На фоне урезания бюджетов НАСА и серии последовавших зам этим массовых увольнений, американские ракетостроители начали предпринимать шаги для упрочнения своего политического положения.
Видимо, в рамках этих усилий, 6 марта журнал Scientific American опубликовал статью "Ракетные двигатели ‘Огненного кольца’ придали новый импульс космическим полетам". (имеются в виду детонационные двигатели, американская аббревиатура - RDE; хорошая статья по теме).
Сам факт выхода этой статьи позволяет констатировать шаткость позиций американских групп, работающих над этой технологией.
Следует отметить и слабость медийной позиции, озвученной в статье. Говорятся стандартные вещи - про то что это перспективная технология и т.д. Но не объясняется почему она вдруг может получить развитие. Начали использоваться новые методы работы (пресловутый ИИ, например)? Или наконец получен решающий теоретический или технологический успех? Но ничего подобного не произошло. Тогда почему нужно продолжать дорогостоящие исследования в сложной финансовой обстановке? Ответа нет.
Более того. Инженер НАСА по устройствам сгорания Томас Тизли, который возглавляет усилия НАСА по созданию RDE, говорит в интервью: "Несмотря на множество новых достижений, область RDE все еще находится на стадии эксперимента".
Есть и забавные моменты. Один из них озвучивает Дуг Перкинс, специалист по детонационным двигателям, работающий в Исследовательском центре Гленна НАСА с 1990-х годов. Процитирую абзац полностью:
Несмотря на то, что теоретические концепции существуют уже почти 90 лет, RDE все еще находятся на заре своего развития. “Мы действительно еще не знаем, как будет выглядеть оптимизированный RDE”, - говорит Перкинс из НАСА. “Я могу пересчитать людей, обладающих значительным опытом в этой области, по пальцам рук”. Тем не менее, растущий ажиотаж стимулирует запуск стартапов RDE. Алексис Харроун, одна из недавних аспиранток Стива Хейстера в университете Пердью, только что основала стартап Juno Propulsion, основанный RDE, с помощью программы NSF для инкубатора малого бизнеса. “Мы только что наняли нашего первого сотрудника”, - говорит она.
[Далее перечисляется еще ряд стартапов.]
То есть технологии на руках нет. Специалистов, которые реально что-то понимают, тоже нет. Но есть дофига стартапов. И чем же будут заниматься люди в этих стартапах? Делать красивые анимированные презентации?
Наконец, заключительная часть интервью. Цитата:
По мере роста глобального интереса к RDE лаборатории аэрокосмической инженерии в США, Японии, Китае, Европе и других странах составляют формирующееся международное сообщество исследователей и разработчиков, хотя оно включает в себя большой секретный компонент.
Нельзя не отметить, что в России тоже занимаются этой темой. И уровень развития этой технологии у нас заведомо выше, чем в Японии, Китае и Европе (в сравнении с США не скажу - не специалист в этой области). Но Россия нарочито не упоминается. Почему? Они считают, что с русскими бессмысленно о чем то говорить, потому что через 10-20 лет нас уже точно не будет?
Комментарии
Это про гиперзвук чтоли?
Это про детонационные двигатели, где фронт детонации ходит по кругу в камере сгорания. К тому моменту, когда он обходит камеру в начальной точке продукты сгорания уже улетели и снова накопилась топливная смесь для детонации, из-за этого процесс непрерывный.
Главный плюс - не нужны сверхмощные насосы. Второй - при детонации ТД-цикл включает практически мгновенный нагрев по изохоре: максимальная температура и давление в пике и расширение по адиабате. Причём, камеру сгорания не нужно рассчитывать на максимальное давление из-за импульсного процесса. Третий - скорость детонации на порядки выше дефлаграции, то есть, удельная мощность на объём КС много выше. Ну, некоторые добавляют ещё четвёртый пункт - повышенное давление на срезе сопла в атмосфере при импульсном процессе, то есть, УИ в плотных слоях много выше, чем у "классики".
В сумме получается потенциально очень простой и дешёвый (в изготовлении, не разработке) лёгкий очень надёжный движок, с высоким УИ. А двигатели - значительная часть ракеты и по массе и по стоимости, и именно двигатели почти всегда источники проблем ракеты.
- это топливо
Двигатели - тоже значительная. :) Что ещё хуже - это сухая масса, которая вхоит в мю
ПН
Детонационный двигатель не про гиперзвук ли?
Или они ТОЧНО еще не разработаны?
Нет. Эти - нет. В смысле, как и любые ракетные могут работать и на гиперзвуке, но это вообще тут неважно.
Есть и ГПВРД с детонационным горением, но это тоже совсем другая история.
Повышенное давление на срезе сопла означает недорасширение. Это не повышает удельный импульс а, наоборот, понижает.
С точки зрения импульса давление на срезе сопла должно быть равным внешнему атмосферному в этот момент полета. Если оно ниже - поток оторвётся от стенок сопла, и эта часть, где отрыв - становится мертвым грузом. Если выше - расширение продолжится уже в атмосфере, но скорость сроки от этого уже не увеличится
Для равновесного процесса это так.
Тут - нет, тут импульсный процесс. Грубо говоря, ударная волна взрыва "врубается" в неподвижный воздух и "забирает" воздух в волне разряжения за собой, за счёт чего полный импульс выходит больше. Для ракетного двигателя p=mv, так вот импульсный двигатель увеличивает m за счёт присоединения массы окружающего воздуха.
Строго говоря, поток нормального "непрерывного" РД тоже увлекает сколько-то воздуха с собой, за счёт чего немного увеличивает удельный импульс. Но там увлечённым воздухом можно с хорошей точностью пренебречь, а тут уже эффект очень даже заметный.
