מערכות ההנעה הקיימות לתעופה וטילים מציגות ביצועים גבוהים מאוד, אך התקרבו לגבול היכולות שלהן. כדי להגדיל עוד יותר את פרמטרי הדחיפה, היוצרים בסיס להתפתחות תעשיית הרקטות והתעופה החללית, יש צורך במנועים אחרים, כולל. עם עקרונות עבודה חדשים. תקוות גדולות נתונות על מה שנקרא. מנועי פיצוץ. מערכות מסוג דופק שכזה כבר נבדקות במעבדות ובמטוסים.
עקרונות פיזיים
מנועי דלק נוזלי קיימים והפעלים משתמשים בעירה תת -קולית או בהתלקחות. תגובה כימית הכוללת דלק ומחמצן יוצרת חזית הנעת דרך תא הבעירה במהירות תת -קולתית. בעירה זו מגבילה את כמות ומהירות הגזים הריאקטיביים היוצאים מתוך הזרבובית. בהתאם לכך, גם הדחיפה המרבית מוגבלת.
בעירת פיצוץ היא אלטרנטיבה. במקרה זה, חזית התגובה נעה במהירות קולית ויוצרת גל הלם. מצב בעירה זה מגביר את התשואה של מוצרים גזים ומספק אחיזה מוגברת.
מנוע הפיצוץ יכול להתבצע בשתי גרסאות. במקביל מפותחים מנועים דחפים או פועמים (IDD / PDD) ומנועים סיבוביים / מסתובבים. ההבדל ביניהם טמון בעקרונות הבעירה. המנוע הסיבובי שומר על תגובה קבועה, בעוד שמנוע הדחף פועל על ידי "פיצוצים" רצופים של תערובת של דלק וחמצון.
דחפים יוצרים דחף
בתיאוריה, עיצובו אינו מסובך יותר ממנוע רקטות מסורתי או מנוע טילים נוזלי. הוא כולל תא בעירה ומכלול זרבובית, כמו גם אמצעים לאספקת דלק וחמצון. במקרה זה, מוטלות מגבלות מיוחדות על חוזקו ועמידותו של המבנה הקשור למאפייני פעולת המנוע.
במהלך הפעולה, המזרקים מספקים דלק לתא הבעירה; החמצון מסופק מהאטמוספירה באמצעות מכשיר כניסת אוויר. לאחר היווצרות התערובת מתרחשת הצתה. בשל הבחירה הנכונה של רכיבי הדלק ופרופורציות התערובת, שיטת ההצתה האופטימלית ותצורת החדר, נוצר גל הלם הנע לכיוון זרבובית המנוע. רמת הטכנולוגיה הנוכחית מאפשרת להשיג מהירות גל של עד 2.5-3 קמ ש עם עלייה מקבילה בדחף.
IDD משתמשת בעקרון הפעולה הפועם. המשמעות היא שאחרי פיצוץ ושחרור גזים תגובתיים, תא הבעירה נפוצץ, מתמלא מחדש בתערובת - ובעקבותיו "פיצוץ" חדש. כדי להשיג דחף גבוה ויציב, יש לבצע מחזור זה בתדירות גבוהה, מעשרות לאלפי פעמים בשנייה.
קשיים ויתרונות
היתרון העיקרי של ה- IDD הוא האפשרות התיאורטית להשיג מאפיינים משופרים המספקים עליונות על פני מנועי ramjet קיימים ופוטנציאליים להנעה נוזלית. אז, עם אותו דחף, מנוע הדחף מתגלה כקומפקטי וקל יותר. בהתאם לכך, ניתן ליצור יחידה עוצמתית יותר באותן ממדים. בנוסף, מנוע כזה פשוט יותר בעיצובו, מכיוון שהוא אינו זקוק לחלק מהמכשור.
IDD פועל בטווח מהירויות רחב, מאפס (בתחילת הרקטה) ועד היפר -סוני. הוא יכול למצוא יישום במערכות רקטות וחלל ותעופה - בתחומים אזרחיים וצבאיים. בכל המקרים, המאפיינים האופייניים לה מאפשרים להשיג יתרונות מסוימים על פני מערכות מסורתיות. בהתאם לצרכים, אפשר ליצור זיהוי רקטות באמצעות חמצון ממכל, או כזה המגיב באוויר ולוקח חמצן מהאטמוספירה.
