Pulsni detonacijski motor kao revolucionarna tehnologija u Rusiji. Gorivo eksplodira - normalan let Kako radi detonacijski raketni motor?

Uspješno su testirani takozvani detonacijski uređaji raketni motorišto je dalo vrlo zanimljive rezultate. Razvojni rad u ovom smjeru će se nastaviti.

Više od devedeset posto raketa-nosača u Rusiji polijeće na motorima Energomash. Foto: Olesja Kurpjajeva

Detonacija je eksplozija. Može li se to učiniti upravljivim? Je li moguće stvoriti hipersonično oružje temeljeno na takvim motorima? Koji će raketni motori lansirati nenaseljena vozila i vozila s posadom u bliski svemir? O tome je bio naš razgovor sa zamjenikom generalnog direktora - glavnim dizajnerom NPO Energomash nazvanog po akademiku V. P. Glushku, Petrom Levochkinom.

Petre Sergeevich, koje mogućnosti otvaraju novi motori?

Petar Levočkin: Ako govorimo o bliskoj budućnosti, danas radimo na motorima za rakete kao što su Angara A5V i Soyuz-5, kao i druge koji su u fazi projektiranja i nepoznati su široj javnosti. Općenito, naši su motori dizajnirani za podizanje rakete s površine nebeskog tijela. A može biti bilo što - zemaljsko, lunarno, marsovsko. Dakle, ako se provedu lunarni ili marsovski programi, sigurno ćemo u njima sudjelovati.

Kakva je učinkovitost suvremenih raketnih motora i postoje li načini za njihovo poboljšanje?

Petar Levočkin: Ako govorimo o energetskim i termodinamičkim parametrima motora, onda možemo reći da su naši, kao i najbolji inozemni kemijski raketni motori, danas dosegnuli određeno savršenstvo. Na primjer, potpunost izgaranja goriva doseže 98,5 posto. Odnosno, gotovo sva kemijska energija goriva u motoru pretvara se u toplinsku energiju struje plina koja teče iz mlaznice.

Motori se mogu poboljšati u različitim smjerovima. To uključuje korištenje energetski intenzivnijih komponenti goriva, uvođenje novih sklopovskih rješenja i povećanje tlaka u komori za izgaranje. Drugi smjer je korištenje novih, uključujući aditivne, tehnologije kako bi se smanjio intenzitet rada i, kao posljedica toga, smanjio trošak raketnog motora. Sve to dovodi do smanjenja troškova lansiranog korisnog tereta.

Međutim, pomnijim ispitivanjem postaje jasno da je povećanje energetskih karakteristika motora na tradicionalan način neučinkovito.

Korištenje kontrolirane eksplozije pogonskog goriva može raketi dati brzinu osam puta veću od brzine zvuka

Zašto?

Petar Levočkin: Povećanje tlaka i protoka goriva u komori za izgaranje prirodno će povećati potisak motora. Ali to će zahtijevati povećanje debljine stijenki komore i pumpi. Kao rezultat toga, složenost strukture i njezina masa se povećavaju, energetski dobitak nije tako velik. Igra neće biti vrijedna svijeća.

Odnosno, raketni motori su iscrpili svoj razvojni resurs?

Petar Levočkin: Ne sigurno na taj način. U tehničkom smislu, oni se mogu poboljšati povećanjem učinkovitosti intramotornih procesa. Postoje ciklusi termodinamičke pretvorbe kemijske energije u energiju izlaznog mlaza, koji su puno učinkovitiji od klasičnog izgaranja raketnog goriva. Ovo je detonacijski ciklus izgaranja i blisko povezan Humphreyev ciklus.

Sam učinak detonacije goriva otkrio je naš sunarodnjak - kasnije akademik Yakov Borisovich Zeldovich još 1940. godine. Primjena ovog efekta u praksi obećavala je vrlo velike izglede u raketnoj znanosti. Nije iznenađujuće da su tih istih godina Nijemci aktivno proučavali proces izgaranja detonacije. Ali ne više sasvim uspješni eksperimenti nisu napredovali.

Teorijski proračuni su pokazali da je detonacijsko izgaranje 25 posto učinkovitije od izobaričnog ciklusa koji odgovara izgaranju goriva pri konstantnom tlaku, a koji se provodi u komorama suvremenih motora na tekuće pogonsko gorivo.

Koje su prednosti detonacijskog izgaranja u odnosu na klasično izgaranje?

