В последние годы самым популярным детонационным двигателем является CRDE. Его также называют вращающимся детонационным двигателем (RDE) или двигателем непрерывной детонационной волны (CDWE). Это имеет очевидные преимущества по сравнению с обычными двигателями или двумя другими двигателями на основе детонации. Таким образом, ожидается, что реализация данного научного решения приведет к технической революции в современных авиационных и аэрокосмических силовых установках.
Считается, что детонационный ракетный двигатель - один из путей реализации концепции так называемого моторного гиперзвука, то есть создания гиперзвуковых летательных аппаратов, способных за счет собственного двигателя достигать скорости в 4 - 6 Махов (Мах - скорость звука).
Непрерывно вращающийся детонационный двигатель (CRDE) в последнее время находится в центре внимания в области аэрокосмического движения. Он имеет несколько преимуществ, включая однократное инициирование, высокую тепловую эффективность и простую структуру. Благодаря этим характеристикам ожидается, что он принесет революционные усовершенствования в авиационные и аэрокосмические двигательные установки, и в настоящее время привлекает большое внимание во всем мире.
Специалисты Университета Центральной Флориды первыми представили экспериментальные доказательства безопасной и функциональной детонации водорода и кислорода в ротационном детонационным ракетном двигателе, пишет Techxplore. В таком типе двигателя горение топлива происходит в результате постоянных взрывов в камере сгорания. Вращающиеся детонации непрерывны, взрывы Маха 5 поддерживаются подачей водорода и кислорода в систему в нужных количествах и вращаются вокруг внутренней части ракетного двигателя.
Переход от дефлаграции к детонационной волне
В настоящее время внимание исследователей в области силовых установок со всего мира обратилось к историческому прошлому двигателя детонации, термодинамическому анализу, инициированию детонации и устройству перехода от дефлаграции к детонационной волне в качестве основной темы исследований в области детонационного горения. Другое обзорное исследование модели вращающегося детонационного двигателя и его применения в аэрокосмической и турбомашинной технике, а также эксплуатационные характеристики также включены в эту область. К ним относятся исследования из США, России, Японии и Китая, Германии и Малайзии. За последние несколько десятилетий число научных публикаций значительно возросло. Основным притяжением детонационного горения было генерирование ударной волны, за которой следует волна горения.
Основная концепция RDE - это детонационная волна, которая движется по круговому каналу (кольцу). Топливо и окислитель впрыскиваются в канал, обычно через небольшие отверстия или щели. Детонация инициируется в смеси топливо / окислитель какой-либо формой воспламенителя. После запуска двигателя детонации становятся самоподдерживающимися. Одна детонация зажигает смесь топлива / окислителя, которая выделяет энергию, необходимую для поддержания детонации. Продукты сгорания расширяются из канала и выталкиваются из канала поступающим топливом и окислителем.
Хотя конструкция RDE аналогична двигателю импульсной детонации (PDE), RDE лучше, потому что волны вращаются вокруг камеры, а PDE требует продувки камер после каждого импульса.
Детонационные двигатели более эффективны традиционных реактивных силовых установок — при сгорании равной массы топлива их полезная работа будет в 10 раз больше. Они также проще в обслуживании и значительно дешевле классических РЖД, основную стоимость которых создает турбонасосная установка — чем она мощнее, чем большее давление может создавать в камере сгорания, тем она дороже и дороже весь двигатель. В детонационных двигателях давление в камере сгорания образует не турбонасосный агрегат, а сама взрывная волна.
В таком двигателе давление создаётся самой детонацией, представляющую бегущую волну сжатия в смеси топлива, в которой давление без всякого ТНА уже в 20 раз больше и турбонасосные агрегаты являются лишними. Чтобы было понятно, у американского «Шаттла» давление в камере сгорания 200 атм, а детонационному двигателю в таких условиях надо всего лишь 10 атм для подачи смеси — это как молоток и механический молот.
Двигатель на основе детонации в таком случае не только более простой и дешёвый на целый порядок, но гораздо мощнее и экономичнее, чем обычный ЖРД.
«Нам пришлось настроить размеры струй топлива, чтобы повысить смешиваемость водорода с кислородом, — пояснил инженер Карим Ахмед. — Для того чтобы ротационный взрыв не прекращался. Потому что если состав смеси чуть-чуть изменится, начнется дефлаграция, то есть медленное горение, а не детонация».
Американцы стали первыми, кто испытал детонационный двигатель на водороде и кислороде, но они не были первыми, кому удалось собрать первый работающий детонационный двигатель. Еще в 2014 году НПО «Энергомаш» сообщило о создании детонационного ракетного двигателя «Ифрит». Через два года был успешно испытан первый в мире опытный экземпляр, работающий на смеси керосина и кислорода. При давлении всего в 40 атмосфер удалось добиться тяги в две тонны.
Американские инженеры, работающие над своей версией детонационного двигателя, отстают от российских разработок примерно на 5-6 лет.
