی هوایی ایالات متحده در این راستا با ایجاد یک موتور نمایشگر به اوج خود رسید که برای اولین بار در 31 ژانویه 2008 در یک هواپیمای آزمایشی Long-EZ به آسمان رفت. در پرواز تاریخی، موتور به مدت 10 ثانیه در ارتفاع 30 متری کار کرد. با این حال، اولویت است در این مورددر ایالات متحده باقی ماند و این هواپیما به درستی جای خود را در موزه ملی نیروی هوایی ایالات متحده گرفت.

در همین حال، یک طرح بسیار امیدوارکننده دیگر از یک موتور انفجاری مدت ها پیش اختراع شد.

مثل سنجاب در چرخ

ایده حلقه زدن یک موج انفجار و چرخاندن آن در محفظه احتراق مانند یک سنجاب در چرخ در میان دانشمندان در اوایل دهه 1960 متولد شد. پدیده انفجار چرخشی (دوار) توسط فیزیکدان شوروی از Novosibirsk B.V. Voitsekhovsky در سال 1960 پیش‌بینی شد. تقریباً همزمان با او، در سال 1961، همین ایده توسط جی نیکولز آمریکایی از دانشگاه میشیگان بیان شد.

یک موتور انفجاری دوار یا چرخشی از نظر ساختاری یک محفظه احتراق حلقوی است که سوخت با استفاده از نازل های شعاعی در آن تامین می شود. موج انفجار در داخل محفظه مانند PuVRD در جهت محوری حرکت نمی کند، بلکه به صورت دایره ای حرکت می کند و مخلوط سوخت را در جلوی خود فشرده و می سوزاند و در نهایت محصولات احتراق را به همان روشی که از نازل خارج می شود رانده می شود. پیچ چرخ گوشت، گوشت چرخ کرده را بیرون می راند. به جای فرکانس ضربان، فرکانس چرخش موج انفجار را دریافت می کنیم که می تواند به چندین هزار در ثانیه برسد، یعنی عملاً موتور نه به عنوان یک موتور ضربانی، بلکه به عنوان یک موتور موشک پیشران مایع معمولی با احتراق ثابت عمل می کند. اما بسیار کارآمدتر، زیرا در واقع انفجار مخلوط سوخت در آن رخ می دهد.

در اتحاد جماهیر شوروی، مانند ایالات متحده آمریکا، کار بر روی یک موتور انفجاری دوار از اوایل دهه 1960 ادامه داشت، اما باز هم، علیرغم سادگی ظاهری این ایده، اجرای آن نیازمند حل مسائل تئوری گیج کننده بود. چگونه فرآیند را سازماندهی کنیم تا موج خاموش نشود؟ درک پیچیده ترین فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی که در یک محیط گازی اتفاق می افتد ضروری بود. در اینجا محاسبه دیگر در سطح مولکولی انجام نشد، بلکه در سطح اتمی، در تقاطع شیمی و فیزیک کوانتومی انجام شد. این فرآیندها پیچیده تر از فرآیندهایی هستند که در طول تولید پرتو لیزر رخ می دهند. به همین دلیل است که لیزر برای مدت طولانی کار می کند، اما موتور انفجار کار نمی کند. برای درک این فرآیندها، ایجاد یک علم بنیادی جدید - سینتیک فیزیکی و شیمیایی، که 50 سال پیش وجود نداشت، ضروری بود. و برای محاسبه عملی شرایطی که در آن موج انفجار از بین نمی رود، بلکه به صورت خودکفا می شود، به رایانه های قدرتمندی نیاز بود که فقط در سال های اخیر ظاهر شدند. این پایه‌ای است که باید برای موفقیت عملی در مهار انفجار ایجاد می‌شد.

