پیشرانه های موجود برای حمل و نقل هوایی و موشک ها عملکرد بسیار بالایی از خود نشان می دهند ، اما به محدوده قابلیت های خود نزدیک شده اند. برای افزایش بیشتر پارامترهای رانش ، که زمینه را برای توسعه موشک و صنعت فضایی ایجاد می کند ، به موتورهای دیگر ، از جمله نیاز است. با اصول جدید کار امیدهای بزرگ به اصطلاح وابسته است. موتورهای انفجار چنین سیستم های کلاس پالس در حال حاضر در آزمایشگاه ها و هواپیماها آزمایش می شوند.
اصول فیزیکی
موتورهای سوخت مایع موجود و در حال کار از احتراق یا شعله ور شدن زیر صوت استفاده می کنند. واکنش شیمیایی شامل سوخت و اکسید کننده ، جبهه ای را تشکیل می دهد که با سرعت زیر صوت از طریق محفظه احتراق حرکت می کند. این احتراق مقدار و سرعت گازهای واکنشی که از نازل خارج می شوند را محدود می کند. بر این اساس ، حداکثر رانش نیز محدود است.
احتراق منفجر یک جایگزین است. در این حالت ، جبهه واکنش با سرعت مافوق صوت حرکت می کند و موج ضربه ای را تشکیل می دهد. این حالت احتراق باعث افزایش عملکرد محصولات گازی و افزایش کشش می شود.
موتور انفجار را می توان در دو نسخه ساخت. در همان زمان ، موتورهای ضربه ای یا تپنده (IDD / PDD) و موتورهای چرخشی / چرخشی در حال توسعه هستند. تفاوت آنها در اصول احتراق است. موتور دوار یک واکنش ثابت را حفظ می کند ، در حالی که موتور ضربه ای با "انفجار" پی در پی مخلوطی از سوخت و اکسید کننده کار می کند.
تکانه ها نیروی رانشی ایجاد می کنند
از نظر تئوری ، طراحی آن پیچیده تر از یک موتور موشکی معمولی رمجت یا مایع نیست. این شامل محفظه احتراق و مجموعه نازل و همچنین وسایلی برای تامین سوخت و اکسید کننده است. در این مورد ، محدودیت های خاصی بر استحکام و دوام سازه مرتبط با ویژگی های عملکرد موتور اعمال می شود.
در حین کار ، انژکتورها سوخت را به محفظه احتراق تأمین می کنند. اکسید کننده از جو با استفاده از دستگاه ورودی هوا تامین می شود. پس از تشکیل مخلوط ، احتراق رخ می دهد. با توجه به انتخاب صحیح اجزای سوخت و نسبت مخلوط ، روش احتراق بهینه و پیکربندی محفظه ، موج ضربه ای ایجاد می شود که در جهت نازل موتور حرکت می کند. سطح فعلی فناوری امکان افزایش سرعت موج تا 2.5-3 کیلومتر بر ثانیه با افزایش رانش را فراهم می آورد.
IDD از یک اصل عملکرد تپنده استفاده می کند. این بدان معناست که پس از انفجار و انتشار گازهای واکنشی ، محفظه احتراق منفجر می شود ، دوباره با مخلوطی پر می شود - و "انفجار" جدیدی در پی می آید. برای به دست آوردن یک فشار قوی و پایدار ، این چرخه باید با فرکانس بالا ، از دهها تا هزاران بار در ثانیه انجام شود.
مشکلات و مزایا
مزیت اصلی IDD امکان نظری به دست آوردن ویژگی های بهبودیافته است که برتری را نسبت به موتورهای فعلی و احتمالی رمجت و پیشرانه مایع فراهم می کند. بنابراین ، با همان رانش ، موتور ضربه ای جمع و جورتر و سبک تر می شود. بر این اساس ، واحد قدرتمندتری می تواند در همان ابعاد ایجاد شود. علاوه بر این ، چنین موتوری از نظر طراحی ساده تر است ، زیرا نیازی به بخشی از ابزار دقیق ندارد.
IDD در طیف وسیعی از سرعتها از صفر (در ابتدای موشک) تا مافوق صوت عمل می کند. می تواند در سیستم های موشکی و فضایی و در حمل و نقل هوایی - در زمینه های غیر نظامی و نظامی کاربرد داشته باشد. در همه موارد ، ویژگی های مشخصه آن امکان دستیابی به مزایای خاصی نسبت به سیستم های سنتی را ممکن می سازد. بسته به نیاز ، می توان یک موشک IDD با استفاده از یک اکسید کننده از یک مخزن یا یک واکنش پذیر هوا که اکسیژن را از جو می گیرد ، ایجاد کرد.
