เครื่องยนต์หมุน รัสเซียทดสอบเครื่องยนต์จรวดระเบิด – มีประสิทธิภาพสูงกว่า

ในความเป็นจริง แทนที่จะเป็นเปลวไฟด้านหน้าคงที่ในเขตการเผาไหม้ คลื่นระเบิดจะเกิดขึ้นโดยเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียง ในคลื่นอัดดังกล่าว เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์จะทำให้เกิดการระเบิด กระบวนการนี้จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์จะเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ตามลำดับความสำคัญเนื่องจากความกะทัดรัดของเขตการเผาไหม้

เป็นที่น่าสนใจว่าย้อนกลับไปในปี 1940 นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Ya.B. Zeldovich เสนอแนวคิดเกี่ยวกับเครื่องยนต์ระเบิดในบทความเรื่อง "การใช้การเผาไหม้อย่างมีพลัง" ตั้งแต่นั้นมานักวิทยาศาสตร์จำนวนมากจาก ประเทศต่างๆจากนั้นสหรัฐอเมริกา เยอรมนี และเพื่อนร่วมชาติของเราก็ก้าวไปข้างหน้า

ในฤดูร้อนของเดือนสิงหาคม 2559 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียสามารถสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นเชื้อเพลิงเหลวขนาดเต็มได้เป็นครั้งแรกในโลกซึ่งทำงานบนหลักการระเบิดของการเผาไหม้เชื้อเพลิง ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาหลังเปเรสทรอยกา ในที่สุดประเทศของเราก็ได้กำหนดลำดับความสำคัญระดับโลกในการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ล่าสุด

ทำไมมันดีจัง เครื่องยนต์ใหม่- เครื่องยนต์ไอพ่นใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อส่วนผสมถูกเผาที่ความดันคงที่และเปลวไฟที่ด้านหน้าคงที่ ส่วนผสมของก๊าซของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ระหว่างการเผาไหม้จะทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและเกิดคอลัมน์เปลวไฟที่หนีออกจากหัวฉีด แรงผลักดันของเจ็ท.

ในระหว่างการเผาไหม้ด้วยการระเบิด ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาไม่มีเวลาที่จะพังทลาย เนื่องจากกระบวนการนี้เร็วกว่าการระเบิดของแก๊สถึง 100 เท่า และความดันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่ปริมาตรยังคงไม่เปลี่ยนแปลง การปล่อยพลังงานจำนวนมากดังกล่าวสามารถทำลายเครื่องยนต์ของรถยนต์ได้จริง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมกระบวนการดังกล่าวจึงมักเกี่ยวข้องกับการระเบิด

ในความเป็นจริง แทนที่จะเป็นเปลวไฟด้านหน้าคงที่ในเขตการเผาไหม้ คลื่นระเบิดจะเกิดขึ้นโดยเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียง ในคลื่นอัดดังกล่าว เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์จะทำให้เกิดการระเบิด จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ จะเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ตามลำดับความสำคัญ เนื่องจากความแน่นของโซนการเผาไหม้ นั่นเป็นสาเหตุที่ผู้เชี่ยวชาญเริ่มกระตือรือร้นที่จะพัฒนาแนวคิดนี้

ในเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบธรรมดาซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นเครื่องเผาไหม้ขนาดใหญ่ สิ่งสำคัญไม่ใช่ห้องเผาไหม้และหัวฉีด แต่เป็นหน่วยเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง (TNA) ซึ่งสร้างแรงกดดันจนเชื้อเพลิงทะลุผ่านห้อง ตัวอย่างเช่น ในเครื่องยนต์จรวดของรัสเซีย RD-170 สำหรับยานพาหนะปล่อยพลังงานของ Energia ความดันในห้องเผาไหม้อยู่ที่ 250 atm และปั๊มที่จ่ายตัวออกซิไดเซอร์ไปยังโซนการเผาไหม้จะต้องสร้างแรงดันที่ 600 atm

ในเครื่องยนต์ที่ใช้จุดระเบิด ความดันจะถูกสร้างขึ้นโดยการระเบิดเอง ซึ่งแสดงถึงคลื่นอัดที่กำลังเคลื่อนที่ในส่วนผสมเชื้อเพลิง ซึ่งความดันที่ไม่มี TNA ใดๆ จะสูงกว่าอยู่แล้ว 20 เท่า และหน่วยเทอร์โบปั๊มจะไม่จำเป็น เพื่อให้ชัดเจน American Shuttle มีแรงดันในห้องเผาไหม้ 200 atm และในสภาวะเช่นนี้เครื่องยนต์จุดระเบิดต้องการเพียง 10 atm เพื่อจ่ายส่วนผสม - นี่เหมือนกับปั๊มจักรยานและสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Sayano-Shushenskaya

เครื่องยนต์ที่ใช้การระเบิดในกรณีนี้ไม่เพียงแต่ง่ายกว่าและราคาถูกกว่าตามลำดับความสำคัญเท่านั้น แต่ยังทรงพลังและประหยัดกว่าเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวทั่วไปอีกด้วย

ระหว่างดำเนินโครงการเครื่องยนต์ระเบิด ปัญหาในการรับมือกับคลื่นระเบิดก็เกิดขึ้น ปรากฏการณ์นี้ไม่ใช่เรื่องง่าย: คลื่นระเบิดซึ่งมีความเร็วเท่ากับเสียง แต่เป็นคลื่นระเบิดที่แพร่กระจายด้วยความเร็ว 2,500 เมตร/วินาที ทำให้ด้านหน้าเปลวไฟไม่เสถียร สำหรับการเต้นแต่ละครั้ง ส่วนผสมจะถูกสร้างขึ้นใหม่และ คลื่นเริ่มต้นอีกครั้ง

ก่อนหน้านี้ วิศวกรชาวรัสเซียและฝรั่งเศสได้พัฒนาและสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นแบบเร้าใจ แต่ไม่ใช่บนหลักการของการระเบิด แต่อยู่บนพื้นฐานของการเต้นเป็นจังหวะของการเผาไหม้แบบธรรมดา คุณลักษณะของเครื่องยนต์ PURE ดังกล่าวอยู่ในระดับต่ำ และเมื่อผู้สร้างเครื่องยนต์พัฒนาปั๊ม กังหัน และคอมเพรสเซอร์ อายุของเครื่องยนต์ไอพ่นและเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวก็เริ่มต้นขึ้น และเครื่องยนต์ที่เต้นเป็นจังหวะยังคงอยู่นอกกรอบของความก้าวหน้า นักวิทยาศาสตร์ที่ฉลาดหลักแหลมพยายามผสมผสานการเผาไหม้แบบระเบิดเข้ากับ PURE แต่ความถี่ของการสั่นของด้านหน้าการเผาไหม้แบบธรรมดานั้นไม่เกิน 250 ต่อวินาที และด้านหน้าการระเบิดมีความเร็วสูงสุด 2,500 เมตร/วินาที และความถี่ของการระเบิด การเต้นเป็นจังหวะถึงหลายพันต่อวินาที ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะนำอัตราการฟื้นฟูส่วนผสมดังกล่าวมาปฏิบัติจริงและในเวลาเดียวกันก็ทำให้เกิดการระเบิด

ในสหรัฐอเมริกาพวกเขาสามารถสร้างเครื่องยนต์ที่ทำให้เกิดการระเบิดเป็นจังหวะและทดสอบในอากาศแม้ว่าจะใช้งานได้เพียง 10 วินาที แต่นักออกแบบชาวอเมริกันก็ให้ความสำคัญเป็นอันดับแรก แต่ในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต B.V. Wojciechowski และเกือบจะในเวลาเดียวกัน J. Nichols ชาวอเมริกันจากมหาวิทยาลัยมิชิแกนเกิดความคิดที่จะวนคลื่นระเบิดในห้องเผาไหม้

เครื่องยนต์จรวดระเบิดทำงานอย่างไร?

เช่น เครื่องยนต์โรตารีประกอบด้วยห้องเผาไหม้รูปวงแหวนซึ่งมีหัวฉีดอยู่ตามแนวรัศมีเพื่อจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง คลื่นระเบิดวิ่งเหมือนกระรอกในวงล้อเป็นวงกลม ส่วนผสมเชื้อเพลิงจะบีบอัดและเผาไหม้ออก ผลักผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ผ่านหัวฉีด ในเครื่องยนต์แบบหมุน เราได้ความถี่ในการหมุนของคลื่นหลายพันต่อวินาที การทำงานของมันคล้ายกับกระบวนการทำงานในเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลว แต่จะมีประสิทธิภาพมากกว่าเท่านั้น เนื่องจากการระเบิดของส่วนผสมเชื้อเพลิง

ในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาและต่อมาในรัสเซีย งานกำลังดำเนินการเพื่อสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนที่มีคลื่นต่อเนื่องเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในและด้วยเหตุนี้จึงมีการสร้างวิทยาศาสตร์ทั้งหมด - จลนศาสตร์ทางกายภาพและเคมี ในการคำนวณเงื่อนไขของคลื่นต่อเนื่อง จำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังซึ่งเพิ่งสร้างขึ้นเมื่อไม่นานมานี้
ในรัสเซีย สถาบันวิจัยและสำนักงานออกแบบหลายแห่งกำลังทำงานในโครงการเครื่องยนต์หมุนดังกล่าว ซึ่งรวมถึงบริษัท NPO Energomash ซึ่งเป็นบริษัทสร้างเครื่องยนต์ในอุตสาหกรรมอวกาศ มูลนิธิการวิจัยขั้นสูงเข้ามาช่วยในการพัฒนาเครื่องยนต์ดังกล่าว เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับเงินทุนจากกระทรวงกลาโหม - พวกเขาต้องการเพียงผลลัพธ์ที่รับประกันเท่านั้น

อย่างไรก็ตามในระหว่างการทดสอบใน Khimki ที่ Energomash มีการบันทึกสถานะการระเบิดของการหมุนอย่างต่อเนื่องอย่างต่อเนื่อง - 8,000 รอบต่อวินาทีสำหรับส่วนผสมของออกซิเจนและน้ำมันก๊าด ในเวลาเดียวกัน คลื่นระเบิดทำให้คลื่นสั่นสะเทือนสมดุล และสารเคลือบป้องกันความร้อนก็ทนต่ออุณหภูมิสูงได้

แต่อย่าหลอกตัวเอง เพราะนี่เป็นเพียงเครื่องยนต์สาธิตที่ทำงานในช่วงเวลาสั้น ๆ และยังไม่มีการพูดถึงคุณลักษณะของมันเลย แต่สิ่งสำคัญคือความเป็นไปได้ในการสร้างการเผาไหม้แบบระเบิดได้รับการพิสูจน์แล้วและมีการสร้างเครื่องยนต์หมุนขนาดเต็มในรัสเซียซึ่งจะยังคงอยู่ในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ตลอดไป

วิดีโอ: Energomash เป็นเครื่องแรกในโลกที่ทดสอบเครื่องยนต์จรวดของเหลวที่ทำให้เกิดการระเบิด

จริงๆ แล้วอะไรอยู่เบื้องหลังรายงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์จรวดระเบิดเครื่องแรกของโลกที่ทดสอบในรัสเซีย

เมื่อปลายเดือนสิงหาคม 2559 มีข่าวแพร่กระจายไปทั่วโลก: ที่อัฒจันทร์แห่งหนึ่งของ NPO Energomash ใน Khimki ใกล้กรุงมอสโก ของเหลวขนาดเต็มเครื่องแรกของโลก เครื่องยนต์จรวด(LPRE) โดยใช้การเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบระเบิด- วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของรัสเซียมุ่งสู่งานนี้มาเป็นเวลา 70 ปีแล้ว แนวคิดของเครื่องยนต์ระเบิดถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Ya. B. Zeldovich ในบทความเรื่อง "การใช้การเผาไหม้อย่างมีพลัง" ตีพิมพ์ใน Journal of Technical Physics เมื่อปี 1940 ตั้งแต่นั้นมา ก็มีการวิจัยและการทดลองเกิดขึ้นทั่วโลก การปฏิบัติจริง เทคโนโลยีที่มีแนวโน้ม- ด้วยการแข่งขันทางความคิดเช่นนี้ เยอรมนี สหรัฐอเมริกา และสหภาพโซเวียตก็ก้าวไปข้างหน้า และตอนนี้รัสเซียได้รับความสำคัญเป็นอันดับแรกในประวัติศาสตร์เทคโนโลยีโลก ใน ปีที่ผ่านมาไม่บ่อยนักที่ประเทศเราจะอวดเรื่องแบบนี้ได้

