تحقیقات پایه. موتور انفجار - آینده ساخت موتور روسی

27.04.2019

موتور

مشکل توسعه موتورهای انفجاری دوار در نظر گرفته شده است. انواع اصلی چنین موتورهایی ارائه شده است: موتور انفجار چرخشی Nichols، موتور Wojciechowski. جهت ها و روندهای اصلی در توسعه طراحی موتورهای انفجاری در نظر گرفته شده است. نشان داده شده است که مفاهیم مدرن یک موتور انفجاری دوار، در اصل نمی تواند منجر به ایجاد یک طرح قابل اجرا شود که از نظر ویژگی های آن از موتورهای جت موجود پیشی بگیرد. دلیل آن تمایل طراحان به ترکیب تولید موج، احتراق سوخت و خروج سوخت و اکسید کننده در یک مکانیسم است. در نتیجه خودسازماندهی سازه های موج شوک، احتراق انفجاری در حداقل حجم به جای حداکثر انجام می شود. نتیجه ای که امروزه به دست می آید، احتراق انفجاری در حجمی است که از 15 درصد حجم محفظه احتراق تجاوز نمی کند. راه خروج در یک رویکرد متفاوت دیده می شود - ابتدا یک پیکربندی بهینه از امواج ضربه ای ایجاد می شود و تنها پس از آن اجزای سوخت به این سیستم وارد می شوند و احتراق انفجاری بهینه در حجم زیادی سازماندهی می شود.

موتور انفجار

موتور انفجار دوار

موتور Wojciechowski

انفجار دایره ای

انفجار چرخشی

موتور انفجار ضربه ای

1. B. V. Voitsekhovsky، V. V. Mitrofanov و M. E. Topchiyan، ساختار جبهه انفجار در گازها. - نووسیبیرسک: انتشارات آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، 1963.

2. Uskov V.N., Bulat P.V. در مورد مشکل طراحی یک دیفیوزر ایده آل برای فشرده سازی جریان مافوق صوت // تحقیقات پایه. - 2012. - شماره 6 (قسمت 1). - S. 178-184.

3. Uskov V.N.، Bulat P.V.، Prodan N.V. تاریخچه مطالعه انعکاس نامنظم یک موج شوک از محور تقارن یک جت مافوق صوت با تشکیل دیسک ماخ // تحقیقات بنیادی. - 2012. - شماره 9 (قسمت 2). - س 414-420.

4. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. توجیه کاربرد مدل پیکربندی ثابت ماخ برای محاسبه دیسک ماخ در جت مافوق صوت // تحقیقات بنیادی. - 2012. - شماره 11 (قسمت 1). – S. 168–175.

5. Shchelkin K.I. ناپایداری احتراق و انفجار گازها // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1965. - T. 87, no. 2.- S. 273-302.

6. نیکولز جی.ای.، ویلکمسون اچ.آر.، موریسون آر.بی. انفجار متناوب به عنوان مکانیزم تولید اعتماد // پیشرانه جت. - 1957. - شماره 21. - ص 534–541.

موتورهای انفجاری دوار

همه انواع موتورهای انفجاری دوار (RDE) مشترک هستند که سیستم تامین سوخت با سیستم احتراق سوخت در موج انفجار ترکیب می شود، اما پس از آن همه چیز مانند یک موتور جت معمولی - یک لوله شعله و یک نازل - کار می کند. این واقعیت بود که آغازگر چنین فعالیتی در زمینه مدرنیزاسیون بود موتورهای توربین گازی(GTE). به نظر می رسد که فقط سر اختلاط و سیستم احتراق مخلوط در موتور توربین گاز جایگزین شود. برای این کار لازم است از تداوم احتراق انفجار اطمینان حاصل شود، به عنوان مثال، با پرتاب یک موج انفجار در یک دایره. نیکولز یکی از اولین کسانی بود که چنین طرحی را در سال 1957 پیشنهاد کرد و سپس آن را توسعه داد و در اواسط دهه 1960 مجموعه ای از آزمایشات را با یک موج انفجاری چرخشی انجام داد (شکل 1).

با تنظیم قطر محفظه و ضخامت شکاف حلقوی، برای هر نوع مخلوط سوخت، می توان هندسه ای را انتخاب کرد که انفجار پایدار باشد. در عمل، رابطه بین شکاف و قطر موتور غیرقابل قبول است و لازم است سرعت انتشار موج را با کنترل منبع سوخت کنترل کرد، همانطور که در زیر بحث می شود.

