Μηχανή πυραύλων παλμικής έκρηξης. Θάλαμοι καύσης με συνεχή έκρηξη. Κέντρο IDG. Οι κινητήρες πυραύλων έκρηξης είναι το μέλλον των διαπλανητικών πτήσεων

Το πρόβλημα της ανάπτυξης περιστροφικού εκρηκτικών μηχανών. Παρουσιάζονται οι κύριοι τύποι τέτοιων κινητήρων: περιστροφικός κινητήρας έκρηξης Nichols, κινητήρας Wojciechowski. Εξετάζονται οι κύριες κατευθύνσεις και τάσεις στην ανάπτυξη του σχεδιασμού των κινητήρων έκρηξης. Αποδεικνύεται ότι οι σύγχρονες ιδέες μιας περιστροφικής μηχανής έκρηξης δεν μπορούν, κατ' αρχήν, να οδηγήσουν στη δημιουργία ενός λειτουργικού σχεδιασμού που είναι ανώτερος στα χαρακτηριστικά του από τους υπάρχοντες κινητήρες αναπνοής αέρα. Ο λόγος είναι η επιθυμία των σχεδιαστών να συνδυάσουν την παραγωγή κυμάτων, την καύση καυσίμου και την εκτόξευση καυσίμου και οξειδωτικού σε έναν μηχανισμό. Ως αποτέλεσμα της αυτο-οργάνωσης των δομών κρουστικών κυμάτων, η καύση έκρηξης λαμβάνει χώρα σε έναν ελάχιστο και όχι σε μέγιστο όγκο. Το πραγματικό αποτέλεσμα που επιτυγχάνεται σήμερα είναι η καύση με έκρηξη σε όγκο που δεν υπερβαίνει το 15 % του όγκου του θαλάμου καύσης. Η λύση φαίνεται σε διαφορετική προσέγγιση - πρώτα, δημιουργείται μια βέλτιστη διαμόρφωση των κρουστικών κυμάτων και μόνο τότε παρέχονται εξαρτήματα καυσίμου σε αυτό το σύστημα και οργανώνεται η βέλτιστη καύση έκρηξης σε μεγάλο όγκο.

εκρηκτικός κινητήρας

περιστροφικός κινητήρας έκρηξης

Κινητήρας Wojciechowski

κυκλική έκρηξη

περιστροφική έκρηξη

μηχανή παλμικής έκρηξης

1. Voitsekhovsky B.V., Mitrofanov V.V., Topchiyan M.E., Structure of the detonation front in gases. – Νοβοσιμπίρσκ: Εκδοτικός Οίκος του Παραρτήματος της Σιβηρίας της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ, 1963.

2. Uskov V.N., Bulat P.V. Σχετικά με το πρόβλημα του σχεδιασμού ενός ιδανικού διαχύτη για τη συμπίεση μιας υπερηχητικής ροής // Θεμελιώδης Έρευνα. – 2012. – Νο. 6 (μέρος 1). – σελ. 178–184.

3. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Ιστορία της μελέτης της ακανόνιστης ανάκλασης ενός κρουστικού κύματος από τον άξονα συμμετρίας ενός υπερηχητικού πίδακα με το σχηματισμό ενός δίσκου Mach // Θεμελιώδης Έρευνα. – 2012. – Νο. 9 (μέρος 2). – σελ. 414–420.

4. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Αιτιολόγηση για την εφαρμογή του στατικού μοντέλου διαμόρφωσης Mach στον υπολογισμό του δίσκου Mach σε υπερηχητικό πίδακα // Fundamental Research. – 2012. – Νο. 11 (μέρος 1). – σελ. 168–175.

5. Shchelkin K.I. Αστάθεια καύσης και έκρηξης αερίων // Προόδους στις Φυσικές Επιστήμες. – 1965. – Τ. 87, τεύχος. 2.– σσ. 273–302.

6. Nichols J.A., Wilkmson H.R., Morrison R.B. Διαλείπουσα έκρηξη ως μηχανισμός παραγωγής εμπιστοσύνης // Jet Propulsion. – 1957. – Αρ. 21. – Σ. 534–541.

Περιστροφικοί κινητήρες έκρηξης

Όλοι οι τύποι περιστροφικών μηχανών έκρηξης (RDE) έχουν κοινό ότι το σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου συνδυάζεται με ένα σύστημα καύσης καυσίμου σε ένα κύμα έκρηξης, αλλά στη συνέχεια όλα λειτουργούν όπως σε έναν συμβατικό κινητήρα αεριωθουμένων - ένας σωλήνας φλόγας και ένα ακροφύσιο. Αυτό ήταν που ξεκίνησε μια τέτοια δραστηριότητα στον τομέα του εκσυγχρονισμού κινητήρες αεριοστροβίλων(GTD). Φαίνεται ελκυστικό να αντικαταστήσετε μόνο την κεφαλή ανάμειξης και το σύστημα ανάφλεξης του μείγματος στον κινητήρα αεριοστροβίλου. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η συνέχεια καύση έκρηξης, για παράδειγμα, εκτοξεύοντας ένα κύμα έκρηξης σε κύκλο. Ο Nichols ήταν ένας από τους πρώτους που πρότεινε ένα τέτοιο σχέδιο το 1957, και στη συνέχεια το ανέπτυξε και στα μέσα της δεκαετίας του '60 διεξήγαγε μια σειρά πειραμάτων με ένα περιστρεφόμενο κύμα έκρηξης (Εικ. 1).

Ρυθμίζοντας τη διάμετρο του θαλάμου και το πάχος του δακτυλιοειδούς κενού, για κάθε τύπο μείγματος καυσίμου είναι δυνατό να επιλεγεί μια τέτοια γεωμετρία ώστε η έκρηξη να είναι σταθερή. Στην πράξη, η αναλογία του μεγέθους του διακένου και της διαμέτρου του κινητήρα αποδεικνύεται απαράδεκτη και η ταχύτητα διάδοσης του κύματος πρέπει να ρυθμιστεί ελέγχοντας την παροχή καυσίμου, όπως συζητείται παρακάτω.

Όπως και στους κινητήρες παλμικής έκρηξης, το κυκλικό κύμα έκρηξης είναι ικανό να εκτοξεύει το οξειδωτικό, επιτρέποντας τη χρήση του RDE σε μηδενικές ταχύτητες. Το γεγονός αυτό συνεπαγόταν μια αναταραχή πειραματικών και υπολογιστικών μελετών του RDE με δακτυλιοειδές θάλαμο καύσης και αυθόρμητη εκτόξευση μίγμα καυσίμου-αέρα, το οποίο δεν έχει νόημα να το παραθέσουμε εδώ. Όλα είναι κατασκευασμένα σύμφωνα με περίπου το ίδιο σχήμα (Εικ. 2), που θυμίζει το διάγραμμα κινητήρα Nichols (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Σχέδιο οργάνωσης συνεχούς κυκλικής έκρηξης σε δακτυλιοειδές κενό: 1 - κύμα έκρηξης. 2 - στρώμα "φρέσκου" μείγματος καυσίμου. 3 - διάλειμμα επαφής. 4 - λοξό κρουστικό κύμα που διαδίδεται κατάντη. D - κατεύθυνση κίνησης του κύματος έκρηξης

Ρύζι. 2. Τυπικό σχήμα RDE: V - ταχύτητα ελεύθερης ροής. V4 - ταχύτητα ροής στην έξοδο του ακροφυσίου. α - συγκρότημα φρέσκου καυσίμου, β - μέτωπο κύματος έκρηξης. γ - προσαρτημένο λοξό κρουστικό κύμα. δ - προϊόντα καύσης. p(r) - κατανομή πίεσης στο τοίχωμα του καναλιού

Μια λογική εναλλακτική λύση στο σχήμα Nichols θα ήταν η εγκατάσταση πολλαπλών ακροφυσίων οξείδωσης καυσίμου που θα διοχετεύουν ένα μείγμα καυσίμου-αέρα στην περιοχή αμέσως πριν από το κύμα έκρηξης σύμφωνα με έναν συγκεκριμένο νόμο με δεδομένη πίεση (Εικ. 3). Ρυθμίζοντας την πίεση και την ταχύτητα παροχής καυσίμου στην περιοχή καύσης πίσω από το κύμα έκρηξης, είναι δυνατό να επηρεαστεί η ταχύτητα διάδοσής του ανάντη. Αυτή η κατεύθυνση είναι πολλά υποσχόμενη, αλλά το κύριο πρόβλημα στο σχεδιασμό τέτοιων RDE είναι ότι το απλοποιημένο μοντέλο ροής που χρησιμοποιείται συνήθως στο μέτωπο καύσης έκρηξης δεν ανταποκρίνεται καθόλου στην πραγματικότητα.

Ρύζι. 3. RDE με ελεγχόμενη παροχή καυσίμου στην περιοχή καύσης. Περιστροφικός κινητήρας Wojciechowski

Οι κύριες ελπίδες στον κόσμο συνδέονται με κινητήρες εκρήξεων που λειτουργούν σύμφωνα με το σχέδιο περιστροφικός κινητήραςΒοϊτσεχόφσκι. Το 1963 ο B.V. Ο Βοιτσεκόφσκι, κατ' αναλογία με την έκρηξη περιστροφής, ανέπτυξε ένα σχέδιο συνεχούς καύσης αερίου πίσω από μια τριπλή διαμόρφωση κρουστικών κυμάτων που κυκλοφορούν σε ένα δακτυλιοειδές κανάλι (Εικ. 4).

Ρύζι. Εικ. 4. Διάγραμμα Wojciechowski συνεχούς καύσης αερίου πίσω από μια τριπλή διαμόρφωση κρουστικών κυμάτων που κυκλοφορούν στο δακτυλιοειδές κανάλι: 1 - φρέσκο μείγμα. 2 - διπλά συμπιεσμένο μείγμα πίσω από μια τριπλή διαμόρφωση κρουστικών κυμάτων, περιοχή έκρηξης

ΣΕ σε αυτήν την περίπτωσηη σταθερή υδροδυναμική διεργασία με καύση αερίου πίσω από το κρουστικό κύμα διαφέρει από το σχήμα έκρηξης Chapman-Jouguet και Zeldovich-Neumann. Αυτή η διαδικασία είναι αρκετά σταθερή, η διάρκειά της καθορίζεται από την παροχή του μείγματος καυσίμου και σε γνωστά πειράματα ανέρχεται σε αρκετές δεκάδες δευτερόλεπτα.

Ο σχεδιασμός του εκρηκτικού κινητήρα Wojciechowski έχει χρησιμεύσει ως πρωτότυπο για πολυάριθμες μελέτες περιστροφικών και περιστροφικών εκρηκτικών μηχανών που ξεκίνησαν τα τελευταία 5 χρόνια. Αυτός ο σχεδιασμός αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 85% όλων των μελετών. Όλα έχουν ένα οργανικό μειονέκτημα - η ζώνη έκρηξης καταλαμβάνει πολύ μικρό μέρος της συνολικής ζώνης καύσης, συνήθως όχι περισσότερο από 15%. Σαν άποτέλεσμα συγκεκριμένους δείκτεςοι κινητήρες είναι χειρότεροι από αυτούς των παραδοσιακά σχεδιασμένων κινητήρων.

Σχετικά με τους λόγους των αποτυχιών στην εφαρμογή του σχήματος του Woitsekhovsky

Το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας σε κινητήρες με συνεχή έκρηξη συνδέεται με την ανάπτυξη της ιδέας του Wojciechowski. Παρά την 40ετή ιστορία της έρευνας, τα αποτελέσματα παρέμειναν στην πραγματικότητα στο επίπεδο του 1964. Το μερίδιο της καύσης με έκρηξη δεν υπερβαίνει το 15% του όγκου του θαλάμου καύσης. Το υπόλοιπο καίγεται αργά κάτω από συνθήκες που απέχουν πολύ από το βέλτιστο.

Ένας από τους λόγους για αυτήν την κατάσταση πραγμάτων είναι η έλλειψη μιας εφαρμόσιμης μεθόδου υπολογισμού. Δεδομένου ότι η ροή είναι τρισδιάστατη και ο υπολογισμός λαμβάνει υπόψη μόνο τους νόμους διατήρησης της ορμής στο κρουστικό κύμα προς την κατεύθυνση κάθετη στο μέτωπο έκρηξης του μοντέλου, τα αποτελέσματα του υπολογισμού της κλίσης των κρουστικών κυμάτων στη ροή των προϊόντων καύσης διαφέρουν από αυτά που παρατηρήθηκαν πειραματικά κατά περισσότερο από 30%. Η συνέπεια είναι ότι, παρά την πολυετή έρευνα διάφορα συστήματατροφοδοσία καυσίμου και πειράματα για την αλλαγή της αναλογίας των συστατικών του καυσίμου, το μόνο που ήταν δυνατό να γίνει ήταν να δημιουργηθούν μοντέλα στα οποία λαμβάνει χώρα η καύση έκρηξης και διατηρείται για 10-15 δευτερόλεπτα. Δεν γίνεται λόγος για αυξανόμενη απόδοση ή πλεονεκτήματα σε σχέση με τους υπάρχοντες κινητήρες υγρού καυσίμου και τους κινητήρες αεριοστροβίλου.

Μια ανάλυση των υφιστάμενων προγραμμάτων RDE που πραγματοποιήθηκε από τους συντάκτες του έργου έδειξε ότι όλα τα προγράμματα RDE που προσφέρονται σήμερα είναι καταρχήν αναποτελεσματικά. Η καύση έκρηξης συμβαίνει και διατηρείται με επιτυχία, αλλά μόνο σε περιορισμένο βαθμό. Στον υπόλοιπο όγκο έχουμε να κάνουμε με τη συνηθισμένη αργή καύση, και πίσω από ένα μη βέλτιστο σύστημα κρουστικών κυμάτων, που οδηγεί σε σημαντικές απώλειες συνολικής πίεσης. Επιπλέον, η πίεση είναι επίσης αρκετές φορές χαμηλότερη από την απαραίτητη για ιδανικές συνθήκες καύσης με στοιχειομετρική αναλογία των συστατικών του μείγματος καυσίμου. Ως αποτέλεσμα, η ειδική κατανάλωση καυσίμου ανά μονάδα ώσης είναι 30-40% υψηλότερη από αυτή των παραδοσιακών κινητήρων.

