Jaanuari lõpus oli teateid Venemaa teaduse ja tehnoloogia uute edusammude kohta. Ametlikest allikatest sai teada, et üks paljutõotava detonatsioonitüüpi reaktiivmootori kodumaistest projektidest on juba katsetamisetapi läbinud. See toob lähemale kõigi nõutavate tööde täieliku lõpuleviimise hetke, mille tulemuste kohaselt on Vene disainiga kosmose- või sõjaväerakettidel võimalik saada uusi, kõrgemate omadustega elektrijaamu. Pealegi võivad uued mootori tööpõhimõtted leida rakendust mitte ainult rakettide valdkonnas, vaid ka muudes valdkondades.
Jaanuari lõpus rääkis asepeaminister Dmitri Rogozin kodumaisele ajakirjandusele teadusorganisatsioonide viimastest edusammudest. Muude teemade hulgas puudutas ta reaktiivmootorite loomise protsessi, kasutades uusi tööpõhimõtteid. Paljutõotav detonatsioonipõlemisega mootor on juba katsetatud. Asepeaministri sõnul võimaldab elektrijaama uute tööpõhimõtete kasutamine märkimisväärselt suurendada jõudlust. Võrreldes traditsioonilise arhitektuuri struktuuridega täheldatakse tõukejõu suurenemist umbes 30%.
Detonatsiooniraketi mootori skeem
Kaasaegsed eri klasside ja tüüpi raketimootorid, mis töötavad erinevates valdkondades, kasutavad nn. isobaarset tsüklit või põlemist. Nende põlemiskambrid hoiavad püsivat rõhku, mille juures kütus põleb aeglaselt. Tühjenduspõhimõtetel põhinev mootor ei vaja eriti vastupidavaid seadmeid, kuid selle maksimaalne jõudlus on piiratud. Põhiomaduste suurendamine alates teatud tasemest osutub ebamõistlikult keeruliseks.
Alternatiiviks isobaarilise tsükliga mootorile jõudluse parandamise kontekstis on süsteem nn. detonatsiooni põlemine. Sellisel juhul toimub kütuse oksüdeerimisreaktsioon põlemiskambrist suure kiirusega liikuva lööklaine taga. See seab mootori konstruktsioonile erilisi nõudmisi, kuid pakub samal ajal ilmselgeid eeliseid. Kütuse põletamise efektiivsuse osas on detonatsioonipõlemine 25% parem kui deflagratsiooni põlemine. Samuti erineb see pideva rõhuga põlemisest soojuse eraldumise suurema võimsusega reaktsioonirinde pindalaühiku kohta. Teoreetiliselt on seda parameetrit võimalik suurendada kolme kuni nelja suurusjärgu võrra. Selle tulemusena võib reaktiivsete gaaside kiirust suurendada 20–25 korda.
Seega on detonatsioonimootor oma suurema kasuteguriga võimeline arendama rohkem tõukejõudu väiksema kütusekuluga. Selle eelised traditsiooniliste disainilahenduste ees on ilmsed, kuid kuni viimase ajani jättis edu selles valdkonnas palju soovida. Plahvatusjõuga reaktiivmootori põhimõtted sõnastas juba 1940. aastal nõukogude füüsik Ya. B. Zeldovitš, kuid sedalaadi valmistooted pole veel kasutusse jõudnud. Tõelise edu puudumise peamised põhjused on probleemid piisavalt tugeva struktuuri loomisega, samuti raskused lööklaine käivitamisel ja seejärel säilitamisel olemasolevaid kütuseid kasutades.
Üks viimaseid kodumaiseid projekte plahvatusrakettmootorite valdkonnas käivitati 2014. aastal ja seda arendatakse NPO Energomashis Akadeemik V. P. Glushko. Olemasolevate andmete kohaselt oli projekti kood koodiga "Ifrit" eesmärk uurida uue tehnoloogia aluspõhimõtteid koos sellele järgneva petrooleumi ja gaasilist hapnikku kasutava vedelkütusega raketimootori loomisega. Araabia folkloorist tuledeemonite järgi nime saanud uus mootor põhines spin -detonatsiooni põletamise põhimõttel. Seega, vastavalt projekti põhiideele, peab lööklaine pidevalt liikuma ringis põlemiskambris.
