Mesin roket detonasi: tes, prinsip operasi, keuntungan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Eksplorasi luar angkasa tanpa sadar dikaitkan dengan pesawat luar angkasa. Jantung dari setiap kendaraan peluncuran adalah mesinnya. Ia harus mengembangkan kecepatan ruang pertama - sekitar 7,9 km / s untuk mengantarkan astronot ke orbit, dan kecepatan ruang kedua untuk mengatasi medan gravitasi planet.

Mencapai ini tidak mudah, tetapi para ilmuwan terus mencari cara baru untuk memecahkan masalah ini. Desainer dari Rusia melangkah lebih jauh dan berhasil mengembangkan mesin roket detonasi, yang pengujiannya berakhir dengan sukses. Pencapaian ini bisa disebut sebagai terobosan nyata di bidang space engineering.

Fitur Baru

Mengapa ada harapan besar untuk mesin detonasi? Menurut para ilmuwan, kekuatan mereka akan 10 ribu kali lebih besar dari kekuatan mesin roket yang ada. Pada saat yang sama, mereka akan mengkonsumsi lebih sedikit bahan bakar, dan produksi mereka akan dibedakan oleh biaya rendah dan profitabilitas. Ada apa denganterkait?

Ini semua tentang reaksi oksidasi bahan bakar. Jika roket modern menggunakan proses deflagrasi - pembakaran bahan bakar lambat (subsonik) pada tekanan konstan, maka mesin roket peledakan berfungsi karena ledakan, ledakan campuran yang mudah terbakar. Ia terbakar dengan kecepatan supersonik, melepaskan sejumlah besar energi panas pada saat yang sama dengan gelombang kejut yang merambat.

Pengembangan dan pengujian mesin detonasi versi Rusia dilakukan oleh laboratorium khusus "Detonasi LRE" sebagai bagian dari kompleks produksi "Energomash".

Keunggulan mesin baru

Ilmuwan terkemuka dunia telah mempelajari dan mengembangkan mesin detonasi selama 70 tahun. Alasan utama mencegah penciptaan mesin jenis ini adalah pembakaran bahan bakar spontan yang tidak terkendali. Selain itu, pencampuran bahan bakar dan oksidator yang efisien, serta integrasi nozzle dan asupan udara, menjadi agenda.

Dengan memecahkan masalah ini, akan dimungkinkan untuk membuat mesin roket detonasi, yang, dalam hal karakteristik teknisnya, akan melampaui waktu. Pada saat yang sama, para ilmuwan menyebut kelebihannya:

1. Kemampuan untuk mengembangkan kecepatan dalam rentang subsonik dan hipersonik.
2. Desain banyak bagian yang bergerak.
3. Massa dan biaya pembangkit listrik yang lebih rendah.
4. Efisiensi termodinamika tinggi.

Mesin jenis ini tidak diproduksi secara seri. Ini pertama kali diuji pada pesawat terbang rendah pada tahun 2008. Mesin detonasi untuk kendaraan peluncuran diuji untuk pertama kalinya oleh para ilmuwan Rusia. Itulah mengapa acara ini sangat penting.

Prinsip kerja: pulsa dan kontinu

Saat ini, para ilmuwan sedang mengembangkan instalasi dengan alur kerja yang terus menerus dan berdenyut. Prinsip pengoperasian mesin roket detonasi dengan skema operasi berdenyut didasarkan pada pengisian siklik ruang bakar dengan campuran yang mudah terbakar, pengapian berurutan dan pelepasan produk pembakaran ke lingkungan.

Dengan demikian, dalam proses kerja terus menerus, bahan bakar diumpankan ke dalam ruang bakar terus menerus, bahan bakar terbakar dalam satu atau lebih gelombang detonasi yang terus bersirkulasi melintasi aliran. Keuntungan dari mesin tersebut adalah:

1. Pengapian bahan bakar tunggal.
2. Desain yang relatif sederhana.
3. Ukuran dan berat unit kecil.
4. Penggunaan campuran yang mudah terbakar lebih efisien.
5. Kebisingan, getaran, dan emisi rendah.

Di masa depan, dengan menggunakan keunggulan ini, mesin roket propelan cair detonasi yang beroperasi terus-menerus akan menggantikan semua instalasi yang ada karena karakteristik berat, ukuran, dan biayanya.

Uji mesin detonasi

Tes pertama instalasi peledakan domestik berlangsung dalam kerangkaproyek yang didirikan oleh Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan. Sebuah mesin kecil dengan ruang bakar berdiameter 100 mm dan lebar saluran melingkar 5 mm disajikan sebagai prototipe. Pengujian dilakukan pada stand khusus, indikator dicatat saat mengerjakan berbagai jenis campuran yang mudah terbakar - hidrogen-oksigen, gas alam-oksigen, propana-butana-oksigen.

Pengujian mesin roket detonasi bertenaga bahan bakar oksigen-hidrogen membuktikan bahwa siklus termodinamika unit ini 7% lebih efisien daripada unit lain. Selain itu, secara eksperimental dikonfirmasi bahwa dengan peningkatan jumlah bahan bakar yang dipasok, daya dorong juga meningkat, serta jumlah gelombang detonasi dan kecepatan rotasi.

Analog di negara lain

Mesin peledak sedang dikembangkan oleh para ilmuwan dari negara-negara terkemuka di dunia. Desainer dari AS telah mencapai kesuksesan terbesar dalam arah ini. Dalam model mereka, mereka menerapkan mode operasi berkelanjutan, atau rotasi. Militer AS berencana menggunakan instalasi ini untuk melengkapi kapal permukaan. Karena bobotnya yang lebih ringan dan ukurannya yang kecil dengan daya keluaran yang tinggi, mereka akan membantu meningkatkan efektivitas kapal tempur.

Campuran stoikiometri hidrogen dan oksigen digunakan oleh mesin roket peledakan Amerika. Keuntungan dari sumber energi semacam itu terutama ekonomis - oksigen membakar persis sebanyak yang dibutuhkan untuk mengoksidasi hidrogen. Sekarang untukPemerintah AS menghabiskan beberapa miliar dolar untuk menyediakan kapal perang dengan bahan bakar karbon. Bahan bakar stoikiometri akan mengurangi biaya beberapa kali lipat.

Arah dan prospek pengembangan lebih lanjut

Data baru yang diperoleh sebagai hasil pengujian mesin detonasi menentukan penggunaan metode baru yang mendasar untuk membangun skema pengoperasian dengan bahan bakar cair. Tetapi untuk pengoperasiannya, mesin tersebut harus memiliki ketahanan panas yang tinggi karena banyaknya energi panas yang dilepaskan. Saat ini, lapisan khusus sedang dikembangkan yang akan memastikan pengoperasian ruang bakar di bawah paparan suhu tinggi.

Tempat khusus dalam penelitian lebih lanjut adalah pembuatan kepala pencampur, yang memungkinkan untuk mendapatkan tetesan bahan mudah terbakar dengan ukuran, konsentrasi, dan komposisi tertentu. Untuk mengatasi masalah ini, mesin roket propelan cair detonasi baru akan dibuat, yang akan menjadi dasar dari kendaraan peluncuran kelas baru.