موتور موشک انفجاری: آزمایش ها، اصل عملیات، مزایا. موتورهای انفجاری دوار - یک چشم انداز اقتصادی

نشریه پیک نظامی-صنعتی خبرهای خوبی از حوزه فناوری های موشکی پیشرو را گزارش می دهد. انفجار موتور موشکدیمیتری روگوزین معاون نخست وزیر روز جمعه در صفحه فیس بوک خود گفت که در روسیه آزمایش شده است.

اینترفاکس-AVN به نقل از معاون نخست وزیر می گوید: «موتورهای موشک انفجاری که در چارچوب برنامه بنیاد تحقیقات پیشرفته ساخته شده اند، با موفقیت آزمایش شده اند.

اعتقاد بر این است که موتور موشک انفجاری یکی از راه‌های پیاده‌سازی مفهوم به اصطلاح ابرصوت موتوری است، یعنی ایجاد مافوق صوت. هواپیماقادر به دلیل موتور خودرسیدن به سرعت 4 - 6 ماخ (ماخ سرعت صوت است).

پورتال russia-reborn.ru مصاحبه ای با یکی از متخصصان پیشرو متخصص موتور در روسیه در مورد موتورهای موشک انفجاری ارائه می دهد.

مصاحبه با پیوتر لووچکین، طراح ارشد NPO Energomash به نام آکادمیک V.P. Glushko.

موتورهایی برای موشک های مافوق صوت آینده ساخته می شوند
موتورهای موشکی به اصطلاح انفجاری با موفقیت آزمایش شده اند و بسیار خوب هستند نتایج جالب. کار توسعه در این راستا ادامه خواهد یافت.

انفجار یک انفجار است. آیا می توان آن را مدیریت کرد؟ آیا می توان بر اساس چنین موتورهایی سلاح های مافوق صوت ایجاد کرد؟ چه موتورهای موشکی وسایل نقلیه خالی از سکنه و سرنشین دار را به فضای نزدیک پرتاب می کنند؟ گفتگوی ما با معاون مدیر کل - طراح ارشد NPO Energomash به نام آکادمی V.P. Glushko ، Petr Levochkin ، در این مورد بود.

پتر سرگیویچ، موتورهای جدید چه فرصت هایی را باز می کنند؟

پتر لووچکین: اگر در مورد آینده نزدیک صحبت کنیم، امروز روی موتورهایی برای راکت‌هایی مانند Angara A5V و Soyuz-5 و همچنین موتورهایی کار می‌کنیم که در مرحله پیش‌طراحی هستند و برای عموم ناشناخته هستند. به طور کلی، موتورهای ما برای بلند کردن یک موشک از سطح یک جرم آسمانی طراحی شده اند. و می تواند هر چیزی باشد - زمینی، قمری، مریخی. پس اگر برنامه های قمری یا مریخی اجرا شود، حتما در آن شرکت خواهیم کرد.

کارایی موتورهای موشک مدرن چیست و آیا راه هایی برای بهبود آنها وجود دارد؟

پتر لووچکین: اگر در مورد انرژی صحبت کنیم و پارامترهای ترمودینامیکیموتورها، پس می توان گفت که موتورهای ما و همچنین بهترین موتورهای موشکی شیمیایی خارجی امروزی به کمال خاصی رسیده اند. به عنوان مثال، کامل بودن احتراق سوخت به 98.5 درصد می رسد. یعنی تقریباً تمام انرژی شیمیایی سوخت در موتور به انرژی حرارتی جریان گاز در جریان از نازل تبدیل می شود.

موتورها را می توان در جهات مختلف بهبود بخشید. این شامل استفاده از اجزای سوخت انرژی بر، معرفی راه حل های مدار جدید و افزایش فشار در محفظه احتراق است. جهت دیگر استفاده از فناوری های جدید از جمله افزودنی به منظور کاهش شدت کار و در نتیجه کاهش هزینه موتور موشک است. همه اینها منجر به کاهش هزینه تولید می شود ظرفیت ترابری.

با این حال، با بررسی دقیق تر، مشخص می شود که افزایش ویژگی های انرژی موتورها به روش سنتی بی اثر است.

استفاده از یک انفجار کنترل شده پیشران می تواند سرعت موشک را هشت برابر سرعت صوت بدهد
چرا؟

پتر لووچکین: افزایش فشار و جریان سوخت در محفظه احتراق به طور طبیعی باعث افزایش رانش موتور می شود. اما این امر مستلزم افزایش ضخامت دیواره های محفظه و پمپ ها خواهد بود. در نتیجه، پیچیدگی سازه و جرم آن افزایش می یابد، افزایش انرژی چندان زیاد نیست. بازی ارزش شمع را نخواهد داشت.