Uue projekti peaarendajaks oli MTÜ Energomash, õigemini selle baasil loodud spetsiaalne labor. Lisaks olid töösse kaasatud mitmed teised teadus- ja arendusorganisatsioonid. Programm sai toetust Advanced Research Foundationilt. Ühiste jõupingutustega suutsid kõik Ifriti projektis osalejad kujundada paljulubavale mootorile optimaalse välimuse, samuti luua uute tööpõhimõtetega mudeli põlemiskambri.
Kogu suuna ja uute ideede väljavaadete uurimiseks kasutatakse nn. mudeli detonatsiooni põlemiskamber, mis vastab projekti nõuetele. Selline kogenud vähendatud konfiguratsiooniga mootor pidi kütusena kasutama vedelat petrooleumi. Oksüdeerivaks aineks pakuti gaasilist hapnikku. 2016. aasta augustis alustati kaamera prototüübi katsetamist. On oluline, et esimest korda ajaloos viidi selline projekt pingikatsete etapile. Varem töötati välja kodumaised ja välismaised detonatsioonrakettmootorid, kuid neid ei testitud.
Mudelivalimi testide käigus saadi väga huvitavaid tulemusi, mis näitasid kasutatud lähenemisviiside õigsust. Seega osutus õigete materjalide ja tehnoloogiate kasutamise tõttu rõhk põlemiskambris 40 atmosfääri. Eksperimentaalse toote tõukejõud ulatus 2 tonnini.
Mudelikamber katsestendil
Teatud tulemused saadi projekti Ifrit raames, kuid kodumaine vedelkütusel töötav detonatsioonimootor pole veel kaugeltki täieõiguslikust praktilisest rakendusest. Enne selliste seadmete kasutuselevõttu uutes tehnoloogilistes projektides peavad disainerid ja teadlased lahendama mitmeid kõige tõsisemaid probleeme. Alles siis saavad raketi- ja kosmosetööstus või kaitsetööstus hakata uue tehnoloogia potentsiaali praktikas realiseerima.
Jaanuari keskel avaldas Rossiyskaya Gazeta intervjuu mittetulundusühingu Energomash peadisaineri Petr Levotškiniga, mis rääkis detonatsioonimootorite hetkeseisust ja väljavaadetest. Arendajaettevõtte esindaja meenutas projekti põhisätteid ja puudutas ka saavutatud õnnestumiste teemat. Lisaks rääkis ta "Ifrit" ja sarnaste struktuuride võimalikest rakendusvaldkondadest.
Näiteks detoneerimismootoreid saab kasutada hüperhelilistes lennukites. P. Lyovochkin meenutas, et sellistes seadmetes kasutamiseks kavandatud mootorid kasutavad alahelikiirusega põlemist. Lennuaparaadi hüperhelikiirusel tuleb mootorisse sisenev õhk aeglustada helirežiimi. Pidurdusenergia peab aga põhjustama õhusõiduki raami täiendavaid termilisi koormusi. Detonatsioonimootorites ulatub kütuse põlemiskiirus vähemalt M = 2, 5. See võimaldab suurendada lennuki lennukiirust. Selline detonatsioonitüüpi mootoriga masin suudab kiirendada helikiirusest kaheksakordseks.
Detonatsioonitüüpi raketimootorite tegelikud väljavaated pole aga veel kuigi suured. Vastavalt P. Lyovochkin, "me just avasime ukse plahvatuse põlemispiirkonda". Teadlased ja disainerid peavad uurima paljusid küsimusi ning alles pärast seda on võimalik luua praktilise potentsiaaliga struktuure. Seetõttu peab kosmosetööstus pikka aega kasutama traditsioonilisi vedelkütusel töötavaid mootoreid, mis aga ei välista nende edasise täiustamise võimalust.
Huvitav fakt on see, et põlemise detoneerimispõhimõtet kasutatakse mitte ainult raketimootorite valdkonnas. Juba on olemas kodumaine projekt impulsspõhimõttel töötava detonatsioonitüüpi põlemiskambriga lennundussüsteemi jaoks. Sedalaadi prototüüp toodi proovile ja tulevikus võib see anda alguse uuele suunale. Uued löögipõlemisega mootorid võivad leida rakendusi väga erinevates valdkondades ja asendada osaliselt traditsioonilised gaasiturbiin- või turboreaktiivmootorid.