Αλλά κυρίως κυριο ΠΡΟΒΛΗΜΑείναι η ίδια η αρχή της οργάνωσης της συνεχούς έκρηξης. Όπως φαίνεται από μελέτες συνεχούς κυκλικής έκρηξης, που πραγματοποιήθηκαν στη δεκαετία του '60, το μέτωπο καύσης έκρηξης είναι μια σύνθετη δομή κρουστικών κυμάτων που αποτελείται από τουλάχιστον δύο τριπλές διαμορφώσεις (περίπου διαμορφώσεις τριπλού κρουστικού κυμάτων. Μια τέτοια δομή με προσαρτημένη ζώνη έκρηξης, όπως οποιοδήποτε θερμοδυναμικό σύστημα με ανατροφοδότηση, που μένει μόνος, τείνει να πάρει θέση αντίστοιχη ελάχιστο επίπεδοενέργεια. Ως αποτέλεσμα, οι τριπλές διαμορφώσεις και η περιοχή καύσης έκρηξης προσαρμόζονται μεταξύ τους έτσι ώστε το μέτωπο της έκρηξης να κινείται κατά μήκος του δακτυλιοειδούς κενού με τον ελάχιστο δυνατό όγκο καύσης έκρηξης. Αυτό είναι ακριβώς το αντίθετο από τον στόχο που έθεσαν οι σχεδιαστές κινητήρων για την καύση με έκρηξη.

Για τη δημιουργία αποδοτικός κινητήραςΤο RDE πρέπει να λύσει το πρόβλημα της δημιουργίας μιας βέλτιστης τριπλής διαμόρφωσης κρουστικών κυμάτων και της οργάνωσης μιας ζώνης καύσης έκρηξης σε αυτό. Οι βέλτιστες δομές κρουστικών κυμάτων πρέπει να δημιουργηθούν σε μια ποικιλία τεχνικές συσκευές, για παράδειγμα, σε βέλτιστους διαχυτές υπερηχητικών εισαγωγών αέρα. Το κύριο καθήκον είναι να μεγιστοποιηθεί η πιθανή αύξηση της αναλογίας της καύσης έκρηξης στον όγκο του θαλάμου καύσης από το σημερινό απαράδεκτο 15% σε τουλάχιστον 85%. Τα υπάρχοντα σχέδια κινητήρων που βασίζονται στα σχέδια των Nichols και Wojciechowski δεν μπορούν να επιτύχουν αυτό το έργο.

Αξιολογητές:

Uskov V.N., Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής του Τμήματος Υδροαερομηχανικής της Αγίας Πετρούπολης κρατικό Πανεπιστήμιο, Σχολή Μαθηματικών και Μηχανικής, Αγία Πετρούπολη;

Emelyanov V.N., Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής, Επικεφαλής του Τμήματος Δυναμικής Αερίων Πλάσματος και Θερμικής Μηχανικής, BSTU "VOENMEH" που φέρει το όνομά του. D.F. Ustinova, Αγία Πετρούπολη.

Το έργο παρελήφθη από τον εκδότη στις 14 Οκτωβρίου 2013.

Βιβλιογραφικός σύνδεσμος

Bulat P.V., Prodan N.V. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΕΡΓΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΠΡΟΚΡΗΤΩΣΗΣ. ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΚΡΗΚΤΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ // Θεμελιώδης Έρευνα. – 2013. – Αρ. 10-8. – S. 1672-1675;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32642 (ημερομηνία πρόσβασης: 29/07/2019). Φέρνουμε στην προσοχή σας περιοδικά που εκδίδονται από τον εκδοτικό οίκο "Ακαδημία Φυσικών Επιστημών"

Οι κινητήρες που χρησιμοποιούν καύση καυσίμου με έκρηξη σε κανονική λειτουργία ονομάζονται κινητήρες έκρηξης. Ο ίδιος ο κινητήρας μπορεί να είναι (θεωρητικά) οτιδήποτε - μηχανή εσωτερικής καύσης, τζετ ή ακόμα και ατμός. Θεωρητικά. Ωστόσο, μέχρι τώρα, όλοι οι γνωστοί εμπορικά αποδεκτοί κινητήρες τέτοιων τρόπων καύσης καυσίμου, που συνήθως αναφέρονται ως «έκρηξη», δεν έχουν χρησιμοποιηθεί λόγω... μμμ... εμπορικής απαράδεκτης..

Πηγή:

Τι δίνει η εφαρμογή καύση έκρηξηςστους κινητήρες; Για να απλοποιήσουμε και να γενικεύσουμε πολύ, κάτι σαν αυτό:

Πλεονεκτήματα

1. Η αντικατάσταση της συμβατικής καύσης με την καύση έκρηξης λόγω της δυναμικής αερίων του μετώπου των κυμάτων κρούσης αυξάνει τη θεωρητική μέγιστη δυνατή πληρότητα της καύσης του μείγματος, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση Απόδοση κινητήρα, και να μειώσει την κατανάλωση κατά περίπου 5-20%. Αυτό ισχύει για όλους τους τύπους κινητήρων, τόσο για κινητήρες εσωτερικής καύσης όσο και για κινητήρες τζετ.

2. Ο ρυθμός καύσης ενός τμήματος του μείγματος καυσίμου αυξάνεται περίπου 10-100 φορές, πράγμα που σημαίνει ότι είναι θεωρητικά δυνατό για έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης να αυξήσει την ισχύ του λίτρου (ή ειδική ώθηση ανά κιλό μάζας για μηχανές αεροσκάφους) περίπου τις ίδιες φορές. Αυτός ο παράγοντας είναι επίσης σημαντικός για όλους τους τύπους κινητήρων.

3. Ο παράγοντας είναι σημαντικός μόνο για κινητήρες αεριωθουμένων όλων των τύπων: δεδομένου ότι οι διαδικασίες καύσης λαμβάνουν χώρα στον θάλαμο καύσης σε υπερηχητικές ταχύτητες και οι θερμοκρασίες και οι πιέσεις στον θάλαμο καύσης αυξάνονται σημαντικά, υπάρχει μια εξαιρετική θεωρητική ευκαιρία για επανειλημμένη αύξηση της ταχύτητας του ρεύματος πίδακα από το ακροφύσιο. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε αναλογική αύξηση της ώσης, της ειδικής ώθησης, της απόδοσης ή/και μείωση του βάρους του κινητήρα και του απαιτούμενου καυσίμου.

Και οι τρεις αυτοί παράγοντες είναι πολύ σημαντικοί, αλλά δεν είναι επαναστατικοί, αλλά, θα λέγαμε, εξελικτικής φύσης. Ο τέταρτος και ο πέμπτος παράγοντας είναι επαναστατικοί και ισχύουν μόνο για τους κινητήρες τζετ:

4. Μόνο η χρήση τεχνολογιών έκρηξης καθιστά δυνατή τη δημιουργία ενός γενικού κινητήρα τζετ άμεσης ροής (και επομένως, χρησιμοποιώντας ατμοσφαιρικό οξειδωτικό!) αποδεκτής μάζας, μεγέθους και ώθησης, για πρακτική και μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη της σειράς υπο -, υπερ- και υπερηχητικές ταχύτητες 0-20 Max.