یعنی موتورهای موشکی منابع توسعه خود را تمام کرده اند؟

پتر لووچکین: دقیقاً نه. به بیان ساده زبان فنی، می توان آنها را با افزایش کارایی فرآیندهای درون حرکتی بهبود بخشید. چرخه هایی از تبدیل ترمودینامیکی انرژی شیمیایی به انرژی جت خروجی وجود دارد که بسیار کارآمدتر از احتراق کلاسیک سوخت موشک است. این چرخه احتراق انفجار و چرخه هامفری است.

اثر انفجار سوخت خود توسط هموطن ما - آکادمیک بعدی یاکوف بوریسوویچ زلدوویچ در سال 1940 کشف شد. اجرای این اثر در عمل، چشم اندازهای بسیار خوبی را در علم موشک نوید می داد. جای تعجب نیست که در همان سال ها آلمانی ها به طور فعال فرآیند احتراق انفجار را مطالعه کردند. اما دیگر نه کاملاً آزمایش های موفقهیچ پیشرفتی نداشتند

محاسبات تئوری نشان داده است که احتراق انفجاری 25 درصد کارآمدتر از چرخه ایزوباریک مربوط به احتراق سوخت در فشار ثابت است که در محفظه های موتورهای پیشران مایع مدرن اجرا می شود.

مزایای احتراق انفجاری در مقایسه با احتراق کلاسیک چیست؟

پتر لووچکین: فرآیند احتراق کلاسیک مادون صوت است. انفجار - مافوق صوت. سرعت واکنش در حجم کم منجر به انتشار گرمای بسیار زیاد می شود - چندین هزار برابر بیشتر از احتراق زیر صوت است که در موتورهای موشک کلاسیک با همان جرم سوخت سوزانده می شود. و برای ما، مهندسان موتور، این بدان معنی است که با ابعاد بسیار کوچکتر موتور انفجار و با جرم سوخت کم، می توانیم نیروی رانش مشابه موتورهای موشک مایع مدرن عظیم را بدست آوریم.

بر کسی پوشیده نیست که موتورهای با احتراق انفجاری سوخت نیز در خارج از کشور توسعه می یابند. مواضع ما چیست؟ آیا ما پست هستیم، آیا در سطح آنها هستیم یا پیشرو هستیم؟

پتر لووچکین: ما تسلیم نمی‌شویم - مطمئناً. اما نمی توانم بگویم که ما پیشتاز هستیم. موضوع کاملا بسته است. یکی از اسرار اصلی فناوری این است که چگونه می توان اطمینان حاصل کرد که سوخت و اکسید کننده موتور موشک نمی سوزد، اما منفجر می شود، بدون اینکه محفظه احتراق از بین برود. یعنی در واقع یک انفجار واقعی را کنترل شده و قابل کنترل کنیم. برای مرجع: انفجار احتراق سوخت در جلوی یک موج ضربه ای مافوق صوت است. بین انفجار پالسی، زمانی که موج ضربه ای در امتداد محور محفظه حرکت می کند و یکی جایگزین دیگری می شود، و همچنین انفجار پیوسته (اسپینی)، زمانی که امواج ضربه ای در محفظه به صورت دایره ای حرکت می کنند، تمایز قائل می شوند.

تا آنجا که می دانیم مطالعات تجربی احتراق انفجاری با مشارکت متخصصان شما انجام شده است. چه نتایجی به دست آمد؟

پتر لووچکین: کار برای ایجاد یک اتاقک مدل از موتور موشک انفجار مایع انجام شد. همکاری بزرگی از دانشمندان برجسته بر روی این پروژه تحت حمایت بنیاد تحقیقات پیشرفته کار کردند. مراکز علمیروسیه. از جمله آنها موسسه هیدرودینامیک به نام است. M.A. لاورنتیف، MAI، "مرکز کلدیش"، موسسه مرکزی مهندسی موتور هوانوردی به نام. P.I. بارانوا، دانشکده مکانیک و ریاضیات، دانشگاه دولتی مسکو. ما پیشنهاد کردیم که از نفت سفید به عنوان سوخت و از اکسیژن گازی به عنوان اکسید کننده استفاده شود. در فرآیند تحقیقات تئوری و تجربی، امکان ایجاد موتور موشک انفجاری با استفاده از چنین قطعاتی تایید شد. بر اساس داده های به دست آمده، ما یک محفظه انفجار مدل با رانش 2 تن و فشار در محفظه احتراق حدود 40 اتمسفر را توسعه، تولید و با موفقیت آزمایش کردیم.

این مشکل برای اولین بار نه تنها در روسیه، بلکه در جهان نیز حل شد. بنابراین، البته، مشکلاتی وجود داشت. اولاً مربوط به اطمینان از انفجار پایدار اکسیژن با نفت سفید است و ثانیاً به اطمینان از خنک شدن مطمئن دیوار آتش محفظه بدون خنک کننده پرده و انبوهی از مشکلات دیگر که ماهیت آنها فقط برای متخصصان قابل درک است.

