Die bestaande aandrywingstelsels vir lugvaart en missiele vertoon baie hoë werkverrigting, maar kom naby die grens van hul vermoëns. Om die stootparameters verder te verhoog, wat 'n grondslag vir die ontwikkeling van die lugvaart -vuurpyl- en ruimtevaartbedryf skep, is ander enjins nodig, insluitend met nuwe werksbeginsels. Groot hoop word gevestig op die sg. ontploffingsenjins. Sulke polsklasstelsels word reeds in laboratoriums en op vliegtuie getoets.
Fisiese beginsels
Bestaande en werkende vloeibare brandstofmotors gebruik subsoniese verbranding of ontbranding. 'N Chemiese reaksie wat brandstof en 'n oksideermiddel insluit, vorm 'n voorkant wat met 'n subsoniese spoed deur die verbrandingskamer beweeg. Hierdie verbranding beperk die hoeveelheid en spoed van reaktiewe gasse wat uit die spuitstuk vloei. Gevolglik is die maksimum krag ook beperk.
Ontploffing is 'n alternatief. In hierdie geval beweeg die reaksiefront met 'n supersoniese spoed en vorm 'n skokgolf. Hierdie verbrandingsmetode verhoog die opbrengs van gasvormige produkte en bied groter trekkrag.
Die ontploffingsenjin kan in twee weergawes vervaardig word. Terselfdertyd word impuls- of polsende motors (IDD / PDD) en roterende / roterende motors ontwikkel. Hulle verskil lê in die beginsels van verbranding. Die roterende enjin behou 'n konstante reaksie, terwyl die impuls -enjin deur opeenvolgende "ontploffings" van 'n mengsel van brandstof en oksideermiddel werk.
Impulse vorm stoot
In teorie is die ontwerp daarvan nie ingewikkelder as 'n tradisionele raket-enjin met raket- of vloeistofdrywing nie. Dit bevat 'n verbrandingskamer en spuitstuk, asook middele vir die toevoer van brandstof en oksideermiddel. In hierdie geval word spesiale beperkings opgelê op die sterkte en duursaamheid van die struktuur wat verband hou met die eienaardighede van die enjin.
Tydens die operasie verskaf die inspuiters brandstof aan die verbrandingskamer; die oksideermiddel word deur 'n luginlaatapparaat uit die atmosfeer voorsien. Na die vorming van die mengsel vind ontsteking plaas. As gevolg van die korrekte keuse van brandstofkomponente en mengverhoudings, die optimale ontstekingsmetode en die opset van die kamer, word 'n skokgolf gevorm wat in die rigting van die enjinstuit beweeg. Die huidige tegnologiese vlak maak dit moontlik om 'n golfsnelheid van tot 2,5-3 km / s te verkry met 'n ooreenstemmende toename in stootkrag.
IDD gebruik 'n polsende beginsel van werking. Dit beteken dat na ontploffing en die vrystelling van reaktiewe gasse die verbrandingskamer uitgeblaas word, weer gevul word met 'n mengsel - en 'n nuwe "ontploffing" volg. Om 'n hoë en stabiele stukrag te verkry, moet hierdie siklus met 'n hoë frekwensie, van tienduisende tot duisende kere per sekonde, uitgevoer word.
Moeilikhede en voordele
Die grootste voordeel van die IDD is die teoretiese moontlikheid om verbeterde eienskappe te verkry wat beter is as bestaande en voornemende ramjet- en vloeistofdryf-enjins. Dus, met dieselfde dryfkrag, blyk die impulsmotor meer kompak en ligter te wees. Gevolglik kan 'n kragtiger eenheid in dieselfde dimensies geskep word. Boonop is so 'n enjin eenvoudiger in ontwerp, aangesien dit nie 'n deel van die instrumentasie nodig het nie.
IDD is operasioneel in 'n wye reeks snelhede, van nul (aan die begin van die vuurpyl) tot hipersonies. Dit kan toepassing vind in vuurpyl- en ruimtestelsels en in lugvaart - op burgerlike en militêre gebiede. In alle gevalle maak die kenmerkende eienskappe dit moontlik om sekere voordele bo tradisionele stelsels te verkry. Afhangende van die behoeftes, is dit moontlik om 'n vuurpyl-IDD te skep met 'n oksideermiddel uit 'n tenk, of 'n lugreaktiewe een wat suurstof uit die atmosfeer neem.
