เครื่องยนต์ระเบิดแบบเร้าใจได้รับการทดสอบในรัสเซีย
สำนักออกแบบทดลอง Lyulka พัฒนา ผลิต และทดสอบต้นแบบของเครื่องยนต์จุดระเบิดแบบเรโซเนเตอร์ที่มีการเผาไหม้สองขั้นตอนของส่วนผสมน้ำมันก๊าด-อากาศ ตามที่รายงานโดย ITAR-TASS แรงขับของเครื่องยนต์ที่วัดได้โดยเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณหนึ่งร้อยกิโลกรัม และระยะเวลาของการทำงานต่อเนื่องมากกว่าสิบนาที ภายในสิ้นปีนี้ สำนักออกแบบตั้งใจที่จะผลิตและทดสอบเครื่องสั่นขนาดเต็ม เครื่องยนต์ระเบิด.
ตามที่ Alexander Tarasov หัวหน้านักออกแบบของ Lyulka Design Bureau กล่าวในระหว่างการทดสอบที่พวกเขาจำลอง โหมดการทำงานลักษณะของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทและแรมเจ็ท ค่าที่วัดได้ แรงผลักดันเฉพาะและ การบริโภคที่เฉพาะเจาะจงเชื้อเพลิงดีกว่าอากาศธรรมดาถึง 30-50 เปอร์เซ็นต์ เครื่องยนต์ไอพ่น- ในระหว่างการทดลอง เครื่องยนต์ใหม่ถูกเปิดและปิดซ้ำๆ กัน รวมถึงระบบควบคุมการยึดเกาะถนน
จากการวิจัยที่ดำเนินการ ข้อมูลที่ได้จากการทดสอบ รวมถึงการวิเคราะห์การออกแบบวงจร สำนักออกแบบ Lyulka ตั้งใจที่จะเสนอการพัฒนาเครื่องยนต์เครื่องบินระเบิดแบบเร้าใจทั้งตระกูล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องยนต์ที่มีอายุการใช้งานสั้นสามารถสร้างขึ้นสำหรับยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับและขีปนาวุธและ เครื่องยนต์อากาศยานด้วยโหมดการบินเหนือเสียงแบบล่องเรือ
ในอนาคต ด้วยเทคโนโลยีใหม่ เครื่องยนต์สามารถถูกสร้างขึ้นสำหรับระบบจรวดและอวกาศ และโรงไฟฟ้ารวมสำหรับเครื่องบินที่สามารถบินในชั้นบรรยากาศและอื่นๆ ได้
จากข้อมูลของสำนักออกแบบ เครื่องยนต์ใหม่จะเพิ่มอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักของเครื่องบินขึ้น 1.5-2 เท่า นอกจากนี้เมื่อใช้โรงไฟฟ้าดังกล่าว ระยะการบินหรือน้ำหนักของอาวุธเครื่องบินอาจเพิ่มขึ้น 30-50 เปอร์เซ็นต์ โดยที่ แรงดึงดูดเฉพาะเครื่องยนต์ใหม่จะมีขนาดน้อยกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปถึง 1.5-2 เท่า
มีรายงานเมื่อเดือนมีนาคม พ.ศ. 2554 ว่างานกำลังดำเนินการในรัสเซียเพื่อสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบเร้าใจ Ilya Fedorov กรรมการผู้จัดการของสมาคมวิจัยและการผลิตดาวเสาร์กล่าวถึงเรื่องนี้ ซึ่งรวมถึงสำนักออกแบบ Lyulka ด้วย Fedorov ไม่ได้ระบุว่ากำลังหารือเกี่ยวกับเครื่องยนต์ระเบิดประเภทใด
ปัจจุบันมีเครื่องยนต์เร้าใจสามประเภท: วาล์ว, ไม่มีวาล์วและการระเบิด หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าเหล่านี้คือการจ่ายเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์เป็นระยะๆ เข้าไปในห้องเผาไหม้ โดยที่ส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะถูกจุดติดไฟและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะไหลออกจากหัวฉีดเพื่อสร้างแรงขับของไอพ่น ความแตกต่างจากเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปคือการเผาไหม้แบบระเบิดของส่วนผสมเชื้อเพลิงซึ่งด้านหน้าการเผาไหม้จะกระจายออกไป ความเร็วที่เร็วขึ้นเสียง.
ใจสั่น เครื่องยนต์ไอพ่นถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 โดย Martin Wiberg วิศวกรชาวสวีเดน เครื่องยนต์ที่เร้าใจนั้นถือว่าง่ายและราคาถูกในการผลิต แต่เนื่องจากลักษณะของการเผาไหม้เชื้อเพลิงจึงไม่น่าเชื่อถือ เครื่องยนต์ประเภทใหม่นี้ถูกใช้ครั้งแรกในการผลิตระหว่างสงครามโลกครั้งที่สองกับขีปนาวุธร่อน V-1 ของเยอรมัน พวกเขาติดตั้งเครื่องยนต์ Argus As-014 จาก Argus-Werken
ปัจจุบัน บริษัทป้องกันประเทศรายใหญ่หลายแห่งในโลกกำลังมีส่วนร่วมในการวิจัยเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องยนต์ไอพ่นพัลส์ที่มีประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานนี้ดำเนินการโดยบริษัท SNECMA ของฝรั่งเศสและอเมริกา ไฟฟ้าทั่วไปและแพรตต์แอนด์วิทนีย์ ในปี 2012 ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ ได้ประกาศความตั้งใจที่จะพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุน ซึ่งจะมาแทนที่โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแบบธรรมดาบนเรือ
เครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนแตกต่างจากเครื่องยนต์แบบเร้าใจตรงที่การเผาไหม้แบบระเบิดของส่วนผสมเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์นั้นเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ─ ด้านหน้าของการเผาไหม้จะเคลื่อนที่ในห้องเผาไหม้รูปวงแหวนซึ่งมีการต่ออายุส่วนผสมเชื้อเพลิงใหม่อยู่ตลอดเวลา
การทดสอบเครื่องยนต์จุดระเบิด
มูลนิธิเพื่อการศึกษาขั้นสูง
สมาคมวิจัยและการผลิต Energomash ทดสอบห้องจำลองของเครื่องยนต์จรวดระเบิดของเหลวด้วยแรงขับ 2 ตัน Pyotr Levochkin หัวหน้านักออกแบบของ Energomash กล่าวในการให้สัมภาษณ์กับ Rossiyskaya Gazeta ตามที่เขาพูดโมเดลนี้ใช้น้ำมันก๊าดและก๊าซออกซิเจน
การระเบิดคือการเผาไหม้ของสารโดยที่ด้านหน้าของการเผาไหม้แพร่กระจายเร็วกว่าความเร็วของเสียง ในกรณีนี้ คลื่นกระแทกจะแพร่กระจายผ่านสาร ตามมาด้วยปฏิกิริยาทางเคมีพร้อมกับปล่อยความร้อนจำนวนมากออกมา ในเครื่องยนต์จรวดสมัยใหม่ การเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นที่ความเร็วต่ำกว่าเสียง กระบวนการนี้เรียกว่าการยุบตัว
เครื่องยนต์ระเบิดในปัจจุบันแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: แบบพัลส์และแบบหมุน อย่างหลังเรียกอีกอย่างว่าสปิน ใน เครื่องยนต์พัลส์การระเบิดสั้นๆ เกิดขึ้นเมื่อส่วนเล็กๆ ถูกเผาไหม้ ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ- ในการเผาไหม้แบบหมุน การเผาไหม้ของส่วนผสมจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยไม่หยุด
โรงไฟฟ้าดังกล่าวใช้ห้องเผาไหม้รูปวงแหวนซึ่งมีการจ่ายส่วนผสมเชื้อเพลิงตามลำดับผ่านวาล์วที่จัดเรียงตามแนวรัศมี ในโรงไฟฟ้าดังกล่าวการระเบิดจะไม่ตาย - คลื่นการระเบิด "วิ่งไปรอบ ๆ" ห้องเผาไหม้วงแหวนและส่วนผสมเชื้อเพลิงที่อยู่ด้านหลังมีเวลาที่จะต่ออายุตัวเอง มอเตอร์โรตารีเริ่มมีการศึกษาครั้งแรกในสหภาพโซเวียตในปี 1950