آیا می توان از موتور انفجاری در موشک های مافوق صوت استفاده کرد؟

پتر لووچکین: هم ممکن است و هم لازم. اگر فقط به این دلیل که احتراق سوخت در آن مافوق صوت است. و در موتورهایی که اکنون در تلاش برای ایجاد هواپیماهای مافوق صوت کنترل شده هستند، احتراق مادون صوت است. و این مشکلات زیادی ایجاد می کند. از این گذشته، اگر احتراق در موتور مافوق صوت باشد و موتور مثلاً با سرعت پنج ماخ (یک ماخ) پرواز کند برابر با سرعتصدا)، باید سرعت جریان هوای ورودی را تا زمانی که حالت صدا. بر این اساس، تمام انرژی این ترمز به گرما تبدیل می شود که منجر به گرمای اضافی سازه می شود.

و در یک موتور انفجاری، فرآیند احتراق با سرعت حداقل دو و نیم برابر بیشتر از سرعت صوت رخ می دهد. و بر این اساس می توانیم سرعت هواپیما را به این میزان افزایش دهیم. یعنی دیگر در مورد پنج نوسان صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد هشت نوسان صحبت می کنیم. این سرعت قابل دستیابی در حال حاضر هواپیما با موتورهای مافوق صوت است که از اصل احتراق انفجاری استفاده می کند.

پتر لووچکین: این است موضوع پیچیده. ما به تازگی در را به منطقه احتراق انفجار باز کرده ایم. هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که فراتر از محدوده تحقیقات ما کشف نشده باقی مانده است. امروز، همراه با RSC Energia، ما در تلاش هستیم تا مشخص کنیم که موتور به طور کلی با یک محفظه انفجار در رابطه با مراحل فوقانی در آینده چگونه خواهد بود.

انسان با چه موتورهایی به سیارات دور پرواز می کند؟

پتر لووچکین: به نظر من، ما برای مدت طولانی با موتورهای راکت سوخت مایع سنتی پرواز خواهیم کرد و آنها را بهبود خواهیم بخشید. اگر چه مطمئناً انواع دیگری از موتورهای موشک در حال توسعه هستند، به عنوان مثال، موتورهای موشک الکتریکی (آنها بسیار کارآمدتر از موتورهای موشک مایع هستند - ضربه خاص آنها 10 برابر بیشتر است). افسوس که موتورها و وسایل پرتاب امروزی به ما اجازه نمی دهند در مورد واقعیت پروازهای بین سیاره ای انبوه و حتی بیشتر از آن بین کهکشانی صحبت کنیم. همه چیز اینجا هنوز در سطح فانتزی است: موتورهای فوتونی، تله پورت، شناور، امواج گرانشی. اگرچه، از سوی دیگر، کمی بیش از صد سال پیش، آثار ژول ورن به عنوان یک فانتزی ناب تلقی می شد. شاید یک پیشرفت انقلابی در حوزه ای که ما در آن کار می کنیم دیری نخواهد آمد. از جمله در زمینه ایجاد عملی موشک با استفاده از انرژی انفجار.

پرونده "RG":
"انجمن تحقیقات و تولید انرگوماش" توسط والنتین پتروویچ گلوشکو در سال 1929 تاسیس شد. اکنون نام او را یدک می کشد. در اینجا آنها موتورهای موشک مایع را برای اولین و در برخی موارد مرحله دوم وسایل نقلیه پرتاب می‌سازند و تولید می‌کنند. NPO بیش از 60 موتور جت مایع مختلف را توسعه داده است. اولین ماهواره با استفاده از موتورهای Energomash به فضا پرتاب شد، اولین انسان به فضا پرواز کرد و اولین وسیله نقلیه خودکششی Lunokhod-1 به فضا پرتاب شد. امروزه بیش از نود درصد وسایل نقلیه پرتاب در روسیه با استفاده از موتورهای توسعه یافته و تولید شده در NPO Energomash به پرواز در می آیند.

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 کار می کنند احتراق داخلی، به دلیل انفجار سوخت عمل می کند. انفجار عبارت است از احتراق مافوق صوت هر ماده، در در این مورد مخلوط سوخت. در این حالت، یک موج ضربه ای در مخلوط پخش می شود و به دنبال آن یک واکنش شیمیایی آزاد می شود مقدار زیادحرارت.

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 عملکرد موتورهای پالسی مشابه موتورهای ضربانی است. موتورهای تنفس هوا. 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. اینجوری تو روسیه تست شده پاورپوینتبرای اولین بار برای نصب بر روی موشک طراحی شده است. اینکه چه نوع موتور انفجاری آزمایش شده است مشخص نشده است.

اکتشاف فضایی به طور غیرارادی با سفینه های فضایی. قلب هر پرتابگر موتور آن است. برای رساندن فضانوردان به مدار باید به اولین سرعت فرار - حدود 7.9 کیلومتر بر ثانیه - و برای غلبه بر میدان گرانشی سیاره به سرعت فرار دوم برسد.

