เครื่องยนต์ระเบิดคืออนาคตของการสร้างเครื่องยนต์ของรัสเซีย เชื้อเพลิงระเบิด - เที่ยวบินปกติ โหมดพัลซิ่งและต่อเนื่อง

เทคโนโลยีอยู่ระหว่างการพัฒนา!

เครื่องยนต์ระเบิดนั้นง่ายกว่าและถูกกว่าในการผลิต โดยมีลำดับความสำคัญที่ทรงพลังและประหยัดกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไป และมีประสิทธิภาพสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์

คำอธิบาย:

เครื่องยนต์ระเบิด (เครื่องยนต์พัลส์, เครื่องยนต์เร้าใจ) กำลังแทนที่เครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไป เพื่อให้เข้าใจถึงแก่นแท้ของเครื่องยนต์ระเบิด จำเป็นต้องถอดแยกชิ้นส่วนเครื่องยนต์ไอพ่นธรรมดา

เครื่องยนต์เจ็ทธรรมดาจัดเรียงดังนี้

ในห้องเผาไหม้เกิดการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ซึ่งเป็นออกซิเจนจากอากาศ ความดันในห้องเผาไหม้มีค่าคงที่ กระบวนการเผาไหม้เพิ่มอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว สร้างหน้าเปลวไฟคงที่และค่าคงที่ แรงขับเจ็ทไหลออกจากหัวฉีด ด้านหน้าของเปลวไฟธรรมดาแพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นก๊าซด้วยความเร็ว 60-100 m/s นี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว อากาศยาน. อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ไอพ่นที่ทันสมัยได้มาถึงขีดจำกัดของประสิทธิภาพ กำลัง และคุณลักษณะอื่นๆ ซึ่งการเพิ่มขึ้นนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้หรือเป็นไปได้ยากอย่างยิ่ง

ในเครื่องยนต์ระเบิด (ชีพจรหรือจังหวะ) การเผาไหม้เกิดขึ้นจากการระเบิด การระเบิดเป็นกระบวนการเผาไหม้ แต่เกิดขึ้นเร็วกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงทั่วไปหลายร้อยเท่า ระหว่างการเผาไหม้ด้วยการระเบิด จะเกิดคลื่นกระแทกจากการระเบิดขึ้น โดยมีความเร็วเหนือเสียง ประมาณ 2500 เมตร/วินาที ความดันที่เกิดจากการเผาไหม้ของการระเบิดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และปริมาตรของห้องเผาไหม้ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะหลบหนีด้วยความเร็วสูงผ่านหัวฉีด ความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะของคลื่นระเบิดถึงหลายพันต่อวินาที ในคลื่นระเบิด หน้าเปลวไฟจะไม่เสถียร สำหรับการเต้นแต่ละครั้ง ส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะถูกสร้างขึ้นใหม่และคลื่นจะเริ่มต้นอีกครั้ง

แรงดันในเครื่องยนต์จุดชนวนถูกสร้างขึ้นโดยตัวจุดชนวน ซึ่งช่วยลดการจ่ายส่วนผสมของเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ที่แรงดันสูง ในเครื่องยนต์เจ็ททั่วไป เพื่อสร้างแรงดัน 200 atm จำเป็นต้องจ่ายส่วนผสมเชื้อเพลิงที่ความดัน 500 atm ขณะอยู่ในเครื่องยนต์จุดระเบิด - แรงดันจ่าย ส่วนผสมเชื้อเพลิง- 10 ตู้เอทีเอ็ม

ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จุดชนวนมีโครงสร้างเป็นวงแหวนโดยมีหัวฉีดวางไว้ตามรัศมีเพื่อจ่ายเชื้อเพลิง คลื่นระเบิดจะวิ่งไปรอบ ๆ เส้นรอบวงครั้งแล้วครั้งเล่า ส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะถูกบีบอัดและเผาไหม้ ดันผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ผ่านหัวฉีด

ข้อดี:

- เครื่องยนต์ระเบิดผลิตได้ง่ายกว่า ไม่จำเป็นต้องใช้หน่วยเทอร์โบปั๊ม

– ลำดับความสำคัญที่ทรงพลังและประหยัดกว่าเครื่องยนต์เจ็ททั่วไป

- มีมากขึ้น ประสิทธิภาพสูง,

– ถูกกว่าในการผลิต

- ไม่จำเป็นต้องสร้าง ความดันสูงการจ่ายส่วนผสมเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ แรงดันสูงถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการระเบิดเอง

– เครื่องยนต์ระเบิดเกินกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปถึง 10 เท่าในแง่ของกำลังที่ขับออกต่อปริมาตรหน่วย ซึ่งทำให้การออกแบบเครื่องยนต์จุดระเบิดลดลง

- การเผาไหม้แบบจุดระเบิดได้เร็วกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงทั่วไปถึง 100 เท่า

หมายเหตุ: © รูปภาพ https://www.pexels.com, https://pixabay.com

ในความเป็นจริง แทนที่จะเป็นเปลวไฟที่หน้าผากคงที่ในเขตการเผาไหม้ คลื่นระเบิดจะก่อตัวขึ้นและพุ่งด้วยความเร็วเหนือเสียง ในคลื่นอัดดังกล่าว เชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์จะถูกจุดชนวน กระบวนการนี้จะเพิ่มขึ้นจากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ตามลำดับความสำคัญเนื่องจากความแน่นของเขตการเผาไหม้

ที่น่าสนใจ ย้อนกลับไปในปี 1940 นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Ya.B. Zel'dovich เสนอแนวคิดของเครื่องยนต์ระเบิดในบทความ "เกี่ยวกับการใช้พลังงานของการเผาไหม้การระเบิด" ตั้งแต่นั้นมา นักวิทยาศาสตร์หลายคนจาก ประเทศต่างๆจากนั้นสหรัฐอเมริกา จากนั้นเยอรมนี จากนั้นเพื่อนร่วมชาติของเราก็ก้าวไปข้างหน้า

ในช่วงฤดูร้อน ในเดือนสิงหาคม 2559 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียสามารถสร้างเครื่องยนต์เจ็ทขับเคลื่อนด้วยของเหลวขนาดเต็มเครื่องแรกของโลกที่ทำงานบนหลักการของการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบจุดระเบิด ในที่สุดประเทศของเราได้กำหนดลำดับความสำคัญของโลกในการพัฒนาเทคโนโลยีล่าสุดเป็นเวลาหลายปีหลังยุคเปเรสทรอยก้า

ทำไมมันดีจัง เครื่องยนต์ใหม่? เครื่องยนต์ไอพ่นใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ส่วนผสมที่แรงดันคงที่และด้านหน้าเปลวไฟคงที่ ในระหว่างการเผาไหม้ ส่วนผสมของก๊าซของเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์จะเพิ่มอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว และคอลัมน์เปลวไฟที่หลบหนีออกจากหัวฉีดจะสร้างแรงขับของไอพ่น

เครื่องยนต์ระเบิด / รูปถ่าย: sdelanounas.ru

ในระหว่างการเผาไหม้ด้วยการระเบิด ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาจะไม่มีเวลายุบตัว เนื่องจากกระบวนการนี้เร็วกว่าการจุดระเบิด 100 เท่า และแรงดันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ปริมาตรยังคงไม่เปลี่ยนแปลง การปล่อยพลังงานจำนวนมากสามารถทำลายเครื่องยนต์ของรถยนต์ได้ ซึ่งเป็นสาเหตุที่กระบวนการดังกล่าวมักเกี่ยวข้องกับการระเบิด

