Μηχανή πυραύλων έκρηξης: δοκιμές, αρχή λειτουργίας, πλεονεκτήματα

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η εξερεύνηση του διαστήματος συνδέεται ακούσια με το διαστημόπλοιο. Η καρδιά κάθε οχήματος εκτόξευσης είναι ο κινητήρας του. Πρέπει να αναπτύξει την πρώτη διαστημική ταχύτητα - περίπου 7,9 km / s για να παραδώσει τους αστροναύτες σε τροχιά και τη δεύτερη διαστημική ταχύτητα για να ξεπεράσει το βαρυτικό πεδίο του πλανήτη.

Το να το πετύχεις αυτό δεν είναι εύκολο, αλλά οι επιστήμονες αναζητούν συνεχώς νέους τρόπους για να λύσουν αυτό το πρόβλημα. Σχεδιαστές από τη Ρωσία προχώρησαν ακόμη περισσότερο και κατάφεραν να αναπτύξουν έναν κινητήρα πυραύλων έκρηξης, οι δοκιμές του οποίου κατέληξαν με επιτυχία. Αυτό το επίτευγμα μπορεί να ονομαστεί μια πραγματική σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της διαστημικής μηχανικής.

Νέες δυνατότητες

Γιατί υπάρχουν μεγάλες ελπίδες για κινητήρες έκρηξης; Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η ισχύς τους θα είναι 10 χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από την ισχύ των υπαρχόντων κινητήρων πυραύλων. Ταυτόχρονα, θα καταναλώνουν πολύ λιγότερα καύσιμα και η παραγωγή τους θα διακρίνεται από χαμηλό κόστος και κερδοφορία. Με τι είναισχετικό;

Είναι όλα σχετικά με την αντίδραση οξείδωσης του καυσίμου. Εάν οι σύγχρονοι πύραυλοι χρησιμοποιούν τη διαδικασία ανάφλεξης - αργή (υποηχητική) καύση καυσίμου σε σταθερή πίεση, τότε ο κινητήρας πυραύλων έκρηξης λειτουργεί λόγω της έκρηξης, της έκρηξης του εύφλεκτου μείγματος. Καίγεται σε υπερηχητικές ταχύτητες, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες θερμικής ενέργειας την ίδια στιγμή που διαδίδεται το ωστικό κύμα.

Η ανάπτυξη και η δοκιμή της ρωσικής έκδοσης του κινητήρα έκρηξης πραγματοποιήθηκε από το εξειδικευμένο εργαστήριο "Detonation LRE" ως μέρος του συγκροτήματος παραγωγής "Energomash".

Η υπεροχή των νέων κινητήρων

Οι κορυφαίοι επιστήμονες στον κόσμο μελετούν και αναπτύσσουν μηχανές εκρήξεων για 70 χρόνια. Ο κύριος λόγος που εμποδίζει τη δημιουργία αυτού του τύπου κινητήρα είναι η ανεξέλεγκτη αυθόρμητη καύση του καυσίμου. Επιπλέον, η αποτελεσματική ανάμειξη καυσίμου και οξειδωτικού, καθώς και η ενσωμάτωση του ακροφυσίου και της εισαγωγής αέρα, ήταν στην ημερήσια διάταξη.

Με την επίλυση αυτών των προβλημάτων, θα είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας πυραυλικός κινητήρας έκρηξης, ο οποίος, ως προς τα τεχνικά του χαρακτηριστικά, θα ξεπεράσει το χρόνο. Ταυτόχρονα, οι επιστήμονες αποκαλούν τα πλεονεκτήματά του:

1. Η ικανότητα ανάπτυξης ταχυτήτων στις υποηχητικές και υπερηχητικές περιοχές.
2. Σχεδιάστε πολλά κινούμενα μέρη.
3. Χαμηλότερη μάζα και κόστος του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής.
4. Υψηλή θερμοδυναμική απόδοση.

Αυτός ο τύπος κινητήρα δεν κατασκευάστηκε σε σειρά. Δοκιμάστηκε για πρώτη φορά σε αεροσκάφη χαμηλών πτήσεων το 2008. Ο εκρηκτικός κινητήρας για οχήματα εκτόξευσης δοκιμάστηκε για πρώτη φορά από Ρώσους επιστήμονες. Γι' αυτό δίνεται τόσο μεγάλη σημασία σε αυτή την εκδήλωση.

Αρχή λειτουργίας: παλμός και συνεχής

Επί του παρόντος, οι επιστήμονες αναπτύσσουν εγκαταστάσεις με παλμική και συνεχή ροή εργασίας. Η αρχή της λειτουργίας ενός κινητήρα πυραύλων έκρηξης με παλμικό σχήμα λειτουργίας βασίζεται στην κυκλική πλήρωση του θαλάμου καύσης με ένα εύφλεκτο μείγμα, τη διαδοχική ανάφλεξή του και την απελευθέρωση προϊόντων καύσης στο περιβάλλον.