Daar is egter beduidende nadele en probleme. Om 'n nuwe rigting te bemeester, is dit dus nodig om verskeie taamlik ingewikkelde studies en eksperimente op die kruising van verskillende wetenskappe en dissiplines uit te voer. Die spesifieke werkingsbeginsel stel spesiale vereistes vir die enjinontwerp en die materiaal daarvan. Die prys van hoë stootkrag is verhoogde vragte wat die enjinstruktuur kan beskadig of vernietig.
Die uitdaging is om 'n hoë hoeveelheid brandstof- en oksidantaflewering te verseker, wat ooreenstem met die vereiste ontploffingsfrekwensie, sowel as om 'n suiwering uit te voer voor die lewering van brandstof. Boonop is 'n aparte ingenieursprobleem die begin van 'n skokgolf tydens elke siklus.
Daar moet op gelet word dat die IDD tot dusver, ondanks al die pogings van wetenskaplikes en ontwerpers, nie gereed is om verder te gaan as laboratoriums en toetsplekke nie. Ontwerpe en tegnologieë moet verder ontwikkel word. Daarom is dit nog nie nodig om oor die bekendstelling van nuwe enjins in die praktyk te praat nie.
Geskiedenis van tegnologie
Dit is vreemd dat die beginsel van 'n polsende ontploffingsenjin eers nie deur wetenskaplikes nie, maar deur wetenskapfiksieskrywers voorgestel is. Byvoorbeeld, die duikboot "Pioneer" uit die roman van G. Adamov "The Mystery of Two Oceans" gebruik IDD op 'n waterstof-suurstof gasmengsel. Soortgelyke idees kom voor in ander kunswerke.
Wetenskaplike navorsing oor die onderwerp ontploffingsenjins het 'n bietjie later, in die veertigerjare, begin, en die pioniers van die rigting was Sowjet -wetenskaplikes. In die toekoms, in verskillende lande, is herhaaldelik pogings aangewend om 'n ervare IDD te skep, maar hul sukses is ernstig beperk deur die gebrek aan die nodige tegnologie en materiaal.
Op 31 Januarie 2008 het die DARPA-agentskap van die Amerikaanse departement van verdediging en die lugmaglaboratorium begin om die eerste vlieënde laboratorium met 'n lug-asemhalingstipe IDD te toets. Die oorspronklike enjin is geïnstalleer op 'n aangepaste Long-EZ-vliegtuig van Scale Composites. Die kragsentrale het vier buisvormige verbrandingskamers met vloeibare brandstof en luginlaat uit die atmosfeer ingesluit. By 'n ontploffingsfrekwensie van 80 Hz het 'n stoot van ongeveer. 90 kgf, wat net genoeg was vir 'n ligte vliegtuig.
Hierdie toetse toon die fundamentele geskiktheid van die IDD vir gebruik in die lugvaart aan, en toon ook aan dat dit nodig is om ontwerpe te verbeter en hul eienskappe te verhoog. In dieselfde 2008 is die prototipe vliegtuie na die museum gestuur, en DARPA en verwante organisasies het voortgegaan om te werk. Daar is berig oor die moontlikheid om IDD in belowende missielstelsels te gebruik - maar tot dusver is dit nie ontwikkel nie.
In ons land is die onderwerp IDD bestudeer op die vlak van teorie en praktyk. In 2017 verskyn daar byvoorbeeld 'n artikel oor toetse van 'n ontploffingsramjet -enjin wat op gasvormige waterstof werk, in die tydskrif Combustion and Explosion. Daar word ook voortgegaan met roterende ontploffingsenjins. 'N Vloeistofdrywende vuurpylmotor, geskik vir gebruik op missiele, is ontwikkel en getoets. Die kwessie van die gebruik van sulke tegnologieë in vliegtuigmotors word bestudeer. In hierdie geval is die ontploffingsverbrandingskamer geïntegreer in die turbojet -enjin.
Tegnologie Perspektief
Ontploffingsenjins is van groot belang uit die oogpunt van hul toepassing op verskillende terreine en gebiede. As gevolg van die verwagte toename in die hoofkenmerke, kan hulle ten minste die stelsels van bestaande klasse uitdruk. Die kompleksiteit van teoretiese en praktiese ontwikkeling laat hulle egter nog nie in die praktyk gebruik nie.
Positiewe neigings is egter die afgelope paar jaar waargeneem. Ontploffingsenjins in die algemeen, insluitend pols, verskyn toenemend in die nuus uit laboratoriums. Die ontwikkeling van hierdie rigting duur voort, en in die toekoms kan dit die gewenste resultate lewer, hoewel die tydsberekening van die voorkoms van belowende monsters, die kenmerke en toepassingsgebiede daarvan nog steeds ter sprake is. Met die boodskappe van die afgelope jare kan ons egter optimisties na die toekoms kyk.
