Konec januarja so poročali o novih dosežkih ruske znanosti in tehnologije. Iz uradnih virov je postalo znano, da je eden od domačih projektov obetavnega detonacijskega reaktivnega motorja že opravil fazo preskušanja. S tem se približuje trenutek popolnega zaključka vseh potrebnih del, po rezultatih katerih bodo vesoljske ali vojaške rakete ruske zasnove lahko pridobile nove elektrarne s povečanimi lastnostmi. Poleg tega lahko nova načela delovanja motorja najdejo uporabo ne le na področju raket, ampak tudi na drugih področjih.
Konec januarja je podpredsednik vlade Dmitrij Rogozin domačemu tisku povedal o najnovejših uspehih raziskovalnih organizacij. Med drugimi temami se je dotaknil procesa ustvarjanja reaktivnih motorjev z novimi načeli delovanja. Obetaven motor z detonacijskim zgorevanjem je že prišel na preizkušanje. Po besedah podpredsednika vlade uporaba novih načel delovanja elektrarne omogoča znatno povečanje zmogljivosti. V primerjavi s strukturami tradicionalne arhitekture opazimo povečanje potiska za približno 30%.
Shema detonacijskega raketnega motorja
Sodobni raketni motorji različnih razredov in tipov, ki delujejo na različnih področjih, uporabljajo tako imenovane. izobarskega cikla ali izgorevanja z deflagracijo. Njihove zgorevalne komore vzdržujejo stalen tlak, pri katerem gorivo počasi gori. Motor, ki temelji na načelih deflagracije, ne potrebuje posebej vzdržljivih enot, vendar je omejen pri največjih zmogljivostih. Povečanje osnovnih značilnosti, začenši z določene ravni, se izkaže za nerazumno težko.
Alternativa motorju z izobarskim ciklom v okviru izboljšanja zmogljivosti je sistem s t.i. detonacijsko zgorevanje. V tem primeru pride do oksidacijske reakcije goriva za udarnim valom, ki se z veliko hitrostjo premika skozi zgorevalno komoro. To postavlja posebne zahteve glede zasnove motorja, hkrati pa ponuja očitne prednosti. Kar zadeva učinkovitost zgorevanja goriva, je detonacijsko zgorevanje 25% boljše od zgorevanja z deflagracijo. Od zgorevanja s konstantnim tlakom se razlikuje tudi po povečani moči sproščanja toplote na enoto površine reakcijske fronte. Teoretično je mogoče ta parameter povečati za tri do štiri redove velikosti. Posledično se lahko hitrost reaktivnih plinov poveča 20-25-krat.
Tako lahko detonacijski motor s svojo povečano učinkovitostjo razvije več potiska z manjšo porabo goriva. Njegove prednosti v primerjavi s tradicionalnimi oblikami so očitne, vendar je bil napredek na tem področju do nedavnega zelo zaželen. Načela detonacijskega reaktivnega motorja je leta 1940 oblikoval sovjetski fizik Ya. B. Zeldovich, vendar tovrstni izdelki še niso dosegli izkoriščanja. Glavni razlogi za pomanjkanje resničnega uspeha so težave pri ustvarjanju dovolj močne strukture, pa tudi težave pri zagonu in vzdrževanju udarnega vala z uporabo obstoječih goriv.
Eden najnovejših domačih projektov na področju raketnih motorjev z detonacijo se je začel leta 2014 in se razvija v NPO Energomash po. Akademik V. P. Gluško. Po razpoložljivih podatkih je bil cilj projekta s kodo "Ifrit" preučiti osnovna načela nove tehnologije s poznejšo izdelavo raketnega motorja na tekoče gorivo z uporabo kerozina in plinastega kisika. Novi motor, poimenovan po ognjenih demonih iz arabske folklore, je temeljil na principu izgorevanja z detonacijo vrtljajev. Tako se mora v skladu z glavno idejo projekta udarni val neprestano gibati v krogu znotraj zgorevalne komore.
