Detonačný raketový motor: testy, princíp činnosti, výhody

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Prieskum vesmíru je nedobrovoľne spojený s kozmickou loďou. Srdcom každej nosnej rakety je jej motor. Musí vyvinúť prvú vesmírnu rýchlosť – asi 7,9 km/s, aby dopravila astronautov na obežnú dráhu, a druhú vesmírnu rýchlosť, aby prekonala gravitačné pole planéty.

Dosiahnuť to nie je jednoduché, no vedci neustále hľadajú nové spôsoby, ako tento problém vyriešiť. Konštruktéri z Ruska zašli ešte ďalej a podarilo sa im vyvinúť detonačný raketový motor, ktorého testy skončili úspechom. Tento úspech možno nazvať skutočným prielomom v oblasti vesmírneho inžinierstva.

Nové funkcie

Prečo sú veľké nádeje na detonačné motory? Podľa vedcov bude ich výkon 10-tisíckrát väčší ako výkon existujúcich raketových motorov. Zároveň spotrebujú oveľa menej paliva a ich výroba sa bude vyznačovať nízkymi nákladmi a ziskovosťou. S čím to jesúvisiace?

Je to všetko o oxidačnej reakcii paliva. Ak moderné rakety využívajú proces deflagrácie - pomalé (podzvukové) spaľovanie paliva pri konštantnom tlaku, potom detonačný raketový motor funguje v dôsledku výbuchu, detonácie horľavej zmesi. Horí nadzvukovou rýchlosťou, pričom súčasne s šírením rázovej vlny uvoľňuje obrovské množstvo tepelnej energie.

Vývoj a testovanie ruskej verzie detonačného motora vykonalo špecializované laboratórium „Detonation LRE“ako súčasť výrobného komplexu „Energomash“.

Prednosť nových motorov

Poprední svetoví vedci študujú a vyvíjajú detonačné motory už 70 rokov. Hlavným dôvodom, ktorý bráni vytvoreniu tohto typu motora, je nekontrolované samovznietenie paliva. Okrem toho bolo na programe efektívne miešanie paliva a okysličovadla, ako aj integrácia dýzy a prívodu vzduchu.

Vyriešením týchto problémov bude možné vytvoriť detonačný raketový motor, ktorý svojimi technickými vlastnosťami predbehne dobu. Vedci zároveň nazývajú jeho výhody:

1. Schopnosť vyvinúť rýchlosti v podzvukových a nadzvukových rozsahoch.
2. Navrhnite veľa pohyblivých častí.
3. Nižšia hmotnosť a náklady na elektráreň.
4. Vysoká termodynamická účinnosť.

Tento typ motora sa nevyrábal sériovo. Prvýkrát bol testovaný na nízko letiacich lietadlách v roku 2008. Detonačný motor pre nosné rakety prvýkrát otestovali ruskí vedci. Preto sa tejto udalosti pripisuje taký veľký význam.

Princíp činnosti: pulzný a kontinuálny

V súčasnosti vedci vyvíjajú inštalácie s pulzným a nepretržitým pracovným tokom. Princíp činnosti detonačného raketového motora s pulznou prevádzkovou schémou je založený na cyklickom plnení spaľovacej komory horľavou zmesou, jej sekvenčnom zapaľovaní a uvoľňovaní splodín horenia do prostredia.

Pri kontinuálnom pracovnom procese je palivo privádzané do spaľovacej komory nepretržite, palivo horí v jednej alebo viacerých detonačných vlnách, ktoré nepretržite cirkulujú cez prúd. Výhody takýchto motorov sú:

1. Jednorazové zapálenie paliva.
2. Relatívne jednoduchý dizajn.
3. Malá veľkosť a hmotnosť jednotiek.
4. Efektívnejšie využitie horľavej zmesi.
5. Nízky hluk, vibrácie a emisie.

V budúcnosti, s využitím týchto výhod, detonačný raketový motor na kvapalné palivo s nepretržitou prevádzkou nahradí všetky existujúce inštalácie kvôli svojej hmotnosti, veľkosti a cenovým charakteristikám.

Test detonačného motora

Prvé testy domácej detonačnej inštalácie sa uskutočnili v rámciprojekt zriadený Ministerstvom školstva a vedy. Ako prototyp bol predstavený malý motor so spaľovacou komorou s priemerom 100 mm a šírkou prstencového kanála 5 mm. Skúšky prebiehali na špeciálnom stojane, zaznamenávali sa ukazovatele pri práci na rôznych druhoch horľavých zmesí - vodík-kyslík, zemný plyn-kyslík, propán-bután-kyslík.

Testy detonačného raketového motora poháňaného kyslíkovo-vodíkovým palivom preukázali, že termodynamický cyklus týchto jednotiek je o 7 % efektívnejší ako u iných jednotiek. Okrem toho sa experimentálne potvrdilo, že so zvyšujúcim sa množstvom dodávaného paliva rastie aj ťah, ako aj počet detonačných vĺn a rýchlosť otáčania.

Analógy v iných krajinách

Detonačné motory vyvíjajú vedci z popredných krajín sveta. Najväčší úspech v tomto smere dosiahli dizajnéri z USA. Vo svojich modeloch implementovali kontinuálny režim prevádzky, čiže rotačný. Americká armáda plánuje použiť tieto zariadenia na vybavenie povrchových lodí. Vďaka svojej nižšej hmotnosti a malým rozmerom s vysokým výstupným výkonom pomôžu zvýšiť efektivitu bojových člnov.

Americký detonačný raketový motor používa stechiometrickú zmes vodíka a kyslíka. Výhody takéhoto zdroja energie sú predovšetkým ekonomické – kyslík spáli presne toľko, koľko je potrebné na oxidáciu vodíka. Teraz preAmerická vláda vynakladá niekoľko miliárd dolárov na zásobovanie vojnových lodí uhlíkovým palivom. Stechiometrické palivo niekoľkonásobne zníži náklady.

Ďalšie smery rozvoja a vyhliadky

Nové údaje získané ako výsledok testov detonačných motorov určili použitie zásadne nových metód na zostavenie schémy prevádzky na kvapalné palivo. Ale na prevádzku musia mať takéto motory vysokú tepelnú odolnosť kvôli veľkému množstvu uvoľnenej tepelnej energie. V súčasnosti sa vyvíja špeciálny náter, ktorý zabezpečí prevádzku spaľovacej komory pri vystavení vysokej teplote.

Osobité miesto v ďalšom výskume má vytvorenie miešacích hláv, pomocou ktorých bude možné získať kvapky horľavého materiálu danej veľkosti, koncentrácie a zloženia. Na vyriešenie týchto problémov bude vytvorený nový detonačný raketový motor na kvapalné palivo, ktorý sa stane základom novej triedy nosných rakiet.