Petar Levočkin: Klasični proces izgaranja je podzvučni. Detonacija – nadzvučna. Brzina reakcije u malom volumenu dovodi do enormnog oslobađanja topline - nekoliko je tisuća puta veća nego kod podzvučnog izgaranja, koje se provodi u klasičnim raketnim motorima s istom masom izgarajućeg goriva. A za nas, inženjere motora, to znači da sa znatno manjim dimenzijama detonacijskog motora i s malom masom goriva možemo dobiti isti potisak kao u ogromnim modernim raketnim motorima na tekuće gorivo.

Nije tajna da se u inozemstvu razvijaju i motori s detonacijskim izgaranjem goriva. Koje su naše pozicije? Jesmo li inferiorni, jesmo li na njihovoj razini ili vodimo?

Petar Levočkin: Ne popuštamo – to je sigurno. Ali ne mogu reći da smo u prednosti. Tema je dosta zatvorena. Jedna od glavnih tehnoloških tajni je kako osigurati da gorivo i oksidans raketnog motora ne izgore, već eksplodiraju, a da se ne uništi komora za izgaranje. Odnosno, napraviti pravu eksploziju kontroliranom i upravljivom. Za referencu: detonacija je izgaranje goriva u prednjem dijelu nadzvučnog udarnog vala. Razlikuju se impulsna detonacija, kada se udarni val kreće duž osi komore i jedan zamjenjuje drugi, kao i kontinuirana (spinska) detonacija, kada se udarni valovi u komori kreću kružno.

Koliko znamo, eksperimentalna istraživanja detonacijskog izgaranja provedena su uz sudjelovanje vaših stručnjaka. Kakvi su rezultati dobiveni?

Petar Levočkin: Radilo se na izradi modela komore raketnog motora s tekućom detonacijom. Na projektu je radila velika suradnja vodećih znanstvenih centara u Rusiji pod pokroviteljstvom Zaklade za napredna istraživanja. Među njima su Institut za hidrodinamiku nazvan. M.A. Lavrentiev, MAI, "Centar Keldysh", Središnji institut za inženjerstvo zrakoplovnih motora nazvan po. P.I. Baranova, Fakultet mehanike i matematike Moskovskog državnog sveučilišta. Predložili smo da se kao gorivo koristi kerozin, a kao oksidans plinoviti kisik. U procesu teorijskih i eksperimentalnih istraživanja potvrđena je mogućnost stvaranja detonacijskog raketnog motora pomoću takvih komponenti. Na temelju dobivenih podataka razvili smo, proizveli i uspješno ispitali model detonacijske komore s potiskom od 2 tone i tlakom u komori za izgaranje od oko 40 atm.

Taj je problem po prvi put riješen ne samo u Rusiji, nego iu svijetu. Pa je, naravno, bilo problema. Prvo, vezano za osiguranje stabilne detonacije kisika s kerozinom, i drugo, za osiguranje pouzdanog hlađenja vatrene stijenke komore bez hlađenja zavjese i niz drugih problema, čija je bit razumljiva samo stručnjacima.

Može li se detonacijski motor koristiti u hipersoničnim projektilima?

Petar Levočkin: To je i moguće i potrebno. Barem zato što je izgaranje goriva u njemu nadzvučno. A u tim motorima na kojima sada pokušavaju stvoriti kontrolirane hipersonične letjelice, izgaranje je podzvučno. A to stvara mnogo problema. Uostalom, ako je izgaranje u motoru podzvučno, a motor leti, recimo, brzinom od pet macha (jedan mach jednako brzini zvuk), trebate usporiti nadolazeći protok zraka u način rada zvuka. Sukladno tome, sva energija ovog kočenja pretvara se u toplinu, što dovodi do dodatnog pregrijavanja konstrukcije.

A u detonacijskom motoru proces izgaranja odvija se brzinom koja je najmanje dva i pol puta veća od brzine zvuka. I, sukladno tome, možemo povećati brzinu zrakoplova za ovaj iznos. Odnosno, ne govorimo više o pet, nego o osam zamaha. To je trenutno postižna brzina letjelica s hipersoničnim motorima, koji će koristiti princip detonacijskog izgaranja.

Petar Levočkin: To je teško pitanje. Upravo smo otvorili vrata u područje detonacijskog izgaranja. Postoji još mnogo toga što je ostalo neistraženo izvan okvira našeg istraživanja. Danas zajedno s RSC Energijom pokušavamo utvrditi kako bi u budućnosti mogao izgledati motor u cjelini s detonacijskom komorom u odnosu na gornje stupnjeve.

Na kojim motorima će čovjek letjeti na daleke planete?

