A légi közlekedés és rakéták meglévő meghajtórendszerei nagyon nagy teljesítményt mutatnak, de a képességeik határához közelítettek. A tolóerő -paraméterek további növeléséhez, amely megalapozza a repülőgép -rakéta- és űripar fejlődését, más motorokra is szükség van, pl. a munka új elveivel. Nagy reményeket fűznek az ún. robbanómotorok. Az ilyen impulzusosztályú rendszereket már tesztelik laboratóriumokban és repülőgépeken.
Fizikai elvek
A meglévő és működő folyékony üzemanyagú motorok szubszonikus égést vagy légtelenítést alkalmaznak. Az üzemanyagot és egy oxidálószert érintő kémiai reakció frontot képez, amely szubszonikus sebességgel mozog az égéstérben. Ez az égés korlátozza a fúvókából kifolyó reaktív gázok mennyiségét és sebességét. Ennek megfelelően a maximális tolóerő is korlátozott.
A detonációs égetés alternatíva. Ebben az esetben a reakciófront szuperszonikus sebességgel mozog, lökéshullámot képezve. Ez az égési mód növeli a gáznemű termékek hozamát, és nagyobb tapadást biztosít.
A detonációs motor két változatban készülhet. Ezzel párhuzamosan impulzus- vagy pulzáló motorokat (IDD / PDD) és forgó / forgó motorokat fejlesztenek. Különbségük az égés elveiben rejlik. A forgó motor állandó reakciót tart fenn, míg az impulzusmotor üzemanyag és oxidálószer keverékének egymást követő "robbanásai" miatt működik.
Az impulzusok tolóerőt képeznek
Elméletben felépítése nem bonyolultabb, mint egy hagyományos ramjet vagy folyékony hajtóanyagú rakéta motor. Tartalmaz egy égéskamrát és fúvóka szerelvényt, valamint az üzemanyag és az oxidálószer ellátására szolgáló eszközöket. Ebben az esetben speciális korlátozásokat írnak elő a szerkezet szilárdságára és tartósságára vonatkozóan, amelyek a motor működésének sajátosságaival járnak.
Működés közben az injektorok üzemanyagot szállítanak az égéstérbe; az oxidálószert a légkörből légbeszívó berendezéssel szállítják. A keverék kialakulása után gyulladás következik be. Az üzemanyag -összetevők és a keverék arányának helyes kiválasztása, az optimális gyújtási módszer és a kamra konfigurációja miatt lökéshullám keletkezik, amely a motor fúvóka irányába mozog. A technológia jelenlegi szintje lehetővé teszi akár 2,5-3 km / s hullámsebesség elérését a tolóerő megfelelő növelésével.
Az IDD pulzáló működési elvet alkalmaz. Ez azt jelenti, hogy a robbantás és a reaktív gázok felszabadulása után az égéstér kifújódik, újratöltődik keverékkel - és új "robbanás" következik. A nagy és stabil tolóerő eléréséhez ezt a ciklust nagy gyakorisággal kell elvégezni, másodpercenként tízezertől ezerszer.
Nehézségek és előnyök
Az IDD fő előnye az elméleti lehetőség arra, hogy jobb jellemzőket kapjunk, amelyek felülmúlják a meglévő és leendő ramjet és folyékony hajtóműveket. Tehát ugyanazzal a tolóerővel az impulzusmotor kompaktabb és könnyebb. Ennek megfelelően egy erősebb egység is létrehozható azonos méretekben. Ezenkívül egy ilyen motor felépítése egyszerűbb, mivel nincs szüksége a műszerek egy részére.
Az IDD a sebességek széles tartományában működik, a nullától (a rakéta elején) a hiperszonikusig. Alkalmazható rakéta- és űrrendszerekben, valamint a repülésben - polgári és katonai területeken. Jellemző tulajdonságai minden esetben lehetővé teszik bizonyos előnyök megszerzését a hagyományos rendszerekkel szemben. Az igényektől függően lehetséges egy rakéta IDD létrehozása egy tartályból származó oxidálószer vagy egy légreaktív, amely oxigént vesz fel a légkörből.
