Detonační raketový motor: testy, princip činnosti, výhody

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Průzkum vesmíru je nedobrovolně spojen s kosmickou lodí. Srdcem každé nosné rakety je její motor. Musí vyvinout první vesmírnou rychlost – asi 7,9 km/s, aby dopravila astronauty na oběžnou dráhu, a druhou vesmírnou rychlost, aby překonala gravitační pole planety.

Dosáhnout toho není snadné, ale vědci neustále hledají nové způsoby, jak tento problém vyřešit. Konstruktéři z Ruska šli ještě dál a podařilo se jim vyvinout detonační raketový motor, jehož testy skončily úspěchem. Tento úspěch lze nazvat skutečným průlomem v oblasti kosmického inženýrství.

Nové funkce

Proč jsou velké naděje na detonační motory? Podle vědců bude jejich výkon 10 tisíckrát větší než výkon stávajících raketových motorů. Zároveň spotřebují mnohem méně paliva a jejich výroba se bude vyznačovat nízkou cenou a ziskovostí. S čím to jesouvisející?

Je to všechno o oxidační reakci paliva. Pokud moderní rakety využívají proces deflagrace - pomalé (podzvukové) spalování paliva při konstantním tlaku, tak detonační raketový motor funguje díky explozi, detonaci hořlavé směsi. Hoří nadzvukovou rychlostí a současně s šířením rázové vlny uvolňuje obrovské množství tepelné energie.

Vývoj a testování ruské verze detonačního motoru prováděla specializovaná laboratoř "Detonation LRE" jako součást výrobního komplexu "Energomash".

Přednost nových motorů

Přední světoví vědci studují a vyvíjejí detonační motory již 70 let. Hlavním důvodem bránícím vytvoření tohoto typu motoru je nekontrolované samovznícení paliva. Kromě toho bylo na pořadu dne účinné míchání paliva a okysličovadla, stejně jako integrace trysky a přívodu vzduchu.

Vyřešením těchto problémů bude možné vytvořit detonační raketový motor, který svými technickými vlastnostmi předběhne dobu. Jeho přednosti přitom vědci nazývají:

1. Schopnost vyvinout rychlosti v podzvukovém a nadzvukovém rozsahu.
2. Navrhněte mnoho pohyblivých částí.
3. Nižší hmotnost a náklady na elektrárnu.
4. Vysoká termodynamická účinnost.

Tento typ motoru nebyl vyráběn sériově. Poprvé byl testován na dolnoplošníku v roce 2008. Detonační motor pro nosné rakety poprvé otestovali ruští vědci. Proto je této události přikládán tak velký význam.

Funkční princip: pulzní a kontinuální

V současné době vědci vyvíjejí instalace s pulzním a nepřetržitým pracovním postupem. Princip činnosti detonačního raketového motoru s pulzním provozním schématem je založen na cyklickém plnění spalovací komory hořlavou směsí, jejím sekvenčním zapalování a uvolňování zplodin hoření do životního prostředí.

V souladu s tím je v kontinuálním pracovním procesu palivo přiváděno do spalovací komory nepřetržitě, palivo hoří v jedné nebo více detonačních vlnách, které nepřetržitě cirkulují napříč proudem. Výhody těchto motorů jsou:

1. Jednorázové zapálení paliva.
2. Relativně jednoduchý design.
3. Malá velikost a hmotnost jednotek.
4. Efektivnější využití hořlavé směsi.
5. Nízký hluk, vibrace a emise.

V budoucnu s využitím těchto výhod nahradí detonační raketový motor na kapalné palivo nepřetržitého provozu všechna stávající zařízení kvůli své hmotnosti, velikosti a cenovým charakteristikám.

Zkušební detonační motor

První testy domácího detonačního zařízení proběhly v rámciprojekt zřízený ministerstvem školství a vědy. Jako prototyp byl představen malý motor se spalovací komorou o průměru 100 mm a šířce prstencového kanálu 5 mm. Zkoušky byly prováděny na speciálním stojanu, byly zaznamenávány indikátory při práci na různých typech hořlavých směsí - vodík-kyslík, zemní plyn-kyslík, propan-butan-kyslík.

Testy detonačního raketového motoru poháněného kyslíkovo-vodíkovým palivem prokázaly, že termodynamický cyklus těchto jednotek je o 7 % účinnější než u jiných jednotek. Navíc bylo experimentálně potvrzeno, že s rostoucím množstvím dodávaného paliva roste i tah, stejně jako počet detonačních vln a rychlost otáčení.

Analogy v jiných zemích

Detonační motory vyvíjejí vědci z předních zemí světa. Největšího úspěchu v tomto směru dosáhli designéři z USA. Ve svých modelech implementovali kontinuální režim provozu, neboli rotační. Americká armáda plánuje použít tato zařízení k vybavení hladinových lodí. Díky své nižší hmotnosti a malým rozměrům s vysokým výstupním výkonem pomohou zvýšit efektivitu bojových člunů.

Americký detonační raketový motor používá stechiometrickou směs vodíku a kyslíku. Výhody takového zdroje energie jsou především ekonomické – kyslík spálí přesně tolik, kolik je potřeba k oxidaci vodíku. Nyní proAmerická vláda utrácí několik miliard dolarů, aby poskytla válečným lodím uhlíkové palivo. Stechiometrické palivo několikrát sníží náklady.

Další směry rozvoje a vyhlídky

Nová data získaná jako výsledek testů detonačních motorů určila použití zásadně nových metod pro konstrukci schématu provozu na kapalné palivo. Ale pro provoz musí mít takové motory vysokou tepelnou odolnost kvůli velkému množství uvolněné tepelné energie. V současné době se vyvíjí speciální nátěr, který zajistí provoz spalovací komory při vystavení vysokým teplotám.

Speciální místo v dalším výzkumu má vytvoření míchacích hlavic, se kterými bude možné získat kapky hořlavého materiálu dané velikosti, koncentrace a složení. K vyřešení těchto problémů bude vytvořen nový detonační raketový motor na kapalné palivo, který se stane základem nové třídy nosných raket.