Injini ya roketi ya mlipuko: majaribio, kanuni ya uendeshaji, faida

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Ugunduzi wa anga unahusishwa bila hiari na vyombo vya anga. Moyo wa gari lolote la uzinduzi ni injini yake. Ni lazima itengeneze kasi ya anga ya kwanza - takriban kilomita 7.9 / s ili kuwapeleka wanaanga kwenye obiti, na kasi ya nafasi ya pili ili kushinda uga wa sayari ya uvutano.

Kufikia hili si rahisi, lakini wanasayansi daima wanatafuta njia mpya za kutatua tatizo hili. Wabunifu kutoka Urusi walikwenda mbali zaidi na waliweza kukuza injini ya roketi ya detonation, majaribio ambayo yalimalizika kwa mafanikio. Mafanikio haya yanaweza kuitwa mafanikio ya kweli katika nyanja ya uhandisi wa anga.

Vipengele Vipya

Kwa nini kuna matumaini makubwa ya injini za kulipuka? Kulingana na wanasayansi, nguvu zao zitakuwa kubwa mara elfu 10 kuliko nguvu za injini za roketi zilizopo. Wakati huo huo, watatumia mafuta kidogo, na uzalishaji wao utatofautishwa na gharama ya chini na faida. Ina ninikuhusiana?

Yote ni kuhusu mmenyuko wa oksidi ya mafuta. Ikiwa roketi za kisasa hutumia mchakato wa deflagration - mwako wa polepole (subsonic) wa mafuta kwa shinikizo la mara kwa mara, basi injini ya roketi ya detonation inafanya kazi kutokana na mlipuko, mlipuko wa mchanganyiko unaowaka. Inawaka kwa kasi ya ajabu, ikitoa kiasi kikubwa cha nishati ya joto wakati huo huo wimbi la mshtuko linapoenea.

Uendelezaji na majaribio ya toleo la Kirusi la injini ya mlipuko ulifanywa na maabara maalum ya "Detonation LRE" kama sehemu ya tata ya uzalishaji "Energomash".

Ubora wa injini mpya

Wanasayansi wakuu duniani wamekuwa wakisoma na kutengeneza injini za kulipuka kwa miaka 70. Sababu kuu inayozuia uundaji wa aina hii ya injini ni mwako usiodhibitiwa wa mafuta. Kwa kuongeza, mchanganyiko wa ufanisi wa mafuta na vioksidishaji, pamoja na ushirikiano wa pua na uingizaji hewa, walikuwa kwenye ajenda.

Kwa kutatua matatizo haya, itawezekana kuunda injini ya roketi ya mlipuko, ambayo, kulingana na sifa zake za kiufundi, itachukua muda. Wakati huo huo, wanasayansi huita faida zake:

1. Uwezo wa kukuza kasi katika safu za subsonic na hypersonic.
2. Tengeneza sehemu nyingi zinazosonga.
3. Misa ya chini na gharama ya kituo cha umeme.
4. Ufanisi wa hali ya juu wa thermodynamic.

Aina hii ya injini haikutolewa kwa mfululizo. Ilijaribiwa kwa mara ya kwanza kwenye ndege zinazoruka chini mnamo 2008. Injini ya kulipuka kwa magari ya uzinduzi ilijaribiwa kwa mara ya kwanza na wanasayansi wa Urusi. Ndio maana tukio hili linapewa umuhimu mkubwa.

Kanuni ya kufanya kazi: mapigo ya moyo na kuendelea

Kwa sasa, wanasayansi wanatengeneza usakinishaji kwa mtiririko wa kusukuma na unaoendelea. Kanuni ya utendakazi wa injini ya roketi ya mlipuko yenye mpango wa uendeshaji wa mapigo inategemea ujazo wa mzunguko wa chumba cha mwako kwa mchanganyiko unaoweza kuwaka, kuwasha kwake kwa mfululizo na kutolewa kwa bidhaa za mwako kwenye mazingira.

