Запускается первый в мире «невозможный» вращающийся детонационный двигатель

Команда из Флориды, работающая с ВВС США, утверждает, что она построила и протестировала экспериментальную модель вращающегося детонационного ракетного двигателя, который использует вращающиеся взрывы внутри кольцевого канала для создания сверхэффективной тяги.

Подавляющее большинство двигателей, конечно же, используют сгорание топлива, а не детонацию для достижения своих целей по мощности. Сгорание представляет собой относительно медленный и контролируемый процесс, возникающий в результате реакции между топливом и кислородом при высоких температурах, и он очень хорошо понимается и совершенствуется как технология.

Эффективный новый тип двигателя

С другой стороны, детонация происходит быстро и хаотично и гораздо менее предсказуема. Взрыв вместо горения - это массивный разряд энергии, который вы получаете, разрывая химические связи, удерживающие взрывоопасную молекулу вместе, давая ей толчок энергии - электрический или кинетический - в виде достаточно мощной ударной волны, чтобы дестабилизировать эти связи. Детонация превосходна, когда вы хотите разрушить вещи навалом, и гораздо труднее поддерживать точный контроль над ними.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Но когда вам нужно разорвать цепи земной гравитации и отправиться в космос, каждый грамм веса делает вещи намного труднее и дороже. Детонация высвобождает значительно больше энергии из значительно меньшей массы топлива, чем сгорание, поэтому уже более 60 лет ученые-ракетчики работают над идеей вращающейся детонационной ракеты, как потенциальным способом снижения веса и добавления тяги.

 По сути, такое устройство начинается с одного цилиндра внутри другого, более крупного, с зазором между ними и несколькими небольшими отверстиями или прорезями, через которые можно протолкнуть детонационную топливную смесь. Некоторая форма зажигания создает в этом кольцевом зазоре детонацию, в результате которой образуются газы, которые выталкиваются из одного конца кольцеобразного канала для создания тяги в обратном направлении. Но она также создает ударную волну, которая распространяется вокруг канала со скоростью, в пять раз превышающей скорость звука, и эта ударная волна может быть использована для воспламенения большего количества детонаций в самоподдерживающейся, вращающейся схеме, если топливо добавляется в нужные места в нужное время.

Вращающийся детонационный двигатель, впервые разработанный инженерами Мичиганского университета в 1950-х годах, является манящей простотой идеей в механическом смысле, но эта самораспространяющаяся детонационная волна оказалась мучительно трудной для достижения и поддержания.

Команда ученых, работающая по программе "Вращающийся детонационный ракетный двигатель" в исследовательской лаборатории ВВС, утверждает, что построила и испытала рабочую лабораторную модель. Это 3-дюймовый медный испытательный стенд, использующий смесь водорода и кислорода в качестве топлива, что является самым высокоэффективным ракетным топливом для ракетных двигателей верхних ступеней.

"В исследовании впервые представлены экспериментальные доказательства безопасной и работоспособной детонации водородного и кислородного ракетного топлива во вращающемся детонационном ракетном двигателе", - говорит Карим Ахмед, доцент кафедры механики и аэрокосмической техники UCF, возглавлявший исследование. "Детонация поддерживается непрерывно до тех пор, пока вы не отключите топливо". Мы испытали до 200 фунтов силы, но тяга линейно увеличивается с потоком массы топлива".

Секрет, по словам исследователей, был прост - настройка.

"Мы должны настроить размеры струй, высвобождающих пропелленты, чтобы улучшить смешивание для местной водородно-кислородной смеси", - говорит Ахмед. "Так что, когда приходит вращающийся взрыв для свежей смеси, она должна самоподдерживать процесс". Потому что, если состав смеси слегка изменить, процесс будет иметь тенденцию к дефлаграции или медленно гореть вместо того, чтобы детонировать".

"Всего за несколько месяцев до этого ряд американских экспертов по ракетным двигателям публично заявили, что водородно-кислородные детонационные двигатели невозможны", - рассказывает Ахмед. "Однако в статье представлены экспериментальные доказательства и без сомнения показано, что детонация кислорода и водорода происходит внутри вращающегося детонационного ракетного двигателя".

"Эти результаты исследований уже оказывают влияние на международное научное сообщество", - говорит Уильям Харгус, руководитель программы. "В настоящее время в рамках нескольких проектов пересматривается вопрос о сгорании водорода при детонации во вращающихся детонационных ракетных двигателях в связи с полученными результатами". Я очень горжусь тем, что связан с этим высококачественным исследованием". 

Ахмед рассказывает, что эта конструкция двигателя оценивается как возможная замена ракеты RL-10 компании Aerojet Rocketdyne, которая была впервые разработана в 1962 году. Современные версии все еще производятся для верхних ступеней ракет Atlas V и Delta IV, а дальнейшие варианты находятся в стадии разработки для ракет Exploration, OmegA и Vulcan, однако проверенный вращающийся детонационный ракетный двигатель может стать реальной сменой игры.

"Военно-воздушные силы США нацеливаются на летные испытания ракет к 2025 году, - говорит Ахмед, - и мы вносим свой вклад в достижение этой цели".

Несмотря на то, что космическая двигательная установка является ключевой движущей силой для этих исследований, она также может быть использована на суше в других случаях, когда высокая мощность и низкий расход топлива могут иметь большое значение. В 2012 году Лаборатория военно-морских исследований подсчитала, что вращающиеся детонационные двигатели могут сэкономить ВМФ 15-20% годового потребления топлива, если они заменят газотурбинные двигатели, которые работают на более чем 100 его крупных судах. Они также могли бы потенциально использоваться в гиперзвуковых и сверхзвуковых полетах или даже для производства электроэнергии, и Ахмед говорит, что у конструкции также есть потенциал в качестве двигателя ускорительной ступени, но для него потребовалось бы другое топливо. опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet