Sistem propulsi yang ada untuk penerbangan dan rudal menunjukkan kinerja yang sangat tinggi, tetapi telah mendekati batas kemampuannya. Untuk lebih meningkatkan parameter dorong, yang menciptakan dasar untuk pengembangan roket penerbangan dan industri luar angkasa, diperlukan mesin lain, termasuk. dengan prinsip kerja baru. Harapan besar disematkan pada apa yang disebut. mesin detonasi. Sistem kelas pulsa seperti itu sudah diuji di laboratorium dan di pesawat.
Prinsip fisik
Mesin bahan bakar cair yang ada dan beroperasi menggunakan pembakaran subsonik atau deflagrasi. Reaksi kimia yang melibatkan bahan bakar dan oksidator membentuk bagian depan yang bergerak melalui ruang bakar dengan kecepatan subsonik. Pembakaran ini membatasi jumlah dan kecepatan gas reaktif yang mengalir keluar dari nozzle. Dengan demikian, daya dorong maksimum juga terbatas.
Pembakaran detonasi merupakan alternatif. Dalam hal ini, bagian depan reaksi bergerak dengan kecepatan supersonik, membentuk gelombang kejut. Mode pembakaran ini meningkatkan hasil produk gas dan memberikan peningkatan traksi.
Mesin detonasi dapat dibuat dalam dua versi. Pada saat yang sama, motor impuls atau berdenyut (IDD / PDD) dan yang berputar / berputar sedang dikembangkan. Perbedaan mereka terletak pada prinsip pembakaran. Mesin putar mempertahankan reaksi konstan, sedangkan mesin impuls beroperasi dengan "ledakan" berturut-turut dari campuran bahan bakar dan oksidator.
Impuls membentuk gaya dorong
Secara teori, desainnya tidak lebih rumit dari ramjet tradisional atau mesin roket berbahan bakar cair. Ini termasuk ruang bakar dan rakitan nosel, serta sarana untuk memasok bahan bakar dan pengoksidasi. Dalam hal ini, pembatasan khusus dikenakan pada kekuatan dan daya tahan struktur yang terkait dengan kekhasan operasi mesin.
Selama operasi, injektor memasok bahan bakar ke ruang bakar; oksidator dipasok dari atmosfer menggunakan perangkat asupan udara. Setelah pembentukan campuran, pengapian terjadi. Karena pemilihan komponen bahan bakar dan proporsi campuran yang benar, metode pengapian yang optimal dan konfigurasi ruang, gelombang kejut terbentuk, bergerak ke arah nosel mesin. Tingkat teknologi saat ini memungkinkan untuk memperoleh kecepatan gelombang hingga 2,5-3 km / s dengan peningkatan daya dorong yang sesuai.
SLI menggunakan prinsip operasi berdenyut. Ini berarti bahwa setelah ledakan dan pelepasan gas reaktif, ruang bakar meledak, diisi kembali dengan campuran - dan "ledakan" baru mengikuti. Untuk mendapatkan gaya dorong yang tinggi dan stabil, siklus ini harus dilakukan pada frekuensi tinggi, dari puluhan hingga ribuan kali per detik.
Kesulitan dan keuntungan
Keuntungan utama dari IDD adalah kemungkinan teoretis untuk memperoleh karakteristik yang ditingkatkan yang memberikan keunggulan dibandingkan mesin ramjet dan propelan cair yang ada dan prospektif. Jadi, dengan gaya dorong yang sama, motor impuls menjadi lebih kompak dan ringan. Dengan demikian, unit yang lebih kuat dapat dibuat dalam dimensi yang sama. Selain itu, mesin seperti itu lebih sederhana dalam desain, karena tidak memerlukan bagian dari instrumentasi.
IDD beroperasi dalam berbagai kecepatan, dari nol (pada awal roket) hingga hipersonik. Ini dapat menemukan aplikasi dalam sistem roket dan ruang angkasa dan dalam penerbangan - di bidang sipil dan militer. Dalam semua kasus, fitur karakteristiknya memungkinkan untuk memperoleh keunggulan tertentu dibandingkan sistem tradisional. Tergantung pada kebutuhan, dimungkinkan untuk membuat roket IDD menggunakan oksidator dari tangki, atau yang reaktif udara yang mengambil oksigen dari atmosfer.
