2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38
A exploração espacial é involuntariamente associada a naves espaciais. O coração de qualquer veículo lançador é o seu motor. Ele deve desenvolver a primeira velocidade espacial - cerca de 7,9 km/s para colocar os astronautas em órbita, e a segunda velocidade espacial para superar o campo gravitacional do planeta.
Conseguir isso não é fácil, mas os cientistas estão constantemente procurando novas maneiras de resolver esse problema. Designers da Rússia foram ainda mais longe e conseguiram desenvolver um motor de foguete de detonação, cujos testes terminaram com sucesso. Essa conquista pode ser considerada um verdadeiro avanço no campo da engenharia espacial.
Novos recursos
Por que há grandes esperanças para os motores de detonação? Segundo os cientistas, sua potência será 10 mil vezes maior que a potência dos motores de foguete existentes. Ao mesmo tempo, consumirão muito menos combustível e sua produção será diferenciada pelo baixo custo e lucratividade. O que é comrelacionado?
É tudo sobre a reação de oxidação do combustível. Se os foguetes modernos usam o processo de deflagração - combustão lenta (subsônica) de combustível a pressão constante, o motor do foguete de detonação funciona devido à explosão, detonação da mistura combustível. Ele queima em velocidades supersônicas, liberando enormes quantidades de energia térmica ao mesmo tempo que a onda de choque se propaga.
O desenvolvimento e teste da versão russa do motor de detonação foi realizado pelo laboratório especializado "Detonation LRE" como parte do complexo de produção "Energomash".
A superioridade dos novos motores
Os principais cientistas do mundo estudam e desenvolvem motores de detonação há 70 anos. A principal razão que impede a criação deste tipo de motor é a combustão espontânea descontrolada do combustível. Além disso, a mistura eficiente de combustível e oxidante, bem como a integração do bico e entrada de ar, estavam em pauta.
Resolvendo esses problemas, será possível criar um motor de foguete de detonação que, em termos de suas características técnicas, ultrapassará o tempo. Ao mesmo tempo, os cientistas chamam suas vantagens:
- A capacidade de desenvolver velocidades nas faixas subsônicas e hipersônicas.
- Projete muitas partes móveis.
- Menor massa e custo da usina.
- Alta eficiência termodinâmica.
Este tipo de motor não foi produzido em série. Foi testado pela primeira vez em aeronaves de baixa altitude em 2008. O motor de detonação para veículos lançadores foi testado pela primeira vez por cientistas russos. É por isso que este evento tem tanta importância.
Princípio de funcionamento: pulso e contínuo
Atualmente, os cientistas estão desenvolvendo instalações com um fluxo de trabalho pulsado e contínuo. O princípio de funcionamento de um motor de foguete de detonação com esquema de operação pulsado baseia-se no enchimento cíclico da câmara de combustão com uma mistura combustível, sua ignição sequencial e a liberação de produtos de combustão no meio ambiente.
Assim, em um processo de trabalho contínuo, o combustível é alimentado na câmara de combustão continuamente, o combustível queima em uma ou mais ondas de detonação que circulam continuamente pelo fluxo. As vantagens de tais motores são:
- Ignição única do combustível.
- Design relativamente simples.
- Pequeno tamanho e peso das unidades.
- Uso mais eficiente da mistura combustível.
- Baixo ruído, vibração e emissões.
No futuro, utilizando essas vantagens, um motor foguete detonante a propelente líquido de operação contínua substituirá todas as instalações existentes devido às suas características de peso, tamanho e custo.
Teste do motor de detonação
Os primeiros testes da instalação de detonação doméstica ocorreram no âmbito daprojeto estabelecido pelo Ministério da Educação e Ciência. Um pequeno motor com uma câmara de combustão de 100 mm de diâmetro e uma largura de canal anular de 5 mm foi apresentado como protótipo. Os testes foram realizados em um estande especial, os indicadores foram registrados ao trabalhar em vários tipos de mistura combustível - hidrogênio-oxigênio, gás natural-oxigênio, propano-butano-oxigênio.
Testes de motor de foguete de detonação movidos a combustível oxigênio-hidrogênio provaram que o ciclo termodinâmico dessas unidades é 7% mais eficiente do que outras unidades. Além disso, foi confirmado experimentalmente que com o aumento da quantidade de combustível fornecida, o empuxo também aumenta, assim como o número de ondas de detonação e a velocidade de rotação.
Análogos em outros países
Os motores de detonação estão sendo desenvolvidos por cientistas dos principais países do mundo. Designers dos EUA alcançaram o maior sucesso nessa direção. Em seus modelos, eles implementaram um modo de operação contínuo, ou rotacional. Os militares dos EUA planejam usar essas instalações para equipar navios de superfície. Devido ao seu peso mais leve e tamanho pequeno com alta potência de saída, eles ajudarão a aumentar a eficácia dos barcos de combate.
Uma mistura estequiométrica de hidrogênio e oxigênio é usada por um motor de foguete de detonação americano. As vantagens de tal fonte de energia são principalmente econômicas - o oxigênio queima exatamente tanto quanto é necessário para oxidar o hidrogênio. Para agoraO governo dos EUA gasta vários bilhões de dólares para fornecer combustível de carbono aos navios de guerra. O combustível estequiométrico reduzirá os custos em várias vezes.
Direções e perspectivas de desenvolvimento adicionais
Novos dados obtidos como resultado de testes de motores de detonação determinaram o uso de métodos fundamentalmente novos para construir um esquema para operar com combustível líquido. Mas para operação, tais motores devem ter alta resistência ao calor devido à grande quantidade de energia térmica liberada. No momento, está sendo desenvolvido um revestimento especial que garantirá o funcionamento da câmara de combustão sob exposição a altas temperaturas.
Um lugar especial em pesquisas futuras é a criação de cabeças de mistura, com as quais será possível obter gotas de material combustível de determinado tamanho, concentração e composição. Para resolver esses problemas, será criado um novo motor de foguete de propelente líquido de detonação, que se tornará a base de uma nova classe de veículos lançadores.
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