نیروی دریایی ایالات متحده قصد دارد قدرت خود را مدرن کند نیروگاه های توربین گازیکه در حال حاضر با تغییر موتورهای سیکل بریتون معمولی به موتورهای چرخشی انفجاری بر روی هواپیماها و کشتی های خود نصب می شوند. پیش بینی می شود با این کار سالانه حدود 400 میلیون دلار در مصرف سوخت صرفه جویی شود. با این حال، استفاده سریالی از فناوری های جدید، به گفته کارشناسان، زودتر از یک دهه ممکن نیست.
توسعه موتورهای دوار یا چرخشی در آمریکا توسط آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده انجام می شود. بر اساس برآوردهای اولیه، موتورهای جدید خواهند داشت قدرت بیشتر، و همچنین حدود یک چهارم اقتصادی تر است موتورهای معمولی. در عین حال، اصول اولیه عملکرد نیروگاه یکسان باقی می ماند - گازهای حاصل از سوخت سوخته به توربین گاز جریان می یابد و پره های آن را می چرخاند. به گفته آزمایشگاه نیروی دریایی ایالات متحده، حتی در آینده نسبتاً دور، زمانی که کل ناوگان ایالات متحده با برق تامین می شود، مسئولیت تولید انرژی همچنان بر عهده خواهد بود. توربین های گازیتا حدودی اصلاح شده است.
به یاد بیاورید که اختراع موتور جت هوای تپنده در پایان قرن نوزدهم اتفاق افتاد. نویسنده این اختراع مهندس سوئدی مارتین ویبرگ بود. نیروگاه های جدید در طول جنگ جهانی دوم به طور گسترده ای گسترش یافتند، اگرچه آنها به طور قابل توجهی در سطح پایین تر بودند مشخصات فنیموتورهای هواپیما که در آن زمان وجود داشت.
لازم به ذکر است که در این لحظهناوگان آمریکایی 129 کشتی دارد که از 430 کشتی استفاده می کنند موتورهای توربین گازی. هر سال هزینه تامین سوخت آنها حدود 2 میلیارد دلار است. در آینده زمانی که موتورهای مدرنبا موارد جدید جایگزین خواهد شد و حجم هزینه های جزء سوخت نیز تغییر خواهد کرد.
موتورها احتراق داخلیدر حال حاضر در حال استفاده در چرخه Brayton عمل می کنند. اگر ماهیت این مفهوم را در چند کلمه تعریف کنیم، همه چیز به اختلاط متوالی اکسید کننده و سوخت، فشرده سازی بیشتر مخلوط حاصل و سپس آتش زدن و احتراق با گسترش محصولات احتراق ختم می شود. این انبساط دقیقاً برای به حرکت درآوردن، حرکت پیستون ها، چرخاندن توربین، یعنی انجام اعمال مکانیکی، ایجاد فشار ثابت استفاده می شود. فرآیند احتراق مخلوط سوخت با سرعت مادون صوت حرکت می کند - این فرآیند دفلگراسیون نامیده می شود.
در مورد موتورهای جدید، دانشمندان قصد دارند از احتراق انفجاری در آنها استفاده کنند، یعنی انفجار، که در آن احتراق با سرعت های مافوق صوت رخ می دهد. و اگرچه در حال حاضر پدیده انفجار هنوز به طور کامل مورد مطالعه قرار نگرفته است، اما مشخص شده است که با این نوع احتراق، یک موج ضربه ای ایجاد می شود که با انتشار از طریق مخلوط سوخت و هوا، باعث واکنش شیمیایی می شود که منجر به انتشار کاملا تعداد زیادیانرژی حرارتی. هنگامی که موج ضربه ای از مخلوط عبور می کند، گرم می شود که منجر به انفجار می شود.