Vannak azonban jelentős hátrányok és nehézségek. Tehát egy új irány elsajátítása érdekében különféle meglehetősen összetett vizsgálatokat és kísérleteket kell végezni a különböző tudományok és tudományágak találkozásánál. A sajátos működési elv különleges követelményeket támaszt a motor kialakításával és anyagaival szemben. A nagy tolóerő ára megnövekedett terhelés, amely károsíthatja vagy tönkreteheti a motor szerkezetét.
A kihívás az üzemanyag és az oxidálószer nagy sebességű, a szükséges detonációs gyakoriságnak megfelelő biztosítása, valamint az üzemanyag -leadás előtti öblítés elvégzése. Ezenkívül külön mérnöki probléma a lökéshullám indítása minden működési ciklusban.
Meg kell jegyezni, hogy a mai napig az IDD a tudósok és a tervezők minden erőfeszítése ellenére sem áll készen arra, hogy túllépjen a laboratóriumokon és a teszthelyeken. A terveket és technológiákat tovább kell fejleszteni. Ezért még nem szükséges új motorok gyakorlatba történő bevezetéséről beszélni.
A technológia története
Érdekes, hogy az impulzusos detonációs motor elvét először nem tudósok, hanem sci -fi írók javasolták. Például a "Pioneer" tengeralattjáró G. Adamov "Két óceán rejtélye" regényéből IDD-t használt hidrogén-oxigén gázkeveréken. Hasonló elképzelések szerepeltek más műalkotásokban is.
A robbantómotorok témakörében tudományos kutatások valamivel később, a negyvenes években kezdődtek, és az irány úttörői szovjet tudósok voltak. A jövőben a különböző országokban többször próbálkoztak tapasztalt IDD létrehozásával, de sikereiket komolyan korlátozta a szükséges technológiák és anyagok hiánya.
2008. január 31-én az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának DARPA ügynöksége és a Légierő Laboratórium megkezdte az első repülő laboratórium tesztelését légző-légző típusú IDD-vel. Az eredeti motort a Scale Composites módosított Long-EZ repülőgépére szerelték fel. Az erőmű négy csőszerű égéskamrát tartalmazott, folyékony tüzelőanyag -ellátással és a légkörből származó levegővel. 80 Hz -es detonációs frekvencián kb. 90 kgf, ami csak egy könnyű repülőgéphez volt elegendő.
Ezek a tesztek kimutatták az IDD alapvető alkalmasságát a légi közlekedésben való felhasználásra, valamint azt is, hogy szükség van a tervek javítására és jellemzőinek javítására. Ugyanebben a 2008 -ban a repülőgép prototípusát elküldték a múzeumba, és a DARPA és a kapcsolódó szervezetek tovább dolgoztak. Az IDD ígéretes rakétarendszerekben való felhasználásának lehetőségéről számoltak be - de eddig nem fejlesztették ki őket.
Hazánkban az IDD témáját elmélet és gyakorlat szintjén tanulmányozták. Például 2017 -ben a Combustion and Explosion folyóiratban megjelent egy cikk a gázhalmazállapotú hidrogénnel működő detonációs ramjet motor tesztjeiről. Továbbá folytatódik a munka a forgó robbantó motorokon. Egy folyékony hajtóanyagú rakéta-motort fejlesztettek ki és teszteltek. Az ilyen technológiák repülőgép -hajtóművekben való alkalmazásának kérdését tanulmányozzák. Ebben az esetben a detonációs égéstér a turboreaktív motorba van beépítve.
Technológiai perspektíva
A detonációs motorok nagy érdeklődést mutatnak a különböző területeken és területeken történő alkalmazásuk szempontjából. A fő jellemzők várható növekedése miatt legalább ki tudják szorítani a meglévő osztályok rendszereit. Az elméleti és gyakorlati fejlődés összetettsége azonban még nem teszi lehetővé a gyakorlatban való alkalmazását.
Az elmúlt években azonban pozitív tendenciák figyelhetők meg. Felrobbantó motorok általában, beleértve pulzáló, egyre inkább megjelenik a laboratóriumok híreiben. Ennek az iránynak a fejlesztése folytatódik, és a jövőben képes lesz a kívánt eredményeket adni, bár az ígéretes minták megjelenésének időzítése, jellemzői és alkalmazási területei még kérdésesek. Az elmúlt évek üzenetei azonban lehetővé teszik, hogy optimistán tekintsünk a jövőbe.
