محركات التفجير النبضي هي مستقبل الصواريخ والطيران
أنظمة الدفع الحالية لـ طيران والصواريخ تظهر أداءً عالياً للغاية ، لكنها اقتربت من حدود قدراتها. لزيادة معايير الدفع ، مما يخلق احتياطيًا لتطوير صاروخ الطيران وصناعة الفضاء ، هناك حاجة إلى محركات أخرى ، بما في ذلك. مع مبادئ التشغيل الجديدة. آمال كبيرة معلقة على ما يسمى ب. محركات التفجير. يتم بالفعل اختبار أنظمة فئة الدافع المماثلة في المختبرات وعلى متن الطائرات.
المبادئ الفيزيائية
تستخدم محركات الوقود السائل الحالية والتشغيلية الاحتراق أو الاحتراق دون سرعة الصوت. يشكل التفاعل الكيميائي الذي يتضمن الوقود والمؤكسد جبهة تتحرك عبر غرفة الاحتراق بسرعات دون سرعة الصوت. يحد هذا الاحتراق من كمية وسرعة الغازات التفاعلية المتدفقة من الفوهة. وفقًا لذلك ، يكون الدفع الأقصى محدودًا أيضًا.
البديل هو الاحتراق التفجير. في هذه الحالة ، تتحرك جبهة التفاعل بسرعة تفوق سرعة الصوت ، وتشكل موجة صدمة. يزيد نظام الاحتراق هذا من إنتاجية المنتجات الغازية ويزيد من قوة الدفع.
يمكن صنع محرك التفجير في نسختين. في نفس الوقت ، يتم تطوير المحركات النبضية أو النابضة (IMD / SDA) والمحركات الدوارة / الدوارة. يكمن اختلافهم في مبادئ الاحتراق. يحافظ المحرك الدوار على رد فعل ثابت ، بينما يعمل المحرك النبضي عن طريق "انفجارات" متتالية لخليط الوقود والمؤكسد.
تشكل النبضات قوة دفع
من الناحية النظرية ، من حيث التصميم ، فإن IDM ليس أكثر تعقيدًا من محرك صاروخ نفاث تقليدي أو محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل. وهي تشتمل على غرفة احتراق وجهاز فوهة ، بالإضافة إلى وسائل لتزويد الوقود والمؤكسد. في هذه الحالة ، يتم فرض قيود خاصة على قوة ومتانة الهيكل المرتبط بخصائص المحرك.
أثناء التشغيل ، تقوم الفتحات بتزويد غرفة الاحتراق بالوقود ؛ يتم توفير العامل المؤكسد من الغلاف الجوي بمساعدة جهاز سحب الهواء. بعد تكوين الخليط ، يحدث الاشتعال. نظرًا للاختيار الصحيح لمكونات الوقود ونسب الخليط ، وطريقة الإشعال المثلى وتكوين الغرفة ، تتشكل موجة صدمة تتحرك في اتجاه فوهة المحرك. يتيح المستوى الحالي للتكنولوجيا الحصول على سرعات موجية تصل إلى 2,5-3 كم / ثانية مع زيادة مقابلة في قوة الدفع.
يستخدم IDD المبدأ النابض للعملية. وهذا يعني أنه بعد التفجير وإطلاق الغازات التفاعلية ، يتم تطهير غرفة الاحتراق وإعادة ملئها بالمزيج - ويتبع ذلك "انفجار" جديد. للحصول على قوة دفع عالية ومستقرة ، يجب تنفيذ هذه الدورة بتردد عالٍ ، من عشرات إلى آلاف المرات في الثانية.
التحديات والفوائد
الميزة الرئيسية لـ IDD هي الإمكانية النظرية للحصول على خصائص محسنة توفر التفوق على المحركات النفاثة النفاثة والوقود السائل الحالية والمستقبلية. لذلك ، مع نفس الدفع ، يتضح أن محرك الدفع يكون أكثر إحكاما وأخف وزنا. وفقًا لذلك ، في نفس الأبعاد ، يمكنك إنشاء تثبيت أكثر قوة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذا المحرك أبسط في التصميم ، لأنه لا يحتاج إلى جزء من الأجهزة.
يعمل IDD في نطاق واسع من السرعات ، من الصفر (أثناء إطلاق الصاروخ) إلى سرعات تفوق سرعة الصوت. يمكن أن تجد تطبيقات في أنظمة الصواريخ والفضاء والطيران - في المجالات المدنية والعسكرية. في جميع الحالات ، تتيح ميزاته المميزة الحصول على مزايا معينة على الأنظمة التقليدية. اعتمادًا على الاحتياجات ، من الممكن إنشاء صاروخ IDD يستخدم مؤكسدًا من خزان ، أو طائرة نفاثة تأخذ الأكسجين من الغلاف الجوي.
