Các hệ thống đẩy hiện có cho hàng không và tên lửa cho thấy hiệu suất rất cao, nhưng đã gần đến giới hạn khả năng của chúng. Để tăng hơn nữa các thông số lực đẩy, tạo nền tảng cho sự phát triển của tên lửa hàng không và ngành vũ trụ, cần phải có các động cơ khác, bao gồm. với những nguyên tắc làm việc mới. Những hy vọng lớn lao được ghim vào cái gọi là. động cơ kích nổ. Các hệ thống cấp xung như vậy đã được thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm và trên máy bay.
Nguyên tắc vật lý
Động cơ nhiên liệu lỏng hiện có và đang hoạt động sử dụng quá trình đốt cháy hoặc khử cháy cận âm. Một phản ứng hóa học liên quan đến nhiên liệu và chất oxy hóa tạo thành một mặt trước di chuyển qua buồng đốt với tốc độ cận âm. Quá trình đốt cháy này hạn chế số lượng và tốc độ của khí phản ứng chảy ra khỏi vòi phun. Theo đó, lực đẩy tối đa cũng bị hạn chế.
Đốt nổ là một giải pháp thay thế. Trong trường hợp này, mặt trước phản ứng di chuyển với tốc độ siêu thanh, tạo thành sóng xung kích. Chế độ đốt cháy này làm tăng sản lượng của các sản phẩm ở dạng khí và tăng lực kéo.
Động cơ kích nổ có thể được làm trong hai phiên bản. Đồng thời, động cơ xung hoặc động cơ tạo xung (IDD / PDD) và động cơ quay / quay đang được phát triển. Sự khác biệt của chúng nằm ở nguyên lý đốt cháy. Động cơ quay duy trì một phản ứng liên tục, trong khi động cơ xung lực hoạt động bằng những "vụ nổ" liên tiếp của hỗn hợp nhiên liệu và chất oxy hóa.
Xung lực tạo thành lực đẩy
Về lý thuyết, thiết kế của nó không phức tạp hơn một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng hoặc ramjet truyền thống. Nó bao gồm một buồng đốt và cụm vòi phun, cũng như các phương tiện cung cấp nhiên liệu và chất oxy hóa. Trong trường hợp này, các hạn chế đặc biệt được áp dụng đối với sức mạnh và độ bền của kết cấu liên quan đến tính chất đặc thù của hoạt động động cơ.
Trong quá trình hoạt động, các kim phun cung cấp nhiên liệu cho buồng đốt; chất oxy hóa được cung cấp từ khí quyển bằng cách sử dụng thiết bị nạp không khí. Sau khi hình thành hỗn hợp, sự bốc cháy xảy ra. Do sự lựa chọn chính xác các thành phần nhiên liệu và tỷ lệ hỗn hợp, phương pháp đánh lửa tối ưu và cấu hình của buồng, một sóng xung kích được hình thành, di chuyển theo hướng vòi phun của động cơ. Trình độ công nghệ hiện nay giúp nó có thể đạt được tốc độ sóng lên đến 2,5-3 km / s với lực đẩy tăng tương ứng.
IDD sử dụng một nguyên tắc hoạt động xung. Điều này có nghĩa là sau khi kích nổ và giải phóng các khí phản ứng, buồng đốt sẽ được thổi ra ngoài, làm đầy lại một hỗn hợp - và một "vụ nổ" mới xảy ra sau đó. Để có được lực đẩy cao và ổn định, chu trình này phải được thực hiện với tần suất cao, từ hàng chục đến hàng nghìn lần / giây.
Khó khăn và thuận lợi
Ưu điểm chính của IDD là khả năng lý thuyết có được các đặc tính cải tiến mang lại tính ưu việt hơn so với các động cơ phun và đẩy chất lỏng hiện có và triển vọng. Vì vậy, với cùng một lực đẩy, động cơ xung lực hóa ra nhỏ gọn hơn và nhẹ hơn. Theo đó, một đơn vị mạnh hơn có thể được tạo ra trong cùng một chiều. Ngoài ra, một động cơ như vậy được thiết kế đơn giản hơn, vì nó không cần một bộ phận của thiết bị đo đạc.
IDD hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, từ 0 (lúc bắt đầu tên lửa) đến siêu thanh. Nó có thể được ứng dụng trong các hệ thống tên lửa và vũ trụ và hàng không - trong các lĩnh vực dân sự và quân sự. Trong mọi trường hợp, các tính năng đặc trưng của nó làm cho nó có thể đạt được những lợi thế nhất định so với các hệ thống truyền thống. Tùy thuộc vào nhu cầu, có thể tạo tên lửa IDD bằng cách sử dụng chất ôxy hóa từ bồn chứa, hoặc chất phản ứng trong không khí lấy ôxy từ khí quyển.
Tuy nhiên, có những hạn chế và khó khăn đáng kể. Vì vậy, để nắm vững một hướng đi mới, cần phải thực hiện nhiều nghiên cứu và thử nghiệm khá phức tạp ở nơi giao nhau giữa các ngành khoa học và lĩnh vực khác nhau. Nguyên tắc hoạt động cụ thể tạo ra những yêu cầu đặc biệt về thiết kế động cơ và vật liệu của nó. Giá của lực đẩy cao là tải trọng tăng lên có thể làm hỏng hoặc phá hủy kết cấu động cơ.
