Koncom januára sa objavili správy o nových pokrokoch v ruskej vede a technike. Z oficiálnych zdrojov bolo známe, že jeden z domácich projektov sľubného prúdového motora detonačného typu už prešiel testovacou fázou. To približuje okamih úplného dokončenia všetkých požadovaných prác, podľa výsledkov ktorých vesmírne alebo vojenské rakety ruského dizajnu budú schopné získať nové elektrárne so zvýšenými charakteristikami. Nové princípy činnosti motora navyše môžu nájsť uplatnenie nielen v oblasti rakiet, ale aj v iných oblastiach.
Koncom januára podpredseda vlády Dmitrij Rogozin povedal domácej tlači o najnovších úspechoch výskumných organizácií. Okrem iných tém sa dotkol aj procesu výroby prúdových motorov pomocou nových princípov činnosti. Sľubný motor s detonačným spaľovaním už bol privedený na testovanie. Podľa vicepremiéra používanie nových princípov fungovania elektrárne umožňuje výrazné zvýšenie výkonu. V porovnaní so štruktúrami tradičnej architektúry je pozorovaný nárast ťahu o 30%.
Schéma detonačného raketového motora
Moderné raketové motory rôznych tried a typov, prevádzkované v rôznych oblastiach, používajú tzv. izobarický cyklus alebo deflagračné spaľovanie. Ich spaľovacie komory udržiavajú konštantný tlak, pri ktorom palivo pomaly horí. Motor založený na princípoch deflagrácie nepotrebuje obzvlášť odolné jednotky, má však obmedzený maximálny výkon. Zvyšovanie základných charakteristík, počnúc určitou úrovňou, sa ukazuje ako neprimerane náročné.
Alternatívou k motoru s izobarickým cyklom v kontexte zlepšovania výkonu je systém s tzv. detonačné spaľovanie. V tomto prípade dochádza k oxidačnej reakcii paliva za rázovou vlnou pohybujúcou sa vysokou rýchlosťou spaľovacou komorou. To kladie špeciálne nároky na konštrukciu motora, ale zároveň ponúka zrejmé výhody. Pokiaľ ide o účinnosť spaľovania paliva, detonačné spaľovanie je o 25% lepšie ako deflagračné spaľovanie. Líši sa tiež od spaľovania s konštantným tlakom zvýšeným výkonom uvoľňovania tepla na jednotku plochy povrchu čela reakcie. Teoreticky je možné tento parameter zvýšiť o tri až štyri rády. V dôsledku toho je možné rýchlosť reakčných plynov zvýšiť 20-25-krát.
Detonačný motor so zvýšenou účinnosťou je teda schopný vyvinúť väčší ťah s menšou spotrebou paliva. Jeho výhody oproti tradičným dizajnom sú zrejmé, ale pokrok v tejto oblasti bol donedávna veľmi požadovaný. Princípy detonačného prúdového motora sformuloval už v roku 1940 sovietsky fyzik Ya. B. Zeldovich, ale hotové výrobky tohto druhu ešte neboli vyťažené. Hlavnými dôvodmi nedostatku skutočného úspechu sú problémy s vytvorením dostatočne silnej štruktúry, ako aj náročnosť spustenia a následného udržania rázovej vlny pomocou existujúcich palív.
Jeden z najnovších domácich projektov v oblasti detonačných raketových motorov bol zahájený v roku 2014 a vyvíja sa v NPO Energomash pomenovanom po Akademik V. P. Glushko. Podľa dostupných údajov bolo cieľom projektu s kódom „Ifrit“študovať základné princípy novej technológie s následným vytvorením raketového motora na kvapalné palivo s použitím petroleja a plynného kyslíka. Nový motor pomenovaný po požiarnych démonoch z arabského folklóru bol založený na princípe spinového detonačného spaľovania. V súlade s hlavnou myšlienkou projektu sa teda rázová vlna musí nepretržite pohybovať v kruhu vo vnútri spaľovacej komory.
