Дослідники з Університету Центральної Флориди провели успішні польові випробування нового типу авіаційного двигуна. Це реактивний двигун на основі детонації і з його допомогою літаки можуть, нарешті, перейти в наступну еру – еру гіперзвукової авіації. Цей двигун обіцяє розганяти повітряні судна до 17 Махів (у 17 разів більше швидкості звуку).
Сучасні технології дозволяють досягати гіперзвукових швидкостей з використанням прямоточних реактивних двигунів. Однак їхня експлуатація складна і тому подібні літаки вже кілька десятиліть залишаються одиничними дослідними екземплярами.
Детонаційні двигуни є перспективним типом реактивних двигунів, однак складність їхнього використання полягає в забезпеченні стабільної та керованої вибухової хвилі в камері згоряння. В момент детонації виділяється в рази більше енергії, ніж при плавному горінні.
Підписуйтесь на наш Telegram.
Одним із освоєних типів детонаційних двигунів є пульсуючий детонаційний двигун. Його використовують з 2008 року на тестовому літаку Borealis. У ньому кожен вибух є окремим і не пов’язаний з попередніми чи наступними.
Обертові детонаційні двигуни створюють таку ударну хвилю, яка породжує ланцюгову реакцію детонаційних вибухів в камері згоряння. Остання часто є кругової форми. Завдяки цьому камеру згоряння не потрібно очищувати від речовин після кожної детонації.
Науковці Університету Центральної Флориди спершу спробували пристосувати свій винахід для космічної роботи. Запуск ракети з цим двигуном має відбутися в 2025 році.
Представлена нині модифікація є третім типом обертового детонаційного двигуна і може стати найпотужнішою. Вона відкриває шлях до польотів на швидкості до 21 000 км/год.
Особливості нової модифікації є те, що детонаційна хвиля є стоячою. Тобто вона не переміщується в камері згоряння. Прикладом стоячих хвиль є, наприклад, звук, який викликає коливання повітря, але при цьому немає направленого переміщення повітря як при звичайному вітрі.
Використання стоячої детонаційної хвилі в двигуні oblique wave detonation engine (OWDE) дозволяє отримати більш стійку детонацію з більшою ефективністю. Це дозволяє збільшити потужність двигуна та зменшити витрати палива.
Прототип HyperReact
Створений дослідний прототип двигуна OWDE називається High-Enthalpy Hypersonic Reacting Facility або скорочено HyperReact. Він приблизно один метр в довжину та представляє собою порожнину, розділену на три секції. Кожна секція має точно вивірений внутрішній профіль.
Перша секція є 350-мм камерою змішування. Вона представляє собою канал квадратного перетину зі сторонами 45 мм. У ній запальник підпалює паливо-окиснювальну суміш. Чотири канали навколо запальника розганяють цю суміш до потрібної швидкості.
Друга секція є конвергентно-дивергентним соплом, яке представляє собою вісесиметричний квадрат. Основний паливний інжектор подає водень з чистотою 99,99% в зону гарячого стиснутого повітря перед соплом, яке швидко звужується до 99 мм, а потім розширюється до 45 мм. Така форма прискорює суміш до 0,5 Маха.
У фінальній третій секції відбувається безпосередня детонація. Підібравши форму цієї секції та параметри швидкості та тиску дослідники змогли досягнути стоячої детонаційної хвилі.
Тестові випробування показали, що реальна швидкість потоку газів склала 99,7% від теоретично розрахованої.
“Вперше в експерименті детонацію продемонстрували стабілізованою, – каже доцент аерокосмічного відділу Карім Ахмед. – Ми, нарешті, змогли утримати детонацію в просторі у вигляді стоячої хвилі. Це наче заморозити вибух у просторі”.
Прототип двигуна працював близько трьох секунд, після чого дослідники вимкнули подачу палива. Цього достатньо для доказу можливості роботи. А якби прототип працював довше – існував ризик руйнування кварцевих захисних вікон по бокам тестової установки.
Прототип, кажуть розробники, є майже готовим повномасштабним двигуном типу OWDE. Дослідники планують розробити способи динамічної зміни паливної суміші та інших параметрів детонаційної хвилі, щоб вона залишалася стабільною в широкому діапазоні умов.
17 Махів роблять Землю мікроскопічною
Сьогодні цивільна авіація не розвивається у бік збільшення швидкості перельотів. Її досягнення – надзвукові Конкорди – уже не літають. Існують лише проекти надзвукових літаків.
Однак гіперзвукові літаки відкривають нові транспортні можливості для людства. На швидкості 17 Махів можна перелітати континенти за півгодини. Політ в інший куточок Земної кулі не займатиме кілька діб, а триватиме кілька годин.
Гіперзвукові двигуни також є надзвичайно цікавою розробкою для військових. Сьогодні немає радарів чи протиракетних систем, які здатні збити повітряну ціль на такій швидкості. При цьому гіперзвуковій ракеті не потрібно багато вибухівки. Її кінетична енергія буде такою, великою, що їй досить просто влучити в ціль, щоб нанести великі пошкодження.
За матеріалами: New Atlas
Підписуйтесь на канал в Telegram та читайте нас у Facebook. Завжди цікаві та актуальні новини!