บนยอดคลื่น

ทดสอบเครื่องยนต์จรวดเหลวระเบิด


ข้อดีของเครื่องยนต์ระเบิดคืออะไร? ในเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวแบบดั้งเดิม เช่นเดียวกับในลูกสูบธรรมดาหรือ เครื่องยนต์เครื่องบินเทอร์โบเจ็ทคือพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงจะถูกใช้ ในกรณีนี้ เปลวไฟที่อยู่นิ่งจะเกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลว ซึ่งการเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ กระบวนการเผาไหม้ปกตินี้เรียกว่าการเผาไหม อันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์อุณหภูมิของส่วนผสมของก๊าซจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ลุกเป็นไฟจะระเบิดออกมาจากหัวฉีดซึ่งก่อให้เกิดแรงขับของไอพ่น

การระเบิดก็เป็นการเผาไหม้เช่นกัน แต่เกิดขึ้นเร็วกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงทั่วไปถึง 100 เท่า กระบวนการนี้ดำเนินไปเร็วมากจนมักสับสนระหว่างการระเบิดกับการระเบิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันปล่อยพลังงานออกมามากจน เช่น เครื่องยนต์ของรถยนต์เมื่อปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้น กระบอกสูบอาจพังทลายลงได้ อย่างไรก็ตาม การระเบิดไม่ใช่การระเบิด แต่เป็นการเผาไหม้ที่รวดเร็วมากจนผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาไม่มีเวลาที่จะขยายตัว ดังนั้นกระบวนการนี้จึงเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่และความดันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งต่างจากการเผาไฟ

ในทางปฏิบัติ จะเป็นดังนี้: แทนที่จะเป็นเปลวไฟที่อยู่นิ่งด้านหน้า ส่วนผสมเชื้อเพลิงคลื่นระเบิดจะเกิดขึ้นภายในห้องเผาไหม้ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียง ในคลื่นอัดนี้ การระเบิดของส่วนผสมของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์เกิดขึ้น และกระบวนการนี้จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์จะมีประสิทธิภาพมากกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบธรรมดามาก ประสิทธิภาพของการเผาไหม้แบบระเบิดนั้นสูงกว่า 25–30% นั่นคือเมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณเท่ากันจะได้แรงขับมากขึ้นและเนื่องจากความกะทัดรัดของโซนการเผาไหม้เครื่องยนต์จุดระเบิดจึงเป็นลำดับความสำคัญทางทฤษฎีที่เหนือกว่าแบบธรรมดา เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว ในแง่ของกำลังต่อหน่วยปริมาตร

เพียงอย่างเดียวก็เพียงพอที่จะดึงดูดความสนใจของผู้เชี่ยวชาญให้มากที่สุดกับแนวคิดนี้ ท้ายที่สุดแล้วความเมื่อยล้าที่เกิดขึ้นในการพัฒนาอวกาศอวกาศโลกซึ่งติดอยู่ในวงโคจรโลกต่ำเป็นเวลาครึ่งศตวรรษนั้นมีความเกี่ยวข้องเป็นหลักกับวิกฤตในการสร้างเครื่องยนต์จรวด อย่างไรก็ตาม การบินก็ตกอยู่ในภาวะวิกฤติเช่นกัน ไม่สามารถข้ามขีดจำกัดของความเร็วเสียงสามระดับได้ วิกฤตนี้สามารถเทียบได้กับสถานการณ์ของเครื่องบินลูกสูบในช่วงปลายทศวรรษ 1930 ใบพัดและเครื่องยนต์ การเผาไหม้ภายในหมดศักยภาพและมีเพียงการกำเนิดของเครื่องยนต์ไอพ่นเท่านั้นที่ทำให้สามารถบรรลุคุณภาพสูงได้ ระดับใหม่ระดับความสูง ความเร็ว และระยะการบิน

เครื่องยนต์จรวดระเบิด

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การออกแบบเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบคลาสสิกได้รับการขัดเกลาเพื่อความสมบูรณ์แบบและเกือบจะถึงขีดจำกัดความสามารถแล้ว เป็นไปได้ที่จะเพิ่มลักษณะเฉพาะในอนาคตภายในขอบเขตที่น้อยมาก - เพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นนักบินอวกาศโลกจึงถูกบังคับให้ปฏิบัติตามเส้นทางการพัฒนาที่กว้างขวาง: สำหรับเที่ยวบินที่มีคนขับไปยังดวงจันทร์จำเป็นต้องสร้างยานปล่อยขนาดยักษ์และนี่เป็นเรื่องยากมากและมีราคาแพงอย่างไม่น่าเชื่อ อย่างน้อยสำหรับรัสเซีย ความพยายามที่จะเอาชนะวิกฤติด้วยความช่วยเหลือ เครื่องยนต์นิวเคลียร์ประสบปัญหาสิ่งแวดล้อม อาจเร็วเกินไปที่จะเปรียบเทียบรูปลักษณ์ของเครื่องยนต์จรวดระเบิดกับการเปลี่ยนการบินเป็นการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น แต่พวกมันค่อนข้างสามารถเร่งกระบวนการสำรวจอวกาศได้เร็วขึ้น นอกจากนี้เครื่องยนต์ไอพ่นประเภทนี้ยังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่ง

GRES ในรูปแบบย่อส่วน

โดยหลักการแล้ว เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบธรรมดานั้นเป็นเครื่องเผาไหม้ขนาดใหญ่ เพื่อเพิ่มแรงขับและลักษณะเฉพาะจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันในห้องเผาไหม้ ในกรณีนี้ เชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปในห้องผ่านหัวฉีดจะต้องจ่ายด้วยแรงดันสูงกว่าที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ มิฉะนั้น ไอพ่นเชื้อเพลิงจะไม่สามารถเจาะเข้าไปในห้องได้ ดังนั้นหน่วยที่ซับซ้อนและมีราคาแพงที่สุดในเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวจึงไม่ใช่ห้องที่มีหัวฉีดซึ่งมองเห็นได้ง่าย แต่เป็นหน่วยเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง (TNA) ที่ซ่อนอยู่ในลำไส้ของจรวดท่ามกลางความซับซ้อนของท่อ .

ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่ทรงพลังที่สุดในโลก RD-170 ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับขั้นตอนแรกของยานยิงหนักพิเศษของสหภาพโซเวียต Energia โดย NPO Energia คนเดียวกันมีแรงกดดันในห้องเผาไหม้ 250 บรรยากาศ นั่นเป็นจำนวนมาก แต่ความดันที่ทางออกของปั๊มออกซิเจนที่สูบตัวออกซิไดเซอร์เข้าไปในห้องเผาไหม้จะสูงถึง 600 atm ใช้กังหันขนาด 189 เมกะวัตต์ในการขับเคลื่อนปั๊มนี้! ลองนึกภาพดู: ล้อกังหันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4 ม. พัฒนาพลังงานได้มากกว่าเรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์ Arktika ถึงสี่เท่าด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สองตัว! ในเวลาเดียวกัน TNA เป็นอุปกรณ์ทางกลที่ซับซ้อน ซึ่งเพลาทำความเร็ว 230 รอบต่อวินาที และต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนเหลว ซึ่งมีประกายไฟเพียงเล็กน้อย แม้แต่เม็ดทรายในท่อ นำไปสู่การระเบิด เทคโนโลยีสำหรับการสร้าง TNA ดังกล่าวเป็นความรู้หลักของ Energomash ซึ่งสามารถครอบครองได้ บริษัท รัสเซียและปัจจุบันจำหน่ายเครื่องยนต์สำหรับติดตั้งบนรถส่งของ American Atlas V และ Antares ทางเลือก เครื่องยนต์รัสเซียยังไม่อยู่ในสหรัฐอเมริกา

สำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้จุดระเบิด ภาวะแทรกซ้อนดังกล่าวไม่จำเป็น เนื่องจากแรงดันเพื่อให้การเผาไหม้มีประสิทธิภาพมากขึ้นนั้นได้มาจากการระเบิดนั่นเอง ซึ่งเป็นคลื่นอัดที่เคลื่อนที่ไปในส่วนผสมของเชื้อเพลิง ในระหว่างการระเบิด ความดันจะเพิ่มขึ้น 18–20 เท่าโดยไม่มี TNA

เพื่อให้ได้เงื่อนไขในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ระเบิดที่เทียบเท่ากับเงื่อนไขในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวด American Shuttle (200 atm) ก็เพียงพอแล้วที่จะจ่ายเชื้อเพลิงภายใต้ความกดดัน... 10 atm หน่วยที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้เมื่อเปรียบเทียบกับ TNA ของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวแบบคลาสสิกนั้นเหมือนกับปั๊มจักรยานใกล้กับโรงไฟฟ้าเขตรัฐซายาโน-ชูเชนสกายา

นั่นคือเครื่องยนต์ระเบิดไม่เพียงแต่จะทรงพลังและประหยัดกว่าเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบธรรมดาเท่านั้น แต่ยังมีลำดับความสำคัญที่ง่ายกว่าและราคาถูกกว่าอีกด้วย เหตุใดความเรียบง่ายนี้จึงไม่มอบให้กับนักออกแบบเป็นเวลา 70 ปี?

ชีพจรแห่งความก้าวหน้า

ปัญหาหลักซึ่งวิศวกรต้องเผชิญ - วิธีรับมือกับคลื่นระเบิด ประเด็นไม่ใช่แค่ทำให้เครื่องยนต์แข็งแกร่งขึ้นจนทนทานเท่านั้น โหลดที่เพิ่มขึ้น- การระเบิดไม่ได้เป็นเพียงคลื่นระเบิด แต่ยังมีไหวพริบมากกว่า คลื่นระเบิดเดินทางด้วยความเร็วของเสียง และคลื่นระเบิดเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียง - สูงถึง 2,500 เมตร/วินาที มันไม่ได้สร้างเปลวไฟด้านหน้าที่มั่นคงดังนั้นการทำงานของเครื่องยนต์จึงเต้นเป็นจังหวะ: หลังจากการระเบิดแต่ละครั้งจำเป็นต้องรีเฟรชส่วนผสมของเชื้อเพลิงแล้วปล่อยคลื่นลูกใหม่เข้าไป

ความพยายามที่จะสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นที่เร้าใจนั้นเกิดขึ้นมานานก่อนที่จะมีความคิดที่จะระเบิด ในการใช้เครื่องยนต์ไอพ่นแบบเร้าใจที่พวกเขาพยายามหาทางเลือกอื่น เครื่องยนต์ลูกสูบในช่วงทศวรรษที่ 1930 ความเรียบง่ายนั้นน่าดึงดูดใจอีกครั้ง ตรงกันข้ามกับกังหันของเครื่องบินที่ใช้สร้างอากาศเป็นจังหวะ เครื่องยนต์ไอพ่น(PuVRD) ไม่จำเป็นต้องมีคอมเพรสเซอร์หมุนด้วยความเร็ว 40,000 รอบต่อนาทีเพื่อสูบอากาศเข้าไปในส่วนท้องของห้องเผาไหม้ที่ไม่เพียงพอ หรือกังหันที่ทำงานที่อุณหภูมิก๊าซสูงกว่า 1,000°C ใน PuVRD แรงดันในห้องเผาไหม้ทำให้เกิดการเต้นเป็นจังหวะในการเผาไหม้เชื้อเพลิง

