Пресс-служба входящей в «Ростех» Объединенной двигателестроительной корпорации России сообщила о том, что в ближайшее время начнутся опытно-конструкторские работы (ОКР) по созданию перспективных авиационных и ракетных двигателей, использующих пульсирующие детонационные технологии.

В сообщении также говорится, что в Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) уже созданы демонстраторы дозвукового и сверхзвуковых двигателей, действующие на основе детонационных технологий: «Они показали 30-50% улучшение по сравнению с традиционными двигателями в таких параметрах, как величина удельной тяги и удельный расход топлива».

На основе этих разработок входящее в ОДК опытно-конструкторское бюро им. А.М. Люльки предлагает свою концепцию создания семейства детонационных двигателей различного назначения: для беспилотников и крылатых ракет, а также комбинированные силовые установки воздушно-космических самолетов и двигателей ракетно-космических систем.

двигатель

По этому поводу вспоминается сакраментальная поговорка, что все новое – это хорошо забытое старое.

Впервые идея создания пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД) была запатентована еще в 1906 г. русским инженером В.В. Караводиным.

В двадцатых годах прошлого века несколько экспериментальных детонационных установок были созданы немцем Г. Хольцвартом. Несмотря на высокие для того времени параметры (КПД – 14 процентов), газотурбинные двигатели Хольцварта, также как и установка В. Караводина, не нашли применения в промышленности.

Их недостатки – сильный грохот и вибрации (ведь детонация – этот взрыв) никуда не делись и поныне. Для одноразовых и беспилотных аппаратов эти проблемы несущественны. Поэтому детонационный двигатель (ДД) был применен в самолетах-снарядах «ФАУ-1».

Справка:

Пульсирующие детонационные двигатели используют термодинамический цикл с подводом тепла при постоянном объеме (цикл Хамфри). В цикле Хамфри заложена возможность значительного повышения давления в процессе сгорания топлива, вследствие чего либо совсем не требуется предварительное сжатие топливовоздушной смеси (ТВС) перед ее подачей в камеру сгорания, либо можно ограничиться применением компрессора со значительно меньшей степенью повышения давления, чем у газотурбинных двигателей, использующих цикл с подводом тепла при постоянном давлении (цикл Брайтона). Переход от цикла Брайтона к циклу Гемфри обеспечивает повышение термического кпд цикла не менее чем на 30-50 процентов.

В последние годы появились проекты детонационных двигателей, использующих также детонационный термодинамический цикл, отличающийся от циклов Хамфри и Брайтона.

После второй мировой войны исследования в области пульсирующих воздушно-реактивных двигателей проводились во Франции (компания SNECMA), США (Pratt & Whitney, General Electric) и СССР. Были разработаны экспериментальные образцы ракет «воздух-земля», которые не пошли в серию, так как не выдержали конкуренции с ракетами обычных типов.

На сегодняшний день активно разрабатывают детонационные двигатели ротационного типа инженеры и конструкторы американского ВМФ.

Исследовательская группа Кажикатра Кайласаната (Kazhikathra Kailasanath) из Военно-морской исследовательской лаборатории (США) рассматривает их в качестве альтернативы газовым турбинам — основным двигателям американского флота.

Чтобы уменьшить шум и вибрации американские конструкторы заинтересовались разновидностью пульсирующего ДД — ротационным детонационным двигателем. У него кольцевая камера сгорания, в которую впрыскивается горючее и воздух. Сначала топливо поджигается, вслед за этим сверхзвуковая детонационная волна начинает «ходить» по кольцеообразной камере. Поскольку детонация не прерывается, её предыдущий цикл не мешает следующему, что повышает эффективность ДД.

Похожий двигатель испытывают в Техасском университете в Остине (США), где его называют «двигателем непрерывной детонации».

Моделирование и испытания американских ДД уже прошли начальный этап. Установлено, что использование ротационных детонирующих двигателей постоянной детонации дает (при сохранении массы и габаритов нынешних турбин, работающих по циклу Брайтона) рост мощности на 10 процентов и снижает расход топлива — за счёт увеличения термического КПД — на 25 процентов. В идеальных условиях такой цикл может иметь термический КПД до 85–89 процентов (на углеводородном топливе), что просто фантастика!

двигатель

Новые ДД американцы собираются использовать не столько на новых кораблях, сколько для модернизации уже существующих кораблей с газовыми турбинами.

Прогресс в разработке современных ДД скорее всего связан с успехами нанотехнологий. По крайней мере, в России наноматериалы будут использованы именно в новейших ДД. Об этом рассказал ведущий научный сотрудник Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Жуковского (ЦАГИ) Леонид Носачев:

«Совсем недавно ЦАГИ получил очередной патент в области нанотехнологий. Этот патент затрагивает проблемы детонационного синтеза углеродных наноматериалов, которые, в свою очередь, предполагается использовать в новых композитах для конструирования перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов. Главным образом беспилотных и с пульсирующим детонационным двигателем. Они могут в будущем стать элементами систем противовоздушной и противоракетной обороны.

В Германии еще в 40-е годы прошлого века были созданы пульсирующие детонационные двигатели. Но низкочастотные механические клапанные системы не позволили тогда добиться максимального эффекта от детонационного горения. В последние годы российскими учеными и специалистами, в первую очередь НПО «Сатурн» и ЦАГИ, выполнен ряд успешных разработок бесклапанных дозирующих систем на основе газоструйных резонаторов, ставших важнейшим элементом новых перспективных схем пульсирующего детонационного двигателя. При этом частота пульсирующей газовой детонации может увеличиться с 200 герц до 25 килогерц!»

Материалом для детонации в таком двигателе по словам ученого служит водород, который получается из металлического топлива, например, алюминия, с высокой энергоемкостью. Металл при определенных реакциях выделяет не только тепло, но и водород, который и используется как горючее в детонационном двигателе. Металлическое топливо в отличие от водорода удобно для безопасного хранения на борту летательного аппарата.

Леонид Носачев критикует разработки американцами ротационных ДД, в которых с помощью механического клапана наполняют трубу горючей смесью, затем инициируют детонацию, которая позволяет работать двигателю. Чтобы работать беспрерывно, нужно опять заполнить трубу, опять инициировать детонацию. И все это с частотой 100 герц. Чтобы повысить частоту, американцы делают связку труб. Такой аппарат издает сильный грохот и небезопасен.

Летательный аппарат с применением наноматериалов практически бесшумен и может достигать гиперзвуковой скорости в 7-8 М.

Весьма интересно, что в знаменитом советском фильме «Тайна двух океанов» на подводной лодке «Пионер» был аналогичный детонационный двигатель: водород и кислород подавались в камеру сгорания и поджигались.

Пока неизвестно, как решают и американцы, и российские ученые ряд проблем разрабатываемых ДД. Как, например, снимать часть мощности ДД на привод различных бортовых устройств – генераторов, насосов и т.д.? Ведь турбинку во взрывную камеру не поставишь.

Хватит ли атмосферного воздуха для работы ДД? Вряд ли с этим справится обычный воздухозаборник.

Как влияют эти двигатели на окружающую среду и на свои собственные устройства? Ведь 25 килогерц – это ультразвук, причем большой мощности, и то, что мы его не слышим, еще ничего не значит. Ведь радиацию мы тоже не видим.

Впрочем, вполне возможно, что наши ученые уже ответили на эти вопросы. В любом случае новые двигатели станут «пионерами» новой технологической эры человечества.

Автор: Владимир Прохватилов, Президент Фонда реальной политики (Realpolitik), эксперт Академии военных наук

Добавляйте CСб в свои источники дзен