مانند موتورهای انفجاری پالس، موج انفجار دایره ای قادر به بیرون ریختن اکسید کننده است و به RDE اجازه می دهد در سرعت های صفر استفاده شود. این واقعیت منجر به انبوهی از مطالعات تجربی و محاسباتی RDE با محفظه احتراق حلقوی و پرتاب خود به خود شد. مخلوط سوخت و هوا، فهرست کردن در اینجا که معنی ندارد. همه آنها تقریباً طبق یک طرح ساخته شده اند (شکل 2) که یادآور طرح موتور نیکولز است (شکل 1).

برنج. 1. طرح سازماندهی انفجار دایره ای پیوسته در شکاف حلقوی: 1 - موج انفجار. 2 - یک لایه مخلوط سوخت "تازه"؛ 3 - فاصله تماس 4 - موج ضربه ای مورب در پایین دست منتشر می شود. D جهت موج انفجار است

برنج. 2. مدار معمولی RDE: V - سرعت جریان آزاد. V4 - سرعت جریان در خروجی نازل؛ الف - مجموعه های سوخت تازه، ب - جبهه موج انفجار؛ ج - موج ضربه ای مورب متصل؛ د - محصولات احتراق؛ p(r) - توزیع فشار روی دیواره کانال

یک جایگزین معقول برای طرح نیکولز می تواند نصب تعداد زیادی انژکتور اکسیداسیون سوخت باشد که مخلوط سوخت-هوا را بلافاصله قبل از موج انفجار طبق قانون خاصی با فشار معین به منطقه تزریق می کند (شکل 3). با تنظیم فشار و سرعت عرضه سوخت به منطقه احتراق در پشت موج انفجار، می توان بر سرعت انتشار آن در بالادست تأثیر گذاشت. این جهت امیدوارکننده است، اما مشکل اصلی در طراحی چنین RDE هایی این است که مدل ساده شده پرکاربرد جریان در جبهه احتراق انفجار به هیچ وجه با واقعیت مطابقت ندارد.

برنج. 3. RDE با عرضه سوخت کنترل شده به منطقه احتراق. موتور دوار Wojciechowski

امیدهای اصلی در جهان مربوط به موتورهای انفجاری است که بر اساس طرح موتور دوار Wojciechowski کار می کنند. در سال 1963 B.V. Voitsekhovsky، بر اساس قیاس با انفجار چرخشی، طرحی را برای احتراق مداوم گاز در پشت پیکربندی سه گانه امواج ضربه ای که در یک کانال حلقوی در گردش هستند، ایجاد کرد (شکل 4).

برنج. شکل 4. طرح احتراق مداوم گاز Wojciechowski در پشت پیکربندی سه گانه امواج ضربه ای در گردش در کانال حلقوی: 1 - مخلوط تازه. 2 - مخلوط دوبار فشرده شده در پشت پیکربندی سه گانه امواج ضربه ای، منطقه انفجار

که در این موردفرآیند هیدرودینامیک ساکن با احتراق گاز در پشت موج ضربه ای با طرح انفجار چپمن-ژوگه و زلدوویچ-نویمان متفاوت است. چنین فرآیندی کاملاً پایدار است، مدت زمان آن با ذخیره مخلوط سوخت تعیین می شود و در آزمایشات معروف، چندین ده ثانیه است.

طرح موتور انفجار Wojciechowski به عنوان یک نمونه اولیه خدمت کرد مطالعات متعدد̆ چرخشی و چرخشی موتورهای انفجاری̆ در 5 سال گذشته آغاز شده است. این طرح بیش از 85 درصد از کل مطالعات را تشکیل می دهد. همه آنها یک اشکال ارگانیک دارند - منطقه انفجار بسیار کمی از منطقه احتراق کل را اشغال می کند، معمولا بیش از 15٪ نیست. در نتیجه، عملکرد خاص موتورها بدتر از موتورهای طراحی سنتی است.

در مورد علل شکست در اجرای طرح Wojciechowski

بیشتر کار روی موتورهای با انفجار مداوم با توسعه مفهوم Wojciechowski مرتبط است. علیرغم سابقه بیش از 40 سال تحقیق، نتایج در واقع در سطح 1964 باقی مانده است. سهم احتراق انفجاری از 15٪ حجم محفظه احتراق تجاوز نمی کند. بقیه احتراق آهسته در شرایطی است که دور از حد مطلوب است.