עם זאת, ישנם חסרונות וקשיים משמעותיים. לכן, על מנת להשתלט על כיוון חדש, יש צורך לבצע מחקרים וניסויים די מורכבים בצומת של מדעים ודיסציפלינות שונות. עקרון ההפעלה הספציפי מציב דרישות מיוחדות על עיצוב המנוע וחומריו. מחיר הדחף הגבוה הוא עומסים מוגברים העלולים לפגוע או להרוס את מבנה המנוע.
האתגר הוא להבטיח קצב גבוה של אספקת דלק וחמצון המתאים לתדר הפיצוץ הנדרש, כמו גם לבצע טיהור לפני אספקת דלק. בנוסף, בעיה הנדסית נפרדת היא השקת גל הלם בכל מחזור פעולה.
יש לציין כי עד כה, צה ל, למרות כל מאמציהם של מדענים ומעצבים, אינו מוכן לחרוג ממעבדות ואתרי בדיקה. עיצובים וטכנולוגיות דורשים פיתוח נוסף. לכן, עדיין אין צורך לדבר על החדרת מנועים חדשים הלכה למעשה.
היסטוריה של הטכנולוגיה
זה מוזר שהעקרון של מנוע פיצוץ דופק הוצע לראשונה לא על ידי מדענים, אלא על ידי כותבי מדע בדיוני. לדוגמה, הצוללת "חלוץ" מתוך הרומן מאת ג 'אדמוב "תעלומת שני האוקיינוסים" השתמשה ב- IDD על תערובת גז מימן-חמצן. רעיונות דומים הופיעו ביצירות אמנות אחרות.
מחקר מדעי בנושא מנועי פיצוץ החל מעט מאוחר יותר, בשנות הארבעים, וחלוצי הכיוון היו מדענים סובייטים. בעתיד, במדינות שונות, נעשו שוב ושוב ניסיונות ליצור IDD מנוסה, אך הצלחתם הוגבלה ברצינות מחוסר הטכנולוגיות והחומרים הדרושים.
ב- 31 בינואר 2008 החלה סוכנות DARPA ממשרד ההגנה האמריקאי ומעבדת חיל האוויר לבדוק את המעבדה המעופפת הראשונה עם תעודת זהות מסוג אוויר לנשימה. המנוע המקורי הותקן במטוס Long-EZ ששונה מ- Scale Composites. תחנת הכוח כללה ארבעה תאי בעירה צינורי עם אספקת דלק נוזלי וצריכת אוויר מהאטמוספירה. בתדר פיצוץ של 80 הרץ, דחף של כ. 90 ק ג, שהספיקו רק למטוס קל.
בדיקות אלו הראו את התאמתו הבסיסית של ה- IDD לשימוש בתעופה, וכן הוכיחו את הצורך לשפר את העיצובים ולהגדיל את מאפייניהם. באותו 2008, נשלח מטוס אב הטיפוס למוזיאון, ו- DARPA וארגונים קשורים המשיכו לעבוד. נמסר על האפשרות להשתמש ב- IDD במערכות טילים מבטיחות - אך עד כה הן לא פותחו.
בארצנו נחקר נושא ה- IDD ברמה של תיאוריה ופרקטיקה. לדוגמה, בשנת 2017, פורסם בכתב העת Combustion and Explosion מאמר אודות בדיקות של מנוע ramget מפוצץ הפועל על מימן גזי. כמו כן, העבודה נמשכת על מנועי פיצוץ סיבוביים. מנוע טילים מונע נוזלים, המתאים לשימוש על טילים, פותח ונבדק. סוגיית השימוש בטכנולוגיות כאלה במנועי מטוסים נחקרת. במקרה זה, תא הבעירה של פיצוץ משולב במנוע הטורבו.
נקודת מבט טכנולוגית
מנועי פיצוץ מעניינים מאוד מבחינת יישומם בתחומים ותחומים שונים. בשל הגידול הצפוי במאפיינים העיקריים, הם יכולים, לפחות, לסחוט את המערכות של מחלקות קיימות.עם זאת, מורכבות הפיתוח התיאורטי והמעשי עדיין לא מאפשרת להם להגיע לשימוש בפועל.
עם זאת, מגמות חיוביות נצפו בשנים האחרונות. מנועי פיצוץ באופן כללי, כולל דופק, מופיע יותר ויותר בחדשות ממעבדות. פיתוח כיוון זה ממשיך, ובעתיד הוא יוכל לתת את התוצאות הרצויות, אם כי עיתוי הופעתם של דגימות מבטיחות, מאפייניהם ותחומי היישום שלהם עדיין מוטלים בספק. עם זאת, המסרים של השנים האחרונות מאפשרים לנו להסתכל על העתיד באופטימיות.