5. Μόνο οι τεχνολογίες έκρηξης καθιστούν δυνατή τη συμπίεση του οξειδωτικού καυσίμου από τις μηχανές χημικών πυραύλων (οξειδωτικό καυσίμου ατμού) παραμέτρους ταχύτηταςαπαιτούνται για τους ευρεία εφαρμογήσε διαπλανητικές πτήσεις.

Σ.4 και 5. θεωρητικά μας αποκαλύπτουν α) φτηνός δρόμοςστο κοντινό διάστημα, και β) έναν δρόμο για επανδρωμένες εκτοξεύσεις σε κοντινούς πλανήτες, χωρίς την ανάγκη κατασκευής τερατωδών υπερ-βαρέων οχημάτων εκτόξευσης βάρους άνω των 3500 τόνων.

Τα μειονεκτήματα των μηχανών έκρηξης προκύπτουν από τα πλεονεκτήματά τους:

Πηγή:

1. Ο ρυθμός καύσης είναι τόσο υψηλός που τις περισσότερες φορές αυτοί οι κινητήρες μπορούν να λειτουργούν μόνο κυκλικά: εισαγωγή-καύση-εξάτμιση. Κάτι που μειώνει τη μέγιστη δυνατή ισχύ του λίτρου ή/και την ώθηση τουλάχιστον τρεις φορές, μερικές φορές ακυρώνοντας τον σκοπό της ίδιας της ιδέας.

2. Οι θερμοκρασίες, οι πιέσεις και οι ρυθμοί αύξησής τους στον θάλαμο καύσης των μηχανών έκρηξης είναι τέτοιοι που αποκλείουν την άμεση χρήση των περισσότερων γνωστών σε εμάς υλικών. Όλοι τους είναι πολύ αδύναμοι για να φτιάξουν έναν απλό, φθηνό και αποδοτικό κινητήρα. Απαιτείται είτε μια ολόκληρη οικογένεια βασικά νέων υλικών, είτε η χρήση μη αποδεδειγμένων σχεδιαστικών κόλπων. Δεν έχουμε τα υλικά και το να περιπλέκουμε ξανά το σχέδιο συχνά καθιστά την όλη ιδέα χωρίς νόημα.

Ωστόσο, υπάρχει ένας τομέας στον οποίο δεν μπορούν να αποφευχθούν οι μηχανές έκρηξης. Πρόκειται για έναν οικονομικά εφικτό ατμοσφαιρικό υπερήχο με εύρος ταχύτητας 2-20 Max. Επομένως, η μάχη συνεχίζεται σε τρία μέτωπα:

1. Δημιουργία διαγράμματος κινητήρα με συνεχή έκρηξη στο θάλαμο καύσης. Πράγμα που απαιτεί υπερυπολογιστές και μη τετριμμένες θεωρητικές προσεγγίσεις για τον υπολογισμό της αιμοδυναμικής τους. Σε αυτόν τον τομέα, τα ματωμένα καπιτονέ τζάκετ, όπως πάντα, πρωτοστάτησαν και για πρώτη φορά στον κόσμο έδειξαν θεωρητικά ότι μια συνεχής αντιπροσωπεία είναι γενικά δυνατή. Εφεύρεση, ανακάλυψη, πατέντα - αυτό είναι όλο. Και άρχισαν να φτιάχνουν μια πρακτική κατασκευή από σκουριασμένους σωλήνες και κηροζίνη.

2. Δημιουργία εποικοδομητικές λύσειςπράξη πιθανές εφαρμογέςκλασικά υλικά. Ανάθεμα τα καπιτονέ μπουφάν με τις μεθυσμένες αρκούδες, και εδώ πρώτοι σκέφτηκαν και έφτιαξαν έναν εργαστηριακό πολυθάλαμο κινητήρα, που ήδη λειτουργεί απεριόριστα. Η ώθηση μοιάζει με κινητήρα Su27, και το βάρος είναι τέτοιο που ένας (ένας!) παππούς μπορεί να το κρατήσει στα χέρια του. Αλλά από τη στιγμή που η βότκα ήταν καμένη, ο κινητήρας αποδείχθηκε ότι πάλλεται. Αλλά το κάθαρμα λειτουργεί τόσο καθαρά που μπορείς να το ανάψεις ακόμα και στην κουζίνα (όπου τα καπιτονέ σακάκια το έπλυναν στα μεσοδιαστήματα μεταξύ βότκας και μπαλαλάικα)

3. Δημιουργία υπερυλικών για μελλοντικούς κινητήρες. Αυτή η περιοχή είναι η πιο σφιχτή και μυστική. Δεν έχω πληροφορίες για ανακαλύψεις σε αυτό.

Με βάση τα παραπάνω, ας εξετάσουμε τις προοπτικές έκρηξης, εμβολοφόρος κινητήρας εσωτερικής καύσης. Όπως είναι γνωστό, η αύξηση της πίεσης στον θάλαμο καύσης κλασικά μεγέθη, κατά την έκρηξη εμφανίζεται στον κινητήρα εσωτερικής καύσης μεγαλύτερη ταχύτηταήχος. Παραμένοντας στον ίδιο σχεδιασμό, δεν υπάρχει τρόπος να φτιάξετε ένα μηχανικό έμβολο, και ακόμη και με σημαντικές σχετικές μάζες, να κινείται στον κύλινδρο με περίπου τις ίδιες ταχύτητες. Ο κλασικός ιμάντας χρονισμού επίσης δεν μπορεί να λειτουργήσει σε τέτοιες ταχύτητες. Επομένως, η άμεση μετατροπή ενός κλασικού κινητήρα εσωτερικής καύσης σε εκρηκτικό είναι άσκοπη από πρακτική άποψη. Ο κινητήρας πρέπει να επανασχεδιαστεί. Αλλά μόλις αρχίσουμε να το κάνουμε αυτό, αποδεικνύεται ότι το έμβολο σε αυτό το σχέδιο είναι απλά επιπλέον λεπτομέρεια. Επομένως, IMHO, έμβολο έκρηξη κινητήρα εσωτερικής καύσηςαυτό είναι αναχρονισμός.

Το Γραφείο Πειραματικού Σχεδιασμού Lyulka ανέπτυξε, κατασκεύασε και δοκίμασε ένα πρωτότυπο μιας μηχανής έκρηξης με παλμικό συντονισμό με καύση δύο σταδίων ενός μίγματος κηροζίνης-αέρα. Όπως αναφέρει το ITAR-TASS, η μέση μετρούμενη ώθηση του κινητήρα ήταν περίπου εκατό κιλά και η διάρκεια της συνεχούς λειτουργίας ήταν μεγαλύτερη από δέκα λεπτά. Μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους, το Γραφείο Σχεδίασης σκοπεύει να κατασκευάσει και να δοκιμάσει έναν παλμικό εκρηκτικό κινητήρα πλήρους μεγέθους.

Σύμφωνα με τον επικεφαλής σχεδιαστή του Γραφείου Σχεδιασμού Lyulka, Alexander Tarasov, κατά τη διάρκεια των δοκιμών, οι τρόποι λειτουργίας χαρακτηριστικοί ενός turbojet και κινητήρες ramjet. Μετρημένες τιμές ειδικής ώσης και συγκεκριμένη κατανάλωσητα καύσιμα ήταν 30-50 τοις εκατό καλύτερα από τους συμβατικούς κινητήρες που αναπνέουν αέρα. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ο νέος κινητήρας άνοιγε και σβήνε επανειλημμένα, καθώς και έλεγχος πρόσφυσης.

