Detonationsraketentriebwerk: Tests, Funktionsprinzip, Vorteile

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Weltraumforschung wird unwillkürlich mit Raumfahrzeugen in Verbindung gebracht. Das Herz jeder Trägerrakete ist ihr Motor. Es muss die erste Raumgeschwindigkeit entwickeln - etwa 7,9 km / s, um die Astronauten in die Umlaufbahn zu bringen, und die zweite Raumgeschwindigkeit, um das Gravitationsfeld des Planeten zu überwinden.

Dies zu erreichen ist nicht einfach, aber Wissenschaftler suchen ständig nach neuen Wegen, um dieses Problem zu lösen. Designer aus Russland gingen noch weiter und schafften es, einen Detonationsraketenmotor zu entwickeln, dessen Tests erfolgreich endeten. Diese Errungenschaft kann als echter Durchbruch auf dem Gebiet der Raumfahrttechnik bezeichnet werden.

Neue Funktionen

Warum gibt es große Hoffnungen auf Detonationsmotoren? Laut Wissenschaftlern wird ihre Leistung 10.000 Mal größer sein als die Leistung bestehender Raketentriebwerke. Gleichzeitig verbrauchen sie viel weniger Kraftstoff und ihre Produktion zeichnet sich durch niedrige Kosten und Rentabilität aus. Was ist mitverwandt?

Es dreht sich alles um die Oxidationsreaktion des Kraftstoffs. Wenn moderne Raketen den Verpuffungsprozess verwenden - langsame (Unterschall-)Verbrennung von Kraftstoff bei konstantem Druck, dann funktioniert der Detonationsraketenmotor aufgrund der Explosion, Detonation des brennbaren Gemisches. Es brennt mit Überschallgeschwindigkeit und setzt gleichzeitig mit der Ausbreitung der Schockwelle riesige Mengen an thermischer Energie frei.

Die Entwicklung und Erprobung der russischen Version des Detonationsmotors wurde vom Speziallabor "Detonation LRE" im Rahmen des Produktionskomplexes "Energomash" durchgeführt.

Die Überlegenheit neuer Motoren

Die weltweit führenden Wissenschaftler untersuchen und entwickeln seit 70 Jahren Zündmotoren. Der Hauptgrund, der die Entwicklung dieses Motortyps verhindert, ist die unkontrollierte spontane Verbrennung von Kraftstoff. Außerdem standen die effiziente Vermischung von Brennstoff und Oxidator sowie die Integration von Düse und Luftansaugung auf der Agenda.

Durch die Lösung dieser Probleme wird es möglich sein, einen Detonationsraketenmotor zu schaffen, der in Bezug auf seine technischen Eigenschaften die Zeit überdauern wird. Gleichzeitig nennen Wissenschaftler seine Vorteile:

1. Die Fähigkeit, Geschwindigkeiten im Unterschall- und Hyperschallbereich zu entwickeln.
2. Design viele bewegliche Teile.
3. Geringere Masse und Kosten des Kraftwerks.
4. Hoher thermodynamischer Wirkungsgrad.

Dieser Motortyp wurde nicht in Serie produziert. Es wurde erstmals 2008 in Tieffliegern getestet. Der Detonationsmotor für Trägerraketen wurde erstmals von russischen Wissenschaftlern getestet. Deshalb wird dieser Veranst altung eine so große Bedeutung beigemessen.

Arbeitsprinzip: Impuls und kontinuierlich

Gegenwärtig entwickeln Wissenschaftler Anlagen mit einem gepulsten und kontinuierlichen Arbeitsablauf. Das Funktionsprinzip eines Detonationsraketentriebwerks mit gepulstem Betriebsschema basiert auf der zyklischen Füllung der Brennkammer mit einem brennbaren Gemisch, seiner sequentiellen Zündung und der Freisetzung von Verbrennungsprodukten in die Umwelt.

