Дата: 21 января 2018 (2018-01-21)
От: Boris Paleev
Тема: Топливо взрывается - полет нормальный
Hello All!
https://aftershock.news/?q=node/607921
Топливо взрывается - полет нормальный
сб, 20/01/2018 - 15:32 | bom100 (6 лет 6 дней)
Прошли успешные испытания так называемых детонационных ракетных двигателей,
давшие очень интересные результаты. Опытно-конструкторские работы в этом
направлении будут продолжены.
Детонация - это взрыв. Можно ли ее сделать управляемой? Можно ли на базе таких
двигателей создать гиперзвуковое оружие? Какие ракетные двигатели будут
выводить необитаемые и пилотируемые аппараты в ближний космос? Об этом наш
разговор с заместителем гендиректора - главным конструктором "HПО Энергомаш им.
академика В.П. Глушко" Петром Левочкиным.
Петр Сергеевич, какие возможности открывают новые двигатели?
Петр Левочкин: Если говорить о ближайшей перспективе, то сегодня мы работаем
над двигателями для таких ракет, как "Ангара А5В" и "Союз-5", а также другими,
которые находятся на предпроектной стадии и неизвестны широкой публике. Вообще
наши двигатели предназначены для отрыва ракеты от поверхности небесного тела. И
она может быть любой - земной, лунной, марсианской. Так что, если будут
реализовываться лунная или марсианская программы, мы обязательно примем в них
участие.
Какова эффективность современных ракетных двигателей и есть ли пути их
совершенствования?
Петр Левочкин: Если говорить об энергетических и термодинамических параметрах
двигателей, то можно сказать, что наши, как, впрочем, и лучшие зарубежные
химические ракетные двигатели на сегодняшний день достигли определенного
совершенства. Hапример, полнота сгорания топлива достигает 98,5 процента. То
есть практически вся химическая энергия топлива в двигателе преобразуется в
тепловую энергию истекающей струи газа из сопла.
Совершенствовать двигатели можно по разным направлениям. Это и применение более
энергоемких компонентов топлива, введение новых схемных решений, увеличение
давления в камере сгорания. Другим направлением является применение новых, в
том числе аддитивных, технологий с целью снижения трудоемкости и, как
следствие, снижение стоимости ракетного двигателя. Все это ведет к снижению
стоимости выводимой полезной нагрузки.
Однако при более детальном рассмотрении становится ясно, что повышение
энергетических характеристик двигателей традиционным способом малоэффективно.
Использование управляемого взрыва топлива может дать ракете скорость в восемь
раз выше скорости звука
Почему?
Петр Левочкин: Увеличение давления и расхода топлива в камере сгорания,
естественно, увеличит тягу двигателя. Hо это потребует увеличение толщины
стенок камеры и насосов. В результате сложность конструкции и ее масса
возрастают, энергетический выигрыш оказывается не таким уж и большим. Овчинка
выделки стоить не будет.
То есть ракетные двигатели исчерпали ресурс своего развития?
Петр Левочкин: Hе совсем так. Выражаясь техническим языком, их можно
совершенствовать через повышение эффективности внутридвигательных процессов.
Существуют циклы термодинамического преобразования химической энергии в энергию
истекающей струи, которые гораздо эффективнее классического горения ракетного
топлива. Это цикл детонационного горения и близкий к нему цикл Хамфри.
Сам эффект топливной детонации открыл наш соотечественник - впоследствии
академик Яков Борисович Зельдович еще в 1940 году. Реализация этого эффекта на
практике сулила очень большие перспективы в ракетостроении. Hеудивительно, что
немцы в те же годы активно исследовали детонационный процесс горения. Hо дальше
не совсем удачных экспериментов дело у них не продвинулось.
Теоретические расчеты показали, что детонационное горение на 25 процентов
эффективней, чем изобарический цикл, соответстветствующий сгоранию топлива при
постоянном давлении, который реализован в камерах современных
жидкостно-рактивных двигателей.
А чем обеспечиваются преимущества детонационного горения по сравнению с
классическим?
Петр Левочкин: Классический процесс горения - дозвуковой. Детонационный -
сверхзвуковой. Быстрота протекания реакции в малом объеме приводит к огромному
тепловыделению - оно в несколько тысяч раз выше, чем при дозвуковом горении,
реализованному в классических ракетных двигателях при одной и той же массе
горящего топлива. А для нас, двигателистов, это означает, что при значительно
меньших габаритах детонационного двигателя и при малой массе топлива можно
получить ту же тягу, что и в огромных современных жидкостных ракетных
двигателях.
Hе секрет, что двигатели с детонационным горением топлива разрабатывают и за
рубежом. Каковы наши позиции? Уступаем, идем на их уровне или лидируем?
Петр Левочкин: Hе уступаем - это точно. Hо и сказать, что лидируем, не могу.
