Động cơ kích nổ là tương lai của tên lửa và hàng không
Động cơ kích nổ xung dòng trực tiếp. Đồ họa "Đốt và nổ"
Các hệ thống đẩy hiện có cho hàng không và tên lửa cho thấy hiệu suất rất cao, nhưng đã gần đến giới hạn khả năng của chúng. Để tăng hơn nữa các thông số lực đẩy, tạo ra nguồn dự trữ cho sự phát triển của tên lửa hàng không và công nghiệp vũ trụ, người ta cần đến các động cơ khác, bao gồm cả động cơ. với các nguyên tắc hoạt động mới. Những hy vọng lớn lao được ghim vào cái gọi là. động cơ kích nổ. Các hệ thống cấp xung tương tự đang được thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm và trên máy bay.
nguyên tắc vật lý
Các động cơ nhiên liệu lỏng hiện có và đang vận hành sử dụng quá trình đốt cháy hoặc đốt cháy cận âm. Một phản ứng hóa học liên quan đến nhiên liệu và chất oxy hóa tạo thành một mặt trận di chuyển qua buồng đốt với tốc độ cận âm. Quá trình đốt cháy như vậy hạn chế số lượng và tốc độ của khí phản ứng chảy ra từ vòi. Theo đó, lực đẩy tối đa cũng bị hạn chế.
Một giải pháp thay thế là đốt cháy nổ. Trong trường hợp này, mặt trước phản ứng di chuyển với tốc độ siêu thanh, tạo thành sóng xung kích. Chế độ đốt cháy như vậy làm tăng năng suất của các sản phẩm khí và tăng lực đẩy.
Động cơ kích nổ có thể được thực hiện trong hai phiên bản. Đồng thời, các động cơ xung hoặc xung (IMD / SDA) và động cơ quay / quay đang được phát triển. Sự khác biệt của chúng nằm ở nguyên tắc đốt cháy. Động cơ quay duy trì phản ứng liên tục, trong khi động cơ xung hoạt động bằng các "vụ nổ" liên tiếp của hỗn hợp nhiên liệu và chất oxy hóa.
xung lực tạo thành lực đẩy
Về lý thuyết, về mặt thiết kế, IDM không phức tạp hơn động cơ tên lửa đẩy truyền thống hay động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng. Nó bao gồm buồng đốt và thiết bị vòi phun, cũng như phương tiện cung cấp nhiên liệu và chất oxy hóa. Trong trường hợp này, các hạn chế đặc biệt được áp dụng đối với độ bền và độ bền của cấu trúc liên quan đến các tính năng của động cơ.
Máy bay có kinh nghiệm Long-EZ với IDD. Ảnh Bảo tàng Quốc gia Không quân Hoa Kỳ
Trong quá trình hoạt động, các vòi cung cấp nhiên liệu cho buồng đốt; tác nhân oxy hóa được cung cấp từ khí quyển với sự trợ giúp của thiết bị nạp khí. Sau khi hỗn hợp được hình thành, đánh lửa xảy ra. Do lựa chọn chính xác các thành phần nhiên liệu và tỷ lệ hỗn hợp, phương pháp đánh lửa tối ưu và cấu hình buồng, một sóng xung kích được hình thành di chuyển theo hướng của vòi phun động cơ. Trình độ công nghệ hiện tại cho phép đạt được tốc độ sóng lên tới 2,5-3 km/s với lực đẩy tăng tương ứng.
IDD sử dụng nguyên tắc hoạt động xung. Điều này có nghĩa là sau khi kích nổ và giải phóng các khí phản ứng, buồng đốt được làm sạch, nạp lại hỗn hợp - và một "vụ nổ" mới xảy ra sau đó. Để có được lực đẩy cao và ổn định, chu trình này phải được thực hiện với tần suất lớn, từ hàng chục đến hàng nghìn lần/giây.
Thách thức và lợi ích
Ưu điểm chính của IDD là khả năng lý thuyết có được các đặc tính cải tiến mang lại tính ưu việt hơn so với các động cơ phun và đẩy chất lỏng hiện có và trong tương lai. Vì vậy, với cùng một lực đẩy, động cơ xung lực hóa ra nhỏ gọn hơn và nhẹ hơn. Theo đó, trong cùng một kích thước, bạn có thể tạo một cài đặt mạnh mẽ hơn. Ngoài ra, một động cơ như vậy được thiết kế đơn giản hơn, vì nó không cần một bộ phận của thiết bị đo đạc.
IDD đang hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, từ XNUMX (trong khi phóng tên lửa) đến siêu thanh. Nó có thể tìm thấy ứng dụng trong các hệ thống tên lửa và không gian cũng như trong ngành hàng không - trong các lĩnh vực dân sự và quân sự. Trong mọi trường hợp, các tính năng đặc trưng của nó giúp có thể đạt được những lợi thế nhất định so với các hệ thống truyền thống. Tùy theo nhu cầu, có thể tạo ra tên lửa IDD sử dụng chất oxy hóa từ bình chứa, hoặc máy bay phản lực lấy oxy từ khí quyển.
Tuy nhiên, có những bất cập và khó khăn đáng kể. Vì vậy, để nắm vững một hướng đi mới, cần phải tiến hành nhiều nghiên cứu và thử nghiệm khá phức tạp ở nơi giao nhau giữa các ngành khoa học và lĩnh vực khác nhau. Nguyên lý hoạt động cụ thể đặt ra các yêu cầu đặc biệt về thiết kế của động cơ và vật liệu của nó. Giá của lực đẩy cao là tải trọng tăng lên có thể làm hỏng hoặc phá hủy kết cấu động cơ.