در توسعه یک موتور جدید، برنامه ریزی شده است که از پیشرفت های خاصی استفاده شود که در فرآیند توسعه یک موتور ضربان دار انفجار به دست آمده است. اصل کار آن این است که از قبل فشرده شده است مخلوط سوختوارد محفظه احتراق می شود و در آنجا مشتعل و منفجر می شود. محصولات احتراق در نازل منبسط می شوند و عملکرد خوبی دارند اقدامات مکانیکی. سپس کل چرخه از ابتدا تکرار می شود. اما عیب موتورهای ضربان دار این است که فرکانس چرخش بسیار کم است. علاوه بر این، طراحی خود این موتورها با افزایش تعداد ضربان ها پیچیده تر می شود. این به دلیل نیاز به همگام سازی عملکرد سوپاپ هایی است که وظیفه تامین مخلوط سوخت و همچنین مستقیماً خود چرخه های انفجار را بر عهده دارند. موتورهای ضربان دار نیز بسیار پر سر و صدا هستند، آنها برای کارکردن به سوخت زیادی نیاز دارند و کار فقط با تزریق سوخت با اندازه گیری ثابت امکان پذیر است.
اگر موتورهای دوار انفجاری را با موتورهای ضربانی مقایسه کنیم، اصل عملکرد آنها کمی متفاوت است. بنابراین، به طور خاص، موتورهای جدید یک انفجار ثابت و بدون میرایی سوخت را در محفظه احتراق فراهم می کنند. این پدیده اسپین یا انفجار چرخشی نامیده می شود. این اولین بار در سال 1956 توسط دانشمند شوروی بوگدان وویتسخوفسکی توصیف شد. و این پدیده خیلی زودتر، در سال 1926 کشف شد. پیشگامان انگلیسی ها بودند که متوجه شدند در سیستم های خاصی به جای موج انفجاری که شکل صاف داشت، یک "سر" درخشان درخشان وجود داشت که به صورت مارپیچی حرکت می کرد.
Voitsekhovsky با استفاده از یک ضبط کننده عکس که خودش طراحی کرده بود، از قسمت جلویی موجی که در محفظه احتراق حلقوی در مخلوط سوخت حرکت می کرد عکس گرفت. انفجار چرخشی با انفجار هواپیما تفاوت دارد زیرا یک موج ضربه ای عرضی منفرد در آن ایجاد می شود، سپس یک گاز گرم شده به دنبال دارد که واکنشی نشان نداده است و قبلاً در پشت این لایه یک منطقه واکنش شیمیایی وجود دارد. و دقیقاً چنین موجی است که از احتراق خود محفظه جلوگیری می کند که مارلن توپچیان آن را "دونات مسطح" نامیده است.
لازم به ذکر است که در گذشته موتورهای انفجاریقبلا اعمال شده اند. به طور خاص، ما در مورد ضربان دار صحبت می کنیم موتور جتکه توسط آلمانی ها در پایان جنگ جهانی دوم بر روی موشک های کروز V-1 استفاده شد. تولید آن بسیار ساده بود، استفاده از آن بسیار آسان است، اما در عین حال این موتور برای حل وظایف مهم چندان قابل اعتماد نبود.
علاوه بر این، در سال 2008، Rutang Long-EZ، یک هواپیمای آزمایشی مجهز به موتور انفجار پالس، پرواز کرد. این پرواز در ارتفاع سی متری تنها ده ثانیه به طول انجامید. در این مدت نیروگاه نیروی رانشی در حدود 890 نیوتن ایجاد کرده است.
مدل آزمایشی موتور که توسط آزمایشگاه آمریکایی نیروی دریایی ایالات متحده ارائه شده است، یک محفظه احتراق مخروطی شکل حلقوی است که قطر آن در سمت سوخت 14 سانتی متر و در سمت نازل 16 سانتی متر است. فاصله بین دیواره های محفظه 1 سانتی متر است، در حالی که طول "لوله" 17.7 سانتی متر است.
مخلوطی از هوا و هیدروژن به عنوان مخلوط سوخت استفاده می شود که تحت فشار 10 اتمسفر به محفظه احتراق وارد می شود. دمای مخلوط 27.9 درجه است. توجه داشته باشید که این مخلوط به عنوان راحت ترین برای مطالعه پدیده انفجار چرخشی شناخته شده است. اما به گفته دانشمندان، استفاده از مخلوط سوخت در موتورهای جدید کاملاً امکان پذیر خواهد بود که نه تنها از هیدروژن، بلکه از سایر اجزای قابل احتراق و هوا نیز تشکیل شده است.
