Um eine technologische Reserve für die Weiterentwicklung der Luftfahrt, Raketentechnik und Raumfahrt zu schaffen, werden in unserem Land mehrere vielversprechende Projekte entwickelt, u.a. ein grundlegend neuer Motor. Kürzlich wurde der Abschluss der Tests eines Staustrahltriebwerks mit pulsierender Detonation bekannt gegeben. Bisher wurde nur der Technologiedemonstrator am Stand getestet, aber auch er zeigt eine deutliche Steigerung der Hauptmerkmale.
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Am 9. April berichtete der Pressedienst des Unternehmens UEC-UMPO (Teil der United Engine Corporation und Rostec) über die jüngsten Erfolge im Motorenbau. OKB im. BIN. Die Cradles der UEC-UMPO haben die erste Testphase des Demonstrators des neuen Triebwerks erfolgreich absolviert.
Der Direktstrom-Pulsationsdetonationsmotor (PPDD) mit einem Block gasdynamischer Resonatoren in der Demonstratorversion bestätigte die Möglichkeit, hohe technische Eigenschaften zu erzielen. Der Schub des Produkts erreichte 1600 kg. In einigen Modi zeigte das Triebwerk eine Steigerung des spezifischen Schubs um bis zu 50 % im Vergleich zu Produkten anderer bestehender Systeme. Der spezifische Kraftstoffverbrauch wurde entsprechend reduziert.
Der Einsatz von Triebwerken mit solchen Eigenschaften wird die grundlegenden Parameter und Fähigkeiten von Flugzeugen erheblich erhöhen. Die maximale Reichweite und Nutzlast kann um das 1, 3-1, 5-fache erhöht werden. Eine Erhöhung des Schub-Gewichts-Verhältnisses verbessert auch die Manövrierfähigkeit und Flugdynamik.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Entwicklung eines inländischen Staustrahl-Detonationstriebwerks vor langer Zeit begann. Die ersten Berichte über dieses Projekt, entwickelt am OKB im. Bereits 2011 erschienen die Cradles. Bereits 2013 wurde einer der ersten Versuchsmotoren getestet. Er erzeugte einen Schub von nur 100 kg, zeigte aber eine starke Steigerung der Effizienz und anderer Parameter.
In Zukunft wurde das Design verbessert und vergrößert, bei gleichzeitiger Erhöhung der Hauptmerkmale. Bis heute hat das Demonstrator-Triebwerk eine Schubkraft von 1600 kg – 16-mal mehr als der allererste Prototyp. Es wird erwartet, dass das aktuelle Projekt entwickelt wird, und dadurch wird ein noch stärkerer Motor erscheinen.
Technologische Grundlagen
Das Konzept des RPA oder Pulse Detonation Engine (PDE) wurde in den letzten Jahrzehnten in verschiedenen Ländern aktiv entwickelt. Unter den Bedingungen von Laboren und Prüfständen wurden bereits recht interessante Ergebnisse erzielt, jedoch hat noch kein einziger Motor einer neuen Klasse die Umsetzung in die Praxis erreicht.
Bis heute wurden mehrere grundlegende IDD-Designs entwickelt und getestet. Die einfachste besteht darin, ein Produkt zu erstellen, das eine Luftansaugvorrichtung, die sogenannte. Zugwand und Detonationsrohrkammer. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, entsteht eine Detonationswelle, die auf die Traktionswand trifft und Schub erzeugt. Auf Basis solcher Geräte können Mehrrohrmotoren erstellt werden.
Komplexer, aber effektiver ist die PDD mit einem Hochfrequenz-Resonator. Sein Design zeichnet sich durch das Vorhandensein eines Reaktors und eines Resonators aus. Der Reaktor ist ein spezielles Gerät, das eine vollständigere Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemischs ermöglicht. Der Resonator ermöglicht eine effizientere Nutzung der Energie von Detonationswellen. Ein solches Triebwerk kann als eigenständiges Produkt oder als effizienterer Ersatz für den "traditionellen" Nachbrenner eines Turbostrahltriebwerks verwendet werden.
OKB im. Cradle entwickelt und testet präzise die Schaltung mit einem Block gasdynamischer Resonatoren. Sein hohes Potenzial wurde durch Tests verschiedener Prototypen immer wieder bestätigt, nun wird ein weiteres ähnliches Produkt getestet.
