Prieskum vesmíru je nedobrovoľne spojený s vesmírne lode. Srdcom každej nosnej rakety je jej motor. Musí dosiahnuť prvú únikovú rýchlosť – asi 7,9 km/s – aby dopravila astronautov na obežnú dráhu, a druhú únikovú rýchlosť, aby prekonala gravitačné pole planéty.
Dosiahnuť to nie je jednoduché, no vedci neustále hľadajú nové spôsoby, ako tento problém vyriešiť. Dizajnéri z Ruska zašli ešte ďalej a podarilo sa im vyvinúť detonáciu raketový motor, ktorého testy boli úspešné. Tento úspech možno nazvať skutočným prielomom v oblasti vesmírneho inžinierstva.
Nové príležitosti
Prečo sú veľké nádeje na detonačné motory? Podľa výpočtov vedcov bude ich výkon 10-tisíckrát väčší ako výkon existujúcich raketových motorov. Zároveň veľa spotrebujú menej paliva a ich výroba sa vyznačuje nízkymi nákladmi a ziskovosťou. S čím to súvisí?
Všetko je to o oxidačnej reakcii paliva. Ak moderné rakety používajú deflagračný proces - pomalé (podzvukové) spaľovanie paliva pri konštantnom tlaku, potom funguje detonačný raketový motor v dôsledku výbuchu, detonácie horľavá zmes. Horí nadzvukovou rýchlosťou, pričom súčasne so šírením rázovej vlny uvoľňuje obrovské množstvo tepelnej energie.
Vývoj a testovanie ruskej verzie detonačného motora vykonalo špecializované laboratórium „Detonačné kvapalné raketové motory“ ako súčasť výrobného komplexu Energomash.
Prevaha nových motorov
Poprední svetoví vedci študujú a vyvíjajú detonačné motory už 70 rokov. Hlavným dôvodom, ktorý bráni vytvoreniu tohto typu motora, je nekontrolované samovznietenie paliva. Okrem toho boli na programe úlohy efektívneho miešania paliva a okysličovadla, ako aj integrácia dýzy a prívodu vzduchu.
Po vyriešení týchto problémov bude možné vytvoriť detonačný raketový motor, ktorý svojím vlastným spôsobom Technické špecifikácie predbehne čas. Vedci zároveň nazývajú tieto výhody:
- Schopnosť dosiahnuť rýchlosti v podzvukových a nadzvukových rozsahoch.
- Odstránenie mnohých pohyblivých častí z dizajnu.
- Nižšia hmotnosť a náklady elektráreň.
- Vysoká termodynamická účinnosť.
Serial tento typ motor sa nevyrábal. Prvýkrát bol testovaný na nízko letiacich lietadlách v roku 2008. Ruskí vedci prvýkrát otestovali detonačný motor pre nosné rakety. Preto sa tejto udalosti pripisuje taký veľký význam.
Princíp činnosti: pulzný a kontinuálny
V súčasnosti vedci vyvíjajú inštalácie s pulzným a nepretržitým pracovným tokom. Princíp činnosti detonačného raketového motora s pulzný obvod Práca je založená na cyklickom plnení spaľovacej komory horľavou zmesou, jej sekvenčnom zapaľovaní a uvoľňovaní splodín horenia do okolia.
V súlade s tým sa v kontinuálnom prevádzkovom procese palivo privádza do spaľovacej komory nepretržite, palivo horí v jednej alebo viacerých detonačných vlnách, ktoré nepretržite cirkulujú cez prúd. Výhody takýchto motorov sú:
- Jednorazové zapálenie paliva.
- Relatívne jednoduchý dizajn.
- Malé rozmery a hmotnosť inštalácií.
- Efektívnejšie využitie horľavej zmesi.
- Nízka hladina hluku, vibrácií a škodlivých emisií.
V budúcnosti, využívajúc tieto výhody, kontinuálny detonačný kvapalný raketový motor nahradí všetky existujúce inštalácie kvôli svojej hmotnosti, veľkosti a nákladovým charakteristikám.
Skúšky detonačných motorov
Prvé testy domácej detonačnej inštalácie sa uskutočnili v rámci projektu Ministerstva školstva a vedy. Prezentované ako prototyp malý motor so spaľovacou komorou s priemerom 100 mm a šírkou prstencového kanála 5 mm. Testy sa vykonávali na špeciálnom stojane, pri práci sa zaznamenávali ukazovatele rôzne druhy horľavá zmes - vodík-kyslík, zemný plyn-kyslík, propán-bután-kyslík.
Testy detonačného raketového motora využívajúceho kyslíkovo-vodíkové palivo dokázali, že termodynamický cyklus týchto zariadení je o 7 % efektívnejší ako pri prevádzke iných zariadení. Okrem toho sa experimentálne potvrdilo, že s nárastom množstva dodávaného paliva sa zvyšuje ťah, ako aj počet detonačných vĺn a rýchlosť otáčania.
Analógy v iných krajinách
Vedci z popredných krajín sveta vyvíjajú detonačné motory. Najväčší úspech v tomto smere dosiahli dizajnéri z USA. Vo svojich modeloch implementovali kontinuálny spôsob práce, čiže rotačný. Americká armáda plánuje použiť tieto zariadenia na vybavenie povrchových lodí. Vďaka nižšej hmotnosti a malým rozmerom s vysokým výstupným výkonom pomôžu zvýšiť efektivitu bojových člnov.
Americký detonačný raketový motor využíva na svoju činnosť stechiometrickú zmes vodíka a kyslíka. Výhody takéhoto zdroja energie sú predovšetkým ekonomické – spáli sa len toľko kyslíka, koľko je potrebné na oxidáciu vodíka. Americká vláda v súčasnosti vynakladá niekoľko miliárd dolárov na zabezpečenie uhlíkového paliva pre vojnové lode. Stechiometrické palivo niekoľkonásobne zníži náklady.
Ďalšie smery vývoja a perspektívy
Nové údaje získané ako výsledok testovania detonačných motorov určili použitie zásadne nových metód na zostavenie schémy prevádzky kvapalného paliva. Aby však takéto motory fungovali, musia mať vysokú tepelnú odolnosť kvôli veľkému množstvu uvoľnenej tepelnej energie. V súčasnosti sa vyvíja špeciálny náter, ktorý zabezpečí funkčnosť spaľovacej komory pod vplyvom vysokej teploty.
Osobitné miesto v ďalšom výskume zaujíma vytvorenie miešacích hláv, pomocou ktorých bude možné získať kvapôčky horľavého materiálu danej veľkosti, koncentrácie a zloženia. Na vyriešenie týchto problémov bude vytvorený nový detonačný kvapalný raketový motor, ktorý sa stane základom novej triedy nosných rakiet.