เครื่องยนต์ระเบิดสามารถทำงานได้ในช่วงความเร็วการบินที่หลากหลายตั้งแต่ศูนย์ถึงห้าเลขมัค (0-6.2 พันกิโลเมตรต่อชั่วโมง) เชื่อกันว่าโรงไฟฟ้าดังกล่าวสามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้นแต่ใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไป ในเวลาเดียวกันการออกแบบเครื่องยนต์จุดระเบิดนั้นค่อนข้างง่าย: ไม่มีคอมเพรสเซอร์และชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวจำนวนมาก
เครื่องยนต์ระเบิดเหลวตัวใหม่ของรัสเซียกำลังได้รับการพัฒนาร่วมกันโดยหลายสถาบัน รวมถึงสถาบันการบินมอสโก, สถาบันอุทกพลศาสตร์ลาฟเรนเทฟ, ศูนย์เคลดีช, สถาบันวิศวกรรมเครื่องยนต์การบินกลางบารานอฟ และคณะกลศาสตร์และคณิตศาสตร์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก การพัฒนาอยู่ภายใต้การดูแลของมูลนิธิเพื่อการวิจัยขั้นสูง
จากข้อมูลของ Levochkin ในระหว่างการทดสอบ ความดันในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จุดระเบิดอยู่ที่ 40 บรรยากาศ ในขณะเดียวกัน การติดตั้งก็ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือโดยไม่ต้องมี ระบบที่ซับซ้อนระบายความร้อน วัตถุประสงค์ประการหนึ่งของการทดสอบคือเพื่อยืนยันความเป็นไปได้ของการระเบิดของส่วนผสมเชื้อเพลิงออกซิเจนและน้ำมันก๊าด ก่อนหน้านี้มีรายงานว่าความถี่การระเบิดในเครื่องยนต์รัสเซียใหม่คือ 20 กิโลเฮิรตซ์
การทดสอบเครื่องยนต์จรวดระเบิดของเหลวครั้งแรกในฤดูร้อนปี 2559 ไม่ทราบว่าเครื่องยนต์ได้รับการทดสอบอีกครั้งตั้งแต่นั้นมาหรือไม่
เมื่อปลายเดือนธันวาคม 2559 Aerojet Rocketdyne บริษัท อเมริกันได้รับสัญญาจากห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาเพื่อพัฒนาโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแห่งใหม่โดยใช้เครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุน งานที่จะส่งผลให้เกิดการสร้างต้นแบบ การติดตั้งใหม่มีกำหนดแล้วเสร็จภายในกลางปี 2562
ตามการประมาณการเบื้องต้น เครื่องยนต์กังหันก๊าซชนิดใหม่จะมีปริมาณอย่างน้อยห้าเปอร์เซ็นต์ ลักษณะที่ดีที่สุดกว่าการติดตั้งแบบเดิมๆ ในขณะเดียวกัน การติดตั้งเองก็สามารถทำให้มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นได้
วาซิลี ไซเชฟ
เครื่องยนต์ระเบิดนั้นง่ายกว่าและถูกกว่าในการผลิต มีความสำคัญและประหยัดมากกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไป และมีประสิทธิภาพสูงกว่าเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ไอพ่น
คำอธิบาย:
เครื่องยนต์จุดระเบิด (แบบพัลส์ เครื่องยนต์แบบเป็นจังหวะ) กำลังเข้ามาแทนที่เครื่องยนต์ไอพ่นแบบธรรมดา เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของเครื่องยนต์ระเบิด คุณต้องถอดชิ้นส่วนเครื่องยนต์ไอพ่นธรรมดาออก
เครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปได้รับการออกแบบดังนี้
ในห้องเผาไหม้จะเกิดการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ซึ่งเป็นออกซิเจนจากอากาศ ในกรณีนี้ความดันในห้องเผาไหม้จะคงที่ กระบวนการเผาไหม้จะเพิ่มอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดเปลวไฟด้านหน้าคงที่และคงที่ แรงผลักดันของเจ็ทเล็ดลอดออกมาจากหัวฉีด ด้านหน้าของเปลวไฟแบบธรรมดาจะแพร่กระจายในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซด้วยความเร็ว 60-100 ม./วินาที ด้วยเหตุนี้การเคลื่อนไหวจึงเกิดขึ้น อากาศยาน- อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ไอพ่นสมัยใหม่ได้มาถึงขีดจำกัดด้านประสิทธิภาพ กำลัง และคุณลักษณะอื่น ๆ แล้ว การปรับปรุงซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยหรือยากมาก
ในเครื่องยนต์ที่มีการระเบิด (เป็นจังหวะหรือเป็นจังหวะ) การเผาไหม้เกิดขึ้นจากการระเบิด การระเบิดเป็นกระบวนการเผาไหม้ แต่เกิดขึ้นเร็วกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงทั่วไปหลายร้อยเท่า ในระหว่างการเผาไหม้ด้วยการระเบิด จะเกิดคลื่นกระแทกจากการระเบิดและพัดพามันไปด้วยความเร็วเหนือเสียง ประมาณ 2,500 เมตร/วินาที ความดันอันเป็นผลมาจากการระเบิดของการเผาไหม้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่ปริมาตรของห้องเผาไหม้ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้จะหลุดออกไปด้วยความเร็วสูงผ่านหัวฉีด ความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะของคลื่นระเบิดสูงถึงหลายพันต่อวินาที ในคลื่นระเบิดจะไม่ทำให้ส่วนหน้าเปลวไฟคงที่ สำหรับการเต้นแต่ละครั้ง ส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะถูกสร้างใหม่ และคลื่นจะเริ่มต้นอีกครั้ง
แรงดันในเครื่องยนต์จุดระเบิดนั้นถูกสร้างขึ้นโดยการระเบิดเอง ซึ่งช่วยลดการจ่ายส่วนผสมของเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ที่แรงดันสูง ในเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไป จำเป็นต้องจ่ายแรงดันเพื่อสร้างแรงดัน 200 atm ส่วนผสมเชื้อเพลิงภายใต้ความกดดัน 500 atm ในขณะที่อยู่ในเครื่องยนต์จุดระเบิด แรงดันจ่ายส่วนผสมเชื้อเพลิงจะอยู่ที่ 10 atm
ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จุดระเบิดมีโครงสร้างเป็นรูปวงแหวนโดยมีหัวฉีดตั้งอยู่ตามแนวรัศมีเพื่อจ่ายเชื้อเพลิง คลื่นระเบิดวิ่งวนเป็นวงกลมครั้งแล้วครั้งเล่า ส่วนผสมเชื้อเพลิงถูกบีบอัดและเผาไหม้ ผลักผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ผ่านหัวฉีด
ข้อดี:
– เครื่องยนต์ระเบิดผลิตได้ง่ายกว่า ไม่จำเป็นต้องใช้หน่วยเทอร์โบปั๊ม
– ลำดับความสำคัญที่ทรงพลังและประหยัดกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไป
– มีมากขึ้น ประสิทธิภาพสูง,
– ถูกกว่าในการผลิต
– ไม่จำเป็นต้องสร้าง ความดันสูงการจ่ายส่วนผสมเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ทำให้เกิดแรงดันสูงเนื่องจากการระเบิดเอง
– เครื่องยนต์ระเบิดมีกำลังมากกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นธรรมดาถึง 10 เท่าในแง่ของกำลังต่อหน่วยปริมาตร ซึ่งนำไปสู่การลดการออกแบบเครื่องยนต์ระเบิด
– การเผาไหม้แบบระเบิดเร็วกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงทั่วไปถึง 100 เท่า
หมายเหตุ: © รูปภาพ https://www.pexels.com, https://pixabay.com
จริงๆ แล้วอะไรอยู่เบื้องหลังรายงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์จรวดระเบิดเครื่องแรกของโลกที่ทดสอบในรัสเซีย