IDD cho Long-EZ. Bảo tàng Ảnh Quốc gia Hoa Kỳ
Đó là một thách thức để đảm bảo rằng tỷ lệ cấp nhiên liệu và chất oxy hóa đủ cao để phù hợp với tần suất gõ yêu cầu, cũng như để thực hiện thanh lọc trước nhiên liệu. Ngoài ra, một vấn đề kỹ thuật riêng biệt là sự khởi động của sóng xung kích với mỗi chu kỳ làm việc.
Cần lưu ý rằng, bất chấp mọi nỗ lực của các nhà khoa học và nhà thiết kế, cho đến nay, IDD vẫn chưa sẵn sàng vượt ra ngoài ranh giới của các phòng thí nghiệm và địa điểm thử nghiệm. Các thiết kế và công nghệ cần được phát triển hơn nữa. Do đó, việc đưa các động cơ mới vào thực tế là chưa cần thiết.
Lịch sử công nghệ
Điều gây tò mò là nguyên lý của động cơ kích nổ xung lần đầu tiên không được đề xuất bởi các nhà khoa học, mà bởi các nhà văn khoa học viễn tưởng. Ví dụ, tàu ngầm "Người tiên phong" trong tiểu thuyết "Bí mật của hai đại dương" của G. Adamov đã sử dụng PDD trên hỗn hợp khí hydro-oxy. Những ý tưởng tương tự xuất hiện trong các tác phẩm nghệ thuật khác.
Nghiên cứu khoa học về chủ đề động cơ kích nổ bắt đầu muộn hơn một chút, vào những năm bốn mươi, và các nhà khoa học Liên Xô là những người đi đầu trong hướng đi này. Sau đó, các nỗ lực liên tục được thực hiện ở các quốc gia khác nhau để tạo ra một IDD thử nghiệm, nhưng thành công của họ bị hạn chế nghiêm trọng do thiếu các công nghệ và vật liệu cần thiết.
Vào ngày 31 tháng 2008 năm 80, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ DARPA và Phòng thí nghiệm Không quân đã bắt đầu thử nghiệm phòng thí nghiệm bay đầu tiên với IDD loại phản lực không khí. Động cơ ban đầu được lắp đặt trên một chiếc máy bay Long-EZ đã được sửa đổi từ Scale Composites. Nhà máy điện bao gồm bốn buồng đốt hình ống với nguồn cung cấp nhiên liệu lỏng và hút không khí từ khí quyển. Ở tần số phát nổ 90 Hz, lực đẩy xấp xỉ. XNUMX kgf, chỉ đủ cho một chiếc máy bay hạng nhẹ.
Động cơ kích nổ quay của Nga "Ifrit". Ảnh của NPO Energomash
Các thử nghiệm này cho thấy sự phù hợp cơ bản của IDD để sử dụng trong ngành hàng không và cũng cho thấy sự cần thiết phải cải tiến thiết kế và nâng cao hiệu suất của chúng. Cũng trong năm 2008, chiếc máy bay nguyên mẫu đã được gửi đến bảo tàng, DARPA và các tổ chức liên quan tiếp tục làm việc. Đã có báo cáo về khả năng sử dụng IDD trong các hệ thống tên lửa đầy hứa hẹn - nhưng cho đến nay chúng vẫn chưa được phát triển.
Ở nước ta, đối tượng TCMT được nghiên cứu ở mức độ lý thuyết và thực hành. Ví dụ, vào năm 2017, một bài báo xuất hiện trên tạp chí Đốt cháy và Vụ nổ về việc thử nghiệm một máy bay phản lực kích nổ chạy bằng khí hydro. Công việc cũng đang được tiến hành trên các động cơ kích nổ quay. Một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng phù hợp để sử dụng trên tên lửa đã được chế tạo và thử nghiệm. Vấn đề sử dụng các công nghệ như vậy trong động cơ máy bay đang được nghiên cứu. Trong trường hợp này, buồng đốt kích nổ được tích hợp vào động cơ tuốc bin phản lực.
Quan điểm công nghệ
Động cơ kích nổ được quan tâm nhiều theo quan điểm ứng dụng trong các lĩnh vực và lĩnh vực khác nhau. Do sự gia tăng dự kiến trong các đặc điểm chính, chúng có thể, ở mức tối thiểu, thúc đẩy hệ thống của các lớp hiện có. Tuy nhiên, sự phức tạp của sự phát triển lý thuyết và thực tiễn vẫn chưa cho phép chúng tiếp cận với mục đích sử dụng thực tế.
Tuy nhiên, các xu hướng tích cực đã được quan sát thấy trong những năm gần đây. Động cơ kích nổ nói chung, bao gồm. bốc đồng, ngày càng xuất hiện trong Tin tức từ các phòng thí nghiệm. Sự phát triển của hướng này vẫn tiếp tục và trong tương lai nó sẽ có thể mang lại kết quả mong muốn, mặc dù thời điểm xuất hiện của các mẫu đầy hứa hẹn, đặc điểm và ứng dụng của chúng vẫn còn là một câu hỏi. Tuy nhiên, các báo cáo của những năm gần đây cho phép chúng ta nhìn về tương lai với sự lạc quan.
tin tức