Detónový raketový motor: testy, princíp fungovania, výhody

Prieskum vesmíru je nedobrovoľnýspojené s vesmírnymi loďami. Srdcom každej nosnej rakety je jej motor. Musí dosiahnuť prvú kozmickú rýchlosť – asi 7,9 km/s – aby dopravila astronautov na obežnú dráhu, a druhú kozmickú rýchlosť, aby prekonala gravitačné pole planéty.

To nie je ľahké dosiahnuť, ale vedci neustále hľadajúnové spôsoby riešenia tohto problému. 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 využívajú proces deflagrácie - pomalého (podzvukového) spaľovania paliva pri konštantnom tlaku, potom funguje detonačný raketový motor v dôsledku výbuchu, detonácie horľavej zmesi. 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

Štúdium a vývoj detonačných motorovPoprední 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 svojimi technickými vlastnosťami prekoná čas. Vedci zároveň nazývajú tieto výhody:

1. Schopnosť dosiahnuť rýchlosti v podzvukových a nadzvukových rozsahoch.
2. Odstránenie mnohých pohyblivých častí z dizajnu.
3. Nižšia hmotnosť a náklady na elektráreň.
4. Vysoká termodynamická účinnosť.

Tento typ motora sa sériovo 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

Vedci v súčasnosti vyvíjajúinštalácie s pulzným a nepretržitým pracovným tokom. Princíp činnosti detonačného raketového motora s impulzným pracovným obvodom je založený na cyklickom plnení spaľovacej komory horľavou zmesou, jej postupnom zapaľovaní a uvoľňovaní splodín horenia do okolia.

V súlade s tým s nepretržitým pracovným procesompalivo je privádzané do spaľovacej komory nepretržite, palivo horí v jednej alebo viacerých detonačných vlnách, ktoré nepretržite cirkulujú cez prúd. Výhody takýchto motorov sú:

1. Jednorazové zapálenie paliva.
2. Relatívne jednoduchý dizajn.
3. Malé rozmery a hmotnosť inštalácií.
4. Efektívnejšie využitie horľavej zmesi.
5. Nízka hladina hluku, vibrácií a škodlivých emisií.

V budúcnosti s využitím týchto výhodraketový motor na kvapalinu s nepretržitou detonáciou vytlačí všetky existujúce zariadenia kvôli svojej hmotnosti, veľkosti a nákladovým charakteristikám.

Skúšky detonačných motorov

Prvé testy domácej detonácieInštalácie sa uskutočnili v rámci projektu zriadeného Ministerstvom školstva a vedy. Ako prototyp bol predstavený malý motor so spaľovacou komorou s priemerom 100 mm a šírkou prstencového kanála 5 mm. Skúšky prebiehali na špeciálnom stojane a zaznamenávali sa ukazovatele pri práci s rôznymi druhmi horľavých zmesí – vodík-kyslík, zemný plyn-kyslík, propán-bután-kyslík.

Testovanie detonačného raketového motora prikyslíkovo-vodíkové palivo dokázali, že termodynamický cyklus týchto zariadení je o 7 % účinnejší 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

Vyvíjajú detonačné motoryvedci z popredných krajín sveta. 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.

Stechiometrická zmes vodíka a kyslíkavyužíva na svoju prácu americký detonačný raketový motor. 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 z testovaniadetonačné motory, 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 zaujímavytvorenie 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.