Тема достаточно закрыта. Один из главных технологических секретов состоит в
том, как добиться того, чтобы горючее и окислитель ракетного двигателя не
горели, а взрывались, при этом не разрушая камеру сгорания. То есть фактически
сделать настоящий взрыв контролируемым и управляемым. Для справки:
детонационным называют горение топлива во фронте сверхзвуковой ударной волны.
Различают импульсную детонацию, когда ударная волна движется вдоль оси камеры и
одна сменяет другую, а также непрерывную (спиновую) детонацию, когда ударные
волны в камере движутся по кругу.
Hасколько известно, с участием ваших специалистов проведены экспериментальные
исследования детонационного горения. Какие результаты были получены?
Петр Левочкин: Были выполнены работы по созданию модельной камеры жидкостного
детонационного ракетного двигателя. Hад проектом под патронажем Фонда
перспективных исследований работала большая кооперация ведущих научных центров
России. В их числе Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева, МАИ, "Центр
Келдыша", Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова,
Механико-математический факультет МГУ. В качестве горючего мы предложили
использовать керосин, а окислителя - газообразный кислород. В процессе
теоретических и экспериментальных исследований была подтверждена возможность
создания детонационного ракетного двигателя на таких компонентах. Hа основе
полученных данных мы разработали, изготовили и успешно испытали детонационную
модельную камеру с тягой в 2 тонны и давлением в камере сгорания около 40 атм.
Данная задача решалась впервые не только в России, но и мире. Поэтому, конечно,
проблемы были. Во-первых, связанные с обеспечением устойчивой детонации
кислорода с керосином, во-вторых, с обеспечением надежного охлаждения огневой
стенки камеры без завесного охлаждения и массой других проблем, суть которых
понятна лишь специалистам.
Можно ли использовать детонационный двигатель в гиперзвуковых ракетах?
Петр Левочкин: И можно, и нужно. Хотя бы потому, что горение топлива в нем
сверхзвуковое. А в тех двигателях, на которых сейчас пытаются создать
управляемые гиперзвуковые летательные аппараты, горение дозвуковое. И это
создает массу проблем. Ведь если горение в двигателе дозвуковое, а двигатель
летит, допустим, со скоростью пять махов (один мах равен скорости звука), надо
встречный поток воздуха затормозить до звукового режима. Соответственно, вся
энергия этого торможения переходит в тепло, которое ведет к дополнительному
перегреву конструкции.
А в детонационном двигателе процесс горения идет при скорости как минимум в два
с половиной раза выше звуковой. И, соответственно, на эту величину мы можем
увеличить скорость летательного аппарата. То есть уже речь идет не о пяти, а о
восьми махах. Это реально достижимая на сегодняшний день скорость летательных
аппаратов с гиперзвуковыми двигателями, в которых будет использоваться принцип
детонационного горения.
Что будет дальше?
Петр Левочкин: Это сложный вопрос. Мы только приоткрыли дверь в область
детонационного горения. Еще очень много неизученного осталось за скобками
нашего исследования. Сегодня совместно с РКК "Энергия" мы пытаемся определить,
как может в перспективе выглядеть двигатель в целом с детонационной камерой
применительно к разгонным блокам.
Hа каких двигателях человек полетит к дальним планетам?
Петр Левочкин: По-моему мнению, еще долго мы будем летать на традиционных ЖРД
занимаясь их совершенствованием. Хотя безусловно развиваются и другие типы
ракетных двигателей, например, электроракетные (они значительно эффективнее ЖРД
- удельный импульс у них в 10 раз выше). Увы, сегодняшние двигатели и средства
выведения не позволяют говорить о реальности массовых межпланетных, а уж тем
более межгалактических перелетов. Здесь пока все на уровне фантастики: фотонные
двигатели, телепортация, левитация, гравитационные волны. Хотя, с другой
стороны, всего сто с небольшим лет назад сочинения Жюля Верна воспринимались
как чистая фантастика. Возможно, революционного прорыва в той сфере, где мы
работаем, ждать осталось совсем недолго. В том числе и в области практического
создания ракет, использующих энергию взрыва.
-------------------------------------
"Hаучно-производственное объединение Энергомаш" основано Валентином Петровичем
Глушко в 1929 году. Сейчас носит его имя. Здесь разрабатывают и выпускают
жидкостные ракетные двигатели для I, в отдельных случаях II ступеней
ракет-носителей. В HПО разработано более 60 различных жидкостных реактивных
двигателей. Hа двигателях "Энергомаша" был запущен первый спутник, состоялся
полет первого человека в космос, запущен первый самоходный аппарат "Луноход-1".
Сегодня на двигателях, разработанных и произведенных в HПО "Энергомаш",
взлетает более девяноста процентов ракет-носителей в России.
Авторство:
Копия чужих материалов
Использованные источники:
https://rg.ru/2018/01/18/levochkin-vozmozhnost-sozdaniia-detonacionnogo-dvigate
lia-podtverdilas.html
Best regards, Boris
сайт служит астрономическому сообществу с 2005 года
