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. IN 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 raketový motor na kvapalné palivo.
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 10-krát 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 %).“
V Rusku bol testovaný pulzujúci detonačný motor
Lyulka Experimental Design Bureau vyvinul, vyrobil a otestoval prototyp pulzujúceho rezonátorového detonačného motora s dvojstupňovým spaľovaním zmesi petroleja a vzduchu. Ako uvádza ITAR-TASS, priemerný nameraný ťah motora bol asi sto kilogramov a trvanie nepretržitá prevádzka─ viac ako desať minút. Do konca tohto roka má Design Bureau v úmysle vyrobiť a otestovať pulzujúci detonačný motor plnej veľkosti.
Podľa hlavného dizajnéra Lyulka Design Bureau Alexandra Tarasova počas testov, ktoré simulovali prevádzkové režimy, charakteristické pre prúdové a náporové motory. Namerané hodnoty špecifického ťahu a merná spotreba palivá sa ukázali byť o 30-50 percent lepšie ako konvenčný vzduch prúdové motory. Počas experimentov sa nový motor opakovane zapínal a vypínal, ako aj kontrola trakcie.
Na základe vykonaného výskumu, údajov získaných z testovania, ako aj analýzy návrhu obvodu, má Lyulka Design Bureau v úmysle navrhnúť vývoj celej rodiny pulzujúcich detonácií. letecké motory. Najmä pre bezpilotné lietadlá môžu byť vytvorené motory s krátkou životnosťou. lietadla a raketové a letecké motory s cestovným nadzvukovým letovým režimom.
V budúcnosti sa na základe nových technológií môžu vytvárať motory pre raketové a vesmírne systémy a kombinované elektrárne pre lietadlá schopné lietať v atmosfére aj mimo nej.
Podľa konštrukčného úradu nové motory zvýšia pomer ťahu k hmotnosti lietadla 1,5 až 2-krát. Navyše pri použití takýchto elektrární sa môže letový dosah či hmotnosť leteckých zbraní zvýšiť o 30 – 50 percent. Zároveň bude špecifická hmotnosť nových motorov 1,5-2 krát menšia ako u bežných prúdových elektrární.
V marci 2011 bolo oznámené, že v Rusku prebiehajú práce na vytvorení pulzujúceho detonačného motora. Uviedol to vtedy Ilya Fedorov, výkonný riaditeľ združenia pre výskum a výrobu Saturn, ktorého súčasťou je aj Lyulka Design Bureau. Fedorov nespresnil, o akom type detonačného motora sa hovorilo.
V súčasnosti sú známe tri typy pulzujúcich motorov: ventilový, bezventilový a detonačný. Princíp činnosti týchto elektrární je periodicky privádzať palivo a okysličovadlo do spaľovacej komory, kde sa palivová zmes zapáli a produkty spaľovania vytekajú z dýzy a vytvárajú prúdový ťah. Rozdielom od bežných prúdových motorov je detonačné spaľovanie palivovej zmesi, pri ktorom sa rozprestiera čelo spaľovania vyššia rýchlosť zvuk.
Pulzujúci prúdový motor bol vynájdený koncom 19. storočia švédskym inžinierom Martinom Wibergom. Pulzujúci motor sa považuje za jednoduchý a lacný na výrobu, ale vzhľadom na vlastnosti spaľovania paliva je nespoľahlivý. Nový typ motora bol prvýkrát použitý vo výrobe počas druhej svetovej vojny na nemeckých riadených raketách V-1. Boli vybavené motorom Argus As-014 od Argus-Werken.
V súčasnosti sa niekoľko veľkých obranných firiem vo svete zaoberá výskumom vývoja vysoko účinných pulzných prúdových motorov. Práce vykonáva najmä francúzska spoločnosť SNECMA a americká General Electric a Pratt & Whitney. V roku 2012 americké námorné výskumné laboratórium oznámilo svoj zámer vyvinúť rotačný detonačný motor, ktorý by nahradil konvenčné elektrárne s plynovou turbínou na lodiach.
