Классические реактивные двигатели практически достигли теоретически возможного потолка. Поэтому инженеры активно работают над альтернативными и более перспективными конструкциями, включая детонационные. Один из вариантов такой установки — вращающийся детонационный двигатель (ВДД), в котором ударные волны распространяются по кольцевому каналу.
ВДД представляет собой инновацию в области реактивных двигателей. Его разработка началась в начале 21 века как ответ на постоянно растущие требования к эффективности и экологичности ракетных двигателей. Идея объединить детонационное сгорание с вращением возникла благодаря желанию улучшить эффективность двигателя и снизить выбросы вредных веществ при сгорании топливной смеси.
Принцип работы ВДД.
Основная концепция ВДД - это детонационная волна, которая движется по круговому каналу (кольцу). Отличительной особенностью ВДД является закольцованная камера сгорания, расположенная между двумя цилиндрами, находящимися один внутри другого. В этой камере генерируется тяга посредством ударной волны, удерживающейся в бесконечной петле.
Через форсунки или щели в камеру впрыскиваются газообразное топливо и окислитель, затем они поджигаются. Происходит первая детонация, в результате которой испускается сверхзвуковая ударная волна, которая проходит по закольцованной камере сгорания. Сделав один оборот и вернувшись к форсункам, она поджигает следующую партию топлива и окислителя: взрыв создает еще одну сверхзвуковую волну, потом еще и еще. В результате серии взрывов появляется тяга.
После запуска двигателя детонации становятся самоподдерживающимися. Одна детонация зажигает смесь топлива и окислителя, которая выделяет энергию, необходимую для поддержания циклической детонации со скоростями ~ 8000 оборотов в секунду. Продукты сгорания молниеносно расширяясь выталкиваются из канала через сопло, создавая реактивную тягу.
Хотя конструкция ВДД аналогична импульсному детонационному двигателю, вращающийся более эффективен, потому что волны непрерывно вращаются вокруг камеры, тогда как импульсный требует продувки камер после каждого импульса.
Вращающийся детонационный двигатель имеет ряд неоспоримых преимуществ:
— Эти установки просты в конструкции, поскольку лишены подвижных частей;
— Они легкие и компактные;
— Их производство обходится гораздо дешевле производства газотурбинных двигателей;
— Их сложно вывести из строя;
— Для их производства не требуются «экзотические» материалы;
— Его можно использовать в тандеме с реактивным или газотурбинным. Необходимо лишь создать опытный образец.
Плюсы:
1. Эффективность: ВДД обещает значительное повышение эффективности за счет более полного сгорания топлива. Это может привести к снижению потребления топлива и увеличению мощности. Тем самым ВДД может обеспечить более высокую мощность при меньших размерах двигателя.
2. Снижение выбросов: ВДД может существенно снизить выбросы оксидов азота и углеводородов, что делает его более экологичным.
3. Универсальность применения: Технология ВДД может использоваться в различных типах двигателей, включая автомобили, авиацию и электрогенераторы.
Минусы:
1. Сложность разработки: Создание ВДД требует сложной инженерной разработки и тщательного контроля, что может увеличить стоимость производства.
2. Ограниченное производство: На данный момент производство ВДД ограничено, и масштабное внедрение может потребовать времени.
Созданием этих установок занимаются США, Япония, Австралия и Россия. Но на сегодня разработаны только их экспериментальные модели.
Лаборатория «Детонационные ЖРД» созданная на базе «Энергомаша» в июле-августе 2014 года добилась работоспособности в течение нескольких пусков полноразмерного демонстратора детонационного жидкостного ракетного двигателя, работающего на керосине и кислороде.
А в августе 2016г на одном из стендов НПО «Энергомаш» в подмосковных Химках заработал первый в мире полноразмерный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) с использованием детонационного горения топлива.
В начале 2021 года австралийские разработчики отчитались об успешном запуске ВДД на полигоне. А теперь Японское космическое агентство (JAXA) сообщило о проведении первых в истории испытаний такого двигателя на орбите. Запуск состоялся 27 июля с помощью метеорологической ракеты S-520, способной по баллистической траектории подниматься до самых верхних слоев атмосферы. Восьмиметровый носитель стартовал с космодрома Утиноура на крайнем юге Японии и через четыре минуты он достиг высоты 235 километров где был успешно запущен ВДД.
В октябре 2023г стало известно, что Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США DARPA подписало контракт с военно-промышленной компанией Raytheon на создание рабочей версии воздушного вращающегося детонационного двигателя под названием Gambit.
В будущем Gambit планируют использовать на крылатых ракетах, предназначенных для истребителей четвертого поколения
Вращающийся детонационный двигатель обещает произвести революцию в транспортной, авиационной индустрии и ракетостроении благодаря улучшенной производительности и снижению вредных выбросов. Однако его успешное внедрение зависит от разработки и масштабного производства, что может занять несколько лет.
