Detonācijas raķešu dzinējs: testi, darbības princips, priekšrocības

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Kosmosa izpēte ir neviļus saistīta ar kosmosa kuģiem. Jebkuras nesējraķetes sirds ir tās dzinējs. Tam ir jāattīsta pirmais kosmosa ātrums - aptuveni 7,9 km/s, lai nogādātu astronautus orbītā, un otrais kosmosa ātrums, lai pārvarētu planētas gravitācijas lauku.

To panākt nav viegli, taču zinātnieki nemitīgi meklē jaunus veidus, kā šo problēmu atrisināt. Dizaineri no Krievijas gāja vēl tālāk un izdevās izstrādāt detonācijas raķešu dzinēju, kura testi beidzās ar panākumiem. Šo sasniegumu var saukt par īstu izrāvienu kosmosa inženierijas jomā.

Jaunas funkcijas

Kāpēc tiek liktas lielas cerības uz detonācijas dzinējiem? Pēc zinātnieku domām, to jauda būs 10 tūkstošus reižu lielāka par esošo raķešu dzinēju jaudu. Tajā pašā laikā tie patērēs daudz mazāk degvielas, un to ražošana atšķirsies ar zemām izmaksām un rentabilitāti. Ar ko tas irsaistīts?

Tas viss ir saistīts ar degvielas oksidācijas reakciju. Ja mūsdienu raķetēs tiek izmantots deflagrācijas process - lēna (zemskaņas) degvielas sadegšana pie nemainīga spiediena, tad detonācijas raķetes dzinējs funkcionē sprādziena, degmaisījuma detonācijas dēļ. Tas deg virsskaņas ātrumā, izdalot milzīgu daudzumu siltuma enerģijas, vienlaikus izplatoties triecienviļņam.

Detonācijas dzinēja krievu versijas izstrādi un testēšanu veica specializētā laboratorija "Detonation LRE" ražošanas kompleksa "Energomash" ietvaros.

Jaunu dzinēju pārākums

Pasaules vadošie zinātnieki ir pētījuši un attīstījuši detonācijas dzinējus jau 70 gadus. Galvenais iemesls, kas neļauj izveidot šāda veida dzinējus, ir nekontrolēta degvielas spontāna sadegšana. Turklāt darba kārtībā bija efektīva degvielas un oksidētāja sajaukšana, kā arī sprauslas un gaisa ieplūdes integrēšana.

Atrisinot šīs problēmas, būs iespējams izveidot detonācijas raķešu dzinēju, kas pēc tā tehniskajiem parametriem apsteigs laiku. Tajā pašā laikā zinātnieki nosauc tās priekšrocības:

1. Spēja attīstīt ātrumu zemskaņas un hiperskaņas diapazonā.
2. Izstrādājiet daudzas kustīgas daļas.
3. Mazāka spēkstacijas masa un izmaksas.
4. Augsta termodinamiskā efektivitāte.

Šis dzinēja tips netika ražots sērijveidā. Pirmo reizi tas tika pārbaudīts zemu lidojumu lidmašīnās 2008. gadā. Nesējraķešu detonācijas dzinēju pirmo reizi pārbaudīja Krievijas zinātnieki. Tāpēc šim pasākumam tiek piešķirta tik liela nozīme.

Darbības princips: pulss un nepārtraukts

Pašlaik zinātnieki izstrādā instalācijas ar impulsu un nepārtrauktu darbplūsmu. Detonācijas raķešu dzinēja ar impulsa darbības shēmu darbības princips ir balstīts uz sadegšanas kameras ciklisku piepildīšanu ar degošu maisījumu, tā secīgu aizdegšanos un sadegšanas produktu izplūdi vidē.

Attiecīgi nepārtrauktā darba procesā degviela degkamerā tiek ievadīta nepārtraukti, degviela sadeg vienā vai vairākos detonācijas viļņos, kas nepārtraukti cirkulē pa plūsmu. Šādu dzinēju priekšrocības ir:

1. Vienreizēja degvielas aizdedze.
2. Salīdzinoši vienkāršs dizains.
3. Mazs vienību izmērs un svars.
4. Efektīvāka degmaisījuma izmantošana.
5. Zems trokšņa līmenis, vibrācija un emisijas.

Nākotnē, izmantojot šīs priekšrocības, nepārtrauktas darbības detonācijas šķidrās degvielas raķešu dzinējs aizstās visas esošās iekārtas tā svara, izmēra un izmaksu īpašību dēļ.

Pārbaudi detonācijas dzinēju

Ietvaros notika pirmie sadzīves detonācijas iekārtas izmēģinājumiIzglītības un zinātnes ministrijas izveidotais projekts. Kā prototips tika prezentēts neliels dzinējs ar sadegšanas kameru 100 mm diametrā un gredzenveida kanāla platumu 5 mm. Pārbaudes tika veiktas uz speciāla stenda, rādītāji fiksēti, strādājot ar dažāda veida degmaisījumiem - ūdeņradis-skābeklis, dabasgāze-skābeklis, propāns-butāns-skābeklis.

Ar skābekļa-ūdeņraža degvielu darbināmu detonācijas raķešu dzinēju testi pierādīja, ka šo bloku termodinamiskais cikls ir par 7% efektīvāks nekā citām vienībām. Turklāt eksperimentāli tika apstiprināts, ka, palielinoties piegādātās degvielas daudzumam, palielinās arī vilce, kā arī detonācijas viļņu skaits un rotācijas ātrums.

Analogi citās valstīs

Detonācijas dzinējus izstrādā zinātnieki no vadošajām pasaules valstīm. Šajā virzienā vislielākos panākumus guvuši dizaineri no ASV. Savos modeļos viņi ieviesa nepārtrauktu darbības režīmu jeb rotāciju. ASV militārpersonas plāno izmantot šīs iekārtas virszemes kuģu aprīkošanai. Pateicoties to vieglākajam svaram un mazajam izmēram ar lielu izejas jaudu, tie palīdzēs palielināt kaujas laivu efektivitāti.

Stehiometrisku ūdeņraža un skābekļa maisījumu izmanto amerikāņu detonācijas raķešu dzinējs. Šāda enerģijas avota priekšrocības galvenokārt ir ekonomiskas – skābeklis sadedzina tieši tik daudz, cik nepieciešams ūdeņraža oksidēšanai. Tagad parASV valdība tērē vairākus miljardus dolāru, lai nodrošinātu karakuģus ar oglekļa degvielu. Stehiometriskā degviela samazinās izmaksas vairākas reizes.

Turpmākie attīstības virzieni un perspektīvas

Jauni dati, kas iegūti detonācijas dzinēju pārbaužu rezultātā, noteica principiāli jaunu metožu izmantošanu, lai izveidotu shēmu darbam ar šķidro degvielu. Bet darbībai šādiem dzinējiem jābūt ar augstu siltumizturību, jo tiek atbrīvots liels siltumenerģijas daudzums. Šobrīd tiek izstrādāts īpašs pārklājums, kas nodrošinās sadegšanas kameras darbību augstas temperatūras iedarbībā.

Īpaša vieta turpmākajos pētījumos ir maisīšanas galviņu izveidei, ar kurām būs iespējams iegūt noteikta izmēra, koncentrācijas un sastāva degoša materiāla pilienus. Lai risinātu šīs problēmas, tiks izveidots jauns detonācijas šķidrās degvielas raķešu dzinējs, kas kļūs par pamatu jaunas klases nesējraķetēm.