Rotačné detonačné motory sa líšia od pulzujúcich v tom, že detonačné spaľovanie palivovej zmesi v nich prebieha nepretržite ─ čelo spaľovania sa pohybuje v prstencovej spaľovacej komore, v ktorej palivovej zmesi je neustále aktualizovaný.
Prieskum vesmíru je nedobrovoľne spojený s vesmírnymi loďami. 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. Konštruktéri z Ruska zašli ešte ďalej a podarilo sa im vyvinúť detonačný raketový motor, ktorého testy skončili úspechom. Tento úspech možno nazvať skutočným prielomom v oblasti vesmírneho inžinierstva.
Nové príležitosti
Prečo sa obviňujú detonačné motory? veľké nádeje? Podľa výpočtov vedcov bude ich výkon 10-tisíckrát väčší ako výkon existujúcich raketových motorov. Zároveň spotrebujú oveľa menej paliva a ich výroba bude lacná a zisková. S čím to súvisí?
Všetko je to o oxidačnej reakcii paliva. Ak moderné rakety používajú proces deflagrácie - 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 Ruská verzia Detonačný motor študovalo špecializované laboratórium „Detonačné kvapalné raketové motory“ ako súčasť výrobného komplexu Energomash.
Prevaha nových motorov
Výskum a vývoj detonačné motory Poprední svetoví vedci sa ním zaoberajú 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 je v kontinuálnom prevádzkovom procese palivo dodávané kontinuálne do spaľovacej komory, 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, s využitím týchto výhod, 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 % účinnejší ako pri prevádzke iných zariadení. Okrem toho bolo experimentálne potvrdené, že s nárastom množstva dodávaného paliva sa zvyšuje ťah, ako aj počet detonačných vĺn a frekvencia rotácie.
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 prevádzku 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 veľká kvantita uvoľnená tepelná energia. V súčasnosti sa vyvíja špeciálny náter, ktorý zabezpečí funkčnosť spaľovacej komory pod vplyvom vysokej teploty.
Špeciálne miesto v daľší výskum zahŕňa 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.
Detonačný motor sa často považuje za alternatívu štandardný motor vnútorné spaľovanie alebo raketa. Je opradená mnohými mýtmi a legendami. Tieto legendy sa rodia a žijú len preto, že ľudia, ktorí ich šíria, zabudli školský kurz fyzikov, alebo ho dokonca úplne preskočilo!
Zvýšenie špecifického výkonu alebo ťahu
Prvá mylná predstava.
Zvýšením rýchlosti spaľovania paliva až 100-násobne bude možné zvýšiť špecifický (na jednotku pracovného objemu) výkon spaľovacieho motora. Pre raketové motory pracujúce v detonačných režimoch sa ťah na jednotku hmotnosti zvýši 100-krát.
Poznámka: Ako vždy nie je jasné, o akej hmotnosti hovoríme - o hmotnosti pracovnej tekutiny alebo celej rakety ako celku.
Medzi rýchlosťou horenia paliva a špecifickým výkonom neexistuje vôbec žiadna súvislosť.
Existuje vzťah medzi kompresným pomerom a hustotou výkonu. Pre benzínové motory s vnútorným spaľovaním je kompresný pomer asi 10. V motoroch využívajúcich detonačný režim sa môže zvýšiť približne 2-krát, čo sa presne realizuje v dieselové motory, ktoré už majú kompresný pomer okolo 20. V skutočnosti fungujú v detonačnom režime. To je, samozrejme, kompresný pomer sa dá zvýšiť, ale po detonácii to nikto nepotrebuje! O žiadnom 100-krát nemôže byť ani reči!! Navyše pracovný objem spaľovacieho motora je povedzme 2 litre, objem celého motora je 100 alebo 200 litrov objemová úspora bude 1%!!! Ale dodatočná „spotreba“ (hrúbka steny, nové materiály atď.) sa nebude merať v percentách, ale v časoch alebo desiatkach krát!!
