Приветствую моих читателей, сегодня хочу рассмотреть один из прорывных проектов отечественных ученых - детонационный двигатель.
Зачем он нужен? Как он работает? В чем вообще сложность его сделать?
Что бы ответить на эти вопросы надо сначала рассмотреть как устроен классический химический ракетный двигатель, почему он вообще двигается и в чем его минусы.
Работа любого ракетного двигателя основана на принципе сохранения импульса, с одной стороны вылетает рабочее тело, в противоположную сторону двигается сам двигатель. На силу которая возникает в двигателе влияет две вещи: масса и скорость рабочего тела улетающего из него. Что бы увеличить мощность двигателя мы должны либо тратить больше рабочего тела, либо выбрасывать его с большей скоростью.
Работа химического ракетного двигателя происходит за счет реакции топлива и окислителя в замкнутом пространстве, в результате чего сильно расширившиеся продукты сгорания вылетают в трубу сопло двигателя.
Как увеличить массу думаю понятно, просто сжечь больше топлива и окислителя в камере сгорания, это сделать несложно, но приходится сильно утяжелять ракету , и часть увеличения тяги уходит на подъем этого самого топлива и окислителя, в итоге мы везём не полезную нагрузку, а заполненные баки.
Для примера сравним ракеты Протон и Н-1.
Протон поднимает на НОО 23,7 тонны, при этом сам весит на стартовом столе 460 тонн.
Н-1 должна была поднимать 90 тонн и весила 1880 тонн.
Понятно что у них используются разные двигатели, топливо и т.д., но принцип от этого не меняется.
Ладно, тогда надо увеличить скорость рабочего тела, но тут надо посмотреть как устроен ракетный двигатель:
Топливо, окислитель, насосы, камера сгорания ничего сложного скажете Вы. Но как же увеличить скорость? Надо поднять давление в камере сгорания, соответственно чем больше давление, тем с большей скоростью вылетает рабочее тело. Сейчас двигатели подбираются к давлению в 300 бар в камере сгорания. Да, неплохо, но как же топливо закачивается в камеру сгорания с таким давлением внутри, а для этого используются насосы высокого давления и развивать давление они должны ещё больше чем рабочее давление в камере сгорания. В итоге мы получаем очень сложные и дорогие устройства, дальнейшее совершенствование которых очень сложно и дорого, а еще надо улучшать материалы камеры сгорания и т.д. ужас вообщем, может надо придумать что то другое?
Вот и придумали советские учёные ещё в 60-е года. Идея в том, что бы заменить процесс сгорания на процесс детонации. Топливо при этом закачивается в камеру сгорания при небольшом давлении, но в процессе сгорания топлива образуется фронт который уплотняет смесь и происходит по сути взрыв, который направлен в сопло двигателя, мы получаем локальное увеличение давление не доступное в классических химических двигателях при этом можно использовать простые топливные насосы на относительное небольшое давление (десятки, а не сотни бар).
Такие двигатели делятся на импульсные и ротационные, в первом случае процесс происходит импульсами с большой частотой, в промежутках между взрывами топливо в камере обновляется. В ротационном же процесс идёт непрерывно, в одном горит, в другом обновляется смесь и так по кругу.
Детонационные двигатели в отличие от электроракетных, которые обладают большим импульсом, но не подходят для запуска грузов с земли, можно использовать уже для запуска нагрузки с земли, что значительно увеличит грузоподъёмность и снизит стоимость ракет.
В чем же сложность была сделать такой двигатель раньше? Необходимо было провести сложные расчеты происходящих процессов, но вычислительные мощности 60х годов не позволяли этого сделать.
Спасибо, что прочитали статью, в следующей статье мы рассмотрим что такое электроракетные двигатели и зачем они нужны.