เมื่อปลายเดือนสิงหาคม 2559 ข่าวดังกล่าวแพร่กระจายไปทั่วสำนักข่าวทั่วโลก: ที่อัฒจันทร์แห่งหนึ่งของ NPO Energomash ใน Khimki ใกล้กรุงมอสโก เครื่องยนต์จรวดเหลวขนาดเต็มเครื่องแรกของโลก (LPRE) ที่ใช้การเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบระเบิดได้เริ่มปฏิบัติการ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของรัสเซียมุ่งสู่งานนี้มาเป็นเวลา 70 ปีแล้ว แนวคิดของเครื่องยนต์ระเบิดถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Ya. B. Zeldovich ในบทความเรื่อง "การใช้พลังงาน" การเผาไหม้แบบระเบิด"ซึ่งตีพิมพ์ในวารสารฟิสิกส์เทคนิคเมื่อปี พ.ศ. 2483 นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ได้มีการวิจัยและทดลองทั่วโลกเกี่ยวกับการนำเทคโนโลยีที่มีศักยภาพมาใช้ในทางปฏิบัติ ด้วยการแข่งขันทางความคิดเช่นนี้ เยอรมนี สหรัฐอเมริกา และสหภาพโซเวียตก็นำหน้าอยู่ และตอนนี้รัสเซียได้รับความสำคัญเป็นอันดับแรกในประวัติศาสตร์เทคโนโลยีโลก ใน ปีที่ผ่านมาไม่บ่อยนักที่ประเทศเราจะอวดเรื่องแบบนี้ได้
บนยอดคลื่น
ทดสอบเครื่องยนต์จรวดเหลวระเบิด
ข้อดีของเครื่องยนต์ระเบิดคืออะไร? ในเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวแบบดั้งเดิม เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์ลูกสูบหรือเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ททั่วไป พลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้จะถูกใช้ ในกรณีนี้เปลวไฟที่อยู่นิ่งจะเกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวซึ่งการเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ กระบวนการเผาไหม้ปกตินี้เรียกว่าการเผาไหม อันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์อุณหภูมิของส่วนผสมของก๊าซจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ลุกเป็นไฟจะระเบิดออกมาจากหัวฉีดซึ่งก่อให้เกิดแรงขับของไอพ่น
การระเบิดก็เป็นการเผาไหม้เช่นกัน แต่เกิดขึ้นเร็วกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงทั่วไปถึง 100 เท่า กระบวนการนี้ดำเนินไปเร็วมากจนสับสนระหว่างการระเบิดกับการระเบิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันปล่อยพลังงานออกมามากจนเครื่องยนต์ของรถยนต์สามารถพังทลายลงได้เมื่อปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในกระบอกสูบ อย่างไรก็ตาม การระเบิดไม่ใช่การระเบิด แต่เป็นการเผาไหม้ที่รวดเร็วมากจนผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาไม่มีเวลาที่จะขยายตัว ดังนั้นกระบวนการนี้จึงเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่และความดันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งต่างจากการเผาไฟ
ในทางปฏิบัติจะมีลักษณะดังนี้: แทนที่จะเป็นหน้าเปลวไฟที่อยู่นิ่ง คลื่นระเบิดจะเกิดขึ้นในส่วนผสมเชื้อเพลิงภายในห้องเผาไหม้ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียง ในคลื่นอัดนี้ การระเบิดของส่วนผสมของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์เกิดขึ้น และกระบวนการนี้จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์จะมีประสิทธิภาพมากกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบธรรมดามาก ประสิทธิภาพของการเผาไหม้ด้วยการระเบิดจะสูงขึ้น 25–30% นั่นคือเมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณเท่ากันจะได้แรงผลักดันมากขึ้นและเนื่องจากความกะทัดรัดของโซนการเผาไหม้เครื่องยนต์จุดระเบิดจึงมีลำดับความสำคัญที่เหนือกว่าในทางทฤษฎี เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว ในแง่ของกำลังต่อหน่วยปริมาตร
เพียงอย่างเดียวก็เพียงพอที่จะดึงดูดความสนใจของผู้เชี่ยวชาญให้มากที่สุดกับแนวคิดนี้ ท้ายที่สุดแล้วความเมื่อยล้าที่เกิดขึ้นในการพัฒนาอวกาศอวกาศโลกซึ่งติดอยู่ในวงโคจรโลกต่ำเป็นเวลาครึ่งศตวรรษนั้นมีความเกี่ยวข้องเป็นหลักกับวิกฤตในการสร้างเครื่องยนต์จรวด อย่างไรก็ตาม การบินก็ตกอยู่ในภาวะวิกฤตเช่นกัน ไม่สามารถข้ามขีดจำกัดของความเร็วเสียงสามระดับได้ วิกฤตนี้สามารถเทียบได้กับสถานการณ์ของเครื่องบินลูกสูบในช่วงปลายทศวรรษ 1930 ใบพัดและเครื่องยนต์ สันดาปภายในหมดศักยภาพและมีเพียงการกำเนิดของเครื่องยนต์ไอพ่นเท่านั้นที่ทำให้สามารถบรรลุคุณภาพสูงได้ ระดับใหม่ระดับความสูง ความเร็ว และระยะการบิน
เครื่องยนต์จรวดระเบิด
ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การออกแบบเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบคลาสสิกได้รับการขัดเกลาเพื่อความสมบูรณ์แบบและเกือบจะถึงขีดจำกัดความสามารถแล้ว เป็นไปได้ที่จะเพิ่มลักษณะเฉพาะของพวกเขาในอนาคตภายในขอบเขตที่น้อยมากเท่านั้น - เพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นนักบินอวกาศโลกจึงถูกบังคับให้ปฏิบัติตามเส้นทางการพัฒนาที่กว้างขวาง: สำหรับเที่ยวบินที่มีคนขับไปยังดวงจันทร์จำเป็นต้องสร้างยานปล่อยขนาดยักษ์และนี่เป็นเรื่องยากมากและมีราคาแพงอย่างไม่น่าเชื่อ อย่างน้อยสำหรับรัสเซีย ความพยายามที่จะเอาชนะวิกฤติด้วยความช่วยเหลือของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ประสบปัญหาสิ่งแวดล้อม อาจเร็วเกินไปที่จะเปรียบเทียบรูปลักษณ์ของเครื่องยนต์จรวดระเบิดกับการเปลี่ยนการบินเป็นการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น แต่พวกมันค่อนข้างสามารถเร่งกระบวนการสำรวจอวกาศได้เร็วขึ้น นอกจากนี้เครื่องยนต์ไอพ่นประเภทนี้ยังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญมากอีกประการหนึ่ง
GRES ในรูปแบบย่อส่วน
โดยหลักการแล้ว เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบธรรมดานั้นเป็นเครื่องเผาไหม้ขนาดใหญ่ เพื่อเพิ่มแรงขับและลักษณะเฉพาะจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันในห้องเผาไหม้ ในกรณีนี้ เชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปในห้องผ่านหัวฉีดจะต้องจ่ายด้วยแรงดันสูงกว่าที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ มิฉะนั้น ไอพ่นเชื้อเพลิงจะไม่สามารถเจาะเข้าไปในห้องได้ ดังนั้นหน่วยที่ซับซ้อนและมีราคาแพงที่สุดในเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวจึงไม่ใช่ห้องที่มีหัวฉีดซึ่งมองเห็นได้ง่าย แต่เป็นหน่วยเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง (TNA) ที่ซ่อนอยู่ในลำไส้ของจรวดท่ามกลางความซับซ้อนของท่อ .
ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่ทรงพลังที่สุดในโลก RD-170 ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับขั้นตอนแรกของยานยิงหนักพิเศษของสหภาพโซเวียต Energia โดย NPO Energia คนเดียวกันมีแรงกดดันในห้องเผาไหม้ 250 บรรยากาศ นั่นเป็นจำนวนมาก แต่ความดันที่ทางออกของปั๊มออกซิเจนที่สูบตัวออกซิไดเซอร์เข้าไปในห้องเผาไหม้จะสูงถึง 600 atm ใช้กังหันขนาด 189 เมกะวัตต์ในการขับเคลื่อนปั๊มนี้! ลองนึกภาพดู: ล้อกังหันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4 ม. พัฒนาพลังงานได้มากกว่าเรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์ Arktika ถึงสี่เท่าด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สองตัว! ในขณะเดียวกัน TNA ก็มีความซับซ้อน อุปกรณ์เครื่องจักรกลเพลาซึ่งทำการปฏิวัติ 230 รอบต่อวินาที และต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนเหลว ซึ่งประกายไฟเพียงเล็กน้อยในท่อทำให้เกิดการระเบิด แม้แต่เม็ดทรายในท่อก็ไม่มีเลย เทคโนโลยีสำหรับการสร้าง TNA ดังกล่าวเป็นความรู้หลักของ Energomash ซึ่งสามารถครอบครองได้ บริษัท รัสเซียและปัจจุบันจำหน่ายเครื่องยนต์สำหรับติดตั้งบนรถส่งของ American Atlas V และ Antares ทางเลือก เครื่องยนต์รัสเซียยังไม่อยู่ในสหรัฐอเมริกา
สำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้จุดระเบิด ภาวะแทรกซ้อนดังกล่าวไม่จำเป็น เนื่องจากแรงดันเพื่อให้การเผาไหม้มีประสิทธิภาพมากขึ้นนั้นได้มาจากการระเบิดนั่นเอง ซึ่งเป็นคลื่นอัดที่เคลื่อนที่ไปในส่วนผสมของเชื้อเพลิง ในระหว่างการระเบิด ความดันจะเพิ่มขึ้น 18–20 เท่าโดยไม่มี TNA
เพื่อให้ได้เงื่อนไขในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ระเบิดที่เทียบเท่ากับเงื่อนไขในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวด American Shuttle (200 atm) ก็เพียงพอแล้วที่จะจ่ายเชื้อเพลิงภายใต้ความกดดัน... 10 atm หน่วยที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้เมื่อเปรียบเทียบกับ TNA ของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวแบบคลาสสิกนั้นเหมือนกับปั๊มจักรยานใกล้กับโรงไฟฟ้าเขตรัฐซายาโน-ชูเชนสกายา
นั่นคือเครื่องยนต์ระเบิดไม่เพียงแต่จะทรงพลังและประหยัดกว่าเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบธรรมดาเท่านั้น แต่ยังยังมีลำดับความสำคัญที่ง่ายกว่าและราคาถูกกว่าอีกด้วย เหตุใดความเรียบง่ายนี้จึงไม่มอบให้กับนักออกแบบเป็นเวลา 70 ปี?
ชีพจรแห่งความก้าวหน้า
ปัญหาหลักซึ่งวิศวกรต้องเผชิญ - วิธีรับมือกับคลื่นระเบิด ประเด็นไม่ใช่แค่ทำให้เครื่องยนต์แข็งแกร่งขึ้นจนทนทานเท่านั้น โหลดเพิ่มขึ้น- การระเบิดไม่ได้เป็นเพียงคลื่นระเบิด แต่ยังมีไหวพริบมากกว่า คลื่นระเบิดเดินทางด้วยความเร็วของเสียง และคลื่นระเบิดเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียง - สูงถึง 2,500 เมตร/วินาที มันไม่ได้สร้างเปลวไฟด้านหน้าที่มั่นคงดังนั้นการทำงานของเครื่องยนต์จึงเต้นเป็นจังหวะ: หลังจากการระเบิดแต่ละครั้งจำเป็นต้องรีเฟรชส่วนผสมของเชื้อเพลิงแล้วปล่อยคลื่นลูกใหม่เข้าไป
ความพยายามที่จะสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นที่เร้าใจนั้นเกิดขึ้นมานานก่อนที่จะมีความคิดที่จะระเบิด ในการใช้เครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลซ์ พวกเขาพยายามหาทางเลือกอื่นแทนเครื่องยนต์ลูกสูบในช่วงทศวรรษที่ 1930 ความเรียบง่ายนั้นน่าดึงดูดใจอีกครั้ง: เครื่องยนต์หายใจแบบเป็นจังหวะ (PJRE) ต่างจากกังหันเครื่องบินตรงที่ไม่ต้องใช้คอมเพรสเซอร์หมุนด้วยความเร็ว 40,000 รอบต่อนาทีเพื่อสูบลมเข้าไปในท้องห้องเผาไหม้ที่ไม่รู้จักพอ หรือทำงานโดยใช้แก๊ส อุณหภูมิที่สูงกว่า 1,000°C กังหัน ใน PuVRD แรงดันในห้องเผาไหม้ทำให้เกิดการเต้นเป็นจังหวะในการเผาไหม้เชื้อเพลิง
สิทธิบัตรแรกสำหรับเครื่องยนต์หายใจแบบเป็นจังหวะได้รับมาโดยอิสระในปี พ.ศ. 2408 โดย Charles de Louvrier (ฝรั่งเศส) และในปี พ.ศ. 2410 โดย Nikolai Afanasyevich Teleshov (รัสเซีย) การออกแบบ PuVRD ที่ใช้งานได้ครั้งแรกได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1906 โดยวิศวกรชาวรัสเซีย V.V. Karavodin ซึ่งสร้างแบบจำลองการติดตั้งในอีกหนึ่งปีต่อมา เนื่องจากมีข้อบกพร่องหลายประการ การติดตั้ง Karavodin จึงไม่ได้ใช้ในทางปฏิบัติ PURD ลำแรกที่ปฏิบัติการบนเครื่องบินจริงคือ German Argus As 014 ซึ่งอิงตามสิทธิบัตรในปี 1931 โดย Paul Schmidt นักประดิษฐ์แห่งมิวนิก อาร์กัสถูกสร้างขึ้นสำหรับ "อาวุธตอบโต้" - ระเบิดติดปีก V-1 การพัฒนาที่คล้ายกันนี้ถูกสร้างขึ้นในปี 1942 โดย Vladimir Chelomey ดีไซเนอร์ชาวโซเวียตสำหรับโซเวียตคนแรก ขีปนาวุธล่องเรือ 10X.
