Детонаційна ракетний двигун: випробування, принцип роботи, переваги

Освоєння космічного простору мимоволі асоціюється з космічними кораблями. Серцем будь-якої ракети-носія є її двигун. Він повинен розвинути першу космічну швидкість – близько 79 км/с, щоб доставити космонавтів на орбіту, і другу космічну, щоб подолати поле тяжіння планети. Домогтися цього непросто, але вчені постійно шукають нові шляхи вирішення цього завдання. Конструктори з Росії зробили крок ще далі і зуміли розробити детонаційна ракетний двигун, випробування якого завершилися успіхом. Це досягнення можна назвати справжнім проривом в області космічного машинобудування.

Нові можливості

Чому на детонаційні двигуни покладають великі надії? За розрахунками вчених, їх потужність буде у 10 тис. раз більше, ніж потужність існуючих ракетних двигунів. При цьому вони будуть споживати набагато менше пального, а їх виробництво вирізняється низькою вартістю та рентабельністю. З чим це пов'язано? Вся справа в реакції окислення пального. Якщо в сучасних ракетах використовується процес дефлаграції – повільне (дозвуковое) горіння палива при постійному тиску, то детонаційна ракетний двигун функціонує за рахунок вибуху, детонації горючої суміші. Вона згорає з надзвуковою швидкістю з виділенням величезної кількості теплової енергії одночасно з поширенням ударної хвилі. Розробкою та випробуванням російського варіанту детонаційного двигуна займалася спеціалізована лабораторія «Детонаційні РРД» у складі виробничого комплексу «Енергомаш».

Перевага нових двигунів

Вивченням і розробкою детонаційних двигунів займаються провідні світові вчені протягом 70 років. Основною причиною, що перешкоджає створенню цього типу двигунів, є неконтрольоване самозаймання палива. Крім того, на порядку денному стояли завдання щодо ефективного змішування пального і окислювача, а також інтеграції сопла і повітрозабірника. Вирішивши ці завдання, вдасться створити детонаційна ракетний двигун, який за своїми технічними характеристиками обжене час. При цьому вчені називають такі його переваги:

Здатність розвивати швидкості в дозвуковом і гиперзвуковом діапазонах.

Виключення з конструкції багатьох рухомих частин.

Більш низька маса і вартість силової установки.

Висока термодинамічна ефективність.

Серійно даний тип двигун не проводився. Вперше був випробуваний на низколетящих літаках в 2008 році. Детонаційна двигун для ракет-носіїв був вперше випробуваний російськими вченими. Саме тому цій події приділяється настільки велике значення.

Принцип роботи: імпульсний і безперервний

В даний час учені ведуть розробку установок з імпульсним і безперервним робочим процесом. Принцип роботи детонаційного ракетного двигуна з імпульсної схемою роботи базується на циклічному заповненні камери згоряння займистою сумішшю, послідовному її займанні і викид продуктів згоряння в навколишнє середовище. Відповідно, при безперервному робочому процесі паливо подається в камеру згоряння безперервно, пальне згоряє в одній або декількох детонаційних хвиль, які безперервно циркулюють поперек потоку. Перевагами таких двигунів є:

Одноразове запалювання палива.

Відносно проста конструкція.

Невеликі габарити і маса установок.

Більш ефективне використання горючої суміші.

Низький рівень виробленого шуму, вібрації і шкідливих викидів.

У перспективі, використовуючи дані переваги, детонаційна рідинний ракетний двигун безперервної схеми роботи витіснить усі існуючі установки завдяки своїм масо-габаритним і вартісними характеристиками.

Випробування детонаційного двигуна

Перші випробування вітчизняної детонаційної установки пройшли в рамках проекту, заснованого Міністерством освіти і науки. В якості досвідченого зразка був представлений невеликий двигун з камерою згоряння діаметром 100 мм і шириною кільцевого каналу в 5 мм. Випробування проводилися на спеціальному стенді, фіксувалися показники при роботі на різних видах горючої суміші водень-кисень, природний газ-кисень, пропан-бутан-кисень. Випробування детонаційного ракетного двигуна на киснево-водневому паливі довели, що термодинамічний цикл цих установок на 7 % ефективніше, ніж при роботі інших установок. Крім того, було експериментально підтверджено, що зі збільшенням кількості подаваного пального збільшується і тяга, а також кількість детонаційних хвиль і частота обертання.

Аналоги в інших країнах

Розробкою детонаційних двигунів займаються вчені провідних країн світу. Найбільших успіхів у цьому напрямку досягли конструктори з США. У своїх моделях вони реалізували безперервний спосіб роботи, або ротаційний. Американські військові планують використовувати дані установки для оснащення надводних кораблів. Завдяки меншій масі і невеликим розмірам при високій видається потужності вони допоможуть збільшити ефективність бойових катерів. Стехіометричного суміш водню і кисню використовує для своєї роботи американський детонаційна ракетний двигун. Переваги такого джерела енергії в першу чергу економічні кисню згорає рівно стільки, скільки потрібно для того окислення водню. Зараз для забезпечення військових кораблів вуглецевим паливом уряд США витрачає кілька мільярдів доларів. Стехіометричне пальне знизить витрати в кілька разів.

Подальші напрямки розробки і перспективи

Нові дані, отримані в результаті випробувань детонаційних двигунів, визначили застосування принципово нових методів побудови схеми роботи на рідкому паливі. Але для функціонування такі двигуни повинні мати високу жароміцність зважаючи на велику кількість виділеної теплової енергії. В даний момент ведеться розробка особливого покриття, яке забезпечить працездатність камери згорання під високотемпературним впливом. Особливе місце в подальших дослідженнях займає створення змішувальних головок, з допомогою яких можна буде отримати краплі пального матеріалу заданого розміру, концентрації і складу. За рішенням даних питань буде створено новий детонаційна рідинний ракетний двигун, який стане основою нового класу ракет-носіїв.