RPM und IDD aller Schemata haben bestimmte Vorteile gegenüber Gasturbinen-Schemata. Zunächst einmal ist es weniger komplexes Design. Bei IDD gibt es keine schwer herzustellenden beweglichen Teile, die hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Außerdem stellt ein solcher Motor geringere Anforderungen an die Parameter des Strömungsweges. Dadurch kann der Detonationsmotor unter Verwendung vorhandener Technologien und Materialien hergestellt werden.
Durch einen anderen thermodynamischen Zyklus wird der spezifische Treibstoffverbrauch reduziert, wodurch bestimmte Eigenschaften des Flugzeugs verbessert werden können. Je nach Aufgabenstellung kann man die Sparsamkeit zugunsten einer Schuberhöhung aufgeben oder durch Erhöhung der Flugreichweite beibehalten.
Anwendungen
Der Organisationsentwickler des neuen Technologiedemonstrators ist der Ansicht, dass die Motoren der neuen Klasse in verschiedenen Bereichen weit verbreitet sind. Verkehrsregeln werden bei der Weiterentwicklung der Luftfahrt nützlich sein, inkl. Über- und Hyperschall; sie können in neuen Luft- und Raumfahrtsystemen verwendet werden. Das neue Triebwerk gilt als sinnvolle Ergänzung zu Raketen- und Strahlantriebssystemen.
RPMEs haben gegenüber Gasturbinenprodukten mit den gleichen Parametern konstruktive und technologische Vorteile. Laut OKB sie. BIN. Babytragetaschen, dies ist auch ein kommerzieller und wirtschaftlicher Vorteil. Ein Flugzeug mit einem solchen Triebwerk wird hohe technische Eigenschaften aufweisen, aber die Kosten für Entwicklung, Produktion und Betrieb bleiben auf einem akzeptablen Niveau.
Gleichzeitig sind die vorgeschlagenen Designs von IDD nicht ohne Nachteile. Wie bei anderen Staustrahltriebwerken hat die Detonation also einen begrenzten Bereich von Betriebsgeschwindigkeiten. Zum Anfahren braucht er eine erste Beschleunigung – mit Hilfe eines anderen Motors. Im Fall von Flugkörpern kann dies ein Flüssig- oder Festtreibstoffantrieb sein, und das Flugzeug kann ein separates Turbojet-Triebwerk für Start- und Lande- und Beschleunigungsmodus haben.
Aufgrund technischer und betrieblicher Einschränkungen war die Richtung von pulsierenden Staustrahlmotoren in der Vergangenheit unterentwickelt. Daher befinden sich neue IDD-Projekte noch in der Entwicklungs- und Testphase. Es gibt noch keine vollwertigen Hochleistungsmuster, die sich für den Einsatz in realen Projekten der Luft- oder Raumfahrttechnik eignen.
Für ihr Erscheinen ist eine weitere Fortsetzung der Arbeit mit einer schrittweisen Lösung aller Schlüsselaufgaben erforderlich. Um das Niveau moderner Turbojet-Triebwerke zu erreichen, ist eine Erhöhung des Schubs, eine Erhöhung der Ressource und das Erreichen einer hohen Zuverlässigkeit erforderlich. Arbeiten dieser Art laufen gerade und bringen bereits einige Ergebnisse. Doch die Schaffung eines vollwertigen IDD / PDAA für den praktischen Einsatz ist noch in weiter Ferne.
Arbeite für die Zukunft
Das Direktstrom-Pulsationsdetonationstriebwerk weist eine Reihe wichtiger Merkmale auf und ist im Rahmen der Weiterentwicklung der Luft-, Raketen- und Raumfahrttechnik von großem Interesse. Die Entwicklung dieser Richtung und die Entwicklung praktikabler Strukturen mit ausreichendem Eigenschaftsniveau erweist sich jedoch als sehr schwieriger und zeitaufwändiger Prozess. In den letzten 10 Jahren haben die von UEC-UMPO entwickelten innerstaatlichen Verkehrsregeln und -vorschriften also eine deutliche Leistungssteigerung gezeigt, aber noch keine Umsetzung in die Praxis erreicht.
Dennoch geht die Arbeit weiter und gibt Anlass zu Optimismus. Die neuesten Nachrichten zeigen deutliche Fortschritte und lassen auch auf neue Erfolge der Branche in naher Zukunft schließen. Somit ist das Erscheinen von Flugzeugen mit pulsierenden Detonationstriebwerken noch ein Ereignis der mittel- oder langfristigen Zukunft, aber jede neue Entwicklungs- und Erprobungsstufe rückt es näher.
