A finales de enero, hubo informes de nuevos avances en la ciencia y la tecnología rusas. De fuentes oficiales se supo que uno de los proyectos domésticos de un prometedor motor a reacción de detonación ya pasó la etapa de prueba. Esto acerca el momento de la finalización completa de todo el trabajo requerido, según los resultados de los cuales los misiles espaciales o militares de diseño ruso podrán obtener nuevas plantas de energía con características mejoradas. Además, los nuevos principios de funcionamiento de los motores pueden encontrar aplicación no solo en el campo de los misiles, sino también en otras áreas.
A finales de enero, el viceprimer ministro Dmitry Rogozin informó a la prensa nacional sobre los últimos éxitos de las organizaciones de investigación. Entre otros temas, se refirió al proceso de creación de motores a reacción utilizando nuevos principios de funcionamiento. Ya se ha probado un motor prometedor con combustión por detonación. Según el viceprimer ministro, el uso de nuevos principios de funcionamiento de la central eléctrica permite un aumento significativo del rendimiento. En comparación con las estructuras de la arquitectura tradicional, se observa un aumento del empuje de alrededor del 30%.
Diagrama del motor del cohete de detonación
Los motores de cohetes modernos de diferentes clases y tipos, operados en varios campos, usan los llamados. Ciclo isobárico o combustión deflagración. Sus cámaras de combustión mantienen una presión constante a la que el combustible se quema lentamente. Un motor basado en principios de deflagración no necesita unidades particularmente duraderas, sin embargo, tiene un rendimiento máximo limitado. Aumentar las características básicas, a partir de un cierto nivel, resulta irrazonablemente difícil.
Una alternativa a un motor con ciclo isobárico en el contexto de la mejora del rendimiento es un sistema con el llamado. combustión de detonación. En este caso, la reacción de oxidación del combustible ocurre detrás de la onda de choque que se mueve a alta velocidad a través de la cámara de combustión. Esto impone exigencias especiales al diseño del motor, pero al mismo tiempo ofrece ventajas obvias. En términos de eficiencia de combustión de combustible, la combustión por detonación es un 25% mejor que la combustión por deflagración. También se diferencia de la combustión con presión constante por el mayor poder de liberación de calor por unidad de superficie del frente de reacción. En teoría, es posible aumentar este parámetro de tres a cuatro órdenes de magnitud. Como consecuencia, la velocidad de los gases reactivos se puede incrementar de 20 a 25 veces.
Por lo tanto, el motor de detonación, con su mayor eficiencia, es capaz de desarrollar más empuje con menos consumo de combustible. Sus ventajas sobre los diseños tradicionales son obvias, pero hasta hace poco los avances en este ámbito dejaban mucho que desear. Los principios de un motor a reacción de detonación fueron formulados en 1940 por el físico soviético Ya. B. Zeldovich, pero los productos terminados de este tipo aún no han alcanzado la explotación. Las principales razones de la falta de éxito real son los problemas con la creación de una estructura suficientemente fuerte, así como la dificultad de lanzar y luego mantener una onda de choque con los combustibles existentes.
Uno de los últimos proyectos nacionales en el campo de los motores de cohetes de detonación se lanzó en 2014 y se está desarrollando en NPO Energomash que lleva el nombre Académico V. P. Glushko. Según los datos disponibles, el objetivo del proyecto con el código "Ifrit" era estudiar los principios básicos de las nuevas tecnologías con la posterior creación de un motor cohete propulsor líquido utilizando queroseno y oxígeno gaseoso. El nuevo motor, que lleva el nombre de los demonios del fuego del folclore árabe, se basó en el principio de combustión por detonación por giro. Por lo tanto, de acuerdo con la idea principal del proyecto, la onda de choque debe moverse continuamente en un círculo dentro de la cámara de combustión.