สิทธิบัตรแรกสำหรับเครื่องยนต์หายใจแบบเป็นจังหวะได้รับมาโดยอิสระในปี พ.ศ. 2408 โดย Charles de Louvrier (ฝรั่งเศส) และในปี พ.ศ. 2410 โดย Nikolai Afanasyevich Teleshov (รัสเซีย) การออกแบบ PuVRD ที่สามารถใช้งานได้ครั้งแรกได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1906 โดยวิศวกรชาวรัสเซีย V.V. Karavodin ซึ่งเป็นผู้สร้างแบบจำลองการติดตั้งในอีกหนึ่งปีต่อมา เนื่องจากมีข้อบกพร่องหลายประการ การติดตั้ง Karavodin จึงไม่ได้ใช้ในทางปฏิบัติ PuVRD เครื่องแรกที่ใช้งานบนเครื่องบินจริงคือ German Argus As 014 ซึ่งอิงตามสิทธิบัตรในปี 1931 โดย Paul Schmidt นักประดิษฐ์ในมิวนิก อาร์กัสถูกสร้างขึ้นสำหรับ "อาวุธตอบโต้" - ระเบิดติดปีก V-1 การพัฒนาที่คล้ายกันนี้ถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2485 โดยนักออกแบบชาวโซเวียต Vladimir Chelomey สำหรับขีปนาวุธร่อนลำแรกของโซเวียต 10X

แน่นอนว่าเครื่องยนต์เหล่านี้ยังไม่ใช่เครื่องยนต์จุดระเบิดเนื่องจากใช้จังหวะของการเผาไหม้แบบธรรมดา ความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะต่ำซึ่งทำให้เกิดเสียงปืนกลที่มีลักษณะเฉพาะระหว่างการทำงาน เนื่องจากโหมดการทำงานไม่ต่อเนื่อง คุณลักษณะเฉพาะของ PURE จึงอยู่ในระดับต่ำโดยเฉลี่ย และหลังจากที่นักออกแบบในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940 ได้รับมือกับความยากลำบากในการสร้างคอมเพรสเซอร์ ปั๊ม และกังหัน เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท และเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวก็กลายเป็นราชา ของท้องฟ้า และ PURE ยังคงอยู่ที่ขอบของความก้าวหน้าทางเทคนิค

เป็นเรื่องน่าสงสัยว่า PuVRD รุ่นแรกๆ ถูกสร้างขึ้นโดยนักออกแบบชาวเยอรมันและโซเวียตโดยไม่แยกจากกัน อย่างไรก็ตาม ความคิดเรื่องเครื่องยนต์ระเบิดในปี 1940 ไม่เพียงแต่อยู่ในใจของ Zeldovich เท่านั้น ในเวลาเดียวกัน Von Neumann (USA) และ Werner Doering (เยอรมนี) แสดงความคิดแบบเดียวกันดังนั้นในวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศแบบจำลองการใช้การเผาไหม้แบบระเบิดจึงเรียกว่า ZND

แนวคิดในการรวม PURD เข้ากับการเผาไหม้แบบระเบิดนั้นน่าดึงดูดมาก แต่ด้านหน้าของเปลวไฟธรรมดาจะแพร่กระจายด้วยความเร็ว 60–100 เมตร/วินาที และความถี่ของการกระเพื่อมใน PURD จะต้องไม่เกิน 250 ต่อวินาที และหน้าการระเบิดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 1,500 – 2,500 เมตร/วินาที ดังนั้นความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะจึงควรเป็นพันต่อวินาที ในทางปฏิบัติเป็นเรื่องยากที่จะใช้อัตราการต่ออายุของส่วนผสมและการเริ่มต้นการระเบิดเช่นนี้

อย่างไรก็ตาม ความพยายามที่จะสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบเป็นจังหวะที่ใช้งานได้ยังคงดำเนินต่อไป งานของผู้เชี่ยวชาญกองทัพอากาศสหรัฐฯ ในทิศทางนี้สิ้นสุดลงด้วยการสร้างเครื่องยนต์สาธิตซึ่งขึ้นสู่ท้องฟ้าเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2551 บนเครื่องบินทดลอง Long-EZ ในการบินครั้งประวัติศาสตร์ เครื่องยนต์ทำงาน... เป็นเวลา 10 วินาทีที่ระดับความสูง 30 เมตร อย่างไรก็ตาม ลำดับความสำคัญในกรณีนี้ยังคงอยู่กับสหรัฐอเมริกา และเครื่องบินดังกล่าวได้เกิดขึ้นอย่างถูกต้องในพิพิธภัณฑ์แห่งชาติของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกา

ในขณะเดียวกัน การออกแบบเครื่องยนต์ระเบิดอีกแบบหนึ่งที่มีแนวโน้มมากกว่านั้นได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อนานมาแล้ว

เหมือนกระรอกในวงล้อ

ความคิดในการวนคลื่นระเบิดและทำให้มันวิ่งไปรอบ ๆ ในห้องเผาไหม้เหมือนกระรอกในวงล้อถือกำเนิดขึ้นในหมู่นักวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ปรากฏการณ์การระเบิดแบบหมุน (หมุน) ได้รับการทำนายตามทฤษฎีโดยนักฟิสิกส์โซเวียตจาก Novosibirsk B.V. Voitsekhovsky ในปี 1960 เกือบจะพร้อมกันกับเขาในปี 1961 แนวคิดเดียวกันนี้แสดงโดย American J. Nicholls จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน

เครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนหรือแบบหมุนมีโครงสร้างเป็นห้องเผาไหม้รูปวงแหวน ซึ่งจ่ายเชื้อเพลิงโดยใช้หัวฉีดที่อยู่ในแนวรัศมี คลื่นระเบิดภายในห้องไม่เคลื่อนที่ในทิศทางตามแนวแกนเหมือนกับใน PuVRD แต่เป็นวงกลม บีบอัดและเผาส่วนผสมเชื้อเพลิงที่อยู่ด้านหน้า และในที่สุดก็ผลักผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ออกจากหัวฉีดในลักษณะเดียวกับ สกรูของเครื่องบดเนื้อดันเนื้อสับออกมา แทนที่จะเป็นความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะ เราได้ความถี่การหมุนของคลื่นระเบิดซึ่งสามารถเข้าถึงได้หลายพันต่อวินาที นั่นคือในทางปฏิบัติแล้ว เครื่องยนต์ทำงานไม่ใช่เป็นเครื่องยนต์ที่เร้าใจ แต่เป็นเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวธรรมดาที่มีการเผาไหม้แบบอยู่กับที่ แต่มีประสิทธิภาพมากกว่ามากเนื่องจากในความเป็นจริง การระเบิดของส่วนผสมเชื้อเพลิงเกิดขึ้นในนั้น .

ในสหภาพโซเวียต เช่นเดียวกับในสหรัฐอเมริกา งานเกี่ยวกับเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนเกิดขึ้นตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1960 แต่อีกครั้ง แม้ว่าแนวคิดนี้จะดูเรียบง่ายอย่างเห็นได้ชัด แต่การนำไปปฏิบัติจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาทางทฤษฎีที่น่าสงสัย จะจัดกระบวนการอย่างไรไม่ให้คลื่นตาย? จำเป็นต้องเข้าใจกระบวนการทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อนที่สุดที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซ ที่นี่การคำนวณไม่ได้ดำเนินการในระดับโมเลกุลอีกต่อไป แต่ในระดับอะตอมที่จุดตัดของเคมีและฟิสิกส์ควอนตัม กระบวนการเหล่านี้ซับซ้อนกว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการสร้างลำแสงเลเซอร์ นี่คือเหตุผลว่าทำไมเลเซอร์จึงทำงานมาเป็นเวลานาน แต่กลไกการระเบิดไม่ทำงาน เพื่อให้เข้าใจกระบวนการเหล่านี้ จำเป็นต้องสร้างวิทยาศาสตร์พื้นฐานใหม่ - จลนศาสตร์เคมีกายภาพซึ่งไม่มีอยู่จริงเมื่อ 50 ปีที่แล้ว และสำหรับการคำนวณเชิงปฏิบัติของเงื่อนไขที่คลื่นระเบิดจะไม่ตายไป แต่จะต้องพึ่งพาคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังซึ่งปรากฏเฉพาะในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นี่คือรากฐานที่จำเป็นในการวางเพื่อความสำเร็จในทางปฏิบัติในการควบคุมการระเบิด

งานเชิงรุกในทิศทางนี้กำลังดำเนินการในสหรัฐอเมริกา การศึกษาเหล่านี้ดำเนินการโดย Pratt & Whitney เจเนอรัลอิเล็คทริค,นาซ่า. ตัวอย่างเช่น ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ กำลังพัฒนาหน่วยกังหันก๊าซแบบระเบิดแบบหมุนสำหรับกองเรือ กองทัพเรือสหรัฐฯ มีหน่วยกังหันก๊าซ 430 หน่วยบนเรือ 129 ลำ ซึ่งใช้เชื้อเพลิงมูลค่าสามพันล้านดอลลาร์ต่อปี การแนะนำการระเบิดที่ประหยัดยิ่งขึ้น เครื่องยนต์กังหันก๊าซ(GTD) จะช่วยให้คุณประหยัดเงินได้มหาศาล

ในรัสเซีย สถาบันวิจัยและสำนักงานออกแบบหลายสิบแห่งได้ทำงานและยังคงทำงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์จุดระเบิดต่อไป หนึ่งในนั้นคือ NPO Energomash บริษัทสร้างเครื่องยนต์ชั้นนำในอุตสาหกรรมอวกาศของรัสเซีย โดยมีธนาคาร VTB Bank หลายแห่งร่วมมือด้วย การพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบระเบิดได้ดำเนินการมาหลายปีแล้ว แต่เพื่อให้ยอดภูเขาน้ำแข็งของงานนี้เปล่งประกายในดวงอาทิตย์ในรูปแบบของการทดสอบที่ประสบความสำเร็จการมีส่วนร่วมขององค์กรและการเงินของ จำเป็นต้องมีมูลนิธิการวิจัยขั้นสูง (APF) ที่มีชื่อเสียง FPI เป็นผู้จัดสรร เงินทุนที่จำเป็นสำหรับการสร้างห้องปฏิบัติการเฉพาะทาง “เครื่องยนต์จรวดเหลวแบบระเบิด” ในปี 2557 ท้ายที่สุดแล้ว แม้จะวิจัยมาเป็นเวลา 70 ปี แต่เทคโนโลยีนี้ยังคง "มีแนวโน้มมากเกินไป" ในรัสเซียที่จะได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากลูกค้าเช่นกระทรวงกลาโหม ซึ่งตามกฎแล้วต้องการผลลัพธ์เชิงปฏิบัติที่รับประกันได้ และยังมีหนทางอีกยาวไกลที่จะไป

การฝึกฝนของแม่แปรก

ฉันอยากจะเชื่อว่าหลังจากทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น งานไททานิกที่ปรากฏระหว่างบรรทัดก็ชัดเจน ข้อความสั้น ๆเกี่ยวกับการทดสอบที่เกิดขึ้นที่ Energomash ใน Khimki ในเดือนกรกฎาคม - สิงหาคม 2559: “ เป็นครั้งแรกในโลกที่โหมดสถานะคงที่ของการระเบิดแบบหมุนต่อเนื่องของคลื่นระเบิดตามขวางที่มีความถี่ประมาณ 20 kHz (ความถี่การหมุนของคลื่น - 8,000 รอบต่อวินาที) บนเชื้อเพลิง ไอน้ำมีการลงทะเบียน "ออกซิเจน-น้ำมันก๊าด" เป็นไปได้ที่จะได้รับคลื่นระเบิดหลายลูกที่ทำให้การสั่นสะเทือนและแรงกระแทกของกันและกันสมดุล สารเคลือบป้องกันความร้อนที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษที่ M.V. Keldysh Center ช่วยรับมือกับภาระที่มีอุณหภูมิสูง เครื่องยนต์ทนทานต่อการสตาร์ทหลายครั้งภายใต้สภาวะของแรงสั่นสะเทือนที่รุนแรงและอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ โดยไม่มีการระบายความร้อนของชั้นผนัง บทบาทพิเศษในความสำเร็จนี้คือการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และ หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงซึ่งทำให้สามารถได้รับส่วนผสมของความสอดคล้องที่จำเป็นสำหรับการระเบิดที่จะเกิดขึ้น”

