بررسی پروژه های موتور انفجار. موتور انفجار روسی

01.04.2019

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

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

در تابستان اوت 2016، دانشمندان روسی موفق شدند برای اولین بار در جهان یک موتور جت سوخت مایع با اندازه کامل ایجاد کنند که بر اساس اصل احتراق انفجاری سوخت کار می کند. طی سال‌های بسیار پس از پرسترویکا، کشور ما در نهایت اولویت جهانی را در توسعه آخرین فناوری ایجاد کرده است.

چه چیزی در مورد موتور جدید خوب است؟ یک موتور جت از انرژی آزاد شده در هنگام سوزاندن مخلوط با فشار ثابت و شعله ثابت استفاده می کند. در حین احتراق، مخلوط گاز سوخت و اکسید کننده به شدت دما را افزایش می دهد و ستونی از شعله که از نازل خارج می شود، نیروی رانش جت ایجاد می کند.

در طی احتراق انفجار، محصولات واکنش زمان فروپاشی ندارند، زیرا این فرآیند 100 برابر سریعتر از deflargation است و فشار به سرعت افزایش می یابد، اما حجم بدون تغییر باقی می ماند. انتخاب چنین مقدار زیادانرژی واقعاً می تواند موتور اتومبیل را از بین ببرد، بنابراین این فرآیند اغلب با انفجار همراه است.

در واقع، به جای شعله ثابت جلویی در منطقه احتراق، یک موج انفجاری تشکیل می شود که با سرعت مافوق صوت حرکت می کند. در چنین موج فشرده‌سازی، سوخت و اکسیدکننده منفجر می‌شوند؛ این فرآیند، از نقطه نظر ترمودینامیکی، به دلیل فشردگی ناحیه احتراق، راندمان موتور را تا اندازه‌ای افزایش می‌دهد. به همین دلیل است که کارشناسان مشتاقانه شروع به توسعه این ایده کردند.

در یک موتور موشک پیشران مایع معمولی که اساساً یک مشعل بزرگ است، نکته اصلی محفظه احتراق و نازل نیست، بلکه واحد توربوپمپ سوخت (TNA) 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 پمپ تامین کننده اکسید کننده به منطقه احتراق باید فشاری معادل 600 اتمسفر ایجاد کند.

در یک موتور انفجاری، فشار توسط خود انفجار ایجاد می شود، که نشان دهنده 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 موضوع، شاتل آمریکایی دارای فشار 200 اتمسفر در محفظه احتراق است و در چنین شرایطی موتور انفجار فقط به 10 اتمسفر برای تامین مخلوط نیاز دارد - این مانند پمپ دوچرخه و ایستگاه برق آبی سایانو-شوشنسکایا است.

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

در مسیر اجرای پروژه موتور انفجار، مشکل مقابله با موج انفجار به وجود آمد. این پدیده ساده نیست: یک موج انفجار که سرعت صوت دارد، اما یک موج انفجاری که با سرعت 2500 متر بر ثانیه منتشر می شود، جلوی شعله تثبیت نمی شود؛ برای هر ضربان، مخلوط تجدید 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 احتراق معمولی. ویژگی های چنین موتورهای PURE کم بود و زمانی که سازندگان موتور پمپ ها، توربین ها و کمپرسورها را توسعه دادند، عصر موتورهای جت و موتورهای سوخت مایع آغاز شد و موتورهای ضربان دار در حاشیه پیشرفت باقی ماندند. سران درخشان علم سعی کردند احتراق انفجاری را با PURD ترکیب کنند، اما فرکانس ضربان یک جبهه احتراق معمولی بیش از 250 در ثانیه نیست و جبهه انفجار تا 2500 متر بر ثانیه سرعت دارد و فرکانس آن. ضربان 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 موفق شدند چنین موتور ضربانی انفجاری بسازند و آن را در هوا آزمایش کنند، اگرچه فقط 10 ثانیه کار کرد، اما اولویت با طراحان آمریکایی بود. اما قبلاً در دهه 60 قرن گذشته ، دانشمند شوروی B.V. Wojciechowski و تقریباً در همان زمان، یک آمریکایی از دانشگاه میشیگان، J. Nichols، ایده حلقه زدن موج انفجار در محفظه احتراق را مطرح کردند.