Entsprechend wird in einem kontinuierlichen Arbeitsprozess der Brennstoff kontinuierlich in die Brennkammer zugeführt, der Brennstoff verbrennt in einer oder mehreren Detonationswellen, die kontinuierlich über den Strom zirkulieren. Die Vorteile solcher Motoren sind:

1. Einzelzündung des Kraftstoffs.
2. Relativ einfaches Design.
3. Kleine Größe und geringes Gewicht der Einheiten.
4. Effizientere Nutzung des brennbaren Gemisches.
5. Lärm, vibrationsarm und emissionsarm.

Mit diesen Vorteilen wird in Zukunft ein Detonations-Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk im Dauerbetrieb alle bestehenden Anlagen aufgrund seines Gewichts, seiner Größe und seiner Kosteneigenschaften ersetzen.

Test Detonation Engine

Die ersten Tests der heimischen Sprenganlage fanden im Rahmen von stattProjekt des Ministeriums für Bildung und Wissenschaft. Als Prototyp wurde ein Kleinmotor mit einem Brennraumdurchmesser von 100 mm und einer Ringkanalbreite von 5 mm vorgestellt. Die Tests wurden auf einem speziellen Stand durchgeführt, Indikatoren wurden bei der Arbeit an verschiedenen Arten von brennbaren Gemischen aufgezeichnet - Wasserstoff-Sauerstoff, Erdgas-Sauerstoff, Propan-Butan-Sauerstoff.

Tests von Detonationsraketentriebwerken, die mit Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoff betrieben werden, haben bewiesen, dass der thermodynamische Zyklus dieser Einheiten um 7 % effizienter ist als bei anderen Einheiten. Darüber hinaus wurde experimentell bestätigt, dass mit einer Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge auch der Schub sowie die Anzahl der Detonationswellen und die Rotationsgeschwindigkeit zunehmen.

Analoge in anderen Ländern

Zündtriebwerke werden von Wissenschaftlern aus führenden Ländern der Welt entwickelt. Die größten Erfolge in dieser Richtung haben Designer aus den USA erzielt. In ihren Modellen implementierten sie einen kontinuierlichen Betriebsmodus oder Rotation. Das US-Militär plant, diese Anlagen zur Ausrüstung von Überwasserschiffen einzusetzen. Aufgrund ihres geringeren Gewichts und ihrer geringen Größe mit hoher Ausgangsleistung tragen sie dazu bei, die Effektivität von Kampfbooten zu erhöhen.

Ein stöchiometrisches Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff wird von einem amerikanischen Detonationsraketentriebwerk verwendet. Die Vorteile einer solchen Energiequelle sind in erster Linie wirtschaftlicher Natur – Sauerstoff verbrennt genau so viel, wie zur Oxidation von Wasserstoff benötigt wird. Jetzt fürDie US-Regierung gibt mehrere Milliarden Dollar aus, um Kriegsschiffe mit Kohlenstofftreibstoff zu versorgen. Stöchiometrischer Kraftstoff senkt die Kosten um ein Vielfaches.

Weitere Entwicklungsrichtungen und Perspektiven

Neue Daten, die als Ergebnis von Tests von Detonationsmotoren erh alten wurden, bestimmten die Verwendung grundlegend neuer Methoden zur Konstruktion eines Schemas für den Betrieb mit flüssigem Brennstoff. Für den Betrieb müssen solche Motoren jedoch aufgrund der großen freigesetzten Wärmeenergie eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen. Derzeit wird eine spezielle Beschichtung entwickelt, die den Betrieb der Brennkammer bei hoher Temperaturbelastung sicherstellt.

Ein besonderer Platz in der weiteren Forschung ist die Herstellung von Mischköpfen, mit denen es möglich sein wird, Tropfen aus brennbarem Material einer bestimmten Größe, Konzentration und Zusammensetzung zu erh alten. Um diese Probleme anzugehen, wird ein neues Detonations-Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk entwickelt, das die Grundlage für eine neue Klasse von Trägerraketen bilden wird.