แน่นอนว่าเราไม่ควรพูดเกินจริงถึงความสำคัญของความสำเร็จที่ได้รับ มีเพียงเครื่องยนต์สาธิตเท่านั้นที่ถูกสร้างขึ้น ซึ่งใช้งานได้ในระยะเวลาอันสั้น และไม่มีรายงานเกี่ยวกับลักษณะที่แท้จริงของมัน จากข้อมูลของ NPO Energomash เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบระเบิดจะเพิ่มแรงขับ 10% เมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณเท่ากันกับใน เครื่องยนต์ปกติและแรงกระตุ้นของแรงผลักดันจำเพาะควรเพิ่มขึ้น 10–15%

การสร้างเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวระเบิดขนาดเต็มเครื่องแรกของโลก ที่ทำให้รัสเซียได้รับความสำคัญเป็นลำดับแรกในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีโลก

แต่ผลลัพธ์หลักก็คือความเป็นไปได้ในการจัดการเผาไหม้แบบระเบิดในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวนั้นได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติแล้ว อย่างไรก็ตาม ยังมีหนทางอีกยาวไกลก่อนที่จะใช้เทคโนโลยีนี้ในเครื่องบินจริง อื่น ด้านที่สำคัญก็คืออีกความสำคัญระดับโลกในสาขานี้ เทคโนโลยีชั้นสูงตอนนี้ได้รับมอบหมายให้ประเทศของเรา: เป็นครั้งแรกในโลกที่เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวระเบิดขนาดเต็มเริ่มปฏิบัติการในรัสเซียและความจริงข้อนี้จะยังคงอยู่ในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

การนำแนวคิดของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่ใช้ระเบิดไปใช้ในทางปฏิบัตินั้นต้องใช้เวลา 70 ปีในการทำงานหนักโดยนักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบ

ภาพ: มูลนิธิเพื่อการศึกษาขั้นสูง

คะแนนวัสดุโดยรวม: 5

วัสดุที่คล้ายกัน (ตามแท็ก):

กราฟีนมีความโปร่งใส มีแม่เหล็กและกรองน้ำได้ บิดาแห่งวิดีโอ Alexander Ponyatov และ AMPEX

นิเวศวิทยาของการบริโภค วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี: ณ สิ้นเดือนสิงหาคม 2559 สำนักข่าวทั่วโลกแพร่กระจาย: ที่อัฒจันทร์แห่งหนึ่งของ NPO Energomash ใน Khimki ใกล้กรุงมอสโก ซึ่งเป็นเครื่องยนต์จรวดเหลวขนาดเต็มเครื่องแรกของโลกที่ใช้การระเบิด การเผาไหม้เชื้อเพลิงเริ่มทำงาน

เมื่อปลายเดือนสิงหาคม 2559 ข่าวดังกล่าวแพร่กระจายไปทั่วสำนักข่าวทั่วโลก: ที่อัฒจันทร์แห่งหนึ่งของ NPO Energomash ใน Khimki ใกล้กรุงมอสโก เครื่องยนต์จรวดเหลวขนาดเต็มเครื่องแรกของโลก (LPRE) ที่ใช้การเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบระเบิดได้เริ่มปฏิบัติการ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของรัสเซียมุ่งสู่งานนี้มาเป็นเวลา 70 ปีแล้ว

แนวคิดของเครื่องยนต์ระเบิดถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Ya. B. Zeldovich ในบทความเรื่อง "การใช้การเผาไหม้อย่างมีพลัง" ตีพิมพ์ใน Journal of Technical Physics เมื่อปี 1940 นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ได้มีการวิจัยและทดลองทั่วโลกเกี่ยวกับการนำเทคโนโลยีที่มีศักยภาพมาใช้ในทางปฏิบัติ ด้วยการแข่งขันทางความคิดเช่นนี้ เยอรมนี สหรัฐอเมริกา และสหภาพโซเวียตก็ก้าวไปข้างหน้า และตอนนี้รัสเซียได้รับความสำคัญเป็นอันดับแรกในประวัติศาสตร์เทคโนโลยีโลก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาประเทศของเราไม่สามารถอวดเรื่องแบบนี้ได้บ่อยนัก

บนยอดคลื่น

ข้อดีของเครื่องยนต์ระเบิดคืออะไร? เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบดั้งเดิม เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ลูกสูบหรือเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ททั่วไป ใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ ในกรณีนี้ เปลวไฟที่อยู่นิ่งจะเกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลว ซึ่งการเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ กระบวนการเผาไหม้ปกตินี้เรียกว่าการเผาไหม อันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์อุณหภูมิของส่วนผสมของก๊าซจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ลุกเป็นไฟจะระเบิดออกมาจากหัวฉีดซึ่งก่อให้เกิดแรงขับของไอพ่น

การระเบิดก็เป็นการเผาไหม้เช่นกัน แต่เกิดขึ้นเร็วกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงทั่วไปถึง 100 เท่า กระบวนการนี้ดำเนินไปเร็วมากจนสับสนระหว่างการระเบิดกับการระเบิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันปล่อยพลังงานออกมามากจนเครื่องยนต์ของรถยนต์สามารถพังทลายลงได้เมื่อปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในกระบอกสูบ อย่างไรก็ตาม การระเบิดไม่ใช่การระเบิด แต่เป็นการเผาไหม้ที่รวดเร็วมากจนผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาไม่มีเวลาที่จะขยายตัว ดังนั้นกระบวนการนี้จึงเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่และความดันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งต่างจากการเผาไฟ

ในทางปฏิบัติจะมีลักษณะดังนี้: แทนที่จะเป็นหน้าเปลวไฟที่อยู่นิ่ง คลื่นระเบิดจะเกิดขึ้นในส่วนผสมเชื้อเพลิงภายในห้องเผาไหม้ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียง ในคลื่นอัดนี้ การระเบิดของส่วนผสมของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์เกิดขึ้น และกระบวนการนี้จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์จะมีประสิทธิภาพมากกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบธรรมดามาก ประสิทธิภาพของการเผาไหม้แบบระเบิดนั้นสูงกว่า 25–30% นั่นคือเมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณเท่ากันจะได้แรงขับมากขึ้นและเนื่องจากความกะทัดรัดของโซนการเผาไหม้เครื่องยนต์จุดระเบิดจึงเป็นลำดับความสำคัญทางทฤษฎีที่เหนือกว่าแบบธรรมดา เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว ในแง่ของกำลังต่อหน่วยปริมาตร

เพียงอย่างเดียวก็เพียงพอที่จะดึงดูดความสนใจของผู้เชี่ยวชาญให้มากที่สุดกับแนวคิดนี้ ท้ายที่สุดแล้วความเมื่อยล้าที่เกิดขึ้นในการพัฒนาอวกาศอวกาศโลกซึ่งติดอยู่ในวงโคจรโลกต่ำเป็นเวลาครึ่งศตวรรษนั้นมีความเกี่ยวข้องเป็นหลักกับวิกฤตในการสร้างเครื่องยนต์จรวด อย่างไรก็ตาม การบินก็ตกอยู่ในภาวะวิกฤติเช่นกัน ไม่สามารถข้ามขีดจำกัดของความเร็วเสียงสามระดับได้ วิกฤตนี้สามารถเทียบได้กับสถานการณ์ของเครื่องบินลูกสูบในช่วงปลายทศวรรษ 1930 ใบพัดและเครื่องยนต์สันดาปภายในได้หมดศักยภาพลง และมีเพียงเครื่องยนต์ไอพ่นเท่านั้นที่ทำให้สามารถเข้าถึงระดับความสูง ความเร็ว และระยะการบินในเชิงคุณภาพได้

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การออกแบบเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบคลาสสิกได้รับการขัดเกลาเพื่อความสมบูรณ์แบบและเกือบจะถึงขีดจำกัดความสามารถแล้ว เป็นไปได้ที่จะเพิ่มลักษณะเฉพาะในอนาคตภายในขอบเขตที่น้อยมาก - เพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นนักบินอวกาศโลกจึงถูกบังคับให้ปฏิบัติตามเส้นทางการพัฒนาที่กว้างขวาง: สำหรับเที่ยวบินที่มีคนขับไปยังดวงจันทร์จำเป็นต้องสร้างยานปล่อยขนาดยักษ์และนี่เป็นเรื่องยากมากและมีราคาแพงอย่างไม่น่าเชื่อ อย่างน้อยสำหรับรัสเซีย ความพยายามที่จะเอาชนะวิกฤติด้วยความช่วยเหลือของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ประสบปัญหาสิ่งแวดล้อม อาจเร็วเกินไปที่จะเปรียบเทียบรูปลักษณ์ของเครื่องยนต์จรวดระเบิดกับการเปลี่ยนการบินเป็นการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น แต่พวกมันค่อนข้างสามารถเร่งกระบวนการสำรวจอวกาศได้เร็วขึ้น นอกจากนี้เครื่องยนต์ไอพ่นประเภทนี้ยังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่ง
GRES ในรูปแบบย่อส่วน

โดยหลักการแล้ว เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบธรรมดานั้นเป็นเครื่องเผาไหม้ขนาดใหญ่ เพื่อเพิ่มแรงขับและลักษณะเฉพาะจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันในห้องเผาไหม้ ในกรณีนี้ เชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปในห้องผ่านหัวฉีดจะต้องจ่ายด้วยแรงดันสูงกว่าที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ มิฉะนั้น ไอพ่นเชื้อเพลิงจะไม่สามารถเจาะเข้าไปในห้องได้ ดังนั้นหน่วยที่ซับซ้อนและมีราคาแพงที่สุดในเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวจึงไม่ใช่ห้องที่มีหัวฉีดซึ่งมองเห็นได้ง่าย แต่เป็นหน่วยเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง (TNA) ที่ซ่อนอยู่ในลำไส้ของจรวดท่ามกลางความซับซ้อนของท่อ .

ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่ทรงพลังที่สุดในโลก RD-170 ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับขั้นตอนแรกของยานยิงหนักพิเศษของสหภาพโซเวียต Energia โดย NPO Energia คนเดียวกันมีแรงกดดันในห้องเผาไหม้ 250 บรรยากาศ นั่นเป็นจำนวนมาก แต่ความดันที่ทางออกของปั๊มออกซิเจนที่สูบตัวออกซิไดเซอร์เข้าไปในห้องเผาไหม้จะสูงถึง 600 atm ใช้กังหันขนาด 189 เมกะวัตต์ในการขับเคลื่อนปั๊มนี้! ลองนึกภาพดู: ล้อกังหันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4 ม. พัฒนาพลังงานได้มากกว่าเรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์ Arktika ถึงสี่เท่าด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สองตัว! ในเวลาเดียวกัน TNA เป็นอุปกรณ์ทางกลที่ซับซ้อน ซึ่งเพลาทำความเร็ว 230 รอบต่อวินาที และต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนเหลว ซึ่งมีประกายไฟเพียงเล็กน้อย แม้แต่เม็ดทรายในท่อ นำไปสู่การระเบิด เทคโนโลยีในการสร้างปั๊มเชื้อเพลิงนั้นเป็นความรู้หลักของ Energomash ซึ่งช่วยให้ บริษัท รัสเซียสามารถขายเครื่องยนต์ได้ในวันนี้เพื่อติดตั้งบนรถเปิดตัว American Atlas V และ Antares ยังไม่มีทางเลือกอื่นสำหรับเครื่องยนต์รัสเซียในสหรัฐอเมริกา

สำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้จุดระเบิด ภาวะแทรกซ้อนดังกล่าวไม่จำเป็น เนื่องจากแรงดันเพื่อให้การเผาไหม้มีประสิทธิภาพมากขึ้นนั้นได้มาจากการระเบิดนั่นเอง ซึ่งเป็นคลื่นอัดที่เคลื่อนที่ไปในส่วนผสมของเชื้อเพลิง ในระหว่างการระเบิด ความดันจะเพิ่มขึ้น 18–20 เท่าโดยไม่มี TNA