El desarrollador principal del nuevo proyecto fue NPO Energomash, o más bien un laboratorio especial creado sobre su base. Además, varias otras organizaciones de investigación y desarrollo participaron en el trabajo. El programa recibió el apoyo de la Advanced Research Foundation. Mediante esfuerzos conjuntos, todos los participantes del proyecto Ifrit pudieron formar una apariencia óptima para un motor prometedor, así como crear un modelo de cámara de combustión con nuevos principios operativos.
Para estudiar las perspectivas de toda la dirección y nuevas ideas, un llamado. Modelo de cámara de combustión de detonación que cumple con los requerimientos del proyecto. Se suponía que un motor tan experimentado con una configuración reducida usaba queroseno líquido como combustible. Se sugirió gas oxígeno como agente oxidante. En agosto de 2016, comenzaron las pruebas de un prototipo de cámara. Es importante que por primera vez en la historia, un proyecto de este tipo se haya llevado a la etapa de pruebas de banco. Anteriormente, se desarrollaron motores de cohetes de detonación nacionales y extranjeros, pero no se probaron.
Durante las pruebas de la muestra del modelo se obtuvieron resultados muy interesantes, mostrando la corrección de los enfoques utilizados. Entonces, debido al uso de los materiales y tecnologías adecuados, resultó que la presión dentro de la cámara de combustión llegó a 40 atmósferas. El empuje del producto experimental alcanzó las 2 toneladas.
Cámara de modelos en un banco de pruebas
Se obtuvieron ciertos resultados en el marco del proyecto Ifrit, pero el motor de detonación de combustible líquido doméstico aún está lejos de una aplicación práctica completa. Antes de la introducción de dicho equipo en nuevos proyectos de tecnología, los diseñadores y científicos tienen que resolver varios de los problemas más graves. Solo entonces la industria espacial y de cohetes o la industria de defensa podrán comenzar a darse cuenta del potencial de la nueva tecnología en la práctica.
A mediados de enero, Rossiyskaya Gazeta publicó una entrevista con el diseñador jefe de NPO Energomash, Petr Levochkin, sobre la situación actual y las perspectivas de los motores de detonación. El representante de la empresa promotora recordó las principales disposiciones del proyecto, y también se refirió al tema de los éxitos logrados. Además, habló sobre las posibles áreas de aplicación de "Ifrit" y estructuras similares.
Por ejemplo, los motores de detonación se pueden utilizar en aviones hipersónicos. P. Lyovochkin recordó que los motores que ahora se proponen para su uso en tales equipos utilizan combustión subsónica. A la velocidad hipersónica del aparato de vuelo, el aire que ingresa al motor debe desacelerarse al modo de sonido. Sin embargo, la energía de frenado debe generar cargas térmicas adicionales en la estructura del avión. En los motores de detonación, la velocidad de combustión del combustible alcanza al menos M = 2, 5. Esto permite aumentar la velocidad de vuelo de la aeronave. Una máquina de este tipo con un motor del tipo de detonación podrá acelerar hasta ocho veces la velocidad del sonido.
Sin embargo, las perspectivas reales de los motores de cohetes de detonación aún no son muy buenas. Según P. Lyovochkin, "acabamos de abrir la puerta al área de combustión de detonación". Los científicos y diseñadores tendrán que estudiar muchos problemas, y solo después de eso será posible crear estructuras con potencial práctico. Debido a esto, la industria espacial tendrá que usar motores tradicionales de propulsión líquida durante mucho tiempo, lo que, sin embargo, no niega la posibilidad de su mejora adicional.
Un hecho interesante es que el principio de detonación de la combustión se utiliza no solo en el campo de los motores de cohetes. Ya existe un proyecto doméstico para un sistema de aviación con una cámara de combustión del tipo de detonación que funciona con un principio de pulso. Se puso a prueba un prototipo de este tipo y, en el futuro, puede dar comienzo a una nueva dirección. Los nuevos motores con combustión por detonación pueden encontrar aplicación en una amplia variedad de áreas y reemplazar parcialmente a los motores tradicionales de turbinas de gas o turborreactores.
