2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31
L'esplorazione dello spazio è involontariamente associata ai veicoli spaziali. Il cuore di ogni veicolo di lancio è il suo motore. Deve sviluppare la prima velocità spaziale - circa 7,9 km / s per portare gli astronauti in orbita e la seconda velocità spaziale per superare il campo gravitazionale del pianeta.
Raggiungere questo obiettivo non è facile, ma gli scienziati sono costantemente alla ricerca di nuovi modi per risolvere questo problema. I designer russi sono andati ancora oltre e sono riusciti a sviluppare un motore a razzo a detonazione, i cui test si sono conclusi con successo. Questo risultato può essere definito una vera svolta nel campo dell'ingegneria spaziale.
Nuove funzionalità
Perché ci sono grandi speranze per i motori a detonazione? Secondo gli scienziati, la loro potenza sarà 10mila volte maggiore della potenza dei motori a razzo esistenti. Allo stesso tempo, consumeranno molto meno carburante e la loro produzione si distinguerà per basso costo e redditività. Di cosa si trattacorrelati?
Riguarda la reazione di ossidazione del carburante. Se i razzi moderni utilizzano il processo di deflagrazione - combustione lenta (subsonica) del carburante a pressione costante, il motore a razzo di detonazione funziona a causa dell'esplosione, detonazione della miscela combustibile. Brucia a velocità supersoniche, rilasciando enormi quantità di energia termica contemporaneamente alla propagazione dell'onda d'urto.
Lo sviluppo e il collaudo della versione russa del motore di detonazione è stato effettuato dal laboratorio specializzato "Detonation LRE" nell'ambito del complesso produttivo "Energomash".
La superiorità dei nuovi motori
I principali scienziati del mondo studiano e sviluppano motori di detonazione da 70 anni. Il motivo principale che impedisce la realizzazione di questo tipo di motore è la combustione spontanea incontrollata del carburante. Inoltre, erano all'ordine del giorno la miscelazione efficiente di carburante e ossidante, nonché l'integrazione dell'ugello e della presa d'aria.
Risolvendo questi problemi, sarà possibile creare un motore a razzo a detonazione, che, in termini di caratteristiche tecniche, supererà il tempo. Allo stesso tempo, gli scienziati chiamano i suoi vantaggi:
- La capacità di sviluppare velocità nella gamma subsonica e ipersonica.
- Progetta molte parti mobili.
- Messa e costo inferiori della centrale elettrica.
- Elevata efficienza termodinamica.
Questo tipo di motore non è stato prodotto in serie. È stato testato per la prima volta su velivoli a bassa quota nel 2008. Il motore di detonazione per i veicoli di lancio è stato testato per la prima volta da scienziati russi. Ecco perché a questo evento viene data così grande importanza.
Principio di funzionamento: pulsato e continuo
Attualmente, gli scienziati stanno sviluppando installazioni con un flusso di lavoro pulsante e continuo. Il principio di funzionamento di un motore a razzo a detonazione con uno schema di funzionamento a impulsi si basa sul riempimento ciclico della camera di combustione con una miscela combustibile, sulla sua accensione sequenziale e sul rilascio di prodotti della combustione nell'ambiente.
Di conseguenza, in un processo di lavoro continuo, il carburante viene immesso continuamente nella camera di combustione, il carburante brucia in una o più onde di detonazione che circolano continuamente attraverso il flusso. I vantaggi di tali motori sono:
- Accensione singola del carburante.
- Design relativamente semplice.
- Piccole dimensioni e peso delle unità.
- Uso più efficiente della miscela combustibile.
- Basso rumore, vibrazioni ed emissioni.
In futuro, sfruttando questi vantaggi, un motore a razzo a propellente liquido a detonazione a funzionamento continuo sostituirà tutte le installazioni esistenti grazie alle sue caratteristiche di peso, dimensioni e costo.
Prova il motore di detonazione
I primi test dell'installazione domestica di detonazione si sono svolti nell'ambito diprogetto istituito dal Ministero dell'Istruzione e della Scienza. Come prototipo è stato presentato un piccolo motore con una camera di combustione di 100 mm di diametro e una larghezza del canale anulare di 5 mm. I test sono stati eseguiti su un supporto speciale, gli indicatori sono stati registrati durante il lavoro su vari tipi di miscele combustibili: idrogeno-ossigeno, gas naturale-ossigeno, propano-butano-ossigeno.
I test del motore a razzo a detonazione alimentato da carburante ossigeno-idrogeno hanno dimostrato che il ciclo termodinamico di queste unità è del 7% più efficiente rispetto ad altre unità. Inoltre, è stato confermato sperimentalmente che con un aumento della quantità di carburante fornito, aumenta anche la spinta, così come il numero di onde di detonazione e la velocità di rotazione.
Analogi in altri paesi
I motori di detonazione sono stati sviluppati da scienziati dei principali paesi del mondo. I designer statunitensi hanno ottenuto il maggior successo in questa direzione. Nei loro modelli, hanno implementato una modalità di funzionamento continua, o rotazionale. L'esercito americano prevede di utilizzare queste installazioni per equipaggiare le navi di superficie. Grazie al loro peso ridotto e alle dimensioni ridotte con un'elevata potenza di uscita, contribuiranno ad aumentare l'efficacia delle barche da combattimento.
Una miscela stechiometrica di idrogeno e ossigeno viene utilizzata da un motore a razzo a detonazione americano. I vantaggi di una tale fonte di energia sono principalmente economici: l'ossigeno brucia esattamente quanto necessario per ossidare l'idrogeno. Ora perIl governo degli Stati Uniti spende diversi miliardi di dollari per fornire alle navi da guerra combustibili di carbonio. Il carburante stechiometrico ridurrà i costi di diverse volte.
Ulteriori direzioni di sviluppo e prospettive
Nuovi dati ottenuti a seguito dei test dei motori a detonazione hanno determinato l'uso di metodi fondamentalmente nuovi per la costruzione di uno schema per il funzionamento a combustibile liquido. Ma per il funzionamento, tali motori devono avere un'elevata resistenza al calore a causa della grande quantità di energia termica rilasciata. Al momento è in fase di sviluppo uno speciale rivestimento che garantirà il funzionamento della camera di combustione in condizioni di esposizione ad alta temperatura.
Un posto speciale in ulteriori ricerche è la realizzazione delle teste di miscelazione, con le quali sarà possibile ottenere gocce di materiale combustibile di una determinata dimensione, concentrazione e composizione. Per affrontare questi problemi, verrà creato un nuovo motore a razzo a propellente liquido a detonazione, che diventerà la base di una nuova classe di veicoli di lancio.
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