В края на януари имаше съобщения за нови постижения в руската наука и технологии. От официални източници стана известно, че един от местните проекти на обещаващ реактивен двигател от тип детонация вече е преминал етапа на тестване. Това приближава момента на пълно завършване на цялата необходима работа, според резултатите от която космическите или военните ракети с руски дизайн ще могат да получат нови електроцентрали с повишени характеристики. Освен това новите принципи на работа на двигателя могат да намерят приложение не само в областта на ракетите, но и в други области.
В края на януари вицепремиерът Дмитрий Рогозин разказа пред местната преса за последните успехи на изследователските организации. Наред с други теми, той засегна процеса на създаване на реактивни двигатели, използващи нови принципи на работа. Обещаващ двигател с детонационно изгаряне вече е изложен на изпитания. Според вицепремиера използването на нови принципи на работа на електроцентралата позволява значително повишаване на производителността. В сравнение със структурите на традиционната архитектура се наблюдава увеличение на тягата с около 30%.
Схема на ракетен двигател с взрив
Съвременните ракетни двигатели от различни класове и типове, експлоатирани в различни области, използват т.нар. изобарен цикъл или изгаряне с дефлаграция. Горивните им камери поддържат постоянно налягане, при което горивото гори бавно. Двигателят, базиран на принципите на дефлаграция, не се нуждае от особено издръжливи агрегати, но е ограничен с максимална производителност. Увеличаването на основните характеристики, започвайки от определено ниво, се оказва необосновано трудно.
Алтернатива на двигател с изобарен цикъл в контекста на подобряване на производителността е система с т.нар. детонационно горене. В този случай реакцията на окисляване на горивото протича зад ударната вълна, движеща се с висока скорост през горивната камера. Това поставя специални изисквания към дизайна на двигателя, но в същото време предлага очевидни предимства. По отношение на ефективността на изгаряне на гориво, детонационното горене е с 25% по -добро от горенето с дефлаграция. Той също така се различава от горенето с постоянно налягане с увеличената мощност на отделяне на топлина на единица повърхност на реакционния фронт. На теория е възможно да се увеличи този параметър с три до четири порядъка. В резултат на това скоростта на реактивните газове може да се увеличи 20-25 пъти.
По този начин детонационният двигател, с повишената си ефективност, е в състояние да развие по -голяма тяга с по -малък разход на гориво. Предимствата му пред традиционните дизайни са очевидни, но доскоро напредъкът в тази област оставяше много да се желае. Принципите на детонационния реактивен двигател са формулирани още през 1940 г. от съветския физик Я. Б. Зелдович, но готови продукти от този вид все още не са достигнали експлоатация. Основните причини за липсата на реален успех са проблемите със създаването на достатъчно здрава структура, както и трудностите при изстрелване и след това поддържане на ударна вълна с използване на съществуващи горива.
Един от най -новите местни проекти в областта на детонационните ракетни двигатели стартира през 2014 г. и се разработва в НПО „Енергомаш“на Академик В. П. Глушко. Според наличните данни целта на проекта с код „Ifrit“е била да се проучат основните принципи на новата технология с последващото създаване на ракетно двигател с течно гориво, използващ керосин и газообразен кислород. Новият двигател, кръстен на огнените демони от арабския фолклор, се основава на принципа на изгаряне със спинова детонация. По този начин, в съответствие с основната идея на проекта, ударната вълна трябва непрекъснато да се движи в кръг вътре в горивната камера.
Главен разработчик на новия проект беше НПО "Енергомаш", или по -скоро специална лаборатория, създадена на негова основа. Освен това в работата бяха включени няколко други организации за научноизследователска и развойна дейност. Програмата получи подкрепа от Фондация за разширени изследвания. Със съвместни усилия всички участници в проекта Ifrit успяха да формират оптимален вид на обещаващ двигател, както и да създадат модел горивна камера с нови принципи на работа.
За изучаване на перспективите на цялата посока и нови идеи се използва т.нар. модел детонационна горивна камера, която отговаря на изискванията на проекта. Такъв опитен двигател с намалена конфигурация е трябвало да използва течен керосин като гориво. Кислородният газ беше предложен като окислител. През август 2016 г. започна тестване на прототип на камера. Важно е, че за първи път в историята проект от този вид беше изведен на етапа на стендовите тестове. По -рано бяха разработени местни и чуждестранни ракетни двигатели с детонация, но не бяха тествани.
По време на тестовете на моделната извадка бяха получени много интересни резултати, показващи правилността на използваните подходи. Така че, поради използването на подходящи материали и технологии, се оказа, че налягането в горивната камера се довежда до 40 атмосфери. Тягата на експерименталния продукт достигна 2 тона.
Моделна камера на изпитвателен стенд
Определени резултати бяха получени в рамките на проекта Ifrit, но местният детонационен двигател с течно гориво все още е далеч от пълноценното практическо приложение. Преди въвеждането на такова оборудване в нови технологични проекти, дизайнерите и учените трябва да решат редица от най -сериозните проблеми. Само тогава ракетно -космическата индустрия или отбранителната индустрия ще могат да започнат да реализират потенциала на новата технология на практика.
