Ende Januar gab es Berichte über neue Fortschritte in der russischen Wissenschaft und Technologie. Aus offiziellen Quellen wurde bekannt, dass eines der inländischen Projekte eines vielversprechenden Detonationsstrahltriebwerks bereits die Testphase bestanden hat. Dies rückt den Zeitpunkt des vollständigen Abschlusses aller erforderlichen Arbeiten näher, nach deren Ergebnissen Weltraum- oder Militärraketen russischer Bauart neue Kraftwerke mit verbesserten Eigenschaften erhalten können. Darüber hinaus können die neuen Prinzipien des Triebwerkbetriebs nicht nur im Bereich der Flugkörper, sondern auch in anderen Bereichen Anwendung finden.
Ende Januar berichtete der stellvertretende Ministerpräsident Dmitri Rogosin der heimischen Presse über die jüngsten Erfolge der Forschungsorganisationen. Unter anderem ging er auf den Prozess der Herstellung von Düsentriebwerken mit neuen Funktionsprinzipien ein. Ein vielversprechender Motor mit Detonationsverbrennung wurde bereits getestet. Laut dem stellvertretenden Ministerpräsidenten ermöglicht die Anwendung neuer Betriebsprinzipien des Kraftwerks eine deutliche Leistungssteigerung. Im Vergleich zu Bauten traditioneller Architektur ist eine Schubsteigerung von ca. 30 % zu beobachten.
Detonationsraketenmotordiagramm
Moderne Raketentriebwerke verschiedener Klassen und Typen, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, verwenden die sog. isobarer Zyklus oder Deflagrationsverbrennung. Ihre Brennkammern halten einen konstanten Druck aufrecht, bei dem der Kraftstoff langsam verbrennt. Ein auf Verpuffungsprinzipien basierender Motor benötigt keine besonders langlebigen Aggregate, ist jedoch in seiner maximalen Leistung begrenzt. Die Erhöhung der Grundeigenschaften ab einem bestimmten Niveau erweist sich als unzumutbar.
Eine Alternative zu einem Motor mit isobarem Zyklus im Rahmen der Leistungssteigerung ist ein System mit dem sog. Detonationsverbrennung. In diesem Fall erfolgt die Oxidationsreaktion des Kraftstoffs hinter der Stoßwelle, die sich mit hoher Geschwindigkeit durch die Brennkammer bewegt. Dies stellt besondere Anforderungen an das Motorendesign, bietet aber gleichzeitig offensichtliche Vorteile. In Bezug auf die Effizienz der Kraftstoffverbrennung ist die Detonationsverbrennung um 25 % besser als die Deflagrationsverbrennung. Sie unterscheidet sich auch von der Verbrennung mit konstantem Druck durch die erhöhte Leistung der Wärmefreisetzung pro Flächeneinheit der Reaktionsfront. Theoretisch ist es möglich, diesen Parameter um drei bis vier Größenordnungen zu erhöhen. Als Folge kann die Geschwindigkeit der reaktiven Gase um das 20-25-fache erhöht werden.
Somit kann das Detonationstriebwerk mit seinem erhöhten Wirkungsgrad mehr Schub bei weniger Kraftstoffverbrauch entwickeln. Seine Vorteile gegenüber herkömmlichen Designs liegen auf der Hand, doch bis vor kurzem ließ der Fortschritt in diesem Bereich zu wünschen übrig. Die Prinzipien eines Detonationsstrahltriebwerks wurden bereits 1940 von dem sowjetischen Physiker Ya. B. Zeldovich, aber fertige Produkte dieser Art haben noch keine Ausbeutung erreicht. Die Hauptgründe für den Mangel an wirklichem Erfolg sind Probleme bei der Schaffung einer ausreichend starken Struktur sowie die Schwierigkeit, eine Stoßwelle mit vorhandenen Kraftstoffen zu starten und dann aufrechtzuerhalten.
Eines der neuesten inländischen Projekte im Bereich Detonationsraketentriebwerke wurde 2014 gestartet und wird bei der nach ihm benannten NPO Energomash entwickelt Akademiker V. P. Glushko. Ziel des Projekts mit dem Code "Ifrit" war nach den vorliegenden Daten die Erforschung der Grundlagen einer neuen Technologie mit anschließender Schaffung eines Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerks unter Verwendung von Kerosin und gasförmigem Sauerstoff. Der neue Motor, benannt nach den Feuerdämonen aus der arabischen Folklore, basierte auf dem Prinzip der Spin-Detonation-Verbrennung. Dem Leitgedanken des Projekts entsprechend muss sich die Stoßwelle also im Brennraum kontinuierlich im Kreis bewegen.