موتور موشک انفجاری چگونه کار می کند؟

چنین موتور چرخشی شامل یک محفظه احتراق حلقوی با نازل‌هایی بود که در امتداد شعاع آن برای تامین سوخت قرار داشتند. موج انفجار مانند سنجاب در چرخ می چرخد، مخلوط سوختفشرده می شود و می سوزد و محصولات احتراق را از طریق نازل فشار می دهد. در یک موتور چرخشی، فرکانس چرخش موجی چند هزار در ثانیه به دست می‌آوریم؛ عملکرد آن مشابه فرآیند کار در موتور موشک پیشران مایع است، فقط به لطف 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 پیوسته، کامپیوترهای قدرتمندی مورد نیاز بود که اخیرا ساخته شده اند.
در روسیه، پروژه ای از این قبیل موتور چرخشیموسسات تحقیقاتی و دفاتر طراحی بسیاری از جمله شرکت موتورسازی صنعت فضایی NPO Energomash وجود دارد. 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 حرارتی در برابر دمای بالا مقاومت می‌کردند.

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

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

نشریه پیک نظامی-صنعتی خبرهای 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 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 هواپیمای مافوق صوت با قابلیت 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 نتایج بسیار جالبی به دست آورده اند. کار توسعه در این راستا ادامه خواهد یافت.

انفجار یک انفجار است. آیا می توان آن را قابل 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 نیروی کار و در نتیجه کاهش هزینه است. موتور موشک. 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 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 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 کردن 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 مافوق صوت کنترل شده هستند هواپیماها، احتراق مادون صوت. 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 فوتون، 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.

در پایان ژانویه، گزارش هایی در مورد موفقیت های جدید در علم و فناوری روسیه ظاهر شد. از منابع رسمی مشخص شد که یکی از پروژه های داخلی موتور جت نوع انفجار امیدوار کننده قبلاً مرحله آزمایش را پشت سر گذاشته است. این کار لحظه تکمیل کامل تمام کارهای مورد نیاز را نزدیک‌تر می‌کند و در نتیجه موشک‌های فضایی یا نظامی توسعه روسیهقادر خواهد بود نیروگاه های جدیدی را با عملکرد بهبود یافته بدست آورد. علاوه بر این، اصول جدید عملکرد موتور ممکن است نه تنها در زمینه موشک، بلکه در زمینه های دیگر نیز کاربرد پیدا کند.

در اواخر ژانویه، معاون نخست وزیر دیمیتری روگوزین در مورد آخرین موفقیت های سازمان های تحقیقاتی به مطبوعات داخلی گفت. وی در میان موضوعات دیگر به فرآیند ایجاد موتورهای جت با استفاده از اصول جدید عملیاتی پرداخت. یک موتور امیدوار کننده با احتراق انفجاری قبلاً مورد آزمایش قرار گرفته است. به گفته معاون نخست وزیر، استفاده از اصول جدید عملیاتی نیروگاه امکان افزایش قابل توجه عملکرد را فراهم می کند. در مقایسه با طرح های معماری سنتی، افزایش کشش حدود 30 درصد مشاهده می شود.

نمودار یک موتور موشک انفجاری

موتورهای موشکی مدرن کلاس های مختلفو انواع مورد استفاده در زمینه های مختلف به اصطلاح استفاده می کنند. چرخه ایزوباریک یا احتراق دیفلگ. محفظه های احتراق آنها فشار ثابتی را حفظ می کنند که در آن سوخت به آرامی می سوزد. موتوری که بر اساس اصول deflagration است نیازی به واحدهای قوی خاصی ندارد، اما در حداکثر عملکرد محدود است. افزایش ویژگی های اساسی، با شروع از یک سطح خاص، به طور غیر منطقی دشوار است.

جایگزینی برای موتور سیکل ایزوباریک در زمینه بهبود عملکرد سیستمی است که به اصطلاح. احتراق انفجاری در این حالت، واکنش اکسیداسیون سوخت در پشت موج ضربه ای، با سرعت بالاحرکت از طریق محفظه احتراق این خواسته های ویژه ای را برای طراحی موتور ایجاد می کند، اما مزایای آشکاری نیز ارائه می دهد. از نقطه نظر راندمان احتراق سوخت، احتراق انفجاری 25٪ بهتر از احتراق deflagration است. همچنین با احتراق با فشار ثابت در افزایش قدرت انتشار گرما در واحد سطح جبهه واکنش متفاوت است. در تئوری امکان افزایش این پارامتر سه تا چهار مرتبه بزرگی وجود دارد. در نتیجه می توان سرعت گازهای راکتیو را 20-25 برابر افزایش داد.

