Janvāra beigās bija ziņas par jauniem sasniegumiem Krievijas zinātnē un tehnoloģijā. No oficiāliem avotiem kļuva zināms, ka viens no daudzsološā detonācijas tipa reaktīvā dzinēja pašmāju projektiem jau ir izturējis pārbaudes posmu. Tas tuvina visu nepieciešamo darbu pilnīgas pabeigšanas brīdi, saskaņā ar kuru Krievijas kosmosa vai militārās raķetes varēs iegūt jaunas spēkstacijas ar paaugstinātām īpašībām. Turklāt jaunie dzinēja darbības principi var atrast pielietojumu ne tikai raķešu jomā, bet arī citās jomās.
Ministru prezidenta biedrs Dmitrijs Rogozins janvāra beigās vietējai presei pastāstīja par pētniecības organizāciju jaunākajiem panākumiem. Citu tēmu vidū viņš skāra reaktīvo dzinēju radīšanas procesu, izmantojot jaunus darbības principus. Daudzsološs dzinējs ar detonācijas degšanu jau ir pārbaudīts. Pēc premjerministra vietnieka domām, jaunu spēkstacijas darbības principu izmantošana ļauj ievērojami palielināt veiktspēju. Salīdzinot ar tradicionālās arhitektūras struktūrām, tiek novērots vilces pieaugums par aptuveni 30%.
Detonācijas raķešu dzinēja shēma
Mūsdienu dažādu klašu un veidu raķešu dzinēji, kas darbojas dažādās jomās, izmanto t.s. izobārais cikls vai degšanas degšana. To sadegšanas kameras uztur nemainīgu spiedienu, pie kura degviela deg lēni. Dzinējam, kas balstīts uz degšanas principiem, nav vajadzīgas īpaši izturīgas vienības, tomēr tā maksimālā veiktspēja ir ierobežota. Pamatīpašību palielināšana, sākot no noteikta līmeņa, izrādās nepamatoti sarežģīta.
Alternatīva motoram ar izobāro ciklu darbības uzlabošanas kontekstā ir sistēma ar t.s. detonācijas sadegšana. Šajā gadījumā degvielas oksidācijas reakcija notiek aiz triecienviļņa, kas lielā ātrumā pārvietojas caur sadegšanas kameru. Tas izvirza īpašas prasības motora konstrukcijai, bet tajā pašā laikā piedāvā acīmredzamas priekšrocības. Attiecībā uz degvielas sadegšanas efektivitāti detonācijas sadegšana ir par 25% labāka nekā degšanas degšana. No degšanas ar pastāvīgu spiedienu tas atšķiras arī ar palielinātu siltuma izdalīšanās jaudu uz reakcijas frontes virsmas laukuma vienību. Teorētiski šo parametru ir iespējams palielināt par trim līdz četrām kārtām. Rezultātā reaktīvo gāzu ātrumu var palielināt 20-25 reizes.
Tādējādi detonācijas dzinējs ar paaugstinātu efektivitāti spēj attīstīt lielāku vilces spēku ar mazāku degvielas patēriņu. Tās priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem dizainparaugiem ir acīmredzamas, taču vēl nesen progress šajā jomā atstāja daudz vēlamo. Detonācijas reaktīvā dzinēja principus jau 1940. gadā formulēja padomju fiziķis Ya. B. Zeldovičs, bet šāda veida gatavie produkti vēl nav nonākuši ekspluatācijā. Galvenie faktisko panākumu trūkuma iemesli ir problēmas ar pietiekami spēcīgas struktūras izveidi, kā arī grūtības uzsākt un pēc tam noturēt triecienvilni, izmantojot esošo degvielu.
Viens no jaunākajiem vietējiem projektiem detonācijas raķešu dzinēju jomā tika uzsākts 2014. gadā un tiek izstrādāts NPO Energomash vārdā Akadēmiķis V. P. Gluško. Saskaņā ar pieejamajiem datiem projekta ar kodu "Ifrit" mērķis bija izpētīt jauno tehnoloģiju pamatprincipus, pēc tam izveidojot šķidro propelentu raķešu dzinēju, izmantojot petroleju un gāzveida skābekli. Jaunais dzinējs, kas nosaukts arābu folkloras ugunsdēmonu vārdā, balstījās uz griešanās detonācijas sadedzināšanas principu. Tādējādi saskaņā ar projekta galveno ideju triecienvilnim nepārtraukti jāpārvietojas pa apli sadegšanas kameras iekšpusē.