مطالعات تجربی یک موتور دوار کارایی و قدرت بیشتر آن را در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی نشان داده است. مزیت دیگر صرفه جویی قابل توجه در مصرف سوخت است. در همان زمان، در طول آزمایش، مشخص شد که احتراق مخلوط سوخت در یک موتور چرخشی "آزمایشی" غیر یکنواخت است، بنابراین لازم است طراحی موتور بهینه شود.
محصولات احتراق که در نازل منبسط می شوند را می توان با استفاده از یک مخروط در یک جت گاز جمع آوری کرد (این به اصطلاح اثر کوآندا است) و سپس این جت به توربین فرستاده می شود. تحت تأثیر این گازها، توربین می چرخد. بنابراین، بخشی از کار توربین می تواند برای به حرکت درآوردن کشتی ها و بخشی برای تولید انرژی که برای تجهیزات کشتی و سیستم های مختلف لازم است، استفاده شود.
خود موتورها را می توان بدون قطعات متحرک تولید کرد که طراحی آنها را بسیار ساده می کند که به نوبه خود هزینه کل نیروگاه را کاهش می دهد. اما این فقط در چشم انداز است. قبل از راه اندازی موتورهای جدید در تولید انبوه، حل بسیاری از مشکلات دشوار ضروری است که یکی از آنها انتخاب مواد مقاوم در برابر حرارت است.
توجه داشته باشید که در حال حاضر موتورهای انفجاری دوار یکی از امیدوارکننده ترین موتورها محسوب می شوند. آنها همچنین توسط دانشمندان دانشگاه تگزاس در آرلینگتون در حال توسعه هستند. پاورپوینت، که آنها ایجاد کردند، "موتور انفجار مداوم" نامیده شد. در همین دانشگاه تحقیقاتی در مورد انتخاب قطرهای مختلف محفظه های حلقوی و مخلوط های سوختی مختلف انجام می شود که شامل هیدروژن و هوا یا اکسیژن به نسبت های مختلف است.
روسیه نیز در این راستا در حال توسعه است. بنابراین، در سال 2011، به گفته مدیر عامل انجمن تحقیقات و تولید زحل، I. Fedorov، دانشمندان مرکز علمی و فنیبه نام لیولکا، توسعه یک موتور جت هوای ضربانی در حال انجام است. کار به موازات توسعه انجام می شود موتور امیدوار کننده، برای T-50 "محصول 129" نامگذاری شده است. علاوه بر این، فدوروف همچنین گفت که انجمن در حال انجام تحقیقاتی در مورد ایجاد هواپیماهای پیشرفته مرحله بعدی است که قرار است بدون سرنشین باشند.
در همان زمان، سر مشخص نکرد که چه نوع ضربانی موتور در حال آمدن استسخن، گفتار. در حال حاضر، سه نوع از این موتورها شناخته شده است - بدون سوپاپ، سوپاپ و انفجار. در عین حال، این واقعیت پذیرفته شده است که موتورهای ضربان دار ساده ترین و ارزان ترین تولید هستند.
تا به امروز، چندین شرکت بزرگ دفاعی در حال انجام تحقیقات در زمینه ایجاد تپنده با عملکرد بالا هستند موتور جت. از جمله این شرکت ها می توان به پرت اند ویتنی آمریکایی و شرکت جنرال الکتریکو SNECMA فرانسوی.
بنابراین، ما می توانیم نتیجه گیری های خاصی داشته باشیم: ایجاد یک موتور امیدوار کننده جدید دارای مشکلات خاصی است. مشکل اصلیدر حال حاضر در این نظریه نهفته است: دقیقاً چه اتفاقی می افتد وقتی موج انفجار شوک در یک دایره حرکت می کند فقط در به طور کلی، و این روند بهینه سازی پیشرفت ها را بسیار پیچیده می کند. از همین رو تکنولوژی جدیداگرچه از جذابیت بسیار بالایی برخوردار است، اما در مقیاس تولید صنعتی به سختی قابل تحقق است.
با این حال، اگر محققان موفق به پرداختن به مسائل نظری شوند، می توان در مورد یک پیشرفت واقعی صحبت کرد. از این گذشته، توربین ها نه تنها در حمل و نقل، بلکه در بخش انرژی نیز مورد استفاده قرار می گیرند، که در آن افزایش راندمان می تواند تأثیر قوی تری داشته باشد.
مواد استفاده شده:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/
موتور انفجار سرعت هواپیما را از 5 ماخ به 8 ماخ افزایش می دهد.
