Olemasolevad lennunduse ja rakettide tõukejõusüsteemid näitavad väga suurt jõudlust, kuid on jõudnud oma võimete piiri lähedale. Tõukejõu parameetrite edasiseks suurendamiseks, mis loob aluse lennundusrakettide ja kosmosetööstuse arendamiseks, on vaja teisi mootoreid, sh. uute tööpõhimõtetega. Suured lootused on pandud nn. detonatsioonimootorid. Selliseid impulssklassi süsteeme katsetatakse juba laborites ja lennukitel.
Füüsilised põhimõtted
Olemasolevad ja töötavad vedelkütuse mootorid kasutavad alahelikiirusega põlemist või deflatsiooni. Keemiline reaktsioon, mis hõlmab kütust ja oksüdeerijat, moodustab rinde, mis liigub läbi põlemiskambri alahelikiirusel. See põlemine piirab otsikust välja voolavate reaktiivsete gaaside kogust ja kiirust. Seetõttu on ka maksimaalne tõukejõud piiratud.
Detoneerimisega põletamine on alternatiiv. Sellisel juhul liigub reaktsioonirinne ülehelikiirusel, moodustades lööklaine. See põlemisrežiim suurendab gaasiliste toodete saagist ja suurendab veojõudu.
Detonatsioonimootorit saab valmistada kahes versioonis. Samal ajal töötatakse välja impulss- või pulseerivaid mootoreid (IDD / PDD) ja pöörlevaid / pöörlevaid mootoreid. Nende erinevus seisneb põlemise põhimõtetes. Pöörlev mootor hoiab pidevat reaktsiooni, samas kui impulssmootor töötab kütuse ja oksüdeerija segu järjestikuste "plahvatuste" abil.
Impulssid moodustavad tõukejõu
Teoreetiliselt pole selle konstruktsioon keerulisem kui traditsiooniline raketi- või vedelkütusrakett. See sisaldab põlemiskambrit ja düüside komplekti, samuti vahendeid kütuse ja oksüdeerija varustamiseks. Sellisel juhul kehtestatakse mootori töö iseärasustega seotud konstruktsiooni tugevusele ja vastupidavusele eripiirangud.
Töötamise ajal varustavad pihustid põlemiskambrisse kütust; oksüdeerijat tarnitakse atmosfäärist õhu sisselaskeseadme abil. Pärast segu moodustumist toimub süttimine. Kütuse komponentide ja segu proportsioonide õige valiku, optimaalse süüteviisi ja kambri konfiguratsiooni tõttu moodustub lööklaine, mis liigub mootori otsiku suunas. Tehnoloogia praegune tase võimaldab saada laine kiirust kuni 2,5-3 km / s koos vastava tõukejõuga.
IDD kasutab pulseerivat tööpõhimõtet. See tähendab, et pärast detonatsiooni ja reaktiivsete gaaside eraldumist puhutakse põlemiskamber välja, täidetakse uuesti seguga - ja järgneb uus "plahvatus". Suure ja stabiilse tõukejõu saamiseks tuleb see tsükkel läbi viia suure sagedusega, kümneid kuni tuhandeid kordi sekundis.
Raskused ja eelised
IDD peamine eelis on teoreetiline võimalus saada paremaid omadusi, mis tagavad paremuse olemasolevate ja tulevaste ramjet- ja vedelkütuse mootorite ees. Niisiis osutub sama tõukejõuga impulssmootor kompaktsemaks ja kergemaks. Sellest lähtuvalt saab samade mõõtmetega luua võimsama seadme. Lisaks on selline mootor disainilt lihtsam, kuna see ei vaja mõõteriistade osa.
IDD töötab laias kiiruste vahemikus, alates nullist (raketi alguses) kuni hüperhelikiiruseni. See võib leida rakendust raketi- ja kosmosesüsteemides ning lennunduses - tsiviil- ja sõjaväes. Kõikidel juhtudel võimaldavad selle iseloomulikud omadused saada teatud eeliseid traditsiooniliste süsteemide ees. Sõltuvalt vajadustest on võimalik luua raketi IDD, kasutades paagist oksüdeerijat või õhku reageerivat, mis võtab atmosfäärist hapniku.