Glavni razvijalec novega projekta je bil NPO Energomash, bolje rečeno poseben laboratorij, ustvarjen na njegovi podlagi. Poleg tega je bilo v delo vključenih več drugih raziskovalnih in razvojnih organizacij. Program je prejel podporo Fundacije za napredne raziskave. S skupnimi močmi je vsem udeležencem projekta Ifrit uspelo oblikovati optimalen videz obetavnega motorja ter izdelati model zgorevalne komore z novimi načeli delovanja.
Za preučitev možnosti celotne smeri in novih idej se uporabi t.i. model detonacijske zgorevalne komore, ki ustreza zahtevam projekta. Tako izkušen motor z zmanjšano konfiguracijo naj bi kot gorivo uporabljal tekoči kerozin. Kot oksidacijsko sredstvo so predlagali kisik. Avgusta 2016 se je začelo testiranje prototipa kamere. Pomembno je, da je bil tokratni projekt prvič v zgodovini priveden na stopnjo preizkusov na klopi. Prej so bili razviti domači in tuji raketni motorji z detonacijo, vendar niso bili preizkušeni.
Med preskusi vzorčnega vzorca so bili pridobljeni zelo zanimivi rezultati, ki kažejo na pravilnost uporabljenih pristopov. Tako se je zaradi uporabe pravih materialov in tehnologij tlak v zgorevalni komori dvignil na 40 atmosfer. Potisk poskusnega izdelka je dosegel 2 toni.
Model komore na preskusni mizi
Določeni rezultati so bili doseženi v okviru projekta Ifrit, vendar je domači detonacijski motor na tekoče gorivo še daleč od polnopravne praktične uporabe. Pred uvedbo takšne opreme v nove tehnološke projekte morajo oblikovalci in znanstveniki rešiti številne najresnejše težave. Šele takrat bo raketna in vesoljska industrija ali obrambna industrija lahko začela uresničevati potencial nove tehnologije v praksi.
Sredi januarja je Rossiyskaya Gazeta objavila intervju z glavnim oblikovalcem NPO Energomash Petrom Levochkinom o trenutnem stanju in možnostih za motorje za detonacijo. Predstavnik razvijalca se je spomnil glavnih določil projekta in se dotaknil tudi teme doseženih uspehov. Poleg tega je spregovoril o možnih področjih uporabe "Ifrit" in podobnih struktur.
Na primer, v hipersoničnih letalih se lahko uporabljajo detonacijski motorji. P. Lyovochkin je spomnil, da motorji, ki so zdaj predlagani za uporabo na takšni opremi, uporabljajo podzvočno zgorevanje. Pri hiperzvočni hitrosti letalske naprave je treba zrak, ki vstopa v motor, upočasniti na zvočni način. Zavorna energija pa mora voditi do dodatnih toplotnih obremenitev na ogrodju. Pri detonacijskih motorjih hitrost gorenja goriva doseže najmanj M = 2, 5. To omogoča povečanje hitrosti leta letala. Tak stroj z motorjem tipa detonacije bo lahko pospešil do hitrosti osemkrat večjo od hitrosti zvoka.
Resnične možnosti za raketne motorje z detonacijo pa še niso velike. Po mnenju P. Lyovochkin, "pravkar smo odprli vrata na področje detonacijskega zgorevanja." Znanstveniki in oblikovalci bodo morali preučiti številna vprašanja, šele potem bo mogoče ustvariti strukture s praktičnim potencialom. Zaradi tega bo vesoljska industrija morala dolgo uporabljati tradicionalne motorje na tekoče gorivo, kar pa ne zanika možnosti njihove nadaljnje izboljšave.
Zanimivo dejstvo je, da se detonacijski princip zgorevanja ne uporablja samo na področju raketnih motorjev. Že obstaja domači projekt letalskega sistema z zgorevalno komoro detonacijskega tipa, ki deluje na impulznem principu. Ta prototip je bil preizkušen in v prihodnosti lahko da začetek nove smeri. Novi motorji s trkanjem z zgorevanjem lahko najdejo uporabo na najrazličnejših področjih in delno nadomestijo tradicionalne plinskoturbinske ali turboreaktivne motorje.