Koncom januára sa objavili správy o nových úspechoch v ruskej vede a technike. Z oficiálnych zdrojov sa zistilo, že jeden z domácich projektov sľubného prúdového motora detonačného typu už prešiel testovacou fázou. To približuje moment úplného dokončenia všetkých požadovaných prác, v dôsledku čoho budú môcť rusky vyvinuté vesmírne alebo vojenské rakety prijímať nové elektrárne so zlepšenými vlastnosťami. Navyše nové princípy fungovania motorov môžu nájsť uplatnenie nielen v oblasti rakiet, ale aj v iných oblastiach.
Koncom januára vicepremiér Dmitrij Rogozin povedal domácej tlači o najnovších úspechoch výskumných organizácií. Okrem iných tém sa dotkol procesu tvorby prúdové motory pomocou nových princípov fungovania. Sľubný motor s detonačným spaľovaním už priniesli na testovanie. Využitie nových princípov fungovania elektrárne umožňuje podľa podpredsedu vlády výrazné zvýšenie výkonu. V porovnaní s tradičnou architektúrou došlo k zvýšeniu trakcie približne o 30 %.
Schéma detonačného raketového motora
Moderné raketové motory rôzne triedy a typy používané v rôznych oblastiach využívajú tzv. izobarický cyklus alebo deflačné spaľovanie. Ich spaľovacie komory udržiavajú konštantný tlak, pri ktorom palivo pomaly horí. Motor založený na princípoch deflagrácie nevyžaduje zvlášť silné agregáty, ale má obmedzený maximálny výkon. Zvyšovanie základných charakteristík od určitej úrovne sa ukazuje ako neprimerane ťažké.
Alternatívou k motoru s izobarickým cyklom v rámci zlepšovania výkonu je systém s tzv. detonačné spaľovanie. V tomto prípade dochádza k oxidačnej reakcii paliva za rázovou vlnou, s vysoká rýchlosť pohybom cez spaľovaciu komoru. To kladie špeciálne požiadavky na konštrukciu motora, ale ponúka aj zjavné výhody. Z hľadiska účinnosti spaľovania paliva je detonačné spaľovanie o 25 % lepšie ako deflačné spaľovanie. Od spaľovania s konštantným tlakom sa líši aj zvýšeným výkonom uvoľňovania tepla na jednotku plochy povrchu reakcie. Teoreticky je možné tento parameter zvýšiť o tri až štyri rády. v dôsledku toho rýchlosť reaktívnych plynov sa môže zvýšiť 20-25 krát.
Tým sa detonačný motor líši zvýšený koeficient užitočné, schopné vyvinúť väčší ťah s menšou spotrebou paliva. Jeho výhody oproti tradičným dizajnom sú zrejmé, ale až donedávna pokrok v tejto oblasti nezanechával veľa želaní. Princípy detonačného prúdového motora sformuloval už v roku 1940 sovietsky fyzik Ya.B. Zeldovich, ale hotové výrobky tohto druhu ešte neboli uvedené do používania. Hlavnými dôvodmi nedostatku skutočného úspechu sú problémy s vytvorením dostatočne pevnej konštrukcie, ako aj náročnosť spustenia a následného udržania rázovej vlny pri použití existujúcich palív.
Jeden z najnovších domácich projektov v oblasti detonačných raketových motorov sa začal v roku 2014 a vyvíja sa v NPO Energomash pomenovanom po ňom. Akademik V.P. Glushko. Podľa dostupných údajov bolo účelom projektu s Ifritovou šifrou študovať základné princípy Nová technológia nasledovalo vytvorenie kvapalného raketového motora s použitím petroleja a plynného kyslíka. Nový motor, pomenovaný podľa démonov ohňa z arabského folklóru, bol založený na princípe spinového detonačného spaľovania. V súlade so základnou myšlienkou projektu by sa teda rázová vlna mala nepretržite pohybovať v kruhu vo vnútri spaľovacej komory.
Hlavným developerom nového projektu bol NPO Energomash, respektíve špeciálne laboratórium vytvorené na jeho základe. Okrem toho sa do práce zapojilo niekoľko ďalších výskumných a dizajnérskych organizácií. Program získal podporu od Nadácie pre pokročilé štúdium. Spoločným úsilím boli všetci účastníci projektu Ifrit schopní sformulovať optimálny vzhľad sľubného motora, ako aj vytvoriť modelovú spaľovaciu komoru s novými princípmi fungovania.
Na štúdium perspektív celého smeru a nových myšlienok, tzv modelová detonačná spaľovacia komora, ktorá spĺňa požiadavky projektu. Takýto experimentálny motor s redukovanou konfiguráciou mal ako palivo využívať kvapalný petrolej. Ako oxidačné činidlo bol navrhnutý plynný vodík. V auguste 2016 sa začalo testovanie prototypu kamery. Dôležité, že Prvýkrát v histórii sa projekt tohto druhu dostal do štádia testovania na lavičke. Predtým boli vyvinuté domáce a zahraničné detonačné raketové motory, ale neboli testované.
Počas testovania modelovej vzorky bolo možné získať veľmi zaujímavé výsledky, ukazujúci správnosť použitých prístupov. Takže pomocou správnych materiálov a technológiou sa podarilo dostať tlak vo vnútri spaľovacej komory na 40 atmosfér. Ťah experimentálneho produktu dosiahol 2 tony.
Modelová komora na skúšobnej stolici
V rámci projektu Ifrit boli dosiahnuté určité výsledky, ale domáci detonačný motor na kvapalné palivo má ešte ďaleko od úplného praktického využitia. Pred zavedením takéhoto zariadenia do nových technologických projektov sa budú musieť rozhodnúť dizajnéri a vedci celý riadok najvážnejšie úlohy. Až potom bude môcť raketový a vesmírny priemysel alebo obranný priemysel začať realizovať potenciál novej technológie v praxi.
V polovici januára" Ruské noviny» uverejnil rozhovor s hlavným konštruktérom NPO Energomash Petrom Levochkinom, ktorého témou bol aktuálny stav a perspektívy detonačných motorov. Zástupca developerskej spoločnosti pripomenul hlavné ustanovenia projektu a dotkol sa aj témy dosiahnutých úspechov. Okrem toho hovoril o možných oblastiach použitia Ifritu a podobných štruktúr.
napr. detonačné motory môžu byť použité v hypersonických lietadlách. P. Levochkin pripomenul, že motory v súčasnosti navrhované na použitie v takýchto zariadeniach využívajú podzvukové spaľovanie. Pri nadzvukovej rýchlosti letového vozidla sa musí vzduch vstupujúci do motora spomaliť zvukový režim. Brzdná energia však musí viesť k dodatočnému tepelnému zaťaženiu draku lietadla. V detonačných motoroch dosahuje rýchlosť horenia paliva aspoň M=2,5. Vďaka tomu je možné zvýšiť rýchlosť letu lietadla. Podobný stroj s motorom detonačného typu dokáže zrýchliť na osemnásobok rýchlosti zvuku.