แน่นอนว่าเครื่องยนต์เหล่านี้ยังไม่ใช่เครื่องยนต์จุดระเบิดเนื่องจากใช้จังหวะของการเผาไหม้แบบธรรมดา ความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะต่ำซึ่งทำให้เกิดเสียงปืนกลที่มีลักษณะเฉพาะระหว่างการทำงาน เนื่องจากโหมดการทำงานไม่ต่อเนื่อง คุณลักษณะเฉพาะของ PURE จึงอยู่ในระดับต่ำโดยเฉลี่ย และหลังจากที่นักออกแบบในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940 ได้เอาชนะความยากลำบากในการสร้างคอมเพรสเซอร์ ปั๊ม และกังหัน เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทและเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวก็กลายเป็นราชาแห่งท้องฟ้า และ PURE ยังคงอยู่ในขอบเขตของความก้าวหน้าทางเทคนิค
เป็นเรื่องน่าสงสัยว่า PuVRD รุ่นแรกๆ ถูกสร้างขึ้นโดยนักออกแบบชาวเยอรมันและโซเวียตโดยไม่แยกจากกัน อย่างไรก็ตาม ความคิดเรื่องเครื่องยนต์ระเบิดในปี 1940 ไม่เพียงแต่อยู่ในใจของ Zeldovich เท่านั้น ในเวลาเดียวกัน Von Neumann (USA) และ Werner Doering (เยอรมนี) แสดงความคิดแบบเดียวกัน ดังนั้นในวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศ แบบจำลองการใช้การเผาไหม้แบบระเบิดจึงเรียกว่า ZND
แนวคิดในการรวม PURD เข้ากับการเผาไหม้แบบระเบิดนั้นน่าดึงดูดมาก แต่ด้านหน้าของเปลวไฟธรรมดาจะแพร่กระจายด้วยความเร็ว 60–100 เมตร/วินาที และความถี่ของการกระเพื่อมใน PuVRD จะต้องไม่เกิน 250 ต่อวินาที และหน้าการระเบิดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 1,500 – 2,500 เมตร/วินาที ดังนั้นความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะจึงควรเป็นพันต่อวินาที ในทางปฏิบัติเป็นเรื่องยากที่จะใช้อัตราการต่ออายุของส่วนผสมและการเริ่มต้นการระเบิดเช่นนี้
อย่างไรก็ตาม ความพยายามที่จะสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบเป็นจังหวะที่ใช้งานได้ยังคงดำเนินต่อไป งานของผู้เชี่ยวชาญกองทัพอากาศสหรัฐฯ ในทิศทางนี้สิ้นสุดลงด้วยการสร้างเครื่องยนต์สาธิตซึ่งขึ้นสู่ท้องฟ้าเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2551 บนเครื่องบินทดลอง Long-EZ ในการบินครั้งประวัติศาสตร์ เครื่องยนต์ทำงาน... เป็นเวลา 10 วินาทีที่ระดับความสูง 30 เมตร อย่างไรก็ตาม ลำดับความสำคัญในกรณีนี้ยังคงอยู่กับสหรัฐอเมริกา และเครื่องบินดังกล่าวได้เข้ามาแทนที่ในพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกาอย่างถูกต้อง
ในขณะเดียวกัน การออกแบบเครื่องยนต์ระเบิดอีกแบบหนึ่งที่มีแนวโน้มมากกว่านั้นได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อนานมาแล้ว
เหมือนกระรอกในวงล้อ
ความคิดในการวนคลื่นระเบิดและทำให้มันวิ่งไปรอบ ๆ ในห้องเผาไหม้เหมือนกระรอกในวงล้อถือกำเนิดขึ้นในหมู่นักวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ปรากฏการณ์การระเบิดแบบหมุน (หมุน) ได้รับการทำนายตามทฤษฎีโดยนักฟิสิกส์โซเวียตจาก Novosibirsk B.V. Voitsekhovsky ในปี 1960 เกือบจะพร้อมกันกับเขาในปี 1961 ความคิดเดียวกันนี้แสดงโดย American J. Nicholls จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน
เครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนหรือแบบหมุนมีโครงสร้างเป็นห้องเผาไหม้รูปวงแหวน ซึ่งจ่ายเชื้อเพลิงโดยใช้หัวฉีดที่อยู่ในแนวรัศมี คลื่นระเบิดภายในห้องไม่เคลื่อนที่ในทิศทางตามแนวแกนเหมือนกับใน PuVRD แต่เป็นวงกลม บีบอัดและเผาส่วนผสมเชื้อเพลิงที่อยู่ด้านหน้า และในที่สุดก็ผลักผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ออกจากหัวฉีดในลักษณะเดียวกับ สกรูของเครื่องบดเนื้อดันเนื้อสับออกมา แทนที่จะเป็นความถี่ของการเต้นเป็นจังหวะ เราได้ความถี่การหมุนของคลื่นระเบิดซึ่งสามารถเข้าถึงได้หลายพันต่อวินาที นั่นคือในทางปฏิบัติแล้ว เครื่องยนต์ทำงานไม่ใช่เป็นเครื่องยนต์ที่เร้าใจ แต่เป็นเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวธรรมดาที่มีการเผาไหม้แบบอยู่กับที่ แต่มีประสิทธิภาพมากกว่ามากเนื่องจากในความเป็นจริง การระเบิดของส่วนผสมเชื้อเพลิงเกิดขึ้นในนั้น .
ในสหภาพโซเวียต เช่นเดียวกับในสหรัฐอเมริกา งานเกี่ยวกับเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนเกิดขึ้นตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1960 แต่อีกครั้ง แม้ว่าแนวคิดนี้จะดูเรียบง่ายอย่างเห็นได้ชัด แต่การนำไปปฏิบัติจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาทางทฤษฎีที่น่าสงสัย จะจัดกระบวนการอย่างไรไม่ให้คลื่นตาย? จำเป็นต้องเข้าใจกระบวนการทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อนที่สุดที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซ ที่นี่การคำนวณไม่ได้ดำเนินการในระดับโมเลกุลอีกต่อไป แต่ในระดับอะตอมที่จุดตัดของเคมีและฟิสิกส์ควอนตัม กระบวนการเหล่านี้ซับซ้อนกว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการสร้างลำแสงเลเซอร์ นี่คือสาเหตุที่เลเซอร์ทำงานมาเป็นเวลานาน แต่กลไกการระเบิดไม่ทำงาน เพื่อให้เข้าใจกระบวนการเหล่านี้ จำเป็นต้องสร้างวิทยาศาสตร์พื้นฐานใหม่ - จลนศาสตร์เคมีกายภาพซึ่งไม่มีอยู่จริงเมื่อ 50 ปีที่แล้ว และสำหรับการคำนวณเชิงปฏิบัติของเงื่อนไขที่คลื่นระเบิดจะไม่ตายไป แต่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังซึ่งปรากฏเฉพาะในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นี่คือรากฐานที่จำเป็นในการวางเพื่อความสำเร็จในทางปฏิบัติในการควบคุมการระเบิด
งานเชิงรุกในทิศทางนี้กำลังดำเนินการในสหรัฐอเมริกา การศึกษาเหล่านี้ดำเนินการโดย Pratt & Whitney, General Electric และ NASA ตัวอย่างเช่น ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ กำลังพัฒนาหน่วยกังหันก๊าซแบบระเบิดแบบหมุนสำหรับกองเรือ กองทัพเรือสหรัฐฯ ใช้ 430 หน่วยกังหันก๊าซบนเรือ 129 ลำ พวกเขาใช้เชื้อเพลิงมูลค่าสามพันล้านดอลลาร์ต่อปี การเปิดตัวเครื่องยนต์กังหันก๊าซแบบระเบิด (GTE) ที่ประหยัดมากขึ้นจะช่วยประหยัดเงินได้จำนวนมหาศาล
