Havacılık ve füzeler için mevcut tahrik sistemleri çok yüksek performans gösteriyor, ancak yeteneklerinin sınırına yaklaştı. Havacılık roketi ve uzay endüstrisinin gelişimi için bir zemin oluşturan itme parametrelerini daha da artırmak için, dahil olmak üzere başka motorlara ihtiyaç vardır. yeni çalışma prensipleri ile. Büyük umutlar sözde sabitlenir. patlama motorları Bu tür darbe sınıfı sistemler zaten laboratuvarlarda ve uçaklarda test ediliyor.
Fiziksel ilkeler
Mevcut ve çalışan sıvı yakıtlı motorlar, ses altı yanma veya parlama kullanır. Yakıt ve oksitleyici içeren bir kimyasal reaksiyon, ses altı bir hızda yanma odası boyunca hareket eden bir cephe oluşturur. Bu yanma, memeden akan reaktif gazların miktarını ve hızını sınırlar. Buna göre, maksimum itme de sınırlıdır.
Patlamalı yanma bir alternatiftir. Bu durumda, reaksiyon cephesi süpersonik bir hızda hareket ederek bir şok dalgası oluşturur. Bu yanma modu, gaz halindeki ürünlerin verimini arttırır ve daha fazla çekiş sağlar.
Patlama motoru iki versiyonda yapılabilir. Aynı zamanda darbeli veya darbeli motorlar (IDD / PDD) ve döner / dönen motorlar geliştirilmektedir. Farkları yanma prensiplerinde yatmaktadır. Döner motor sabit bir reaksiyonu sürdürürken, itici motor bir yakıt ve oksitleyici karışımının ardışık "patlamaları" ile çalışır.
Dürtüler itme oluşturur
Teoride tasarımı, geleneksel bir ramjet veya sıvı yakıtlı roket motorundan daha karmaşık değildir. Bir yanma odası ve meme tertibatının yanı sıra yakıt ve oksitleyici tedarik etmek için araçlar içerir. Bu durumda, motorun çalışmasının özellikleriyle ilişkili yapının gücü ve dayanıklılığına özel kısıtlamalar getirilir.
Çalışma sırasında, enjektörler yanma odasına yakıt sağlar; oksitleyici, bir hava giriş cihazı kullanılarak atmosferden sağlanır. Karışımın oluşumundan sonra tutuşma meydana gelir. Yakıt bileşenlerinin ve karışım oranlarının doğru seçilmesi, optimal ateşleme yöntemi ve haznenin konfigürasyonu nedeniyle, motor nozülü yönünde hareket eden bir şok dalgası oluşur. Mevcut teknoloji seviyesi, itmede karşılık gelen bir artışla 2,5-3 km / s'ye kadar bir dalga hızı elde etmeyi mümkün kılar.
IDD, titreşimli bir çalışma prensibi kullanır. Bu, patlamadan ve reaktif gazların salınmasından sonra, yanma odasının dışarı üflenmesi, bir karışımla yeniden doldurulması - ve ardından yeni bir "patlama" olduğu anlamına gelir. Yüksek ve kararlı bir itme elde etmek için, bu döngü saniyede on ila binlerce kez yüksek bir frekansta gerçekleştirilmelidir.
Zorluklar ve avantajlar
IDD'nin ana avantajı, mevcut ve muhtemel ramjet ve sıvı yakıtlı motorlara göre üstünlük sağlayan gelişmiş özellikler elde etme teorik olasılığıdır. Böylece, aynı itme ile itme motoru daha kompakt ve daha hafif hale gelir. Buna göre aynı boyutlarda daha güçlü bir birim oluşturulabilir. Ek olarak, böyle bir motor, enstrümantasyonun bir parçasına ihtiyaç duymadığından tasarım açısından daha basittir.
IDD, sıfırdan (roketin başlangıcında) hipersonik hıza kadar geniş bir hız aralığında çalışır. Roket ve uzay sistemlerinde ve havacılıkta - sivil ve askeri alanlarda uygulama bulabilir. Her durumda, karakteristik özellikleri, geleneksel sistemlere göre belirli avantajlar elde etmeyi mümkün kılar. İhtiyaçlara bağlı olarak, bir tanktan bir oksitleyici kullanarak veya atmosferden oksijen alan havaya tepki veren bir roket IDD'si oluşturmak mümkündür.
Bununla birlikte, önemli dezavantajlar ve zorluklar vardır. Bu nedenle, yeni bir yöne hakim olmak için, farklı bilim ve disiplinlerin kavşağında oldukça karmaşık çeşitli çalışmalar ve deneyler yapmak gerekir. Spesifik çalışma prensibi, motor tasarımı ve malzemeleri üzerinde özel taleplerde bulunur. Yüksek itişin fiyatı, motor yapısına zarar verebilecek veya tahrip edebilecek yüklerin artmasıdır.
