I slutet av januari rapporterades nya framsteg inom rysk vetenskap och teknik. Från officiella källor blev det känt att ett av de inhemska projekten för en lovande jetmotor av detonationstyp redan har passerat teststadiet. Detta för närmare ögonblicket för fullständigt slutförande av allt nödvändigt arbete, enligt resultaten av vilka rymd- eller militära missiler av rysk design kommer att kunna få nya kraftverk med ökade egenskaper. Dessutom kan de nya principerna för motordrift användas inte bara inom missiler, utan även inom andra områden.
I slutet av januari berättade vice premiärminister Dmitry Rogozin för den inhemska pressen om forskningsorganisationernas senaste framgångar. Bland andra ämnen berörde han processen att skapa jetmotorer med hjälp av nya driftsprinciper. En lovande motor med detonationsförbränning har redan testats. Enligt vice premiärministern tillåter användningen av nya driftsprinciper för kraftverket en betydande prestandahöjning. I jämförelse med strukturer av traditionell arkitektur observeras en ökning av dragkraften med cirka 30%.
Detonation raketmotordiagram
Moderna raketmotorer av olika klasser och typer, som drivs inom olika områden, använder den s.k. isobarisk cykel eller förbränning av deflagration. Deras förbränningskammare håller ett konstant tryck vid vilket bränslet brinner långsamt. En motor baserad på deflagrationsprinciper behöver inte särskilt hållbara enheter, men den är begränsad i maximal prestanda. Att öka de grundläggande egenskaperna, från en viss nivå, visar sig vara orimligt svårt.
Ett alternativ till en motor med en isobarisk cykel i samband med förbättrad prestanda är ett system med den s.k. detonationsförbränning. I detta fall sker bränslets oxidationsreaktion bakom chockvågen som rör sig med hög hastighet genom förbränningskammaren. Detta ställer speciella krav på motordesignen, men ger samtidigt uppenbara fördelar. När det gäller bränsleförbränningseffektivitet är detonationsförbränning 25% bättre än förbränning av bränning. Det skiljer sig också från förbränning med konstant tryck genom den ökade värmeutsläppseffekten per ytenhet på reaktionsfronten. I teorin är det möjligt att öka denna parameter med tre till fyra storleksordningar. Som en konsekvens kan hastigheten för de reaktiva gaserna ökas 20-25 gånger.
Således kan detonationsmotorn med sin ökade effektivitet utveckla mer dragkraft med lägre bränsleförbrukning. Dess fördelar jämfört med traditionella mönster är uppenbara, men fram till nyligen lämnade framsteg inom detta område mycket att önska. Principerna för en detonations jetmotor formulerades redan 1940 av den sovjetiska fysikern Ya. B. Zeldovich, men färdiga produkter av detta slag har ännu inte nått utnyttjande. De främsta orsakerna till bristen på verklig framgång är problem med skapandet av en tillräckligt stark struktur, liksom svårigheten att starta och sedan upprätthålla en chockvåg med hjälp av befintliga bränslen.
Ett av de senaste inhemska projekten inom detonationsraketmotorer lanserades 2014 och utvecklas på NPO Energomash uppkallat efter Akademiker V. P. Glushko. Enligt tillgängliga data var målet för projektet med koden "Ifrit" att studera de grundläggande principerna för ny teknik med efterföljande skapande av en vätskedrivande raketmotor med fotogen och gasformigt syre. Den nya motorn, uppkallad efter branddemonerna från arabisk folklore, baserades på principen om förbränning av centrifugering. I enlighet med projektets huvudidé måste således chockvågen kontinuerligt röra sig i en cirkel inuti förbränningskammaren.
Huvudutvecklare för det nya projektet var NPO Energomash, eller snarare ett speciellt laboratorium som skapades på grundval av detta. Dessutom var flera andra forsknings- och utvecklingsorganisationer inblandade i arbetet. Programmet fick stöd från Advanced Research Foundation. Genom gemensamma ansträngningar kunde alla deltagare i Ifrit -projektet skapa ett optimalt utseende för en lovande motor, samt skapa en modellförbränningskammare med nya driftsprinciper.
För att studera utsikterna för hela riktningen och nya idéer, en s.k. modell detonation förbränningskammare som uppfyller kraven i projektet. En så erfaren motor med reducerad konfiguration var tänkt att använda flytande fotogen som bränsle. Syregas föreslogs som ett oxidationsmedel. I augusti 2016 började testning av en prototypkamera. Det är viktigt att ett projekt av detta slag för första gången i historien togs till stadiet av bänkprov. Tidigare utvecklades inhemska och utländska detonationsraketmotorer, men testades inte.
Under testerna av modellprovet erhölls mycket intressanta resultat som visar riktigheten i de metoder som används. Så på grund av användningen av rätt material och teknik visade det sig att trycket inuti förbränningskammaren kom till 40 atmosfärer. Kraften i den experimentella produkten nådde 2 ton.
Modellkammare på en testbänk
Vissa resultat uppnåddes inom ramen för Ifrit-projektet, men den inhemska vätskedrivna detonationsmotorn är fortfarande långt ifrån fullfjädrad praktisk tillämpning. Innan sådan utrustning introduceras i nya teknikprojekt måste designers och forskare lösa ett antal av de allvarligaste problemen. Först då kommer raket- och rymdindustrin eller försvarsindustrin att kunna börja inse den nya teknikens potential i praktiken.