دستیابی به این امر آسان نیست، اما دانشمندان دائماً به دنبال راه های جدیدی برای حل این مشکل هستند. طراحان روسیه حتی فراتر رفتند و موفق شدند یک موتور موشک انفجاری ایجاد کنند که آزمایشات آن با موفقیت به پایان رسید. این دستاورد را می توان یک پیشرفت واقعی در زمینه مهندسی فضا نامید.

فرصت های تازه

چرا موتورهای انفجاری مقصر هستند؟ امیدهای بزرگ? بر اساس محاسبات دانشمندان، قدرت آنها 10 هزار برابر بیشتر از قدرت موتورهای موشکی موجود خواهد بود. در عین حال مصرف زیادی خواهند داشت سوخت کمتر، و تولید آنها با هزینه کم و سودآوری مشخص می شود. این به چه چیزی مرتبط است؟

همه چیز در مورد واکنش اکسیداسیون سوخت است. اگر راکت های مدرن از فرآیند آتش زدایی استفاده می کنند - احتراق آهسته (مادون صوت) سوخت در فشار ثابت، در این صورت یک موتور موشک انفجاری به دلیل انفجار، انفجار کار می کند. مخلوط قابل احتراق. با سرعت مافوق صوت می سوزد و همزمان با انتشار موج ضربه ای مقدار زیادی انرژی گرمایی آزاد می کند.

توسعه و آزمایش نسخه روسیموتور انفجار توسط آزمایشگاه تخصصی "موتورهای موشک مایع انفجار" به عنوان بخشی از مجتمع تولید انرژی‌ماش مورد مطالعه قرار گرفت.

برتری موتورهای جدید

دانشمندان برجسته جهان 70 سال است که در حال مطالعه و توسعه موتورهای انفجاری هستند. دلیل اصلی جلوگیری از ایجاد این نوع موتورها، احتراق خود به خودی کنترل نشده سوخت است. علاوه بر این، وظایف اختلاط کارآمد سوخت و اکسید کننده و همچنین یکپارچه سازی نازل و ورودی هوا در دستور کار قرار گرفت.

با حل این مشکلات، امکان ایجاد یک موتور موشک انفجاری وجود خواهد داشت که در نوع خود مشخصات فنیاز زمان سبقت خواهد گرفت در عین حال، دانشمندان مزایای زیر را می نامند:

1. امکان دستیابی به سرعت در محدوده های مافوق صوت و مافوق صوت.
2. حذف بسیاری از قطعات متحرک از طراحی.
3. وزن و هزینه کمتر نیروگاه.
4. بازده ترمودینامیکی بالا

سریال این نوعموتور تولید نشد اولین بار در سال 2008 بر روی هواپیماهای کم پرواز آزمایش شد. موتور انفجاربرای وسایل نقلیه پرتاب اولین بار توسط دانشمندان روسی آزمایش شد. به همین دلیل است که به این رویداد اهمیت زیادی داده می شود.

اصل عملیات: پالس و پیوسته

در حال حاضر، دانشمندان در حال توسعه تاسیساتی با جریان کاری ضربانی و پیوسته هستند. اصل کار یک موتور موشک انفجاری با مدار عملیاتی پالسی مبتنی بر پر کردن چرخه ای محفظه احتراق با مخلوط قابل احتراق، احتراق متوالی آن و انتشار محصولات احتراق در محیط است.

بر این اساس، در یک فرآیند کار مداوم، سوخت به طور مداوم به محفظه احتراق وارد می شود، سوخت در یک یا چند موج انفجاری می سوزد که به طور مداوم در سراسر جریان در گردش است. مزایای چنین موتورهایی عبارتند از:

1. یکبار احتراق سوخت.
2. طراحی نسبتا ساده.
3. ابعاد کوچک و وزن تاسیسات.
4. استفاده کارآمدتر از مخلوط قابل احتراق.
5. سطوح پایین سر و صدا، ارتعاش و انتشارات مضر.

در آینده، با استفاده از این مزایا، یک موتور موشک مایع انفجار پیوسته به دلیل وزن، اندازه و ویژگی های هزینه، تمام تاسیسات موجود را جابجا خواهد کرد.

تست موتور انفجار

اولین آزمایشات یک دستگاه انفجار خانگی در چارچوب پروژه ای که توسط وزارت آموزش و پرورش و علوم تأسیس شده بود انجام شد. به عنوان نمونه اولیه ارائه شده است موتور کوچکبا یک محفظه احتراق با قطر 100 میلی متر و عرض کانال حلقوی 5 میلی متر. آزمایش ها بر روی یک پایه مخصوص انجام شد، شاخص ها هنگام کار روی آن ثبت شد انواع مختلفمخلوط قابل اشتعال - هیدروژن-اکسیژن، گاز طبیعی-اکسیژن، پروپان-بوتان-اکسیژن.

آزمایشات یک موتور موشک انفجاری با استفاده از سوخت اکسیژن-هیدروژن ثابت کرده است که چرخه ترمودینامیکی این تاسیسات 7 درصد کارآمدتر از زمانی است که سایر تاسیسات کار می کنند. علاوه بر این، به طور تجربی تأیید شد که با افزایش مقدار سوخت عرضه شده، رانش افزایش می‌یابد، همچنین تعداد امواج انفجار و سرعت چرخش افزایش می‌یابد.