ในความเป็นจริง แทนที่จะเป็นเปลวไฟที่หน้าผากคงที่ในเขตการเผาไหม้ คลื่นระเบิดจะก่อตัวขึ้นและพุ่งด้วยความเร็วเหนือเสียง ในคลื่นอัดดังกล่าว เชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์จะถูกจุดชนวน กระบวนการนี้จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ เพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ตามลำดับความสำคัญ เนื่องจากความกะทัดรัดของเขตการเผาไหม้ ดังนั้น ผู้เชี่ยวชาญจึงมุ่งมั่นพัฒนาแนวคิดนี้อย่างกระตือรือร้น ในเครื่องยนต์จรวดแบบธรรมดาซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นหัวเผาขนาดใหญ่ สิ่งสำคัญไม่ใช่ห้องเผาไหม้และหัวฉีด แต่เป็นหน่วยเชื้อเพลิงเทอร์โบปั๊ม (TNA) ซึ่งสร้างแรงดันดังกล่าวที่เชื้อเพลิง แทรกซึมเข้าไปในห้อง ตัวอย่างเช่น ในเครื่องยนต์จรวด RD-170 ของรัสเซียสำหรับยานยิง Energia ความดันในห้องเผาไหม้คือ 250 atm และปั๊มที่จ่ายสารออกซิไดเซอร์ไปยังเขตการเผาไหม้จะต้องสร้างแรงดัน 600 atm

ในเครื่องยนต์จุดระเบิด แรงดันถูกสร้างขึ้นโดยการระเบิดเอง ซึ่งแสดงถึงคลื่นอัดที่เคลื่อนที่ในส่วนผสมของเชื้อเพลิง ซึ่งแรงดันที่ไม่มี TNA ใด ๆ นั้นมากกว่า 20 เท่าแล้ว และหน่วยเทอร์โบปั๊มนั้นฟุ่มเฟือย เพื่อให้ชัดเจน American Shuttle มีแรงดันในห้องเผาไหม้ 200 atm และเครื่องยนต์จุดชนวนในสภาพดังกล่าวต้องการเพียง 10 atm ในการจัดหาส่วนผสม - นี่เหมือนกับปั๊มจักรยานและสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Sayano-Shushenskaya

ในกรณีนี้ เครื่องยนต์ที่ใช้การระเบิดไม่เพียงแต่เรียบง่ายและถูกกว่าตามลำดับความสำคัญแต่ยังทรงพลังและประหยัดกว่าเครื่องยนต์จรวดทั่วไปอีกด้วย ปัญหาของการควบคุมร่วมด้วยคลื่นระเบิดเกิดขึ้นระหว่างการดำเนินการ โครงการเครื่องยนต์ระเบิด ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้เป็นเพียงคลื่นระเบิดซึ่งมีความเร็วของเสียง แต่คลื่นระเบิดที่แพร่กระจายด้วยความเร็ว 2500 m / s ไม่มีความเสถียรของด้านหน้าเปลวไฟในแต่ละจังหวะส่วนผสมจะได้รับการอัปเดตและ คลื่นเริ่มต้นอีกครั้ง

ก่อนหน้านี้ วิศวกรชาวรัสเซียและฝรั่งเศสได้พัฒนาและสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลซิ่ง แต่ไม่ใช่บนหลักการของการระเบิด แต่อยู่บนพื้นฐานของการเต้นของการเผาไหม้แบบธรรมดา ลักษณะของ PUVRD ดังกล่าวต่ำ และเมื่อผู้ผลิตเครื่องยนต์พัฒนาปั๊ม เทอร์ไบน์ และคอมเพรสเซอร์ อายุของเครื่องยนต์เจ็ทและ LRE ก็มาถึง และเครื่องยนต์ที่เต้นเป็นจังหวะก็ยังคงอยู่นอกเส้นทางแห่งความก้าวหน้า นักวิทยาศาสตร์ที่ฉลาดหลักแหลมพยายามที่จะรวมการเผาไหม้ของการระเบิดเข้ากับ PUVRD แต่ความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะของหน้าการเผาไหม้แบบธรรมดานั้นไม่เกิน 250 ต่อวินาที และด้านหน้าของการระเบิดมีความเร็วสูงถึง 2500 m/s และความถี่การเต้นของมัน ถึงหลายพันต่อวินาที ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้เลยที่จะนำอัตราการฟื้นฟูของส่วนผสมดังกล่าวมาใช้จริงและในขณะเดียวกันก็ทำให้เกิดการระเบิดขึ้น

ในสหรัฐอเมริกา เป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องยนต์ระเบิดที่เร้าใจและทดสอบในอากาศ อย่างไรก็ตาม มันใช้งานได้เพียง 10 วินาที แต่ความสำคัญยังคงอยู่ที่นักออกแบบชาวอเมริกัน แต่ในยุค 60 ของศตวรรษที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์โซเวียต B.V. Voitsekhovsky และเกือบในเวลาเดียวกัน J. Nichols ชาวอเมริกันจากมหาวิทยาลัยมิชิแกนได้เกิดแนวคิดที่จะวนคลื่นระเบิดในห้องเผาไหม้

รูปภาพ: sdelanounas.ru

เครื่องยนต์จรวดระเบิดทำงานอย่างไร

เครื่องยนต์โรตารี่ดังกล่าวประกอบด้วยห้องเผาไหม้วงแหวนที่มีหัวฉีดวางตามรัศมีเพื่อจ่ายเชื้อเพลิง คลื่นระเบิดจะวิ่งราวกับกระรอกอยู่ในวงล้อรอบ ๆ เส้นรอบวง ส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะถูกบีบอัดและเผาไหม้ออก ดันผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ผ่านหัวฉีด ในเครื่องยนต์สปิน เราได้ความถี่การหมุนของคลื่นหลายพันต่อวินาที การทำงานของมันคล้ายกับกระบวนการทำงานในเครื่องยนต์จรวด ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าเท่านั้น เนื่องจากการระเบิดของส่วนผสมของเชื้อเพลิง

ในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา และต่อมาในรัสเซีย งานกำลังดำเนินการเพื่อสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนด้วยคลื่นต่อเนื่อง เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นภายใน ซึ่งสร้างวิทยาศาสตร์ทั้งหมดของจลนพลศาสตร์ทางกายภาพและเคมี ในการคำนวณเงื่อนไขของคลื่นที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง จำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลัง ซึ่งเพิ่งสร้างขึ้นเมื่อไม่นานมานี้

ในรัสเซีย สถาบันวิจัยและสำนักออกแบบหลายแห่งกำลังทำงานเกี่ยวกับโครงการเครื่องยนต์หมุนดังกล่าว ซึ่งรวมถึงบริษัทสร้างเครื่องยนต์ของ NPO Energomash อุตสาหกรรมอวกาศ มูลนิธิวิจัยขั้นสูงมาช่วยในการพัฒนาเครื่องยนต์ดังกล่าว เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับเงินทุนจากกระทรวงกลาโหม พวกเขาต้องการเพียงผลลัพธ์ที่รับประกัน

อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทดสอบใน Khimki ที่ Energomash มีการบันทึกสถานะการหมุนวนอย่างต่อเนื่องอย่างต่อเนื่อง - 8,000 รอบต่อวินาทีในส่วนผสมของน้ำมันก๊าดออกซิเจน ในเวลาเดียวกัน คลื่นระเบิดจะปรับคลื่นการสั่นสะเทือนให้สมดุล และสารเคลือบป้องกันความร้อนสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้

แต่อย่ายกยอตัวเองเพราะนี่เป็นเพียงเครื่องมือสาธิตที่ทำงานมาเป็นระยะเวลาสั้น ๆ และยังไม่มีใครพูดถึงคุณลักษณะของมัน แต่สิ่งสำคัญคือความเป็นไปได้ในการสร้างการเผาไหม้ของการระเบิดได้รับการพิสูจน์แล้วและมีการสร้างเครื่องยนต์สปินขนาดเต็มในรัสเซียซึ่งจะคงอยู่ในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ตลอดไป

