Moteur fusée à détonation : tests, principe de fonctionnement, avantages

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'exploration spatiale est involontairement associée aux engins spatiaux. Le cœur de tout lanceur est son moteur. Il doit développer la première vitesse spatiale - environ 7,9 km / s pour envoyer les astronautes en orbite, et la deuxième vitesse spatiale pour surmonter le champ gravitationnel de la planète.

Y parvenir n'est pas facile, mais les scientifiques sont constamment à la recherche de nouvelles façons de résoudre ce problème. Des concepteurs russes sont allés encore plus loin et ont réussi à développer un moteur de fusée à détonation, dont les tests se sont soldés par un succès. Cette réalisation peut être qualifiée de véritable percée dans le domaine de l'ingénierie spatiale.

Nouvelles fonctionnalités

Pourquoi y a-t-il de grands espoirs pour les moteurs à détonation ? Selon les scientifiques, leur puissance sera 10 000 fois supérieure à la puissance des moteurs de fusée existants. Dans le même temps, ils consommeront beaucoup moins de carburant et leur production se distinguera par son faible coût et sa rentabilité. C'est quoi avecliés ?

Tout tourne autour de la réaction d'oxydation du carburant. Si les fusées modernes utilisent le processus de déflagration - combustion lente (subsonique) du carburant à pression constante, le moteur de la fusée à détonation fonctionne en raison de l'explosion, de la détonation du mélange combustible. Il brûle à des vitesses supersoniques, libérant d'énormes quantités d'énergie thermique en même temps que l'onde de choc se propage.

Le développement et les tests de la version russe du moteur à détonation ont été réalisés par le laboratoire spécialisé "Detonation LRE" dans le cadre du complexe de production "Energomash".

La supériorité des nouveaux moteurs

Les plus grands scientifiques du monde étudient et développent des moteurs à détonation depuis 70 ans. La principale raison empêchant la création de ce type de moteur est la combustion spontanée incontrôlée du carburant. De plus, le mélange efficace du carburant et du comburant, ainsi que l'intégration de la buse et de l'admission d'air, étaient à l'ordre du jour.

En résolvant ces problèmes, il sera possible de créer un moteur-fusée à détonation qui, en termes de caractéristiques techniques, dépassera le temps. Dans le même temps, les scientifiques appellent ses avantages:

1. La capacité de développer des vitesses dans les gammes subsonique et hypersonique.
2. Concevez de nombreuses pièces mobiles.
3. Moins de masse et de coût de la centrale électrique.
4. Efficacité thermodynamique élevée.

Ce type de moteur n'a pas été produit en série. Il a été testé pour la première fois sur des avions volant à basse altitude en 2008. Le moteur de détonation des lanceurs a été testé pour la première fois par des scientifiques russes. C'est pourquoi cet événement revêt une si grande importance.

Principe de fonctionnement: pulsé et continu

Actuellement, les scientifiques développent des installations avec un flux de travail pulsé et continu. Le principe de fonctionnement d'un moteur-fusée à détonation avec un schéma de fonctionnement pulsé est basé sur le remplissage cyclique de la chambre de combustion avec un mélange combustible, son allumage séquentiel et la libération de produits de combustion dans l'environnement.

En conséquence, dans un processus de travail continu, le carburant est alimenté en continu dans la chambre de combustion, le carburant brûle en une ou plusieurs ondes de détonation qui circulent en continu à travers le flux. Les avantages de tels moteurs sont:

1. Allumage unique du carburant.
2. Conception relativement simple.
3. Petite taille et poids des unités.
4. Utilisation plus efficace du mélange combustible.
5. Faible bruit, vibrations et émissions.

À l'avenir, en utilisant ces avantages, un moteur-fusée à propergol liquide à détonation à fonctionnement continu remplacera toutes les installations existantes en raison de ses caractéristiques de poids, de taille et de coût.

Tester le moteur de détonation

Les premiers essais de l'installation de détonation domestique ont eu lieu dans le cadre deprojet établi par le ministère de l'Éducation et des Sciences. Un petit moteur avec une chambre de combustion de 100 mm de diamètre et une largeur de canal annulaire de 5 mm a été présenté comme prototype. Les tests ont été effectués sur un stand spécial, des indicateurs ont été enregistrés lors de travaux sur différents types de mélanges combustibles - hydrogène-oxygène, gaz naturel-oxygène, propane-butane-oxygène.

Les tests de moteurs-fusées à détonation alimentés par du carburant oxygène-hydrogène ont prouvé que le cycle thermodynamique de ces unités est 7 % plus efficace que les autres unités. De plus, il a été expérimentalement confirmé qu'avec une augmentation de la quantité de carburant fournie, la poussée augmente également, ainsi que le nombre d'ondes de détonation et la vitesse de rotation.

Analogues dans d'autres pays

Les moteurs de détonation sont développés par des scientifiques des principaux pays du monde. Les designers américains ont obtenu le plus grand succès dans cette direction. Dans leurs modèles, ils ont mis en place un mode de fonctionnement continu, ou rotationnel. L'armée américaine envisage d'utiliser ces installations pour équiper des navires de surface. En raison de leur poids plus léger et de leur petite taille avec une puissance de sortie élevée, ils contribueront à augmenter l'efficacité des bateaux de combat.

Un mélange stoechiométrique d'hydrogène et d'oxygène est utilisé par un moteur de fusée à détonation américain. Les avantages d'une telle source d'énergie sont principalement économiques - l'oxygène brûle exactement autant qu'il en faut pour oxyder l'hydrogène. Maintenant pourLe gouvernement américain dépense plusieurs milliards de dollars pour approvisionner les navires de guerre en combustible carbonique. Le carburant stoechiométrique réduira les coûts de plusieurs fois.

Autres orientations et perspectives de développement

De nouvelles données obtenues à la suite d'essais de moteurs à détonation ont déterminé l'utilisation de méthodes fondamentalement nouvelles pour la construction d'un système de fonctionnement au carburant liquide. Mais pour fonctionner, ces moteurs doivent avoir une résistance élevée à la chaleur en raison de la grande quantité d'énergie thermique dégagée. À l'heure actuelle, un revêtement spécial est en cours de développement qui assurera le fonctionnement de la chambre de combustion sous une exposition à haute température.

Une place particulière dans les recherches futures est la création de têtes de mélange, avec lesquelles il sera possible d'obtenir des gouttes de matériau combustible d'une taille, d'une concentration et d'une composition données. Pour résoudre ces problèmes, un nouveau moteur-fusée à propergol liquide à détonation sera créé, qui deviendra la base d'une nouvelle classe de lanceurs.