В средата на януари „Российская газета“публикува интервю с главния конструктор на НПО „Енергомаш“Петър Левочкин относно текущото състояние на нещата и перспективите за взривни двигатели. Представителят на компанията разработчик припомни основните разпоредби на проекта, а също така засегна темата за постигнатите успехи. Освен това той говори за възможните области на приложение на „Ifrit“и подобни структури.
Например, двигатели за детонация могат да се използват в хиперзвукови самолети. П. Льовочкин припомни, че двигателите, предложени сега за използване на такова оборудване, използват дозвуково горене. При хиперзвукова скорост на летателния апарат въздухът, постъпващ в двигателя, трябва да се забави до звуков режим. Енергията на спиране обаче трябва да доведе до допълнителни топлинни натоварвания на корпуса. При детонационни двигатели скоростта на изгаряне на горивото достига най -малко М = 2, 5. Това прави възможно увеличаването на скоростта на полета на самолета. Такава машина с двигател тип детонация ще може да ускорява до скорости осем пъти по -високи от скоростта на звука.
Реалните перспективи за ракетни двигатели от тип детонация обаче все още не са много големи. Според П. Льовочкин, „току -що отворихме вратата към зоната на изгаряне с детонация“. Учените и дизайнерите ще трябва да проучат много въпроси и едва след това ще бъде възможно да се създадат структури с практически потенциал. Поради това космическата индустрия ще трябва да използва традиционните двигатели с течно гориво за дълго време, което обаче не отрича възможността за по-нататъшното им усъвършенстване.
Интересен факт е, че детонационният принцип на горене се използва не само в областта на ракетните двигатели. Вече има местен проект за авиационна система с горивна камера с детонационен тип, работеща на импулсен принцип. Прототип от този вид беше изложен на изпитание и в бъдеще може да даде начало на нова посока. Новите двигатели с горещо горене могат да намерят приложение в голямо разнообразие от области и частично да заменят традиционните газотурбинни или турбореактивни двигатели.
Вътрешният проект за детонационен самолетен двигател се разработва в OKB im. A. M. Люлка. Информация за този проект беше представена за първи път на миналогодишния международен военно-технически форум "Армия-2017". На щанда на компанията-разработчик имаше материали за различни двигатели, както серийни, така и в процес на разработка. Сред последните имаше обещаваща проба за детонация.
Същността на новото предложение е да се използва нестандартна горивна камера, способна да изгаря гориво с импулсна детонация във въздушна атмосфера. В този случай честотата на "експлозии" вътре в двигателя трябва да достигне 15-20 kHz. В бъдеще е възможно допълнително да се увеличи този параметър, в резултат на което шумът на двигателя ще надхвърли диапазона, възприет от човешкото ухо. Такива характеристики на двигателя могат да представляват известен интерес.
Първо пускане на експерименталния продукт "Ifrit"
Основните предимства на новата електроцентрала обаче са свързани с подобрени характеристики. Стендовите тестове на прототипи показват, че те надвишават традиционните газотурбинни двигатели с около 30% по специфични показатели. По времето на първата публична демонстрация на материали на двигателя OKB im. A. M. Люлките успяха да получат доста високи характеристики. Опитен двигател от нов тип успя да работи 10 минути без прекъсване. Общото време на работа на този продукт на щанда по това време надвишава 100 часа.
Представители на компанията за развитие посочиха, че вече е възможно да се създаде нов детонационен двигател с тяга 2-2,5 тона, подходящ за монтаж на леки самолети или безпилотни летателни апарати. При проектирането на такъв двигател се предлага използването на т.нар. резонаторни устройства, отговорни за правилния ход на изгаряне на гориво. Важно предимство на новия проект е фундаменталната възможност за инсталиране на такива устройства навсякъде в корпуса.
Експерти на ОКБ им. A. M. Люлките работят над самолетни двигатели с изгаряне с импулсна детонация повече от три десетилетия, но досега проектът не е напуснал етапа на изследване и няма реални перспективи. Основната причина е липсата на поръчка и необходимото финансиране. Ако проектът получи необходимата подкрепа, тогава в обозримо бъдеще може да бъде създаден образец на двигател, подходящ за използване на различно оборудване.
Към днешна дата руските учени и дизайнери са успели да покажат много забележителни резултати в областта на реактивните двигатели, използвайки нови принципи на работа. Има няколко проекта едновременно, подходящи за използване в ракетно-космическото пространство и хиперзвуковите области. Освен това новите двигатели могат да се използват и в „традиционната“авиация. Някои проекти са все още в начален етап и все още не са готови за проверки и друга работа, докато в други области вече са получени най -забележителните резултати.
Разследвайки темата за реактивни двигатели с горене с взрив, руските специалисти успяха да създадат модел на стендов модел на горивна камера с желаните характеристики. Експерименталният продукт "Ifrit" вече е преминал тестове, по време на които е събрано голямо количество разнообразна информация. С помощта на получените данни развитието на направлението ще продължи.
Овладяването на нова посока и превеждането на идеи в практически приложима форма ще отнеме много време и поради тази причина в обозримо бъдеще космическите и армейските ракети в обозримо бъдеще ще бъдат оборудвани само с традиционни двигатели с течно гориво. Въпреки това работата вече е напуснала чисто теоретичния етап и сега всяко изпитателно пускане на експериментален двигател приближава момента на изграждане на пълноценни ракети с нови електроцентрали.