کار فعالی در این راستا در ایالات متحده در حال انجام است. این مطالعات توسط پرت اند ویتنی، جنرال الکتریک و ناسا انجام شده است. به عنوان مثال، آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده در حال توسعه واحدهای توربین گازی انفجار چرخشی برای ناوگان است. نیروی دریایی آمریکا از 430 استفاده می کند واحدهای توربین گازیدر 129 کشتی، آنها سالانه سه میلیارد دلار سوخت مصرف می کنند. معرفی انفجار اقتصادی تر موتورهای توربین گازی(GTD) به شما امکان می دهد تا مقادیر زیادی پول پس انداز کنید.

در روسیه، ده ها موسسه تحقیقاتی و دفتر طراحی روی موتورهای انفجاری کار کرده اند و همچنان به کار خود ادامه می دهند. از جمله NPO Energomash، یک شرکت موتورسازی پیشرو در صنعت فضایی روسیه، که بانک VTB با بسیاری از شرکت های آن همکاری می کند. توسعه موتور موشک سوخت مایع انفجاری سال هاست انجام شده است، اما برای اینکه نوک کوه یخ این کار در قالب یک آزمایش موفقیت آمیز در آفتاب بدرخشد، مشارکت سازمانی و مالی بنیاد تحقیقات پیشرفته معروف (APF) مورد نیاز بود. این FPI بود که بودجه لازم را برای ایجاد یک آزمایشگاه تخصصی "موتورهای موشک مایع انفجار" در سال 2014 اختصاص داد. از این گذشته، علیرغم 70 سال تحقیق، این فناوری هنوز در روسیه "بیش از حد امیدوارکننده" باقی مانده است که توسط مشتریانی مانند وزارت دفاع تامین مالی می شود که معمولاً به یک نتیجه عملی تضمین شده نیاز دارند. و هنوز راه بسیار طولانی در پیش است.

رام کردن زرنگ

من مایلم باور کنم که پس از همه آنچه در بالا گفته شد، اثر غول پیکری که در بین خطوط گزارش مختصر آزمایشاتی که در ژوئیه - آگوست 2016 در Energomash در Khimki انجام شد، آشکار می شود: "برای اولین بار در در جهان، حالت پایدار انفجار چرخشی مداوم امواج انفجاری عرضی با فرکانس حدود 20 کیلوهرتز (فرکانس چرخش موج - 8 هزار دور در ثانیه) روی جفت سوخت "اکسیژن - نفت سفید" است. امکان به دست آوردن چندین امواج انفجاری وجود داشت که ارتعاش و بارهای ضربه ای یکدیگر را متعادل می کردند. پوشش‌های محافظ حرارتی که به‌ویژه در مرکز M.V. Keldysh ساخته شده‌اند به مقابله با بارهای دمای بالا کمک می‌کنند. موتور چندین استارت را تحت شرایط بارهای ارتعاشی شدید و دماهای فوق العاده بالا در غیاب خنک کننده لایه دیوار تحمل کرد. نقش ویژه ای در این موفقیت توسط خلق داشت مدل های ریاضیو انژکتورهای سوخت، که به دست آوردن مخلوطی از قوام لازم برای انفجار امکان پذیر است.

البته نباید در اهمیت موفقیت به دست آمده اغراق کرد. فقط یک موتور نمایشگر ایجاد شد که برای مدت نسبتاً کوتاهی کار کرد و در مورد آن ویژگی های واقعیچیزی گزارش نشده است به گفته NPO Energomash، یک موتور موشک پیشران مایع انفجاری در هنگام سوزاندن همان مقدار سوخت، نیروی رانش را 10 درصد افزایش می دهد. موتور معمولی، و تکانه رانش خاص باید 10-15٪ افزایش یابد.

ساخت اولین موتور موشک انفجاری با اندازه کامل در جهان، روسیه را به یک اولویت مهم در تاریخ علم و فناوری جهان تبدیل کرد.