Hlavným vývojárom nového projektu bol NPO Energomash, respektíve špeciálne laboratórium vytvorené na jeho základe. Do práce bolo okrem toho zapojených niekoľko ďalších výskumných a vývojových organizácií. Program získal podporu od Advanced Research Foundation. Spoločným úsilím boli všetci účastníci projektu Ifrit schopní vytvoriť optimálny vzhľad sľubného motora a tiež vytvoriť vzorovú spaľovaciu komoru s novými princípmi činnosti.
Na štúdium perspektív celého smeru a nových myšlienok, tzv. model detonačnej spaľovacej komory, ktorá spĺňa požiadavky projektu. Taký skúsený motor so zníženou konfiguráciou mal údajne používať ako palivo tekutý petrolej. Ako oxidačné činidlo bol navrhnutý plynný kyslík. V auguste 2016 sa začalo testovanie prototypu kamery. Je dôležité, aby sa projekt tohto druhu prvýkrát v histórii dostal do štádia testovania na lavičke. Predtým boli vyvinuté domáce a zahraničné detonačné raketové motory, ale neboli testované.
Počas testov modelovej vzorky boli získané veľmi zaujímavé výsledky, ktoré ukazujú správnosť použitých prístupov. Vďaka použitiu správnych materiálov a technológií sa ukázalo, že tlak v spaľovacej komore sa zvýšil na 40 atmosfér. Ťah experimentálneho produktu dosiahol 2 tony.
Modelová komora na skúšobnej stolici
V rámci projektu Ifrit boli dosiahnuté určité výsledky, ale domáci detonačný motor na kvapalné palivo má stále ďaleko od plnohodnotnej praktickej aplikácie. Pred zavedením takéhoto zariadenia do nových technologických projektov musia projektanti a vedci vyriešiť niekoľko najzávažnejších problémov. Až potom bude raketový a vesmírny priemysel alebo obranný priemysel schopný začať naplno využívať potenciál novej technológie v praxi.
V polovici januára Rossiyskaya Gazeta zverejnila rozhovor s hlavným konštruktérom NPO Energomash Petrom Levočkinom o súčasnom stave vecí a perspektívach detonačných motorov. Zástupca developerskej spoločnosti pripomenul hlavné ustanovenia projektu a dotkol sa aj témy dosiahnutých úspechov. Okrem toho hovoril o možných oblastiach použitia „ifritu“a podobných štruktúr.
Detonačné motory môžu byť napríklad použité v hypersonických lietadlách. P. Lyovochkin pripomenul, že motory, ktoré sa teraz navrhujú používať na takom zariadení, používajú podzvukové spaľovanie. Pri hypersonickej rýchlosti letového zariadenia musí byť vzduch vstupujúci do motora spomalený na zvukový režim. Brzdná energia však musí viesť k dodatočnému tepelnému zaťaženiu draku. V detonačných motoroch dosahuje rýchlosť spaľovania paliva najmenej M = 2, 5. To umožňuje zvýšiť letovú rýchlosť lietadla. Takýto stroj s detonačným motorom bude schopný zrýchliť na osemnásobok rýchlosti zvuku.
Skutočné vyhliadky na raketové motory detonačného typu však zatiaľ nie sú veľmi veľké. Podľa P. Lyovochkin, „sme práve otvorili dvere do oblasti detonačného spaľovania“. Vedci a dizajnéri budú musieť študovať mnoho problémov a až potom bude možné vytvárať štruktúry s praktickým potenciálom. Z tohto dôvodu bude musieť vesmírny priemysel na dlhú dobu používať tradičné motory na kvapalné palivo, čo však nepopiera možnosť ich ďalšieho zlepšovania.
Zaujímavosťou je, že detonačný princíp spaľovania sa používa nielen v oblasti raketových motorov. Už existuje domáci projekt leteckého systému so spaľovacou komorou detonačného typu pracujúceho na pulznom princípe. Prototyp tohto druhu bol preverený a v budúcnosti môže začať nový smer. Nové motory s klepacím spaľovaním môžu nájsť uplatnenie v širokej škále oblastí a čiastočne nahradiť tradičné plynové turbíny alebo prúdové motory.