เพื่อให้ได้เงื่อนไขในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ระเบิดที่เทียบเท่ากับเงื่อนไขในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวด American Shuttle (200 atm) ก็เพียงพอแล้วที่จะจ่ายเชื้อเพลิงภายใต้ความกดดัน... 10 atm หน่วยที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้เมื่อเปรียบเทียบกับ TNA ของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวแบบคลาสสิกนั้นเหมือนกับปั๊มจักรยานใกล้กับโรงไฟฟ้าเขตรัฐซายาโน-ชูเชนสกายา

นั่นคือเครื่องยนต์ระเบิดไม่เพียงแต่จะทรงพลังและประหยัดกว่าเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบธรรมดาเท่านั้น แต่ยังมีลำดับความสำคัญที่ง่ายกว่าและราคาถูกกว่าอีกด้วย เหตุใดความเรียบง่ายนี้จึงไม่มอบให้กับนักออกแบบเป็นเวลา 70 ปี?
ปัญหาหลักที่วิศวกรต้องเผชิญคือวิธีรับมือกับคลื่นระเบิด ประเด็นไม่เพียงแต่จะทำให้เครื่องยนต์แข็งแกร่งขึ้นเพื่อให้สามารถทนต่อภาระที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น การระเบิดไม่ได้เป็นเพียงคลื่นระเบิด แต่ยังมีไหวพริบมากกว่า คลื่นระเบิดเดินทางด้วยความเร็วของเสียง และคลื่นระเบิดเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียง - สูงถึง 2,500 เมตร/วินาที มันไม่ได้สร้างเปลวไฟด้านหน้าที่มั่นคงดังนั้นการทำงานของเครื่องยนต์จึงเต้นเป็นจังหวะ: หลังจากการระเบิดแต่ละครั้งจำเป็นต้องรีเฟรชส่วนผสมของเชื้อเพลิงแล้วปล่อยคลื่นลูกใหม่เข้าไป

ความพยายามที่จะสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นที่เร้าใจนั้นเกิดขึ้นมานานก่อนที่จะมีความคิดที่จะระเบิด ในการใช้เครื่องยนต์ไอพ่นพัลส์ที่พวกเขาพยายามหาทางเลือกอื่นแทนเครื่องยนต์ลูกสูบในช่วงทศวรรษที่ 1930 ความเรียบง่ายนั้นน่าดึงดูดใจอีกครั้ง: เครื่องยนต์หายใจแบบเป็นจังหวะ (PJRE) ต่างจากกังหันเครื่องบินตรงที่ไม่ต้องใช้คอมเพรสเซอร์หมุนด้วยความเร็ว 40,000 รอบต่อนาทีเพื่อสูบลมเข้าไปในท้องห้องเผาไหม้ที่ไม่รู้จักพอ หรือทำงานโดยใช้แก๊ส อุณหภูมิที่สูงกว่า 1,000°C กังหัน ใน PuVRD แรงดันในห้องเผาไหม้ทำให้เกิดการเต้นเป็นจังหวะในการเผาไหม้เชื้อเพลิง

สิทธิบัตรแรกสำหรับเครื่องยนต์หายใจแบบเป็นจังหวะได้รับมาโดยอิสระในปี พ.ศ. 2408 โดย Charles de Louvrier (ฝรั่งเศส) และในปี พ.ศ. 2410 โดย Nikolai Afanasyevich Teleshov (รัสเซีย) การออกแบบ PuVRD ที่สามารถใช้งานได้ครั้งแรกได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1906 โดยวิศวกรชาวรัสเซีย V.V. Karavodin ซึ่งเป็นผู้สร้างแบบจำลองการติดตั้งในอีกหนึ่งปีต่อมา เนื่องจากมีข้อบกพร่องหลายประการ การติดตั้ง Karavodin จึงไม่ได้ใช้ในทางปฏิบัติ PuVRD เครื่องแรกที่ใช้งานบนเครื่องบินจริงคือ German Argus As 014 ซึ่งอิงตามสิทธิบัตรในปี 1931 โดย Paul Schmidt นักประดิษฐ์ในมิวนิก อาร์กัสถูกสร้างขึ้นสำหรับ "อาวุธตอบโต้" - ระเบิดติดปีก V-1 การพัฒนาที่คล้ายกันนี้ถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2485 โดยนักออกแบบชาวโซเวียต Vladimir Chelomey สำหรับขีปนาวุธร่อนลำแรกของโซเวียต 10X

แน่นอนว่าเครื่องยนต์เหล่านี้ยังไม่ใช่เครื่องยนต์จุดระเบิดเนื่องจากใช้จังหวะของการเผาไหม้แบบธรรมดา ความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะต่ำซึ่งทำให้เกิดเสียงปืนกลที่มีลักษณะเฉพาะระหว่างการทำงาน เนื่องจากโหมดการทำงานไม่ต่อเนื่อง คุณลักษณะเฉพาะของ PURE จึงอยู่ในระดับต่ำโดยเฉลี่ย และหลังจากที่นักออกแบบในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940 ได้รับมือกับความยากลำบากในการสร้างคอมเพรสเซอร์ ปั๊ม และกังหัน เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท และเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวก็กลายเป็นราชา ของท้องฟ้า และ PURE ยังคงอยู่ที่ขอบของความก้าวหน้าทางเทคนิค

เป็นเรื่องน่าสงสัยว่า PuVRD รุ่นแรกๆ ถูกสร้างขึ้นโดยนักออกแบบชาวเยอรมันและโซเวียตโดยไม่แยกจากกัน อย่างไรก็ตาม ความคิดเรื่องเครื่องยนต์ระเบิดในปี 1940 ไม่เพียงแต่อยู่ในใจของ Zeldovich เท่านั้น ในเวลาเดียวกัน Von Neumann (USA) และ Werner Doering (เยอรมนี) แสดงความคิดแบบเดียวกันดังนั้นในวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศแบบจำลองการใช้การเผาไหม้แบบระเบิดจึงเรียกว่า ZND

แนวคิดในการรวม PURD เข้ากับการเผาไหม้แบบระเบิดนั้นน่าดึงดูดมาก แต่ด้านหน้าของเปลวไฟธรรมดาจะแพร่กระจายด้วยความเร็ว 60–100 เมตร/วินาที และความถี่ของการกระเพื่อมใน PURD จะต้องไม่เกิน 250 ต่อวินาที และหน้าการระเบิดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 1,500 – 2,500 เมตร/วินาที ดังนั้นความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะจึงควรเป็นพันต่อวินาที ในทางปฏิบัติเป็นเรื่องยากที่จะใช้อัตราการต่ออายุของส่วนผสมและการเริ่มต้นการระเบิดเช่นนี้

อย่างไรก็ตาม ความพยายามที่จะสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบเป็นจังหวะที่ใช้งานได้ยังคงดำเนินต่อไป งานของผู้เชี่ยวชาญกองทัพอากาศสหรัฐฯ ในทิศทางนี้สิ้นสุดลงด้วยการสร้างเครื่องยนต์สาธิตซึ่งขึ้นสู่ท้องฟ้าเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2551 บนเครื่องบินทดลอง Long-EZ ในการบินครั้งประวัติศาสตร์ เครื่องยนต์ทำงาน... เป็นเวลา 10 วินาทีที่ระดับความสูง 30 เมตร อย่างไรก็ตาม ลำดับความสำคัญในกรณีนี้ยังคงอยู่กับสหรัฐอเมริกา และเครื่องบินดังกล่าวได้เกิดขึ้นอย่างถูกต้องในพิพิธภัณฑ์แห่งชาติของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกา

ในขณะเดียวกันก็มีการคิดค้นแผนการอื่นที่มีแนวโน้มมากกว่านั้นมานานแล้ว

เหมือนกระรอกในวงล้อ

ความคิดในการวนคลื่นระเบิดและทำให้มันวิ่งไปรอบ ๆ ในห้องเผาไหม้เหมือนกระรอกในวงล้อถือกำเนิดขึ้นในหมู่นักวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ปรากฏการณ์การระเบิดแบบหมุน (หมุน) ได้รับการทำนายตามทฤษฎีโดยนักฟิสิกส์โซเวียตจาก Novosibirsk B.V. Voitsekhovsky ในปี 1960 เกือบจะพร้อมกันกับเขาในปี 1961 แนวคิดเดียวกันนี้แสดงโดย American J. Nicholls จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน

เครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนหรือแบบหมุนมีโครงสร้างเป็นห้องเผาไหม้รูปวงแหวน ซึ่งจ่ายเชื้อเพลิงโดยใช้หัวฉีดที่อยู่ในแนวรัศมี คลื่นระเบิดภายในห้องไม่เคลื่อนที่ในทิศทางตามแนวแกนเหมือนกับใน PuVRD แต่เป็นวงกลม บีบอัดและเผาส่วนผสมเชื้อเพลิงที่อยู่ด้านหน้า และในที่สุดก็ผลักผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ออกจากหัวฉีดในลักษณะเดียวกับ สกรูของเครื่องบดเนื้อดันเนื้อสับออกมา แทนที่จะเป็นความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะ เราได้ความถี่การหมุนของคลื่นระเบิดซึ่งสามารถเข้าถึงได้หลายพันต่อวินาที นั่นคือในทางปฏิบัติแล้ว เครื่องยนต์ทำงานไม่ใช่เป็นเครื่องยนต์ที่เร้าใจ แต่เป็นเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวธรรมดาที่มีการเผาไหม้แบบอยู่กับที่ แต่มีประสิทธิภาพมากกว่ามากเนื่องจากในความเป็นจริง การระเบิดของส่วนผสมเชื้อเพลิงเกิดขึ้นในนั้น .

ในสหภาพโซเวียต เช่นเดียวกับในสหรัฐอเมริกา งานเกี่ยวกับเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนเกิดขึ้นตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1960 แต่อีกครั้ง แม้ว่าแนวคิดนี้จะดูเรียบง่ายอย่างเห็นได้ชัด แต่การนำไปปฏิบัติจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาทางทฤษฎีที่น่าสงสัย จะจัดกระบวนการอย่างไรไม่ให้คลื่นตาย? จำเป็นต้องเข้าใจกระบวนการทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อนที่สุดที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซ ที่นี่การคำนวณไม่ได้ดำเนินการในระดับโมเลกุลอีกต่อไป แต่ในระดับอะตอมที่จุดตัดของเคมีและฟิสิกส์ควอนตัม กระบวนการเหล่านี้ซับซ้อนกว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการสร้างลำแสงเลเซอร์ นี่คือเหตุผลว่าทำไมเลเซอร์จึงทำงานมาเป็นเวลานาน แต่กลไกการระเบิดไม่ทำงาน เพื่อให้เข้าใจกระบวนการเหล่านี้ จำเป็นต้องสร้างวิทยาศาสตร์พื้นฐานใหม่ - จลนศาสตร์เคมีกายภาพซึ่งไม่มีอยู่จริงเมื่อ 50 ปีที่แล้ว และสำหรับการคำนวณเชิงปฏิบัติของเงื่อนไขที่คลื่นระเบิดจะไม่ตายไป แต่จะต้องพึ่งพาคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังซึ่งปรากฏเฉพาะในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นี่คือรากฐานที่จำเป็นในการวางเพื่อความสำเร็จในทางปฏิบัติในการควบคุมการระเบิด

งานเชิงรุกในทิศทางนี้กำลังดำเนินการในสหรัฐอเมริกา การศึกษาเหล่านี้ดำเนินการโดย Pratt & Whitney, General Electric และ NASA ตัวอย่างเช่น ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ กำลังพัฒนาหน่วยกังหันก๊าซแบบระเบิดแบบหมุนสำหรับกองเรือ กองทัพเรือสหรัฐฯ มีหน่วยกังหันก๊าซ 430 หน่วยบนเรือ 129 ลำ ซึ่งใช้เชื้อเพลิงมูลค่าสามพันล้านดอลลาร์ต่อปี การเปิดตัวเครื่องยนต์กังหันก๊าซแบบระเบิด (GTE) ที่ประหยัดมากขึ้นจะช่วยประหยัดเงินได้จำนวนมหาศาล