ในรัสเซีย สถาบันวิจัยและสำนักงานออกแบบหลายแห่งได้ทำงานและยังคงทำงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์จุดระเบิดต่อไป หนึ่งในนั้นคือ NPO Energomash บริษัทสร้างเครื่องยนต์ชั้นนำในอุตสาหกรรมอวกาศของรัสเซีย โดยมีธนาคาร VTB Bank หลายแห่งร่วมมือด้วย การพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบระเบิดได้ดำเนินการมาหลายปีแล้ว แต่เพื่อให้ยอดภูเขาน้ำแข็งของงานนี้เปล่งประกายในดวงอาทิตย์ในรูปแบบของการทดสอบที่ประสบความสำเร็จการมีส่วนร่วมขององค์กรและการเงินของ จำเป็นต้องมีมูลนิธิการวิจัยขั้นสูง (APF) ที่มีชื่อเสียง FPI เป็นผู้จัดสรร เงินทุนที่จำเป็นสำหรับการสร้างห้องปฏิบัติการเฉพาะทาง “เครื่องยนต์จรวดเหลวแบบระเบิด” ในปี 2557 ท้ายที่สุดแล้ว แม้จะวิจัยมาเป็นเวลา 70 ปี แต่เทคโนโลยีนี้ยังคง "มีแนวโน้มมากเกินไป" ในรัสเซียที่จะได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากลูกค้าเช่นกระทรวงกลาโหม ซึ่งตามกฎแล้วต้องการผลลัพธ์เชิงปฏิบัติที่รับประกันได้ และยังมีหนทางอีกยาวไกลที่จะไป
การฝึกฝนของแม่แปรก
ฉันอยากจะเชื่อว่าหลังจากทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น งานไททานิคที่ปรากฏระหว่างบรรทัดของรายงานสั้น ๆ เกี่ยวกับการทดสอบที่เกิดขึ้นที่ Energomash ใน Khimki ในเดือนกรกฎาคม - สิงหาคม 2559 มีความชัดเจน: "เป็นครั้งแรกใน โลกโหมดสภาวะคงที่ของการระเบิดอย่างต่อเนื่องของคลื่นระเบิดตามขวางที่มีความถี่ประมาณ 20 kHz (ความถี่การหมุนของคลื่น - 8,000 รอบต่อวินาที) บนคู่เชื้อเพลิง "ออกซิเจน - น้ำมันก๊าด" เป็นไปได้ที่จะได้รับคลื่นระเบิดหลายลูกที่ทำให้การสั่นสะเทือนและแรงกระแทกของกันและกันสมดุล การเคลือบป้องกันความร้อนที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษที่ M.V. Keldysh Center ช่วยรับมือกับภาระที่มีอุณหภูมิสูง เครื่องยนต์ทนทานต่อการสตาร์ทหลายครั้งภายใต้สภาวะของแรงสั่นสะเทือนที่รุนแรงและอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ โดยไม่มีการระบายความร้อนของชั้นผนัง บทบาทพิเศษในความสำเร็จนี้คือการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และ หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงซึ่งทำให้สามารถได้รับส่วนผสมของความสม่ำเสมอที่จำเป็นสำหรับการระเบิดที่เกิดขึ้น”
แน่นอนว่าเราไม่ควรพูดเกินจริงถึงความสำคัญของความสำเร็จที่ได้รับ มีเพียงเครื่องยนต์สาธิตเท่านั้นที่ถูกสร้างขึ้น ซึ่งใช้งานได้ในช่วงเวลาอันสั้นและประมาณนั้น ลักษณะที่แท้จริงไม่มีการรายงานอะไรเลย จากข้อมูลของ NPO Energomash เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบระเบิดจะเพิ่มแรงขับ 10% เมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณเท่ากันกับใน เครื่องยนต์ปกติและแรงกระตุ้นของแรงผลักดันจำเพาะควรเพิ่มขึ้น 10–15%
การสร้างเครื่องยนต์จรวดระเบิดขนาดเต็มเครื่องแรกของโลกทำให้รัสเซียมีความสำคัญเป็นอันดับแรกในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีโลก
แต่ผลลัพธ์หลักก็คือความเป็นไปได้ในการจัดการเผาไหม้แบบระเบิดในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวนั้นได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติแล้ว อย่างไรก็ตาม ยังมีหนทางอีกยาวไกลก่อนที่จะใช้เทคโนโลยีนี้ในเครื่องบินจริง สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งคือขณะนี้ประเทศของเราได้รับมอบหมายลำดับความสำคัญระดับโลกในด้านเทคโนโลยีขั้นสูง: เป็นครั้งแรกในโลกที่มีการเปิดตัวเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวระเบิดขนาดเต็มในรัสเซียและข้อเท็จจริงนี้จะยังคงอยู่ใน ประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
การนำแนวคิดของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่ใช้ระเบิดไปใช้ในทางปฏิบัตินั้นต้องใช้เวลา 70 ปีในการทำงานหนักโดยนักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบ
ภาพ: มูลนิธิเพื่อการศึกษาขั้นสูง
คะแนนวัสดุโดยรวม: 5
วัสดุที่คล้ายกัน (ตามแท็ก):
กราฟีนมีความโปร่งใส มีแม่เหล็กและกรองน้ำได้ บิดาแห่งวิดีโอ Alexander Ponyatov และ AMPEX
เมื่อปลายเดือนมกราคม มีรายงานเกี่ยวกับความสำเร็จใหม่ในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของรัสเซีย เป็นที่ทราบกันดีจากแหล่งข้อมูลอย่างเป็นทางการว่าหนึ่งในโครงการในประเทศของเครื่องยนต์ไอพ่นประเภทระเบิดที่มีแนวโน้มได้ผ่านขั้นตอนการทดสอบแล้ว สิ่งนี้ทำให้ช่วงเวลาของการทำงานที่จำเป็นทั้งหมดเสร็จสิ้นเร็วขึ้นอันเป็นผลมาจากจรวดอวกาศหรือทางทหาร การพัฒนาของรัสเซียจะได้โรงไฟฟ้าใหม่ด้วย ลักษณะที่เพิ่มขึ้น- ยิ่งไปกว่านั้น หลักการทำงานของเครื่องยนต์แบบใหม่อาจนำไปใช้ได้ไม่เพียงแต่ในด้านจรวดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในด้านอื่นๆ ด้วย
ในช่วงปลายเดือนมกราคม รองนายกรัฐมนตรี มิทรี โรโกซิน กล่าวกับสื่อมวลชนในประเทศเกี่ยวกับความสำเร็จล่าสุดขององค์กรวิจัย เขาได้กล่าวถึงกระบวนการสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นโดยใช้หลักการทำงานใหม่เหนือหัวข้ออื่นๆ เครื่องยนต์ที่มีแนวโน้มดีซึ่งมีการเผาไหม้แบบระเบิดได้ถูกนำไปทดสอบแล้ว ตามที่รองนายกรัฐมนตรีได้กล่าวถึงการประยุกต์ใช้หลักการดำเนินงานใหม่ โรงไฟฟ้าช่วยให้คุณได้รับประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก เมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบสถาปัตยกรรมแบบดั้งเดิม พบว่ามีแรงดึงเพิ่มขึ้นประมาณ 30%