Kwa hivyo, katika mchakato unaoendelea wa kufanya kazi, mafuta hutolewa ndani ya chumba cha mwako kila wakati, mafuta huwaka katika mawimbi moja au zaidi ya mpasuko ambayo huzunguka kila wakati kwenye mtiririko. Faida za injini hizo ni:

1. Kuwasha mafuta kwa mara moja.
2. Muundo rahisi.
3. Ukubwa mdogo na uzito wa vizio.
4. Matumizi bora zaidi ya mchanganyiko unaoweza kuwaka.
5. Kelele ya chini, mtetemo na utoaji wa hewa safi.

Katika siku zijazo, kwa kutumia faida hizi, injini ya roketi inayopasua kioevu ya operesheni inayoendelea itachukua nafasi ya usakinishaji wote uliopo kutokana na uzito wake, ukubwa na sifa za gharama.

Jaribio la injini ya kupasua

Majaribio ya kwanza ya usakinishaji wa mlipuko wa nyumbani yalifanyika ndani ya mfumo wamradi ulioanzishwa na Wizara ya Elimu na Sayansi. Injini ndogo iliyo na chumba cha mwako 100 mm kwa kipenyo na upana wa njia ya annular ya mm 5 iliwasilishwa kama mfano. Vipimo vilifanywa kwenye msimamo maalum, viashiria vilirekodiwa wakati wa kufanya kazi kwa aina mbalimbali za mchanganyiko unaoweza kuwaka - hidrojeni-oksijeni, gesi asilia-oksijeni, propane-butane-oksijeni.

Majaribio ya injini ya roketi ya mlipuko inayoendeshwa na mafuta ya oksijeni-hidrojeni yalithibitisha kuwa mzunguko wa thermodynamic wa vitengo hivi una ufanisi zaidi wa 7% kuliko vitengo vingine. Kwa kuongezea, ilithibitishwa kimajaribio kwamba kwa kuongezeka kwa kiasi cha mafuta yanayotolewa, msukumo pia huongezeka, pamoja na idadi ya mawimbi ya mpasuko na kasi ya mzunguko.

Analogi katika nchi nyingine

Injini za mlipuko zinatengenezwa na wanasayansi kutoka nchi zinazoongoza duniani. Wabunifu kutoka USA wamepata mafanikio makubwa katika mwelekeo huu. Katika mifano yao, walitekeleza hali ya kuendelea ya uendeshaji, au mzunguko. Jeshi la Merika linapanga kutumia mitambo hii kuandaa meli za juu. Kwa sababu ya uzito wao mwepesi na udogo wao na nguvu ya juu, zitasaidia kuongeza ufanisi wa boti za kivita.

Mchanganyiko wa stoichiometric wa hidrojeni na oksijeni hutumiwa na injini ya roketi ya mlipuko ya Marekani. Faida za chanzo kama hicho cha nishati kimsingi ni za kiuchumi - oksijeni huwaka kama vile inahitajika ili kuongeza oksidi ya hidrojeni. Sasa kwaSerikali ya Marekani inatumia dola bilioni kadhaa kutoa meli za kivita na mafuta ya kaboni. Mafuta ya stoichiometric yatapunguza gharama kwa mara kadhaa.

Maelekezo zaidi ya maendeleo na matarajio

Data mpya iliyopatikana kutokana na majaribio ya injini za mlipuko iliamua matumizi ya mbinu mpya kimsingi za kuunda mpango wa kufanya kazi kwenye mafuta ya kioevu. Lakini kwa ajili ya uendeshaji, injini hizo lazima ziwe na upinzani mkubwa wa joto kutokana na kiasi kikubwa cha nishati ya joto iliyotolewa. Kwa sasa, mipako maalum inatengenezwa ambayo itahakikisha uendeshaji wa chumba cha mwako chini ya mfiduo wa joto la juu.

Mahali maalum katika utafiti zaidi ni uundaji wa vichwa vya kuchanganya, ambavyo itawezekana kupata matone ya nyenzo zinazoweza kuwaka za ukubwa fulani, mkusanyiko na muundo. Ili kushughulikia masuala haya, injini mpya ya roketi inayopasua kioevu itaundwa, ambayo itakuwa msingi wa aina mpya ya magari ya kuzindua.