2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24
La exploración espacial se asocia involuntariamente con naves espaciales. El corazón de cualquier vehículo de lanzamiento es su motor. Debe desarrollar la primera velocidad espacial: alrededor de 7,9 km/s para poner a los astronautas en órbita, y la segunda velocidad espacial para superar el campo gravitatorio del planeta.
Lograr esto no es fácil, pero los científicos buscan constantemente nuevas formas de resolver este problema. Los diseñadores de Rusia fueron aún más lejos y lograron desarrollar un motor de cohete de detonación, cuyas pruebas terminaron con éxito. Este logro puede considerarse un verdadero avance en el campo de la ingeniería espacial.
Nuevas funciones
¿Por qué hay grandes esperanzas en los motores de detonación? Según los científicos, su potencia será 10 mil veces mayor que la potencia de los motores de cohetes existentes. Al mismo tiempo, consumirán mucho menos combustible y su producción se distinguirá por su bajo costo y rentabilidad. ¿Qué pasa conrelacionado?
Se trata de la reacción de oxidación del combustible. Si los cohetes modernos utilizan el proceso de deflagración: combustión lenta (subsónica) de combustible a presión constante, entonces el motor del cohete de detonación funciona debido a la explosión, detonación de la mezcla combustible. Arde a velocidades supersónicas, liberando enormes cantidades de energía térmica al mismo tiempo que se propaga la onda de choque.
El desarrollo y las pruebas de la versión rusa del motor de detonación fueron realizados por el laboratorio especializado "Detonation LRE" como parte del complejo de producción "Energomash".
La superioridad de los nuevos motores
Los principales científicos del mundo han estado estudiando y desarrollando motores de detonación durante 70 años. La razón principal que impide la creación de este tipo de motor es la combustión espontánea descontrolada del combustible. Además, la mezcla eficiente de combustible y oxidante, así como la integración de la boquilla y la entrada de aire, estaban en la agenda.
Resolviendo estos problemas, será posible crear un motor de cohete de detonación que, en términos de sus características técnicas, superará al tiempo. Al mismo tiempo, los científicos llaman a sus ventajas:
- La capacidad de desarrollar velocidades en los rangos subsónico e hipersónico.
- Diseña muchas partes móviles.
- Menor masa y coste de la central eléctrica.
- Alta eficiencia termodinámica.
Este tipo de motor no se producía en serie. Se probó por primera vez en aviones de vuelo bajo en 2008. El motor de detonación para vehículos de lanzamiento fue probado por primera vez por científicos rusos. Por eso se le da tanta importancia a este evento.
Principio de funcionamiento: pulso y continuo
Actualmente, los científicos están desarrollando instalaciones con un flujo de trabajo pulsado y continuo. El principio de funcionamiento de un motor cohete de detonación con esquema de funcionamiento pulsado se basa en el llenado cíclico de la cámara de combustión con una mezcla combustible, su encendido secuencial y la liberación de los productos de la combustión al medio ambiente.
En consecuencia, en un proceso de trabajo continuo, el combustible se alimenta a la cámara de combustión continuamente, el combustible se quema en una o más ondas de detonación que circulan continuamente a través del flujo. Las ventajas de estos motores son:
- Encendido único de combustible.
- Diseño relativamente simple.
- Pequeño tamaño y peso de las unidades.
- Uso más eficiente de la mezcla combustible.
- Bajo nivel de ruido, vibraciones y emisiones.
En el futuro, aprovechando estas ventajas, un motor cohete de propulsante líquido de detonación de funcionamiento continuo sustituirá a todas las instalaciones existentes por sus características de peso, tamaño y coste.
Motor de detonación de prueba
Las primeras pruebas de la instalación de detonación doméstica se realizaron en el marco deproyecto establecido por el Ministerio de Educación y Ciencia. Se presentó como prototipo un pequeño motor con una cámara de combustión de 100 mm de diámetro y un ancho de canal anular de 5 mm. Las pruebas se llevaron a cabo en un soporte especial, los indicadores se registraron cuando se trabajaba en varios tipos de mezcla combustible: hidrógeno-oxígeno, gas natural-oxígeno, propano-butano-oxígeno.
Las pruebas del motor de cohete de detonación propulsado por combustible de oxígeno e hidrógeno demostraron que el ciclo termodinámico de estas unidades es un 7% más eficiente que otras unidades. Además, se comprobó experimentalmente que al aumentar la cantidad de combustible suministrado, también aumenta el empuje, el número de ondas de detonación y la velocidad de rotación.
Análogos en otros países
Los motores de detonación están siendo desarrollados por científicos de los principales países del mundo. Los diseñadores de los EE. UU. han logrado el mayor éxito en esta dirección. En sus modelos, implementaron un modo de funcionamiento continuo, o rotacional. El ejército estadounidense planea usar estas instalaciones para equipar barcos de superficie. Debido a su peso más ligero y tamaño pequeño con alta potencia de salida, ayudarán a aumentar la eficacia de los barcos de combate.
Un motor de cohete de detonación estadounidense utiliza una mezcla estequiométrica de hidrógeno y oxígeno. Las ventajas de una fuente de energía de este tipo son principalmente económicas: el oxígeno se quema exactamente tanto como se requiere para oxidar el hidrógeno. Ahora paraEl gobierno de los EE. UU. gasta varios miles de millones de dólares para proporcionar combustible de carbono a los buques de guerra. El combustible estequiométrico reducirá los costos varias veces.
Más direcciones y perspectivas de desarrollo
Los nuevos datos obtenidos como resultado de las pruebas de los motores de detonación determinaron el uso de métodos fundamentalmente nuevos para construir un esquema para operar con combustible líquido. Pero para su funcionamiento, dichos motores deben tener una alta resistencia al calor debido a la gran cantidad de energía térmica liberada. Actualmente, se está desarrollando un recubrimiento especial que garantizará el funcionamiento de la cámara de combustión bajo exposición a altas temperaturas.
Un lugar especial en futuras investigaciones es la creación de cabezales mezcladores, con los cuales será posible obtener gotas de material combustible de un tamaño, concentración y composición determinados. Para solucionar estos problemas, se creará un nuevo motor de cohete de combustible líquido de detonación, que se convertirá en la base de una nueva clase de vehículos de lanzamiento.
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