Namun, ada kekurangan dan kesulitan yang signifikan. Jadi, untuk menguasai arah baru, perlu untuk melakukan berbagai studi dan eksperimen yang agak rumit di persimpangan berbagai ilmu dan disiplin ilmu. Prinsip operasi spesifik membuat tuntutan khusus pada desain mesin dan materialnya. Harga dari gaya dorong yang tinggi adalah peningkatan beban yang dapat merusak atau menghancurkan struktur mesin.
Tantangannya adalah memastikan tingkat pengiriman bahan bakar dan oksidan yang tinggi, sesuai dengan frekuensi detonasi yang diperlukan, serta melakukan pembersihan sebelum pengiriman bahan bakar. Selain itu, masalah teknik yang terpisah adalah peluncuran gelombang kejut pada setiap siklus operasi.
Perlu dicatat bahwa hingga saat ini, IDD, terlepas dari semua upaya para ilmuwan dan perancang, belum siap untuk melampaui laboratorium dan lokasi pengujian. Desain dan teknologi membutuhkan pengembangan lebih lanjut. Oleh karena itu, belum perlu membicarakan pengenalan mesin baru ke dalam praktik.
Sejarah teknologi
Sangat mengherankan bahwa prinsip mesin detonasi berdenyut pertama kali diusulkan bukan oleh para ilmuwan, tetapi oleh penulis fiksi ilmiah. Misalnya, kapal selam "Pioneer" dari novel karya G. Adamov "The Mystery of Two Oceans" menggunakan IDD pada campuran gas hidrogen-oksigen. Ide serupa ditemukan dalam karya seni lainnya.
Penelitian ilmiah tentang topik mesin detonasi dimulai beberapa saat kemudian, pada tahun empat puluhan, dan perintis arahnya adalah ilmuwan Soviet. Di masa depan, di berbagai negara, upaya dilakukan berulang kali untuk membuat SLI yang berpengalaman, tetapi keberhasilan mereka sangat dibatasi oleh kurangnya teknologi dan bahan yang diperlukan.
Pada tanggal 31 Januari 2008, badan DARPA dari Departemen Pertahanan AS dan Laboratorium Angkatan Udara mulai menguji laboratorium terbang pertama dengan tipe IDD pernapasan udara. Mesin asli dipasang pada pesawat Long-EZ yang dimodifikasi dari Scale Composites. Pembangkit listrik termasuk empat ruang pembakaran tubular dengan pasokan bahan bakar cair dan asupan udara dari atmosfer. Pada frekuensi detonasi 80 Hz, gaya dorong kira-kira. 90 kgf, yang hanya cukup untuk pesawat ringan.
Tes ini menunjukkan kesesuaian mendasar dari IDD untuk digunakan dalam penerbangan, dan juga menunjukkan kebutuhan untuk meningkatkan desain dan meningkatkan karakteristiknya. Pada tahun 2008 yang sama, prototipe pesawat dikirim ke museum, dan DARPA dan organisasi terkait terus bekerja. Dilaporkan tentang kemungkinan menggunakan IDD dalam sistem rudal yang menjanjikan - tetapi sejauh ini belum dikembangkan.
Di negara kita, topik IDD dipelajari pada tataran teori dan praktik. Misalnya, pada tahun 2017, sebuah artikel tentang pengujian mesin ramjet detonasi yang menggunakan gas hidrogen muncul di jurnal Combustion and Explosion. Juga, pekerjaan berlanjut pada mesin detonasi putar. Motor roket berbahan bakar cair, cocok untuk digunakan pada rudal, telah dikembangkan dan diuji. Masalah penggunaan teknologi semacam itu dalam mesin pesawat sedang dipelajari. Dalam hal ini, ruang bakar detonasi diintegrasikan ke dalam mesin turbojet.
Perspektif Teknologi
Mesin detonasi sangat menarik dari sudut pandang aplikasinya di berbagai bidang dan bidang. Karena peningkatan yang diharapkan dalam karakteristik utama, mereka dapat, setidaknya, memeras sistem kelas yang ada. Namun, kompleksitas perkembangan teoretis dan praktis belum memungkinkan mereka untuk digunakan dalam praktik.
Namun, tren positif telah diamati dalam beberapa tahun terakhir. Mesin detonasi pada umumnya, termasuk. berdenyut, semakin muncul dalam berita dari laboratorium. Pengembangan arah ini terus berlanjut, dan di masa depan akan dapat memberikan hasil yang diinginkan, meskipun waktu kemunculan sampel yang menjanjikan, karakteristik dan area aplikasinya masih dipertanyakan. Namun, pesan beberapa tahun terakhir memungkinkan kita untuk melihat ke masa depan dengan optimisme.