آنالوگ در کشورهای دیگر

دانشمندان کشورهای پیشرو در سراسر جهان در حال توسعه موتورهای انفجاری هستند. طراحان از ایالات متحده آمریکا بیشترین موفقیت را در این مسیر به دست آورده اند. آنها در مدل های خود یک روش کار مداوم یا چرخشی را پیاده سازی کردند. ارتش آمریکا قصد دارد از این تاسیسات برای تجهیز کشتی های سطحی استفاده کند. به دلیل وزن کمتر و اندازه کوچک با قدرت خروجی بالا، به افزایش کارایی قایق های رزمی کمک خواهند کرد.

موتور موشک انفجاری آمریکایی از مخلوط استوکیومتری هیدروژن و اکسیژن برای کار استفاده می کند. مزایای چنین منبع انرژی در درجه اول اقتصادی است - فقط به اندازه اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون هیدروژن سوزانده می شود. دولت آمریکا در حال حاضر چندین میلیارد دلار برای تامین سوخت کربن برای کشتی های جنگی هزینه می کند. سوخت استوکیومتری هزینه ها را چندین برابر کاهش می دهد.

جهت های بیشتر توسعه و چشم انداز

داده‌های جدید به‌دست‌آمده در نتیجه آزمایش موتورهای انفجار، استفاده از روش‌های اساساً جدید را برای ساخت یک طرح عملیات سوخت مایع تعیین کرد. اما برای عملکرد، چنین موتورهایی باید مقاومت حرارتی بالایی داشته باشند، زیرا مقدار زیادی انرژی حرارتی آزاد می شود. در حال حاضر، یک پوشش ویژه در حال توسعه است که عملکرد محفظه احتراق را تحت تأثیر دمای بالا تضمین می کند.

یک مکان خاص در تحقیقات بیشترشامل ایجاد سرهای اختلاط است که با کمک آنها می توان قطرات مواد قابل احتراق را با اندازه، غلظت و ترکیب معین به دست آورد. برای حل این مسائل، یک موتور موشک مایع انفجاری جدید ایجاد خواهد شد که اساس کلاس جدیدی از وسایل نقلیه پرتاب خواهد شد.

روسیه موتورهای موشک انفجاری را با موفقیت آزمایش کرده است. او در مصاحبه ای با RG در مورد اینکه آیا امکان ساخت سلاح های مافوق صوت بر اساس آنها وجود دارد یا خیر صحبت کرد. طراح اصلی"NPO Energomash به نام آکادمی V.P. Glushko" Petr Levochkin 19 ژانویه 2018، 10:48

موتورهای موشکی به اصطلاح انفجاری با موفقیت آزمایش شده اند و نتایج بسیار جالبی به دست آورده اند. کار توسعه در این راستا ادامه خواهد یافت.

انفجار یک انفجار است. آیا می توان آن را مدیریت کرد؟ آیا می توان بر اساس چنین موتورهایی سلاح های مافوق صوت ایجاد کرد؟ چه موتورهای موشکی وسایل نقلیه خالی از سکنه و سرنشین دار را به فضای نزدیک پرتاب می کنند؟ گفتگوی ما با معاون مدیر کل - طراح ارشد NPO Energomash به نام آکادمی V.P. Glushko ، Petr Levochkin ، در این مورد بود.

پتر سرگیویچ، موتورهای جدید چه فرصت هایی را باز می کنند؟

پتر لووچکین: اگر در مورد آینده نزدیک صحبت کنیم، امروز روی موتورهایی برای راکت‌هایی مانند Angara A5V و Soyuz-5 و همچنین موتورهایی کار می‌کنیم که در مرحله پیش‌طراحی هستند و برای عموم ناشناخته هستند. به طور کلی، موتورهای ما برای بلند کردن یک موشک از سطح یک جرم آسمانی طراحی شده اند. و می تواند هر چیزی باشد - زمینی، قمری، مریخی. پس اگر برنامه های قمری یا مریخی اجرا شود، حتما در آن شرکت خواهیم کرد.

کارایی موتورهای موشک مدرن چیست و آیا راه هایی برای بهبود آنها وجود دارد؟

پتر لووچکین: اگر در مورد پارامترهای انرژی و ترمودینامیکی موتورها صحبت کنیم، می توان گفت که موتورهای ما و همچنین بهترین موتورهای موشک شیمیایی خارجی امروزی به کمال خاصی رسیده اند. به عنوان مثال، کامل بودن احتراق سوخت به 98.5 درصد می رسد. یعنی تقریباً تمام انرژی شیمیایی سوخت در موتور به انرژی حرارتی جریان گاز در جریان از نازل تبدیل می شود.