Pre referenciu. Vykonaná práca je úmerná, zhruba povedané, V*P (adiabatický proces má koeficienty, ale to teraz nemení podstatu). Ak sa objem zníži 100-krát, počiatočný tlak by sa mal zvýšiť rovnako 100-krát! (robiť rovnakú prácu).
Litrový výkon sa môže zvýšiť, ak sa úplne upustí od stláčania alebo sa ponechá na rovnakej úrovni, ale dodávajú sa uhľovodíky (v viac) a čistý kyslík v hmotnostnom pomere cca 1:2,6-4 podľa zloženia uhľovodíkov, prípadne aj tekutý kyslík (kde sa to už stalo :-)). Potom je možné zvýšiť objem litrov aj účinnosť (kvôli zvýšeniu „expanzného pomeru“, ktorý môže dosiahnuť 6 000!). Čo však stojí v ceste, je schopnosť spaľovacej komory odolávať takýmto tlakom a teplotám, ako aj potreba „kŕmiť sa“ nie atmosférickým kyslíkom, ale skladovaným čistým alebo dokonca tekutým kyslíkom!
V skutočnosti je niečo podobné ako použitie oxidu dusného. Oxid dusný je jednoducho spôsob, ako priviesť do spaľovacej komory zvýšené množstvo kyslíka.
Ale tieto metódy nemajú nič spoločné s detonáciou!!
Môžete navrhnúť ďalší vývoj Takéto exotické spôsoby, ako zvýšiť litrový výkon, sú použitie fluóru namiesto kyslíka. Ide o silnejšie oxidačné činidlo, t.j. reakcie s ním nastávajú s veľkým uvoľnením energie.
Zvýšenie rýchlosti prúdového prúdu
Druhý.
V raketových motoroch využívajúcich detonačné prevádzkové režimy v dôsledku skutočnosti, že režim spaľovania nastáva pri rýchlostiach vyšších ako je rýchlosť zvuku v danom prostredí (ktorá závisí od teploty a tlaku), sa tlakové a teplotné parametre v spaľovacej komore niekoľkonásobne zvyšujú. krát, rýchlosť odchádzajúceho prúdu zvyšuje prúdy. To úmerne zlepšuje všetky parametre podobný motor, okrem iného znižuje svoju hmotnosť a spotrebu, a tým aj potrebnú zásobu paliva.
Ako je uvedené vyššie, kompresný pomer nemožno zvýšiť viac ako 2-krát. Ale opäť rýchlosť prúdenia plynov závisí od dodanej energie a ich teploty! (Zákon zachovania energie). Pri rovnakom množstve energie (rovnakom množstve paliva) možno rýchlosť zvýšiť len znížením ich teploty. Ale tomu už bránia zákony termodynamiky.
Detonačné raketové motory sú budúcnosťou medziplanetárnych letov
Mylná predstava číslo tri.
Iba raketové motory založené na detonačných technológiách umožňujú získať rýchlostné parametre potrebné na medziplanetárne cestovanie na základe chemickej oxidačnej reakcie.
Toto je prinajmenšom logicky konzistentný omyl. Vyplýva to z prvých dvoch.
Žiadna technológia nedokáže z oxidačnej reakcie nič vytlačiť! Aspoň pre známe látky. Rýchlosť výdychu je určená energetickou bilanciou reakcie. Časť tejto energie sa podľa zákonov termodynamiky môže premeniť na prácu (kinetická energia). Tie. aj keby sa všetka energia zmenila na kinetickú, tak je to hranica založená na zákone zachovania energie a nedá sa prekonať žiadnymi detonáciami, stupňami stlačenia atď.