Με βάση την έρευνα που διεξήχθη, τα δεδομένα που ελήφθησαν από δοκιμές, καθώς και την ανάλυση σχεδιασμού κυκλώματος, το Γραφείο Σχεδιασμού της Lyulka σκοπεύει να προτείνει την ανάπτυξη μιας ολόκληρης οικογένειας κινητήρων αεροσκαφών με παλλόμενη έκρηξη. Ειδικότερα, μπορούν να δημιουργηθούν κινητήρες μικρής διάρκειας ζωής για μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα και πυραύλους και κινητήρες αεροσκαφών για υπερηχητικές πτήσεις κρουαζιέρας.

Στο μέλλον, με βάση τις νέες τεχνολογίες, κινητήρες για πυραυλικά και διαστημικά συστήματα και σε συνδυασμό σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειαςαεροσκάφη ικανά να πετούν στην ατμόσφαιρα και πέρα από αυτήν.

Σύμφωνα με το γραφείο σχεδιασμού, οι νέοι κινητήρες θα αυξήσουν την αναλογία ώσης προς βάρος των αεροσκαφών κατά 1,5-2 φορές. Επιπλέον, όταν χρησιμοποιείτε τέτοιους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, το εύρος πτήσης ή το βάρος των όπλων των αεροσκαφών μπορεί να αυξηθεί κατά 30-50 τοις εκατό. Ταυτόχρονα, το ειδικό βάρος των νέων κινητήρων θα είναι 1,5-2 φορές μικρότερο από αυτό των συμβατικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής αεριωθουμένων.

Αναφέρθηκε τον Μάρτιο του 2011 ότι στη Ρωσία βρίσκονταν σε εξέλιξη εργασίες για τη δημιουργία μιας παλλόμενης μηχανής έκρηξης. Αυτό δήλωσε τότε ο Ilya Fedorov, διευθύνων σύμβουλος της ένωσης έρευνας και παραγωγής Saturn, η οποία περιλαμβάνει το Γραφείο Σχεδιασμού Lyulka. Ο Fedorov δεν διευκρίνισε ποιος τύπος μηχανής εκρηκτικότητας συζητείται.

Επί του παρόντος, είναι γνωστοί τρεις τύποι παλλόμενων κινητήρων: βαλβίδα, χωρίς βαλβίδες και έκρηξη. Η αρχή λειτουργίας αυτών των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής είναι η περιοδική παροχή καυσίμου και οξειδωτικού στο θάλαμο καύσης, όπου το μείγμα καυσίμου αναφλέγεται και τα προϊόντα καύσης ρέουν έξω από το ακροφύσιο για να σχηματιστούν ώθηση τζετ. Η διαφορά από τους συμβατικούς κινητήρες αεριωθουμένων είναι η εκρηκτική καύση του μείγματος καυσίμου, στην οποία το μέτωπο της καύσης διαδίδεται ταχύτερα από την ταχύτητα του ήχου.

Παλλομένος μηχανή αεροπλάνουεφευρέθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα από τον Σουηδό μηχανικό Martin Wiberg. Ένας παλλόμενος κινητήρας θεωρείται απλός και φθηνός στην κατασκευή, αλλά λόγω των χαρακτηριστικών της καύσης καυσίμου είναι αναξιόπιστος. Πρώτα νέου τύπουΟ κινητήρας χρησιμοποιήθηκε εμπορικά κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου σε γερμανικούς πυραύλους κρουζ V-1. Εξοπλίστηκαν με τον κινητήρα Argus As-014 της Argus-Werken.

Επί του παρόντος, πολλές μεγάλες αμυντικές εταιρείες στον κόσμο ασχολούνται με έρευνα για την ανάπτυξη κινητήρων υψηλής απόδοσης παλμικού αεριωθούμενου. Ειδικότερα, τις εργασίες πραγματοποιεί η γαλλική εταιρεία SNECMA and American General Electricκαι Pratt & Whitney. Το 2012, το Εργαστήριο Ναυτικής Έρευνας των ΗΠΑ ανακοίνωσε την πρόθεσή του να αναπτύξει έναν κινητήρα περιστροφικής έκρηξης, ο οποίος θα αντικαταστήσει τους συμβατικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής αεριοστροβίλων στα πλοία.

Το Εργαστήριο Έρευνας του Ναυτικού των ΗΠΑ (NRL) σκοπεύει να αναπτύξει μια περιστροφική ή περιστροφική μηχανή έκρηξης (Rotating Detonation Engine, RDE), η οποία στο μέλλον θα μπορούσε να αντικαταστήσει τους συμβατικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής αεριοστροβίλων στα πλοία. Σύμφωνα με το NRL, οι νέοι κινητήρες θα επιτρέψουν στον στρατό να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου ενώ θα αυξήσει την ενεργειακή απόδοση των σταθμών παραγωγής ενέργειας.
Το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ λειτουργεί επί του παρόντος 430 κινητήρες αεριοστροβίλου (GTEs) σε 129 πλοία. Καταναλώνουν καύσιμα αξίας δύο δισεκατομμυρίων δολαρίων κάθε χρόνο. Η NRL εκτιμά ότι η RDE θα μπορούσε να εξοικονομήσει τον στρατό έως και 400 εκατομμύρια δολάρια ετησίως σε κόστος καυσίμων. Οι RDE θα μπορούν να παράγουν δέκα τοις εκατό περισσότερη ενέργεια από τους συμβατικούς κινητήρες αεριοστροβίλου. Το πρωτότυπο RDE έχει ήδη δημιουργηθεί, αλλά είναι ακόμα άγνωστο πότε θα αρχίσουν να μπαίνουν τέτοιοι κινητήρες στο στόλο.
Το RDE βασίζεται στις εξελίξεις του NRL που προέκυψαν κατά τη δημιουργία μιας μηχανής παλλόμενης έκρηξης (Pulse Detonation Engine, PDE). Η λειτουργία τέτοιων σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας βασίζεται στη σταθερή εκρηκτική καύση του μείγματος καυσίμου.

Οι κινητήρες περιστροφικής έκρηξης διαφέρουν από τους παλλόμενους στο ότι η εκρηκτική καύση του μείγματος καυσίμου σε αυτούς συμβαίνει συνεχώς - το μέτωπο καύσης κινείται στον δακτυλιοειδές θάλαμο καύσης, στον οποίο μίγμα καυσίμουενημερώνεται συνεχώς.

Η δημοσίευση Military-Industrial Courier αναφέρει σπουδαία νέα από τον τομέα των επαναστατικών τεχνολογιών πυραύλων. Ένας κινητήρας πυραύλων έκρηξης δοκιμάστηκε στη Ρωσία, δήλωσε ο αντιπρόεδρος της κυβέρνησης Ντμίτρι Ρογκόζιν στη σελίδα του στο Facebook την Παρασκευή.

