روس ها دوباره می ترسند. اکنون یک موتور انفجار موشک

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 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 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 کار موتورهای پالس مشابه با هوای ضربانی است. موتور جت. تفاوت اصلی در احتراق انفجاری مخلوط سوخت در محفظه احتراق است.

موتورهای انفجاری دوار از یک محفظه احتراق حلقوی استفاده می کنند که در آن مخلوط سوختبه طور متوالی از طریق دریچه هایی با چیدمان شعاعی عرضه 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 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 کمپرسور و قطعات متحرک زیادی ندارند.

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

در 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، اعمال اصول جدید عملیاتی نیروگاهبه شما اجازه می دهد تا عملکرد قابل توجهی را افزایش دهید. در مقایسه با طرح های معماری سنتی، افزایش کشش حدود 30 درصد وجود دارد..

نمودار یک موتور موشک انفجاری

موتورهای موشک 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 رخ می دهد که با سرعت بالا در محفظه احتراق حرکت می کند. 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، سرعت گازهای راکتیو را می توان 20-25 برابر افزایش داد.

بنابراین، موتور انفجار، با افزایش ضریب مشخص می شود اقدام مفید، قادر به ایجاد نیروی رانش بیشتر با مصرف سوخت کمتر است. 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 اتاق انفجاراحتراق 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. گاز هیدروژن به عنوان یک عامل اکسید کننده پیشنهاد شد. در آگوست 2016، آزمایش نمونه اولیه دوربین آغاز شد. مهم اینه که برای اولین بار در تاریخ، پروژه ای از این دست به مرحله تست نیمکت آورده شد. پیش از این، موتورهای راکت انفجاری داخلی و خارجی ساخته شده بودند اما آزمایش نشده بودند.

در طول آزمایش نمونه مدل، امکان بدست آوردن بسیار زیاد وجود داشت نتایج جالب، درستی رویکردهای مورد استفاده را نشان می دهد. 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 انفجاری را می توان در هواپیماهای مافوق صوت استفاده کرد. 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 سرعت کاهش یابد حالت صدا. 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. ماشین مشابهی با موتور انفجاری قادر خواهد بود 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 بیشترین کاربرد را پیدا کنند مناطق مختلفو تا حدی جایگزین توربین گاز یا موتورهای توربوجتطرح 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. آزمایش‌های رومیزی محصولات نمونه اولیه نشان داده است که آنها 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/

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:

مزایای استفاده از احتراق انفجاری در موتورها چیست؟ 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 یک موتور جت جهانی با جریان مستقیم (و در نتیجه با استفاده از اکسید کننده اتمسفر!) با وزن، اندازه و رانش قابل قبول را برای توسعه عملی و در مقیاس بزرگ طیف فرعی ایجاد می کند. - سرعت 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 آنها مورد نیاز است کاربرد گستردهدر پروازهای بین سیاره ای

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.

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

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

روی تاج یک موج

آزمایش موتور موشک مایع انفجاری

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

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

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

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

موتور موشک انفجاری

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

GRES در مینیاتور

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

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

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

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

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

نبض پیشرفت

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

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

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

البته، این موتورها هنوز موتورهای انفجاری نبودند، زیرا از ضربان های احتراق معمولی استفاده می کردند. فرکانس این ضربان ها کم بود که باعث ایجاد صدای مشخصی از مسلسل در حین کار می شد. با توجه به حالت کار متناوب، ویژگی های خاص PURE ها به طور متوسط ​​پایین بود و پس از اینکه طراحان تا پایان دهه 1940 بر مشکلات ایجاد کمپرسور، پمپ و توربین غلبه کردند، موتورهای توربوجت و موتورهای سوخت مایع به پادشاهان آسمان تبدیل شدند. و PURE ها در حاشیه پیشرفت فنی باقی ماندند.

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

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

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

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

مثل سنجاب در چرخ

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

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

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

کار فعالی در این راستا در ایالات متحده در حال انجام است. این مطالعات توسط Pratt & Whitney انجام شده است. شرکت جنرال الکتریک، ناسا به عنوان مثال، آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده در حال توسعه واحدهای توربین گازی انفجار چرخشی برای ناوگان است. نیروی دریایی آمریکا از 430 استفاده می کند واحدهای توربین گازیدر 129 کشتی، آنها سالانه سه میلیارد دلار سوخت مصرف می کنند. معرفی موتورهای توربین گازی انفجاری اقتصادی تر (GTE) باعث صرفه جویی در هزینه های زیادی می شود.

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

رام کردن زرنگ

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

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

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

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

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

عکس: بنیاد مطالعات پیشرفته

امتیاز کلی مواد: 5

مواد مشابه (بر اساس برچسب):

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

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.

جالب است که در سال 1940، فیزیکدان شوروی Ya.B. زلدویچ ایده یک موتور انفجاری را در مقاله "در مورد استفاده پر انرژی از احتراق انفجار" پیشنهاد کرد. 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.

چرا اینقدر خوبه موتور جدید? 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. 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 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 شوند، این فرآیند از نقطه نظر ترمودینامیک راندمان موتور را به ترتیبی افزایش می دهد،به دلیل فشرده بودن منطقه احتراق. به همین دلیل است که متخصصان مشتاقانه شروع به توسعه این ایده کردند.در یک موتور موشک پیشران مایع معمولی که اساسا یک مشعل بزرگ است، نکته اصلی محفظه احتراق و نازل نیست، بلکه واحد توربو پمپ سوخت (TNA) است که چنین فشاری را ایجاد می کند. که سوخت به داخل محفظه نفوذ 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.

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 موتور موشکی معمولی پیشران مایع است. در مسیر اجرای پروژه موتور انفجار، مشکل مقابله با موج انفجار بوجود 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 دوارشامل یک محفظه احتراق حلقوی با نازل هایی است که در امتداد شعاع آن برای تامین سوخت قرار دارند. 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.

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 ثابت شده است و اندازه کامل است موتور چرخشیدر روسیه بود که برای همیشه در تاریخ علم باقی خواهد ماند.