Chefentwickler des neuen Projekts war NPO Energomash bzw. ein auf dessen Basis geschaffenes Speziallabor. Darüber hinaus waren mehrere andere Forschungs- und Entwicklungsorganisationen an der Arbeit beteiligt. Das Programm wurde von der Advanced Research Foundation unterstützt. Durch gemeinsame Anstrengungen konnten alle Teilnehmer des Ifrit-Projekts ein optimales Aussehen für einen vielversprechenden Motor sowie eine Modellbrennkammer mit neuen Funktionsprinzipien schaffen.
Um die Perspektiven der gesamten Richtung und neue Ideen zu studieren, eine sogenannte. Modell einer Detonationsbrennkammer, die den Anforderungen des Projekts entspricht. Ein so erfahrener Motor mit reduzierter Konfiguration sollte flüssiges Kerosin als Kraftstoff verwenden. Als Oxidationsmittel wurde Sauerstoffgas vorgeschlagen. Im August 2016 begann der Test eines Kameraprototyps. Es ist wichtig, dass zum ersten Mal in der Geschichte ein solches Projekt auf die Bühne von Prüfstandsversuchen gebracht wurde. Früher wurden in- und ausländische Detonationsraketentriebwerke entwickelt, aber nicht getestet.
Bei den Tests der Modellstichprobe wurden sehr interessante Ergebnisse erzielt, die die Richtigkeit der verwendeten Ansätze belegen. Durch die Verwendung der richtigen Materialien und Technologien stellte sich heraus, dass der Druck in der Brennkammer auf 40 Atmosphären gebracht wurde. Der Schub des experimentellen Produkts erreichte 2 Tonnen.
Modellkammer auf einem Prüfstand
Bestimmte Ergebnisse wurden im Rahmen des Ifrit-Projekts erzielt, aber der heimische Flüssigbrennstoff-Detonationsmotor ist noch weit von einer vollwertigen praktischen Anwendung entfernt. Vor der Einführung solcher Geräte in neue Technologieprojekte müssen Designer und Wissenschaftler eine Reihe der schwerwiegendsten Probleme lösen. Erst dann werden die Raketen- und Raumfahrtindustrie oder die Verteidigungsindustrie in der Lage sein, das Potenzial der neuen Technologie in der Praxis zu realisieren.
Mitte Januar veröffentlichte die Rossiyskaya Gazeta ein Interview mit dem Chefkonstrukteur der NPO Energomash, Petr Levochkin, über den aktuellen Stand und die Perspektiven von Sprengmotoren. Der Vertreter des Bauträgerunternehmens erinnerte an die wesentlichen Vorgaben des Projekts und ging auch auf die erzielten Erfolge ein. Außerdem sprach er über die möglichen Anwendungsgebiete von „Ifrit“und ähnlichen Strukturen.
Detonationstriebwerke können beispielsweise in Hyperschallflugzeugen verwendet werden. P. Lyovochkin erinnerte daran, dass die jetzt für solche Geräte vorgeschlagenen Motoren Unterschallverbrennung verwenden. Bei Überschallgeschwindigkeit des Fluggeräts muss die in das Triebwerk eintretende Luft auf den Schallmodus abgebremst werden. Die Bremsenergie muss jedoch zu zusätzlichen thermischen Belastungen der Flugzeugzelle führen. Bei Detonationstriebwerken erreicht die Treibstoffverbrennungsrate mindestens M = 2, 5. Dadurch kann die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs erhöht werden. Eine solche Maschine mit einem Motor vom Detonationstyp wird in der Lage sein, auf die achtfache Schallgeschwindigkeit zu beschleunigen.
Die wirklichen Aussichten für Detonationsraketentriebwerke sind jedoch noch nicht sehr groß. Laut P. Lyovochkin, wir haben "gerade die Tür zum Bereich der Detonationsverbrennung geöffnet". Wissenschaftler und Designer müssen sich mit vielen Fragen auseinandersetzen, und erst danach können Strukturen mit praktischem Potenzial geschaffen werden. Aus diesem Grund wird die Raumfahrtindustrie für lange Zeit auf traditionelle Flüssigtreibstoffe zurückgreifen müssen, was jedoch die Möglichkeit einer weiteren Verbesserung nicht negiert.
Interessant ist, dass das Detonationsprinzip der Verbrennung nicht nur im Bereich der Raketentriebwerke Anwendung findet. Es gibt bereits ein inländisches Projekt für ein Luftfahrtsystem mit einer nach dem Impulsprinzip arbeitenden Detonationsbrennkammer. Ein solcher Prototyp wurde auf den Prüfstand gestellt und kann in Zukunft eine neue Richtung einschlagen. Neue Triebwerke mit Klopfverbrennung können in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung finden und traditionelle Gasturbinen- oder Turbojet-Triebwerke teilweise ersetzen.