Reálne vyhliadky pre raketové motory detonačného typu však zatiaľ nie sú príliš veľké. Podľa P. Levochkina sme „práve otvorili dvere do oblasti detonačného spaľovania“. Vedci a dizajnéri si budú musieť naštudovať veľa problémov a až potom bude možné vytvárať návrhy s praktickým potenciálom. Kvôli tomu bude musieť kozmický priemysel dlhodobo využívať kvapalinové motory tradičnej konštrukcie, čo však nevylučuje možnosť ich ďalšieho zdokonaľovania.
Zaujímavým faktom je, že detonačný princíp spaľovanie sa využíva nielen v oblasti raketových motorov. Už existuje domáci projekt letecký systém so spaľovacou komorou detonačného typu pracujúcou na pulznom princípe. Prototyp tohto druhu bol privedený na testovanie a v budúcnosti môže dať nový smer. Nové motory s detonačným spaľovaním nájdu uplatnenie v naj rôznych oblastiach a čiastočne nahradiť plynové turbíny alebo prúdové motory tradičných konštrukcií.
Domáci projekt detonačného leteckého motora sa vyvíja v Design Bureau pomenovanom po ňom. A.M. Kolísky. Informácie o tomto projekte boli prvýkrát prezentované na minuloročnom medzinárodnom vojensko-technickom fóre Army 2017. V stánku developerského podniku boli materiály na rôzne motory sériový aj vo vývoji. Medzi poslednými bola sľubná detonačná vzorka.
Podstatou nového návrhu je použitie neštandardnej spaľovacej komory schopnej vykonávať pulzné detonačné spaľovanie paliva vo vzdušnej atmosfére. V tomto prípade by frekvencia „výbuchov“ vo vnútri motora mala dosiahnuť 15-20 kHz. V budúcnosti je možné tento parameter ešte zvýšiť, v dôsledku čoho bude hluk motora presahovať rozsah vnímaný ľudským uchom. Takéto vlastnosti motora môžu byť zaujímavé.
Prvé spustenie experimentálneho produktu "Ifrit"
Hlavné výhody novej elektrárne sú však spojené so zvýšeným výkonom. Skúšky prototypov na skúšobnej stolici ukázali, že z hľadiska špecifického výkonu sú približne o 30 % lepšie ako tradičné motory s plynovou turbínou. V čase prvej verejnej demonštrácie materiálov na motore OKB. A.M. Kolísky sa dokázali dostať poriadne vysoko výkonnostné charakteristiky. Experimentálny motor nového typu bol schopný pracovať 10 minút bez prerušenia. Celková prevádzková doba tohto produktu na stojane v tom čase presiahla 100 hodín.
Zástupcovia vývojárskej spoločnosti naznačili, že už je možné vytvoriť nový detonačný motor s ťahom 2-2,5 tony, vhodný na inštaláciu na ľahké lietadlá alebo bezpilotné lietadlá. Pri konštrukcii takéhoto motora sa navrhuje použiť tzv. rezonátorové zariadenia zodpovedné za správny ťah spaľovanie paliva. Dôležitá výhoda Nový projekt predstavuje základnú možnosť inštalácie takýchto zariadení kdekoľvek na drak lietadla.
Špecialisti z OKB im. A.M. Kolísky pracujú na letecké motory s pulzným detonačným spaľovaním už viac ako tri desaťročia, no zatiaľ projekt neopustil štádium výskumu a nemá reálne perspektívy. hlavný dôvod– nedostatok poriadku a potrebného financovania. Ak projekt získa potrebnú podporu, potom môže v dohľadnej dobe vzniknúť vzorový motor vhodný na použitie na rôznych zariadeniach.
Dodnes sa ruským vedcom a konštruktérom podarilo preukázať veľmi pozoruhodné výsledky v oblasti prúdových motorov s využitím nových princípov fungovania. Existuje niekoľko projektov vhodných na použitie v raketovom, vesmírnom a hypersonickom poli. Okrem toho sa nové motory dajú použiť v „tradičnom“ letectve. Niektoré projekty sú stále v počiatočnom štádiu a ešte nie sú pripravené na kontroly a iné práce, zatiaľ čo v iných oblastiach sa už dosiahli najpozoruhodnejšie výsledky.
Skúmaním témy prúdových motorov s detonačným spaľovaním dokázali ruskí špecialisti vytvoriť lavicový model spaľovacej komory s požadovanými charakteristikami. Experimentálny produkt „Ifrit“ už prešiel testami, počas ktorých sa zozbieralo veľké množstvo rôznych informácií. Pomocou získaných údajov bude vývoj smeru pokračovať.
Osvojiť si nový smer a pretaviť myšlienky do prakticky použiteľnej podoby zaberie veľa času a z tohto dôvodu budú v dohľadnej dobe vesmírne a vojenské rakety vybavované len tradičnými kvapalinovými motormi. Práce však už opustili čisto teoretickú etapu a teraz každý testovací štart experimentálneho motora približuje moment konštrukcie plnohodnotných rakiet s novými elektrárňami.
Na základe materiálov zo stránok:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/
Ekológia spotreby Veda a technika: Koncom augusta 2016 obletela svetové tlačové agentúry správa: na jednom zo stánkov NPO Energomash v Chimki pri Moskve, prvý na svete riadny raketový motor na kvapalné palivo (LPRE). začalo fungovať detonačné spaľovanie paliva.
Koncom augusta 2016 obletela svetové tlačové agentúry správa: na jednom zo stánkov NPO Energomash v Chimki pri Moskve začal fungovať prvý raketový motor na kvapalné palivo (LPRE) na svete využívajúci detonačné spaľovanie paliva. Ruská veda a technika smeruje k tejto udalosti už 70 rokov.
Myšlienku detonačného motora navrhol sovietsky fyzik Ya B. Zeldovich v článku „O energetickom využití detonačného spaľovania“, publikovanom v časopise Journal of Technical Physics v roku 1940. Odvtedy na celom svete prebiehajú výskumy a experimenty s praktickou implementáciou. sľubná technológia. V týchto pretekoch sa Nemecko, USA a ZSSR ťahali dopredu. A teraz si Rusko zabezpečilo dôležitú prioritu vo svetovej histórii technológie. IN posledné roky Nestáva sa často, aby sa naša krajina mohla pochváliť niečím podobným.