Petar Levočkin: Po mom mišljenju, još dugo ćemo letjeti s tradicionalnim raketnim motorima na tekuće gorivo, poboljšavajući ih. Iako se sigurno razvijaju i drugi tipovi raketnih motora, npr. električni raketni motori (puno su učinkovitiji od raketnih motora na tekuće gorivo - njihov specifični impuls je 10 puta veći). Nažalost, današnji motori i lansirna vozila ne dopuštaju nam govoriti o stvarnosti masovnih međuplanetarnih, a još više međugalaktičkih letova. Ovdje je još uvijek sve na razini znanstvene fantastike: fotonski motori, teleportacija, levitacija, gravitacijski valovi. Iako su, s druge strane, prije nešto više od sto godina djela Julesa Vernea doživljavana kao čista fantazija. Možda se neće dugo čekati na revolucionarni iskorak u području na kojem radimo. Uključujući i područje praktičnog stvaranja raketa koje koriste energiju eksplozije.

Dosje "RG"

"Istraživačko-proizvodno društvo Energomash" osnovao je Valentin Petrovich Glushko 1929. godine. Sada nosi njegovo ime. Ovdje razvijaju i proizvode raketne motore na tekuće gorivo za prvi i, u nekim slučajevima, drugi stupanj raketa-nosača. NPO je razvio više od 60 različitih tekućina avionski motori. Lansiran je prvi satelit pomoću motora Energomash, prvi čovjek poletio u svemir, a lansirano je i prvo samohodno vozilo Lunohod-1. Danas više od devedeset posto lansirnih vozila u Rusiji polijeće pomoću motora razvijenih i proizvedenih u NPO Energomash.

Infografika "RG" / Alexander Smirnov / Sergey Ptichkin

Ispitivanja detonacijskih motora

Zaklada za napredne studije

Istraživačko-proizvodna udruga Energomash testirala je model komore raketnog motora s tekućom detonacijom s potiskom od dvije tone. To je u intervjuu za Rossiyskaya Gazeta izjavio glavni dizajner Energomasha Pyotr Levochkin. Prema njegovim riječima, ovaj model je radio na kerozin i kisik.

Detonacija je izgaranje bilo koje tvari u kojoj se širi fronta izgaranja veća brzina zvuk. U ovom slučaju, udarni val se širi kroz tvar, nakon čega slijedi kemijska reakcija uz oslobađanje velike količine topline. U modernim raketnim motorima izgaranje goriva odvija se podzvučnom brzinom; taj se proces naziva deflagracija.

Danas se detonacijski motori dijele na dvije glavne vrste: pulsne i rotacijske. Potonji se također nazivaju spin. U pulsni motori kratke eksplozije nastaju kada mali dijelovi smjese goriva i zraka izgaraju. Kod rotacijskog izgaranja, izgaranje smjese odvija se kontinuirano bez zaustavljanja.

Takve elektrane koriste prstenastu komoru za izgaranje u kojoj smjesa goriva opskrbljuje se sekvencijalno preko radijalno raspoređenih ventila. U takvim elektranama detonacija ne izumire - detonacijski val "trči" oko prstenaste komore za izgaranje, a smjesa goriva iza nje ima vremena da se obnovi. Rotacijski motor je prvi put proučavan u SSSR-u 1950-ih.

Detonacijski motori mogu raditi u širokom rasponu brzina leta - od nula do pet Machovih brojeva (0-6,2 tisuće kilometara na sat). Vjeruje se da takve elektrane mogu proizvesti više energije uz manju potrošnju goriva od konvencionalnih mlaznih motora. U isto vrijeme, dizajn detonacijskih motora je relativno jednostavan: nemaju kompresor i mnogo pokretnih dijelova.

Novi ruski tekući detonacijski motor zajednički razvija nekoliko instituta, uključujući Moskovski zrakoplovni institut, Lavrentijev institut za hidrodinamiku, Keldysh centar, Središnji institut za inženjerstvo zrakoplovnih motora Baranov i Fakultet mehanike i matematike Moskovskog državnog sveučilišta. Razvoj nadzire Zaklada za napredna istraživanja.

Prema Levočkinu, tijekom ispitivanja tlak u komori za izgaranje detonacijskog motora bio je 40 atmosfera. U isto vrijeme, instalacija je radila pouzdano bez složenih rashladnih sustava. Jedan od ciljeva ispitivanja bio je potvrditi mogućnost detonacijskog izgaranja gorive smjese kisika i kerozina. Ranije je objavljeno da je učestalost detonacije u novom Ruski motor je 20 kiloherca.

Prva testiranja raketnog motora s tekućom detonacijom u ljeto 2016. Nije poznato je li motor od tada ponovno testiran.

Krajem prosinca 2016 Američka tvrtka Aerojet Rocketdyne sklopio ugovor s američkim Nacionalnim laboratorijem za energetsku tehnologiju za razvoj nove plinske turbine elektrane temeljene na rotacijskom detonacijskom motoru. Rad koji će rezultirati izradom prototipa nova instalacija, planiran je završetak do sredine 2019. godine.