แนวคิดทางกายภาพใหม่ - การใช้การเผาไหม้แบบจุดระเบิดแทนการจุดระเบิดแบบปกติ - ทำให้สามารถปรับปรุงคุณลักษณะของเครื่องยนต์ไอพ่นได้อย่างสิ้นเชิง

เมื่อพูดถึงโครงการอวกาศ ก่อนอื่นเราต้องนึกถึงจรวดทรงพลังที่ส่งขึ้นสู่วงโคจร ยานอวกาศ. หัวใจของยานเปิดตัวคือแรงขับ เครื่องยนต์จรวดเป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานที่ซับซ้อนที่สุด ในหลาย ๆ ด้านคล้ายกับสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะและพฤติกรรมของตัวเอง ซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรรุ่นต่อรุ่น ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเปลี่ยนแปลงบางสิ่งในเครื่องจักรที่วิ่งอยู่: นักวิทยาศาสตร์จรวดพูดว่า: "อย่ายุ่งกับการทำงานของเครื่องจักร ... " การอนุรักษ์ดังกล่าวแม้ว่าจะได้รับการพิสูจน์ซ้ำแล้วซ้ำอีกโดยการฝึกปล่อยอวกาศ แต่ก็ยังทำให้จรวดช้าลง และการสร้างเครื่องจักรอวกาศ ซึ่งเป็นหนึ่งในกิจกรรมของมนุษย์ที่เน้นวิทยาศาสตร์มากที่สุด ความจำเป็นในการเปลี่ยนแปลงมีมานานแล้ว: สำหรับงานจำนวนหนึ่ง จำเป็นต้องมีเครื่องยนต์ที่ประหยัดพลังงานมากกว่าเครื่องยนต์ที่ดำเนินการอยู่ในปัจจุบันและถึงขีดจำกัดในความสมบูรณ์แบบแล้ว

จำเป็นต้องมีแนวคิดใหม่ หลักการทางกายภาพใหม่ ด้านล่างเราจะพูดถึงแนวคิดและรูปลักษณ์ดังกล่าวในตัวอย่างการสาธิตเครื่องยนต์จรวดชนิดใหม่

Deflagration และการระเบิด

ในเครื่องยนต์จรวดที่มีอยู่ส่วนใหญ่ พลังงานเคมีของเชื้อเพลิงจะถูกแปลงเป็นความร้อนและงานทางกลเนื่องจากการเผาไหม้ช้า (เปรี้ยงปร้าง) - deflagration - ที่ความดันเกือบคงที่: P=const. อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากการ Deflagration แล้ว ยังรู้จักโหมดการเผาไหม้อื่น - การระเบิด ในการระเบิด ปฏิกิริยาเคมีการเกิดออกซิเดชันของเชื้อเพลิงจะดำเนินการในโหมดจุดระเบิดด้วยตนเองที่อุณหภูมิสูงและความดันหลังคลื่นกระแทกรุนแรงที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียงสูง หากในระหว่างการยุบตัวของเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวด้านหน้าของปฏิกิริยาคือ ~1 เมกะวัตต์/ตารางเมตร แสดงว่ากำลังการปลดปล่อยความร้อนในส่วนหน้าของการระเบิดจะสูงกว่าสามถึงสี่เท่าและสามารถไปถึงได้ 10,000 MW/m2 (สูงกว่าพลังงานรังสีจากพื้นผิวสุริยะ!) นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ที่จุดชนวนกลับมีพลังงานจลน์มหาศาล ไม่เหมือนกับผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ช้า โดยความเร็วของผลิตภัณฑ์จากการระเบิดจะสูงกว่าความเร็วของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ช้าประมาณ 20–25 เท่า คำถามเกิดขึ้น: เป็นไปได้ไหมที่จะใช้การระเบิดแทนการจุดระเบิดในเครื่องยนต์จรวด และการเปลี่ยนโหมดการเผาไหม้จะทำให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพด้านพลังงานเพิ่มขึ้นหรือไม่

ให้เรายกตัวอย่างง่ายๆ ที่แสดงให้เห็นข้อดีของการเผาไหม้แบบจุดระเบิดในเครื่องยนต์จรวดมากกว่าการเผาไหม้แบบ Deflagration ให้เราพิจารณาห้องเผาไหม้ที่เหมือนกัน (CC) ที่เหมือนกันสามห้องในรูปแบบของท่อที่มีปลายปิดด้านหนึ่งและปลายเปิดอีกด้าน ซึ่งเต็มไปด้วยส่วนผสมที่ติดไฟได้เดียวกันภายใต้เงื่อนไขเดียวกันและวางไว้ในแนวตั้งบนเครื่องชั่งแบบร่างที่มีปลายปิด ( มะเดื่อ 1). พลังงานการจุดระเบิดจะถือว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงในท่อ

ข้าว. 1. ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเครื่องยนต์ระเบิด

ปล่อยให้ส่วนผสมที่ติดไฟได้ในหลอดแรกจุดไฟจากแหล่งเดียว ตัวอย่างเช่น เทียนรถยนต์ตั้งอยู่ที่ปลายปิด หลังจากการจุดไฟแล้วเปลวไฟช้าจะวิ่งขึ้นไปบนท่อซึ่งความเร็วที่เห็นได้ชัดมักจะไม่เกิน 10 m / s นั่นคือมาก ความเร็วน้อยลงเสียง (ประมาณ 340 ม./วินาที) ซึ่งหมายความว่าแรงดันในท่อ พีจะแตกต่างกันเล็กน้อยจากบรรยากาศ ปะและการอ่านค่าของตาชั่งจะไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเผาไหม้ (deflagration) ของส่วนผสมดังกล่าวไม่ได้ทำให้เกิดแรงดันเกินที่ปลายท่อปิด และด้วยเหตุนี้จึงมีแรงเพิ่มเติมที่กระทำต่อเครื่องชั่ง ในกรณีเช่นนี้เราบอกว่างานที่มีประโยชน์ของวงจรด้วย พี=ปะ=constเท่ากับศูนย์ ดังนั้นสัมประสิทธิ์สมรรถนะทางอุณหพลศาสตร์ (COP) จึงเท่ากับศูนย์ นั่นคือเหตุผลที่ในโรงไฟฟ้าที่มีอยู่ การเผาไหม้ไม่ได้จัดที่ความดันบรรยากาศ แต่ที่ความดันสูง พี"ปะผลิตโดยเทอร์โบปั๊ม ในเครื่องยนต์จรวดสมัยใหม่ความดันเฉลี่ยใน CS ถึง 200-300 atm

ลองเปลี่ยนสถานการณ์ด้วยการติดตั้งแหล่งกำเนิดประกายไฟจำนวนมากในท่อที่สองซึ่งจุดประกายส่วนผสมที่ติดไฟได้ตลอดปริมาตรทั้งหมดพร้อมกัน ในกรณีนี้แรงดันในท่อ พีตามกฎแล้วจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเจ็ดถึงสิบเท่าและการอ่านค่าของตาชั่งจะเปลี่ยนไป: ในบางครั้งเวลาที่ผลิตภัณฑ์การเผาไหม้หมดลงสู่บรรยากาศแรงขนาดใหญ่เพียงพอจะกระทำต่อปลายปิดของ ท่อที่สามารถทำ ทำได้ดีมาก. มีอะไรเปลี่ยนแปลงบ้าง? องค์กรของกระบวนการเผาไหม้ในห้องเผาไหม้เปลี่ยนไป: แทนที่จะเผาไหม้ที่ความดันคงที่ พี=constเราจัดการเผาไหม้ในปริมาณคงที่ วี=const.