Na hrebeni vlny
Aké sú výhody detonačného motora? V tradičných motoroch na kvapalné palivo, ako aj v bežných piestových resp prúdové letecké motory, využíva sa energia, ktorá sa uvoľňuje pri spaľovaní paliva. V tomto prípade sa v spaľovacej komore motora na kvapalné palivo vytvorí stacionárne čelo plameňa, v ktorom dochádza k spaľovaniu pri konštantnom tlaku. Tento proces normálneho spaľovania sa nazýva deflagrácia. V dôsledku interakcie paliva a okysličovadla sa teplota plynnej zmesi prudko zvýši a z dýzy vytryskne ohnivý stĺp splodín, ktoré vytvárajú prúdový ťah.
Detonácia je tiež horenie, ale nastáva 100-krát rýchlejšie ako pri klasickom spaľovaní paliva. Tento proces prebieha tak rýchlo, že detonácia sa často zamieňa s výbuchom, najmä preto, že uvoľňuje toľko energie, že napr. motor auta keď k tomuto javu dôjde, jeho valce sa môžu skutočne zrútiť. Detonácia však nie je výbuch, ale typ horenia tak rýchly, že produkty reakcie ani nestihnú expandovať, takže tento proces na rozdiel od deflagrácie prebieha pri konštantnom objeme a prudko sa zvyšujúcom tlaku.
V praxi to vyzerá takto: namiesto stacionárneho čela plameňa sa v palivovej zmesi vo vnútri spaľovacej komory vytvorí detonačná vlna, ktorá sa pohybuje nadzvukovou rýchlosťou. Pri tejto kompresnej vlne dochádza k detonácii zmesi paliva a okysličovadla a tento proces je z termodynamického hľadiska oveľa efektívnejší ako klasické spaľovanie paliva. Účinnosť detonačného spaľovania je o 25–30 % vyššia, to znamená, že pri spaľovaní rovnakého množstva paliva sa získa väčší ťah a vďaka kompaktnosti spaľovacej zóny je detonačný motor teoreticky rádovo lepší ako konvenčný raketové motory na kvapalné palivo z hľadiska výkonu na jednotku objemu.
To samo osebe stačilo na to, aby pritiahlo čo najväčšiu pozornosť odborníkov k tejto myšlienke. Koniec koncov, stagnácia, ktorá teraz vznikla vo vývoji svetovej astronautiky, uviaznutej na polstoročie na nízkej obežnej dráhe Zeme, súvisí predovšetkým s krízou konštrukcie raketových motorov. Mimochodom, v kríze je aj letectvo, ktoré nedokáže prekročiť prah troch rýchlostí zvuku. Táto kríza sa dá prirovnať k situácii v piestových lietadlách koncom 30. rokov 20. storočia. Vrtuľa a motor vnútorné spaľovanie vyčerpali svoj potenciál a až nástup prúdových motorov umožnil dosiahnuť vysokú kvalitu nová úroveň výšky, rýchlosti a dosahy letov.
Za posledné desaťročia boli konštrukcie klasických raketových motorov na kvapalné palivo vybrúsené do dokonalosti a takmer dosiahli hranicu svojich možností. Ich špecifické vlastnosti je možné v budúcnosti zvýšiť len vo veľmi malých medziach – o niekoľko percent. Preto je svetová astronautika nútená nasledovať rozsiahlu cestu vývoja: na lety s ľudskou posádkou na Mesiac je potrebné postaviť obrie nosné rakety, čo je veľmi ťažké a neuveriteľne drahé, aspoň pre Rusko. Pokus prekonať krízu pomocou jadrových motorov narazil na environmentálne problémy. Možno je príliš skoro porovnávať vzhľad detonačných raketových motorov s prechodom letectva na prúdový pohon, ale sú celkom schopné urýchliť proces prieskumu vesmíru. Okrem toho má tento typ prúdových motorov ďalšiu veľmi dôležitú výhodu.
GRES v miniatúre
Bežný raketový motor na kvapalné palivo je v princípe veľký horák. Pre zvýšenie jeho ťahu a špecifických charakteristík je potrebné zvýšiť tlak v spaľovacej komore. V tomto prípade musí byť palivo, ktoré sa vstrekuje do komory cez dýzy, dodávané pod vyšším tlakom, ako je realizované počas spaľovacieho procesu, inak prúd paliva jednoducho nebude schopný preniknúť do komory. Preto najťažšie a drahá jednotka v raketovom motore na kvapalné palivo to vôbec nie je komora s tryskou, ktorá je na očiach, ale jednotka palivového turbočerpadla (TNA), ukrytá v útrobách rakety medzi spletitou potrubí.
Napríklad najvýkonnejší raketový motor na kvapalné palivo RD-170 na svete, vytvorený pre prvý stupeň sovietskej superťažkej nosnej rakety Energia tým istým NPO Energia, má tlak v spaľovacej komore 250 atmosfér. To je veľa. Ale tlak na výstupe z kyslíkového čerpadla pumpujúceho okysličovadlo do spaľovacej komory dosahuje 600 atm. Na pohon tohto čerpadla je použitá turbína s výkonom 189 MW! Len si to predstavte: koleso turbíny s priemerom 0,4 m vyvinie výkon štyrikrát väčší ako jadrový ľadoborec Arktika s dvoma jadrovými reaktormi! TNA je zároveň komplexné mechanické zariadenie, ktorého hriadeľ robí 230 otáčok za sekundu a musí pracovať v prostredí tekutého kyslíka, kde v potrubí nastane najmenšia iskra, ani zrnko piesku. vedie k výbuchu. Technológia na vytvorenie takéhoto palivového čerpadla je hlavným know-how spoločnosti Energomash, ktorej vlastníctvo umožňuje ruskej spoločnosti dnes predávať svoje motory na inštaláciu na americké nosné rakety Atlas V a Antares. Alternatívy ruské motory ešte nie v USA.
Pre detonačný motor takéto komplikácie nie sú potrebné, keďže tlak na efektívnejšie spaľovanie zabezpečuje samotná detonácia, čo je kompresná vlna, ktorá sa pohybuje v palivovej zmesi. Počas detonácie sa tlak zvýši 18–20 krát bez akejkoľvek TNA.
Na získanie podmienok v spaľovacej komore detonačného motora, ktoré sú ekvivalentné napríklad podmienkam v spaľovacej komore amerického raketového motora Shuttle (200 atm), stačí dodať palivo pod tlakom... 10 atm. Jednotka potrebná na to, v porovnaní s TNA klasického raketového motora na kvapalné palivo, je rovnaká ako pumpa na bicykel v blízkosti elektrárne Sayano-Shushenskaya State District Power.
To znamená, že detonačný motor bude nielen výkonnejší a hospodárnejší ako konvenčný raketový motor na kvapalné palivo, ale aj rádovo jednoduchší a lacnejší. Prečo teda nebola táto jednoduchosť daná dizajnérom 70 rokov?
