موتور موشک انفجاری: آزمایشات، اصل عملکرد، مزایا

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

اکتشاف فضایی به طور غیرارادی با فضاپیما مرتبط است. قلب هر پرتابگر موتور آن است. باید اولین سرعت فضایی - حدود 7.9 کیلومتر بر ثانیه برای رساندن فضانوردان به مدار و دومین سرعت فضایی برای غلبه بر میدان گرانشی سیاره را توسعه دهد.

دستیابی به این امر آسان نیست، اما دانشمندان دائماً به دنبال راه های جدیدی برای حل این مشکل هستند. طراحان روسیه حتی فراتر رفتند و موفق به ساخت موتور موشک انفجاری شدند که آزمایشات آن با موفقیت به پایان رسید. این دستاورد را می توان یک پیشرفت واقعی در زمینه مهندسی فضا نامید.

ویژگی های جدید

چرا امید زیادی به موتورهای انفجاری وجود دارد؟ به گفته دانشمندان، قدرت آنها 10 هزار برابر بیشتر از قدرت موتورهای موشکی موجود خواهد بود. در عین حال، آنها سوخت بسیار کمتری مصرف می کنند و تولید آنها با هزینه کم و سودآوری متمایز می شود. با چیهمرتبط؟

همه چیز در مورد واکنش اکسیداسیون سوخت است. اگر راکت های مدرن از فرآیند deflagration استفاده می کنند - احتراق آهسته (فرع صوت) سوخت در فشار ثابت، موتور موشک انفجاری به دلیل انفجار، انفجار مخلوط قابل احتراق کار می کند. با سرعت مافوق صوت می سوزد و همزمان با انتشار موج ضربه ای مقادیر زیادی انرژی گرمایی آزاد می کند.

توسعه و آزمایش نسخه روسی موتور انفجار توسط آزمایشگاه تخصصی "Detonation LRE" به عنوان بخشی از مجموعه تولیدی "Energomash" انجام شد.

برتری موتورهای جدید

دانشمندان برجسته جهان ۷۰ سال است که در حال مطالعه و توسعه موتورهای انفجاری هستند. دلیل اصلی جلوگیری از ایجاد این نوع موتورها، احتراق خود به خودی کنترل نشده سوخت است. علاوه بر این، اختلاط موثر سوخت و اکسید کننده و همچنین یکپارچه سازی نازل و ورودی هوا در دستور کار قرار گرفت.

با رفع این مشکلات می توان موتور موشک انفجاری ایجاد کرد که از نظر مشخصات فنی زمان را از بین می برد. در عین حال، دانشمندان به مزایای آن می گویند:

1. قابلیت توسعه سرعت در محدوده های مافوق صوت و مافوق صوت.
2. طراحی بسیاری از قطعات متحرک.
3. جرم و هزینه کمتر نیروگاه.
4. بازده ترمودینامیکی بالا.

این نوع موتور به صورت سری تولید نشد. اولین بار در سال 2008 بر روی هواپیماهای کم پرواز آزمایش شد. موتور انفجار برای وسایل نقلیه پرتاب برای اولین بار توسط دانشمندان روسی آزمایش شد. به همین دلیل است که به این رویداد اهمیت زیادی داده می شود.

اصل کار: پالس و پیوسته

در حال حاضر، دانشمندان در حال توسعه تاسیساتی با جریان کاری ضربانی و مداوم هستند. اصل کار یک موتور موشک انفجاری با طرح عملیات پالسی مبتنی بر پر شدن چرخه ای محفظه احتراق با مخلوط قابل احتراق، احتراق متوالی آن و انتشار محصولات احتراق در محیط است.