یکی از دلایل این وضعیت فقدان یک روش محاسبه قابل اجرا است. از آنجایی که جریان سه بعدی است و محاسبات فقط قوانین بقای تکانه در موج ضربه ای در جهت عمود بر جبهه انفجار مدل را در نظر می گیرد، نتایج حاصل از محاسبه تمایل امواج ضربه ای به جریان محصولات احتراق بیش از 30٪ با موارد مشاهده شده تجربی متفاوت است. نتیجه این است که علیرغم سالها تحقیق سیستم های مختلفتامین سوخت و آزمایشات روی تغییر نسبت اجزای سوخت، تنها کاری که انجام شده است ایجاد مدل هایی است که در آن احتراق انفجار رخ می دهد و برای 10-15 ثانیه حفظ می شود. هیچ صحبتی از افزایش راندمان یا مزایایی نسبت به موتورهای پیشران مایع و توربین گازی موجود نیست.

تجزیه و تحلیل طرح‌های RDE موجود که توسط نویسندگان پروژه انجام شد، نشان داد که تمام طرح‌های RDE ارائه‌شده امروز در اصل غیرقابل اجرا هستند. احتراق انفجاری رخ می دهد و با موفقیت حفظ می شود، اما فقط به میزان محدود. در بقیه حجم، ما با احتراق آهسته معمولی، به علاوه، پشت یک سیستم غیربهینه امواج ضربه ای سروکار داریم که منجر به تلفات قابل توجهی می شود. فشار کامل. علاوه بر این، فشار نیز چندین برابر کمتر از مقدار لازم برای شرایط احتراق ایده آل با نسبت استوکیومتری اجزای مخلوط سوخت است. در نتیجه مصرف خاصسوخت در واحد نیروی رانش 30 تا 40 درصد بیشتر از سوخت موتورهای معمولی است.

اما بیشتر مشکل اصلیاصل سازمان است انفجار مداوم. همانطور که توسط مطالعات انفجار دایره ای پیوسته، انجام شده در دهه 60 نشان داده شده است، جبهه احتراق انفجار یک ساختار موج ضربه ای پیچیده است که از حداقل دو پیکربندی سه گانه تشکیل شده است (حدود پیکربندی سه گانه امواج ضربه ای. چنین ساختاری با منطقه انفجار متصل، مانند هر سیستم ترمودینامیکی با بازخوردتنها ماندن، تمایل دارد موقعیتی متناسب با حداقل سطح انرژی بگیرد. در نتیجه، پیکربندی های سه گانه و منطقه احتراق انفجار با یکدیگر تنظیم می شوند تا جبهه انفجار در امتداد شکاف حلقوی با حداقل حجم ممکن احتراق انفجاری برای این کار حرکت کند. این دقیقاً مخالف هدفی است که طراحان موتور برای احتراق انفجاری تعیین کرده اند.

برای ایجاد موتور کارآمد RDE نیاز به حل مشکل ایجاد یک پیکربندی سه گانه بهینه امواج ضربه و سازماندهی منطقه احتراق انفجار در آن دارد. سازه های موج ضربه ای بهینه باید بتوانند در انواع مختلفی ایجاد کنند دستگاه های فنیبه عنوان مثال، در دیفیوزرهای بهینه ورودی هوای مافوق صوت. وظیفه اصلی حداکثر افزایش ممکن در سهم احتراق انفجاری در حجم محفظه احتراق از 15 درصد غیرقابل قبول امروزی به حداقل 85 درصد است. طرح‌های موتور موجود بر اساس طرح‌های نیکولز و وویچیچوسکی نمی‌تواند این وظیفه را فراهم کند.

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 حرارت، BSTU "VOENMEH" به نام A.I. D.F. اوستینوف، سن پترزبورگ.

این اثر در 14 اکتبر 2013 توسط ویراستاران دریافت شد.

پیوند کتابشناختی

Bulat P.V.، Prodan N.V. بررسی پروژه های موتورهای انفجاری. موتورهای انفجاری دوار // تحقیقات بنیادی. - 2013. - شماره 10-8. - S. 1672-1675;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32642 (تاریخ دسترسی: 03/14/2019). مجلات منتشر شده توسط انتشارات "آکادمی تاریخ طبیعی" را مورد توجه شما قرار می دهیم.