با این حال ، معایب و مشکلات قابل توجهی وجود دارد. بنابراین ، برای تسلط بر یک جهت جدید ، لازم است مطالعات و آزمایش های مختلف و پیچیده ای در محل اتصال علوم و رشته های مختلف انجام شود. اصل عملکرد خاص خواسته های خاصی را در مورد طراحی موتور و مواد آن ایجاد می کند. قیمت رانش زیاد افزایش بارهایی است که می تواند به ساختار موتور آسیب برساند یا از بین ببرد.
چالش این است که میزان بالای سوخت و اکسیدان ، مطابق با فرکانس انفجار مورد نیاز ، و همچنین پاکسازی قبل از تحویل سوخت اطمینان حاصل شود. علاوه بر این ، یک مشکل مهندسی جداگانه ، ایجاد موج ضربه ای در هر چرخه عملیات است.
لازم به ذکر است که تا به امروز ، IDD ، علیرغم تمام تلاشهای دانشمندان و طراحان ، آمادگی فراتر رفتن از آزمایشگاهها و محلهای آزمایش را ندارد. طراحی و فناوری نیاز به توسعه بیشتری دارد. بنابراین ، هنوز لازم نیست در مورد معرفی موتورهای جدید در عمل صحبت شود.
تاریخچه فناوری
عجیب است که اصل موتور انفجار پالس برای اولین بار نه توسط دانشمندان ، بلکه توسط نویسندگان داستانهای علمی تخیلی مطرح شد. به عنوان مثال ، زیردریایی "پیشگام" از رمان G. Adamov "راز دو اقیانوس" از IDD در مخلوط گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده کرد. ایده های مشابهی که در سایر آثار هنری نیز وجود دارد.
تحقیقات علمی در مورد موتورهای انفجار کمی دیرتر ، در دهه چهل آغاز شد و پیشگامان این جهت دانشمندان شوروی بودند. در آینده ، در کشورهای مختلف ، بارها تلاش شد تا یک IDD با تجربه ایجاد شود ، اما موفقیت آنها به دلیل فقدان فن آوری ها و مواد لازم به طور جدی محدود شد.
در 31 ژانویه 2008 ، آژانس دارپا وزارت دفاع ایالات متحده و آزمایشگاه نیروی هوایی آزمایش اولین آزمایشگاه پرواز با نوع IDD تنفس هوا را آغاز کرد. موتور اصلی بر روی هواپیمای اصلاح شده Long-EZ از Scale Composites نصب شد. این نیروگاه شامل چهار محفظه احتراق لوله ای با منبع سوخت مایع و ورودی هوا از جو بود. در فرکانس انفجار 80 هرتز ، رانش تقریبا. 90 کیلوگرم وزن ، که فقط برای یک هواپیمای سبک کافی بود.
این آزمایشات مناسب بودن اساسی IDD را برای استفاده در حمل و نقل هوایی نشان داد و همچنین نیاز به بهبود طراحی و افزایش ویژگی های آنها را نشان داد. در همان سال 2008 ، نمونه اولیه هواپیما به موزه ارسال شد و دارپا و سازمانهای مرتبط به کار خود ادامه دادند. در مورد احتمال استفاده از IDD در سیستم های موشکی امیدوارکننده گزارش شد - اما تاکنون آنها توسعه نیافته اند.
در کشور ما ، موضوع IDD در سطح تئوری و عمل مورد مطالعه قرار گرفت. به عنوان مثال ، در سال 2017 ، مقاله ای در مورد آزمایش موتور رمجت انفجاری که بر روی هیدروژن گازی کار می کند در مجله احتراق و انفجار منتشر شد. همچنین ، کار بر روی موتورهای انفجار دوار ادامه دارد. یک موتور موشک پیشرانه مایع ، مناسب برای استفاده در موشک ، توسعه داده شده و آزمایش شده است. موضوع استفاده از چنین فناوری هایی در موتورهای هواپیما در حال مطالعه است. در این حالت ، محفظه احتراق انفجار با موتور توربوجت یکپارچه می شود.
چشم انداز فناوری
موتورهای انفجار از نظر کاربرد آنها در زمینه ها و زمینه های مختلف بسیار مورد توجه هستند. با توجه به افزایش مورد انتظار در ویژگیهای اصلی ، آنها حداقل می توانند سیستمهای کلاسهای موجود را حذف کنند.با این حال ، پیچیدگی توسعه نظری و عملی هنوز به آنها اجازه نمی دهد که در عمل استفاده کنند.
با این حال ، روندهای مثبتی در سال های اخیر مشاهده شده است. به طور کلی موتورهای انفجار ، از جمله پالس ، به طور فزاینده ای در اخبار آزمایشگاه ها ظاهر می شود. توسعه این جهت ادامه می یابد و در آینده می تواند نتایج مطلوبی را ارائه دهد ، اگرچه زمان ظاهر شدن نمونه های امیدوار کننده ، ویژگی ها و زمینه های کاربرد آنها هنوز زیر سوال است. با این حال ، پیامهای سالهای اخیر به ما این امکان را می دهد که با خوش بینی به آینده بنگریم.