I mitten av januari publicerade Rossiyskaya Gazeta en intervju med chefsdesignern för NPO Energomash, Petr Levochkin, om det aktuella läget och utsikterna för detonationsmotorer. Företrädaren för utvecklarföretaget erinrade om de viktigaste bestämmelserna i projektet och berörde också temat för de framgångar som uppnåtts. Dessutom talade han om möjliga tillämpningsområden för "Ifrit" och liknande strukturer.
Till exempel kan detonationsmotorer användas i hypersoniska flygplan. P. Lyovochkin erinrade om att de motorer som nu föreslås för användning på sådan utrustning använder subsonisk förbränning. Vid flygningens överljudshastighet måste luften som kommer in i motorn bromsas till ljudläget. Bromsenergin måste dock leda till ytterligare termiska belastningar på flygplanet. I detonationsmotorer når bränsleförbränningshastigheten minst M = 2, 5. Detta gör det möjligt att öka flygplanets flyghastighet. En sådan maskin med en motor av detonationstyp kommer att kunna accelerera till hastigheter åtta gånger ljudets hastighet.
Men de verkliga utsikterna för raketmotorer av detonationstyp är ännu inte särskilt stora. Enligt P. Lyovochkin, vi "öppnade precis dörren till området för detonationsförbränning." Forskare och designers kommer att behöva studera många frågor, och först efter det kommer det att vara möjligt att skapa strukturer med praktisk potential. På grund av detta kommer rymdindustrin att behöva använda traditionella flytande drivmotorer under lång tid, vilket dock inte förnekar möjligheten till ytterligare förbättring.
Ett intressant faktum är att detonationsprincipen för förbränning används inte bara inom raketmotorer. Det finns redan ett inhemskt projekt för ett luftfartssystem med en förbränningskammare av detonationstyp som arbetar på en pulsprincip. En prototyp av detta slag testades, och i framtiden kan det ge en början på en ny riktning. Nya motorer med förbränningsförbränning kan användas i en mängd olika områden och delvis ersätta traditionella gasturbin- eller turbojetmotorer.
Det inhemska projektet för en detonationsflygmotor utvecklas vid OKB im. A. M. Vagga. Information om detta projekt presenterades första gången på förra årets internationella militärtekniska forum "Army-2017". På monteringen av företagsutvecklaren fanns material på olika motorer, både seriella och under utveckling. Bland de senare fanns ett lovande detonationsprov.
Kärnan i det nya förslaget är att använda en icke-standardiserad förbränningskammare som kan pulsera detonationsförbränning av bränsle i en luftatmosfär. I detta fall måste frekvensen av "explosioner" inuti motorn nå 15-20 kHz. I framtiden är det möjligt att ytterligare öka denna parameter, vilket resulterar i att motorljudet kommer att gå utöver det område som uppfattas av det mänskliga örat. Sådana motoregenskaper kan vara av något intresse.
Första lanseringen av experimentprodukten "Ifrit"
De främsta fördelarna med det nya kraftverket är dock förknippade med förbättrad prestanda. Bänkprov av prototyper har visat att de överskrider traditionella gasturbinmotorer med cirka 30% i specifika indikatorer. Vid den första offentliga demonstrationen av material på motorn OKB im. A. M. Vaggarna kunde få ganska höga prestandaegenskaper. En erfaren motor av en ny typ kunde arbeta i 10 minuter utan avbrott. Den totala drifttiden för denna produkt vid montern vid den tiden översteg 100 timmar.
Representanter för utvecklingsföretaget indikerade att det redan är möjligt att skapa en ny detonationsmotor med en dragkraft på 2-2,5 ton, lämplig för installation på lätta flygplan eller obemannade flygbilar. Vid utformningen av en sådan motor föreslås att man använder den s.k. resonatoranordningar som ansvarar för korrekt bränsleförbränning. En viktig fördel med det nya projektet är den grundläggande möjligheten att installera sådana enheter var som helst i flygramen.
Experter på OKB dem. A. M. Vaggarna har arbetat med flygmotorer med impulsdetonationsförbränning i mer än tre decennier, men hittills har projektet inte lämnat forskningsstadiet och har inga verkliga utsikter. Den främsta orsaken är bristen på en order och nödvändig finansiering. Om projektet får det nödvändiga stödet kan en överskådlig motor skapas inom överskådlig framtid, lämplig för användning på olika utrustningar.
Hittills har ryska forskare och designers lyckats visa mycket anmärkningsvärda resultat inom jetmotorer med hjälp av nya driftsprinciper. Det finns flera projekt på en gång lämpliga för användning i raket-rymden och hypersoniska områden. Dessutom kan de nya motorerna också användas i "traditionell" luftfart. Vissa projekt är fortfarande i ett tidigt skede och är ännu inte redo för inspektioner och andra arbeten, medan på andra områden har de mest anmärkningsvärda resultaten redan uppnåtts.
Genom att undersöka ämnet detonationsförbränningsstråle -motorer kunde ryska specialister skapa en bänkmodell av en förbränningskammare med önskade egenskaper. Den experimentella produkten "Ifrit" har redan klarat tester, under vilka en stor mängd olika uppgifter samlades in. Med hjälp av de inhämtade uppgifterna fortsätter utvecklingen av riktningen.
Att behärska en ny riktning och översätta idéer till en praktiskt tillämpbar form kommer att ta mycket tid, och av den anledningen kommer rymd- och arméraketer inom överskådlig framtid endast att utrustas med traditionella flytande drivmotorer. Ändå har arbetet redan lämnat det rent teoretiska stadiet, och nu för varje testlansering av en experimentmotor närmare ögonblicket för att bygga fullfjädrade missiler med nya kraftverk.