Συνεπώς, σε μια συνεχή διαδικασία εργασίας, το καύσιμο τροφοδοτείται συνεχώς στον θάλαμο καύσης, το καύσιμο καίγεται σε ένα ή περισσότερα κύματα έκρηξης που κυκλοφορούν συνεχώς κατά μήκος της ροής. Τα πλεονεκτήματα τέτοιων κινητήρων είναι:

1. Μία ανάφλεξη καυσίμου.
2. Σχετικά απλό σχέδιο.
3. Μικρό μέγεθος και βάρος μονάδων.
4. Πιο αποτελεσματική χρήση του εύφλεκτου μείγματος.
5. Χαμηλό θόρυβο, δονήσεις και εκπομπές.

Στο μέλλον, χρησιμοποιώντας αυτά τα πλεονεκτήματα, ένας πυραυλικός κινητήρας υγρού καυσίμου συνεχούς λειτουργίας θα αντικαταστήσει όλες τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις λόγω του βάρους, του μεγέθους και των χαρακτηριστικών κόστους.

Δοκιμή μηχανής έκρηξης

Οι πρώτες δοκιμές της εγχώριας εγκατάστασης πυροδότησης πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο τουέργο του Υπουργείου Παιδείας και Επιστημών. Ως πρωτότυπο παρουσιάστηκε ένας μικρός κινητήρας με θάλαμο καύσης 100 mm σε διάμετρο και δακτυλιοειδές πλάτος καναλιού 5 mm. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε ειδική βάση, οι δείκτες καταγράφηκαν κατά την εργασία σε διάφορους τύπους εύφλεκτου μείγματος - υδρογόνο-οξυγόνο, φυσικό αέριο-οξυγόνο, προπάνιο-βουτάνιο-οξυγόνο.

Δοκιμές κινητήρα πυραύλων έκρηξης που τροφοδοτείται από καύσιμο οξυγόνου-υδρογόνου απέδειξαν ότι ο θερμοδυναμικός κύκλος αυτών των μονάδων είναι 7% πιο αποδοτικός από άλλες μονάδες. Επιπλέον, επιβεβαιώθηκε πειραματικά ότι με την αύξηση της ποσότητας του καυσίμου που παρέχεται, αυξάνεται επίσης η ώθηση, καθώς και ο αριθμός των κυμάτων έκρηξης και η ταχύτητα περιστροφής.

Ανάλογα σε άλλες χώρες

Μηχανές έκρηξης αναπτύσσονται από επιστήμονες από κορυφαίες χώρες του κόσμου. Σχεδιαστές από τις ΗΠΑ έχουν σημειώσει τη μεγαλύτερη επιτυχία προς αυτή την κατεύθυνση. Στα μοντέλα τους εφάρμοσαν έναν συνεχή τρόπο λειτουργίας, ή περιστροφικό. Ο αμερικανικός στρατός σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει αυτές τις εγκαταστάσεις για να εξοπλίσει πλοία επιφανείας. Λόγω του ελαφρύτερου βάρους και του μικρού τους μεγέθους με υψηλή ισχύ εξόδου, θα συμβάλουν στην αύξηση της αποτελεσματικότητας των πολεμικών σκαφών.

Ένα στοιχειομετρικό μείγμα υδρογόνου και οξυγόνου χρησιμοποιείται από μια αμερικανική μηχανή πυραύλων έκρηξης. Τα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας πηγής ενέργειας είναι κατά κύριο λόγο οικονομικά - το οξυγόνο καίει ακριβώς όσο απαιτείται για την οξείδωση του υδρογόνου. Τώρα γιαΗ κυβέρνηση των ΗΠΑ ξοδεύει αρκετά δισεκατομμύρια δολάρια για να εφοδιάσει τα πολεμικά πλοία με καύσιμα άνθρακα. Το στοιχειομετρικό καύσιμο θα μειώσει το κόστος αρκετές φορές.

Περαιτέρω κατευθύνσεις και προοπτικές ανάπτυξης

Νέα δεδομένα που προέκυψαν ως αποτέλεσμα δοκιμών κινητήρων έκρηξης καθόρισαν τη χρήση θεμελιωδώς νέων μεθόδων για την κατασκευή ενός συστήματος λειτουργίας με υγρό καύσιμο. Αλλά για τη λειτουργία, τέτοιοι κινητήρες πρέπει να έχουν υψηλή αντοχή στη θερμότητα λόγω της μεγάλης ποσότητας θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται. Αυτή τη στιγμή, αναπτύσσεται μια ειδική επίστρωση που θα διασφαλίζει τη λειτουργία του θαλάμου καύσης υπό έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία.

Ιδιαίτερη θέση στην περαιτέρω έρευνα έχει η δημιουργία κεφαλών ανάμειξης, με τις οποίες θα είναι δυνατή η λήψη σταγόνων εύφλεκτου υλικού δεδομένου μεγέθους, συγκέντρωσης και σύνθεσης. Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα ζητήματα, θα δημιουργηθεί ένας νέος πυραυλικός κινητήρας υγρού προωθητικού πυροδότησης, ο οποίος θα γίνει η βάση μιας νέας κατηγορίας οχημάτων εκτόξευσης.