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 به نام آکادمی V.P. Glushko" پتر لووچکین بود.
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:وقتی صحبت از انرژی 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 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 پیشران کنترل شده می تواند به یک موشک سرعتی هشت برابر سرعت صوت بدهد
چرا؟
پتر لووچکین:افزایش فشار و جریان سوخت در محفظه احتراق به طور طبیعی باعث افزایش نیروی 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:مطمئناً به این شکل نیست. 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 تسلیم نمی شویم، 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. 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
آیا می توان از موتور انفجاری در موشک های مافوق صوت استفاده کرد؟
پتر لووچکین:ممکن و ضروری است. اگر فقط به این دلیل که احتراق سوخت در آن مافوق صوت است. و در موتورهایی که اکنون در تلاش برای ایجاد هواپیمای 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 5 ماخ (یک ماخ) پرواز کند برابر با سرعتصدا)، لازم است که جریان هوای ورودی را کاهش دهید حالت صدا. بر این اساس، تمام انرژی این کاهش سرعت به گرما تبدیل می شود که منجر به گرمای بیش از حد 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 ما در حال حاضر نه در مورد پنج، بلکه در مورد هشت نوسان صحبت می کنیم. این سرعت واقعی است که در حال حاضر قابل دستیابی است. هواپیمابا موتورهای مافوق صوت، که از اصل احتراق انفجاری استفاده می کنند.
پتر لووچکین:این موضوع پیچیده. ما به تازگی در را به منطقه احتراق انفجار باز کرده ایم. در خارج از پرانتز مطالعه ما هنوز چیزهای ناشناخته زیادی باقی مانده است. امروز، همراه با RSC Energia، ما در تلاش هستیم تا مشخص کنیم که موتور به عنوان یک کل با یک محفظه انفجار ممکن است در آینده در رابطه با مراحل فوقانی ظاهر شود.
انسان با چه موتورهایی به سیارات دور پرواز می کند؟
پتر لووچکین:به نظر من، ما برای مدت طولانی با موتورهای موشک سنتی پرواز خواهیم کرد و آنها را بهبود خواهیم داد. اگرچه، البته، انواع دیگری از موتورهای موشک نیز در حال توسعه هستند، به عنوان مثال، موتورهای موشک الکتریکی (آنها بسیار کارآمدتر از موتورهای موشک هستند - ضربه خاص آنها 10 برابر بیشتر است). افسوس که موتورها و وسایل پرتاب امروزی به ما اجازه نمی دهند در مورد واقعیت پروازهای عظیم بین سیاره ای و حتی بیشتر از آن بین کهکشانی صحبت کنیم. تا اینجا همه چیز در سطح فانتزی است: موتورهای فوتونی، تله پورت، شناور، امواج گرانشی. اگرچه، از سوی دیگر، کمی بیش از صد سال پیش، نوشته های ژول ورن به عنوان داستانی ناب تلقی می شد. شاید یک پیشرفت انقلابی در منطقه ای که ما در آن کار می کنیم دور نیست. از جمله در زمینه ایجاد عملی موشک با استفاده از انرژی انفجار.
پرونده "RG"
انجمن علمی و تولیدی انرگوماش توسط والنتین پتروویچ گلوشکو در سال 1929 تاسیس شد. اکنون نام او را دارد. 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 مختلف سوخت مایع را توسعه داده است. اولین ماهواره بر روی موتورهای Energomash پرتاب شد، اولین انسان به فضا پرواز کرد، اولین وسیله نقلیه خودکششی Lunokhod-1 به فضا پرتاب شد. امروزه بیش از نود درصد وسایل نقلیه پرتاب در روسیه با موتورهایی که توسط NPO Energomash طراحی و تولید شده اند، به پرواز در می آیند.
در حالی که تمام بشریت مترقی از کشورهای ناتو در حال آماده شدن برای شروع آزمایش یک موتور انفجاری هستند (تست‌ها می‌تواند در سال 2019 (اما خیلی دیرتر) انجام شود)، روسیه عقب‌مانده از تکمیل آزمایش چنین موتوری خبر داد.