بنابراین، موتور انفجار، با افزایش ضریب مشخص می شود اقدام مفید، قادر است با مصرف سوخت کمتر نیروی رانش بیشتری ایجاد کند. مزایای آن نسبت به طرح های سنتی آشکار است، اما تا همین اواخر، پیشرفت در این زمینه چیزهای زیادی باقی مانده است. اصول یک موتور جت انفجاری در سال 1940 توسط فیزیکدان شوروی Ya.B. Zeldovich، اما محصولات نهایی از این نوع هنوز مورد استفاده قرار نگرفته است. دلایل اصلی عدم موفقیت واقعی، مشکلات ایجاد یک ساختار به اندازه کافی قوی، و همچنین دشواری پرتاب و متعاقباً حفظ موج شوک هنگام استفاده از سوخت های موجود است.

یکی از جدیدترین پروژه های داخلی در زمینه موتورهای موشک انفجاری در سال 2014 آغاز شد و در NPO Energomash به نام آن در حال توسعه است. آکادمیسین V.P. گلوشکو. بر اساس داده های موجود، هدف پروژه با رمز Ifrit مطالعه اصول اولیه بوده است تکنولوژی جدیدبه دنبال آن یک موتور موشک مایع با استفاده از نفت سفید و گاز اکسیژن ایجاد شد. موتور جدید، که نام آن از شیاطین آتش در فرهنگ عامه عربی گرفته شده است، بر اساس اصل احتراق انفجاری چرخشی بود. بنابراین، مطابق با ایده اصلی پروژه، موج ضربه ای باید به طور مداوم در یک دایره در داخل محفظه احتراق حرکت کند.

توسعه دهنده اصلی پروژه جدید NPO Energomash یا بهتر است بگوییم آزمایشگاه ویژه ایجاد شده بر اساس آن بود. علاوه بر این، چندین سازمان تحقیقاتی و طراحی دیگر نیز در این کار مشارکت داشتند. این برنامه از سوی بنیاد مطالعات پیشرفته حمایت شد. همه شرکت کنندگان در پروژه Ifrit با تلاش مشترک توانستند ظاهری بهینه ایجاد کنند موتور امیدوار کننده، و همچنین ایجاد یک محفظه احتراق مدل با اصول عملیاتی جدید.

برای مطالعه چشم انداز کل جهت و ایده های جدید، به اصطلاح مدل محفظه احتراق انفجار که الزامات پروژه را برآورده می کند. چنین موتور آزمایشی با پیکربندی کاهش یافته قرار بود از نفت سفید مایع به عنوان سوخت استفاده کند. اکسیژن گازی به عنوان یک عامل اکسید کننده پیشنهاد شد. در آگوست 2016، آزمایش نمونه اولیه دوربین آغاز شد. مهم این است که برای اولین بار پروژه ای از این دست توانست به مرحله تست نیمکت برسد. پیش از این، موتورهای راکت انفجاری داخلی و خارجی ساخته شده بودند اما آزمایش نشده بودند.

در طول آزمایش نمونه مدل، نتایج بسیار جالبی به دست آمد که درستی رویکردهای مورد استفاده را نشان می‌داد. بنابراین، با استفاده از مواد مناسبو فناوری توانست فشار داخل محفظه احتراق را به 40 اتمسفر برساند. رانش محصول آزمایشی به 2 تن رسید.

محفظه مدل روی یک میز آزمایش

در چارچوب پروژه Ifrit، نتایج مشخصی به دست آمد، اما موتور انفجار سوخت مایع داخلی هنوز تا کاربرد عملی کامل فاصله دارد. قبل از معرفی چنین تجهیزاتی در پروژه های فناوری جدید، طراحان و دانشمندان باید تصمیم بگیرند کل خطجدی ترین وظایف تنها پس از این است که صنایع موشکی و فضایی یا صنایع دفاعی قادر خواهند بود تا پتانسیل فناوری جدید را در عمل به کار گیرند.

در اواسط ژانویه " روزنامه روسی» مصاحبه ای را با طراح ارشد NPO Energomash، Petr Levochkin منتشر کرد که موضوع آن وضعیت فعلی امور و چشم انداز موتورهای انفجاری بود. نماینده شرکت توسعه دهنده مفاد اصلی پروژه را یادآور شد و به موضوع موفقیت های به دست آمده نیز اشاره کرد. علاوه بر این، وی در مورد زمینه های احتمالی کاربرد Ifrit و سازه های مشابه صحبت کرد.