Prema preliminarnim procjenama, novi tip plinskoturbinskog motora imat će najmanje pet posto najbolje karakteristike od konvencionalnih takvih instalacija. U isto vrijeme, same instalacije mogu biti kompaktnije.

Vasilij Sičev

Dok se cijelo progresivno čovječanstvo iz zemalja NATO-a sprema započeti s testiranjem detonacijskog motora (ispitivanja bi se mogla dogoditi 2019. (ili bolje rečeno puno kasnije)), u zaostaloj Rusiji su najavili završetak ispitivanja takvog motora.

Najavili su to potpuno mirno i ne prestrašivši nikoga. No, na Zapadu su se, očekivano, uplašili i počelo je histerično urlikanje – ostat ćemo do kraja života. Radovi na detonacijskom motoru (DE) provode se u SAD-u, Njemačkoj, Francuskoj i Kini. Općenito, postoji razlog vjerovati da je rješenje problema od interesa za Irak i Sjevernu Koreju - što je vrlo obećavajući razvoj događaja, što zapravo znači nova pozornica u raketnoj znanosti. I općenito u gradnji motora.

Ideju o detonacijskom motoru prvi je iznio 1940. godine sovjetski fizičar Ya.B. Zeldovich. A stvaranje takvog motora obećavalo je ogromne prednosti. Za raketni motor, na primjer:

• Snaga se povećava 10.000 puta u usporedbi s konvencionalnim raketnim motorom. U ovom slučaju govorimo o snazi ​​dobivenoj po jedinici volumena motora;
• 10 puta manje goriva po jedinici snage;
• DD je jednostavno značajno (nekoliko puta) jeftiniji od standardnog raketnog motora na tekuće gorivo.

Raketni motor na tekuće gorivo je tako velik i vrlo skup plamenik. I to je skupo jer održavanje stabilnog izgaranja zahtijeva veliki broj mehaničkih, hidrauličkih, elektroničkih i drugih mehanizama. Vrlo složena proizvodnja. Toliko složen da Sjedinjene Države godinama nisu bile u stanju stvoriti vlastiti raketni motor na tekuće gorivo i prisiljene su kupiti RD-180 od Rusije.

Rusija će vrlo brzo dobiti serijski proizveden, pouzdan, jeftin laki raketni motor. Sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze:

raketa može ponijeti višestruko veći teret - sam motor znatno je manji, a za deklarirani domet leta potrebno je 10 puta manje goriva. Ili jednostavno možete povećati ovaj raspon 10 puta;

trošak rakete je višestruko smanjen. Ovo je dobar odgovor za one koji vole organizirati utrku u naoružanju s Rusijom.

A onda je tu i duboki svemir... Otvaraju se jednostavno fantastične perspektive za njegovo istraživanje.

No, Amerikanci su u pravu i sada više nema vremena - već se spremaju paketi sankcija kako se u Rusiji ne bi dogodila detonacija. Oni će se umiješati svom snagom - naši znanstvenici dali su vrlo ozbiljnu ponudu za vodstvo.

Rasprava: 3 komentara

* Snaga se povećava 10 000 puta u usporedbi s konvencionalnim raketnim motorom. U ovom slučaju govorimo o snazi ​​dobivenoj po jedinici volumena motora;
10 puta manje goriva po jedinici snage;
—————
Nekako se ne slaže s drugim publikacijama:
„Ovisno o dizajnu, može nadmašiti izvorni raketni motor na tekuće pogonsko gorivo u smislu učinkovitosti od 23-27% za tipični dizajn s ekspandirajućom mlaznicom, do 36-37% povećanja VRE (raketni motori klinastog zraka) )
Oni su u stanju promijeniti tlak izlaznog mlaza plina ovisno o atmosferskom tlaku i uštedjeti do 8-12% goriva u cijelom dijelu lansiranja konstrukcije (glavne uštede javljaju se na malim visinama, gdje doseže 25-30 %)."

U stvarnosti, umjesto stalnog frontalnog plamena u zoni izgaranja, formira se detonacijski val koji putuje nadzvučnom brzinom. U takvom valu kompresije gorivo i oksidans detoniraju; ovaj proces, s termodinamičkog gledišta, povećava učinkovitost motora za red veličine, zbog kompaktnosti zone izgaranja.

Zanimljivo je da je još 1940. godine sovjetski fizičar Ya.B. Zeldovich je predložio ideju detonacijskog motora u članku „O korištenju energije detonacijsko izgaranje" Od tada su mnogi znanstvenici iz različite zemlje, pa SAD, pa Njemačka, pa naši sunarodnjaci.