แผนภาพของเครื่องยนต์จรวดที่ระเบิด
ทันสมัย เครื่องยนต์จรวดคลาสและประเภทต่าง ๆ ที่ใช้ในพื้นที่ต่าง ๆ เรียกว่า วงจรไอโซบาริกหรือการเผาไหม้ที่เกิดจากการเผาไหม้ ห้องเผาไหม้จะรักษาแรงดันคงที่ซึ่งทำให้เชื้อเพลิงเผาไหม้ช้าๆ เครื่องยนต์ที่ใช้หลักการ deflagration ไม่ต้องการยูนิตที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษ แต่ถูกจำกัดในเรื่องประสิทธิภาพสูงสุด การเพิ่มคุณลักษณะพื้นฐานตั้งแต่ระดับหนึ่งกลับกลายเป็นเรื่องยากอย่างไร้เหตุผล
อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับเครื่องยนต์รอบไอโซบาริกในบริบทของการปรับปรุงประสิทธิภาพคือระบบที่เรียกว่า การเผาไหม้แบบระเบิด ในกรณีนี้ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของเชื้อเพลิงเกิดขึ้นหลังคลื่นกระแทกด้วย ความเร็วสูงเคลื่อนที่ผ่านห้องเผาไหม้ นี่เป็นความต้องการพิเศษในการออกแบบเครื่องยนต์ แต่ยังให้ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนอีกด้วย จากมุมมองของประสิทธิภาพการเผาไหม้เชื้อเพลิง การเผาไหม้แบบระเบิดจะดีกว่าการเผาไหม้แบบ deflagation 25% นอกจากนี้ยังแตกต่างจากการเผาไหม้ด้วยแรงดันคงที่ในพลังการปล่อยความร้อนที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยพื้นที่ผิวของด้านหน้าปฏิกิริยา ตามทฤษฎีแล้ว เป็นไปได้ที่จะเพิ่มพารามิเตอร์นี้สามถึงสี่ลำดับความสำคัญ ส่งผลให้ความเร็วของก๊าซปฏิกิริยาสามารถเพิ่มขึ้นได้ 20-25 เท่า
ดังนั้นเครื่องยนต์ระเบิดจึงมีค่าสัมประสิทธิ์เพิ่มขึ้น การกระทำที่เป็นประโยชน์สามารถพัฒนาแรงขับได้มากขึ้นโดยสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงน้อยลง ข้อดีของการออกแบบแบบดั้งเดิมนั้นชัดเจน แต่จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้ ความก้าวหน้าในด้านนี้ยังไม่เป็นที่ต้องการอีกมาก หลักการของเครื่องยนต์ไอพ่นสำหรับการระเบิดถูกกำหนดขึ้นในปี 1940 โดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต Ya.B. Zeldovich แต่ยังไม่ได้นำผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปประเภทนี้ไปใช้ สาเหตุหลักของการขาดความสำเร็จที่แท้จริงคือปัญหาในการสร้างโครงสร้างที่แข็งแกร่งเพียงพอตลอดจนความยากลำบากในการเปิดตัวและการรักษาคลื่นกระแทกในเวลาต่อมาเมื่อใช้เชื้อเพลิงที่มีอยู่
หนึ่งในโครงการภายในประเทศล่าสุดในด้านเครื่องยนต์จรวดระเบิดเริ่มต้นในปี 2014 และกำลังได้รับการพัฒนาที่ NPO Energomash ซึ่งตั้งชื่อตาม นักวิชาการ วี.พี. กลุชโก้. จากข้อมูลที่มีอยู่ วัตถุประสงค์ของโครงการที่มีรหัส Ifrit คือเพื่อศึกษาหลักการพื้นฐาน เทคโนโลยีใหม่ตามมาด้วยการสร้างเครื่องยนต์จรวดเหลวโดยใช้น้ำมันก๊าดและก๊าซออกซิเจน เครื่องยนต์ใหม่นี้ตั้งชื่อตามปีศาจไฟจากนิทานพื้นบ้านของชาวอาหรับ โดยมีพื้นฐานมาจากหลักการของการเผาไหม้ด้วยการระเบิดด้วยการหมุน ดังนั้นตามแนวคิดพื้นฐานของโครงการคลื่นกระแทกควรเคลื่อนที่เป็นวงกลมอย่างต่อเนื่องภายในห้องเผาไหม้
ผู้พัฒนาหลักของโครงการใหม่คือ NPO Energomash หรือเป็นห้องปฏิบัติการพิเศษที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน นอกจากนี้ ยังมีองค์กรวิจัยและการออกแบบอื่นๆ อีกหลายแห่งที่มีส่วนร่วมในงานนี้ โดยได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิเพื่อการศึกษาขั้นสูง ด้วยความพยายามร่วมกัน ผู้เข้าร่วมโครงการ Ifrit ทุกคนสามารถสร้างรูปลักษณ์ที่เหมาะสมที่สุดได้ เครื่องยนต์ที่มีแนวโน้มพร้อมทั้งสร้างห้องเผาไหม้ต้นแบบที่มีหลักการทำงานใหม่
เพื่อศึกษาแนวโน้มของทิศทางทั้งหมดและแนวคิดใหม่ที่เรียกว่า ห้องเผาไหม้แบบจำลองที่ตรงตามข้อกำหนดของโครงการ เครื่องยนต์ทดลองที่มีการกำหนดค่าลดลงควรใช้น้ำมันก๊าดเหลวเป็นเชื้อเพลิง เสนอก๊าซออกซิเจนเป็นสารออกซิไดซ์ ในเดือนสิงหาคม 2559 การทดสอบกล้องต้นแบบได้เริ่มขึ้น เป็นสิ่งสำคัญที่โครงการประเภทนี้สามารถไปถึงขั้นตอนการทดสอบบัลลังก์ได้เป็นครั้งแรก ก่อนหน้านี้เครื่องยนต์จรวดระเบิดในประเทศและต่างประเทศได้รับการพัฒนาแต่ไม่ได้ทดสอบ
ในระหว่างการทดสอบตัวอย่างแบบจำลอง เป็นไปได้ที่จะได้รับผลลัพธ์ที่น่าสนใจมากซึ่งแสดงถึงความถูกต้องของแนวทางที่ใช้ ดังนั้น ด้วยการใช้วัสดุและเทคโนโลยีที่เหมาะสม จึงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความดันภายในห้องเผาไหม้เป็น 40 บรรยากาศ แรงขับของผลิตภัณฑ์ทดลองถึง 2 ตัน
ห้องจำลองบนม้านั่งทดสอบ
ภายในกรอบของโครงการ Ifrit ได้รับผลลัพธ์บางอย่าง แต่เครื่องยนต์ระเบิดภายในประเทศ เชื้อเพลิงเหลวยังห่างไกลจากการประยุกต์ใช้จริงอย่างสมบูรณ์ ก่อนที่จะแนะนำอุปกรณ์ดังกล่าวในโครงการเทคโนโลยีใหม่ นักออกแบบและนักวิทยาศาสตร์จะต้องแก้ไขปัญหาที่ร้ายแรงที่สุดจำนวนหนึ่งก่อน หลังจากนี้อุตสาหกรรมจรวดและอวกาศหรืออุตสาหกรรมการป้องกันประเทศจะสามารถเริ่มตระหนักถึงศักยภาพของเทคโนโลยีใหม่ในทางปฏิบัติได้
ในช่วงกลางเดือนมกราคม” หนังสือพิมพ์รัสเซีย» เผยแพร่บทสัมภาษณ์กับหัวหน้าผู้ออกแบบ NPO Energomash, Petr Levochkin ซึ่งเป็นหัวข้อที่เป็นสถานการณ์ปัจจุบันและโอกาสในการเกิดการระเบิดของเครื่องยนต์ ตัวแทนของบริษัทผู้พัฒนาได้เรียกคืนข้อกำหนดหลักของโครงการและยังได้กล่าวถึงหัวข้อความสำเร็จที่ประสบความสำเร็จอีกด้วย นอกจากนี้เขายังพูดถึงพื้นที่ที่เป็นไปได้ของการประยุกต์ใช้ Ifrit และโครงสร้างที่คล้ายกัน
ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ระเบิดสามารถใช้กับเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงได้ P. Levochkin เล่าว่าเครื่องยนต์ที่เสนอให้ใช้ในอุปกรณ์ดังกล่าวในปัจจุบันใช้การเผาไหม้แบบเปรี้ยงปร้าง ที่ความเร็วเหนือเสียงของยานพาหนะที่บิน อากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์จะต้องถูกชะลอความเร็วลงเป็นโหมดเสียง อย่างไรก็ตาม พลังงานในการเบรกควรทำให้เกิดภาระความร้อนเพิ่มเติมบนลำตัวเครื่องบิน ในเครื่องยนต์ที่ใช้จุดระเบิด อัตราการเผาไหม้เชื้อเพลิงถึงอย่างน้อย M=2.5 ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความเร็วในการบินของเครื่องบิน เครื่องจักรที่มีเครื่องยนต์แบบระเบิดสามารถเร่งความเร็วได้แปดเท่าของความเร็วเสียง