ตอนนี้ให้เราระลึกถึงความเป็นไปได้ของการจัดการเผาไหม้ของการระเบิดของส่วนผสมของเราและในหลอดที่สาม แทนที่จะติดตั้งแหล่งกำเนิดการจุดระเบิดที่อ่อนแอจำนวนมาก เราจะติดตั้งเช่นเดียวกับในหลอดแรก แหล่งกำเนิดประกายไฟหนึ่งแหล่งที่ปลายปิดของท่อ แต่ ไม่อ่อนแอ แต่แข็งแกร่ง - สิ่งที่จะนำไปสู่การปรากฏตัวของไม่ใช่เปลวไฟ แต่เป็นคลื่นระเบิด เมื่อเกิดขึ้นคลื่นระเบิดจะวิ่งขึ้นไปบนท่อด้วยความเร็วเหนือเสียงสูง (ประมาณ 2,000 m / s) เพื่อให้ส่วนผสมทั้งหมดในท่อเผาไหม้อย่างรวดเร็วและความดันจะเพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยที่ปริมาตรคงที่ - เจ็ดถึงสิบครั้ง จากการตรวจสอบอย่างใกล้ชิด ปรากฎว่า งานที่ทำในวัฏจักรที่มีการเผาไหม้แบบจุดระเบิดจะสูงกว่าในวัฏจักร วี = const.

ดังนั้น ceteris paribus การเผาไหม้ของสารผสมที่ติดไฟได้ในห้องเผาไหม้ทำให้ได้ค่าสูงสุด งานที่มีประโยชน์เมื่อเทียบกับการเผาไหม้ deflagration ที่ พี=constและ วี=constนั่นคือช่วยให้ได้รับประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์สูงสุด . หากใช้เครื่องยนต์สันดาปแบบจุดระเบิดแทนเครื่องยนต์จรวดดับไฟที่มีอยู่แล้ว เครื่องยนต์ดังกล่าวอาจให้ประโยชน์มหาศาล ผลลัพธ์นี้ได้รับครั้งแรกโดยนักวิชาการผู้ยิ่งใหญ่ของเรา Yakov Borisovich Zel'dovich ย้อนกลับไปในปี 1940 แต่ยังไม่พบการใช้งานจริง สาเหตุหลักมาจากความซับซ้อนของการจัดระบบการเผาไหม้แบบควบคุมการระเบิดของสารขับเคลื่อนมาตรฐาน

พลังของการปล่อยความร้อนในส่วนหน้าของการระเบิดคือ 3-4 คำสั่งของขนาดที่สูงกว่าด้านหน้าของการเผาไหม้ deflagration ทั่วไป และสามารถเกินกำลังของรังสีจากพื้นผิวของดวงอาทิตย์ ความเร็วของผลิตภัณฑ์การระเบิดสูงกว่าความเร็วของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ช้า 20-25 เท่า

ชีพจรและ โหมดต่อเนื่อง

จนถึงปัจจุบัน มีการเสนอแผนมากมายสำหรับการจัดระบบการเผาไหม้แบบควบคุมการระเบิด ซึ่งรวมถึงแผนงานที่มีการระเบิดแบบพัลซิ่งและกระบวนการทำงานของการระเบิดอย่างต่อเนื่อง กระบวนการทำงานของการระเบิดพัลส์นั้นขึ้นอยู่กับการเติม CS แบบวนด้วยส่วนผสมที่ติดไฟได้ ตามด้วยการจุดไฟ การแพร่กระจายของการระเบิด และการไหลออกของผลิตภัณฑ์ไปยังพื้นที่โดยรอบ (ดังในหลอดที่สามในตัวอย่างด้านบน) กระบวนการทำงานของการระเบิดอย่างต่อเนื่องนั้นขึ้นอยู่กับการจ่ายส่วนผสมที่ติดไฟได้ไปยังห้องเผาไหม้อย่างต่อเนื่องและการเผาไหม้อย่างต่อเนื่องในคลื่นระเบิดหนึ่งคลื่นหรือมากกว่านั้นที่หมุนเวียนอย่างต่อเนื่องในทิศทางสัมผัสผ่านการไหล

แนวคิดของ CS ที่มีการระเบิดอย่างต่อเนื่องถูกเสนอในปี 2502 โดยนักวิชาการ Bogdan Vyacheslavovich Voitsekhovsky และ เป็นเวลานานได้รับการศึกษาที่สถาบันอุทกพลศาสตร์สาขาไซบีเรียของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย CS การระเบิดอย่างต่อเนื่องที่ง่ายที่สุดคือช่องวงแหวนที่เกิดจากผนังของกระบอกสูบโคแอกเซียลสองกระบอก (รูปที่ 2) หากวางหัวผสมไว้ที่ด้านล่างของช่องวงแหวน และปลายอีกด้านของช่องมีหัวฉีดเจ็ท จะได้รับเครื่องยนต์ไอพ่นวงแหวนไหลผ่าน การเผาไหม้ของการระเบิดในห้องเผาไหม้ดังกล่าวสามารถจัดระเบียบได้โดยการเผาส่วนผสมที่ติดไฟได้ซึ่งจ่ายผ่านหัวผสมในคลื่นระเบิดที่หมุนเวียนอยู่เหนือด้านล่างอย่างต่อเนื่อง ในกรณีนี้ ส่วนผสมที่ติดไฟได้จะเผาไหม้ในคลื่นระเบิด ซึ่งจะเข้าสู่ CS อีกครั้งระหว่างการปฏิวัติคลื่นหนึ่งครั้งตามเส้นรอบวงของช่องวงแหวน ข้อดีอื่น ๆ ของ CS ดังกล่าวรวมถึงความเรียบง่ายของการออกแบบ การจุดระเบิดครั้งเดียว การไหลออกกึ่งนิ่งของผลิตภัณฑ์การระเบิด ความถี่รอบสูง (kHz) ขนาดตามยาวขนาดเล็ก ระดับต่ำการปล่อยมลพิษ สารอันตราย, เสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนต่ำ

แรงกระตุ้นจำเพาะที่กำหนดในเครื่องยนต์จรวดระเบิดนั้นทำได้ที่แรงดันต่ำกว่าเครื่องยนต์จรวดของเหลวแบบเดิมมาก ซึ่งจะช่วยให้ในอนาคตสามารถเปลี่ยนลักษณะน้ำหนักและขนาดของเครื่องยนต์จรวดได้อย่างสิ้นเชิง

ข้าว. 2. ไดอะแกรมของเครื่องยนต์จรวดระเบิด

ตัวอย่างการสาธิต

ภายในกรอบของโครงการกระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ มีการสร้างตัวอย่างการสาธิตเครื่องยนต์จรวดระเบิดต่อเนื่อง (CRE) ที่มี CS ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 100 มม. และความกว้างของช่องวงแหวน 5 มม. ซึ่งได้รับการทดสอบเมื่อ ทำงานบนไอระเหยของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจน เหลว ก๊าซธรรมชาติ--ออกซิเจนและโพรเพน-บิวเทน--ออกซิเจน การทดสอบไฟของ DRD ได้ดำเนินการบนม้านั่งทดสอบที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ระยะเวลาของการทดสอบไฟแต่ละครั้งไม่เกิน 2 วินาที ในช่วงเวลานี้ด้วยความช่วยเหลือพิเศษ อุปกรณ์วินิจฉัยคลื่นระเบิดหลายหมื่นครั้งถูกบันทึกในช่องวงแหวนของ CS ระหว่างการทำงานของ FRD บนคู่เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจน ได้รับการพิสูจน์ทางการทดลองเป็นครั้งแรกในโลกว่าวัฏจักรอุณหพลศาสตร์ด้วยการเผาไหม้แบบจุดชนวน (Zeldovich cycle) มีประสิทธิภาพมากกว่าวงจรอุณหพลศาสตร์ด้วยการเผาไหม้แบบเดิม 7-8% , สิ่งอื่น ๆ ทั้งหมดเท่าเทียมกัน.