Siiski on olulisi puudusi ja raskusi. Niisiis, uue suuna omandamiseks on vaja läbi viia mitmesuguseid üsna keerukaid uuringuid ja katseid erinevate teaduste ja erialade ristmikul. Spetsiifiline tööpõhimõte seab erilised nõudmised mootori konstruktsioonile ja selle materjalidele. Suure tõukejõu hind on suurenenud koormused, mis võivad kahjustada või hävitada mootori konstruktsiooni.
Väljakutseks on tagada kõrge kütuse ja oksüdeerija kohaletoimetamise kiirus, mis vastab nõutavale detoneerimissagedusele, samuti puhastus enne kütuse tarnimist. Lisaks on eraldi inseneriprobleem lööklaine käivitamine igal töötsüklil.
Tuleb märkida, et siiani ei ole IDD vaatamata kõigile teadlaste ja disainerite pingutustele valmis laboritest ja katsepaikadest kaugemale minema. Disainid ja tehnoloogiad vajavad edasist arendamist. Seetõttu ei ole veel vaja rääkida uute mootorite kasutuselevõtmisest praktikas.
Tehnika ajalugu
On uudishimulik, et impulss -lõhkemootori põhimõtet pakkusid esmakordselt välja mitte teadlased, vaid ulmekirjanikud. Näiteks allveelaev "Pioneer" G. Adamovi romaanist "Kahe ookeani saladus" kasutas vesiniku-hapniku gaasisegul IDD-d. Sarnaseid ideid leidus ka teistes kunstiteostes.
Teaduslikud uuringud detonatsioonimootorite teemal algasid veidi hiljem, neljakümnendatel aastatel ja suuna pioneerid olid Nõukogude teadlased. Tulevikus üritati erinevates riikides korduvalt luua kogenud IDD, kuid nende edu piiras tõsiselt vajalike tehnoloogiate ja materjalide puudumine.
31. jaanuaril 2008 alustasid USA kaitseministeeriumi agentuur DARPA ja õhujõudude labor laboris esimese lendava labori katsetamist õhku hingava tüüpi IDD-ga. Algne mootor paigaldati Scale Composites'i muudetud Long-EZ lennukile. Elektrijaam sisaldas nelja torukujulist põlemiskambrit vedelkütuse juurdevoolu ja atmosfääri õhuvõtuga. Plahvatussagedusel 80 Hz on tõukejõud u. 90 kgf, millest piisas vaid kergelennuki jaoks.
Need testid näitasid IDD põhilist sobivust lennunduses kasutamiseks ning näitasid ka vajadust parandada disainilahendusi ja suurendada nende omadusi. Samal 2008. aastal saadeti lennuki prototüüp muuseumisse ning DARPA ja sellega seotud organisatsioonid jätkasid tööd. Teatati võimalusest kasutada IDD -d paljutõotavates raketisüsteemides - kuid siiani pole neid välja töötatud.
Meie riigis uuriti IDD teooriat teooria ja praktika tasemel. Näiteks 2017. aastal ilmus ajakirjas Combustion and Explosion artikkel gaasilisel vesinikul töötava detonatsiooni ramjetmootori katsetustest. Samuti jätkub töö pöörlevate detonatsioonimootorite kallal. Välja on töötatud ja katsetatud vedelkütusel töötavat rakettmootorit, mis sobib kasutamiseks rakettidel. Uuritakse selliste tehnoloogiate kasutamise küsimust lennukimootorites. Sellisel juhul on detonatsioonipõlemiskamber integreeritud turboreaktiivmootorisse.
Tehnoloogia perspektiiv
Detonatsioonimootorid pakuvad suurt huvi nende rakendamise seisukohast erinevates valdkondades ja valdkondades. Põhiomaduste eeldatava suurenemise tõttu suudavad nad vähemalt olemasolevate klasside süsteemid välja pigistada. Kuid teoreetilise ja praktilise arengu keerukus ei võimalda neid veel praktikas kasutada.
Siiski on viimastel aastatel täheldatud positiivseid suundumusi. Detonatsioonimootorid üldiselt, sh. pulseerivad, ilmuvad üha enam laborite uudistes. Selle suuna arendamine jätkub ja tulevikus suudab see anda soovitud tulemusi, kuigi paljulubavate proovide ilmumise aeg, nende omadused ja kasutusvaldkonnad on endiselt küsimärgi all. Viimaste aastate sõnumid lubavad aga optimistlikult tulevikku vaadata.