Domači projekt letalskega motorja z detonacijo se razvija v OKB im. A. M. Zibelka. Informacije o tem projektu so bile prvič predstavljene na lanskem mednarodnem vojaško-tehničnem forumu "Army-2017". Na stojnici razvijalca podjetja so bili materiali o različnih motorjih, serijskih in v razvoju. Med slednjimi je bil obetaven vzorec detonacije.
Bistvo novega predloga je uporaba nestandardne zgorevalne komore, ki je sposobna impulznega detonacijskega zgorevanja goriva v zračni atmosferi. V tem primeru mora frekvenca "eksplozij" znotraj motorja doseči 15-20 kHz. V prihodnosti je mogoče ta parameter še povečati, zaradi česar bo hrup motorja presegel območje, ki ga zaznava človeško uho. Takšne lastnosti motorja so lahko zanimive.
Prva predstavitev poskusnega izdelka "Ifrit"
Glavne prednosti nove elektrarne pa so povezane z izboljšanjem zmogljivosti. Benč preskusi prototipov so pokazali, da po posebnih kazalnikih presegajo tradicionalne plinskoturbinske motorje za približno 30%. Do prve javne predstavitve materialov na motorju je OKB im. A. M. Zibelke so lahko dobile precej visoke zmogljivosti. Izkušen motor nove vrste je lahko deloval 10 minut brez prekinitev. Skupni čas delovanja tega izdelka na stojnici je takrat presegel 100 ur.
Predstavniki razvojnega podjetja so navedli, da je že mogoče ustvariti nov detonacijski motor s potiskom 2-2,5 tone, primeren za vgradnjo na lahka letala ali brezpilotna letala. Pri zasnovi takega motorja se predlaga uporaba t.i. resonatorske naprave, ki so odgovorne za pravilen potek zgorevanja goriva. Pomembna prednost novega projekta je temeljna možnost namestitve takšnih naprav kjer koli v ogrodju.
Strokovnjaki OKB jih. A. M. Zibelke že več kot tri desetletja delajo na letalskih motorjih z zgorevanjem z impulzno detonacijo, vendar projekt doslej ni zapustil raziskovalne faze in nima realnih možnosti. Glavni razlog je pomanjkanje naročila in potrebno financiranje. Če projekt prejme potrebno podporo, se lahko v bližnji prihodnosti ustvari vzorčni motor, primeren za uporabo na različni opremi.
Do danes so ruskim znanstvenikom in oblikovalcem uspeli pokazati zelo izjemne rezultate na področju reaktivnih motorjev z uporabo novih načel delovanja. Obstaja več projektov hkrati, primernih za uporabo na raketnem prostoru in hiperzvočnih območjih. Poleg tega se lahko novi motorji uporabljajo tudi v "tradicionalnem" letalstvu. Nekateri projekti so še v zgodnjih fazah in še niso pripravljeni za inšpekcijske preglede in druga dela, na drugih področjih pa so bili doseženi najbolj izjemni rezultati.
Ruski strokovnjaki so pri raziskovanju teme detonacijskih reaktivnih motorjev z notranjim zgorevanjem ustvarili model zgorevalne komore z želenimi lastnostmi. Eksperimentalni izdelek "Ifrit" je že opravil teste, med katerimi je bilo zbranih veliko različnih informacij. S pomočjo pridobljenih podatkov se bo razvoj smeri nadaljeval.
Obvladovanje nove smeri in prevajanje idej v praktično uporabno obliko bo trajalo veliko časa, zato bodo v bližnji prihodnosti vesoljske in vojaške rakete v bližnji prihodnosti opremljene le s tradicionalnimi motorji na tekoče gorivo. Kljub temu je delo že zapustilo povsem teoretično fazo, zdaj pa vsak poskusni zagon poskusnega motorja približuje trenutek izgradnje polnopravnih raket z novimi elektrarnami.