Am OKB im wird das Inlandsprojekt eines Detonationsflugzeugtriebwerks entwickelt. BIN. Wiege. Informationen zu diesem Projekt wurden erstmals beim letztjährigen internationalen militärisch-technischen Forum "Army-2017" präsentiert. Am Stand des Firmenentwicklers gab es Materialien zu verschiedenen Motoren, sowohl in Serie als auch in der Entwicklung. Unter letzteren befand sich eine vielversprechende Detonationsprobe.
Der Kern des neuen Vorschlags besteht darin, eine nicht standardmäßige Brennkammer zu verwenden, die zur gepulsten Detonationsverbrennung von Kraftstoff in einer Luftatmosphäre in der Lage ist. In diesem Fall muss die Frequenz der "Explosionen" im Motor 15-20 kHz erreichen. Zukünftig ist es möglich, diesen Parameter weiter zu erhöhen, wodurch das Motorgeräusch über den vom menschlichen Ohr wahrgenommenen Bereich hinausgeht. Solche Motormerkmale können von einigem Interesse sein.
Erster Launch des experimentellen Produkts "Ifrit"
Die Hauptvorteile des neuen Kraftwerks sind jedoch mit einer verbesserten Leistung verbunden. Prüfstandstests von Prototypen haben gezeigt, dass sie herkömmliche Gasturbinentriebwerke in bestimmten Kennzahlen um etwa 30 % übertreffen. Zum Zeitpunkt der ersten öffentlichen Materialvorführung am Motor OKB im. BIN. Die Cradles konnten recht hohe Leistungsmerkmale erreichen. Ein erfahrener Motor eines neuen Typs konnte 10 Minuten ohne Unterbrechung arbeiten. Die Gesamtbetriebszeit dieses Produkts am Stand überstieg zu diesem Zeitpunkt 100 Stunden.
Vertreter der Entwicklungsgesellschaft gaben an, dass es bereits möglich ist, ein neues Detonationstriebwerk mit einem Schub von 2-2,5 Tonnen zu entwickeln, das für den Einbau in Leichtflugzeuge oder unbemannte Luftfahrzeuge geeignet ist. Bei der Konstruktion eines solchen Motors wird vorgeschlagen, die sog. Resonatorvorrichtungen, die für den korrekten Verlauf der Kraftstoffverbrennung verantwortlich sind. Ein wichtiger Vorteil des neuen Projekts ist die grundsätzliche Möglichkeit, solche Geräte überall in der Flugzeugzelle zu installieren.
Experten des OKB sie. BIN. An Flugtriebwerken mit Impuls-Detonations-Verbrennung arbeiten die Wiegen seit mehr als drei Jahrzehnten, aber das Projekt hat das Forschungsstadium bisher nicht verlassen und hat keine wirklichen Perspektiven. Der Hauptgrund ist der fehlende Auftrag und die notwendige Finanzierung. Wenn das Projekt die notwendige Unterstützung erhält, kann in absehbarer Zeit eine Muster-Engine erstellt werden, die für den Einsatz auf verschiedenen Geräten geeignet ist.
Bis heute ist es russischen Wissenschaftlern und Designern gelungen, mit neuen Funktionsprinzipien sehr bemerkenswerte Ergebnisse im Bereich der Strahltriebwerke zu zeigen. Es gibt mehrere Projekte gleichzeitig, die für den Einsatz im Raketenraum und im Hyperschallbereich geeignet sind. Darüber hinaus können die neuen Triebwerke auch in der „klassischen“Luftfahrt eingesetzt werden. Einige Projekte befinden sich noch in der Anfangsphase und sind noch nicht bereit für Inspektionen und andere Arbeiten, während in anderen Bereichen bereits die bemerkenswertesten Ergebnisse erzielt wurden.
Zum Thema Detonations-Verbrennungsstrahltriebwerke konnten russische Spezialisten ein Tischmodell einer Brennkammer mit den gewünschten Eigenschaften erstellen. Das experimentelle Produkt "Ifrit" hat bereits Tests bestanden, bei denen eine Vielzahl verschiedener Informationen gesammelt wurden. Mit Hilfe der gewonnenen Daten wird die Richtungsentwicklung fortgesetzt.
Eine neue Richtung zu meistern und Ideen in eine praktisch anwendbare Form zu übersetzen, wird viel Zeit in Anspruch nehmen, und aus diesem Grund werden in absehbarer Zukunft Weltraum- und Armeeraketen in absehbarer Zeit nur mit traditionellen Flüssigtreibstoff-Triebwerken ausgestattet. Dennoch haben die Arbeiten das rein theoretische Stadium bereits verlassen, und nun rückt jeder Teststart eines Versuchstriebwerks den Moment näher, vollwertige Raketen mit neuen Triebwerken zu bauen.