موتورها را می توان در جهات مختلف بهبود بخشید. این شامل استفاده از اجزای سوخت انرژی بر، معرفی راه حل های مدار جدید و افزایش فشار در محفظه احتراق است. جهت دیگر استفاده از فناوری های جدید از جمله افزودنی به منظور کاهش شدت کار و در نتیجه کاهش هزینه موتور موشک است. همه اینها منجر به کاهش هزینه بار پرتاب شده می شود.

با این حال، با بررسی دقیق تر، مشخص می شود که افزایش ویژگی های انرژی موتورها به روش سنتی بی اثر است.

استفاده از یک انفجار کنترل شده پیشران می تواند سرعت موشک را هشت برابر سرعت صوت بدهد

چرا؟

پتر لووچکین: افزایش فشار و جریان سوخت در محفظه احتراق به طور طبیعی باعث افزایش رانش موتور می شود. اما این امر مستلزم افزایش ضخامت دیواره های محفظه و پمپ ها خواهد بود. در نتیجه، پیچیدگی سازه و جرم آن افزایش می یابد، افزایش انرژی چندان زیاد نیست. بازی ارزش شمع را نخواهد داشت.

یعنی موتورهای موشکی منابع توسعه خود را تمام کرده اند؟

پتر لووچکین: دقیقاً نه. از نظر فنی، می توان آنها را با افزایش کارایی فرآیندهای درون موتوری بهبود بخشید. چرخه هایی از تبدیل ترمودینامیکی انرژی شیمیایی به انرژی جت خروجی وجود دارد که بسیار کارآمدتر از احتراق کلاسیک سوخت موشک است. این چرخه احتراق انفجار و چرخه هامفری است.

اثر انفجار سوخت خود توسط هموطن ما - آکادمیک بعدی یاکوف بوریسوویچ زلدوویچ در سال 1940 کشف شد. اجرای این اثر در عمل، چشم اندازهای بسیار خوبی را در علم موشک نوید می داد. جای تعجب نیست که در همان سال ها آلمانی ها به طور فعال فرآیند احتراق انفجار را مطالعه کردند. اما آنها فراتر از آزمایش های نه کاملاً موفق پیشرفت نکردند.

محاسبات تئوری نشان داده است که احتراق انفجاری 25 درصد کارآمدتر از چرخه ایزوباریک مربوط به احتراق سوخت در فشار ثابت است که در محفظه های موتورهای پیشران مایع مدرن اجرا می شود.

مزایای احتراق انفجاری در مقایسه با احتراق کلاسیک چیست؟

پتر لووچکین: فرآیند احتراق کلاسیک مادون صوت است. انفجار - مافوق صوت. سرعت واکنش در حجم کم منجر به انتشار گرمای بسیار زیاد می شود - چندین هزار برابر بیشتر از احتراق زیر صوت است که در موتورهای موشک کلاسیک با همان جرم سوخت سوزانده می شود. و برای ما، مهندسان موتور، این بدان معنی است که با ابعاد بسیار کوچکتر موتور انفجار و با جرم سوخت کم، می توانیم نیروی رانش مشابه موتورهای موشک مایع مدرن عظیم را بدست آوریم.

بر کسی پوشیده نیست که موتورهای با احتراق انفجاری سوخت نیز در خارج از کشور توسعه می یابند. مواضع ما چیست؟ آیا ما پست هستیم، آیا در سطح آنها هستیم یا پیشرو هستیم؟

پتر لووچکین: ما تسلیم نمی‌شویم - مطمئناً. اما نمی توانم بگویم که ما پیشتاز هستیم. موضوع کاملا بسته است. یکی از اسرار اصلی فناوری این است که چگونه می توان اطمینان حاصل کرد که سوخت و اکسید کننده موتور موشک نمی سوزد، اما منفجر می شود، بدون اینکه محفظه احتراق از بین برود. یعنی در واقع یک انفجار واقعی را کنترل شده و قابل کنترل کنیم. برای مرجع: انفجار احتراق سوخت در جلوی یک موج ضربه ای مافوق صوت است. بین انفجار پالسی، زمانی که موج ضربه ای در امتداد محور محفظه حرکت می کند و یکی جایگزین دیگری می شود، و همچنین انفجار پیوسته (اسپینی)، زمانی که امواج ضربه ای در محفظه به صورت دایره ای حرکت می کنند، تمایز قائل می شوند.

تا آنجا که می دانیم مطالعات تجربی احتراق انفجاری با مشارکت متخصصان شما انجام شده است. چه نتایجی به دست آمد؟

پتر لووچکین: کار برای ایجاد یک اتاقک مدل از موتور موشک انفجار مایع انجام شد. همکاری بزرگی از مراکز علمی پیشرو در روسیه بر روی این پروژه تحت حمایت بنیاد تحقیقات پیشرفته کار کردند. از جمله آنها موسسه هیدرودینامیک به نام است. M.A. لاورنتیف، MAI، "مرکز کلدیش"، موسسه مرکزی مهندسی موتور هوانوردی به نام. P.I. بارانوا، دانشکده مکانیک و ریاضیات، دانشگاه دولتی مسکو. ما پیشنهاد کردیم که از نفت سفید به عنوان سوخت و از اکسیژن گازی به عنوان اکسید کننده استفاده شود. در فرآیند تحقیقات تئوری و تجربی، امکان ایجاد موتور موشک انفجاری با استفاده از چنین قطعاتی تایید شد. بر اساس داده های به دست آمده، ما یک محفظه انفجار مدل با رانش 2 تن و فشار در محفظه احتراق حدود 40 اتمسفر را توسعه، تولید و با موفقیت آزمایش کردیم.