موتورهای انفجاری جایگزین هسته توربین های گازی می شوند / عکس: finobzor.ru

در واقعیت، به جای شعله ثابت جلویی در منطقه احتراق، یک موج انفجاری تشکیل می شود که با سرعت مافوق صوت می شتابد. در چنین موج تراکمی، سوخت و اکسید کننده منفجر می شوند، این فرآیند از نقطه نظر ترمودینامیک افزایش می یابد. راندمان موتوربا یک مرتبه بزرگی، به دلیل فشرده بودن منطقه احتراق.

جالب اینجاست که در سال 1940، فیزیکدان شوروی Ya.B. زلدوویچ ایده یک موتور انفجاری را در مقاله "در مورد استفاده از انرژی" ارائه کرد احتراق انفجاری". از آن زمان، بسیاری از دانشمندان از کشورهای مختلف، بعد آمریکا، بعد آلمان، بعد هموطنان ما جلو آمدند.

در تابستان، در آگوست 2016، دانشمندان روسی موفق شدند اولین موتور جت پیشران مایع در اندازه کامل را ایجاد کنند که بر اساس اصل احتراق انفجاری سوخت کار می کند. کشور ما در نهایت برای بسیاری از سال های پس از پرسترویکا یک اولویت جهانی در توسعه آخرین فناوری ایجاد کرده است.

چرا اینقدر خوبه موتور جدید? یک موتور جت از انرژی آزاد شده از سوزاندن مخلوطی در فشار ثابت و جلوی شعله ثابت استفاده می کند. در هنگام احتراق، مخلوط گاز سوخت و اکسید کننده به شدت دما را افزایش می دهد و ستون شعله که از نازل خارج می شود، نیروی رانش جت ایجاد می کند.

موتور انفجار/ عکس: sdelanounas.ru

در حین احتراق انفجار، محصولات واکنش زمان برای فروپاشی ندارند، زیرا این فرآیند 100 برابر سریعتر از deflagration است و فشار به سرعت افزایش می یابد، در حالی که حجم بدون تغییر باقی می ماند. تخصیص چنین تعداد زیادیانرژی در واقع می تواند موتور خودرو را از بین ببرد، به همین دلیل است که چنین فرآیندی اغلب با انفجار همراه است.

در واقعیت، به جای شعله ثابت جلویی در منطقه احتراق، یک موج انفجاری تشکیل می شود که با سرعت مافوق صوت می شتابد. در چنین موج فشرده‌سازی، سوخت و اکسیدکننده منفجر می‌شوند، این فرآیند، از نظر ترمودینامیک، به دلیل فشردگی منطقه احتراق، راندمان موتور را با یک مرتبه بزرگی افزایش می‌دهد. بنابراین، متخصصان مشتاقانه به توسعه این ایده پرداختند.در یک موتور موشک معمولی، که اساسا یک مشعل بزرگ است، نکته اصلی محفظه احتراق و نازل نیست، بلکه واحد توربو پمپ سوخت (TNA) است که چنان فشاری ایجاد می کند که سوخت را ایجاد می کند. به داخل محفظه نفوذ می کند. به عنوان مثال، در موتور موشک روسی RD-170 برای وسایل نقلیه پرتاب انرژی، فشار در محفظه احتراق 250 اتمسفر است و پمپی که اکسید کننده را به منطقه احتراق می رساند باید فشاری معادل 600 اتمسفر ایجاد کند.

در یک موتور انفجاری، فشار توسط خود انفجار ایجاد می‌شود، که نشان‌دهنده یک موج تراکم در حال حرکت در مخلوط سوخت است، که در آن فشار بدون هیچ TNA در حال حاضر 20 برابر بیشتر است و واحدهای توربوپمپ اضافی هستند. برای روشن شدن این موضوع، شاتل آمریکایی دارای فشار 200 اتمسفر در محفظه احتراق است و موتور انفجار در چنین شرایطی فقط به 10 اتمسفر برای تامین مخلوط نیاز دارد - این مانند یک پمپ دوچرخه و نیروگاه برق آبی سایانو-شوشنسکایا است.