ภายในเฟรมเวิร์กของโปรเจ็กต์นี้ ได้มีการสร้างเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ที่ไม่มีใครเทียบได้ ซึ่งได้รับการออกแบบสำหรับการจำลองเวิร์กโฟลว์ใน DRD อย่างเต็มรูปแบบ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถออกแบบเครื่องยนต์ประเภทใหม่ได้ เมื่อเปรียบเทียบผลการคำนวณกับการวัด ปรากฏว่าการคำนวณทำนายจำนวนคลื่นระเบิดที่หมุนเวียนในทิศทางสัมผัสใน DRE วงแหวนของการออกแบบที่กำหนดได้อย่างแม่นยำ (คลื่นสี่ สาม หรือหนึ่งคลื่น รูปที่ 3) การคำนวณด้วยความแม่นยำที่ยอมรับได้ยังคาดการณ์ความถี่ในการทำงานของกระบวนการ กล่าวคือ ให้ค่าความเร็วการระเบิดใกล้กับค่าที่วัดได้ และแรงขับที่ DRE พัฒนาขึ้นจริง นอกจากนี้ การคำนวณยังทำนายแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ของกระบวนการทำงานได้อย่างถูกต้องด้วยการเพิ่มปริมาณการใช้ส่วนผสมที่ติดไฟได้ใน DRE ของการออกแบบที่กำหนด เช่นเดียวกับในการทดลอง จำนวนคลื่นระเบิด ความถี่ ของการหมุนของการระเบิดและการเพิ่มแรงขับ

ข้าว. มะเดื่อ 3. เขตความดันที่คำนวณเสมือนนิ่ง (a, b) และอุณหภูมิ (c) ภายใต้เงื่อนไขของการทดลองสามครั้ง (จากซ้ายไปขวา) ในการทดลอง การคำนวณให้ผลลัพธ์กับคลื่นสี่ สาม และหนึ่งคลื่น

DRE กับ LRE

ตัวบ่งชี้หลักของประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเครื่องยนต์จรวดคือแรงกระตุ้นเฉพาะ ซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของแรงขับที่พัฒนาโดยเครื่องยนต์ต่ออัตราการไหลของมวลของส่วนผสมที่ติดไฟได้ต่อวินาที แรงกระตุ้นจำเพาะวัดเป็นวินาที การพึ่งพาแรงกระตุ้นเฉพาะของ DRE ต่อแรงดันเฉลี่ยในห้องเผาไหม้ซึ่งได้รับจากการทดสอบการติดไฟของเครื่องยนต์ชนิดใหม่นั้น แรงกระตุ้นจำเพาะจะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันเฉลี่ยในการเผาไหม้เพิ่มขึ้น ห้อง. ตัวบ่งชี้เป้าหมายหลักของโครงการ - แรงกระตุ้นเฉพาะ 270 วินาทีในสภาวะที่ระดับน้ำทะเล - ทำได้ในการทดสอบไฟที่ความดันเฉลี่ยใน CS เท่ากับ 32 atm แรงขับที่วัดได้ของ DRD ในเวลาเดียวกันเกิน 3 kN

เมื่อเปรียบเทียบลักษณะเฉพาะของ LRE กับคุณลักษณะเฉพาะในเครื่องยนต์จรวดของเหลวแบบเดิม (LPRE) ปรากฎว่าแรงกระตุ้นจำเพาะที่กำหนดใน LRE นั้นทำได้ที่ความดันเฉลี่ยที่ต่ำกว่าใน LRE มาก ดังนั้นใน DRD แรงกระตุ้นจำเพาะที่ 260 วินาทีจะบรรลุถึงความกดดันใน CS เพียง 24 atm ในขณะที่แรงกระตุ้นจำเพาะที่ 263.3 วินาทีในหน่วยที่ทราบ เครื่องยนต์ในประเทศ RD-107A ทำได้ที่ความดันใน COP 61.2 atm ซึ่งสูงกว่า 2.5 เท่า โปรดทราบว่าเครื่องยนต์ RD-107A ทำงานบนคู่เชื้อเพลิงน้ำมันก๊าด-ออกซิเจน และถูกใช้ในขั้นแรกของยานยิง Soyuz-FG การลดแรงดันเฉลี่ยใน DRE อย่างมีนัยสำคัญดังกล่าวจะทำให้ในอนาคตสามารถเปลี่ยนลักษณะน้ำหนักและขนาดของเครื่องยนต์จรวดได้อย่างสิ้นเชิง และลดข้อกำหนดสำหรับหน่วยเทอร์โบปั๊ม

นั่นคือ ความคิดใหม่และหลักการทางกายภาพใหม่

ผลลัพธ์อย่างหนึ่งของโครงการคือการพัฒนา งานด้านเทคนิคเพื่อดำเนินการพัฒนางาน (R&D) เพื่อสร้างต้นแบบ DRD ปัญหาหลักที่วางแผนจะแก้ไขภายในกรอบของ R&D คือการทำให้แน่ใจว่า DRD ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน (หลายสิบนาที) สิ่งนี้จะต้องมีการพัฒนา ระบบที่มีประสิทธิภาพการระบายความร้อนของผนังเครื่องยนต์

ในมุมมองของลักษณะการพัฒนา งานของการสร้าง DRD ที่ใช้งานได้จริงควรกลายเป็นงานสำคัญอย่างหนึ่งของอุตสาหกรรมการขับเคลื่อนอวกาศในประเทศอย่างไม่ต้องสงสัย

Sergey Frolov ดุษฎีบัณฑิตสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ สถาบันฟิสิกส์เคมี เอ็น.เอ็น. Semenov RAS ศาสตราจารย์ NRNU-MEPhI

แก๊สแทนน้ำมันก๊าด

ในปี 2557-2559 กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ของสหพันธรัฐรัสเซียสนับสนุนโครงการ "การพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการใช้ก๊าซธรรมชาติเหลว (มีเทน, โพรเพน, บิวเทน) เป็นเชื้อเพลิงสำหรับจรวดและเทคโนโลยีอวกาศรุ่นใหม่และการสร้าง ตัวอย่างการสาธิตม้านั่งของเครื่องยนต์จรวด" โครงการนี้จัดทำขึ้นสำหรับการสร้างตัวอย่างการสาธิตของเครื่องยนต์จรวดระเบิดต่อเนื่อง (CRE) ที่ทำงานบนเชื้อเพลิงคู่ "ก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) - ออกซิเจน" ผู้ดำเนินโครงการคือศูนย์การเผาไหม้ของการระเบิดแบบพัลซ์ของสถาบันฟิสิกส์เคมีของ Russian Academy of Sciences พันธมิตรอุตสาหกรรมของโครงการนี้คือสำนักออกแบบการสร้างเครื่องจักร Turaev "Soyuz" ในการสมัครโครงการ ความเป็นไปได้ของการใช้การเผาไหม้แบบระเบิดต่อเนื่องในเครื่องยนต์จรวดของเหลว (LRE) อธิบายโดยประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับวงจรการเผาไหม้ช้าแบบเดิม และความเป็นไปได้ของการใช้ LNG อธิบายได้จากหลายปัจจัย ข้อได้เปรียบเมื่อเทียบกับน้ำมันก๊าด: เพิ่มแรงกระตุ้นเฉพาะ ความพร้อมใช้งานและต้นทุนต่ำ การเกิดเขม่าน้อยลงอย่างมากระหว่างการเผาไหม้ และประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่สูงขึ้น ในทางทฤษฎี การแทนที่น้ำมันก๊าดด้วย LNG ใน LRE แบบเดิมจะทำให้มีแรงกระตุ้นเฉพาะเพิ่มขึ้น 3-4% และการเปลี่ยนจาก LRE แบบเดิมเป็น FRE เพิ่มขึ้น 13-15%

