Kích nổ động cơ tên lửa: thử nghiệm, nguyên lý hoạt động, ưu điểm

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Khám phá không gian được kết hợp một cách vô tình với tàu vũ trụ. Trái tim của bất kỳ phương tiện phóng nào là động cơ của nó. Nó phải phát triển vận tốc vũ trụ đầu tiên - khoảng 7.9 km / s để đưa các phi hành gia vào quỹ đạo và vận tốc vũ trụ thứ hai để vượt qua trường hấp dẫn của hành tinh.

Đạt được điều này không hề dễ dàng nhưng các nhà khoa học vẫn không ngừng tìm kiếm những phương pháp mới để giải quyết vấn đề này. Các nhà thiết kế từ Nga thậm chí còn đi xa hơn và tìm cách phát triển một động cơ tên lửa kích nổ, các cuộc thử nghiệm đã kết thúc thành công. Thành tựu này có thể được gọi là một bước đột phá thực sự trong lĩnh vực kỹ thuật vũ trụ.

Tính năng mới

Tại sao có nhiều hy vọng về động cơ kích nổ? Theo các nhà khoa học, sức mạnh của chúng sẽ lớn gấp 10 nghìn lần sức mạnh của các động cơ tên lửa hiện có. Đồng thời, chúng sẽ tiêu thụ ít nhiên liệu hơn nhiều, và quá trình sản xuất của chúng sẽ được phân biệt bằng chi phí thấp và lợi nhuận. Nó là gì vớiliên quan?

Đó là tất cả về phản ứng oxy hóa nhiên liệu. Nếu các tên lửa hiện đại sử dụng quá trình xì hơi - đốt cháy nhiên liệu chậm (cận âm) ở áp suất không đổi, thì động cơ tên lửa kích nổ hoạt động nhờ sự phát nổ, kích nổ của hỗn hợp dễ cháy. Nó bùng cháy ở tốc độ siêu thanh, giải phóng một lượng nhiệt năng khổng lồ cùng lúc khi sóng xung kích lan truyền.

Việc phát triển và thử nghiệm phiên bản động cơ kích nổ của Nga được thực hiện bởi phòng thí nghiệm chuyên biệt "Detonation LRE" như một phần của tổ hợp sản xuất "Energomash".

Tính ưu việt của động cơ mới

Các nhà khoa học hàng đầu thế giới đã nghiên cứu và phát triển động cơ kích nổ trong 70 năm. Nguyên nhân chính ngăn cản sự ra đời của loại động cơ này là do quá trình đốt cháy nhiên liệu tự phát không kiểm soát được. Ngoài ra, sự hòa trộn hiệu quả giữa nhiên liệu và chất ôxy hóa, cũng như sự tích hợp của vòi phun và lượng khí nạp, cũng nằm trong chương trình nghị sự.

Bằng cách giải quyết những vấn đề này, có thể tạo ra một động cơ tên lửa kích nổ, về đặc tính kỹ thuật của nó, sẽ vượt qua thời gian. Đồng thời, các nhà khoa học gọi ưu điểm của nó là:

1. Khả năng phát triển tốc độ trong phạm vi cận âm và siêu âm.
2. Thiết kế nhiều bộ phận chuyển động.
3. Giảm khối lượng và chi phí của nhà máy điện.
4. Hiệu suất nhiệt động lực học cao.

Loại động cơ này không được sản xuất hàng loạt. Nó được thử nghiệm lần đầu tiên trên máy bay bay thấp vào năm 2008. Động cơ kích nổ cho phương tiện phóng lần đầu tiên được các nhà khoa học Nga thử nghiệm. Đó là lý do tại sao sự kiện này lại có tầm quan trọng lớn như vậy.

Nguyên lý làm việc: xung và liên tục

Hiện tại, các nhà khoa học đang phát triển các cài đặt với quy trình làm việc liên tục và liên tục. Nguyên lý hoạt động của động cơ tên lửa kích nổ với sơ đồ hoạt động xung dựa trên việc nạp hỗn hợp dễ cháy theo chu kỳ vào buồng đốt, đánh lửa tuần tự và thải các sản phẩm cháy ra môi trường.