«Οι λεγόμενοι κινητήρες πυραύλων έκρηξης που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του προγράμματος Advanced Research Foundation έχουν δοκιμαστεί επιτυχώς», αναφέρει ο αντιπρόεδρος της κυβέρνησης το Interfax-AVN.

Πιστεύεται ότι ένας κινητήρας πυραύλων έκρηξης είναι ένας από τους τρόπους υλοποίησης της έννοιας του λεγόμενου υπερήχου κινητήρα, δηλαδή τη δημιουργία υπερηχητικών αεροσκαφών ικανών να δικό του κινητήραφτάνουν ταχύτητες 4 - 6 Mach (Μαχ είναι η ταχύτητα του ήχου).

Η πύλη russia-reborn.ru παρέχει μια συνέντευξη με έναν από τους κορυφαίους ειδικούς κινητήρων στη Ρωσία σχετικά με τους κινητήρες πυραύλων έκρηξης.

Συνέντευξη με τον Petr Levochkin, επικεφαλής σχεδιαστή της NPO Energomash. Ο Ακαδημαϊκός Β.Π. Γκλούσκο».

Δημιουργούνται κινητήρες για υπερηχητικούς πυραύλους του μέλλοντος
Οι λεγόμενοι κινητήρες πυραύλων έκρηξης έχουν δοκιμαστεί με επιτυχία, δίνοντας πολύ ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Οι αναπτυξιακές εργασίες προς αυτή την κατεύθυνση θα συνεχιστούν.

Η έκρηξη είναι έκρηξη. Μπορεί να γίνει διαχειρίσιμο; Είναι δυνατόν να δημιουργηθούν υπερηχητικά όπλα με βάση τέτοιους κινητήρες; Οι οποίες πυραυλοκινητήρεςθα εκτοξεύουν ακατοίκητα και επανδρωμένα οχήματα στο κοντινό διάστημα; Μιλήσαμε για αυτό με τον Αναπληρωτή Γενικό Διευθυντή - Επικεφαλής Σχεδιαστή της NPO Energomash. Ο Ακαδημαϊκός Β.Π. Glushko» του Pyotr Levochkin.

Petr Sergeevich, τι ευκαιρίες ανοίγουν οι νέοι κινητήρες;

Petr Levochkin: Αν μιλάμε για το εγγύς μέλλον, σήμερα εργαζόμαστε σε κινητήρες για πυραύλους όπως ο Angara A5V και ο Soyuz-5, καθώς και άλλοι που βρίσκονται σε στάδιο προσχεδιασμού και είναι άγνωστοι στο ευρύ κοινό. Γενικά, οι κινητήρες μας έχουν σχεδιαστεί για να σηκώνουν έναν πύραυλο από την επιφάνεια ενός ουράνιου σώματος. Και μπορεί να είναι οτιδήποτε - επίγειο, σεληνιακό, αρειανό. Αν, λοιπόν, εφαρμοστούν σεληνιακά ή αρειανά προγράμματα, σίγουρα θα λάβουμε μέρος σε αυτά.

Ποια είναι η απόδοση των σύγχρονων πυραυλοκινητήρων και υπάρχουν τρόποι βελτίωσής τους;

Petr Levochkin: Αν μιλάμε για τις ενεργειακές και θερμοδυναμικές παραμέτρους των κινητήρων, τότε μπορούμε να πούμε ότι οι δικοί μας, καθώς και οι καλύτεροι ξένοι χημικοί κινητήρες πυραύλων σήμερα, έχουν φτάσει σε μια ορισμένη τελειότητα. Για παράδειγμα, η πληρότητα της καύσης καυσίμου φτάνει το 98,5 τοις εκατό. Δηλαδή, σχεδόν όλη η χημική ενέργεια του καυσίμου στον κινητήρα μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια του ρέοντος ρεύματος αερίου από το ακροφύσιο.

Οι κινητήρες μπορούν να βελτιωθούν σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση πιο ενεργοβόρων εξαρτημάτων καυσίμου, την εισαγωγή νέων λύσεων κυκλωμάτων και την αύξηση της πίεσης στον θάλαμο καύσης. Μια άλλη κατεύθυνση είναι η χρήση νέων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των προσθέτων, προκειμένου να μειωθεί η ένταση της εργασίας και, κατά συνέπεια, να μειωθεί το κόστος του πυραυλοκινητήρα. Όλα αυτά οδηγούν σε μείωση του κόστους παραγωγής φορτίο επί πληρωμή.

Ωστόσο, μετά από προσεκτικότερη εξέταση, γίνεται σαφές ότι η αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των κινητήρων παραδοσιακό τρόποατελέσφορος.

Η χρήση μιας ελεγχόμενης έκρηξης καυσίμου μπορεί να δώσει σε έναν πύραυλο ταχύτητες οκτώ φορές μεγαλύτερες από τον ήχο
Γιατί;

Petr Levochkin: Η αύξηση της πίεσης και της ροής καυσίμου στον θάλαμο καύσης θα αυξήσει φυσικά την ώση του κινητήρα. Αλλά αυτό θα απαιτήσει αύξηση του πάχους των τοιχωμάτων του θαλάμου και των αντλιών. Ως αποτέλεσμα, η πολυπλοκότητα της δομής και η μάζα της αυξάνεται και το ενεργειακό κέρδος δεν είναι τόσο μεγάλο. Το παιχνίδι δεν θα αξίζει το κερί.

Δηλαδή οι πυραυλοκινητήρες έχουν εξαντλήσει τον πόρο ανάπτυξής τους;

Petr Levochkin: Όχι ακριβώς. Σε τεχνικούς όρους, μπορούν να βελτιωθούν αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα των ενδοκινητικών διεργασιών. Υπάρχουν κύκλοι θερμοδυναμικής μετατροπής της χημικής ενέργειας σε ενέργεια του εκροής πίδακα, οι οποίοι είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί από την κλασική καύση καυσίμου πυραύλων. Αυτός είναι ο κύκλος καύσης της έκρηξης και ο στενά συνδεδεμένος κύκλος Humphrey.

Η ίδια η επίδραση της έκρηξης του καυσίμου ανακαλύφθηκε από τον συμπατριώτη μας, μετέπειτα ακαδημαϊκό Yakov Borisovich Zeldovich, το 1940. Η εφαρμογή αυτού του αποτελέσματος στην πράξη υποσχόταν πολύ μεγάλες προοπτικές στην πυραυλική επιστήμη. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι τα ίδια χρόνια οι Γερμανοί μελέτησαν ενεργά τη διαδικασία καύσης της έκρηξης. Αλλά δεν προχώρησαν πέρα από τα όχι απόλυτα επιτυχημένα πειράματα.

Οι θεωρητικοί υπολογισμοί έδειξαν ότι η καύση με έκρηξη είναι 25 τοις εκατό πιο αποτελεσματική από τον ισοβαρικό κύκλο που αντιστοιχεί στην καύση καυσίμου σε σταθερή πίεση, η οποία εφαρμόζεται στους θαλάμους των σύγχρονων κινητήρων υγρού καυσίμου.