اما نتیجه اصلی این است که امکان سازماندهی احتراق انفجاری در موتورهای پیشران مایع عملاً تأیید شده است. با این حال، هنوز راه زیادی تا استفاده از این فناوری در هواپیماهای واقعی وجود دارد. یکی دیگر جنبه مهمیکی دیگر از اولویت های جهانی در این زمینه است تکنولوژی پیشرفتهاکنون به کشور ما اختصاص داده شده است: برای اولین بار در جهان، یک موتور موشک سوخت مایع انفجاری با اندازه کامل در روسیه شروع به کار کرد و این واقعیت در تاریخ علم و فناوری باقی خواهد ماند.

اجرای عملی ایده موتور موشک سوخت مایع انفجاری مستلزم 70 سال کار سخت دانشمندان و طراحان بود.

عکس: بنیاد مطالعات پیشرفته

امتیاز کلی مواد: 5

مواد مشابه (بر اساس برچسب):

گرافن شفاف، مغناطیسی و فیلتر کننده آب است پدر ویدیو الکساندر پونیاتوف و AMPEX

تست موتور انفجار

FPI_RUSSIA / Vimeo

آزمایشگاه تخصصی «موتورهای موشک مایع انفجاری» انجمن علمی و تولیدی «انرگوماش» اولین نمایشگرهای تمام اندازه فناوری موتورهای موشک مایع انفجاری جهان را آزمایش کرد. همانطور که تاس گزارش می دهد، نیروگاه های جدید با جفت سوخت اکسیژن و نفت سفید کار می کنند.

موتور جدید، بر خلاف سایر نیروگاه ها که بر اساس اصل احتراق داخلی کار می کنند، به دلیل انفجار سوخت کار می کند. انفجار عبارت است از احتراق مافوق صوت یک ماده، در این مورد مخلوط سوخت. در این حالت، یک موج ضربه ای در مخلوط پخش می شود و به دنبال آن یک واکنش شیمیایی باعث آزاد شدن مقدار زیادی گرما می شود.

مطالعه اصول عملکرد و توسعه موتورهای انفجاری بیش از 70 سال است که در برخی از کشورهای جهان انجام می شود. اولین کار از این دست در دهه 1940 در آلمان آغاز شد. درست است، در آن زمان محققان قادر به ایجاد یک نمونه اولیه از موتور انفجاری نبودند، اما موتورهای تنفس هوای ضربانی توسعه یافته و به تولید انبوه رسیدند. آنها بر روی موشک های V-1 نصب شدند.

موتورهای جت ضربان دار سوخت را در سرعت های مادون صوت می سوزاندند. این احتراق را deflagration می نامند. این موتور یک موتور ضربان دار نامیده می شود زیرا سوخت و اکسید کننده در قسمت های کوچک در فواصل زمانی معین به محفظه احتراق آن وارد می شود.

نقشه فشار در محفظه احتراق یک موتور انفجاری دوار. الف - موج انفجار؛ ب - جلوی عقب موج ضربه ای. ج - منطقه اختلاط محصولات احتراق تازه و قدیمی. د - منطقه پر شدن با مخلوط سوخت؛ E - منطقه مخلوط سوخت سوخته غیر منفجره؛ F - منطقه انبساط با مخلوط سوخت سوخته منفجر شده

موتورهای انفجاری امروزه به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: پالسی و چرخشی. به دومی اسپین نیز می گویند. اصل عملیات موتورهای پالسمشابه موتورهای جت پالس. تفاوت اصلی در احتراق انفجاری مخلوط سوخت در محفظه احتراق است.

موتورهای انفجار دوار از یک محفظه احتراق حلقوی استفاده می کنند که در آن مخلوط سوخت به طور متوالی از طریق دریچه هایی که به صورت شعاعی چیده شده اند تامین می شود. در چنین نیروگاه هایی، انفجار از بین نمی رود - موج انفجار "در اطراف" محفظه احتراق حلقوی می چرخد و مخلوط سوخت پشت آن زمان دارد تا خود را تجدید کند. موتور دواراولین بار در دهه 1950 در اتحاد جماهیر شوروی مورد مطالعه قرار گرفت.