ในรัสเซีย สถาบันวิจัยและสำนักงานออกแบบหลายสิบแห่งได้ทำงานและยังคงทำงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์จุดระเบิดต่อไป หนึ่งในนั้นคือ NPO Energomash บริษัทสร้างเครื่องยนต์ชั้นนำในอุตสาหกรรมอวกาศของรัสเซีย โดยมีธนาคาร VTB Bank หลายแห่งร่วมมือด้วย การพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบระเบิดได้ดำเนินการมาหลายปีแล้ว แต่เพื่อให้ยอดภูเขาน้ำแข็งของงานนี้เปล่งประกายในดวงอาทิตย์ในรูปแบบของการทดสอบที่ประสบความสำเร็จการมีส่วนร่วมขององค์กรและการเงินของ จำเป็นต้องมีมูลนิธิการวิจัยขั้นสูง (APF) ที่มีชื่อเสียง FPI เป็นผู้ที่จัดสรรเงินทุนที่จำเป็นสำหรับการสร้างห้องปฏิบัติการเฉพาะทาง "เครื่องยนต์จรวดเหลวระเบิด" ท้ายที่สุดแล้ว แม้จะวิจัยมาเป็นเวลา 70 ปี แต่เทคโนโลยีนี้ยังคง "มีแนวโน้มมากเกินไป" ในรัสเซียที่จะได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากลูกค้าเช่นกระทรวงกลาโหม ซึ่งตามกฎแล้วต้องการผลลัพธ์เชิงปฏิบัติที่รับประกันได้ และยังมีหนทางอีกยาวไกลที่จะไป

การฝึกฝนของแม่แปรก

ฉันอยากจะเชื่อว่าหลังจากทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น งานไททานิกที่ปรากฏระหว่างบรรทัดของรายงานสั้น ๆ เกี่ยวกับการทดสอบที่เกิดขึ้นที่ Energomash ใน Khimki ในเดือนกรกฎาคม - สิงหาคม 2559 มีความชัดเจน:“ เป็นครั้งแรกใน โลกโหมดสภาวะคงที่ของการระเบิดอย่างต่อเนื่องของคลื่นระเบิดตามขวางที่มีความถี่ประมาณ 20 kHz (ความถี่การหมุนของคลื่น - 8,000 รอบต่อวินาที) บนคู่เชื้อเพลิง "ออกซิเจน - น้ำมันก๊าด" เป็นไปได้ที่จะได้รับคลื่นระเบิดหลายลูกที่ทำให้การสั่นสะเทือนและแรงกระแทกของกันและกันสมดุล สารเคลือบป้องกันความร้อนที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษที่ M.V. Keldysh Center ช่วยรับมือกับภาระที่มีอุณหภูมิสูง เครื่องยนต์ทนทานต่อการสตาร์ทหลายครั้งภายใต้สภาวะของแรงสั่นสะเทือนที่รุนแรงและอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ โดยไม่มีการระบายความร้อนของชั้นผนัง บทบาทพิเศษในความสำเร็จนี้คือการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งทำให้ได้ส่วนผสมของความสม่ำเสมอที่จำเป็นสำหรับการระเบิด”

แน่นอนว่าเราไม่ควรพูดเกินจริงถึงความสำคัญของความสำเร็จที่ได้รับ มีเพียงเครื่องยนต์สาธิตเท่านั้นที่ถูกสร้างขึ้น ซึ่งใช้งานได้ในระยะเวลาอันสั้น และไม่มีรายงานเกี่ยวกับลักษณะที่แท้จริงของมัน จากข้อมูลของ NPO Energomash เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่ระเบิดได้จะเพิ่มแรงขับ 10% เมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณเท่ากันกับในเครื่องยนต์ทั่วไป และแรงกระตุ้นเฉพาะของแรงขับควรเพิ่มขึ้น 10–15%

แต่ผลลัพธ์หลักก็คือความเป็นไปได้ในการจัดการเผาไหม้แบบระเบิดในเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวนั้นได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติแล้ว อย่างไรก็ตาม ยังมีหนทางอีกยาวไกลก่อนที่จะใช้เทคโนโลยีนี้ในเครื่องบินจริง สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งคือขณะนี้ประเทศของเราได้รับมอบหมายลำดับความสำคัญระดับโลกในด้านเทคโนโลยีขั้นสูง: เป็นครั้งแรกในโลกที่มีการเปิดตัวเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวระเบิดขนาดเต็มในรัสเซียและข้อเท็จจริงนี้จะยังคงอยู่ใน ประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่ตีพิมพ์

สิ่งพิมพ์ Military-Industrial Courier รายงานข่าวดีจากสาขาเทคโนโลยีขีปนาวุธที่ก้าวหน้า รัสเซียมีการทดสอบเครื่องยนต์จรวดระเบิดในรัสเซีย รองนายกรัฐมนตรี มิทรี โรโกซิน กล่าวบนเพจ Facebook ของเขาเมื่อวันศุกร์

“สิ่งที่เรียกว่าเครื่องยนต์จรวดระเบิดที่พัฒนาขึ้นภายใต้กรอบของโครงการ Advanced Research Foundation ได้รับการทดสอบเรียบร้อยแล้ว” Interfax-AVN กล่าวคำพูดของรองนายกรัฐมนตรี


เชื่อกันว่าเครื่องยนต์จรวดระเบิดเป็นวิธีหนึ่งในการนำแนวคิดของสิ่งที่เรียกว่ามอเตอร์ไฮเปอร์ซาวด์มาใช้นั่นคือการสร้างเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงที่มีความสามารถ เครื่องยนต์ของตัวเองความเร็วถึง 4-6 มัค (มัคคือความเร็วของเสียง)

พอร์ทัล russia-reborn.ru ให้สัมภาษณ์กับหนึ่งในผู้เชี่ยวชาญด้านเครื่องยนต์ชั้นนำในรัสเซียเกี่ยวกับเครื่องยนต์จรวดที่ระเบิดได้

สัมภาษณ์กับ Petr Levochkin หัวหน้านักออกแบบของ NPO Energomash ซึ่งตั้งชื่อตาม นักวิชาการ วี.พี. กลุชโก้”

เครื่องยนต์กำลังถูกสร้างขึ้นสำหรับขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียงแห่งอนาคต
เครื่องยนต์จรวดระเบิดได้รับการทดสอบเรียบร้อยแล้ว ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจมาก งานพัฒนาในทิศทางนี้จะยังคงดำเนินต่อไป

การระเบิดคือการระเบิด สามารถจัดการได้หรือไม่? เป็นไปได้ไหมที่จะสร้างอาวุธที่มีความเร็วเหนือเสียงโดยใช้เครื่องยนต์ดังกล่าว? เครื่องยนต์จรวดชนิดใดที่จะปล่อยยานพาหนะที่ไม่มีคนอยู่และมีคนขับออกสู่อวกาศใกล้ เราได้พูดคุยเกี่ยวกับเรื่องนี้กับรองผู้อำนวยการ - หัวหน้าผู้ออกแบบ NPO Energomash ที่ตั้งชื่อตาม นักวิชาการ วี.พี. Glushko" โดย Pyotr Levochkin

Petr Sergeevich เครื่องยนต์ใหม่มีโอกาสอะไรบ้าง?

Petr Levochkin: หากเราพูดถึงอนาคตอันใกล้ วันนี้เรากำลังพัฒนาเครื่องยนต์สำหรับจรวด เช่น Angara A5V และ Soyuz-5 รวมถึงเครื่องยนต์อื่นๆ ที่ยังอยู่ในขั้นตอนก่อนการออกแบบและไม่เป็นที่รู้จักของสาธารณชนทั่วไป โดยทั่วไป เครื่องยนต์ของเราได้รับการออกแบบมาเพื่อยกจรวดขึ้นจากพื้นผิวของเทห์ฟากฟ้า และมันสามารถเป็นอะไรก็ได้ - บนบก, ดวงจันทร์, ดาวอังคาร ดังนั้นหากมีการใช้โปรแกรมทางจันทรคติหรือดาวอังคารเราจะมีส่วนร่วมอย่างแน่นอน

เครื่องยนต์จรวดสมัยใหม่มีประสิทธิภาพเพียงใด และมีวิธีปรับปรุงอย่างไร?

Petr Levochkin: ถ้าเราพูดถึงพลังงานและพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ของเครื่องยนต์เราสามารถพูดได้ว่าเครื่องยนต์จรวดเคมีต่างประเทศที่ดีที่สุดของเราในทุกวันนี้ได้มาถึงความสมบูรณ์แบบแล้ว ตัวอย่างเช่นความสมบูรณ์ของการเผาไหม้เชื้อเพลิงถึงร้อยละ 98.5 นั่นคือพลังงานเคมีเกือบทั้งหมดของเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนของกระแสก๊าซที่ไหลจากหัวฉีด

สามารถปรับปรุงเครื่องยนต์ได้ในทิศทางต่างๆ ซึ่งรวมถึงการใช้ส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่ใช้พลังงานมากขึ้น การแนะนำโซลูชันวงจรใหม่ และการเพิ่มแรงดันในห้องเผาไหม้ อีกทิศทางหนึ่งคือการใช้เทคโนโลยีใหม่ ๆ รวมถึงสารเติมแต่งเพื่อลดความเข้มข้นของแรงงานและเป็นผลให้ลดต้นทุนของเครื่องยนต์จรวด ทั้งหมดนี้นำไปสู่การลดต้นทุนของเพย์โหลดที่เปิดตัว

อย่างไรก็ตาม เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดจะเห็นได้ชัดว่าการเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานของเครื่องยนต์ วิธีดั้งเดิมไม่ได้ผล

การใช้จรวดควบคุมการระเบิดสามารถให้ความเร็วของจรวดได้แปดเท่าของความเร็วเสียง
ทำไม

Petr Levochkin: การเพิ่มแรงดันและการไหลของเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้จะช่วยเพิ่มแรงขับของเครื่องยนต์ตามธรรมชาติ แต่จะต้องเพิ่มความหนาของผนังห้องและปั๊ม เป็นผลให้ความซับซ้อนของโครงสร้างและมวลของมันเพิ่มขึ้นและพลังงานที่ได้รับก็ไม่มากนัก เกมจะไม่คุ้มกับเทียน


นั่นคือเครื่องยนต์จรวดใช้ทรัพยากรในการพัฒนาจนหมดเหรอ?

ปีเตอร์ เลโวชคิน: ไม่เชิงครับ ในแง่เทคนิค สามารถปรับปรุงได้โดยการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการภายในมอเตอร์ มีวัฏจักรของการแปลงพลังงานเคมีทางอุณหพลศาสตร์เป็นพลังงานของไอพ่นที่ไหลออก ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงจรวดแบบคลาสสิกมาก นี่คือวงจรการเผาไหม้ของการระเบิดและวงจรฮัมฟรีย์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด

ผลกระทบของการระเบิดของเชื้อเพลิงนั้นถูกค้นพบโดยเพื่อนร่วมชาติของเราซึ่งต่อมาเป็นนักวิชาการ Yakov Borisovich Zeldovich ย้อนกลับไปในปี 1940 การนำผลกระทบนี้ไปใช้ในทางปฏิบัติได้ให้คำมั่นสัญญาว่าจะมีโอกาสที่ดีในด้านวิทยาศาสตร์จรวด ไม่น่าแปลกใจที่ในปีเดียวกันนั้นชาวเยอรมันได้ศึกษากระบวนการเผาไหม้ด้วยการระเบิดอย่างแข็งขัน แต่พวกเขาไม่ได้ก้าวหน้าไปไกลกว่าการทดลองที่ไม่ประสบความสำเร็จทั้งหมด

การคำนวณทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าการเผาไหม้ด้วยการระเบิดนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าวงจรไอโซบาริกถึง 25 เปอร์เซ็นต์ซึ่งสอดคล้องกับการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ความดันคงที่ซึ่งถูกนำมาใช้ในห้องของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวสมัยใหม่

อะไรคือข้อดีของการเผาไหม้แบบระเบิดเมื่อเปรียบเทียบกับการเผาไหม้แบบดั้งเดิม?

