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Motore a razzo di detonazione: prove, principio di funzionamento, vantaggi

La conquista dello spazio esterno è involontariamente associata alla nave spaziale. Il cuore di qualsiasi razzo vettore è il suo motore. Deve sviluppare la prima velocità dello spazio – circa 7,9 km / s, per consegnare gli astronauti in orbita e il secondo spazio per superare il campo gravitazionale del pianeta. Raggiungere questo aspetto non è facile, ma gli scienziati cercano costantemente nuovi modi per risolvere questo problema. I progettisti della Russia hanno fatto un passo avanti e sono riusciti a sviluppare un motore a razzo di detonazione, i cui test hanno avuto successo. Questo risultato può essere chiamato un vero e proprio passo avanti nel campo dell'ingegneria spaziale.


Nuove funzionalità

Perché i motori di detonazione hanno grandi speranze? Secondo gli scienziati, la loro capacità sarà di 10 mila volte superiore alla capacità dei motori a razzo esistenti. Allo stesso tempo, consumeranno molto meno combustibile e la loro produzione sarà distinta dal basso costo e dalla redditività. Qual è la ragione di questo?

Si tratta della reazione di ossidazione del combustibile. Se nei razzi moderni viene utilizzato il processo di deflagrazione – la combustione lenta (subsonica) del combustibile a pressione costante, allora il motore del razzo di detonazione funziona a causa dell'esplosione, la detonazione della miscela combustibile. Brucia con una velocità supersonica con il rilascio di una quantità enorme di energia termica contemporaneamente alla diffusione dell'onda di urto. Sviluppo e collaudo della variante russa del motore di detonazione è stato eseguito dal laboratorio specializzato "Motori a razzo di detonazione" come parte del complesso di produzione Energomash.

L'eccellenza dei nuovi motori

Lo studio e lo sviluppo di motori di detonazione sono stati condotti da più importanti scienziati mondiali per 70 anni. La ragione principale che impedisce la creazione di questo tipo di motore è la combustione spontanea di combustibile incontrollata. Inoltre, l'ordine del giorno comprendeva i compiti di miscelazione efficiente di combustibile e ossidante, nonché l'integrazione dell'ugello e dell'aspirazione aria. Dopo aver risolto questi problemi, sarà possibile creare un motore a razzo di detonazione che per le sue caratteristiche tecniche supererà il tempo. Allo stesso tempo, gli scienziati chiamano tali vantaggi:

  1. La capacità di sviluppare velocità nelle gamme subsoniche e ipersoniche.
  2. L'esclusione dalla progettazione di molte parti in movimento.
  3. Massima massa e costo della centrale elettrica.
  4. Elevata efficienza termodinamica.

Serialmente questo tipo di motore non è stato prodotto. Per la prima volta è stato testato sui velivoli a basso volo nel 2008. Il motore di detonazione per i razzi aerei è stato prima testato dagli scienziati russi. Questo è il motivo per cui questo evento è dato tanto importanza.

Principio di funzionamento: pulsato e continuo

Allo stato attuale, gli scienziati stanno sviluppando dispositivi con un processo di lavoro pulsato e continuo. Il principio del motore a razzo di detonazione con un impulso di funzionamento è basato sul riempimento ciclico della camera di combustione con una miscela combustibile, la sua conseguente accensione e il rilascio di prodotti di combustione nell'ambiente. Di conseguenza, in un processo continuo, il combustibile viene alimentato continuamente alla camera di combustione, il combustibile si brucia in una o più onde di detonazione che circolano continuamente attraverso il flusso. I vantaggi di tali motori sono:

  1. Accensione singola di carburante.
  2. Costruzione relativamente semplice.
  3. Piccole dimensioni e peso degli impianti.
  4. Uso più efficace della miscela combustibile.
  5. Basso livello di rumore prodotto, vibrazioni e emissioni nocive.

In prospettiva, usando questi vantaggi, il motore razzo di detonazione del razzo dello schema continuo di funzionamento sostituirà tutte le installazioni esistenti a causa delle sue caratteristiche di massa e di costo.

Prove del motore di detonazione

I primi test dell'impianto di detonazione domestico sono stati eseguiti nell'ambito di un progetto 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 di canale anulare di 5 mm. I test sono stati effettuati su una banchina speciale di prova, gli indicatori sono stati registrati quando si lavora su diversi tipi di miscele combustibili – idrogeno-ossigeno, gas naturale-ossigeno, propano-butano-ossigeno.

Le prove del motore a razzo di detonazione su combustibile di ossigeno-idrogeno hanno dimostrato che il ciclo termodinamico di queste unità è del 7% più efficiente rispetto al funzionamento di altre unità. Inoltre, è stato confermato sperimentalmente che aumentando la quantità di combustibile alimentato, la spinta, il numero di onde di detonazione e la velocità di rotazione aumentano.

Analoghi in altri paesi

Gli scienziati provenienti dai paesi leader sono impegnati nello sviluppo di motori di detonazione. I maggiori successi in questa direzione sono stati raggiunti dai progettisti degli Stati Uniti. Nei loro modelli si sono resi conto di un modo ininterrotto di lavoro o di rotazione. I militari USA prevedono di utilizzare queste installazioni per equipaggiare navi superficiali. Grazie alla loro massa più piccola e alle dimensioni più piccole, con elevata potenza di uscita, contribuiranno ad aumentare l'efficacia delle barche da combattimento.

La miscela stechiometrica dell'idrogeno e dell'ossigeno utilizza per il suo lavoro il motore razzo americano di detonazione. I vantaggi di una tale fonte di energia sono principalmente bruciature economiche – ossigeno tanto quanto è richiesto per l'ossidazione dell'idrogeno. Ora il governo degli Stati Uniti spende diversi miliardi di dollari per fornire navi militari con combustibile al carbonio. Il combustibile stoichiometrico ridurrà i costi più volte.

Ulteriori indicazioni di sviluppo e prospettive

I nuovi dati ottenuti come risultato dei test del motore di detonazione hanno determinato l'utilizzo di metodi fondamentalmente nuovi per la costruzione di uno schema di lavoro con combustibili liquidi. Ma per il funzionamento di tali motori deve avere elevata resistenza al calore in considerazione della grande quantità di energia termica rilasciata. Al momento è in fase di sviluppo un rivestimento speciale che garantisce la prestazione della camera di combustione ad impatto ad alta temperatura. Un posto speciale in ricerca ulteriore è la creazione di teste di miscelazione, con l'aiuto di cui sarà possibile ottenere gocce di materiale combustibile di una determinata dimensione, concentrazione e composizione. Risolvendo questi problemi, verrà creato un nuovo motore a razzo di detonazione liquido, che costituirà la base di una nuova classe di razzi aerei.