เมื่อปลายเดือนมกราคม มีรายงานความสำเร็จครั้งใหม่ในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของรัสเซีย จากแหล่งข่าวอย่างเป็นทางการ เป็นที่ทราบกันว่าโครงการในประเทศของเครื่องยนต์ไอพ่นประเภทระเบิดที่มีแนวโน้มว่าจะผ่านขั้นตอนการทดสอบไปแล้ว สิ่งนี้นำมาซึ่งช่วงเวลาของการทำงานที่จำเป็นทั้งหมดซึ่งเป็นผลมาจากการที่อวกาศหรือจรวดทางทหาร การพัฒนาของรัสเซียได้ใหม่ โรงไฟฟ้าด้วยคุณสมบัติที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ หลักการใหม่ของการทำงานของเครื่องยนต์ยังสามารถใช้ได้ไม่เฉพาะในด้านของจรวดเท่านั้น แต่ยังสามารถนำไปใช้ในด้านอื่นๆ ด้วย

ที่ วันสุดท้ายมกราคม รองนายกรัฐมนตรี Dmitry Rogozin กล่าวกับสื่อในประเทศเกี่ยวกับความสำเร็จล่าสุดขององค์กรวิจัย ในหัวข้ออื่นๆ เขาได้กล่าวถึงกระบวนการสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นโดยใช้หลักการทำงานใหม่ เครื่องยนต์ที่มีแนวโน้มว่าจะเผาไหม้ด้วยการระเบิดได้ถูกนำไปทดสอบแล้ว รองนายกรัฐมนตรีกล่าวว่าการใช้หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าแบบใหม่ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานได้อย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับการออกแบบสถาปัตยกรรมแบบดั้งเดิม มีแรงผลักดันเพิ่มขึ้นประมาณ 30%

แผนภาพของเครื่องยนต์จรวดระเบิด

เครื่องยนต์จรวดที่ทันสมัย คลาสต่างๆและประเภทที่ดำเนินการในด้านต่างๆ เรียกว่า วัฏจักรไอโซบาริกหรือการเผาไหม้ deflagration ในห้องเผาไหม้จะมีแรงดันคงที่ซึ่งเชื้อเพลิงจะเผาไหม้อย่างช้าๆ เครื่องยนต์ที่ยึดตามหลักการไล่ลมไม่ต้องการหน่วยที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษ แต่มีข้อจำกัดในประสิทธิภาพสูงสุด การเพิ่มคุณสมบัติหลักเริ่มต้นจากระดับหนึ่งกลายเป็นเรื่องยากเกินสมควร

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับเอ็นจิ้นวงจรไอโซบาริกในบริบทของการเพิ่มประสิทธิภาพคือระบบที่เรียกว่า การเผาไหม้ของการระเบิด ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาออกซิเดชันของเชื้อเพลิงจะเกิดขึ้นหลังคลื่นกระแทก โดย ความเร็วสูงเคลื่อนตัวผ่านห้องเผาไหม้ สิ่งนี้กำหนดข้อกำหนดพิเศษในการออกแบบเครื่องยนต์ แต่ในขณะเดียวกันก็ให้ ประโยชน์ที่ชัดเจน. ในแง่ของประสิทธิภาพการเผาไหม้เชื้อเพลิง การเผาไหม้แบบจุดชนวนดีกว่าการเผาไหม้แบบ Deflagration 25% นอกจากนี้ยังแตกต่างจากการเผาไหม้ด้วยแรงดันคงที่โดยอัตราการปล่อยความร้อนที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยพื้นที่ผิวของปฏิกิริยาด้านหน้า ในทางทฤษฎี สามารถเพิ่มพารามิเตอร์นี้ได้สามถึงสี่ลำดับของขนาด ส่งผลให้ความเร็วของก๊าซปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 20-25 เท่า

ดังนั้นเครื่องยนต์จุดชนวนซึ่งมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นสามารถพัฒนาแรงขับได้มากขึ้นโดยใช้เชื้อเพลิงน้อยลง ข้อดีของมันเหนือการออกแบบแบบดั้งเดิมนั้นชัดเจน แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ความคืบหน้าในด้านนี้เหลืออีกมากเป็นที่ต้องการ หลักการของเครื่องยนต์ไอพ่นระเบิดถูกสร้างขึ้นในปี 1940 โดยนักฟิสิกส์โซเวียต Ya.B. Zeldovich แต่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปประเภทนี้ยังไม่ถึงการดำเนินการ สาเหตุหลักของการขาดความสำเร็จที่แท้จริงคือปัญหาในการสร้างโครงสร้างที่แข็งแรงเพียงพอ เช่นเดียวกับปัญหาในการเปิดตัวและการรักษาคลื่นกระแทกในภายหลังโดยใช้เชื้อเพลิงที่มีอยู่

หนึ่งในโครงการในประเทศล่าสุดในด้านเครื่องยนต์จรวดระเบิดเปิดตัวในปี 2014 และกำลังได้รับการพัฒนาที่ NPO Energomash ซึ่งตั้งชื่อตาม V.I. นักวิชาการ กลัชโก้. จากข้อมูลที่มีอยู่ วัตถุประสงค์ของโครงการด้วยรหัส Ifrit คือการศึกษาหลักการพื้นฐาน เทคโนโลยีใหม่ด้วยการสร้างเครื่องยนต์จรวดของเหลวในภายหลังโดยใช้น้ำมันก๊าดและก๊าซออกซิเจน เครื่องยนต์ใหม่นี้ตั้งชื่อตามปีศาจไฟจากนิทานพื้นบ้านอาหรับ ซึ่งมีพื้นฐานมาจากหลักการของการเผาไหม้แบบหมุนจุดชนวน ดังนั้นตามแนวคิดหลักของโครงการ คลื่นกระแทกจะต้องเคลื่อนที่เป็นวงกลมภายในห้องเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง

ผู้พัฒนาหลักของโครงการใหม่คือ NPO Energomash หรือห้องปฏิบัติการพิเศษที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน นอกจากนี้ ยังมีองค์กรวิจัยและออกแบบอื่นๆ อีกหลายแห่งที่มีส่วนร่วมในงานนี้ โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิจัยขั้นสูง ด้วยความพยายามร่วมกัน ผู้เข้าร่วมโครงการ Ifrit ทุกคนสามารถสร้างภาพลักษณ์ที่เหมาะสมที่สุดได้ เครื่องยนต์ที่มีแนวโน้มตลอดจนสร้างห้องเผาไหม้แบบจำลองที่มีหลักการทำงานใหม่

เพื่อศึกษาแนวโน้มของทั้งทิศทางและแนวความคิดใหม่ที่เรียกว่า ห้องเผาไหม้แบบจำลองที่ตรงตามข้อกำหนดของโครงการ เครื่องยนต์ทดลองที่มีการกำหนดค่าลดลงควรใช้น้ำมันก๊าดเหลวเป็นเชื้อเพลิง เสนอก๊าซออกซิเจนเป็นตัวออกซิไดซ์ ในเดือนสิงหาคม 2559 การทดสอบของห้องทดลองเริ่มต้นขึ้น เป็นสิ่งสำคัญที่เป็นครั้งแรกในโครงการประเภทนี้ที่สามารถนำไปยังขั้นตอนการทดสอบบัลลังก์ได้ ก่อนหน้านี้ เครื่องยนต์จรวดระเบิดในประเทศและต่างประเทศได้รับการพัฒนา แต่ไม่ได้ทดสอบ

ในระหว่างการทดสอบตัวอย่างแบบจำลอง เป็นไปได้ที่จะได้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจมากซึ่งแสดงถึงความถูกต้องของแนวทางที่ใช้ ดังนั้น โดยใช้ วัสดุที่เหมาะสมและเทคโนโลยีได้นำแรงดันภายในห้องเผาไหม้ถึง 40 บรรยากาศ แรงผลักดันของผลิตภัณฑ์ทดลองถึง 2 ตัน