این مشکل برای اولین بار نه تنها در روسیه، بلکه در جهان نیز حل شد. بنابراین، البته، مشکلاتی وجود داشت. اولاً مربوط به اطمینان از انفجار پایدار اکسیژن با نفت سفید است و ثانیاً به اطمینان از خنک شدن مطمئن دیوار آتش محفظه بدون خنک کننده پرده و انبوهی از مشکلات دیگر که ماهیت آنها فقط برای متخصصان قابل درک است.

آیا می توان از موتور انفجاری در موشک های مافوق صوت استفاده کرد؟

پتر لووچکین: هم ممکن است و هم لازم. اگر فقط به این دلیل که احتراق سوخت در آن مافوق صوت است. و در موتورهایی که اکنون در تلاش برای ایجاد هواپیماهای مافوق صوت کنترل شده هستند، احتراق مادون صوت است. و این مشکلات زیادی ایجاد می کند. از این گذشته، اگر احتراق در موتور مادون صوت باشد و موتور مثلاً با سرعت پنج ماخ پرواز کند (یک ماخ برابر با سرعت صوت است)، جریان هوای ورودی باید به حالت صدا کاهش یابد. بر این اساس، تمام انرژی این ترمز به گرما تبدیل می شود که منجر به گرمای اضافی سازه می شود.

و در یک موتور انفجاری، فرآیند احتراق با سرعت حداقل دو و نیم برابر بیشتر از سرعت صوت رخ می دهد. و بر این اساس می توانیم سرعت هواپیما را به این میزان افزایش دهیم. یعنی دیگر در مورد پنج نوسان صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد هشت نوسان صحبت می کنیم. این سرعت قابل دستیابی در حال حاضر هواپیما با موتورهای مافوق صوت است که از اصل احتراق انفجاری استفاده می کند.

موتورهایی که از احتراق انفجاری سوخت در حالت عادی استفاده می کنند، موتورهای انفجاری نامیده می شوند. خود موتور می تواند (از لحاظ نظری) هر چیزی باشد - موتور احتراق داخلی، جت یا حتی بخار. در تئوری. با این حال، تا کنون، تمام موتورهای شناخته شده تجاری قابل قبول در چنین حالت های احتراق سوخت، که معمولاً به عنوان "انفجار" شناخته می شوند، به دلیل غیرقابل قبول بودن تجاری آنها استفاده نشده اند.

منبع:

برنامه چه چیزی می دهد احتراق انفجاریدر موتورها؟ برای ساده سازی و تعمیم بسیار، چیزی شبیه به این است:

مزایای

1. جایگزینی احتراق معمولی با احتراق انفجاری به دلیل دینامیک گاز جبهه موج شوک، حداکثر تئوری کامل قابل دستیابی احتراق مخلوط را افزایش می دهد، که امکان افزایش را فراهم می کند. راندمان موتور، و مصرف را حدود 5-20٪ کاهش دهید. این موضوع برای همه انواع موتورها، هم موتورهای احتراق داخلی و هم موتورهای جت صادق است.

2. نرخ احتراق بخشی از مخلوط سوخت حدود 100-10 برابر افزایش می یابد، به این معنی که از نظر تئوری ممکن است برای یک موتور احتراق داخلی، توان لیتر (یا نیروی رانش خاص به ازای هر کیلوگرم جرم برای موتورهای جت) را افزایش دهد. تقریباً به همان مقدار این فاکتور برای همه انواع موتورها نیز مرتبط است.

3. این عامل فقط برای انواع موتورهای جت مرتبط است: از آنجایی که فرآیندهای احتراق در محفظه احتراق با سرعت های مافوق صوت انجام می شود و دما و فشار در محفظه احتراق به طور قابل توجهی افزایش می یابد، یک فرصت نظری عالی برای افزایش مکرر سرعت وجود دارد. جریان جت از نازل. که به نوبه خود منجر به افزایش متناسب در رانش، ضربه خاص، راندمان و/یا کاهش وزن موتور و سوخت مورد نیاز می شود.

هر سه عامل بسیار مهم هستند، اما انقلابی نیستند، بلکه به اصطلاح تکاملی هستند. عوامل چهارم و پنجم انقلابی هستند و فقط برای موتورهای جت کاربرد دارند:

4. تنها استفاده از فن آوری های انفجار امکان ایجاد جریان مستقیم (و در نتیجه با استفاده از یک اکسید کننده اتمسفر!) جهانی را فراهم می کند. موتور جتجرم، اندازه و رانش قابل قبول، برای توسعه عملی و در مقیاس بزرگ در محدوده سرعت های زیر، فوق العاده و مافوق صوت 0-20Max.