Hlavným problémom, ktorému inžinieri čelili, bolo, ako sa vyrovnať s detonačnou vlnou. Nejde len o to, aby bol motor silnejší, aby vydržal zvýšené zaťaženie. Detonácia nie je len nárazová vlna, ale niečo prefíkanejšie. Tlaková vlna sa šíri rýchlosťou zvuku a detonačná vlna nadzvukovou rýchlosťou - až 2500 m/s. Netvorí stabilné čelo plameňa, takže prevádzka takéhoto motora pulzuje: po každej detonácii je potrebné obnoviť palivovú zmes a potom v nej spustiť novú vlnu.
Pokusy o vytvorenie pulzujúceho prúdového motora sa uskutočnili dlho pred myšlienkou detonácie. Práve v použití pulzujúcich prúdových motorov sa snažili nájsť alternatívu piestové motory v tridsiatych rokoch 20. storočia. Opäť ma upútala jednoduchosť: na rozdiel od letecká turbína pre pulzujúci vzduch dýchajúci motor (PURE) nebol potrebný ani kompresor rotujúci rýchlosťou 40 000 otáčok za minútu na pumpovanie vzduchu do nenásytného útrob spaľovacej komory, ani turbína pracujúca pri teplotách plynu nad 1000˚C. V PuVRD vytváral tlak v spaľovacej komore pulzácie pri spaľovaní paliva.
Prvé patenty na motor s pulzujúcim vzduchom získali nezávisle v roku 1865 Charles de Louvrier (Francúzsko) a v roku 1867 Nikolaj Afanasjevič Teleshov (Rusko). Prvý funkčný dizajn PuVRD bol patentovaný v roku 1906 ruským inžinierom V.V. Karavodin, ktorý o rok neskôr postavil modelovú inštaláciu. Pre množstvo nedostatkov sa zariadenie Karavodin v praxi nevyužívalo. Prvý PURD, ktorý fungoval na skutočnom lietadle, bol nemecký Argus As 014, založený na patente z roku 1931 mníchovského vynálezcu Paula Schmidta. Argus bol vytvorený pre „odvetnú zbraň“ - okrídlenú bombu V-1. Podobný vývoj vytvoril v roku 1942 sovietsky konštruktér Vladimir Chelomey pre prvú sovietsku riadenú strelu 10X.
Samozrejme, tieto motory ešte neboli detonačné, keďže využívali pulzácie klasického spaľovania. Frekvencia týchto pulzácií bola nízka, čo spôsobilo charakteristický zvuk guľometu počas prevádzky. Špecifické vlastnosti PURD v dôsledku prerušovaný režim práca bola v priemere nízka a po tom, čo konštruktéri do konca 40. rokov 20. storočia zvládli zložitosť vytvárania kompresorov, čerpadiel a turbín, stali sa kráľmi oblohy prúdové motory a motory na kvapalné palivo a PURE zostali na periférii technického pokroku.
Je zvláštne, že prvé PuVRD vytvorili nemeckí a sovietski dizajnéri nezávisle od seba. Mimochodom, myšlienka detonačného motora v roku 1940 prišla na myseľ nielen Zeldovičovi. Rovnaké myšlienky zároveň vyjadrili Von Neumann (USA) a Werner Doering (Nemecko), takže v medzinárodnej vede sa model využitia detonačného spaľovania nazýval ZND.
Myšlienka spojiť PURD s detonačným spaľovaním bola veľmi lákavá. Predná časť obyčajného plameňa sa však šíri rýchlosťou 60–100 m/s a frekvencia jeho pulzácií v PuVRD nepresahuje 250 za sekundu. A detonačný front sa pohybuje rýchlosťou 1500 – 2500 m/s, takže frekvencia pulzácií by mala byť tisíce za sekundu. Takúto rýchlosť obnovy zmesi a iniciácie detonácie bolo ťažké zaviesť v praxi.
Napriek tomu pokusy o vytvorenie funkčných pulzujúcich detonačných motorov pokračovali. Práca špecialistov amerického letectva v tomto smere vyvrcholila vytvorením demonštračného motora, ktorý sa prvýkrát vzniesol na oblohu 31. januára 2008 na experimentálnom lietadle Long-EZ. Pri historickom lete motor pracoval... 10 sekúnd vo výške 30 metrov. Prioritou však je v tomto prípade zostal v Spojených štátoch a lietadlo právom zaujalo svoje miesto v Národnom múzeu letectva Spojených štátov.
Medzitým bola už dávno vynájdená ďalšia, oveľa sľubnejšia schéma
Ako veverička v kolese
Myšlienka zacykliť detonačnú vlnu a nechať ju pobehovať v spaľovacej komore ako veverička v kolese sa zrodila medzi vedcami začiatkom šesťdesiatych rokov minulého storočia. Fenomén rotujúcej (rotačnej) detonácie teoreticky predpovedal sovietsky fyzik z Novosibirska B.V. Voitsekhovsky v roku 1960. Takmer súčasne s ním, v roku 1961, rovnakú myšlienku vyslovil aj Američan J. Nicholls z University of Michigan.
Rotačný alebo rotačný detonačný motor je konštrukčne prstencová spaľovacia komora, do ktorej sa palivo privádza pomocou radiálne umiestnených trysiek. Detonačná vlna vo vnútri komory sa nepohybuje v axiálnom smere ako v PuVRD, ale v kruhu, pričom stláča a spaľuje palivovú zmes pred sebou a v konečnom dôsledku vytláča splodiny horenia von z dýzy rovnakým spôsobom ako skrutka mlynčeka na mäso vytlačí mleté mäso von. Namiesto pulzačnej frekvencie dostaneme frekvenciu rotácie detonačnej vlny, ktorá môže dosiahnuť niekoľko tisíc za sekundu, to znamená, že prakticky motor nepracuje ako pulzujúci motor, ale ako konvenčný raketový motor na kvapalné palivo so stacionárnym spaľovaním, ale oveľa efektívnejšie, pretože v ňom v skutočnosti dochádza k detonácii palivovej zmesi.
V ZSSR, podobne ako v USA, sa pracovalo na rotačnom detonačnom motore už od začiatku 60. rokov 20. storočia, no aj napriek zjavnej jednoduchosti nápadu si jeho realizácia opäť vyžadovala vyriešiť záhadné teoretické otázky. Ako zorganizovať proces, aby vlna nevymrela? Bolo potrebné pochopiť najzložitejšie fyzikálne a chemické procesy prebiehajúce v plynnom prostredí. Tu už výpočet neprebiehal na molekulárnej, ale na atómovej úrovni, na priesečníku chémie a kvantovej fyziky. Tieto procesy sú zložitejšie ako tie, ktoré sa vyskytujú pri generovaní laserového lúča. To je dôvod, prečo laser funguje už dlho, ale detonačný motor nie. Na pochopenie týchto procesov bolo potrebné vytvoriť novú fundamentálnu vedu – fyzikálno-chemickú kinetiku, ktorá pred 50 rokmi neexistovala. A na praktický výpočet podmienok, za ktorých detonačná vlna nevyhasne, ale stane sa sebestačná, boli potrebné výkonné počítače, ktoré sa objavili až v posledných rokoch. Toto je základ, ktorý bolo potrebné položiť pre praktický úspech pri krotení detonácie.