Jaunā projekta galvenais izstrādātājs bija NPO Energomash vai drīzāk īpaša laboratorija, kas izveidota uz tās pamata. Turklāt darbā tika iesaistītas vairākas citas pētniecības un attīstības organizācijas. Programma saņēma atbalstu no Advanced Research Foundation. Kopīgiem spēkiem visi Ifrit projekta dalībnieki spēja izveidot optimālu izskatu daudzsološam dzinējam, kā arī izveidot paraugdedzes kameru ar jauniem darbības principiem.
Lai izpētītu visa virziena perspektīvas un jaunas idejas, t.s. parauga detonācijas sadegšanas kamera, kas atbilst projekta prasībām. Šādam pieredzējušam dzinējam ar samazinātu konfigurāciju kā degvielu vajadzēja izmantot šķidro petroleju. Skābekļa gāze tika ieteikta kā oksidētājs. 2016. gada augustā sākās kameras prototipa testēšana. Svarīgi, ka pirmo reizi vēsturē šāda veida projekts tika nogādāts stenda testu stadijā. Iepriekš vietējie un ārvalstu detonācijas raķešu dzinēji tika izstrādāti, bet netika pārbaudīti.
Modeļa parauga testu laikā tika iegūti ļoti interesanti rezultāti, kas parāda izmantoto pieeju pareizību. Tātad, pateicoties pareizo materiālu un tehnoloģiju izmantošanai, izrādījās, ka spiediens sadegšanas kamerā ir līdz 40 atmosfērām. Eksperimentālā produkta vilce sasniedza 2 tonnas.
Modeļa kamera uz testa stenda
Daži rezultāti tika iegūti projekta Ifrit ietvaros, taču vietējais ar šķidrumu darbināms detonācijas dzinējs vēl ir tālu no pilnvērtīga praktiska pielietojuma. Pirms šādas iekārtas ieviešanas jaunos tehnoloģiju projektos dizaineriem un zinātniekiem ir jāatrisina vairākas visnopietnākās problēmas. Tikai tad raķešu un kosmosa nozare vai aizsardzības nozare varēs sākt praktiski realizēt jauno tehnoloģiju potenciālu.
Janvāra vidū Rossiyskaya Gazeta publicēja interviju ar NPO Energomash galveno dizaineru Petru Levočkinu par pašreizējo stāvokli un detonācijas dzinēju perspektīvām. Izstrādātāja uzņēmuma pārstāvis atgādināja par projekta galvenajiem noteikumiem, kā arī pieskārās sasniegto panākumu tēmai. Turklāt viņš runāja par iespējamām "Ifrit" un līdzīgu struktūru izmantošanas jomām.
Piemēram, detonācijas dzinējus var izmantot hiperskaņas lidmašīnās. P. Lyovochkin atgādināja, ka dzinēji, ko tagad ierosina izmantot šādām iekārtām, izmanto zemskaņas sadedzināšanu. Pie lidojuma aparāta hiperskaņas ātruma dzinējā ieplūstošais gaiss jābremzē skaņas režīmā. Tomēr bremzēšanas enerģijai jārada papildu termiskās slodzes uz gaisa kuģa korpusa. Detonācijas dzinējos degvielas degšanas ātrums sasniedz vismaz M = 2, 5. Tas ļauj palielināt lidmašīnas lidojuma ātrumu. Šāda mašīna ar detonācijas tipa motoru spēs paātrināties līdz ātrumam, kas astoņas reizes pārsniedz skaņas ātrumu.
Tomēr reālās izredzes uz detonācijas tipa raķešu dzinējiem vēl nav pārāk lielas. Saskaņā ar P. Lyovochkin, mēs "tikko atvērām durvis uz detonācijas sadegšanas zonu". Zinātniekiem un dizaineriem būs jāizpēta daudzi jautājumi, un tikai pēc tam būs iespējams izveidot struktūras ar praktisku potenciālu. Šī iemesla dēļ kosmosa nozarei ilgu laiku būs jāizmanto tradicionālie šķidrās degvielas dzinēji, kas tomēr nenoliedz to turpmākas uzlabošanas iespēju.
Interesants fakts ir tas, ka degšanas detonācijas princips tiek izmantots ne tikai raķešu dzinēju jomā. Jau ir vietējais projekts aviācijas sistēmai ar detonācijas tipa sadegšanas kameru, kas darbojas pēc impulsa principa. Šāda veida prototips tika pārbaudīts, un nākotnē tas var dot sākumu jaunam virzienam. Jauni dzinēji ar trieciena sadedzināšanu var atrast pielietojumu visdažādākajās jomās un daļēji aizstāt tradicionālos gāzturbīnu vai turboreaktīvos dzinējus.