El proyecto doméstico de un motor de avión de detonación se está desarrollando en el OKB im. SOY. Cuna. La información sobre este proyecto se presentó por primera vez en el foro técnico-militar internacional del año pasado "Army-2017". En el stand de la empresa desarrolladora había materiales sobre varios motores, tanto en serie como en desarrollo. Entre estos últimos se encontraba una muestra de detonación prometedora.
La esencia de la nueva propuesta es utilizar una cámara de combustión no estándar capaz de combustión por detonación pulsada de combustible en una atmósfera de aire. En este caso, la frecuencia de "explosiones" dentro del motor debe alcanzar los 15-20 kHz. En el futuro, es posible aumentar aún más este parámetro, como resultado de lo cual el ruido del motor irá más allá del rango percibido por el oído humano. Estas características del motor pueden resultar de interés.
Primer lanzamiento del producto experimental "Ifrit"
Sin embargo, las principales ventajas de la nueva planta de energía están asociadas con un mejor rendimiento. Las pruebas de banco de prototipos han demostrado que superan a los motores de turbina de gas tradicionales en aproximadamente un 30% en indicadores específicos. En el momento de la primera demostración pública de materiales en el motor OKB im. SOY. Las cunas pudieron obtener características de rendimiento bastante altas. Un motor experimentado de un nuevo tipo pudo funcionar durante 10 minutos sin interrupción. El tiempo total de funcionamiento de este producto en el stand en ese momento superó las 100 horas.
Representantes de la empresa desarrolladora indicaron que ya es posible crear un nuevo motor de detonación con un empuje de 2-2,5 toneladas, apto para su instalación en avionetas o vehículos aéreos no tripulados. En el diseño de dicho motor, se propone utilizar el llamado. Dispositivos resonadores responsables del correcto curso de la combustión del combustible. Una ventaja importante del nuevo proyecto es la posibilidad fundamental de instalar dichos dispositivos en cualquier parte del fuselaje.
Expertos de la OKB ellos. SOY. Las cunas llevan más de tres décadas trabajando en motores de aviones con combustión por detonación impulsiva, pero hasta el momento el proyecto no ha salido de la etapa de investigación y no tiene perspectivas reales. La razón principal es la falta de un pedido y la financiación necesaria. Si el proyecto recibe el apoyo necesario, en un futuro previsible se puede crear un motor de muestra, adecuado para su uso en varios equipos.
Hasta la fecha, los científicos y diseñadores rusos han logrado mostrar resultados muy notables en el campo de los motores a reacción utilizando nuevos principios operativos. Hay varios proyectos a la vez adecuados para su uso en el espacio de los cohetes y las áreas hipersónicas. Además, los nuevos motores también se pueden utilizar en la aviación "tradicional". Algunos proyectos aún se encuentran en etapas tempranas y aún no están listos para inspecciones y otros trabajos, mientras que en otras áreas ya se han obtenido los resultados más notables.
Al investigar el tema de los motores a reacción de combustión de detonación, los especialistas rusos pudieron crear un modelo de banco de una cámara de combustión con las características deseadas. El producto experimental "Ifrit" ya pasó las pruebas, durante las cuales se recopiló una gran cantidad de información diversa. Con la ayuda de los datos obtenidos, continuará el desarrollo de la dirección.
Dominar una nueva dirección y traducir las ideas en una forma prácticamente aplicable llevará mucho tiempo, y por esta razón, en el futuro previsible, los cohetes espaciales y militares en el futuro previsible estarán equipados solo con motores tradicionales de propulsión líquida. Sin embargo, el trabajo ya ha dejado la etapa puramente teórica, y ahora cada lanzamiento de prueba de un motor experimental acerca el momento de construir misiles en toda regla con nuevas centrales eléctricas.