Buradaki zorluk, gerekli patlama frekansına karşılık gelen yüksek oranda yakıt ve oksitleyici dağıtımı sağlamak ve ayrıca yakıt dağıtımından önce bir tahliye gerçekleştirmektir. Ek olarak, her operasyon döngüsünde bir şok dalgasının başlatılması ayrı bir mühendislik problemidir.
Bilim adamlarının ve tasarımcıların tüm çabalarına rağmen, bugüne kadar IDD'nin laboratuvarların ve test alanlarının ötesine geçmeye hazır olmadığı belirtilmelidir. Tasarımlar ve teknolojilerin daha da geliştirilmesi gerekiyor. Bu nedenle, yeni motorların uygulamaya girmesinden henüz bahsetmeye gerek yok.
Teknolojinin tarihi
Darbeli bir patlama motoru ilkesinin ilk olarak bilim adamları tarafından değil, bilim kurgu yazarları tarafından önerilmiş olması ilginçtir. Örneğin, G. Adamov'un "İki Okyanusun Gizemi" adlı romanından denizaltı "Pioneer", bir hidrojen-oksijen gazı karışımı üzerinde IDD kullandı. Benzer fikirler diğer sanat eserlerinde de yer aldı.
Patlama motorları konusundaki bilimsel araştırmalar, kırklı yıllarda biraz sonra başladı ve yönün öncüleri Sovyet bilim adamlarıydı. Gelecekte, farklı ülkelerde, deneyimli bir IDD oluşturmak için tekrar tekrar girişimlerde bulunuldu, ancak başarıları, gerekli teknolojilerin ve malzemelerin eksikliği nedeniyle ciddi şekilde sınırlıydı.
31 Ocak 2008'de ABD Savunma Bakanlığı'nın DARPA ajansı ve Hava Kuvvetleri Laboratuvarı, hava soluyan tip IDD ile ilk uçan laboratuvarı test etmeye başladı. Orijinal motor, Scale Composites'ten değiştirilmiş bir Long-EZ uçağına kuruldu. Santral, sıvı yakıt beslemesi ve atmosferden hava girişi olan dört borulu yanma odasını içeriyordu. 80 Hz'lik bir patlama frekansında, yakl. Sadece hafif bir uçak için yeterli olan 90 kgf.
Bu testler, IDD'nin havacılıkta kullanım için temel uygunluğunu gösterdi ve ayrıca tasarımları iyileştirme ve özelliklerini artırma ihtiyacını gösterdi. Aynı 2008 yılında prototip uçak müzeye gönderilmiş ve DARPA ve ilgili kuruluşlar çalışmalarına devam etmiştir. IDD'yi gelecek vaat eden füze sistemlerinde kullanma olasılığı hakkında bildirildi - ancak şu ana kadar geliştirilmediler.
Ülkemizde İDD konusu teori ve uygulama düzeyinde işlenmiştir. Örneğin, 2017'de, Combustion and Explosion dergisinde gaz halinde hidrojenle çalışan bir patlama ramjet motorunun testleri hakkında bir makale yayınlandı. Ayrıca döner patlamalı motorlarla ilgili çalışmalar da devam ediyor. Füzelerde kullanıma uygun sıvı yakıtlı roket motoru geliştirilmiş ve test edilmiştir. Bu tür teknolojilerin uçak motorlarında kullanılması konusu araştırılmaktadır. Bu durumda, patlama yanma odası turbojet motoruna entegre edilmiştir.
Teknoloji Perspektifi
Patlama motorları, çeşitli alan ve alanlardaki uygulamaları açısından büyük ilgi görmektedir. Ana özelliklerde beklenen artış nedeniyle, en azından mevcut sınıfların sistemlerini sıkıştırabilirler. Bununla birlikte, teorik ve pratik geliştirmenin karmaşıklığı, bunların pratikte kullanılmasına henüz izin vermemektedir.
Bununla birlikte, son yıllarda olumlu eğilimler gözlenmiştir. Genel olarak patlama motorları, dahil. darbeli, laboratuvarlardan gelen haberlerde giderek daha fazla yer alıyor. Bu yönün gelişimi devam ediyor ve gelecekte umut verici örneklerin ortaya çıkma zamanlaması, özellikleri ve uygulama alanları hala söz konusu olmasına rağmen istenen sonuçları verebilecek. Ancak son yılların mesajları geleceğe iyimser bakmamızı sağlıyor.