Na OKB im. A. M. Kolíska. Informácie o tomto projekte boli prvýkrát predstavené na minuloročnom medzinárodnom vojensko-technickom fóre „Army-2017“. V stánku vývojára spoločnosti boli materiály o rôznych motoroch, sériových aj vyvíjaných. Medzi poslednými bola sľubná detonačná vzorka.
Podstatou nového návrhu je použitie neštandardnej spaľovacej komory schopnej pulzného detonačného spaľovania paliva vo vzdušnej atmosfére. V tomto prípade musí frekvencia „výbuchov“vo vnútri motora dosiahnuť 15-20 kHz. V budúcnosti je možné tento parameter ešte zvýšiť, v dôsledku čoho hluk motora prekročí rozsah vnímaný ľudským uchom. Také vlastnosti motora môžu byť zaujímavé.
Prvé uvedenie experimentálneho produktu „Ifrit“na trh
Hlavné výhody novej elektrárne sú však spojené so zlepšeným výkonom. Skúšobné skúšky prototypov ukázali, že v konkrétnych ukazovateľoch prevyšujú tradičné motory s plynovými turbínami asi o 30%. V čase prvej verejnej ukážky materiálov na motore OKB im. A. M. Kolísky dokázali získať pomerne vysoké výkonové charakteristiky. Skúsený motor nového typu dokázal pracovať 10 minút bez prerušenia. Celková doba prevádzky tohto produktu v stánku v tom čase presiahla 100 hodín.
Zástupcovia vývojovej spoločnosti naznačili, že už je možné vytvoriť nový detonačný motor s ťahom 2-2,5 tony, vhodný na inštaláciu do ľahkých lietadiel alebo bezpilotných lietadiel. Pri konštrukcii takého motora sa navrhuje použiť tzv. rezonátorové zariadenia zodpovedné za správny priebeh spaľovania paliva. Dôležitou výhodou nového projektu je zásadná možnosť inštalácie takýchto zariadení kdekoľvek v draku lietadla.
Odborníci z OKB ich. A. M. Kolísky pracujú na leteckých motoroch s impulzným detonačným spaľovaním viac ako tri desaťročia, projekt však zatiaľ neopustil fázu výskumu a nemá žiadne reálne perspektívy. Hlavným dôvodom je chýbajúca objednávka a potrebné finančné prostriedky. Ak projekt získa potrebnú podporu, potom v dohľadnej budúcnosti môže byť vytvorený vzorový motor vhodný na použitie na rôznych zariadeniach.
Ruským vedcom a konštruktérom sa dodnes pomocou nových prevádzkových princípov podarilo predviesť veľmi pozoruhodné výsledky v oblasti prúdových motorov. Existuje niekoľko projektov naraz vhodných na použitie v raketovom vesmíre a hypersonických oblastiach. Nové motory môžu byť navyše použité aj v „tradičnom“letectve. Niektoré projekty sú stále v ranom štádiu a ešte nie sú pripravené na inšpekcie a iné práce, zatiaľ čo v iných oblastiach sa už dosiahli najpozoruhodnejšie výsledky.
Ruskí špecialisti pri skúmaní témy detonačných spaľovacích prúdových motorov dokázali vytvoriť model lavicového modelu spaľovacej komory s požadovanými vlastnosťami. Experimentálny produkt „Ifrit“už prešiel testami, počas ktorých bolo zhromaždených veľké množstvo rôznych informácií. S pomocou získaných údajov bude vývoj smeru pokračovať.
Osvojenie si nového smeru a pretavenie myšlienok do prakticky použiteľnej podoby zaberie veľa času, a z tohto dôvodu budú v dohľadnom čase vesmírne a armádne rakety v dohľadnej dobe vybavené iba tradičnými motormi na kvapalný pohon. Napriek tomu práca už opustila čisto teoretickú fázu a teraz každé testovacie spustenie experimentálneho motora približuje okamih stavby plnohodnotných rakiet s novými elektrárňami.