موتورهای انفجاری قادر به کار در طیف گسترده ای از سرعت پرواز - از صفر تا پنج عدد ماخ (0-6.2 هزار کیلومتر در ساعت) هستند. اعتقاد بر این است که چنین نیروگاه هایی می توانند تولید کنند قدرت بیشتر، مصرف سوخت کمتری نسبت به موتورهای جت معمولی دارد. در عین حال، طراحی موتورهای انفجاری نسبتاً ساده است: آنها کمپرسور و قطعات متحرک زیادی ندارند.

تمام موتورهای انفجاری که تاکنون آزمایش شده اند برای هواپیماهای آزمایشی ساخته شده اند. چنین نیروگاهی که در روسیه آزمایش شده است، اولین نیروگاهی است که برای نصب روی موشک در نظر گرفته شده است. اینکه چه نوع موتور انفجاری آزمایش شده است مشخص نشده است.

در حالی که تمام بشریت مترقی از کشورهای ناتو در حال آماده شدن برای شروع آزمایش یک موتور انفجاری هستند (آزمایش ممکن است در سال 2019 (یا بهتر بگوییم خیلی بعدتر) انجام شود)، در روسیه عقب مانده آنها از تکمیل آزمایشات چنین موتوری خبر دادند.

کاملا آرام و بدون ترساندن کسی اعلام کردند. اما در غرب، همانطور که انتظار می رفت، ترسیدند و زوزه ای هیستریک آغاز شد - ما تا آخر عمر عقب خواهیم ماند. کار بر روی یک موتور انفجاری (DE) در ایالات متحده آمریکا، آلمان، فرانسه و چین در حال انجام است. به طور کلی، دلایلی وجود دارد که باور کنیم عراق و کره شمالی علاقه مند به حل مشکل هستند - این یک پیشرفت بسیار امیدوارکننده است که در واقع به معنای مرحله جدیدی در علم موشک است. و کلا در موتورسازی.

ایده یک موتور انفجاری برای اولین بار در سال 1940 توسط فیزیکدان شوروی Ya.B. زلدویچ. و ایجاد چنین موتوری نوید مزایای بسیار زیادی را داد. برای یک موتور موشک، به عنوان مثال:

قدرت 10000 برابر در مقایسه با یک موتور موشک معمولی افزایش می یابد. در این مورد، ما در مورد قدرت به دست آمده در واحد حجم موتور صحبت می کنیم.
10 بار سوخت کمتردر واحد قدرت؛
DD به طور قابل توجهی (چند برابر) ارزان تر از یک موتور موشک مایع استاندارد است.

موتور موشک مایع یک مشعل بزرگ و بسیار گران است. و گران است زیرا برای حفظ احتراق پایدار لازم است تعداد زیادی ازمکانیسم های مکانیکی، هیدرولیک، الکترونیکی و غیره. تولید بسیار پیچیده به قدری پیچیده که ایالات متحده سال هاست قادر به ایجاد موتور موشک پیشران مایع خود نبوده و مجبور به خرید RD-180 از روسیه شده است.

روسیه به زودی یک موتور موشک سبک به صورت سریالی، قابل اعتماد و ارزان دریافت خواهد کرد. با تمام عواقب بعدی:

یک موشک می تواند بارها را حمل کند مقدار زیاد ظرفیت ترابری- وزن موتور به طور قابل توجهی کمتر است، 10 برابر سوخت کمتری برای محدوده پرواز اعلام شده مورد نیاز است. یا به سادگی می توانید این محدوده را 10 برابر افزایش دهید.

هزینه موشک چندین برابر کاهش می یابد. این پاسخ خوبی برای کسانی است که دوست دارند یک مسابقه تسلیحاتی با روسیه برگزار کنند.

و سپس فضای عمیقی وجود دارد... چشم اندازهای خارق العاده ای برای اکتشاف آن در حال باز شدن است.