ปีเตอร์ เลโวชคิน: กระบวนการเผาไหม้แบบคลาสสิกเป็นแบบเปรี้ยงปร้าง การระเบิด - ความเร็วเหนือเสียง ความเร็วของปฏิกิริยาในปริมาณเล็กน้อยนำไปสู่การปล่อยความร้อนมหาศาลซึ่งสูงกว่าในระหว่างการเผาไหม้แบบเปรี้ยงปร้างหลายพันเท่าซึ่งใช้ในเครื่องยนต์จรวดแบบคลาสสิกที่มีมวลเชื้อเพลิงที่เผาไหม้เท่ากัน และสำหรับพวกเรา วิศวกรเครื่องยนต์ นั่นหมายความว่าด้วยขนาดของเครื่องยนต์ระเบิดที่เล็กลงอย่างมากและมีมวลเชื้อเพลิงต่ำ เราจึงสามารถได้รับแรงขับเช่นเดียวกับในเครื่องยนต์จรวดเหลวขนาดใหญ่สมัยใหม่

ไม่มีความลับใดที่เครื่องยนต์ที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบระเบิดกำลังได้รับการพัฒนาในต่างประเทศ ตำแหน่งของเราคืออะไร? เราด้อยกว่า เราอยู่ในระดับเดียวกับพวกเขา หรือเรากำลังเป็นผู้นำ?

Petr Levochkin: เราไม่ยอมแพ้ - แน่นอน แต่ฉันไม่สามารถพูดได้ว่าเราเป็นผู้นำ หัวข้อนี้ค่อนข้างปิด หนึ่งในความลับทางเทคโนโลยีที่สำคัญคือการทำให้แน่ใจว่าเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ของเครื่องยนต์จรวดไม่เผาไหม้ แต่จะระเบิดโดยไม่ทำลายห้องเผาไหม้ นั่นคือเพื่อให้สามารถควบคุมและจัดการการระเบิดได้จริง สำหรับการอ้างอิง: การระเบิดคือการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงที่ด้านหน้าของคลื่นกระแทกเหนือเสียง ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างการระเบิดแบบพัลส์ เมื่อคลื่นกระแทกเคลื่อนที่ไปตามแกนของห้องเพาะเลี้ยงและคลื่นหนึ่งมาแทนที่อีกอันหนึ่ง เช่นเดียวกับการระเบิดอย่างต่อเนื่อง (หมุน) เมื่อคลื่นกระแทกในห้องเพาะเลี้ยงเคลื่อนที่เป็นวงกลม

เท่าที่เราทราบ มีการศึกษาทดลองเกี่ยวกับการเผาไหม้ด้วยการระเบิดโดยการมีส่วนร่วมของผู้เชี่ยวชาญของคุณ ได้รับผลลัพธ์อะไรบ้าง?

Petr Levochkin: งานได้ดำเนินการเพื่อสร้างห้องจำลองของเครื่องยนต์จรวดระเบิดของเหลว ความร่วมมือขนาดใหญ่ของศูนย์วิทยาศาสตร์ชั้นนำในรัสเซียทำงานในโครงการนี้ภายใต้การอุปถัมภ์ของมูลนิธิเพื่อการวิจัยขั้นสูง หนึ่งในนั้นคือสถาบันอุทกพลศาสตร์ซึ่งตั้งชื่อตาม ศศ.ม. Lavrentyev, MAI, "Keldysh Center", สถาบันวิศวกรรมเครื่องยนต์การบินกลางตั้งชื่อตาม พี.ไอ. Baranova คณะกลศาสตร์และคณิตศาสตร์ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก เราเสนอให้ใช้น้ำมันก๊าดเป็นเชื้อเพลิง และใช้ก๊าซออกซิเจนเป็นตัวออกซิไดเซอร์ ในกระบวนการวิจัยเชิงทฤษฎีและเชิงทดลอง ความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องยนต์จรวดระเบิดโดยใช้ส่วนประกอบดังกล่าวได้รับการยืนยันแล้ว จากข้อมูลที่ได้รับ เราได้พัฒนา ผลิต และทดสอบห้องระเบิดจำลองที่มีแรงขับ 2 ตันและแรงดันในห้องเผาไหม้ประมาณ 40 ATM ได้สำเร็จ

ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขเป็นครั้งแรกไม่เพียงแต่ในรัสเซียเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในโลกด้วย แน่นอนว่ามีปัญหาเกิดขึ้น ประการแรกเกี่ยวข้องกับการรับประกันการระเบิดของออกซิเจนด้วยน้ำมันก๊าดอย่างเสถียรและประการที่สองเพื่อให้แน่ใจว่าการระบายความร้อนของผนังไฟของห้องที่เชื่อถือได้โดยไม่ต้องระบายความร้อนด้วยม่านและปัญหาอื่น ๆ อีกมากมายซึ่งเป็นสาระสำคัญที่ผู้เชี่ยวชาญเท่านั้นที่เข้าใจได้

1

พิจารณาปัญหาของการพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลส์ หลัก ศูนย์วิทยาศาสตร์ผู้นำการวิจัยเครื่องยนต์เจเนอเรชันใหม่ พิจารณาทิศทางหลักและแนวโน้มในการพัฒนาการออกแบบเครื่องยนต์จุดระเบิด มีการนำเสนอประเภทหลักของเครื่องยนต์ดังกล่าว: พัลซิ่ง, พัลซิ่งหลายท่อ, พัลส์พร้อมตัวสะท้อนความถี่สูง แสดงความแตกต่างในวิธีสร้างแรงผลักดันเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ไอพ่นแบบคลาสสิกที่ติดตั้งหัวฉีด Laval มีการอธิบายแนวคิดของผนังฉุดและโมดูลฉุดลาก ปรากฏว่าชีพจรเต้นแรง เครื่องยนต์ระเบิดกำลังได้รับการปรับปรุงในทิศทางของการเพิ่มอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์และทิศทางนี้มีสิทธิ์ที่จะมีชีวิตอยู่ในด้านแสงและยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับราคาถูกตลอดจนในการพัฒนาเครื่องขยายสัญญาณแรงผลักดันอีเจ็คเตอร์ต่างๆ ความยากลำบากหลักของลักษณะพื้นฐานในการสร้างแบบจำลองการไหลปั่นป่วนของการระเบิดโดยใช้แพ็คเกจการคำนวณที่อิงตามการใช้แบบจำลองเชิงอนุพันธ์ของความปั่นป่วนและการหาค่าเฉลี่ยของสมการเนเวียร์-สโตกส์ในช่วงเวลาหนึ่ง

เครื่องยนต์ระเบิด

เครื่องยนต์ระเบิดชีพจร

1. บูลัต พี.วี., ศุขิน โอ.เอ็น., โปรดาน เอ็น.วี. ประวัติการศึกษาทดลองแรงดันด้านล่าง // การวิจัยขั้นพื้นฐาน- – พ.ศ. 2554 – ลำดับที่ 12 (3) – หน้า 670–674.

2. บูลัต พี.วี., ซาสุคิน โอ.เอ็น., โปรดาน เอ็น.วี. ความผันผวนของแรงกดดันด้านล่าง // การวิจัยขั้นพื้นฐาน – 2012. – ฉบับที่ 3. – หน้า 204–207.

3. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. ลักษณะเฉพาะของการใช้แบบจำลองความปั่นป่วนในการคำนวณการไหลในท่อความเร็วเหนือเสียงที่มีแนวโน้ม เครื่องยนต์ที่ใช้อากาศหายใจ// เครื่องยนต์. – 2012. – ฉบับที่ 1. – หน้า 20–23.

4. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Uskov V.N. ในการจำแนกประเภทของการไหลในช่องที่มีการขยายตัวอย่างกะทันหัน // อุณหฟิสิกส์และแอโรเมคานิกส์ – 2012. – ฉบับที่ 2. – หน้า 209–222.

5. บูลัต พี.วี., โปรดาน เอ็น.วี. ว่าด้วยความผันผวนของการไหลความถี่ต่ำของแรงดันด้านล่าง // การวิจัยพื้นฐาน – พ.ศ. 2556 – ลำดับที่ 4 (3) – หน้า 545–549.

6. Larionov S.Yu., Nechaev Yu.N., Mokhov A.A. การวิจัยและวิเคราะห์การล้างโมดูลฉุดแบบ "เย็น" ของเครื่องยนต์ระเบิดแบบเร้าใจความถี่สูง // Vestnik MAI – ต.14. – ลำดับที่ 4 – อ.: สำนักพิมพ์ MAI-Print, 2550. – หน้า 36–42.

7. Tarasov A.I., Shchipakov V.A. อนาคตของการใช้เทคโนโลยีการระเบิดแบบพัลส์ใน เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท- JSC NPO ศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคนิคดาวเสาร์ ตั้งชื่อตาม A. Lyulki, มอสโก, รัสเซีย สถาบันการบินมอสโก (GTU) – กรุงมอสโก ประเทศรัสเซีย ISSN 1727-7337 วิศวกรรมและเทคโนโลยีการบินและอวกาศ พ.ศ. 2554 – ฉบับที่ 9 (86)

โครงการเผาไหม้ด้วยการระเบิดในสหรัฐอเมริการวมอยู่ในโครงการพัฒนาแล้ว เครื่องยนต์ที่มีแนวโน้ม IHPTET. ความร่วมมือนี้รวมถึงศูนย์วิจัยเกือบทั้งหมดที่ทำงานในด้านการสร้างเครื่องยนต์ NASA เพียงอย่างเดียวจัดสรรเงินมากถึง 130 ล้านดอลลาร์ต่อปีเพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ นี่เป็นการพิสูจน์ความเกี่ยวข้องของการวิจัยในทิศทางนี้

ทบทวนงานด้านเครื่องยนต์จุดระเบิด

กลยุทธ์การตลาดของผู้ผลิตชั้นนำของโลกไม่เพียงแต่มุ่งเป้าไปที่การพัฒนาเครื่องยนต์จุดระเบิดไอพ่นใหม่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปรับปรุงเครื่องยนต์ที่มีอยู่ให้ทันสมัยด้วยการเปลี่ยนห้องเผาไหม้แบบเดิมด้วยเครื่องยนต์จุดระเบิด นอกจากนี้เครื่องยนต์จุดระเบิดสามารถกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญของการติดตั้งแบบรวมได้ ประเภทต่างๆตัวอย่างเช่น เพื่อใช้เป็นเครื่องเผาไหม้หลังของเครื่องยนต์ turbofan เป็นการยกเครื่องยนต์อีเจ็คเตอร์ในเครื่องบิน VTOL (ตัวอย่างในรูปที่ 1 - โครงการ Boeing Transport VTOL)

ในสหรัฐอเมริกา การพัฒนาเครื่องยนต์จุดระเบิดดำเนินการโดยศูนย์วิจัยและมหาวิทยาลัยหลายแห่ง: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanford, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Stabments, Suffield และ Valcartier, Uniyersite de Poitiers, มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ Arlington, Uniyersite de Poitiers, มหาวิทยาลัย McGill, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลเวเนีย, มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน

ตำแหน่งผู้นำในการพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิดถูกครอบครองโดยศูนย์เฉพาะทาง Seattle Aerosciences Center (SAC) ซึ่งซื้อในปี 2544 โดย Pratt และ Whitney จาก Adroit Systems งานของศูนย์ส่วนใหญ่ได้รับทุนจากกองทัพอากาศและ NASA จากงบประมาณของโครงการเทคโนโลยีขับเคลื่อนจรวดที่ให้ผลตอบแทนสูงแบบผสมผสานระหว่างแผนก (IHPRPTP) ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อสร้างเทคโนโลยีใหม่สำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นประเภทต่างๆ

ข้าว. 1. สิทธิบัตร US 6,793,174 B2 จาก Boeing, 2004

โดยรวมแล้ว นับตั้งแต่ปี 1992 ผู้เชี่ยวชาญของศูนย์ SAC ได้ทำการทดสอบตัวอย่างทดลองแบบตั้งโต๊ะมากกว่า 500 รายการ ทำงานบนเครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลส์ (PDE) โดยสิ้นเปลืองพลังงาน ออกซิเจนในบรรยากาศ SAC Center ได้รับมอบหมายจากกองทัพเรือสหรัฐฯ เมื่อพิจารณาถึงความซับซ้อนของโครงการ ผู้เชี่ยวชาญของกองทัพเรือจึงได้เกี่ยวข้องกับองค์กรเกือบทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์จุดระเบิดในการนำไปปฏิบัติ ยกเว้น แพรตต์และ Whitney งานเกี่ยวข้องกับ United Technologies Research Center (UTRC) และ Boeing Phantom Works