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της καύσης με έκρηξη σε σύγκριση με την κλασική καύση;

Petr Levochkin: Η κλασική διαδικασία καύσης είναι υποηχητική. Έκρηξη - υπερηχητική. Η ταχύτητα της αντίδρασης σε μικρό όγκο οδηγεί σε τεράστια απελευθέρωση θερμότητας - είναι αρκετές χιλιάδες φορές υψηλότερη από ό,τι κατά την υποηχητική καύση, που εφαρμόζεται σε κλασικούς πυραυλοκινητήρες με την ίδια μάζα καυσίμου. Και για εμάς, τους επιστήμονες κινητήρων, αυτό σημαίνει ότι με σημαντικά μικρότερες διαστάσεις της μηχανής έκρηξης και με χαμηλή μάζα καυσίμου, μπορούμε να επιτύχουμε την ίδια ώθηση όπως σε τεράστιους σύγχρονους κινητήρες υγρών πυραύλων.

Δεν είναι μυστικό ότι οι κινητήρες με καύση καυσίμου με έκρηξη αναπτύσσονται επίσης στο εξωτερικό. Ποιες είναι οι θέσεις μας; Είμαστε κατώτεροι, είμαστε στο επίπεδό τους ή προηγούμαστε;

Petr Levochkin: Δεν υποχωρούμε - αυτό είναι σίγουρο. Αλλά δεν μπορώ να πω ότι είμαστε πρωτοπόροι. Το θέμα είναι αρκετά κλειστό. Ένα από τα κύρια τεχνολογικά μυστικά είναι πώς να διασφαλίσουμε ότι το καύσιμο και το οξειδωτικό ενός κινητήρα πυραύλων δεν καίγονται, αλλά εκραγούν, χωρίς να καταστραφεί ο θάλαμος καύσης. Δηλαδή να κάνουμε ουσιαστικά μια πραγματική έκρηξη ελεγχόμενη και διαχειρίσιμη. Για αναφορά: έκρηξη είναι η καύση καυσίμου στο μπροστινό μέρος ενός υπερηχητικού κρουστικού κύματος. Γίνεται διάκριση μεταξύ της παλμικής έκρηξης, όταν ένα κρουστικό κύμα κινείται κατά μήκος του άξονα του θαλάμου και το ένα αντικαθιστά το άλλο, καθώς και της συνεχούς έκρηξης (σπιν), όταν τα κρουστικά κύματα στον θάλαμο κινούνται κυκλικά.

Από όσο γνωρίζουμε, έχουν πραγματοποιηθεί πειραματικές μελέτες καύσης εκρηκτικών με τη συμμετοχή των ειδικών σας. Ποια αποτελέσματα προέκυψαν;

Petr Levochkin: Πραγματοποιήθηκαν εργασίες για τη δημιουργία ενός μοντέλου θαλάμου κινητήρα πυραύλων υγρής έκρηξης. Μια μεγάλη συνεργασία κορυφαίων επιστημόνων εργάστηκε στο έργο υπό την αιγίδα του Ιδρύματος Προηγμένης Έρευνας επιστημονικά κέντραΡωσία. Μεταξύ αυτών είναι το Ινστιτούτο Υδροδυναμικής που πήρε το όνομά του. Μ.Α. Lavrentyeva, MAI, "Keldysh Center", Κεντρικό Ινστιτούτοκτίριο αεροσκαφών που πήρε το όνομά του. ΠΙ. Baranova, Σχολή Μηχανικής και Μαθηματικών, Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας. Προτείναμε να χρησιμοποιήσουμε κηροζίνη ως καύσιμο και αέριο οξυγόνο ως οξειδωτικό. Στη διαδικασία της θεωρητικής και πειραματικής έρευνας, επιβεβαιώθηκε η δυνατότητα δημιουργίας κινητήρα πυραύλων έκρηξης χρησιμοποιώντας τέτοια εξαρτήματα. Με βάση τα δεδομένα που ελήφθησαν, αναπτύξαμε, κατασκευάσαμε και δοκιμάσαμε με επιτυχία ένα μοντέλο θαλάμου εκρήξεων με ώθηση 2 τόνων και πίεση στον θάλαμο καύσης περίπου 40 atm.

Αυτό το πρόβλημα λύθηκε για πρώτη φορά όχι μόνο στη Ρωσία, αλλά και στον κόσμο. Οπότε, φυσικά, υπήρχαν προβλήματα. Πρώτον, σχετίζεται με τη διασφάλιση σταθερής έκρηξης οξυγόνου με κηροζίνη και, δεύτερον, με την εξασφάλιση αξιόπιστης ψύξης του τοιχώματος πυρκαγιάς του θαλάμου χωρίς ψύξη κουρτίνας και μια σειρά άλλων προβλημάτων, η ουσία των οποίων είναι κατανοητή μόνο στους ειδικούς.

Πιστεύεται ότι ένας κινητήρας πυραύλων έκρηξης είναι ένας από τους τρόπους εφαρμογής της έννοιας του λεγόμενου υπερήχου κινητήρα, δηλαδή, η δημιουργία υπερηχητικών αεροσκαφών ικανών να φτάσουν ταχύτητες 4 - 6 Mach (Mach - η ταχύτητα του ήχου) χρησιμοποιώντας δικό τους κινητήρα.

Συνέντευξη με τον Pyotr Levochkin, επικεφαλής σχεδιαστή της NPO Energomash με το όνομα του Ακαδημαϊκού V.P.

Η έκρηξη είναι έκρηξη. Μπορεί να γίνει διαχειρίσιμο; Είναι δυνατόν να δημιουργηθούν υπερηχητικά όπλα με βάση τέτοιους κινητήρες; Ποιοι πυραυλοκινητήρες θα εκτοξεύουν ακατοίκητα και επανδρωμένα οχήματα στο κοντινό διάστημα; Η συζήτησή μας με τον Αναπληρωτή Γενικό Διευθυντή - Επικεφαλής Σχεδιαστή της NPO Energomash με το όνομα του Ακαδημαϊκού V.P Glushko, Petr Levochkin, αφορούσε αυτό.

Petr Sergeevich, τι ευκαιρίες ανοίγουν οι νέοι κινητήρες;

Ποια είναι η απόδοση των σύγχρονων πυραυλοκινητήρων και υπάρχουν τρόποι βελτίωσής τους;

Οι κινητήρες μπορούν να βελτιωθούν σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση πιο ενεργοβόρων εξαρτημάτων καυσίμου, την εισαγωγή νέων λύσεων κυκλωμάτων και την αύξηση της πίεσης στον θάλαμο καύσης. Μια άλλη κατεύθυνση είναι η χρήση νέων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των προσθέτων, προκειμένου να μειωθεί η ένταση της εργασίας και, κατά συνέπεια, να μειωθεί το κόστος του πυραυλοκινητήρα. Όλα αυτά οδηγούν σε μείωση του κόστους του εκτοξευόμενου ωφέλιμου φορτίου.

Ωστόσο, μετά από προσεκτικότερη εξέταση, γίνεται σαφές ότι η αύξηση των ενεργειακών χαρακτηριστικών των κινητήρων με τον παραδοσιακό τρόπο είναι αναποτελεσματική.

