מנוע רקטות פיצוץ: בדיקות, עקרון הפעולה, יתרונות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

חקירת החלל קשורה באופן לא רצוני לחללית. הלב של כל רכב שיגור הוא המנוע שלו. עליו לפתח את מהירות החלל הראשונה - כ-7.9 ק מ לשנייה כדי להעביר את האסטרונאוטים למסלול, ואת מהירות החלל השנייה כדי להתגבר על שדה הכבידה של כוכב הלכת.

להשיג את זה לא קל, אבל מדענים מחפשים כל הזמן דרכים חדשות לפתור את הבעיה הזו. מעצבים מרוסיה הלכו אפילו רחוק יותר והצליחו לפתח מנוע רקטות פיצוץ, שבדיקותיו הסתיימו בהצלחה. אפשר לקרוא להישג הזה פריצת דרך אמיתית בתחום הנדסת החלל.

תכונות חדשות

למה יש תקוות גדולות למנועי פיצוץ? לדברי מדענים, הספק שלהם יהיה גדול פי 10,000 מהכוח של מנועי רקטות קיימים. יחד עם זאת, הם יצרכו הרבה פחות דלק, והייצור שלהם יבדל בעלות נמוכה וברווחיות. עם מה זהקשור?

הכל קשור לתגובת חמצון הדלק. אם רקטות מודרניות משתמשות בתהליך ההתפרקות - בעירה איטית (תת-קולית) של דלק בלחץ קבוע, אז מנוע רקטת הפיצוץ מתפקד עקב הפיצוץ, פיצוץ התערובת הדליקה. הוא נשרף במהירויות על-קוליות, משחרר כמויות אדירות של אנרגיה תרמית במקביל להתפשטות גל ההלם.

הפיתוח והבדיקה של הגרסה הרוסית של מנוע הפיצוץ בוצעו על ידי המעבדה המתמחה "Detonation LRE" כחלק ממתחם הייצור "Energomash".

העליונות של מנועים חדשים

המדענים המובילים בעולם חוקרים ומפתחים מנועי פיצוץ כבר 70 שנה. הסיבה העיקרית למניעת יצירת מנוע מסוג זה היא בעירה ספונטנית בלתי מבוקרת של דלק. בנוסף, ערבוב יעיל של דלק ומחמצן, כמו גם שילוב הזרבובית וכניסת האוויר, עמדו על הפרק.

בפתרון הבעיות הללו, ניתן יהיה ליצור מנוע רקטי פיצוץ, שמבחינת המאפיינים הטכניים שלו יעקוף את הזמן. במקביל, מדענים מכנים את היתרונות שלו:

1. היכולת לפתח מהירויות בטווחים התת-קוליים וההיפרסוניים.
2. עצב חלקים נעים רבים.
3. מסה נמוכה יותר ועלות תחנת הכוח.
4. יעילות תרמודינמית גבוהה.

מנוע מסוג זה לא יוצר בסדרה. הוא נוסה לראשונה על מטוסים בטיסות נמוכות ב-2008. מנוע הפיצוץ לרכבי שיגור נבדק לראשונה על ידי מדענים רוסים. לכן לאירוע הזה חשיבות כה גדולה.

עקרון עבודה: דופק ורציף

כיום, מדענים מפתחים התקנות עם זרימת עבודה פועמת ומתמשכת. עקרון הפעולה של מנוע רקטות פיצוץ עם סכמת פעולת פעימה מבוסס על מילוי מחזורי של תא הבעירה בתערובת בעירה, הצתתו ברצף ושחרור תוצרי בעירה לסביבה.

בהתאם לכך, בתהליך עבודה מתמשך, הדלק מוזרם לתא הבעירה באופן רציף, הדלק נשרף בגל פיצוץ אחד או יותר המסתובבים ברציפות על פני הזרימה. היתרונות של מנועים כאלה הם:

1. הצתה חד פעמית של דלק.
2. עיצוב פשוט יחסית.
3. גודל ומשקל קטן של יחידות.
4. שימוש יעיל יותר בתערובת הדליקה.
5. רעש נמוך, רטט ופליטות.

בעתיד, תוך שימוש ביתרונות אלו, מנוע רקטי מנועי-הנע נוזלי פיצוץ בפעילות רציפה יחליף את כל המתקנים הקיימים בשל מאפייני המשקל, הגודל והעלות שלו.

בדוק מנוע פיצוץ

הבדיקות הראשונות של מתקן הפיצוץ הביתי התקיימו במסגרת שלפרויקט שהוקם על ידי משרד החינוך והמדע. מנוע קטן עם תא בעירה בקוטר 100 מ"מ ורוחב תעלה טבעתית של 5 מ"מ הוצג כאב טיפוס. הבדיקות בוצעו על מעמד מיוחד, אינדיקטורים נרשמו בעת עבודה על סוגים שונים של תערובת בעירה - מימן-חמצן, גז טבעי-חמצן, פרופאן-בוטאן-חמצן.

בדיקות של מנוע רקטות פיצוץ המופעל על ידי דלק חמצן-מימן הוכיחו שהמחזור התרמודינמי של יחידות אלו יעיל ב-7% מיחידות אחרות. בנוסף, אושר בניסוי שעם עלייה בכמות הדלק המסופק, גם הדחף עולה, כמו גם מספר גלי הפיצוץ ומהירות הסיבוב.

אנלוגים במדינות אחרות

מנועי פיצוץ מפותחים על ידי מדענים ממדינות מובילות בעולם. מעצבים מארה"ב השיגו את ההצלחה הגדולה ביותר בכיוון זה. במודלים שלהם, הם יישמו אופן פעולה מתמשך, או סיבובי. צבא ארה"ב מתכנן להשתמש במתקנים אלה כדי לצייד ספינות שטח. בשל משקלם הקל יותר וגודלם הקטן עם כוח תפוקה גבוה, הם יסייעו להגביר את האפקטיביות של סירות קרב.

תערובת סטוכיומטרית של מימן וחמצן משמשת מנוע רקטות פיצוץ אמריקאי. היתרונות של מקור אנרגיה כזה הם בעיקר כלכליים - חמצן שורף בדיוק כפי שנדרש כדי לחמצן מימן. עכשיו לממשלת ארה ב מוציאה כמה מיליארדי דולרים כדי לספק לספינות מלחמה דלק פחמן. דלק סטוכיומטרי יקטין את העלויות פי כמה.

כיווני פיתוח נוספים ואפשרויות פוטנציאליות

נתונים חדשים שהתקבלו כתוצאה מבדיקות של מנועי פיצוץ קבעו את השימוש בשיטות חדשות ביסודו לבניית תכנית לפעולה על דלק נוזלי. אבל עבור פעולה, מנועים כאלה חייבים להיות בעלי עמידות בחום גבוהה בגלל הכמות הגדולה של אנרגיה תרמית המשתחררת. כרגע מפתחים ציפוי מיוחד שיבטיח את פעולת תא הבעירה בחשיפה לטמפרטורה גבוהה.

מקום מיוחד במחקר נוסף הוא יצירת ראשי ערבוב, שבעזרתם ניתן יהיה להשיג טיפות של חומר בעירה בגודל, ריכוז והרכב נתונים. כדי לטפל בבעיות אלה, ייווצר מנוע רקטי חדש עם דלק נוזלי, שיהפוך לבסיס של מחלקה חדשה של רכבי שיגור.