آنها کاملا آرام و بدون ترساندن کسی آن را 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 (DD) در ایالات متحده آمریکا، آلمان، فرانسه و چین در حال انجام است. به طور کلی، دلایلی وجود دارد که معتقد است عراق علاقه مند به حل مشکل است کره شمالی- یک توسعه بسیار امیدوار کننده، که در واقع به این معنی است مرحله جدیددر علم موشک و به طور کلی در موتورسازی.
ایده یک موتور انفجاری برای اولین بار در سال 1940 توسط فیزیکدان شوروی Ya.B. زلدوویچ و ایجاد چنین موتوری نوید مزایای زیادی را می داد. برای یک موتور موشک، به عنوان مثال:
- قدرت 10000 برابر در مقایسه با یک موتور موشک معمولی افزایش می یابد. که در این موردما در مورد توان دریافتی 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 استاندارد است.
مایع موتور موشک- این یک مشعل بزرگ و بسیار گران است. و گران است زیرا برای حفظ احتراق پایدار به تعداد زیادی مکانیسم مکانیکی، هیدرولیک، الکترونیکی و غیره نیاز است. یک تولید بسیار پیچیده به قدری پیچیده است که ایالات متحده سال ها قادر به ایجاد موتور موشک پیشران مایع خود نبوده و مجبور به خرید RD-180 در روسیه شده است.
روسیه به زودی یک موتور موشک سبک ارزان و قابل اعتماد سریالی دریافت خواهد کرد. با تمام عواقب بعدی:
یک موشک گاهی اوقات می تواند حمل کند مقدار زیادمحموله - وزن موتور به طور قابل توجهی کمتر است، سوخت برای محدوده پرواز اعلام شده 10 برابر کمتر مورد نیاز است. و شما 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 همچنین فضای عمیقی وجود دارد... چشم اندازهای فوق العاده ای برای توسعه 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 ادعای دردناک جدی برای رهبری داشته اند.
07 فوریه 2018 برچسب ها: 1934بحث: 3 نظر
* 10000 برابر قدرت بیشتر در مقایسه با یک موتور موشک معمولی. در این مورد، ما در مورد توان دریافتی در واحد حجم موتور صحبت می کنیم.
10 برابر سوخت کمتر در هر واحد قدرت؛
—————
به نوعی با پست های دیگر جور در نمی آید:
بسته به طراحی، می تواند از نظر بازده از LRE اصلی از 23 تا 27 درصد برای یک طراحی معمولی با نازل در حال گسترش فراتر رود، تا 36-37 درصد افزایش در KVRD (موتورهای موشک هوا گوه)
آنها می توانند فشار جت گاز خروجی را بسته به فشار اتمسفر تغییر دهند و تا 8-12٪ سوخت را در کل سایت پرتاب سازه ذخیره کنند (صرفه جویی اصلی در ارتفاعات کم اتفاق می افتد، جایی که به 25-30٪ می رسد). .»پاسخ
موتورهای انفجاری به موتورهایی گفته می شود که در حالت عادی از احتراق انفجاری سوخت استفاده می شود. 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 از چنین حالت های احتراق سوخت، که معمولا به عنوان "انفجار" نامیده می شود، به دلیل ... میلی متر .... غیرقابل قبول بودن تجاری استفاده نشده اند.
منبع:
چه چیزی کاربرد دارد احتراق انفجاریدر موتورها؟ به طور کلی ساده و تعمیم، چیزی شبیه به این:
مزایای
1. جایگزینی احتراق معمولی با انفجار به دلیل ویژگی های دینامیک گاز جبهه موج شوک، حداکثر کامل نظری 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 10-100 برابر افزایش می یابد، به این معنی که از نظر تئوری امکان افزایش توان لیتری برای یک موتور احتراق داخلی (یا رانش خاص به ازای هر کیلوگرم جرم برای موتورهای جت) وجود دارد. تقریباً به همان تعداد بار 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 چندین برابر افزایش می یابد، یک فرصت نظری عالی برای ضرب کردن سرعت جریان جت از نازل که به نوبه خود منجر به افزایش متناسب در رانش، ضربه خاص، راندمان و / یا کاهش جرم موتور و سوخت مورد نیاز می شود.