در این مورد، موتور مبتنی بر انفجار نه تنها به نسبت بزرگی ساده‌تر و ارزان‌تر است، بلکه بسیار قوی‌تر و مقرون به صرفه‌تر از یک موتور موشک معمولی است. مشکل کنترل همزمان با موج انفجاری در مسیر اجرای پروژه موتور انفجار. این پدیده فقط یک موج انفجار نیست که دارای سرعت صوت است، بلکه یک موج انفجاری است که با سرعت 2500 متر بر ثانیه منتشر می شود، جلوی شعله در آن تثبیت نمی شود، برای هر ضربان مخلوط به روز می شود و موج دوباره شروع می شود

پیش از این، مهندسان روسی و فرانسوی موتورهای جت ضربانی را توسعه داده و می ساختند، اما نه بر اساس اصل انفجار، بلکه بر اساس ضربان معمولی احتراق. ویژگی های چنین PUVRD کم بود، و زمانی که سازندگان موتور پمپ ها، توربین ها و کمپرسورها را توسعه دادند، عصر فرا رسید. موتور جتو LRE، و تپش در حاشیه پیشرفت باقی ماند. سران درخشان علم سعی کردند احتراق انفجاری را با یک PUVRD ترکیب کنند، اما فرکانس ضربان های یک جبهه احتراق معمولی بیش از 250 در ثانیه نیست و سرعت جبهه انفجار تا 2500 متر بر ثانیه و فرکانس ضربان آن می رسد. به چند هزار در ثانیه می رسد. به نظر غیرممکن به نظر می رسید که چنین سرعتی از نوسازی مخلوط را در عمل اعمال کنیم و در عین حال انفجار را آغاز کنیم.

در ایالات متحده آمریکا امکان ساخت چنین موتور ضربانی انفجاری و آزمایش آن در هوا وجود داشت ، اما فقط 10 ثانیه کار کرد ، اما اولویت با طراحان آمریکایی باقی ماند. اما قبلاً در دهه 60 قرن گذشته ، دانشمند شوروی B.V. وویتسخوفسکی و تقریباً در همان زمان، یک آمریکایی از دانشگاه میشیگان، جی نیکولز، به این فکر افتادند که یک موج انفجاری را در محفظه احتراق حلقه کنند.

تصویر: sdelanounas.ru

موتور موشک انفجاری چگونه کار می کند

چنین موتور دوارشامل یک محفظه احتراق حلقوی با نازل هایی است که در امتداد شعاع آن برای تامین سوخت قرار داده شده است. موج انفجار مانند سنجاب در چرخ می چرخد، مخلوط سوختمنقبض می شود و می سوزد و محصولات حاصل از احتراق را از طریق نازل فشار می دهد. در یک موتور چرخشی، فرکانس چرخش موج چند هزار در ثانیه را به دست می آوریم، عملکرد آن شبیه فرآیند کار در موتور موشک است، فقط به دلیل انفجار مخلوط سوخت، کارآمدتر است.

در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا و بعداً در روسیه، کار برای ایجاد یک موتور انفجار دوار با موج پیوسته، برای درک فرآیندهای رخ داده در داخل، در حال انجام است، که برای آن یک علم کامل از سینتیک فیزیکی و شیمیایی ایجاد شد. برای محاسبه شرایط یک موج بدون میرایی، کامپیوترهای قدرتمندی مورد نیاز بود که اخیرا ساخته شده اند.

در روسیه، بسیاری از موسسات تحقیقاتی و دفاتر طراحی روی پروژه چنین موتور چرخشی کار می کنند، از جمله شرکت موتورسازی صنعت فضایی. بنیاد تحقیقات پیشرفته برای کمک به توسعه چنین موتوری آمد، زیرا دریافت بودجه از وزارت دفاع غیرممکن است - آنها فقط به یک نتیجه تضمین شده نیاز دارند.

با این وجود، در طی آزمایشات در Khimki در Energomash، یک حالت ثابت از انفجار چرخشی پیوسته ثبت شد - 8 هزار دور در ثانیه بر روی یک مخلوط اکسیژن و نفت سفید. در همان زمان، امواج انفجار امواج ارتعاشی را متعادل می‌کردند و پوشش‌های محافظ حرارت در برابر دمای بالا مقاومت می‌کردند.

اما خودتان را چاپلوسی نکنید، زیرا این فقط یک موتور نمایشگر است که برای مدت بسیار کوتاهی کار کرده است و هنوز در مورد ویژگی های آن چیزی گفته نشده است. اما نکته اصلی این است که امکان ایجاد احتراق انفجاری ثابت شده است و اندازه کامل است موتور چرخشیدر روسیه است که برای همیشه در تاریخ علم باقی خواهد ماند.

