تُظهر أنظمة الدفع الحالية للطيران والصواريخ أداءً عالياً للغاية ، لكنها اقتربت من الحد الأقصى لقدراتها. لزيادة معايير الدفع ، التي تخلق أساسًا لتطوير صاروخ الطيران وصناعة الفضاء ، هناك حاجة إلى محركات أخرى ، بما في ذلك. مع مبادئ العمل الجديدة. آمال كبيرة معلقة على ما يسمى ب. محركات التفجير. يتم بالفعل اختبار أنظمة فئة النبضات 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 بسرعة دون سرعة الصوت. يحد هذا الاحتراق من كمية وسرعة الغازات التفاعلية المتدفقة من الفوهة. وفقًا لذلك ، يكون الدفع الأقصى محدودًا أيضًا.
الاحتراق بالتفجير هو بديل. في هذه الحالة ، تتحرك جبهة التفاعل بسرعة تفوق سرعة الصوت ، وتشكل موجة صدمة. يزيد وضع الاحتراق هذا من إنتاجية المنتجات الغازية ويزيد من قوة الجر.
يمكن صنع محرك التفجير في نسختين. في نفس الوقت ، يتم تطوير المحركات النبضية أو النابضة (IDD / PDD) والمحركات الدوارة / الدوارة. يكمن اختلافهم في مبادئ الاحتراق. يحافظ المحرك الدوار على تفاعل مستمر ، بينما يعمل المحرك الدافع من خلال "انفجارات" متتالية من خليط من الوقود والمؤكسد.
تشكل النبضات قوة دفع
من الناحية النظرية ، فإن تصميمه ليس أكثر تعقيدًا من محرك صاروخي تقليدي يعمل بالوقود النفاث أو يعمل بالوقود السائل. إنه يشتمل على غرفة احتراق ومجموعة فوهة ، بالإضافة إلى وسائل لتزويد الوقود والمؤكسد. في هذه الحالة ، يتم فرض قيود خاصة على قوة ومتانة الهيكل المرتبط بخصائص تشغيل المحرك.
أثناء التشغيل ، تقوم الحاقنات بتزويد غرفة الاحتراق بالوقود ؛ يتم توفير المؤكسد من الغلاف الجوي باستخدام 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 سرعة موجة تصل إلى 2.5-3 كم / ثانية مع زيادة مقابلة في الدفع.
يستخدم IDD مبدأ نابض للعملية. وهذا يعني أنه بعد التفجير وإطلاق الغازات التفاعلية ، يتم تفجير غرفة الاحتراق ، وإعادة ملئها بمزيج - ويتبع ذلك "انفجار" جديد. للحصول على دفع عالي ومستقر ، يجب تنفيذ هذه الدورة بتردد عالٍ ، من عشرات إلى آلاف المرات في الثانية.
الصعوبات والمزايا
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 ، يمكن إنشاء وحدة أكثر قوة بنفس الأبعاد. 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 (في بداية 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 باستخدام مؤكسد من خزان ، أو مؤكسد هوائي يأخذ الأكسجين من الغلاف الجوي.
ومع ذلك ، هناك عيوب وصعوبات كبيرة. لذلك ، 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.
ويتمثل التحدي في ضمان ارتفاع معدل توصيل الوقود والمواد المؤكسدة ، بما يتوافق مع تردد التفجير المطلوب ، فضلاً عن إجراء عملية تطهير قبل توصيل الوقود. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مشكلة هندسية منفصلة تتمثل في إطلاق موجة صدمة في كل دورة تشغيل.
وتجدر الإشارة إلى أنه حتى الآن ، فإن IDD ، على الرغم من كل جهود العلماء والمصممين ، ليسوا مستعدين لتجاوز 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 "لغز محيطين" IDD 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 رواد الاتجاه هم العلماء السوفييت. في المستقبل ، في بلدان مختلفة ، جرت محاولات مرارًا وتكرارًا لإنشاء اضطراب نقص اليود ذي الخبرة ، ولكن نجاحها كان محدودًا بشكل خطير بسبب نقص التقنيات والمواد اللازمة.
في 31 كانون الثاني (يناير) 2008 ، بدأت وكالة DARPA التابعة لوزارة الدفاع الأمريكية ومختبر القوات الجوية باختبار أول مختبر طائر بنوع IDD الذي يتنفس الهواء. تم تثبيت المحرك الأصلي على طائرة Long-EZ معدلة 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.
أظهرت هذه الاختبارات الملاءمة الأساسية لـ IDD للاستخدام في الطيران ، وأظهرت أيضًا الحاجة إلى تحسين التصميمات وزيادة خصائصها. 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 عن اختبارات محرك تفجير نفاث يعمل بالهيدروجين الغازي في مجلة Combustion and Explosion. أيضا ، يستمر العمل على محركات التفجير الدوارة. تم تطوير واختبار محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل ، ومناسب للاستخدام على الصواريخ. تتم دراسة مسألة استخدام هذه التقنيات في محركات الطائرات. في هذه الحالة ، يتم دمج غرفة الاحتراق بالتفجير في المحرك التوربيني النفاث.
منظور التكنولوجيا
تحظى محركات التفجير باهتمام كبير من وجهة نظر تطبيقها في مختلف المجالات والمجالات. نظرًا للزيادة المتوقعة في الخصائص الرئيسية ، يمكنهم ، على الأقل ، الضغط على أنظمة الفئات الحالية.ومع ذلك ، فإن تعقيد التطور النظري والعملي لا يسمح لها بعد أن تستخدم في الممارسة.
ومع ذلك ، لوحظت اتجاهات إيجابية في السنوات الأخيرة. محركات التفجير بشكل عام ، بما في ذلك. نابضة ، تظهر بشكل متزايد في الأخبار من المختبرات. يستمر تطوير هذا الاتجاه ، وفي المستقبل سيكون قادرًا على إعطاء النتائج المرجوة ، على الرغم من أن توقيت ظهور العينات الواعدة وخصائصها ومجالات تطبيقها لا تزال موضع تساؤل. ومع ذلك ، فإن رسائل السنوات الأخيرة تسمح لنا بالتطلع إلى المستقبل بتفاؤل.