با این حال، آمریکایی ها حق دارند و اکنون فرصتی برای فضا وجود ندارد - بسته های تحریمی از قبل آماده می شود تا موتور انفجار در روسیه رخ ندهد. آنها با تمام توان خود مداخله خواهند کرد - دانشمندان ما یک پیشنهاد بسیار جدی برای رهبری ارائه کرده اند.

07 فوریه 2018 برچسب ها: 1934

بحث: 3 نظر

* قدرت 10000 برابر در مقایسه با یک موتور موشک معمولی افزایش می یابد. در این مورد، ما در مورد قدرت به دست آمده در واحد حجم موتور صحبت می کنیم.
10 برابر سوخت کمتر در هر واحد قدرت؛
—————
به نوعی با سایر نشریات مطابقت ندارد:
بسته به طراحی، می تواند از نظر بازدهی از موتور موشک پیشران مایع اصلی از 23 تا 27 درصد برای یک طراحی معمولی با نازل در حال گسترش، تا 36 تا 37 درصد افزایش در VRE (موتورهای موشک هوا گوه) فراتر رود. )
آنها می توانند فشار جت گاز خروجی را بسته به فشار اتمسفر تغییر دهند و تا 8-12٪ سوخت را در کل بخش پرتاب سازه صرفه جویی کنند (صرفه جویی اصلی در ارتفاعات کم اتفاق می افتد، جایی که به 25-30 می رسد. ٪."

پاسخ

شرکت موتور متحد (UEC) در نظر دارد به زودیساخت هواپیماها و موتورهای موشکی جدید که از فناوری های انفجار استفاده خواهند کرد، آغاز شود.

نمایشگرهای فناوری موتورهای انفجار مافوق صوت و مافوق صوت قبلاً ایجاد شده اند. ریانووستی با استناد به داده های شرکت گزارش داد، در طول آزمایشات، آنها 30 تا 50 درصد رانش ویژه و مصرف سوخت بهتری را در مقایسه با نیروگاه های معمولی نشان دادند.

دفتر طراحی تجربی به نام. گهواره ها این دفتر پیشنهاد توسعه خانواده ای از این گونه سیستم های پیشران را داد که می توانند بر روی وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین، موشک های کروز، هواپیماهای هوافضا و موشک ها استفاده شوند.

موتورهای انفجاری متفاوت هستند:

- احتراق مخلوط سوخت، همراه با عبور موج ضربه ای از آن، که به دلیل انتشار مافوق صوت جبهه احتراق از طریق مخلوط سوخت ایجاد می شود.

- طیف گسترده ای از سرعت ها - از مادون صوت تا مافوق صوت، که می تواند به ایجاد موشک های مافوق صوت کمک کند، طراحی آنها در سال های اخیر به طور فعال در روسیه انجام شده است.

در سال 2013، دفتر طراحی تجربی به نام. لیولکی یک نمونه آزمایشی کوچک شده از یک موتور انفجاری تشدید کننده ضربانی را با احتراق دو مرحله ای مخلوط نفت سفید و هوا آزمایش کرد. در طول آزمایش، میانگین رانش اندازه گیری شده نیروگاهبه حدود صد کیلوگرم و مدت زمان عملکرد متوالی- بیش از ده دقیقه در طول آزمایشات، موتور جدید به طور مکرر روشن و خاموش می شد و همچنین کنترل کشش.

با توجه به دفتر طراحی، موتورهای انفجاری نسبت رانش به وزن هواپیما را 1.5 تا 2 برابر افزایش می دهند. کار بر روی ایجاد موتورهای انفجاری ضربان دار از سال 2011 در روسیه ادامه دارد.

علاوه بر روسیه، چندین شرکت در جهان در حال توسعه موتورهای انفجاری هستند: شرکت فرانسوی SNECMA و جنرال الکتریک آمریکایی و پرت اند ویتنی.