Aktívna práca v tomto smere prebieha v Spojených štátoch. Tieto štúdie vykonávajú Pratt & Whitney, General Electric a NASA. Napríklad výskumné laboratórium amerického námorníctva vyvíja pre flotilu jednotky s rotačnými detonačnými plynovými turbínami. Americké námorníctvo používa 430 jednotky s plynovou turbínou na 129 lodiach spotrebujú ročne palivo v hodnote troch miliárd dolárov. Zavedenie ekonomickejšej detonácie motory s plynovou turbínou(GTD) vám umožní ušetriť obrovské množstvo peňazí.
V Rusku na detonačných motoroch pracovali a stále pracujú desiatky výskumných ústavov a konštrukčných kancelárií. Medzi nimi je NPO Energomash, popredná spoločnosť zaoberajúca sa výrobou motorov v ruskom vesmírnom priemysle, s mnohými podnikmi VTB Bank spolupracuje. Vývoj detonačného raketového motora na kvapalné palivo prebieha už dlhé roky, ale aby sa špička ľadovca tohto diela trblietala na slnku v podobe úspešného testu, organizačná a finančná spoluúčasť o.z. bola potrebná známa nadácia Advanced Research Foundation (APF). Bola to FPI, ktorá prideľovala potrebné finančné prostriedky za vytvorenie špecializovaného laboratória v roku 2014 „Detonačné kvapalné raketové motory“. Napokon, napriek 70 rokom výskumu zostáva táto technológia v Rusku stále „príliš sľubná“ na to, aby ju mohli financovať zákazníci ako ministerstvo obrany, ktorí spravidla potrebujú zaručený praktický výsledok. A k tomu je ešte veľmi dlhá cesta.
Skrotenie zlej ženy
Chcel by som veriť, že po všetkom, čo bolo povedané vyššie, sa ozrejmí titánska práca, ktorá sa objavuje medzi riadkami krátkej správy o testoch, ktoré sa uskutočnili v Energomaši v Chimki v júli až auguste 2016: „Po prvýkrát v r. svet, ustálený režim nepretržitej rotácie detonácie priečnych detonačných vĺn s frekvenciou asi 20 kHz (frekvencia rotácie vĺn - 8 000 otáčok za sekundu) na palivovom páre „kyslík - petrolej“. Bolo možné získať niekoľko detonačných vĺn, ktoré navzájom vyrovnávali vibrácie a nárazové zaťaženie. Tepelne ochranné nátery špeciálne vyvinuté v M.V Keldysh Center pomohli vyrovnať sa s vysokým teplotným zaťažením. Motor vydržal niekoľko štartov v podmienkach extrémneho zaťaženia vibráciami a ultravysokými teplotami bez chladenia vrstvy stien. Osobitnú úlohu v tomto úspechu zohralo vytváranie matematických modelov a vstrekovače paliva, čo umožnilo získať zmes konzistencie potrebnej na to, aby došlo k detonácii.“
Samozrejme, netreba preháňať význam dosiahnutého úspechu. Vznikol len demonštračný motor, ktorý fungoval relatívne krátko a o tom skutočné vlastnosti nič sa nehlási. Podľa NPO Energomash detonačný raketový motor na kvapalné palivo pri spaľovaní rovnakého množstva paliva ako v klasickom motore zvýši ťah o 10 % a špecifický impulz ťahu by sa mal zvýšiť o 10–15 %.
Ale hlavným výsledkom je, že možnosť organizácie detonačného spaľovania v motoroch na kvapalné palivo bola prakticky potvrdená. Avšak, cesta k použitiu tejto technológie ako súčasť skutočného lietadla Pred nami je ešte dlhá cesta. Ďalší dôležitý aspekt je, že našej krajine je teraz pridelená ďalšia svetová priorita v oblasti špičkových technológií: po prvýkrát na svete začal v Rusku fungovať detonačný raketový motor na kvapalné palivo v plnej veľkosti a táto skutočnosť zostane v histórii veda a technika. publikovaný
Kým celé pokrokové ľudstvo z krajín NATO sa pripravuje na začatie testovania detonačného motora (testy môžu prebehnúť v roku 2019 (alebo skôr oveľa neskôr)), v zaostalom Rusku ohlásili ukončenie testov takéhoto motora.
Oznámili to úplne pokojne a bez toho, aby niekoho vystrašili. Ale na Západe sa podľa očakávania zľakli a začalo hysterické zavýjanie – zostaneme pozadu do konca života. Práce na detonačnom motore (DE) prebiehajú v USA, Nemecku, Francúzsku a Číne. Vo všeobecnosti existuje dôvod domnievať sa, že Irak má záujem o vyriešenie problému a Severná Kórea- veľmi sľubný vývoj, čo vlastne znamená nová etapa v raketovej vede. A celkovo v konštrukcii motorov.
Myšlienku detonačného motora prvýkrát vyslovil v roku 1940 sovietsky fyzik Ya.B. Zeldovič. A vytvorenie takéhoto motora sľubovalo obrovské výhody. Napríklad pre raketový motor:
- Výkon sa v porovnaní s konvenčným raketovým motorom zvýši 10 000-krát. V tomto prípade hovoríme o výkone získanom na jednotku objemu motora;
- 10-krát menej paliva na jednotku výkonu;
- DD je jednoducho výrazne (niekoľkokrát) lacnejší ako štandardný kvapalný raketový motor.
Kvapalný raketový motor je taký veľký a veľmi drahý horák. A je to drahé, pretože udržiavanie stabilného spaľovania vyžaduje veľké množstvo mechanických, hydraulických, elektronických a iných mechanizmov. Veľmi zložitá výroba. Také zložité, že Spojené štáty už mnoho rokov neboli schopné vytvoriť vlastný raketový motor na kvapalné palivo a sú nútené kúpiť RD-180 z Ruska.
Rusko veľmi skoro dostane sériovo vyrábaný, spoľahlivý, lacný ľahký raketový motor. So všetkými z toho vyplývajúcimi dôsledkami:
raketa unesie mnohonásobne viac užitočné zaťaženie– samotný motor váži podstatne menej, na deklarovaný dolet je potrebných 10x menej paliva. Alebo môžete jednoducho zvýšiť tento rozsah 10-krát;
náklady na raketu sa znížia niekoľkonásobne. To je dobrá odpoveď pre tých, ktorí radi organizujú preteky v zbrojení s Ruskom.
A potom je tu hlboký vesmír... Jednoducho fantastické vyhliadky na jeho prieskum sa otvárajú.