Lõhkamislennuki mootori kodumaist projekti arendatakse OKB im. OLEN. Häll. Teavet selle projekti kohta esitati esmakordselt eelmise aasta rahvusvahelisel sõjalis-tehnilisel foorumil "Army-2017". Ettevõtte arendaja stendil oli materjale erinevate mootorite kohta, nii seeria- kui ka arendamisel. Viimaste hulgas oli paljutõotav detonatsiooniproov.
Uue ettepaneku põhiolemus on kasutada mittestandardset põlemiskambrit, mis on võimeline õhu atmosfääris kütust põlema impulsspõletamisel. Sellisel juhul peab mootorisisene "plahvatuste" sagedus ulatuma 15-20 kHz-ni. Tulevikus on võimalik seda parameetrit veelgi suurendada, mille tagajärjel läheb mootorimüra kaugemale inimkõrva tajutavast vahemikust. Sellised mootori omadused võivad huvi pakkuda.
Katsetoote "Ifrit" esimene turuletoomine
Uue elektrijaama peamised eelised on aga seotud parema jõudlusega. Prototüüpide pingikatsed on näidanud, et need ületavad traditsiooniliste gaasiturbiinmootorite erinäitajate poolest umbes 30%. Esimese avaliku materjalide demonstratsiooni ajaks mootoril OKB im. OLEN. Hällid suutsid saada üsna kõrgeid tööomadusi. Uut tüüpi kogenud mootor suutis katkestusteta töötada 10 minutit. Selle toote kogu tööaeg stendil ületas sel ajal 100 tundi.
Arendusfirma esindajad märkisid, et juba on võimalik luua uus 2–2,5-tonnise tõukejõuga detonatsioonimootor, mis sobib paigaldamiseks kergetele õhusõidukitele või mehitamata õhusõidukitele. Sellise mootori projekteerimisel tehakse ettepanek kasutada nn. resonaatoriseadmed, mis vastutavad kütuse õige põlemise eest. Uue projekti oluliseks eeliseks on põhimõtteline võimalus paigaldada sellised seadmed kõikjale lennuki raami.
Eksperdid OKB neid. OLEN. Hällid on impulss -detonatsioonipõlemisega lennukimootorite kallal töötanud juba rohkem kui kolm aastakümmet, kuid seni pole projekt uurimisstaadiumist lahkunud ega oma reaalseid väljavaateid. Peamine põhjus on tellimuse ja vajaliku rahastamise puudumine. Kui projekt saab vajaliku toetuse, siis saab lähitulevikus luua näidismootori, mis sobib kasutamiseks erinevatel seadmetel.
Praeguseks on Vene teadlased ja disainerid suutnud uusi tööpõhimõtteid kasutades näidata reaktiivmootorite valdkonnas väga tähelepanuväärseid tulemusi. Korraga on mitu projekti, mis sobivad kasutamiseks raketiruumis ja hüpersoonilistes piirkondades. Lisaks saab uusi mootoreid kasutada ka "traditsioonilises" lennunduses. Mõned projektid on alles algusjärgus ega ole veel kontrollideks ja muudeks töödeks valmis, samas kui teistes valdkondades on juba saavutatud märkimisväärsemaid tulemusi.
Detonatsioonipõlemismootorite teemat uurides suutsid Vene spetsialistid luua soovitud omadustega põlemiskambri pingimudeli. Katsetoode "Ifrit" on juba läbinud testid, mille käigus koguti suur hulk erinevat teavet. Saadud andmete abil jätkatakse suuna arendamist.
Uue suuna omandamine ja ideede tõlkimine praktiliselt rakendatavasse vormi võtab palju aega ning sel põhjusel varustatakse lähitulevikus kosmose- ja armeerakettid lähitulevikus ainult traditsiooniliste vedelkütusega mootoritega. Sellest hoolimata on töö juba puhtteoreetilisest etapist lahkunud ja nüüd toob iga katsemootori katsetamine lähemale uute elektrijaamadega täisväärtuslike rakettide ehitamise hetke.