اصول اولیه موتور انفجار

اگر مصرف خاصسوخت با افزایش سرعت پرواز و سپس استفاده افزایش نمی یابد راه حل های مدرنبرای بهبود آیرودینامیک خارجی، افزایش ارتفاع پرواز، در سرعت های مافوق صوت، می توان به همان ویژگی های برد هواپیماهای خط اصلی زیر صوت دست یافت. اما آیرودینامیک داخلی هواپیماهای مافوق صوت دارای یک نقص مهلک است - در سرعت های مافوق صوت، مصرف سوخت خاص یک نیروگاه سنتی به طور یکنواخت با افزایش سرعت در هر ارتفاع پروازی افزایش می یابد. راه حل در استفاده از موتورهای مبتنی بر اصولی غیر از چرخه سنتی ترمودینامیکی برایتون برای احتراق سوخت در فشار ثابت دیده می شود. دومی شامل موتورهای پالس جت و انفجار است. در این مقاله مزایای استفاده از احتراق انفجاری در موتورهای توربوجت و موشک مورد بحث قرار می گیرد.

یکی از بهترین ها از نظر ترمودینامیکی، موتور انفجار است. با توجه به این واقعیت که احتراق سوخت در امواج ضربه ای تقریباً 100 برابر سریعتر از احتراق آهسته معمولی (دفلگراسیون) رخ می دهد، این نوع موتور از نظر تئوری با قدرت رکورد در واحد حجم در مقایسه با سایر انواع موتورهای حرارتی متمایز می شود.

مقایسه توان لیتری موتورهای مدرن

سوال استفاده از احتراق انفجاری در مهندسی قدرت و موتورهای جت اولین بار توسط Ya.B. زلدویچ در سال 1940. بر اساس برآوردهای او، موتورهای رم جت با استفاده از احتراق انفجاری سوخت باید بالاترین بازده ترمودینامیکی ممکن را داشته باشند.

جهت کار بر روی موتورهای انفجار پالس

جهت شماره 1 - موتور انفجار پالس کلاسیک

محفظه احتراق یک موتور جت معمولی شامل نازل هایی برای اختلاط سوخت با یک اکسید کننده، وسیله ای برای احتراق مخلوط سوخت و خود لوله شعله است که در آن واکنش های ردوکس (احتراق) انجام می شود. لوله شعله با یک نازل به پایان می رسد. به عنوان یک قاعده، این یک نازل لاوال است که دارای یک قسمت مخروطی، حداقل بخش بحرانی است که در آن سرعت محصولات احتراق برابر با سرعت محلی صدا است، و یک قسمت واگرا که در آن فشار استاتیک محصولات احتراق کاهش می یابد. تا حد امکان به فشار محیط به طور تقریبی، می توانید نیروی رانش موتور را به عنوان سطح مقطع بحرانی نازل ضرب در اختلاف فشار در محفظه احتراق و محیط تخمین بزنید. بنابراین، هر چه فشار در محفظه احتراق بیشتر باشد، رانش بیشتر است.

نیروی رانش یک موتور انفجار پالسی توسط عوامل دیگری تعیین می شود - انتقال ضربه توسط موج انفجار به دیواره رانش. در این حالت اصلاً نیازی به نازل نیست. موتورهای انفجار پالس جایگاه خود را دارند - هواپیماهای ارزان قیمت و یکبار مصرف. در این طاقچه، آنها با موفقیت در جهت افزایش نرخ تکرار پالس توسعه می یابند.

موتورهای انفجار پالس سنتی لوله های بلندی هستند که امواج ضربه ای در فرکانس های پایین از طریق آنها حرکت می کنند. سیستم فشرده سازی و امواج نادر به طور خودکار عرضه سوخت و اکسید کننده را تنظیم می کند. به دلیل سرعت کم تکرار امواج ضربه ای (چند هرتز)، زمانی که در طی آن احتراق سوخت رخ می دهد در مقایسه با زمان چرخه مشخصه کوتاه است. در نتیجه با وجود بازدهی بالاخود احتراق انفجاری (20-25٪ بیشتر از موتورهای با چرخه برایتون)، راندمان کلی چنین طرح هایی کم است.