Američania však majú pravdu a na priestor teraz nie je čas – už teraz sa pripravujú balíky sankcií, aby sa v Rusku nestal detonačný motor. Budú zasahovať zo všetkých síl - naši vedci urobili veľmi vážnu ponuku na vedenie.
7. februára 2018 Značky: 2311Diskusia: 3 komentáre
* Výkon sa zvyšuje 10 000-krát v porovnaní s konvenčným raketovým motorom. V tomto prípade hovoríme o výkone získanom na jednotku objemu motora;
10-krát menej paliva na jednotku výkonu;
—————
Nejako sa to nezhoduje s inými publikáciami:
„V závislosti od konštrukcie môže prekonať pôvodný raketový motor na kvapalné palivo z hľadiska účinnosti od 23 do 27 % pri typickej konštrukcii s expandujúcou tryskou až do 36-37 % nárastu VRE (klinové vzduchové raketové motory )
Sú schopné meniť tlak vytekajúceho prúdu plynu v závislosti od atmosférického tlaku a ušetria až 8-12% paliva v celom úseku štartu konštrukcie (hlavná úspora nastáva v malých výškach, kde dosahuje 25-30 %).“
Zvažuje sa problém vývoja rotačných detonačných motorov. Uvádzame hlavné typy takýchto motorov: Nicholsov rotačný detonačný motor, Wojciechowski motor. Zvažujú sa hlavné smery a trendy vo vývoji konštrukcie detonačných motorov. Ukazuje sa, že moderné koncepcie rotačného detonačného motora nemôžu v zásade viesť k vytvoreniu funkčného dizajnu, ktorý by svojimi charakteristikami prevyšoval existujúce motory dýchajúce vzduch. Dôvodom je túžba konštruktérov spojiť generovanie vĺn, spaľovanie paliva a vyhadzovanie paliva a okysličovadla do jedného mechanizmu. V dôsledku samoorganizácie štruktúr rázových vĺn dochádza k detonačnému horeniu skôr v minimálnom ako maximálnom objeme. Skutočným výsledkom, ktorý sa dnes dosahuje, je detonačné spaľovanie v objeme nepresahujúcom 15 % objemu spaľovacej komory. Riešenie je vidieť v inom prístupe - najprv sa vytvorí optimálna konfigurácia rázových vĺn a až potom sa do tohto systému privedú zložky paliva a vo veľkom objeme sa zorganizuje optimálne detonačné spaľovanie.
detonačný motor
rotačný detonačný motor
motor Wojciechowski
kruhová detonácia
spinová detonácia
pulzný detonačný motor
1. Voitsekhovsky B.V., Mitrofanov V.V., Topchiyan M.E., Štruktúra detonačného frontu v plynoch. – Novosibirsk: Vydavateľstvo Sibírskej pobočky Akadémie vied ZSSR, 1963.
2. Uskov V.N., Bulat P.V. K problému návrhu ideálneho difúzora na stláčanie nadzvukového toku // Fundamental Research. – 2012. – Číslo 6 (1. časť). – s. 178–184.
3. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. História štúdia nepravidelného odrazu rázovej vlny od osi symetrie nadzvukového prúdu so vznikom Machovho disku // Fundamental Research. – 2012. – Číslo 9 (2. časť). – s. 414–420.
4. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Zdôvodnenie aplikácie stacionárneho Machovho konfiguračného modelu na výpočet Machovho disku v nadzvukovom prúde // Fundamental Research. – 2012. – Číslo 11 (1. časť). – s. 168–175.
5. Shchelkin K.I. Nestabilita horenia a detonácie plynov // Pokroky vo fyzikálnych vedách. – 1965. – T. 87, číslo. 2.– s. 273–302.
6. Nichols J.A., Wilkmson H.R., Morrison R.B. Prerušovaná detonácia ako mechanizmus na vytváranie dôvery // Jet Propulsion. – 1957. – Číslo 21. – S. 534–541.
Rotačné detonačné motory
Všetky typy rotačných detonačných motorov (RDE) majú spoločné to, že systém prívodu paliva je spojený so systémom spaľovania paliva v detonačnej vlne, ale potom všetko funguje ako pri klasickom prúdovom motore - plameňová trubica a tryska. Práve táto skutočnosť iniciovala takúto aktivitu v oblasti modernizácie motorov s plynovou turbínou (GTE). Zdá sa byť atraktívne nahradiť iba zmiešavaciu hlavu a systém zapaľovania zmesi v motore s plynovou turbínou. K tomu je potrebné zabezpečiť kontinuitu detonačného horenia napríklad spustením detonačnej vlny v kruhu. Nichols bol jedným z prvých, ktorí navrhli takúto schému v roku 1957, potom ju vyvinul a v polovici 60. rokov uskutočnil sériu experimentov s rotujúcou detonačnou vlnou (obr. 1).
Úpravou priemeru komory a hrúbky prstencovej medzery je možné pre každý typ palivovej zmesi zvoliť takú geometriu, aby detonácia bola stabilná. V praxi sa pomer veľkosti medzery a priemeru motora ukazuje ako neprijateľný a je potrebné regulovať rýchlosť šírenia vĺn riadením dodávky paliva, ako je uvedené nižšie.
Rovnako ako v pulzných detonačných motoroch je kruhová detonačná vlna schopná vyhodiť okysličovadlo, čo umožňuje použitie RDE pri nulových rýchlostiach. Táto skutočnosť si vyžiadala množstvo experimentálnych a výpočtových štúdií RDE s prstencovou spaľovacou komorou a samovoľným vyhadzovaním zmes paliva a vzduchu, ktoré tu nemá zmysel uvádzať. Všetky sú postavené podľa približne rovnakej schémy (obr. 2), pripomínajúcej schému Nicholsovho motora (obr. 1).
Ryža. 1. Schéma organizácie nepretržitej kruhovej detonácie v prstencovej medzere: 1 - detonačná vlna; 2 - vrstva „čerstvej“ palivovej zmesi; 3 - prerušenie kontaktu; 4 - šikmá rázová vlna šíriaca sa po prúde; D - smer pohybu detonačnej vlny
Ryža. 2. Typická schéma RDE: V - rýchlosť voľného prúdu; V4 - rýchlosť prúdenia na výstupe z dýzy; a - čerstvý palivový súbor, b - čelo detonačnej vlny; c - pripojená šikmá rázová vlna; d - produkty spaľovania; p(r) - rozloženie tlaku na stene kanála
Rozumnou alternatívou k Nicholsovej schéme by bola inštalácia viacerých palivovo-oxidačných trysiek, ktoré by vstrekovali zmes paliva a vzduchu do oblasti bezprostredne pred detonačnou vlnou podľa určitého zákona s daným tlakom (obr. 3). Úpravou tlaku a rýchlosti prívodu paliva do spaľovacej oblasti za detonačnou vlnou je možné ovplyvniť rýchlosť jej šírenia proti prúdu. Tento smer je perspektívny, ale hlavným problémom pri navrhovaní takýchto RDE je, že bežne používaný zjednodušený model prúdenia v čele detonačného spaľovania vôbec nezodpovedá realite.