อย่างไรก็ตาม แนวโน้มที่แท้จริงของเครื่องยนต์จรวดแบบระเบิดนั้นยังไม่ค่อยดีนัก จากคำกล่าวของ P. Levochkin เรา "เพิ่งเปิดประตูสู่บริเวณที่เกิดการเผาไหม้ด้วยการระเบิด" นักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบจะต้องศึกษาประเด็นต่างๆ มากมาย และหลังจากนั้นจึงจะสามารถสร้างการออกแบบที่มีศักยภาพในทางปฏิบัติได้ ด้วยเหตุนี้อุตสาหกรรมอวกาศจะต้องใช้เครื่องยนต์ของเหลวของการออกแบบแบบดั้งเดิมมาเป็นเวลานานซึ่งอย่างไรก็ตามไม่ได้ลบล้างความเป็นไปได้ในการปรับปรุงเพิ่มเติม
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือ หลักการระเบิดการเผาไหม้ไม่เพียงใช้ในด้านเครื่องยนต์จรวดเท่านั้น มีโครงการระบบการบินภายในประเทศที่มีห้องเผาไหม้แบบระเบิดทำงานอยู่แล้ว หลักการแรงกระตุ้น- มีการนำต้นแบบประเภทนี้ไปทดสอบและในอนาคตอาจก่อให้เกิดทิศทางใหม่ เครื่องยนต์ใหม่ที่มีการเผาไหม้แบบระเบิดสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลายสาขา และแทนที่เครื่องยนต์กังหันแก๊สหรือเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทแบบดั้งเดิมบางส่วนได้
โครงการภายในประเทศของเครื่องยนต์เครื่องบินระเบิดกำลังได้รับการพัฒนาที่สำนักออกแบบซึ่งตั้งชื่อตาม เช้า. ประคอง ข้อมูลเกี่ยวกับโครงการนี้ถูกนำเสนอครั้งแรกในการประชุมวิชาการทหาร-เทคนิคนานาชาติ Army 2017 เมื่อปีที่แล้ว ที่จุดยืนขององค์กรนักพัฒนามีเนื้อหาอยู่ เครื่องยนต์ต่างๆทั้งแบบอนุกรมและอยู่ระหว่างการพัฒนา กลุ่มหลังเป็นตัวอย่างการระเบิดที่น่าหวัง
สาระสำคัญของข้อเสนอใหม่คือการใช้ห้องเผาไหม้ที่ไม่ได้มาตรฐานซึ่งสามารถดำเนินการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบพัลส์ในบรรยากาศอากาศได้ ในกรณีนี้ความถี่ของ "การระเบิด" ภายในเครื่องยนต์ควรสูงถึง 15-20 kHz ในอนาคตมีความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มพารามิเตอร์นี้เพิ่มเติมอีก ซึ่งส่งผลให้เสียงของเครื่องยนต์จะไปเกินขอบเขตที่หูของมนุษย์รับรู้ คุณสมบัติเครื่องยนต์ดังกล่าวอาจเป็นที่สนใจ
เปิดตัวผลิตภัณฑ์ทดลองครั้งแรก "Ifrit"
อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบหลักของโรงไฟฟ้าใหม่นั้นสัมพันธ์กับประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น การทดสอบแบบตั้งโต๊ะของผลิตภัณฑ์ทดลองแสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์เหล่านี้เหนือกว่าผลิตภัณฑ์แบบดั้งเดิมประมาณ 30% เครื่องยนต์กังหันก๊าซตามตัวชี้วัดเฉพาะ เมื่อถึงเวลาที่มีการสาธิตวัสดุต่อสาธารณะเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับเครื่องยนต์ OKB เช้า. เปลสามารถสูงขึ้นได้ค่อนข้างสูง ลักษณะการทำงาน- เครื่องยนต์ทดลองประเภทใหม่สามารถทำงานได้เป็นเวลา 10 นาทีโดยไม่มีการหยุดชะงัก เวลาใช้งานรวมของผลิตภัณฑ์นี้บนขาตั้ง ณ เวลานั้นเกิน 100 ชั่วโมง
ตัวแทนของบริษัทพัฒนาระบุว่า เป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องยนต์ระเบิดใหม่ที่มีแรงขับ 2-2.5 ตัน เหมาะสำหรับการติดตั้งบนเครื่องบินเบาหรือเครื่องบินไร้คนขับ เครื่องบิน- ในการออกแบบเครื่องยนต์ดังกล่าวขอเสนอให้ใช้สิ่งที่เรียกว่า อุปกรณ์สะท้อนเสียงที่รับผิดชอบ การเคลื่อนไหวที่ถูกต้องการเผาไหม้เชื้อเพลิง ข้อได้เปรียบที่สำคัญโครงการใหม่นี้เป็นความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานในการติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวที่ใดก็ได้บนลำตัวเครื่องบิน
ผู้เชี่ยวชาญจาก OKB im. เช้า. เปลกำลังทำงานอยู่ เครื่องยนต์อากาศยานด้วยการเผาไหม้แบบพัลซิ่งมานานกว่าสามทศวรรษ แต่จนถึงขณะนี้โครงการยังไม่ออกจากขั้นตอนการวิจัยและไม่มีโอกาสเกิดขึ้นจริง สาเหตุหลักคือขาดคำสั่งซื้อและการจัดหาเงินทุนที่จำเป็น หากโครงการได้รับการสนับสนุนที่จำเป็น ในอนาคตอันใกล้นี้อาจมีการสร้างเครื่องยนต์ตัวอย่างที่เหมาะสมสำหรับใช้กับอุปกรณ์ต่างๆ ได้
จนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบชาวรัสเซียสามารถแสดงผลลัพธ์ที่น่าทึ่งมากในด้านเครื่องยนต์ไอพ่นโดยใช้หลักการทำงานใหม่ มีหลายโครงการที่เหมาะสำหรับใช้ในสนามจรวด อวกาศ และความเร็วเหนือเสียง นอกจากนี้ เครื่องยนต์ใหม่ยังสามารถใช้ในการบิน “แบบดั้งเดิม” ได้อีกด้วย บางโครงการยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นและยังไม่พร้อมสำหรับการตรวจสอบและงานอื่น ๆ ในขณะที่ในด้านอื่น ๆ ก็ได้รับผลลัพธ์ที่น่าทึ่งที่สุดแล้ว
จากการค้นคว้าหัวข้อเครื่องยนต์ไอพ่นที่มีการเผาไหม้แบบระเบิดผู้เชี่ยวชาญชาวรัสเซียสามารถสร้างแบบจำลองม้านั่งของห้องเผาไหม้ที่มีคุณสมบัติที่ต้องการได้ ผลิตภัณฑ์ทดลอง "Ifrit" ได้ผ่านการทดสอบแล้ว โดยในระหว่างนั้นมีการรวบรวมข้อมูลต่างๆ จำนวนมาก ด้วยความช่วยเหลือจากข้อมูลที่ได้รับ การพัฒนาทิศทางจะดำเนินต่อไป
การเรียนรู้ทิศทางใหม่และการแปลแนวคิดให้เป็นรูปแบบที่ใช้งานได้จริงจะต้องใช้เวลามาก และด้วยเหตุนี้ ในอนาคตอันใกล้นี้ จรวดอวกาศและจรวดทางทหารจะติดตั้งเฉพาะเครื่องยนต์ของเหลวแบบดั้งเดิมสำหรับอนาคตอันใกล้เท่านั้น อย่างไรก็ตามงานนี้ได้ออกจากขั้นตอนทางทฤษฎีไปแล้วและตอนนี้การทดสอบการเปิดตัวเครื่องยนต์ทดลองแต่ละครั้งจะทำให้ช่วงเวลาของการสร้างจรวดที่เต็มเปี่ยมพร้อมกับโรงไฟฟ้าใหม่เข้ามาใกล้ยิ่งขึ้น
ขึ้นอยู่กับวัสดุจากไซต์:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/