وظیفه اصلی در این زمینه در مرحله کنونی توسعه موتورهای با فرکانس بالابه دنبال امواج ضربه ای در محفظه احتراق یا ایجاد موتور با انفجار مداوم(CDE).

ظاهر کلاسیک IDD یک محفظه احتراق استوانه ای است که دارای یک دیوار مسطح یا پروفیل ویژه است که "دیوار رانش" نامیده می شود. سادگی دستگاه IDD مزیت غیرقابل انکار آن است. با وجود تنوع طرح‌های IPD پیشنهادی، همه آنها با استفاده از لوله‌های انفجاری با طول قابل‌توجه به عنوان دستگاه‌های تشدید و استفاده از دریچه‌هایی که تامین دوره‌ای سیال کار را تضمین می‌کنند، مشخص می‌شوند.

- فرکانس پایین (تا 10 هرتز) ضربان ها، که سطح نسبتاً پایین متوسط راندمان کشش را تعیین می کند.

- بارهای حرارتی و ارتعاشی بالا

نمودار شماتیک یک موتور انفجار پالس (PDE).

جهت شماره 2 - کنترل ترافیک چند لوله

روند اصلی در توسعه IDD انتقال به یک طرح چند لوله است. در چنین موتورهایی، فرکانس کاری یک لوله مجزا کم می ماند، اما با استفاده از پالس های متناوب در لوله های مختلف، توسعه دهندگان امیدوارند ویژگی های خاص قابل قبولی را به دست آورند. اگر مشکل ارتعاشات و عدم تقارن رانش و همچنین مشکل فشار پایین، به ویژه، نوسانات فرکانس پایین ممکن در ناحیه پایین بین لوله ها حل شود، چنین طرحی کاملاً قابل اجرا به نظر می رسد.

موتور انفجار پالس (PDE) با طراحی سنتی با بسته ای از لوله های انفجار به عنوان تشدید کننده.

جهت شماره 3 - IDD با تشدید کننده فرکانس بالا

مدار IDD با تشدید کننده فرکانس بالا.

ماژول کشش IDD مدار پیشنهادی از یک راکتور و یک تشدید کننده تشکیل شده است. این راکتور برای آماده سازی مخلوط سوخت و هوا برای احتراق انفجاری، تجزیه مولکول های مخلوط قابل احتراق به اجزای شیمیایی فعال عمل می کند.

مدار IDD با تشدید کننده فرکانس بالا. SZS - جت مافوق صوت، SW - موج ضربه، F - فوکوس تشدید کننده، DV - موج انفجار، VR - موج نادر، RSW - موج ضربه منعکس شده.

استفاده از بسته های عددی استاندارد برای محاسبه تشدید کننده های فرکانس بالا یک محدودیت اساسی دارد. همه مدل‌های آشفتگی مدرن بر اساس میانگین‌گیری معادلات ناویر-استوکس (معادلات اساسی دینامیک گاز) در طول زمان هستند. علاوه بر این، فرض بوسینسک معرفی شد که تانسور تنش اصطکاک آشفته متناسب با گرادیان سرعت است. اگر فرکانس های مشخصه با فرکانس پالس آشفته قابل مقایسه باشند، هر دو فرض در جریان های آشفته با امواج ضربه ای برآورده نمی شوند. متأسفانه، ما دقیقاً با چنین موردی روبرو هستیم، بنابراین لازم است یا یک مدل سطح بالاتر بسازیم یا مدل سازی عددی مستقیم بر اساس معادلات کامل ناویر-استوکس بدون استفاده از مدل های آشفتگی (کاری که در مرحله فعلی غیرممکن است) .

از نمودارهای ارائه شده در بالا واضح است که طرح های IDD مورد مطالعه امروزه موتورهای تک حالته هستند که دامنه کنترل بسیار محدودی دارند، بنابراین استفاده مستقیم از آنها به عنوان تنها نیروگاه در هواپیما غیرعملی است. مورد دیگر موتور موشک است.