بر این اساس، در یک فرآیند کار مداوم، سوخت به طور مداوم به محفظه احتراق وارد می شود، سوخت در یک یا چند موج انفجاری می سوزد که به طور مداوم در سراسر جریان در گردش هستند. مزایای چنین موتورهایی عبارتند از:

1. سوخت یکبار احتراق.
2. طراحی نسبتاً ساده.
3. اندازه و وزن واحدها.
4. استفاده کارآمدتر از مخلوط قابل احتراق.
5. صدا، لرزش و انتشار کم.

در آینده، با استفاده از این مزایا، یک موتور موشک پیشران مایع انفجاری با عملکرد مداوم به دلیل وزن، اندازه و ویژگی های هزینه، جایگزین همه تاسیسات موجود خواهد شد.

موتور انفجار آزمایشی

اولین آزمایشات نصب انفجار داخلی در چارچوبطرحی که توسط وزارت آموزش و پرورش ایجاد شده است. یک موتور کوچک با محفظه احتراق 100 میلی متر قطر و عرض کانال حلقوی 5 میلی متر به عنوان نمونه اولیه ارائه شد. آزمایش ها بر روی یک پایه ویژه انجام شد، شاخص ها هنگام کار بر روی انواع مختلف مخلوط قابل احتراق - هیدروژن-اکسیژن، گاز طبیعی-اکسیژن، پروپان-بوتان-اکسیژن ثبت شد.

آزمایش موتور موشک انفجاری با سوخت اکسیژن-هیدروژن ثابت کرد که چرخه ترمودینامیکی این واحدها 7 درصد کارآمدتر از واحدهای دیگر است. علاوه بر این، به طور تجربی تأیید شد که با افزایش مقدار سوخت عرضه شده، رانش نیز افزایش می‌یابد، همچنین تعداد امواج انفجار و سرعت چرخش افزایش می‌یابد.

آنالوگ در کشورهای دیگر

موتورهای انفجاری توسط دانشمندان کشورهای پیشرو جهان در حال توسعه هستند. طراحان از ایالات متحده آمریکا بیشترین موفقیت را در این مسیر به دست آورده اند. آنها در مدل های خود یک حالت عملیاتی پیوسته یا چرخشی را پیاده سازی کردند. ارتش آمریکا قصد دارد از این تاسیسات برای تجهیز کشتی های سطحی استفاده کند. به دلیل وزن سبک تر و اندازه کوچک با قدرت خروجی بالا، آنها به افزایش کارایی قایق های رزمی کمک می کنند.

مخلوط استوکیومتری هیدروژن و اکسیژن توسط یک موتور موشک انفجاری آمریکایی استفاده می شود. مزایای چنین منبع انرژی در درجه اول اقتصادی است - اکسیژن دقیقاً به همان اندازه می سوزد که برای اکسید شدن هیدروژن لازم است. در حال حاضر برایدولت آمریکا چندین میلیارد دلار برای تأمین سوخت کربن کشتی‌های جنگی هزینه می‌کند. سوخت استوکیومتری هزینه ها را چندین برابر کاهش می دهد.

جهت ها و چشم اندازهای توسعه بیشتر

داده‌های جدید به‌دست‌آمده در نتیجه آزمایش‌های موتورهای انفجار، استفاده از روش‌های اساساً جدید را برای ساختن طرحی برای کار بر روی سوخت مایع تعیین کرد. اما برای کارکرد، اینگونه موتورها به دلیل مقدار زیادی انرژی حرارتی آزاد شده باید مقاومت حرارتی بالایی داشته باشند. در حال حاضر، یک پوشش ویژه در حال توسعه است که عملکرد محفظه احتراق را در معرض دمای بالا تضمین می کند.

جایگاه ویژه در تحقیقات بیشتر، ایجاد سرهای اختلاط است که با آن می توان قطرات مواد قابل احتراق را با اندازه، غلظت و ترکیب معین به دست آورد. برای رسیدگی به این مسائل، یک موتور موشک پیشران مایع انفجاری جدید ایجاد خواهد شد که پایه و اساس کلاس جدیدی از وسایل نقلیه پرتاب خواهد شد.