مسکو، نسخه "ساخته شده توسط ما"
12

تست موتور انفجار

FPI_RUSSIA / Vimeo

آزمایشگاه تخصصی "Detonation LRE" انجمن تحقیقات و تولید "Energomash" اولین نمایشگر فناوری پیشران مایع انفجاری در اندازه کامل جهان را آزمایش کرد. موتور موشک. به گزارش تاس، نیروگاه های جدید با یک 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 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 با انتشار مقدار زیادی گرما انجام 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، محققان در آن زمان موفق به ایجاد نمونه اولیه موتور انفجاری نشدند، اما موتورهای جت ضربانی توسعه یافته و به تولید انبوه رسیدند. آنها روی موشک های V-1 قرار گرفتند.

در موتورهای جت ضربانی، سوخت با سرعت های مادون صوت می سوزد. این احتراق را deflagration می نامند. 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 کردن مخلوط سوخت؛ E ناحیه مخلوط سوخت سوخته بدون ضربه است. F - منطقه انبساط با مخلوط سوخت سوخته منفجر شده

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

موتورهای انفجار دوار از یک محفظه احتراق حلقوی استفاده می کنند که در آن مخلوط سوخت به طور متوالی از طریق دریچه های شعاعی تغذیه می شود. در چنین نیروگاه هایی، انفجار محو نمی شود - موج انفجار "در اطراف" محفظه احتراق حلقوی می چرخد، مخلوط سوخت پشت آن زمان دارد که به روز شود. موتور دوار اولین 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 فاقد کمپرسور و بسیاری از قطعات متحرک هستند.

تمام موتورهای انفجاری که تاکنون آزمایش شده اند برای هواپیماهای آزمایشی ساخته شده اند. در روسیه آزمایش شده است پاورپوینتاولین وسیله ای است که برای نصب روی موشک طراحی شده است. اینکه چه نوع موتور انفجاری آزمایش شده است مشخص نشده است.

نشریه «پیک نظامی-صنعتی» خبرهای بسیار خوبی از حوزه فناوری های موشکی پیشرو را گزارش می دهد. دیمیتری روگوزین معاون نخست وزیر روسیه روز جمعه در صفحه فیسبوک خود اعلام کرد که یک موتور موشک انفجاری در روسیه آزمایش شده است.

اینترفاکس-AVN به نقل از معاون نخست وزیر می گوید: «موتورهای موشک انفجاری که تحت برنامه بنیاد تحقیقات پیشرفته توسعه یافته 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 موتور خودرسیدن به سرعت 4 - 6 ماخ (حداکثر - سرعت صوت).

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

مصاحبه با Petr Levochkin، طراح ارشد NPO Energomash im. آکادمیسین V.P. گلوشکو.

موتورهایی برای موشک های مافوق صوت آینده در حال ایجاد هستند
آزمایشات موفقیت آمیز موتورهای موشکی به اصطلاح انفجاری انجام شد که نتایج بسیار جالبی داشت. 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 بدون سکنه و سرنشین دار را به فضای نزدیک می برد؟ این گفتگوی ما با معاون مدیر کل - طراح ارشد NPO Energomash im است. آکادمیسین V.P. گلوشکو» نوشته پتر لووچکین.

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

پتر لووچکین: اگر در مورد کوتاه مدت صحبت کنیم، امروز ما در حال کار بر روی موتورهایی برای موشک هایی مانند Angara A5V و Soyuz-5 و همچنین سایر موشک هایی هستیم که در مرحله پیش طراحی 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 - زمینی، قمری، مریخی باشد. پس اگر برنامه های قمری یا مریخی اجرا شود، حتما در آنها 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 می توان گفت 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 موتور به انرژی حرارتی جت گاز خروجی از نازل تبدیل می شود.

موتورها را می توان از طرق مختلف بهبود بخشید. این شامل استفاده از اجزای سوخت انرژی بر، معرفی طرح های جدید مدار، 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 خروجی 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 پیشران کنترل شده می تواند به یک موشک سرعتی هشت برابر سرعت صوت بدهد
چرا؟

پتر لووچکین: افزایش فشار و مصرف 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 می‌یابد و افزایش انرژی چندان زیاد نیست. بازی هزینه شمع نخواهد داشت.

یعنی موتورهای موشکی منابع توسعه خود را تمام کرده اند؟

پتر لووچکین: نه واقعا. صحبت كردن زبان فنی، می توان آنها را با افزایش کارایی فرآیندهای درون موتوری بهبود بخشید. چرخه های تبدیل ترمودینامیکی انرژی شیمیایی به انرژی یک جت خروجی وجود دارد که بسیار کارآمدتر از احتراق کلاسیک سوخت موشک است. این چرخه احتراق انفجار و چرخه همفری نزدیک به آن است.