กล้องจำลองบนม้านั่งทดสอบ

ภายในกรอบของโครงการ Ifrit ได้รับผลลัพธ์บางอย่าง แต่เครื่องยนต์ระเบิดเชื้อเพลิงเหลวในประเทศยังห่างไกลจากการใช้งานจริงอย่างเต็มรูปแบบ ก่อนที่จะนำอุปกรณ์ดังกล่าวไปใช้ในโครงการเทคโนโลยีใหม่ นักออกแบบและนักวิทยาศาสตร์จะต้องตัดสินใจก่อน ทั้งสายงานที่ร้ายแรงที่สุด หลังจากนั้นอุตสาหกรรมจรวดและอวกาศหรืออุตสาหกรรมการป้องกันประเทศจะสามารถเริ่มตระหนักถึงศักยภาพของเทคโนโลยีใหม่ในทางปฏิบัติ

ในช่วงกลางเดือนมกราคม Rossiyskaya Gazeta ได้ตีพิมพ์บทสัมภาษณ์กับ Petr Levochkin หัวหน้านักออกแบบของ NPO Energomash ซึ่งหัวข้อนี้เป็นสถานการณ์ปัจจุบันและแนวโน้มของเครื่องยนต์ระเบิด ตัวแทนของผู้พัฒนาองค์กรได้กล่าวถึงข้อกำหนดหลักของโครงการ และยังกล่าวถึงหัวข้อของความสำเร็จที่ได้รับอีกด้วย นอกจากนี้ เขายังพูดถึงขอบเขตที่เป็นไปได้ของการใช้ Ifrit และโครงสร้างที่คล้ายกัน

ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เครื่องยนต์ระเบิดในเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงได้ P. Levochkin เล่าว่าขณะนี้เครื่องยนต์ที่เสนอให้ใช้ในอุปกรณ์ดังกล่าวใช้การเผาไหม้แบบเปรี้ยงปร้าง ที่ความเร็วเหนือเสียงของอุปกรณ์การบิน อากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์จะต้องช้าลงเป็นโหมดเสียง อย่างไรก็ตาม พลังงานการเบรกจะต้องทำให้เกิดภาระความร้อนเพิ่มเติมบนเฟรมเครื่องบิน ในเครื่องยนต์จุดระเบิด อัตราการเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่างน้อย M=2.5 ทำให้สามารถเพิ่มความเร็วในการบินของเครื่องบินได้ เครื่องที่คล้ายกันด้วยเครื่องยนต์ประเภทระเบิด จะสามารถเร่งความเร็วได้ถึงแปดเท่าของความเร็วเสียง

อย่างไรก็ตาม โอกาสที่แท้จริงสำหรับเครื่องยนต์จรวดประเภทระเบิดนั้นยังไม่ดีนัก จากข้อมูลของ P. Levochkin เรา "เพิ่งเปิดประตูสู่พื้นที่การเผาไหม้ของการระเบิด" นักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบจะต้องศึกษาหลายๆ ประเด็น และหลังจากนั้นจะสามารถสร้างโครงสร้างที่มีศักยภาพในทางปฏิบัติได้ ด้วยเหตุนี้ อุตสาหกรรมอวกาศจึงต้องใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบเดิมมาเป็นเวลานาน ซึ่งไม่ได้ทำให้เสียความเป็นไปได้ในการปรับปรุงต่อไป

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือ หลักการจุดระเบิดของการเผาไหม้ไม่เพียงแต่ใช้ในด้านเครื่องยนต์จรวดเท่านั้น มีอยู่แล้ว โครงการในประเทศระบบการบินที่มีห้องเผาไหม้แบบจุดระเบิดที่ทำงานบนหลักการของแรงกระตุ้น ต้นแบบประเภทนี้ถูกนำไปทดสอบ และในอนาคตอาจก่อให้เกิดทิศทางใหม่ เครื่องยนต์ใหม่ที่มีการเผาไหม้แบบจุดระเบิดสามารถค้นหาการใช้งานในด้านต่างๆ และแทนที่เทอร์ไบน์ก๊าซบางส่วนหรือ เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทการออกแบบแบบดั้งเดิม

โครงการภายในประเทศของเครื่องยนต์อากาศยานระเบิดกำลังได้รับการพัฒนาที่ OKB เช้า. เปล. ข้อมูลเกี่ยวกับโครงการนี้ถูกนำเสนอครั้งแรกในฟอรัมเทคนิคทางการทหารระหว่างประเทศของปีที่แล้ว "Army-2017" ที่จุดยืนของผู้พัฒนาองค์กรมีเนื้อหาเกี่ยวกับ เครื่องยนต์ต่างๆทั้งแบบต่อเนื่องและอยู่ระหว่างการพัฒนา ในกลุ่มหลังเป็นตัวอย่างการระเบิดที่มีแนวโน้ม

สาระสำคัญของข้อเสนอใหม่นี้คือการใช้ห้องเผาไหม้ที่ไม่ได้มาตรฐานซึ่งสามารถทำการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบพัลซิ่งระเบิดในบรรยากาศอากาศได้ ในกรณีนี้ ความถี่ของ "การระเบิด" ภายในเครื่องยนต์ควรสูงถึง 15-20 kHz ในอนาคต พารามิเตอร์นี้จะเพิ่มขึ้นอีก อันเป็นผลมาจากเสียงเครื่องยนต์จะเกินขอบเขตที่หูของมนุษย์รับรู้ คุณสมบัติดังกล่าวของเครื่องยนต์อาจเป็นที่สนใจเป็นพิเศษ

การเปิดตัวผลิตภัณฑ์ทดลองครั้งแรก "Ifrit"

อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบหลักของโรงไฟฟ้าใหม่นี้สัมพันธ์กับประสิทธิภาพที่ดีขึ้น การทดสอบแบบตั้งโต๊ะของผลิตภัณฑ์ทดลองแสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพเหนือกว่าเครื่องยนต์กังหันก๊าซแบบเดิมประมาณ 30% ในแง่ของประสิทธิภาพเฉพาะ เมื่อถึงเวลาของการสาธิตวัสดุในเครื่องมือ OKB ต่อสาธารณะครั้งแรก เช้า. Cradles สามารถได้รับและค่อนข้างสูง ลักษณะการทำงาน. เอ็นจิ้นทดลองชนิดใหม่สามารถทำงานได้ 10 นาทีโดยไม่หยุดชะงัก เวลาทำงานทั้งหมดของผลิตภัณฑ์นี้ ณ เวลานั้นเกิน 100 ชั่วโมง

ตัวแทนของผู้พัฒนาระบุว่าสามารถสร้างเครื่องยนต์ระเบิดใหม่ที่มีแรงขับ 2-2.5 ตันได้แล้ว ซึ่งเหมาะสำหรับการติดตั้งบนเครื่องบินขนาดเล็กหรืออากาศยานไร้คนขับ ในการออกแบบเครื่องยนต์ดังกล่าวขอเสนอให้ใช้สิ่งที่เรียกว่า อุปกรณ์เรโซเนเตอร์รับผิดชอบการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ถูกต้อง ข้อได้เปรียบที่สำคัญโครงการใหม่เป็นความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานในการติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวที่ใดก็ได้ในเฟรม

ผู้เชี่ยวชาญของ OKB im. เช้า. เปลกำลังทำงานอยู่ เครื่องยนต์อากาศยานด้วยการเผาไหม้ของการระเบิดแบบพัลซิ่งมานานกว่าสามทศวรรษแล้ว แต่จนถึงขณะนี้โครงการยังไม่ออกจากขั้นตอนการวิจัยและไม่มีแนวโน้มที่แท้จริง สาเหตุหลักคือการขาดคำสั่งซื้อและเงินทุนที่จำเป็น หากโครงการได้รับการสนับสนุนที่จำเป็น ในอนาคตอันใกล้นี้ สามารถสร้างเครื่องยนต์ตัวอย่างที่เหมาะสมสำหรับใช้กับยานพาหนะต่างๆ ได้

จนถึงปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบชาวรัสเซียสามารถแสดงผลที่โดดเด่นอย่างมากในด้านเครื่องยนต์ไอพ่นโดยใช้หลักการทำงานใหม่ มีหลายโครงการในคราวเดียวที่เหมาะสำหรับใช้ในพื้นที่จรวดและทุ่งที่มีความเร็วเหนือเสียง นอกจากนี้ เครื่องยนต์ใหม่ยังสามารถใช้ในการบิน "ดั้งเดิม" ได้อีกด้วย บางโครงการยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและยังไม่พร้อมสำหรับการตรวจสอบและงานอื่นๆ ในขณะที่ในด้านอื่นๆ ได้ผลลัพธ์ที่โดดเด่นที่สุดแล้ว

ผู้เชี่ยวชาญของรัสเซียได้สำรวจหัวข้อของเครื่องยนต์ไอพ่นที่มีการเผาไหม้แบบจุดระเบิดด้วยการระเบิด สามารถสร้างแบบจำลองม้านั่งของห้องเผาไหม้ที่มีลักษณะเฉพาะที่ต้องการได้ ต้นแบบ Ifrit ได้รับการทดสอบแล้ว ในระหว่างที่มีการรวบรวมข้อมูลต่างๆ จำนวนมาก ด้วยความช่วยเหลือของข้อมูลที่ได้รับ การพัฒนาทิศทางจะดำเนินต่อไป

การเรียนรู้ทิศทางใหม่และการแปลความคิดให้อยู่ในรูปแบบที่ใช้งานได้จริงจะใช้เวลานาน และด้วยเหตุนี้ในอนาคตอันใกล้ จรวดอวกาศและกองทัพในอนาคตอันใกล้จะติดตั้งเฉพาะเครื่องยนต์ของเหลวแบบดั้งเดิมเท่านั้น อย่างไรก็ตาม งานดังกล่าวได้ออกจากขั้นตอนทางทฤษฎีแล้ว และตอนนี้การทดสอบเครื่องยนต์ทดลองแต่ละครั้งจะทำให้ช่วงเวลาของการสร้างขีปนาวุธเต็มเปี่ยมด้วยโรงไฟฟ้าใหม่เข้ามาใกล้ยิ่งขึ้น

ตามเว็บไซต์:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/

การทดสอบเครื่องยนต์ระเบิด

มูลนิธิเพื่อการศึกษาขั้นสูง

สมาคมวิจัยและการผลิต Energomash ได้ทดสอบห้องจำลองของเครื่องยนต์จรวดระเบิดของเหลวด้วยแรงขับสองตัน เกี่ยวกับเรื่องนี้ในการให้สัมภาษณ์ หนังสือพิมพ์รัสเซีย» ประกาศ หัวหน้านักออกแบบ"Energomash" ปีเตอร์ Levochkin ตามที่เขาพูด โมเดลนี้ใช้น้ำมันก๊าดและก๊าซออกซิเจน

การระเบิดคือการเผาไหม้ของสารซึ่งหน้าการเผาไหม้แพร่กระจาย ความเร็วที่เร็วขึ้นเสียง. ในกรณีนี้ คลื่นกระแทกจะแพร่กระจายผ่านสาร ตามด้วยปฏิกิริยาเคมีที่มีการปล่อยความร้อนจำนวนมาก เครื่องยนต์จรวดสมัยใหม่เผาผลาญเชื้อเพลิงด้วยความเร็วแบบเปรี้ยงปร้าง กระบวนการนี้เรียกว่า deflagration

เครื่องยนต์ระเบิดวันนี้พวกเขาแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: แรงกระตุ้นและการหมุน หลังเรียกอีกอย่างว่าสปิน ที่ เครื่องยนต์ชีพจรการระเบิดสั้น ๆ เกิดขึ้นเมื่อส่วนเล็ก ๆ ถูกเผา ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ. ในการหมุน การเผาไหม้ของส่วนผสมจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยไม่หยุด

ในโรงไฟฟ้าดังกล่าว ห้องเผาไหม้รูปวงแหวนถูกใช้เพื่อจ่ายส่วนผสมเชื้อเพลิงตามลำดับผ่านวาล์วที่อยู่ในแนวรัศมี ในโรงไฟฟ้าดังกล่าว การระเบิดจะไม่จางหาย - คลื่นระเบิด "วิ่งไปรอบๆ" ห้องเผาไหม้วงแหวน ส่วนผสมของเชื้อเพลิงที่อยู่ด้านหลังมีเวลาปรับปรุง เครื่องยนต์โรตารี่เริ่มมีการศึกษาครั้งแรกในสหภาพโซเวียตในปี 1950

เครื่องยนต์ระเบิดสามารถทำงานในความเร็วการบินที่หลากหลาย - จากศูนย์ถึงห้าหมายเลขมัค (0-6.2 พันกิโลเมตรต่อชั่วโมง) เป็นที่เชื่อกันว่าโรงไฟฟ้าดังกล่าวสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่า ใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไป ในขณะเดียวกัน การออกแบบเครื่องยนต์จุดชนวนก็ค่อนข้างง่าย เนื่องจากไม่มีคอมเพรสเซอร์และชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้จำนวนมาก

เครื่องยนต์ระเบิดของเหลวใหม่ของรัสเซียกำลังได้รับการพัฒนาร่วมกันโดยสถาบันหลายแห่ง รวมถึงสถาบันการบินมอสโก สถาบันอุทกพลศาสตร์ Lavrentiev ศูนย์ Keldysh สถาบันการบินกลาง Baranov Central และคณะกลศาสตร์และคณิตศาสตร์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก การพัฒนาอยู่ภายใต้การดูแลของมูลนิธิเพื่อการศึกษาขั้นสูง

จากข้อมูลของ Levochkin ในระหว่างการทดสอบ ความดันในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ระเบิดคือ 40 บรรยากาศ ในขณะเดียวกัน การติดตั้งก็ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือโดยไม่มีระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อน หนึ่งในวัตถุประสงค์ของการทดสอบคือเพื่อยืนยันความเป็นไปได้ของการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงผสมออกซิเจนกับน้ำมันก๊าด ก่อนหน้านี้มีรายงานว่าความถี่ของการระเบิดในใหม่ เครื่องยนต์รัสเซียคือ 20 กิโลเฮิรตซ์

การทดสอบเครื่องยนต์จรวดระเบิดของเหลวครั้งแรกในฤดูร้อนปี 2559 ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์ที่ได้รับการทดสอบอีกครั้งตั้งแต่นั้นมาไม่เป็นที่รู้จัก

ณ สิ้นเดือนธันวาคม 2559 บริษัทอเมริกัน Aerojet Rocketdyne ได้รับการว่าจ้างจากห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติของสหรัฐฯ เพื่อพัฒนาโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแห่งใหม่โดยใช้เครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุน งานที่นำไปสู่การสร้างต้นแบบ การติดตั้งใหม่กำหนดแล้วเสร็จกลางปี ​​2562

จากการประเมินเบื้องต้นพบว่า เครื่องยนต์กังหันก๊าซชนิดใหม่จะมีอย่างน้อยห้าเปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดกว่าการติดตั้งแบบเดิมๆ ในกรณีนี้ ตัวติดตั้งเองสามารถทำให้มีขนาดเล็กลงได้

Vasily Sychev

บ้าน » น้ำยาเช็ดกระจก » เครื่องยนต์ระเบิดคืออนาคตของการสร้างเครื่องยนต์ของรัสเซีย เชื้อเพลิงระเบิด - เที่ยวบินปกติ โหมดพัลซิ่งและต่อเนื่อง