Okrem energetická bilancia Veľmi dôležitý parameter- „energia na nukleón“. Ak urobíte malé výpočty, zistíte, že oxidačná reakcia atómu uhlíka (C) dáva 1,5-krát viac energie ako oxidačná reakcia molekuly vodíka (H2). Ale vzhľadom na skutočnosť, že produkt oxidácie uhlíka (CO2) je 2,5-krát ťažší ako produkt oxidácie vodíka (H2O), rýchlosť prúdenia plynu z vodíkové motory o 13 %. Je pravda, že musíme vziať do úvahy aj tepelnú kapacitu produktov spaľovania, ale to dáva veľmi malú korekciu.
Ruská federácia ako prvá na svete úspešne otestovala detonačný kvapalný raketový motor. Nová elektráreň vznikla v NPO Energomash. Je to úspech pre ruský raketový a vesmírny priemysel, povedal korešpondentovi Federálna agentúra správy vedecký publicista Alexander Galkin.
Ako sa uvádza na oficiálnej webovej stránke Nadácie pre pokročilý výskum, ťah v novom motore sa vytvára kontrolovanými výbuchmi počas interakcie dvojice kyslík-kerozín.
„Význam úspechu týchto testov pre rýchly rozvoj výroby domácich motorov možno len ťažko preceňovať […] Budúcnosť spočíva v raketových motoroch tohto druhu,“ povedal námestník. generálny riaditeľ A hlavný dizajnér NPO "Energomash" Vladimír Chvanov.
Treba poznamenať, že inžinieri spoločnosti pracovali na úspešnom testovaní novej elektrárne posledné dva roky. Výskumné práce vykonali vedci z Novosibirského inštitútu hydrodynamiky pomenovaného po. M.A. Lavrentyev zo sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied a Moskovského leteckého inštitútu.
„Myslím si, že toto je nové slovo v raketovom priemysle a dúfam, že bude užitočné pre ruskú kozmonautiku. Energomash je teraz jedinou štruktúrou, ktorá vyvíja raketové motory a úspešne ich predáva. Nedávno vyrobili pre Američanov motor RD-181, ktorý je z hľadiska celkového výkonu slabší ako osvedčený RD-180. Faktom ale je, že v konštrukcii motorov sa objavil nový trend – znižovanie hmotnosti palubného vybavenia vesmírne lode spôsobuje, že motory sú menej výkonné. K tomu dochádza znížením výstupnej hmotnosti. Musíme teda zaželať úspech vedcom a inžinierom spoločnosti Energomash, ktorá pracuje a niečo dosahuje. Stále máme kreatívne hlavy,“ je si istý Alexander Galkin.
Treba poznamenať, že samotný princíp vytvárania prúdového prúdu prostredníctvom riadených výbuchov môže vyvolať otázky o bezpečnosti budúcich letov. Netreba sa však obávať, keďže rázová vlna víri v spaľovacom priestore motora.
„Som si istý, že prídu so systémom tlmenia vibrácií pre nové motory, pretože v princípe tradičné nosné rakety, ktoré boli vyvinuté späť Sergej Pavlovič Korolev A Valentina Petrovič Glushko, tiež dal silné vibrácie na trup lode. Ale nejako vyhrali, našli spôsob, ako uhasiť kolosálne otrasy. Tu bude všetko po starom,“ uzatvára odborník.
V súčasnosti zamestnanci NPO Energomash vykonávajú ďalší výskum s cieľom stabilizovať trakciu a znížiť zaťaženie nosnej konštrukcie elektrárne. Ako bolo uvedené v podniku, prevádzka palivového páru kyslík-petrolej a samotný princíp vytvárania zdvíhacej sily zaisťuje nižšiu spotrebu paliva pri viac energie. V budúcnosti sa začne testovanie modelu v plnej veľkosti a možno bude slúžiť na vynášanie nákladu alebo dokonca astronautov na obežnú dráhu okolo planéty.