اثر انفجار سوخت توسط هموطن ما - آکادمیک بعدی یاکوف بوریسویچ زلدوویچ در سال 1940 کشف شد. تحقق این اثر در عمل نویدبخش چشم اندازهای بسیار خوبی در علم موشک بود. جای تعجب نیست که آلمانی ها در همان سال ها به طور فعال فرآیند انفجار احتراق را بررسی کردند. اما نه خیلی بیشتر آزمایش های موفقهیچ پیشرفتی نداشتند

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

و مزایای احتراق انفجاری در مقایسه با کلاسیک چیست؟

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

بر کسی پوشیده نیست که موتورهای با احتراق انفجاری سوخت نیز در خارج از کشور توسعه می یابند. مواضع ما چیست؟ ما تسلیم می شویم، در سطح آنها پیش می رویم یا پیشتاز هستیم؟

پتر لووچکین: ما چیزی کم نداریم، مطمئناً. اما نمی توانم بگویم که ما هم پیشتاز هستیم. موضوع نسبتا 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. در واقع، این است که یک انفجار واقعی را قابل کنترل و مدیریت کنیم. برای مرجع: انفجار احتراق سوخت در جلوی یک موج ضربه ای مافوق صوت است. انفجار پالسی وجود دارد، زمانی که موج ضربه ای در امتداد محور محفظه حرکت می کند و یکی جایگزین دیگری می شود، و همچنین انفجار مداوم (اسپینی)، زمانی که امواج ضربه ای در محفظه به صورت دایره ای حرکت می کنند.

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

پتر لووچکین: کار برای ایجاد یک اتاقک مدل برای موتور موشک انفجار مایع انجام شد. تحت حمایت بنیاد مطالعات پیشرفته، همکاری بزرگی از پیشرو مراکز علمیروسیه. در میان آنها، موسسه هیدرودینامیک. M.A. لاورنتیف، MAI، "مرکز کلدیش"، موسسه مرکزی موتورهای هوانوردی به نام A.I. P.I. بارانوف، دانشکده مکانیک و ریاضیات، دانشگاه دولتی مسکو. ما پیشنهاد کردیم که از نفت سفید به عنوان سوخت و از اکسیژن گازی به عنوان یک عامل اکسید کننده استفاده شود. در روند مطالعات تئوری و تجربی، امکان ایجاد موتور موشک انفجاری بر اساس چنین اجزایی 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 کرده ایم.

این کار برای اولین بار نه تنها در روسیه، بلکه در جهان نیز حل شد. بنابراین، البته، مشکلاتی وجود داشت. اولاً آنها با تأمین انفجار پایدار اکسیژن با نفت سفید و ثانیاً با ارائه خنک کننده مطمئن دیوار آتش محفظه بدون خنک کننده پرده و انبوهی از مشکلات دیگر مرتبط هستند که ماهیت آنها فقط برای روشن است. متخصصان

جالب اینجاست که در سال 1940، فیزیکدان شوروی Ya.B. زلدوویچ ایده یک موتور انفجاری را در مقاله "در مورد استفاده از انرژی در احتراق انفجار" ارائه کرد. از آن زمان تاکنون دانشمندان بسیاری از کشورهای مختلف روی یک ایده امیدوارکننده کار کرده اند، یا آمریکا، سپس آلمان و یا هموطنان ما مطرح شده اند.

چرا موتور جدید اینقدر خوبه؟ یک موتور جت از انرژی آزاد شده از سوزاندن مخلوطی در فشار ثابت و جلوی شعله ثابت استفاده می کند. در هنگام احتراق، مخلوط گاز سوخت و اکسید کننده به شدت دما را افزایش می دهد و ستون شعله که از نازل خارج می شود، نیروی رانش جت ایجاد می کند.

در حین احتراق انفجار، محصولات واکنش زمان برای فروپاشی ندارند، زیرا این فرآیند 100 برابر سریعتر از deflagration است و فشار به سرعت افزایش می یابد، در حالی که حجم بدون تغییر باقی می ماند. انتشار چنین مقدار زیادی انرژی در واقع می تواند موتور خودرو را از بین ببرد، به همین دلیل است که چنین فرآیندی اغلب با انفجار همراه است.