Ryža. 3. RDE s riadeným prívodom paliva do spaľovacieho priestoru. Rotačný motor Wojciechowski
Hlavné nádeje vo svete sú spojené s detonačnými motormi pracujúcimi podľa schémy rotačný motor Voitsekhovský. V roku 1963 B.V. Voitsekhovsky analogicky so spinovou detonáciou vyvinul schému kontinuálneho spaľovania plynu za trojitým usporiadaním rázových vĺn cirkulujúcich v prstencovom kanáli (obr. 4).
Ryža. Obr. 4. Wojciechowski diagram kontinuálneho spaľovania plynu za trojitým usporiadaním rázových vĺn cirkulujúcich v prstencovom kanáli: 1 - čerstvá zmes; 2 - dvojnásobne stlačená zmes za trojitou konfiguráciou rázových vĺn, oblasť detonácie
V tomto prípade sa stacionárny hydrodynamický proces so spaľovaním plynu za rázovou vlnou líši od schémy detonácie Chapman-Jouguet a Zeldovich-Neuman. Tento proces je pomerne stabilný, jeho trvanie je určené prísunom palivovej zmesi a v známych experimentoch predstavuje niekoľko desiatok sekúnd.
Konštrukcia Wojciechowského detonačného motora slúžila ako prototyp pre početné štúdie rotácie a rotácie detonačné motory̆ zahájená v posledných 5 rokoch. Tento dizajn predstavuje viac ako 85 % všetkých štúdií. Všetky majú jednu organickú nevýhodu - detonačná zóna zaberá príliš malú časť celkovej zóny horenia, zvyčajne nie viac ako 15%. Výsledkom je, že špecifický výkon motorov je horší ako u motorov tradičnej konštrukcie.
O dôvodoch zlyhaní pri implementácii Woitsekhovského schémy
Väčšina prác na motoroch s nepretržitou detonáciou je spojená s vývojom Wojciechowského koncepcie. Napriek viac ako 40-ročnej histórii výskumu zostali výsledky reálne na úrovni roku 1964. Podiel detonačného horenia nepresahuje 15 % objemu spaľovacej komory. Zvyšok je pomalé horenie za podmienok, ktoré nie sú ani zďaleka optimálne.
Jedným z dôvodov tohto stavu je nedostatok použiteľnej metódy výpočtu. Keďže prúdenie je trojrozmerné a pri výpočte sa zohľadňujú len zákony zachovania hybnosti na rázovej vlne v smere kolmom na modelové čelo detonácie, výsledky výpočtu sklonu rázových vĺn k prúdeniu splodín horenia sa líšia od experimentálne pozorovaných o viac ako 30 %. Dôsledkom toho je, že napriek dlhoročnému výskumu rôzne systémy zásobovanie palivom a experimenty so zmenou pomeru zložiek paliva, všetko, čo bolo možné urobiť, bolo vytvoriť modely, v ktorých dochádza k detonačnému horeniu a udržiava sa 10-15 s. Nehovorí sa o zvyšovaní účinnosti alebo výhodách oproti existujúcim motorom na kvapalné palivo a motorom s plynovou turbínou.
Analýza existujúcich schém RDE vykonaná autormi projektu ukázala, že všetky dnes ponúkané schémy RDE sú v zásade neúčinné. Detonačné horenie sa vyskytuje a je úspešne udržiavané, ale len v obmedzenej miere. Vo zvyšku objemu máme do činenia s obvyklým pomalým spaľovaním a za neoptimálnym systémom rázových vĺn, čo vedie k výrazným stratám celkový tlak. Okrem toho je tlak aj niekoľkonásobne nižší, ako je potrebné pre ideálne podmienky spaľovania pri stechiometrickom pomere zložiek palivovej zmesi. Ako výsledok merná spotreba palivo na jednotku ťahu je o 30-40% vyššie ako u tradičných motorov.
Ale väčšina hlavný problém je samotný princíp organizácie nepretržitej detonácie. Ako ukázali štúdie kontinuálnej kruhovej detonácie uskutočnené v 60-tych rokoch, čelo detonačného spaľovania je komplexná štruktúra rázovej vlny pozostávajúca z najmenej dvoch trojitých konfigurácií (približne konfigurácií trojitej rázovej vlny. Takáto konštrukcia s pripojenou detonačnou zónou, ako ktorákoľvek iná termodynamický systém so spätnou väzbou, ponechaný sám, má tendenciu zaujať polohu zodpovedajúcu minimálnej úrovni energie. Výsledkom je, že trojité konfigurácie a oblasť detonačného spaľovania sa navzájom prispôsobujú tak, aby sa čelo detonácie pohybovalo pozdĺž prstencovej medzery s čo najmenšou mierou. objem detonačného spaľovania je presne opačný ako cieľ, ktorý si konštruktéri motorov stanovili pre detonačné spaľovanie.
Na tvorenie efektívny motor RDE potrebuje vyriešiť problém vytvorenia optimálnej trojitej konfigurácie rázových vĺn a usporiadania zóny detonačného spaľovania v nej. Optimálne štruktúry rázových vĺn musia byť vytvorené v rôznych oblastiach technické zariadenia, napríklad v optimálnych difúzoroch nadzvukových prívodov vzduchu. Hlavnou úlohou je maximalizovať možné zvýšenie podielu detonačného horenia na objeme spaľovacej komory z dnes neprijateľných 15 % na minimálne 85 %. Existujúce konštrukcie motorov založené na návrhoch Nicholsa a Wojciechowského nedokážu túto úlohu splniť.
Recenzenti:Uskov V.N., doktor technických vied, profesor Katedry hydroaeromechaniky Štátnej univerzity v Petrohrade, Fakulta matematiky a mechaniky, Petrohrad;
Emelyanov V.N., doktor technických vied, profesor, vedúci Katedry dynamiky plazmového plynu a tepelného inžinierstva, BSTU "VOENMEH" pomenovaný po. D.F. Ustinova, Petrohrad.
Dielo obdržala redaktorka 14.10.2013.
Bibliografický odkaz
Bulat P.V., Prodan N.V. PREHĽAD PROJEKTOV DETONAČNÝCH MOTOROV. ROTAČNÉ DETONAČNÉ MOTORY // Základný výskum. – 2013. – č.10-8. – S. 1672-1675;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32642 (dátum prístupu: 29.07.2019). Dávame do pozornosti časopisy vydávané vydavateľstvom „Akadémia prírodných vied“