به عنوان مثال، موتورهای انفجاریقابل استفاده در هواپیماهای مافوق صوت P. Levochkin یادآوری کرد که موتورهایی که در حال حاضر برای استفاده در چنین تجهیزاتی پیشنهاد می شوند از احتراق زیر صوت استفاده می کنند. در سرعت مافوق صوت وسیله نقلیه پرواز، هوای ورودی به موتور باید به حالت صدا کاهش یابد. با این حال، انرژی ترمز باید به بارهای حرارتی اضافی روی بدنه هواپیما منجر شود. در موتورهای انفجاری میزان سوختن سوخت حداقل به 2.5 M= می رسد. به لطف این، افزایش سرعت پرواز هواپیما امکان پذیر می شود. چنین ماشینی با موتوری از نوع انفجار می تواند به سرعتی هشت برابر سرعت صوت برسد.

با این حال، چشم انداز واقعی برای موتورهای موشک از نوع انفجاری هنوز خیلی عالی نیست. به گفته P. Levochkin، ما "به تازگی در را به منطقه احتراق انفجار باز کرده ایم." دانشمندان و طراحان باید مسائل زیادی را مطالعه کنند و تنها پس از آن امکان ایجاد طرح هایی با پتانسیل عملی وجود خواهد داشت. به همین دلیل، صنعت فضایی مجبور است برای مدت طولانی از موتورهای مایع با طراحی سنتی استفاده کند، که با این حال، امکان بهبود بیشتر آنها را نفی نمی کند.

یک واقعیت جالب این است که اصل انفجاراحتراق نه تنها در زمینه موتورهای موشکی استفاده می شود. درحال حاضر وجود دارد پروژه داخلی سیستم هوانوردیبا یک محفظه احتراق نوع انفجار که بر اساس اصل پالس کار می کند. نمونه اولیه ای از این نوع مورد آزمایش قرار گرفته است و در آینده ممکن است مسیر جدیدی را ایجاد کند. موتورهای جدید با احتراق انفجاری می توانند در زمینه های مختلف کاربرد پیدا کنند و تا حدی جایگزین توربین گاز یا توربو موتور جتطرح های سنتی

پروژه داخلی یک موتور هواپیمای انفجاری در دفتر طراحی به نام آن در حال توسعه است. صبح. گهواره ها اطلاعات مربوط به این پروژه اولین بار در سال گذشته در مجمع بین المللی نظامی-فنی ارتش 2017 ارائه شد. در غرفه شرکت توسعه دهنده موادی وجود داشت موتورهای مختلف، هم سریال و هم در حال توسعه. در میان دومی یک نمونه انفجار امیدوار کننده بود.

ماهیت پیشنهاد جدید استفاده از یک محفظه احتراق غیر استاندارد است که قادر به انجام احتراق انفجاری پالسی سوخت در جو هوا است. در این حالت ، فرکانس "انفجارها" در داخل موتور باید به 15-20 کیلوهرتز برسد. در آینده امکان افزایش بیشتر این پارامتر وجود دارد که در نتیجه صدای موتور فراتر از محدوده درک شده توسط گوش انسان خواهد رفت. چنین ویژگی های موتور ممکن است مورد توجه باشد.

اولین عرضه محصول آزمایشی "ایفریت"

با این حال، مزایای اصلی نیروگاه جدید با افزایش عملکرد همراه است. تست‌های پایه محصولات نمونه اولیه نشان داده‌اند که از نظر عملکرد خاص، تقریباً 30٪ برتر از موتورهای توربین گاز سنتی هستند. در زمان اولین نمایش عمومی مواد در موتور OKB. صبح. گهواره ها توانستند بسیار بالا بروند ویژگی های عملکرد. یک موتور آزمایشی از نوع جدید توانست به مدت 10 دقیقه بدون وقفه کار کند. کل زمان کارکرد این محصول روی پایه در آن زمان بیش از 100 ساعت بود.

نمایندگان شرکت توسعه اشاره کردند که در حال حاضر امکان ایجاد یک موتور انفجاری جدید با رانش 2-2.5 تن مناسب برای نصب بر روی هواپیماهای سبک یا وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین وجود دارد. در طراحی چنین موتوری پیشنهاد می شود از به اصطلاح استفاده شود. دستگاه های تشدید کننده مسئول حرکت درستاحتراق سوخت یک مزیت مهمپروژه جدید امکان اساسی نصب چنین وسایلی در هر نقطه از بدنه هواپیما است.