Δηλαδή οι πυραυλοκινητήρες έχουν εξαντλήσει τον πόρο ανάπτυξής τους;

Η ίδια η επίδραση της έκρηξης του καυσίμου ανακαλύφθηκε από τον συμπατριώτη μας - τον μετέπειτα ακαδημαϊκό Yakov Borisovich Zeldovich το 1940. Η εφαρμογή αυτού του αποτελέσματος στην πράξη υποσχόταν πολύ μεγάλες προοπτικές στην πυραυλική επιστήμη. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι τα ίδια χρόνια οι Γερμανοί μελέτησαν ενεργά τη διαδικασία καύσης της έκρηξης. Αλλά δεν προχώρησαν πέρα από τα όχι απόλυτα επιτυχημένα πειράματα.

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της καύσης με έκρηξη σε σύγκριση με την κλασική καύση;

Petr Levochkin: Πραγματοποιήθηκαν εργασίες για τη δημιουργία ενός μοντέλου θαλάμου κινητήρα πυραύλων υγρής έκρηξης. Μια μεγάλη συνεργασία κορυφαίων επιστημονικών κέντρων στη Ρωσία εργάστηκε για το έργο υπό την αιγίδα του Ιδρύματος Προηγμένης Έρευνας. Μεταξύ αυτών είναι το Ινστιτούτο Υδροδυναμικής που πήρε το όνομά του. Μ.Α. Lavrentiev, MAI, "Keldysh Center", Κεντρικό Ινστιτούτο Μηχανικής Αεροπορικών Μηχανών που πήρε το όνομά του. ΠΙ. Baranova, Σχολή Μηχανικής και Μαθηματικών, Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας. Προτείναμε να χρησιμοποιήσουμε κηροζίνη ως καύσιμο και αέριο οξυγόνο ως οξειδωτικό. Στη διαδικασία της θεωρητικής και πειραματικής έρευνας, επιβεβαιώθηκε η δυνατότητα δημιουργίας κινητήρα πυραύλων έκρηξης χρησιμοποιώντας τέτοια εξαρτήματα. Με βάση τα δεδομένα που ελήφθησαν, αναπτύξαμε, κατασκευάσαμε και δοκιμάσαμε με επιτυχία ένα μοντέλο θαλάμου εκρήξεων με ώθηση 2 τόνων και πίεση στον θάλαμο καύσης περίπου 40 atm.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μηχανή έκρηξης σε υπερηχητικούς πυραύλους;

Petr Levochkin: Είναι και δυνατό και απαραίτητο. Αν και μόνο επειδή η καύση καυσίμου σε αυτό είναι υπερηχητική. Και σε αυτούς τους κινητήρες στους οποίους τώρα προσπαθούν να δημιουργήσουν ελεγχόμενα υπερηχητικά αεροσκάφη, η καύση είναι υποηχητική. Και αυτό δημιουργεί πολλά προβλήματα. Σε τελική ανάλυση, εάν η καύση στον κινητήρα είναι υποηχητική και ο κινητήρας πετάει, ας πούμε, με ταχύτητα πέντε mach (ένα mach ίση με την ταχύτηταήχος), πρέπει να επιβραδύνετε την επερχόμενη ροή αέρα σε λειτουργία ήχου. Κατά συνέπεια, όλη η ενέργεια αυτού του φρεναρίσματος μετατρέπεται σε θερμότητα, γεγονός που οδηγεί σε πρόσθετη υπερθέρμανση της δομής.

Και σε έναν κινητήρα έκρηξης, η διαδικασία καύσης συμβαίνει με ταχύτητα τουλάχιστον δυόμισι φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου. Και, κατά συνέπεια, μπορούμε να αυξήσουμε την ταχύτητα του αεροσκάφους κατά αυτό το ποσό. Δηλαδή, δεν μιλάμε πλέον για πέντε, αλλά για οκτώ κούνιες. Αυτή είναι η επί του παρόντος επιτεύξιμη ταχύτητα αεροσκαφών με υπερηχητικούς κινητήρες, που θα χρησιμοποιούν την αρχή της καύσης με έκρηξη.

Petr Levochkin: Αυτό είναι σύνθετο ζήτημα. Μόλις ανοίξαμε την πόρτα στην περιοχή της καύσης έκρηξης. Υπάρχουν ακόμη πολλά που παραμένουν ανεξερεύνητα πέρα από το πεδίο της έρευνάς μας. Σήμερα, μαζί με την RSC Energia, προσπαθούμε να προσδιορίσουμε πώς μπορεί να μοιάζει ο κινητήρας στο σύνολό του με θάλαμο έκρηξης σε σχέση με τα ανώτερα στάδια στο μέλλον.

Με ποιους κινητήρες θα πετάξει ένας άνθρωπος σε μακρινούς πλανήτες;

Petr Levochkin: Κατά τη γνώμη μου, θα πετάμε με παραδοσιακούς κινητήρες πυραύλων υγρού καυσίμου για μεγάλο χρονικό διάστημα, βελτιώνοντάς τους. Αν και σίγουρα αναπτύσσονται άλλοι τύποι πυραυλοκινητήρων, για παράδειγμα, ηλεκτρικοί πυραυλοκινητήρες (είναι πολύ πιο αποδοτικοί από τους κινητήρες υγρών πυραύλων - η ειδική τους ώθηση είναι 10 φορές μεγαλύτερη). Αλίμονο, οι σημερινοί κινητήρες και τα οχήματα εκτόξευσης δεν μας επιτρέπουν να μιλήσουμε για την πραγματικότητα των μαζικών διαπλανητικών, και ακόμη περισσότερο των διαγαλαξιακών πτήσεων. Όλα εδώ είναι ακόμα στο επίπεδο της επιστημονικής φαντασίας: μηχανές φωτονίων, τηλεμεταφορά, αιώρηση, βαρυτικά κύματα. Αν και, από την άλλη, λίγο περισσότερο από εκατό χρόνια πριν, τα έργα του Ιουλίου Βερν θεωρούνταν καθαρή φαντασία. Ίσως μια επαναστατική σημαντική ανακάλυψη στον τομέα στον οποίο εργαζόμαστε δεν θα αργήσει να έρθει. Συμπεριλαμβανομένης της περιοχής πρακτική δημιουργίαπυραύλους που χρησιμοποιούν ενέργεια έκρηξης.

Φάκελος "RG":
Η «Ένωση Έρευνας και Παραγωγής Energomash» ιδρύθηκε από τον Valentin Petrovich Glushko το 1929. Τώρα φέρει το όνομά του. Εδώ αναπτύσσουν και παράγουν κινητήρες υγρών πυραύλων για το πρώτο και, σε ορισμένες περιπτώσεις, το δεύτερο στάδιο των οχημάτων εκτόξευσης. Το NPO έχει αναπτύξει περισσότερους από 60 διαφορετικούς κινητήρες αεριωθούμενων υγρών. Ο πρώτος δορυφόρος εκτοξεύτηκε χρησιμοποιώντας κινητήρες Energomash, ο πρώτος άνθρωπος πέταξε στο διάστημα και εκτοξεύτηκε το πρώτο αυτοκινούμενο όχημα Lunokhod-1. Σήμερα, περισσότερο από το ενενήντα τοις εκατό των οχημάτων εκτόξευσης στη Ρωσία απογειώνονται χρησιμοποιώντας κινητήρες που αναπτύχθηκαν και παράγονται στην NPO Energomash.

Βιβλιογραφικός σύνδεσμος

Διαβάστε επίσης