Iekšzemes projekts par detonācijas lidmašīnas dzinēju tiek izstrādāts OKB im. A. M. Šūpulis. Informācija par šo projektu pirmo reizi tika prezentēta pagājušā gada starptautiskajā militāri tehniskajā forumā "Army-2017". Uzņēmuma izstrādātāja stendā bija materiāli par dažādiem dzinējiem, gan sērijveida, gan izstrādes stadijā. Starp pēdējiem bija daudzsološs detonācijas paraugs.
Jaunā priekšlikuma būtība ir izmantot nestandarta sadegšanas kameru, kas spēj degvielas sadedzināšanu ar impulsu gaisa atmosfērā. Šajā gadījumā dzinēja iekšienē "sprādzienu" biežumam jāsasniedz 15-20 kHz. Nākotnē ir iespējams vēl vairāk palielināt šo parametru, kā rezultātā dzinēja troksnis pārsniegs diapazonu, ko uztver cilvēka auss. Šādas motora īpašības var interesēt.
Pirmā eksperimentālā produkta "Ifrit" laišana tirgū
Tomēr jaunās spēkstacijas galvenās priekšrocības ir saistītas ar uzlabotu veiktspēju. Prototipu izmēģinājumi stendos parādīja, ka tie par aptuveni 30% pārsniedz tradicionālos gāzes turbīnu dzinējus. Līdz brīdim, kad pirmo reizi publiski demonstrēja materiālus par motoru OKB im. A. M. Šūpuļi spēja iegūt diezgan augstas veiktspējas īpašības. Pieredzējis jauna tipa dzinējs bez pārtraukuma spēja strādāt 10 minūtes. Kopējais šī produkta darbības laiks stendā tobrīd pārsniedza 100 stundas.
Attīstības uzņēmuma pārstāvji norādīja, ka jau tagad ir iespējams izveidot jaunu detonācijas dzinēju ar 2-2,5 tonnu vilci, kas piemērots uzstādīšanai vieglajos lidaparātos vai bezpilota lidaparātos. Šāda dzinēja konstrukcijā tiek piedāvāts izmantot t.s. rezonatora ierīces, kas atbild par pareizu degvielas sadegšanas gaitu. Svarīga jaunā projekta priekšrocība ir fundamentāla iespēja uzstādīt šādas ierīces jebkur gaisa kuģa korpusā.
Eksperti OKB viņiem. A. M. Šūpuļi strādā pie lidmašīnu dzinējiem ar impulsa detonācijas sadegšanu vairāk nekā trīs gadu desmitus, taču līdz šim projekts nav izgājis no izpētes posma un tam nav reālu izredžu. Galvenais iemesls ir pasūtījuma un nepieciešamā finansējuma trūkums. Ja projekts saņem nepieciešamo atbalstu, tad pārskatāmā nākotnē var izveidot parauga dzinēju, kas piemērots izmantošanai dažādās iekārtās.
Līdz šim krievu zinātniekiem un dizaineriem ir izdevies parādīt ļoti ievērojamus rezultātus reaktīvo dzinēju jomā, izmantojot jaunus darbības principus. Vienlaikus ir vairāki projekti, kas piemēroti izmantošanai raķešu telpā un hiperskaņas zonās. Turklāt jaunos dzinējus var izmantot arī "tradicionālajā" aviācijā. Daži projekti vēl ir sākuma stadijā un vēl nav gatavi pārbaudēm un citiem darbiem, savukārt citās jomās ievērojamākie rezultāti jau ir iegūti.
Izpētot detonācijas iekšdedzes reaktīvo dzinēju tēmu, Krievijas speciālisti varēja izveidot sadegšanas kameras stenda modeļa modeli ar vēlamajām īpašībām. Eksperimentālais produkts "Ifrit" jau ir izturējis testus, kuru laikā tika savākts liels daudzums dažādas informācijas. Ar iegūto datu palīdzību virziena attīstība turpināsies.
Jauna virziena apgūšana un ideju pārveide praktiski piemērojamā formā prasīs daudz laika, un šī iemesla dēļ pārskatāmā nākotnē kosmosa un armijas raķetes pārskatāmā nākotnē tiks aprīkotas tikai ar tradicionālajiem šķidrās degvielas dzinējiem. Neskatoties uz to, darbs jau ir atstājis tīri teorētisku posmu, un tagad katra eksperimentālā dzinēja testa palaišana tuvina pilnvērtīgu raķešu būvēšanas brīdi ar jaunām spēkstacijām.