متخصصان OKB im. صبح. گهواره ها در حال کار هستند موتورهای هواپیمابا احتراق انفجاری پالسی برای بیش از سه دهه، اما تاکنون این پروژه مرحله تحقیقاتی را ترک نکرده و چشم‌انداز واقعی ندارد. دلیل اصلی- عدم نظم و تامین مالی لازم اگر پروژه پشتیبانی لازم را دریافت کند، در آینده قابل پیش بینی ممکن است یک موتور نمونه مناسب برای استفاده در تجهیزات مختلف ایجاد شود.

دانشمندان و طراحان روسی تا به امروز با استفاده از اصول جدید عملیاتی موفق شده اند نتایج بسیار قابل توجهی در زمینه موتورهای جت نشان دهند. چندین پروژه مناسب برای استفاده در زمینه های موشکی، فضایی و مافوق صوت وجود دارد. علاوه بر این، موتورهای جدید می توانند در هوانوردی "سنتی" استفاده شوند. برخی از پروژه ها هنوز در مراحل اولیه هستند و هنوز برای بازرسی و کارهای دیگر آماده نیستند، در حالی که در سایر زمینه ها قابل توجه ترین نتایج قبلاً به دست آمده است.

متخصصان روسی با تحقیق در موضوع موتورهای جت با احتراق انفجاری توانستند یک مدل نیمکتی از محفظه احتراق با مشخصات مورد نظر ایجاد کنند. محصول آزمایشی "Ifrit" قبلاً آزمایشاتی را پشت سر گذاشته است که طی آن مقدار زیادی اطلاعات مختلف جمع آوری شده است. با کمک داده های به دست آمده، توسعه جهت ادامه خواهد یافت.

تسلط بر یک جهت جدید و تبدیل ایده ها به شکل عملاً کاربردی زمان زیادی می برد و به همین دلیل در آینده قابل پیش بینی، موشک های فضایی و نظامی در آینده قابل پیش بینی فقط به موشک های سنتی مجهز خواهند شد. موتورهای مایع. با این حال، کار قبلاً مرحله کاملاً نظری را ترک کرده است و اکنون هر پرتاب آزمایشی یک موتور آزمایشی، لحظه ساخت موشک‌های تمام عیار با نیروگاه‌های جدید را نزدیک‌تر می‌کند.

بر اساس مطالب سایت ها:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/

اخیراً دانشمندان روسی موفق شدند برای اولین بار در جهان یک موتور جت مایع با اندازه کامل ایجاد کنند که بر اساس اصل احتراق انفجاری سوخت کار می کند. طی سال‌های بسیار پس از پرسترویکا، کشور ما در نهایت اولویت جهانی را در توسعه آخرین فناوری ایجاد کرده است.

در طی احتراق انفجار، محصولات واکنش زمان فروپاشی ندارند، زیرا این فرآیند 100 برابر سریعتر از deflargation است و فشار به سرعت افزایش می یابد، اما 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.

چنین موتور چرخشی شامل یک محفظه احتراق حلقوی با نازل‌هایی بود که در امتداد شعاع آن برای تامین سوخت قرار داشتند. موج انفجار مانند یک سنجاب در یک چرخ در یک دایره حرکت می کند، مخلوط سوخت فشرده می شود و می سوزد و محصولات احتراق را از طریق نازل هل می دهد. در یک موتور چرخشی، فرکانس چرخش موجی چند هزار در ثانیه به دست می‌آوریم؛ عملکرد آن مشابه فرآیند کار در موتور موشک پیشران مایع است، فقط به لطف 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 مداوم، برای درک فرآیندهای رخ داده در داخل، که کل علم سینتیک فیزیکوشیمیایی برای آن ایجاد شد، در حال انجام است. برای محاسبه شرایط یک موج پیوسته، 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 خود را گول نزنید، زیرا این تنها یک موتور نمایشگر است که برای مدت بسیار کوتاهی کار کرده است و هنوز چیزی در مورد ویژگی های آن گفته نشده است. اما نکته اصلی این است که امکان ایجاد احتراق انفجاری به اثبات رسیده است و یک موتور فول سایز در روسیه ایجاد شده است که برای همیشه در تاریخ خواهد ماند.

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 موردمخلوط 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 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.