Theo đó, trong quá trình làm việc liên tục, nhiên liệu được cấp vào buồng đốt liên tục, nhiên liệu cháy theo một hoặc nhiều đợt nổ liên tục tuần hoàn theo dòng chảy. Ưu điểm của những động cơ như vậy là:

1. Đánh lửa đơn nhiên liệu.
2. Thiết kế tương đối đơn giản.
3. Kích thước nhỏ và trọng lượng của đơn vị.
4. Sử dụng hỗn hợp dễ cháy hiệu quả hơn.
5. Tiếng ồn, độ rung và khí thải thấp.

Trong tương lai, sử dụng những ưu điểm này, động cơ tên lửa đẩy chất lỏng kích nổ hoạt động liên tục sẽ thay thế tất cả các hệ thống lắp đặt hiện tại do đặc điểm về trọng lượng, kích thước và chi phí của nó.

Kiểm tra động cơ kích nổ

Các thử nghiệm đầu tiên về cài đặt kích nổ trong nước đã diễn ra trong khuôn khổdự án do Bộ Giáo dục và Khoa học thành lập. Một động cơ nhỏ với buồng đốt có đường kính 100 mm và chiều rộng kênh hình khuyên là 5 mm đã được giới thiệu dưới dạng nguyên mẫu. Các thử nghiệm được thực hiện trên một giá đỡ đặc biệt, các chỉ số được ghi lại khi làm việc trên nhiều loại hỗn hợp dễ cháy khác nhau - hydro-oxy, khí tự nhiên-oxy, propan-butan-oxy.

Thử nghiệm nổ động cơ tên lửa chạy bằng nhiên liệu oxy-hydro đã chứng minh rằng chu trình nhiệt động của các tổ máy này hiệu quả hơn 7% so với các tổ máy khác. Ngoài ra, thực nghiệm đã xác nhận rằng với sự gia tăng lượng nhiên liệu cung cấp, lực đẩy cũng tăng, cũng như số lượng sóng kích nổ và tốc độ quay.

Tương tự ở các quốc gia khác

Động cơ kích nổ đang được phát triển bởi các nhà khoa học đến từ các quốc gia hàng đầu trên thế giới. Các nhà thiết kế đến từ Mỹ đã đạt được thành công lớn nhất trong hướng đi này. Trong các mô hình của họ, họ thực hiện một phương thức hoạt động liên tục, hoặc luân phiên. Quân đội Mỹ có kế hoạch sử dụng các thiết bị này để trang bị cho các tàu nổi. Do trọng lượng nhẹ hơn và kích thước nhỏ với công suất đầu ra cao, chúng sẽ giúp tăng hiệu quả của tàu chiến.

Một hỗn hợp cân bằng của hydro và oxy được sử dụng bởi một động cơ tên lửa kích nổ của Mỹ. Ưu điểm của nguồn năng lượng này chủ yếu là kinh tế - oxy đốt cháy chính xác lượng cần thiết để oxy hóa hydro. Bây giờ choChính phủ Mỹ chi nhiều tỷ đô la để cung cấp nhiên liệu carbon cho tàu chiến. Nhiên liệu đo phân cực sẽ giảm chi phí xuống nhiều lần.

Định hướng và triển vọng phát triển hơn nữa

Dữ liệu mới thu được từ các cuộc thử nghiệm động cơ kích nổ đã xác định việc sử dụng các phương pháp cơ bản mới để xây dựng kế hoạch vận hành bằng nhiên liệu lỏng. Nhưng để hoạt động được thì những động cơ như vậy phải có khả năng chịu nhiệt cao do nhiệt năng tỏa ra lớn. Hiện tại, một lớp phủ đặc biệt đang được phát triển để đảm bảo hoạt động của buồng đốt khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Một vị trí đặc biệt trong nghiên cứu sâu hơn là việc tạo ra các đầu trộn, nhờ đó có thể thu được những giọt vật liệu dễ cháy có kích thước, nồng độ và thành phần nhất định. Để giải quyết những vấn đề này, một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng kích nổ mới sẽ được tạo ra, nó sẽ trở thành nền tảng của một loại phương tiện phóng mới.