5. فقط فن آوری های انفجار امکان فشرده کردن اکسید کننده سوخت را از موتورهای موشک شیمیایی (اکسیدکننده سوخت بخار) فراهم می کند. پارامترهای سرعتبرای استفاده گسترده آنها در پروازهای بین سیاره ای مورد نیاز است.

P.4 و 5. به طور نظری به ما نشان می دهد a) جاده ارزانبه فضای نزدیک، و ب) جاده ای برای پرتاب های سرنشین دار به سیارات نزدیک، بدون نیاز به ساخت وسایل پرتاب فوق سنگین هیولایی با وزن بیش از 3500 تن.

معایب موتورهای انفجاری از مزایای آنها ناشی می شود:

منبع:

1. نرخ احتراق آنقدر زیاد است که اغلب این موتورها فقط می توانند به صورت چرخه ای کار کنند: ورودی- احتراق- اگزوز. که حداکثر توان لیتری قابل دستیابی و/یا نیروی رانش را حداقل تا سه برابر کاهش می دهد و گاهی اوقات هدف خود ایده را ناکام می گذارد.

2. دما، فشار، و نرخ افزایش آنها در محفظه احتراق موتورهای انفجاری به گونه ای است که استفاده مستقیم از اکثر مواد شناخته شده برای ما را حذف می کند. همه آنها برای ساخت یک ساده، ارزان و بسیار ضعیف هستند موتور کارآمد. یا نیاز به یک خانواده کامل از مواد اساسی جدید است، یا استفاده از ترفندهای طراحی هنوز اثبات نشده. ما مواد لازم را نداریم، و پیچیده کردن دوباره طرح اغلب کل ایده را بی معنی می کند.

با این حال، منطقه ای وجود دارد که در آن نمی توان از موتورهای انفجاری اجتناب کرد. این یک ابرصوت جوی مقرون به صرفه با محدوده سرعت 2-20 حداکثر است. بنابراین، نبرد در سه جبهه ادامه دارد:

1. ایجاد نمودار موتور با انفجار مداومدر محفظه احتراق که برای محاسبه همودینامیک آنها به ابررایانه ها و رویکردهای نظری غیر پیش پا افتاده نیاز دارد. در این زمینه کاپشن های لحافی لعنتی مثل همیشه حرف اول را زدند و برای اولین بار در دنیا به صورت تئوری نشان دادند که هیئت مستمر عموما امکان پذیر است. اختراع، کشف، ثبت اختراع - این همه است. و آنها شروع به ساختن یک ساختار عملی از لوله های زنگ زده و نفت سفید کردند.

2. خلقت راه حل های سازندهدر حال انجام برنامه های کاربردی ممکنمواد کلاسیک لعنت به کاپشن های لحافی با خرس های مست، و اینجا آنها اولین کسانی بودند که یک موتور چند اتاقه آزمایشگاهی را ساختند که قبلاً به طور نامحدود کار می کند. نیروی رانش مانند موتور Su27 است و وزن آن به حدی است که یکی (یکی!) پدربزرگ می تواند آن را در دستان خود نگه دارد. اما از آنجایی که ودکا سوخته بود، موتور ضربان دار بود. اما حرامزاده به قدری تمیز کار می کند که حتی می توانید آن را در آشپزخانه روشن کنید (جایی که کت های لحافی واقعاً آن را در فواصل بین ودکا و بالالایکا شسته اند)

3. ایجاد ابر مواد برای موتورهای آینده. این منطقه تنگ ترین و مخفی ترین است. من هیچ اطلاعاتی در مورد پیشرفت در آن ندارم.

بر اساس موارد فوق، بیایید چشم انداز انفجار را در نظر بگیریم، موتور احتراق داخلی پیستونی. همانطور که مشخص است، افزایش فشار در یک محفظه احتراق با ابعاد کلاسیک در هنگام انفجار در یک موتور احتراق داخلی رخ می دهد. سرعت سریعترصدا. با باقی ماندن در همان طرح، هیچ راهی برای ساخت پیستون مکانیکی وجود ندارد و حتی با جرم های مرتبط قابل توجه، در سیلندر با سرعت تقریباً یکسان حرکت می کند. تسمه تایم با طرح کلاسیک نیز نمی تواند با چنین سرعت هایی کار کند. بنابراین، تبدیل مستقیم یک موتور احتراق داخلی کلاسیک به یک موتور انفجاری از نظر عملی بی معنی است. موتور نیاز به توسعه مجدد دارد. اما به محض شروع به انجام این کار، معلوم می شود که پیستون در این طرح ساده است جزئیات اضافی. بنابراین، IMHO، یک موتور احتراق داخلی انفجار پیستون یک نابهنگام است.