U ljeto kolovoza 2016. ruski znanstvenici uspjeli su po prvi put u svijetu stvoriti mlazni motor na tekuće gorivo pune veličine koji radi na principu detonacijskog izgaranja goriva. Tijekom mnogih godina nakon perestrojke, naša je zemlja konačno uspostavila globalni prioritet u razvoju najnovije tehnologije.

Zašto je tako dobro novi motor? Mlazni motor koristi energiju koja se oslobađa kada smjesa izgara pri konstantnom tlaku i konstantnoj fronti plamena. Tijekom izgaranja, plinska mješavina goriva i oksidansa naglo povećava temperaturu, a stupac plamena koji izlazi iz mlaznice stvara potisak mlaza.

Detonacijski motor / Fotografija: sdelanounas.ru

Tijekom detonacijskog izgaranja, produkti reakcije nemaju vremena za kolaps, jer je taj proces 100 puta brži od deflargacije i tlak se brzo povećava, ali volumen ostaje nepromijenjen. Oslobađanje tako velike količine energije zapravo može uništiti motor automobila, zbog čega se takav proces često povezuje s eksplozijom.

U stvarnosti, umjesto stalnog frontalnog plamena u zoni izgaranja, formira se detonacijski val koji putuje nadzvučnom brzinom. U takvom valu kompresije gorivo i oksidans detoniraju; ovaj proces, s termodinamičkog gledišta, povećava učinkovitost motora za red veličine, zbog kompaktnosti zone izgaranja. Zato su stručnjaci tako revno počeli razvijati ovu ideju.U konvencionalnom raketnom motoru na tekuće gorivo, koji je u biti veliki plamenik, glavna stvar nije komora za izgaranje i mlaznica, već jedinica turbopumpe goriva (TNA), koja stvara takav pritisak. da gorivo prodire u komoru. Na primjer, u ruskom raketnom motoru RD-170 za rakete-nosače Energia, tlak u komori za izgaranje je 250 atm, a pumpa koja dovodi oksidator u zonu izgaranja mora stvoriti tlak od 600 atm.

U detonacijskom motoru tlak nastaje samom detonacijom koja predstavlja putujući val kompresije u gorivnoj smjesi u kojoj je tlak bez ikakvog TNA već 20 puta veći i turbopumpni agregati su suvišni. Da pojasnimo, američki šatl ima tlak u komori za izgaranje od 200 atm, au takvim uvjetima detonacijskom motoru treba samo 10 atm za opskrbu smjesom - to je kao pumpa za bicikl i hidroelektrana Sayano-Shushenskaya.

Motor koji se temelji na detonaciji u ovom slučaju nije samo jednostavniji i jeftiniji za red veličine, već je mnogo snažniji i ekonomičniji od konvencionalnog raketnog motora na tekuće gorivo.Na putu implementacije projekta detonacijskog motora, problem suočavanja s nastao je detonacijski val. Ova pojava nije jednostavna: udarni val, koji ima brzinu zvuka, ali detonacijski val, koji se širi brzinom od 2500 m/s, nema stabilizacije fronte plamena; za svaku pulsaciju, smjesa se obnavlja i val ponovno počinje.

Prethodno su ruski i francuski inženjeri razvili i izgradili pulsirajuće mlazne motore, ali ne na principu detonacije, već na temelju pulsiranja konvencionalnog izgaranja. Karakteristike takvih PURE motora bile su niske, a kada su graditelji motora razvili pumpe, turbine i kompresore, počelo je doba mlaznih motora i motora na tekuće gorivo, a pulsirajući motori ostali su po strani napretka. Bistre glave znanosti pokušale su kombinirati detonacijsko izgaranje s PURD-om, ali frekvencija pulsiranja konvencionalne fronte izgaranja nije veća od 250 u sekundi, a fronta detonacije ima brzinu do 2500 m/s i frekvenciju njezine pulsacija doseže nekoliko tisuća u sekundi. Činilo se nemogućim u praksi primijeniti toliku stopu obnavljanja smjese i u isto vrijeme pokrenuti detonaciju.

U SAD-u su uspjeli napraviti takav detonacijski pulsirajući motor i testirati ga u zraku, iako je radio samo 10 sekundi, ali prioritet je ostao američkim dizajnerima. Ali već 60-ih godina prošlog stoljeća, sovjetski znanstvenik B.V. Wojciechowski i, gotovo u isto vrijeme, Amerikanac sa Sveučilišta u Michiganu, J. Nichols, došli su na ideju petlje detonacijskog vala u komori za izgaranje.

Slika: sdelanounas.ru

Kako radi detonacijski raketni motor?