ปัจจุบันในประเทศของเรา มหาวิทยาลัยและสถาบันต่อไปนี้กำลังทำงานเกี่ยวกับปัญหาเฉพาะด้านนี้ในแง่ทฤษฎี: สถาบันการศึกษารัสเซียวิทยาศาสตร์ (RAS): สถาบันฟิสิกส์เคมีของ Russian Academy of Sciences (ICP), สถาบันวิทยาศาสตร์เครื่องกลของ Russian Academy of Sciences, สถาบันอุณหภูมิสูงของ Russian Academy of Sciences (IVTAN), สถาบันอุทกพลศาสตร์โนโวซีบีร์สค์ ตั้งชื่อตาม . Lavrentiev (IGIL) สถาบันทฤษฎีและกลศาสตร์ประยุกต์ตั้งชื่อตาม Khristianovich (ITMP) สถาบันกายภาพ-เทคนิค ตั้งชื่อตาม Ioffe, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก (MSU), สถาบันการบินแห่งรัฐมอสโก (MAI), มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโนโวซีบีร์สค์, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเชบอคซารี, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐซาราตอฟ ฯลฯ

ทิศทางการทำงานของเครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลส์

ทิศทางที่ 1 - เครื่องยนต์ระเบิดพัลส์แบบคลาสสิก (PDE) ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปประกอบด้วยหัวฉีดสำหรับผสมเชื้อเพลิงกับตัวออกซิไดเซอร์ อุปกรณ์สำหรับจุดไฟส่วนผสมเชื้อเพลิง และท่อเปลวไฟเอง ซึ่งเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ (การเผาไหม้) ท่อเปลวไฟปิดท้ายด้วยหัวฉีด ตามกฎแล้วนี่คือหัวฉีด Laval ซึ่งมีส่วนที่เรียวซึ่งเป็นส่วนวิกฤตขั้นต่ำซึ่งความเร็วของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้เท่ากับความเร็วของเสียงในท้องถิ่นซึ่งเป็นส่วนที่ขยายตัวซึ่งมีแรงดันสถิตของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ ลดลงเหลือแรงกดดันจาก สิ่งแวดล้อมเท่าที่เป็นไปได้ โดยคร่าวๆ เราสามารถประมาณแรงขับของเครื่องยนต์ได้เนื่องจากพื้นที่หน้าตัดวิกฤตของหัวฉีดคูณด้วยความแตกต่างของแรงดันในห้องเผาไหม้และสภาพแวดล้อม ดังนั้นยิ่งความดันในห้องเผาไหม้สูง แรงขับก็จะยิ่งสูงตามไปด้วย

แรงขับของเครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลซิ่งถูกกำหนดโดยปัจจัยอื่น ๆ - การถ่ายโอนแรงกระตุ้นโดยคลื่นระเบิดไปยังผนังแรงขับ ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้หัวฉีดเลย เครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลส์มีช่องเฉพาะ - เครื่องบินราคาถูกและใช้แล้วทิ้ง ในช่องนี้พวกเขากำลังพัฒนาไปในทิศทางของการเพิ่มอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์ได้สำเร็จ

รูปลักษณ์คลาสสิกของ IDD คือห้องเผาไหม้ทรงกระบอกซึ่งมีผนังเรียบหรือทำโปรไฟล์เป็นพิเศษ เรียกว่า "ผนังแทง" (รูปที่ 2) ความเรียบง่ายของอุปกรณ์ IDD คือข้อได้เปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้ จากการวิเคราะห์สิ่งพิมพ์ที่มีอยู่แสดงให้เห็นว่า แม้จะมีรูปแบบ IPD ที่นำเสนอที่หลากหลาย แต่ทั้งหมดนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการใช้ท่อระเบิดที่มีความยาวมากเป็นอุปกรณ์เรโซแนนซ์และการใช้วาล์วที่รับประกันการจ่ายของไหลทำงานเป็นระยะ

ควรสังเกตว่า IPD ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของท่อระเบิดแบบดั้งเดิมแม้จะมีประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์สูงในการเต้นเป็นจังหวะเพียงครั้งเดียว แต่ก็มีข้อเสียของเครื่องยนต์หายใจแบบเร้าใจแบบคลาสสิก กล่าวคือ:

ความถี่ต่ำ (สูงถึง 10 Hz) ของการเต้นเป็นจังหวะซึ่งกำหนดระดับประสิทธิภาพการยึดเกาะโดยเฉลี่ยที่ค่อนข้างต่ำ

โหลดความร้อนและแรงสั่นสะเทือนสูง

ข้าว. 2. แผนผังเครื่องยนต์ระเบิดพัลส์ (PDE)

ทิศทางที่ 2 - การควบคุมการจราจรแบบหลายท่อ แนวโน้มหลักในการพัฒนา IDD คือการเปลี่ยนไปใช้โครงการหลายท่อ (รูปที่ 3) ในเครื่องยนต์ดังกล่าว ความถี่ในการทำงานของท่อแต่ละท่อยังคงต่ำ แต่ด้วยการสลับพัลส์ในท่อที่แตกต่างกัน นักพัฒนาหวังว่าจะได้รับคุณลักษณะเฉพาะที่ยอมรับได้ รูปแบบดังกล่าวดูเหมือนว่าจะใช้งานได้ดีหากปัญหาการสั่นสะเทือนและความไม่สมดุลของแรงขับได้รับการแก้ไขตลอดจนปัญหาแรงดันด้านล่างโดยเฉพาะอย่างยิ่งการสั่นของความถี่ต่ำที่เป็นไปได้ในบริเวณด้านล่างระหว่างท่อ

ข้าว. 3. เครื่องยนต์ระเบิดพัลส์ (PDE) ของการออกแบบแบบดั้งเดิมพร้อมแพ็คเกจท่อระเบิดเป็นตัวสะท้อนเสียง

ทิศทางที่ 3 - IDD พร้อมตัวสะท้อนความถี่สูง นอกจากนี้ยังมีทิศทางอื่น - รูปแบบที่โฆษณาอย่างกว้างขวางเมื่อเร็ว ๆ นี้พร้อมโมดูลแรงดึง (รูปที่ 4) ซึ่งมีตัวสะท้อนความถี่สูงที่ทำโปรไฟล์เป็นพิเศษ งานในทิศทางนี้กำลังดำเนินการที่ศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคนิคซึ่งตั้งชื่อตาม A. Lyulka และที่ MAI วงจรนี้มีความโดดเด่นด้วยการไม่มีวาล์วเชิงกลและอุปกรณ์จุดระเบิดเป็นระยะ ๆ

โมดูลฉุด IDD ของวงจรที่นำเสนอประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์และเครื่องสะท้อนเสียง เครื่องปฏิกรณ์จะใช้ในการเตรียม ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศถึง การเผาไหม้แบบระเบิดสลายโมเลกุลของส่วนผสมที่ติดไฟได้ให้เป็นส่วนประกอบทางเคมี แผนผังของการทำงานของเครื่องยนต์หนึ่งรอบแสดงไว้อย่างชัดเจนในรูปที่ 1 5.

เมื่อโต้ตอบกับพื้นผิวด้านล่างของเครื่องสะท้อนเสียงเป็นสิ่งกีดขวาง คลื่นระเบิดในระหว่างกระบวนการชนจะถ่ายโอนแรงกระตุ้นจากแรงกดดันส่วนเกินไปยังมัน

IPD ที่มีเครื่องสะท้อนความถี่สูงมีสิทธิ์ที่จะประสบความสำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาสามารถอ้างสิทธิ์ในการปรับปรุงเครื่องเผาไหม้หลังให้ทันสมัยและดัดแปลงเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทธรรมดา ซึ่งมีไว้สำหรับ UAV ราคาถูกอีกครั้ง ตัวอย่างคือความพยายามของ MAI และ CIAM ในการปรับปรุงเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท MD-120 ให้ทันสมัยด้วยวิธีนี้โดยการเปลี่ยนห้องเผาไหม้ด้วยเครื่องปฏิกรณ์กระตุ้นส่วนผสมเชื้อเพลิง และติดตั้งโมดูลฉุดลากด้วยเครื่องสะท้อนความถี่สูงด้านหลังกังหัน จนถึงขณะนี้ ยังไม่สามารถสร้างการออกแบบที่ใช้งานได้จริง เนื่องจาก... เมื่อทำโปรไฟล์ตัวสะท้อนเสียง ผู้เขียนจะใช้ทฤษฎีเชิงเส้นของคลื่นอัด เช่น การคำนวณจะดำเนินการในการประมาณเสียง พลศาสตร์ของคลื่นระเบิดและคลื่นอัดอธิบายได้ด้วยเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง การใช้แพ็คเกจตัวเลขมาตรฐานสำหรับการคำนวณตัวสะท้อนความถี่สูงมีข้อจำกัดพื้นฐาน ทั้งหมด โมเดลที่ทันสมัยความปั่นป่วนจะขึ้นอยู่กับการหาค่าเฉลี่ยของสมการเนเวียร์-สโตกส์ (สมการพื้นฐานของพลศาสตร์ของก๊าซ) ในช่วงเวลาหนึ่ง นอกจากนี้ สมมติฐานของ Boussinesq ได้รับการเสนอว่าเทนเซอร์ความเครียดแรงเสียดทานแบบปั่นป่วนเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความเร็ว ข้อสันนิษฐานทั้งสองไม่เป็นที่พอใจในกระแสปั่นป่วนที่มีคลื่นกระแทก ถ้าความถี่ลักษณะเฉพาะเทียบได้กับความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะปั่นป่วน น่าเสียดายที่เรากำลังเผชิญกับกรณีดังกล่าว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างแบบจำลองเพิ่มเติมที่นี่ ระดับสูงหรือการสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขโดยตรงโดยอิงตามสมการเนเวียร์-สโตกส์ที่สมบูรณ์โดยไม่ต้องใช้แบบจำลองความปั่นป่วน (งานที่เป็นไปไม่ได้ในขั้นตอนปัจจุบัน)

ข้าว. 4. วงจร IDD พร้อมตัวสะท้อนความถี่สูง

ข้าว. 5. โครงการ IPD พร้อมเครื่องสะท้อนความถี่สูง: SZS - เจ็ทความเร็วเหนือเสียง; SW - คลื่นกระแทก; F - โฟกัสของตัวสะท้อน; DV - คลื่นระเบิด; VR - คลื่นการทำให้บริสุทธิ์; RSW - คลื่นกระแทกสะท้อน

IPD กำลังได้รับการปรับปรุงในทิศทางของการเพิ่มอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์ ทิศทางนี้มีสิทธิ์ที่จะใช้ชีวิตในด้านของยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับที่เบาและราคาถูกตลอดจนในการพัฒนาเครื่องขยายสัญญาณแรงผลักดันอีเจ็คเตอร์ต่างๆ

ผู้วิจารณ์:

Uskov V.N., วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต, ศาสตราจารย์ภาควิชากลศาสตร์อุทกศาสตร์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, คณะคณิตศาสตร์และกลศาสตร์, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก;

Emelyanov V.N. วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต ศาสตราจารย์ หัวหน้าภาควิชาพลศาสตร์ของแก๊สพลาสมาและวิศวกรรมความร้อน BSTU "VOENMEH" ตั้งชื่อตาม ดี.เอฟ. Ustinova, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

บรรณาธิการได้รับงานนี้เมื่อวันที่ 14 ตุลาคม 2556

ลิงค์บรรณานุกรม

บูลัต พี.วี., โปรดาน เอ็น.วี. การทบทวนโครงการเครื่องยนต์ระเบิด เครื่องยนต์พัลส์ // การวิจัยขั้นพื้นฐาน – พ.ศ. 2556 – ฉบับที่ 10-8. – ส. 1667-1671;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32641 (วันที่เข้าถึง: 29/07/2019) เรานำเสนอนิตยสารที่คุณจัดพิมพ์โดยสำนักพิมพ์ "Academy of Natural Sciences"