На сегодняшний день существует множество образцов современной авиационной техники. Каждая единица достойна восхищения и глубокого уважения. Однако, недавние чудеса инженерной мысли, которые производили ошеломляющее впечатление на ученых, становятся маленьким толчком к совершенно новым открытиям в аэрокосмической отрасли. В данной статье рассмотрим одно из перспективных направлений двигателестроения.
Существующие двигательные установки для авиации и ракет показывают весьма высокие характеристики, но вплотную приблизились к пределу своих возможностей. Для дальнейшего повышения параметров тяги, создающего задел для развития авиационной ракетно-космической отрасли, необходимы другие двигатели, в т.ч. с новыми принципами работы. Большие надежды возлагаются на детонационные двигатели. Подобные системы уже испытываются в лабораториях и на летательных аппаратах.
В существующих и эксплуатируемых двигателях тяга образуется за счет сгорания в специальной камере топливо-воздушной смеси. Химическая реакция с участием топлива и окислителя образует поток газа, перемещающийся по камере сгорания с дозвуковой скоростью. Такое горение ограничивает количество и скорость реактивных газов, истекающих из сопла. Соответственно, ограничивается и максимальная тяга.
Альтернативой является детонационное горение. В этом случае поток реакции перемещается со сверхзвуковой скоростью, образуя ударную волну.
По своей конструкции такие двигатели не сложнее традиционного прямоточного воздушно-реактивного или жидкостного ракетного двигателя. Они состоят из камеры сгорания и соплового аппарата, а также средства подачи топлива и окислителя. При этом накладываются особые ограничения на прочность и стойкость конструкции, связанные с особенностями работы двигателя.
Двигатель использует пульсирующий принцип работы. Это означает, что после детонации и выхода реактивных газов камера сгорания продувается, вновь наполняется смесью – и следует новый «взрыв». Для получения высокой и стабильной тяги этот цикл должен осуществляться с большой частотой, от десятков до тысяч раз в секунду.
Главным преимуществом такого двигателя является теоретическая возможность получения повышенных характеристик, обеспечивающих превосходство над существующими и перспективными турбореактивными двигателями. Так, при той же тяге импульсный двигатель получается компактнее и легче. Соответственно, в тех же габаритах можно создать более мощную установку. Кроме того, двигатель проще по своей конструкции, поскольку не нуждается в части приборного оснащения.
Двигатель работоспособен в широком диапазоне скоростей, от нулевых (при старте ракеты) до гиперзвуковых. Он может найти применение в ракетно-космических системах и в авиации – в гражданских и военных областях. Во всех случаях его характерные особенности позволяют получить те или иные преимущества перед традиционными системами. В зависимости от потребностей, возможно создание и ракетного двигателя, использующего окислитель из топливного бака, или воздушно-реактивного, принимающего кислород из атмосферы.
Сложной задачей является обеспечение высокой скорости подачи топлива и окислителя, соответствующей необходимой частоте детонаций, а также выполнение продувки перед подачей топлива. Кроме того, отдельной инженерной проблемой является запуск ударной волны при каждом цикле работы.
Следует отметить, что к настоящему времени, несмотря на все усилия ученых и конструкторов, двигатели не готовы к выходу за пределы лабораторий и полигонов. Конструкции и технологии нуждаются в дальнейшей отработке. Поэтому пока не приходится говорить о внедрении новых двигателей в практику.
Детонационные двигатели представляют большой интерес с точки зрения применения в разных областях и сферах. За счет ожидаемого прироста основных характеристик они могут, как минимум, потеснить системы существующих классов. Однако сложность теоретической и практической разработки пока не позволяет им дойти до использования на практике.