در یک LRE معمولی که در واقع یک مشعل بزرگ است، نکته اصلی محفظه احتراق و نازل نیست، بلکه واحد توربو پمپ سوخت (FPU) است که چنان فشاری ایجاد می کند که سوخت به داخل محفظه نفوذ می کند. به عنوان مثال، در موتور موشک روسی RD-170 برای وسایل نقلیه پرتاب انرژی، فشار در محفظه احتراق 250 اتمسفر است و پمپی که اکسید کننده را به منطقه احتراق می رساند باید فشاری معادل 600 اتمسفر ایجاد کند.

در این مورد، یک موتور مبتنی بر انفجار نه تنها با یک مرتبه بزرگی ساده تر و ارزان تر است، بلکه بسیار قدرتمندتر و مقرون به صرفه تر از یک موتور موشک معمولی است.

در مسیر اجرای پروژه موتور انفجاری، مشکل مالکیت مشترک با موج انفجار به وجود آمد. این پدیده فقط یک موج انفجار نیست که دارای سرعت صوت است، بلکه یک موج انفجاری است که با سرعت 2500 متر بر ثانیه منتشر می شود، جلوی شعله در آن تثبیت نمی شود، برای هر ضربان مخلوط به روز می شود و موج دوباره شروع می شود

پیش از این، مهندسان روسی و فرانسوی موتورهای جت ضربانی را توسعه داده و می ساختند، اما نه بر اساس اصل انفجار، بلکه بر اساس ضربان معمولی احتراق. ویژگی‌های چنین PUVRD کم بود و زمانی که موتورسازان پمپ‌ها، توربین‌ها و کمپرسورها را توسعه دادند، عصر موتورهای جت و LRE فرا رسید و موتورهای تپنده در حاشیه پیشرفت باقی ماندند. سران درخشان علم سعی کردند احتراق انفجاری را با یک PUVRD ترکیب کنند، اما فرکانس ضربان های یک جبهه احتراق معمولی بیش از 250 در ثانیه نیست و سرعت جبهه انفجار تا 2500 متر بر ثانیه و فرکانس ضربان آن می رسد. به چند هزار در ثانیه می رسد. به نظر غیرممکن به نظر می رسید که چنین سرعتی از نوسازی مخلوط را در عمل اعمال کنیم و در عین حال انفجار را آغاز کنیم.

موتور موشک انفجاری چگونه کار می کند

چنین موتور چرخشی شامل یک محفظه احتراق حلقوی با نازل هایی بود که در امتداد شعاع آن برای تامین سوخت قرار می گرفتند. موج انفجار مانند یک سنجاب در یک چرخ در اطراف محیط حرکت می کند، مخلوط سوخت فشرده شده و می سوزد و محصولات احتراق را از طریق نازل هل می دهد. در یک موتور چرخشی، فرکانس چرخش موج چند هزار در ثانیه را به دست می آوریم، عملکرد آن شبیه فرآیند کار در موتور موشک است، فقط به دلیل انفجار مخلوط سوخت، کارآمدتر است.

در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا و بعداً در روسیه، کار برای ایجاد یک موتور انفجار دوار با موج پیوسته برای درک فرآیندهای رخ داده در داخل در حال انجام است و برای این کار یک علم کامل ایجاد شد - سینتیک فیزیکی و شیمیایی. برای محاسبه شرایط یک موج بدون میرایی، کامپیوترهای قدرتمندی مورد نیاز بود که اخیرا ساخته شده اند.
در روسیه، بسیاری از موسسات تحقیقاتی و دفاتر طراحی روی پروژه چنین موتور چرخشی کار می کنند، از جمله شرکت موتورسازی صنعت فضایی NPO Energomash. بنیاد تحقیقات پیشرفته برای کمک به توسعه چنین موتوری آمد، زیرا دریافت بودجه از وزارت دفاع غیرممکن است - آنها فقط به یک نتیجه تضمین شده نیاز دارند.

اما خودتان را چاپلوسی نکنید، زیرا این فقط یک موتور نمایشگر است که برای مدت بسیار کوتاهی کار کرده است و هنوز در مورد ویژگی های آن چیزی گفته نشده است. اما نکته اصلی این است که امکان ایجاد احتراق انفجاری به اثبات رسیده است و یک موتور چرخشی تمام اندازه در روسیه ایجاد شده است که برای همیشه در تاریخ علم باقی خواهد ماند.

تحقیقات پایه. موتور انفجار - آینده ساخت موتور روسی

پیوند کتابشناختی

ویدئو: Energomash برای اولین بار در جهان موتور موشک سوخت مایع انفجاری را آزمایش کرد.