همه این سه عامل بسیار مهم هستند، اما انقلابی نیستند، بلکه به اصطلاح، ماهیت تکاملی دارند. انقلابی عامل چهارم و پنجم است و فقط برای موتورهای جت کاربرد دارد:
4. تنها استفاده از فن آوری های انفجار امکان ایجاد یک موتور جت جهانی با جریان مستقیم (و در نتیجه روی یک اکسید کننده اتمسفر!) با وزن، اندازه و رانش قابل قبول را برای توسعه عملی و در مقیاس بزرگ محدوده فراهم می کند. حداکثر سرعت فوق العاده و مافوق صوت 0-20 ماخ.
5. فقط فن آوری های انفجاری امکان خروج از موتورهای موشک شیمیایی (بخار اکسید کننده سوخت) را فراهم می کند. پارامترهای سرعتبرای کاربرد گسترده آنها در پروازهای بین سیاره ای مورد نیاز است.
موارد 4 و 5. از نظر تئوری برای ما آشکار می شود) جاده ارزانبه فضای نزدیک، و ب) راه پرتاب های سرنشین دار به نزدیک ترین سیارات، 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. سرعت سوختن آنقدر زیاد است که اغلب این موتورها را می توان فقط به صورت چرخه ای کار کرد: ورودی-سوختن. که حداقل سه برابر حداکثر توان لیتری قابل دستیابی و / یا رانش را کاهش می دهد و گاهی اوقات خود ایده را از معنی محروم می کند.
2. دما، فشار و نرخ افزایش آنها در محفظه احتراق موتورهای انفجاری به گونه ای است که استفاده مستقیم از اکثر مواد شناخته شده را ممنوع می کند. همه آنها برای ساخت یک ساده، ارزان و بسیار ضعیف هستند موتور کارآمد. یا به یک خانواده کامل از مواد اساسی جدید نیاز است، یا استفاده از ترفندهای طراحی که هنوز کار نشده است. ما مواد نداریم، و پیچیدگی طرح، دوباره، اغلب کل ایده را بی معنی می کند.
با این حال، منطقه ای وجود دارد که در آن موتورهای انفجاری ضروری هستند. این یک ابرصوت جوی مقرون به صرفه با محدوده سرعت 2-20 حداکثر است. بنابراین، نبرد در سه جبهه است:
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 - همه چیز. و آنها شروع به ساختن یک ساختار عملی از لوله های زنگ زده و نفت سفید کردند.
2. خلقت راه حل های سازندهساخت برنامه های کاربردی ممکنمواد کلاسیک لعنت به کاپشن های لحافی با خرس های مست، و در اینجا آنها اولین کسانی بودند که یک موتور آزمایشگاهی چند اتاقه ای ساختند که قبلاً برای مدت طولانی کار خودسرانه کار کرده است. نیروی رانش مانند موتور Su27 است و وزن آن به گونه ای است که 1 (یک!) پدربزرگ آن را در دستان خود می گیرد. اما از آنجایی که ودکا سوخته بود، موتور در حال حاضر ضربان دار بود. از طرف دیگر، حرامزاده به قدری تمیز کار می کند که حتی می توان آن را در آشپزخانه روشن کرد (جایی که کت های لحاف در واقع آن را 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، چشم انداز انفجار را در نظر بگیرید، موتور احتراق داخلی پیستونی. همانطور که می دانید، افزایش فشار در محفظه احتراق در ابعاد کلاسیک، در هنگام انفجار در موتور احتراق داخلی، سرعت سریعترصدا. با باقی ماندن در همان طرح، هیچ راهی برای ساخت پیستون مکانیکی وجود ندارد و حتی با جرم های محدود قابل توجه، در یک سیلندر با سرعت تقریباً یکسان حرکت می کند. زمان بندی طرح کلاسیک نیز نمی تواند با چنین سرعت هایی کار کند. بنابراین، تبدیل مستقیم یک ICE کلاسیک به یک انفجار از نقطه نظر عملی بی معنی است. موتور نیاز به طراحی مجدد دارد. اما به محض شروع به انجام این کار، معلوم می شود که پیستون در این طرح ساده است جزئیات اضافی. بنابراین، IMHO، ICE انفجار پیستون یک نابهنگام 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.
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، 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.
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 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 راندمان موتور را به ترتیبی افزایش می دهد،به دلیل فشرده بودن منطقه احتراق. 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. 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.
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.
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 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، 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 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.
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.