Takav rotacijski motor sastojao se od prstenaste komore za izgaranje s mlaznicama smještenim duž polumjera za opskrbu gorivom. Val detonacije teče poput vjeverice u kotaču u krugu, smjesa goriva se komprimira i izgara, gurajući proizvode izgaranja kroz mlaznicu. U spin motoru dobivamo frekvenciju rotacije vala od nekoliko tisuća u sekundi, njegov rad je sličan radnom procesu u raketnom motoru na tekuće gorivo, samo učinkovitiji, zahvaljujući detonaciji gorive smjese.

U SSSR-u i SAD-u, a kasnije iu Rusiji, radi se na stvaranju rotacijskog detonacijskog motora s kontinuiranim valom, kako bi se razumjeli procesi koji se odvijaju unutra, za što je stvorena cijela znanost fizikalno-kemijske kinetike. Za izračunavanje uvjeta kontinuiranog vala bila su potrebna moćna računala, koja su stvorena tek nedavno.

U Rusiji mnogi istraživački instituti i projektni biroi rade na projektu takvog spin motora, uključujući tvrtku za izgradnju motora svemirske industrije NPO Energomash. Zaklada za napredna istraživanja došla je pomoći u razvoju takvog motora, jer je nemoguće dobiti sredstva od MORH-a - trebaju samo zajamčeni rezultat.

Ipak, tijekom ispitivanja u Khimkiju u Energomashu, zabilježeno je stabilno stanje kontinuirane spinske detonacije - 8 tisuća okretaja u sekundi na smjesi kisika i kerozina. Istodobno su valovi detonacije uravnotežili valove vibracija, a toplinski zaštitni premazi izdržali su visoke temperature.

Ali nemojte se zavaravati, jer ovo je samo demonstrator motor koji je radio vrlo kratko vrijeme i još ništa nije rečeno o njegovim karakteristikama. Ali glavna stvar je da je dokazana mogućnost stvaranja detonacijskog izgaranja i da je u Rusiji stvoren vrtni motor pune veličine, koji će zauvijek ostati u povijesti znanosti.

Krajem siječnja pojavila su se izvješća o novim uspjesima ruske znanosti i tehnologije. Iz službenih izvora postalo je poznato da je jedan od domaćih projekata perspektivnog mlaznog motora detonacijskog tipa već prošao fazu testiranja. Time se približava trenutak potpunog završetka svih potrebnih radova, zbog čega će ruske svemirske ili vojne rakete moći dobiti nove elektrane s povećane karakteristike. Štoviše, novi principi rada motora mogu naći primjenu ne samo u području raketa, već iu drugim područjima. Krajem siječnja zamjenik premijera Dmitrij Rogozin ispričao je domaćem tisku o najnovijim uspjesima istraživačkih organizacija.

Među ostalim temama dotaknuo se procesa stvaranja mlaznih motora na novim principima rada. Obećavajući motor s detonacijskim izgaranjem već je doveden na testiranje. Prema riječima potpredsjednika Vlade, primjena novih načela rada elektrana omogućuje značajno povećanje performansi. U usporedbi s tradicionalnim arhitektonskim projektima, uočeno je povećanje prianjanja od oko 30%.

Shema detonacijskog raketnog motora

Suvremeni raketni motori raznih klasa i tipova, koji se koriste u raznim područjima, koriste tzv. izobarni ciklus ili deflagracijsko izgaranje. Njihove komore za izgaranje održavaju konstantan tlak, pri čemu gorivo sporo izgara. Motor koji se temelji na principima deflagracije ne zahtijeva posebno jake jedinice, ali je ograničen u maksimalnim performansama. Povećanje osnovnih karakteristika, počevši od određene razine, pokazalo se nerazumno teškim.

Alternativa motoru s izobarnim ciklusom u kontekstu poboljšanja performansi je sustav s tzv. detonacijsko izgaranje. U ovom slučaju, reakcija oksidacije goriva događa se iza udarnog vala koji se velikom brzinom kreće kroz komoru za izgaranje. To postavlja posebne zahtjeve na dizajn motora, ali nudi i očite prednosti. Sa stajališta učinkovitosti izgaranja goriva, detonacijsko izgaranje je 25% bolje od deflagracijskog izgaranja. Također se razlikuje od izgaranja s konstantnim tlakom u povećanoj snazi ​​oslobađanja topline po jedinici površine reakcijske fronte. U teoriji je moguće povećati ovaj parametar za tri do četiri reda veličine. Kao rezultat, brzina reaktivnih plinova može se povećati za 20-25 puta.