Thách thức là đảm bảo tốc độ phân phối nhiên liệu và chất oxy hóa cao, tương ứng với tần suất kích nổ cần thiết, cũng như thực hiện thanh lọc trước khi cung cấp nhiên liệu. Ngoài ra, một vấn đề kỹ thuật riêng biệt là việc phát ra sóng xung kích ở mỗi chu kỳ hoạt động.
Cần lưu ý rằng cho đến nay, IDD, bất chấp mọi nỗ lực của các nhà khoa học và nhà thiết kế, vẫn chưa sẵn sàng vượt ra khỏi các phòng thí nghiệm và địa điểm thử nghiệm. Các thiết kế và công nghệ cần được phát triển hơn nữa. Vì vậy, việc đưa các động cơ mới vào thực tế là chưa cần thiết.
Lịch sử công nghệ
Thật tò mò rằng nguyên tắc của một động cơ kích nổ xung lần đầu tiên được đề xuất không phải bởi các nhà khoa học, mà bởi các nhà văn khoa học viễn tưởng. Ví dụ, tàu ngầm "Người tiên phong" trong cuốn tiểu thuyết "Bí ẩn của hai đại dương" của G. Adamov đã sử dụng IDD trên hỗn hợp khí hydro-oxy. Những ý tưởng tương tự cũng được tìm thấy trong các tác phẩm nghệ thuật khác.
Nghiên cứu khoa học về chủ đề động cơ kích nổ bắt đầu muộn hơn một chút, vào những năm bốn mươi, và những người đi đầu trong hướng đi là các nhà khoa học Liên Xô. Trong tương lai, ở các quốc gia khác nhau, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để tạo ra một IDD có kinh nghiệm, nhưng thành công của họ bị hạn chế nghiêm trọng do thiếu các công nghệ và vật liệu cần thiết.
Vào ngày 31 tháng 1 năm 2008, cơ quan DARPA của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm Không quân đã bắt đầu thử nghiệm phòng thí nghiệm bay đầu tiên với loại khí thở IDD. Động cơ ban đầu được lắp đặt trên một chiếc máy bay Long-EZ đã được sửa đổi từ Scale Composites. Nhà máy điện bao gồm bốn buồng đốt hình ống với khả năng cung cấp nhiên liệu lỏng và hút không khí từ khí quyển. Ở tần số kích nổ 80 Hz, lực đẩy xấp xỉ. 90 kgf, chỉ đủ cho một chiếc máy bay hạng nhẹ.
Những thử nghiệm này cho thấy sự phù hợp cơ bản của IDD để sử dụng trong ngành hàng không, đồng thời cũng cho thấy sự cần thiết phải cải tiến thiết kế và tăng các đặc tính của chúng. Trong cùng năm 2008, chiếc máy bay nguyên mẫu đã được gửi đến bảo tàng, và DARPA cùng các tổ chức liên quan tiếp tục làm việc. Nó đã được báo cáo về khả năng sử dụng IDD trong các hệ thống tên lửa đầy hứa hẹn - nhưng cho đến nay chúng vẫn chưa được phát triển.
Ở nước ta, chủ đề TCMR được nghiên cứu ở mức độ lý thuyết và thực hành. Ví dụ, vào năm 2017, một bài báo về các thử nghiệm của một động cơ phản lực kích nổ chạy bằng khí hydro đã xuất hiện trên tạp chí Đốt cháy và Vụ nổ. Ngoài ra, công việc tiếp tục trên động cơ nổ quay. Một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng, thích hợp để sử dụng trên tên lửa, đã được phát triển và thử nghiệm. Vấn đề sử dụng các công nghệ như vậy trong động cơ máy bay đang được nghiên cứu. Trong trường hợp này, buồng đốt kích nổ được tích hợp vào động cơ tuốc bin phản lực.
Quan điểm công nghệ
Động cơ kích nổ được nhiều người quan tâm theo quan điểm ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực, lĩnh vực khác nhau. Do sự gia tăng dự kiến trong các đặc điểm chính, ít nhất chúng có thể loại bỏ các hệ thống của các lớp hiện có. Tuy nhiên, sự phức tạp của sự phát triển lý thuyết và thực tiễn vẫn chưa cho phép chúng được sử dụng trong thực tế.
Tuy nhiên, các xu hướng tích cực đã được quan sát thấy trong những năm gần đây. Động cơ kích nổ nói chung, bao gồm. xung, ngày càng xuất hiện nhiều hơn trong các tin tức từ các phòng thí nghiệm. Sự phát triển của hướng này vẫn tiếp tục và trong tương lai nó sẽ có thể cho kết quả mong muốn, mặc dù thời điểm xuất hiện của các mẫu có triển vọng, các đặc điểm và lĩnh vực ứng dụng của chúng vẫn còn đang được xem xét. Tuy nhiên, những thông điệp của những năm gần đây cho phép chúng ta nhìn về tương lai với sự lạc quan.