Это называется эжекторное сопло (с увлечением окружающего воздуха), известно уже сто лет. И кстати в ротационном детонационной двигателе процесс не импульсный, как у ПуВРД какого-нибудь Фау-1, а самый что ни на есть непрерывный. Фронт детонации закручен по спирали, но непрерывен - с одного конца непрерывно возобновляется, с другого - заканчивается.
Кстати, ещё пример такой непрерывной ударной волны - волна, сходящая со сверхзвукового самолёта.
Не. Эжекторному соплу нужен, собссно, эжектор. Почему оно и не используется практически: для значимого результата эжектор должен быть очень длинный (и тяжёлый). Тут он как бы "бесплатный" и невесомый.
Если брать процесс в двигателе - то да, непрерывный. А вот в конкретной точке на сопле он вполне себе импульсный. Что и позволяет пользовать присоединённую массу.
Нет, не импульсный. Перейдите во вращающуюся систему координат с осью по центру сопла и со скоростью вращения равной скорости вращения фронта детонации и убедитесь ;)
И да, вы путаете равновесный процесс и стационарный (в данном случае, конечно, квазистационарный). В приведенной выше вращающейся системе координат - время из описания процесса пропадает.
Воздух за срезом сопла захватывать бессмысленно уже потому, что для того, чтобы была тяга - нужна сила. А к чему у вас за срезом сопла будет сила приложена :) особенно с учетом сверхзвукового истечения из сопла - а значит возмущения давления вверх по потоку не передадутся. В дозвуковом истечении возможны варианты.
Ну и вообще, в зону повышенного давления из зоны пониженного давления ничего никогда не засосет именно потому, что разность давлений направлена в другую сторону. А значит, и сила тоже. В эжекторном сопле воздух засасывается именно в область низкого давления. После чего скорость уменьшается, давление возрастает, ну и сила тоже дополнительная соответственно прикладывается.
Фау-1? Потом Челомей занимался? Потом кордовые авиамоделисты взяли на вооружение? Видел как, после разгона шла цикличность. Впечатляло. Но на РН ставить? Тут не знаешь, что ВЧ принесет на обычном ЖРД....
Ну, всё же, во-первых, в двигателе Фау-1 была дефлаграция, а во-вторых он был периодического действия с частотой десятки герц, как в обычном ДВС.
Преимущество детонационного горения в скорости не реализуются таким способом: какая разница, сгорает смесь за 100мкс или за 10мс, если всё равно между импульсами проходят десятки мс, которые нужны как минимум на выброс сгрорания. И степень сжатия никакая - напором же. В итоге - в сотни-тысячи раз меньшая мощность на килограмм.
В круговой детонационной волне можно сжигать топливо в сотни раз быстрее, а сам ударный фронт обеспечивает начальное сжатие.
Спасибо за разъяснение. Вспоминаю студенческие времена в МАИ, главного по горению Абугова, его аспиранта Сунарчина Роберта Амалевича. Пытался заниматься ВЧ колебаниями в ЖРД, но...время тогда не пришло и конечно нужно "железо" и бесконечные испытания... А это деньги!
Быстрее, чем подают насосы - сжечь топливо не удастся.
Да. Но это не единственное ограничение. :)
При этом в классическом двигатели насосы работают на равновесное давление. Соотвественно, к энергии необходимой на прокачку, насосу нужна дополнительная мощность W=pv, которую после сжигания нужно снять с турбины. И мощности там порядка десятка+ процентов от полной мощности двигателя.
А в детонационном нужно просто прокачать топливо.
Детонационные двигатели тупо не могли проектировать. Потому что тупо не могли считать.
Сейчас могут (точнее, начинают пробовать). Из-за прогресса в физике и появления нормальных и дешёвых массивно-параллельных суперкомпов (с карточками НВидиа, да), выдающих дикие экзафлопы за относительные копейки.
ВДД кто только не занимался. Вроде все, поигравшись, приходят к выводу что нихера не перспективно. Ради 1-2% КПД приходиться сильно усложнять движок и жертвовать надежностью.
Как триумф матмоделирования процессов течения и сгорания - это да, а как практическая вещь - нихерена.
Так и сами движки, вроде как, легче, нет?
Наоборот. УПРОЩАТЬ движок многократно.
Насоса на полное давление в КС, как в классическом движке с равновесным горением, не нужно. Минус турбина, минус сам насос. Собссно, из движка исчезает вся дико сложная и дорогая механика.
В детонационном движке достаточно просто как-то запихнуть топливо в КС.
Ну с 60х пилят ведь. Теоретически - и рекордная мощность на объем, и простота конструкции. А по факту более менее работающие модели 10е годы 21 века, и глухо.
В 60-е такое вообще нельзя было посчитать. Всё чисто экспериментом и методом научного слепого тыка. Соотвественно - и результаты. Нулевые.
Более-менее железо для осмысленных расчётов и проектирования появилось 5, ну, с натяжкой - 10 лет назад. А физики-химии в количество достаточном для полных расчётных кодов и сейчас нет, сейчас как раз что-то и делается.
Глухо - так, проблема-то сложная, с напрыгу не взять, поэтому в популярной прЭссе ещё долго будет глухо. Да даже и в научной очень мало чего - тема очень плотно связана с вояками. Детонационный кольцевой ВРД - это, например, сверхдешёвые крылатые ракеты. Кто ж таким делиться будет?
Ажиотаж - самая желаемая ситуация для мошенников и аферистов.