Dakle, detonacijski motor, karakteriziran povećanim koeficijentom korisna radnja, može razviti veći potisak uz manju potrošnju goriva. Njegove prednosti u odnosu na tradicionalne dizajne su očite, ali donedavno je napredak u ovom području ostavljao mnogo za željeti. Načela detonacijskog mlaznog motora formulirao je još 1940. godine sovjetski fizičar Ya.B. Zeldovich, ali gotovi proizvodi ove vrste još nisu pušteni u upotrebu. Glavni razlozi za izostanak stvarnog uspjeha su problemi sa stvaranjem dovoljno jake strukture, kao i poteškoće s lansiranjem i naknadnim održavanjem udarnog vala pri korištenju postojećih goriva.

Jedan od najnovijih domaćih projekata u području detonacijskih raketnih motora započeo je 2014. godine i razvija se u NPO Energomash nazvanom po. Akademik V.P. Gluško. Prema dostupnim podacima, cilj projekta pod šifrom “Ifrit” bio je proučavanje osnovnih principa nove tehnologije s naknadnom izradom tekućeg raketnog motora na kerozin i plinoviti kisik. Novi motor, nazvan po demonima vatre iz arapskog folklora, temeljio se na principu spin detonacijskog izgaranja. Dakle, u skladu s osnovnom idejom projekta, udarni val trebao bi se kontinuirano kretati u krug unutar komore za izgaranje.

Glavni programer novog projekta bio je NPO Energomash, odnosno poseban laboratorij stvoren na njegovoj osnovi. Osim toga, nekoliko drugih istraživačkih i projektantskih organizacija bilo je uključeno u rad. Program je dobio potporu Zaklade za napredne studije. Zajedničkim naporima svi sudionici projekta Ifrit uspjeli su formulirati optimalan izgled perspektivnog motora, kao i izraditi model komore za izgaranje s novim principima rada.

Za proučavanje perspektivnosti cjelokupnog smjera i novih ideja, tzv model detonacijske komore za izgaranje koja zadovoljava zahtjeve projekta. Takav eksperimentalni motor smanjene konfiguracije trebao je kao gorivo koristiti tekući kerozin. Kao oksidacijsko sredstvo predložen je plinoviti kisik. U kolovozu 2016. počelo je testiranje prototipa kamere. Važno je da je po prvi put u povijesti projekt ove vrste uspio doći do faze bench testa. Prethodno su razvijeni domaći i strani detonacijski raketni motori, ali nisu testirani.

Tijekom testiranja uzorka modela bilo je moguće dobiti vrlo zanimljive rezultate koji pokazuju ispravnost korištenih pristupa. Tako je korištenjem pravih materijala i tehnologije bilo moguće povećati tlak unutar komore za izgaranje na 40 atmosfera. Potisak eksperimentalnog proizvoda dosegao je 2 tone.

Modelna komora na ispitnom stolu

U okviru projekta Ifrit postignuti su određeni rezultati, no domaći detonacijski motor na tekuće gorivo još je daleko od pune praktične primjene. Prije uvođenja takve opreme u nove tehnološke projekte, dizajneri i znanstvenici morat će riješiti niz najozbiljnijih problema. Tek nakon toga će raketno-svemirska industrija ili obrambena industrija moći početi realizirati potencijal nove tehnologije u praksi.

Sredinom siječnja Rossiyskaya Gazeta objavila je intervju s glavnim dizajnerom NPO Energomash Pyotrom Levochkinom, čija je tema bila trenutno stanje stvari i izgledi za detonacijske motore. Predstavnik razvojne tvrtke podsjetio je na glavne odredbe projekta i također se dotaknuo teme postignutih uspjeha. Također, govorio je o mogućim područjima primjene Ifrita i sličnih struktura.

Na primjer, detonacijski motori mogu se koristiti u hipersoničnim letjelicama. P. Levochkin podsjetio je da motori koji se trenutno predlažu za korištenje u takvoj opremi koriste podzvučno izgaranje. Pri hipersoničnoj brzini letjelice, zrak koji ulazi u motor mora se usporiti na zvučni način rada. Međutim, energija kočenja mora dovesti do dodatnih toplinskih opterećenja na konstrukciju zrakoplova. Kod detonacijskih motora brzina izgaranja goriva doseže najmanje M=2,5. Zahvaljujući tome, postaje moguće povećati brzinu leta zrakoplova. Takav stroj s motorom detonacijskog tipa može ubrzati do brzina osam puta većih od brzine zvuka.

Međutim, stvarni izgledi za raketne motore detonacijskog tipa još nisu sjajni. Prema P. Levočkinu, "upravo smo otvorili vrata u područje detonacijskog izgaranja." Znanstvenici i dizajneri morat će proučiti mnoga pitanja, a tek nakon toga će biti moguće stvoriti dizajne s praktičnim potencijalom. Zbog toga će svemirska industrija još dugo morati koristiti tekuće motore tradicionalnog dizajna, što, međutim, ne negira mogućnost njihova daljnjeg poboljšanja.

