РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как устроен новый «детонирующий» ракетный двигатель

В 2020 году ученые из Вашингтонского университета разработали математическую модель, которая описывает работу нового механизма запуска ракет — вращающегося детонационного двигателя (ВДД), и создали его экспериментальный образец.
Как устроен новый «детонирующий» ракетный двигатель

В эпоху активного освоения космоса особую важность приобретает эффективность ракетных двигателей и стоимость запусков. Сокращая затраты, космические агентства и частные аэрокосмические компании делают космос ближе. Основной статьей расходов при запуске ракет является цена топлива. Проще говоря, чтобы вырваться из цепких лап гравитации нужно много ракетного топлива!

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Новая конструкция отличается удивительной топливной экономичностью и не так сложна в изготовлении, как привычный ракетный двигатель. Но беда в том, что новый двигатель пока слишком непредсказуем. Над ним предстоит еще работать и работать.

Группу ученых, разработавших модель, возглавлял докторант по аэронавтике и космонавтике Вашингтонского университета Джеймс Кох. Также над теорией нового двигателя работали профессоры по аэронавтике и астронавтике Митсуру Куросака и Карл Новлен, а также профессор прикладной математики Натан Куц.

В обычном ракетном двигателе пропеллент сжигается в камере, а затем выбрасывается через форсунки для создания тяги. ВДД работает совершенно иначе, как объяснил Кох в пресс-релизе: «Вращающийся детонационный двигатель использует другой подход к процессу сжигания топлива. Он сделан из концентрических цилиндров. Пропеллент попадает в зазор между цилиндрами, и после его воспламенения происходит быстрое тепловыделение, которое образует ударную волну — импульс газа со значительно более высоким давлением и температурой, который движется быстрее скорости звука».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В привычных ракетных двигателях требуется множество устройств, контролирующих процесс горения, но в ВДД ударная волна, генерируемая зажиганием, создает тягу естественным образом и без использования дополнительных приборов и устройств.

Новый ракетный двигатель
James Koch/University of Washington
Экспериментальный вращающийся детонационный двигатель
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ученые разработали экспериментальный ВДД, который позволил им контролировать различные параметры. Например, ширину зазора между цилиндрами. Затем они записали процесс горения топлива, который длился всего половину секунды, с помощью камеры, делающей 240 000 кадров в секунду. Это позволило наблюдать за происходящими процессами в замедленном режиме.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«Процесс сгорания буквально является детонацией — взрывом. Мы наблюдаем ряд устойчивых импульсов сгорания, которые продолжают сжигать доступное топливо. Это создает высокое давление и температуру, которые вытесняют выхлопные газы из двигателя на высоких оборотах, создавая тягу», — описывают процесс ученые.

youtube
Нажми и смотри
Нажми и смотри

Затем исследователи разработали математическую модель для имитации того, что они наблюдали в ходе своего эксперимента. Эта модель, первая в своем роде, позволила ученым определить, будет ли новый двигатель стабильным.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как уже отмечалось, у конструкции двигателя есть и слабая сторона — ее непредсказуемость: с одной стороны, взрывы, вызванные горением, приводят к созданию тяги, а с другой, начавшись, они становятся жестокими и неконтролируемыми, что неприемлемо, когда речь идет о ракетах.

youtube
Нажми и смотри
Нажми и смотри

Пока еще слишком рано говорить о прорыве в области ракетных двигателей, который сделает полеты в космос более рентабельными. Прежде необходимо обеспечить безопасность и надежность конструкции двигателя, сделав процесс сгорания контролируемым и мягким.

Евгений Пальчиков
Евгений Пальчиков 17 Января 2021, 17:53
Вообще-то вращающаяся детонация (или ещё т.н. спиновая детонация) была открыта ещё в 1926 г. англичанином Кемпбеллом. Сотрудники ИГиЛ СО РАН член - корреспондент АН СССР Б. В. Войцеховский и член-корреспондент АН СССР Р. И. Солоухин были в 1964 году удостоены Ленинской премии за её исследование. См. например http://www.hydro.nsc.ru/institute/history/person/Topchiyan2.php . Исследования и создание двигателей на основе вращающейся детонации идут интенсивно со средины 60-х годов в Сибирском отделении АН СССР и в России. Сейчас в институте гидродинамиги в режиме вращающейся детонации научились сжигать не только водород с воздухом (это двигатель, кстати), но даже угольную пыль. Есть видео работающих устройств. Я их студентам лет 5 показываю уже. Ну и напоследок комментария пару ссылок на диссертации. По теоретическим основам трехлетней давности http://www.hydro.nsc.ru/docs/Diss/TrilisAvtoref.pdf и по созданию двигателя двухлетней давности https://www.dissercat.com/content/nepreryvno-detonatsionnye-dvigateli/read . Да, и патент по кольцевому детонационному устройсту от института гидродинамики: https://patents.google.com/patent/RU2459150C2/ru . Обидно, что наших вообще не вспоминают. А называют тех, кто нас догоняют - в первую очередь. Ведущий научный сотрудник института гидродинамики СО РАН, Профессор НГУ Пальчиков Евгений Иванович.
Максим Максимов
Максим Максимов 17 Января 2021, 14:50
Если я не ошибаюсь, то у России уже есть готовый двигатель. В то время как они только пытаются что-то создать
Игорь Тимофеев
Игорь Тимофеев 27 Февраля 2020, 06:53
Что создали? Мат. модель или двигатель или обещали что-то создать. Как говорил Козьма Прутков: "Начинай от низшего степени, чтобы дойти до высшего; другими словами: не чеши затылок, а чеши пятки."
Загрузка статьи...