ومع ذلك ، هناك أوجه قصور وصعوبات كبيرة. وبالتالي ، من أجل إتقان اتجاه جديد ، من الضروري إجراء العديد من الدراسات والتجارب المعقدة نوعًا ما عند تقاطع العلوم والتخصصات المختلفة. يفرض مبدأ التشغيل المحدد متطلبات خاصة على تصميم المحرك ومواده. سعر الدفع العالي هو زيادة الأحمال التي يمكن أن تتلف أو تدمر هيكل المحرك.
إنه تحدٍ لضمان أن تكون معدلات تغذية الوقود والمؤكسد عالية بما يكفي لمطابقة تردد الضربات المطلوب ، فضلاً عن إجراء تطهير مسبق للوقود. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مشكلة هندسية منفصلة تتمثل في إطلاق موجة صدمة مع كل دورة عمل.
وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من كل جهود العلماء والمصممين ، حتى الآن ، فإن IDD ليس جاهزًا لتجاوز حدود المعامل ومواقع الاختبار. تحتاج التصاميم والتقنيات إلى مزيد من التطوير. لذلك ، ليس من الضروري بعد الحديث عن إدخال محركات جديدة في الممارسة.
تاريخ التكنولوجيا
من الغريب أن مبدأ محرك التفجير النبضي لم يُقترح لأول مرة من قبل العلماء ، ولكن من قبل كتاب الخيال العلمي. على سبيل المثال ، استخدمت الغواصة "بايونير" من رواية جي. أداموف "سر محيطين" PDD على خليط غاز الهيدروجين والأكسجين. ظهرت أفكار مماثلة في أعمال فنية أخرى.
بدأ البحث العلمي حول موضوع محركات التفجير بعد ذلك بقليل ، في الأربعينيات ، وكان العلماء السوفييت رواد الاتجاه. في وقت لاحق ، جرت محاولات متكررة في بلدان مختلفة لإنشاء IDD تجريبي ، ولكن نجاحها كان محدودًا بشكل خطير بسبب الافتقار إلى التقنيات والمواد اللازمة.
في 31 كانون الثاني (يناير) 2008 ، بدأت وزارة الدفاع الأمريكية DARPA ومختبر القوات الجوية باختبار أول مختبر طائر باستخدام طائرة نفاثة من نوع IDD. تم تثبيت المحرك الأصلي على طائرة معدلة من طراز Long-EZ من Scale Composites. تضمنت محطة الطاقة أربع غرف احتراق أنبوبية مزودة بإمدادات وقود سائل وسحب هواء من الغلاف الجوي. بتردد تفجير 80 هرتز ، دفعة تقريبية. 90 كجم ، وهو ما يكفي فقط لطائرة خفيفة.
محرك تفجير دوار روسي "إفريت". تصوير NPO Energomash
أظهرت هذه الاختبارات الملاءمة الأساسية لـ IDD للاستخدام في الطيران ، وأظهرت أيضًا الحاجة إلى تحسين التصميمات وتحسين أدائها. في نفس عام 2008 ، تم إرسال النموذج الأولي للطائرة إلى المتحف ، وواصلت DARPA والمنظمات ذات الصلة العمل. تم الإبلاغ عن إمكانية استخدام IDD في أنظمة الصواريخ الواعدة - لكن حتى الآن لم يتم تطويرها.
في بلدنا ، تمت دراسة موضوع اضطراب نقص اليود على مستوى النظرية والتطبيق. على سبيل المثال ، في عام 2017 ، ظهر مقال في مجلة Combustion and Explosion حول اختبار تفجير نفاث يعمل بغاز الهيدروجين. العمل جار أيضا على محركات التفجير الدوارة. تم إنشاء واختبار محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل ومناسب للاستخدام على الصواريخ. يتم العمل على مسألة استخدام مثل هذه التقنيات في محركات الطائرات. في هذه الحالة ، يتم دمج غرفة الاحتراق بالتفجير في المحرك التوربيني النفاث.
آفاق التكنولوجيا
تحظى محركات التفجير باهتمام كبير من وجهة نظر التطبيق في مختلف المجالات والمجالات. نظرًا للزيادة المتوقعة في الخصائص الرئيسية ، يمكنهم ، على الأقل ، دفع أنظمة الفئات الموجودة. ومع ذلك ، فإن تعقيد التطور النظري والعملي لا يسمح لهم بعد بالوصول إلى الاستخدام العملي.
ومع ذلك ، لوحظت اتجاهات إيجابية في السنوات الأخيرة. محركات التفجير بشكل عام ، بما في ذلك. مندفع ، يظهر بشكل متزايد في الأخبار من المختبرات. يستمر تطوير هذا الاتجاه ، وستكون قادرة في المستقبل على إعطاء النتائج المرجوة ، على الرغم من أن توقيت ظهور العينات الواعدة وخصائصها وتطبيقاتها لا تزال موضع تساؤل. ومع ذلك ، تسمح لنا تقارير السنوات الأخيرة بالتطلع إلى المستقبل بتفاؤل.
معلومات