Zanimljiva je činjenica da se detonacijski princip izgaranja koristi ne samo u području raketnih motora. Već postoji domaći projekt zrakoplovnog sustava s komorom za izgaranje detonacijskog tipa koja radi prema princip impulsa. Prototip ove vrste doveden je na testiranje, au budućnosti bi mogao potaknuti novi smjer. Novi motori s detonacijskim izgaranjem mogu naći primjenu u raznim područjima i djelomično zamijeniti plinskoturbinske ili turbomlazne motore tradicionalnih izvedbi.

Domaći projekt detonacijskog zrakoplovnog motora razvija se u Dizajnerskom birou nazvanom. prije podne kolijevke. Podaci o ovom projektu prvi put su predstavljeni na prošlogodišnjem međunarodnom vojno-tehničkom forumu Armija 2017. Na štandu razvojnog poduzeća bilo je materijala razni motori, serijski i u razvoju. Među potonjima bio je obećavajući detonacijski uzorak.

Suština novog prijedloga je korištenje nestandardne komore za izgaranje koja može izvesti pulsno detonacijsko izgaranje goriva u zračnoj atmosferi. U ovom slučaju, frekvencija "eksplozija" unutar motora trebala bi doseći 15-20 kHz. U budućnosti je moguće dodatno povećati ovaj parametar, zbog čega će buka motora izaći izvan raspona koji percipira ljudsko uho. Takve značajke motora mogu biti od određenog interesa.

Prvo lansiranje eksperimentalnog proizvoda “Ifrit”

Međutim, glavne prednosti nove elektrane povezane su s povećanjem performansi. Ispitivanja prototipa proizvoda pokazala su da su približno 30% bolji od tradicionalnih plinskoturbinskih motora u pogledu specifičnih performansi. U vrijeme prve javne demonstracije materijala na OKB motoru. prije podne Kolijevke su mogle biti prilično visoko karakteristike izvedbe. Eksperimentalni motor novog tipa mogao je raditi 10 minuta bez prekida. Ukupno vrijeme rada ovog proizvoda na postolju tada je premašilo 100 sati.

Predstavnici razvojne tvrtke naznačili su da je već moguće stvoriti novi detonacijski motor s potiskom od 2-2,5 tona, pogodan za ugradnju na lake letjelice ili bespilotne letjelice. U dizajnu takvog motora predlaže se korištenje tzv. rezonatorski uređaji odgovorni za pravi potez izgaranje goriva. Važna prednost novog projekta je temeljna mogućnost ugradnje takvih uređaja bilo gdje na trup zrakoplova.

Specijalisti OKB im. prije podne Cradles već više od tri desetljeća rade na zrakoplovnim motorima s pulsirajućim detonacijskim izgaranjem, ali do sada projekt nije izašao iz faze istraživanja i nema stvarne perspektive. glavni razlog– nedostatak reda i potrebnog financiranja. Ako projekt dobije potrebnu potporu, tada bi se u doglednoj budućnosti mogao stvoriti uzorak motora prikladan za korištenje na različitoj opremi.

Do danas su ruski znanstvenici i dizajneri uspjeli pokazati vrlo zapažene rezultate u području mlaznih motora koristeći nove principe rada. Postoji nekoliko projekata pogodnih za korištenje u raketnom, svemirskom i hipersoničnom području. Osim toga, novi se motori mogu koristiti u "tradicionalnom" zrakoplovstvu. Neki su projekti još uvijek u ranoj fazi i još nisu spremni za inspekcijske i druge radove, dok su u drugim područjima već postignuti najzapaženiji rezultati.

Istražujući temu mlaznih motora s detonacijskim izgaranjem, ruski su stručnjaci uspjeli izraditi model komore za izgaranje sa željenim karakteristikama. Eksperimentalni proizvod "Ifrit" već je prošao ispitivanja, tijekom kojih je prikupljena velika količina različitih informacija. Uz pomoć dobivenih podataka nastavit će se razvoj smjera.

Za ovladavanje novim smjerom i prevođenje ideja u praktično primjenjiv oblik trebat će dosta vremena, pa će iz tog razloga u dogledno vrijeme svemirske i vojne rakete u dogledno vrijeme biti opremljene samo tradicionalnim tekućinski motori. Međutim, rad je već izašao iz čisto teorijske faze, a sada svako probno lansiranje eksperimentalnog motora približava trenutak izgradnje punopravnih raketa s novim pogonskim postrojenjima.