ระบบขับเคลื่อนที่มีอยู่สำหรับการบินและขีปนาวุธแสดงสมรรถนะที่สูงมาก แต่ใกล้ถึงขีดจำกัดความสามารถแล้ว เพื่อเพิ่มพารามิเตอร์แรงขับซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาจรวดการบินและอุตสาหกรรมอวกาศ จำเป็นต้องมีเครื่องยนต์อื่น ๆ รวมทั้ง ด้วยหลักการทำงานใหม่ ความหวังอันยิ่งใหญ่ถูกตรึงไว้กับสิ่งที่เรียกว่า เครื่องยนต์ระเบิด ระบบระดับพัลส์ดังกล่าวกำลังได้รับการทดสอบในห้องปฏิบัติการและบนเครื่องบิน
หลักการทางกายภาพ
เครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวที่มีอยู่และใช้งานอยู่นั้นใช้การเผาไหม้แบบเปรี้ยงปร้างหรือการดับไฟ ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ก่อให้เกิดด้านหน้าที่เคลื่อนที่ผ่านห้องเผาไหม้ด้วยความเร็วต่ำกว่าเสียง การเผาไหม้นี้จะจำกัดปริมาณและความเร็วของก๊าซปฏิกิริยาที่ไหลออกจากหัวฉีด ดังนั้นแรงขับสูงสุดก็ถูกจำกัดเช่นกัน
การเผาไหม้ด้วยการระเบิดเป็นทางเลือกหนึ่ง ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาด้านหน้าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียง ทำให้เกิดคลื่นกระแทก โหมดการเผาไหม้นี้จะเพิ่มผลผลิตของผลิตภัณฑ์ก๊าซและให้การยึดเกาะที่เพิ่มขึ้น
เอ็นจิ้นการระเบิดสามารถทำได้ในสองรุ่น ในเวลาเดียวกัน กำลังพัฒนามอเตอร์อิมพัลส์หรือพัลซิ่ง (IDD / PDD) และมอเตอร์แบบหมุน / หมุน ความแตกต่างอยู่ในหลักการเผาไหม้ เครื่องยนต์โรตารีรักษาปฏิกิริยาคงที่ ในขณะที่เครื่องยนต์แรงกระตุ้นทำงานโดย "การระเบิด" ที่ต่อเนื่องกันของส่วนผสมของเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์
แรงกระตุ้นจากแรงขับ
ตามทฤษฎีแล้ว การออกแบบไม่ได้ซับซ้อนไปกว่าเครื่องยนต์จรวดแบบแรมเจ็ตหรือเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลว ประกอบด้วยห้องเผาไหม้และชุดหัวฉีด ตลอดจนวิธีการจ่ายเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ ในกรณีนี้ มีการกำหนดข้อจำกัดพิเศษเกี่ยวกับความแข็งแรงและความทนทานของโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะของการทำงานของเครื่องยนต์
ระหว่างการทำงาน หัวฉีดจะจ่ายเชื้อเพลิงไปยังห้องเผาไหม้ ตัวออกซิไดเซอร์มาจากบรรยากาศโดยใช้อุปกรณ์ดูดอากาศ หลังจากการก่อตัวของส่วนผสมจะเกิดการจุดระเบิด เนื่องจากการเลือกส่วนประกอบเชื้อเพลิงและสัดส่วนส่วนผสมที่ถูกต้อง วิธีการจุดระเบิดที่เหมาะสมที่สุดและการกำหนดค่าของห้องเพาะเลี้ยง จึงทำให้เกิดคลื่นกระแทกซึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางของหัวฉีดเครื่องยนต์ ระดับเทคโนโลยีในปัจจุบันทำให้สามารถรับความเร็วคลื่นสูงถึง 2.5-3 km / s ด้วยแรงขับที่เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกัน
IDD ใช้หลักการทำงานที่เร้าใจ ซึ่งหมายความว่าหลังจากการระเบิดและการปล่อยก๊าซปฏิกิริยา ห้องเผาไหม้จะถูกเป่าออก เติมส่วนผสมอีกครั้ง และ "การระเบิด" ใหม่จะตามมา เพื่อให้ได้แรงขับที่สูงและเสถียร วัฏจักรนี้จะต้องดำเนินการที่ความถี่สูง ตั้งแต่หมื่นถึงพันครั้งต่อวินาที
ความยากและข้อดี
ข้อได้เปรียบหลักของ IDD คือความเป็นไปได้ทางทฤษฎีในการได้รับคุณลักษณะที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งให้ความเหนือกว่าเครื่องยนต์ ramjet และเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่มีอยู่และในอนาคต ดังนั้นด้วยแรงขับแบบเดียวกัน มอเตอร์อิมพัลส์จึงมีขนาดกะทัดรัดและเบากว่า ดังนั้นจึงสามารถสร้างหน่วยที่ทรงพลังกว่าในมิติเดียวกันได้ นอกจากนี้ เครื่องยนต์ดังกล่าวยังออกแบบได้ง่ายกว่า เนื่องจากไม่ต้องการส่วนหนึ่งของเครื่องมือวัด
IDD ใช้งานได้หลากหลายความเร็วตั้งแต่ศูนย์ (ที่จุดเริ่มต้นของจรวด) ไปจนถึงความเร็วเหนือเสียง มันสามารถค้นหาการใช้งานในระบบจรวดและอวกาศและในการบิน - ในด้านพลเรือนและการทหาร ในทุกกรณี คุณลักษณะเฉพาะของมันทำให้สามารถรับข้อได้เปรียบบางอย่างเหนือระบบดั้งเดิมได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการ มันเป็นไปได้ที่จะสร้างจรวด IDD โดยใช้ตัวออกซิไดเซอร์จากถังหรือตัวทำปฏิกิริยาอากาศที่นำออกซิเจนจากชั้นบรรยากาศ
อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียและความยากลำบากที่สำคัญ ดังนั้นเพื่อที่จะควบคุมทิศทางใหม่ จำเป็นต้องทำการศึกษาและทดลองที่ค่อนข้างซับซ้อนที่หลากหลายที่จุดเชื่อมต่อของวิทยาศาสตร์และสาขาวิชาต่างๆ หลักการทำงานเฉพาะทำให้ความต้องการพิเศษในการออกแบบเครื่องยนต์และวัสดุของเครื่องยนต์ ราคาของแรงขับสูงจะเพิ่มภาระที่อาจสร้างความเสียหายหรือทำลายโครงสร้างเครื่องยนต์
ความท้าทายคือการทำให้แน่ใจว่ามีอัตราการจ่ายเชื้อเพลิงและสารออกซิแดนท์ที่สูง ซึ่งสอดคล้องกับความถี่ในการระเบิดที่ต้องการ ตลอดจนทำการล้างข้อมูลก่อนส่งเชื้อเพลิง นอกจากนี้ ปัญหาทางวิศวกรรมที่แยกจากกันคือการปล่อยคลื่นกระแทกในแต่ละรอบการทำงาน
ควรสังเกตว่าจนถึงปัจจุบัน IDD แม้จะมีความพยายามทั้งหมดของนักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบ แต่ก็ไม่พร้อมที่จะไปไกลกว่าห้องปฏิบัติการและไซต์ทดสอบ การออกแบบและเทคโนโลยีจำเป็นต้องมีการพัฒนาเพิ่มเติม ดังนั้นจึงยังไม่จำเป็นที่จะต้องพูดถึงการนำเอ็นจิ้นใหม่มาสู่การปฏิบัติ
ประวัติของเทคโนโลยี
เป็นเรื่องแปลกที่หลักการของเครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลซิ่งไม่ได้ถูกเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์เป็นครั้งแรก แต่โดยนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่น เรือดำน้ำ "Pioneer" จากนวนิยายของ G. Adamov "The Mystery of Two Oceans" ใช้ IDD ในส่วนผสมของก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจน ความคิดที่คล้ายคลึงกันในงานศิลปะอื่นๆ
การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในหัวข้อของเครื่องยนต์ระเบิดเริ่มขึ้นในเวลาต่อมาในวัยสี่สิบและผู้บุกเบิกทิศทางคือนักวิทยาศาสตร์โซเวียต ในอนาคต ในประเทศต่างๆ มีการพยายามสร้าง IDD ที่มีประสบการณ์ซ้ำแล้วซ้ำเล่า แต่ความสำเร็จของพวกเขาถูกจำกัดด้วยการขาดเทคโนโลยีและวัสดุที่จำเป็นอย่างจริงจัง
เมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2551 หน่วยงาน DARPA ของกระทรวงกลาโหมสหรัฐและห้องปฏิบัติการกองทัพอากาศได้เริ่มทดสอบห้องปฏิบัติการการบินแห่งแรกด้วย IDD ประเภทการหายใจด้วยอากาศ เครื่องยนต์เดิมได้รับการติดตั้งบนเครื่องบิน Long-EZ ที่ได้รับการดัดแปลงจาก Scale Composites โรงไฟฟ้าประกอบด้วยห้องเผาไหม้แบบท่อสี่ห้องซึ่งมีการจ่ายเชื้อเพลิงเหลวและช่องรับอากาศจากบรรยากาศ ที่ความถี่การระเบิด 80 Hz แรงขับประมาณ 90 กก. ซึ่งเพียงพอสำหรับเครื่องบินเบาเท่านั้น
การทดสอบเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมขั้นพื้นฐานของ IDD สำหรับการใช้งานในการบิน และยังแสดงให้เห็นถึงความจำเป็นในการปรับปรุงการออกแบบและเพิ่มคุณลักษณะ ในปี 2551 เดียวกัน เครื่องบินต้นแบบถูกส่งไปยังพิพิธภัณฑ์ และ DARPA และองค์กรที่เกี่ยวข้องยังคงทำงานต่อไป มีรายงานเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการใช้ IDD ในระบบขีปนาวุธที่มีแนวโน้มว่าจะเป็นเช่นนั้น แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่ได้รับการพัฒนา
ในประเทศของเรา เรื่อง IDD ได้รับการศึกษาในระดับทฤษฎีและการปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น ในปี 2560 บทความเกี่ยวกับการทดสอบเครื่องยนต์แรมเจ็ทระเบิดที่ทำงานด้วยแก๊สไฮโดรเจนปรากฏอยู่ในวารสาร Combustion and Explosion นอกจากนี้ งานยังคงดำเนินต่อไปในเครื่องยนต์จุดระเบิดแบบหมุน มอเตอร์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวซึ่งเหมาะสำหรับใช้กับขีปนาวุธ ได้รับการพัฒนาและทดสอบแล้ว กำลังศึกษาปัญหาการใช้เทคโนโลยีดังกล่าวในเครื่องยนต์อากาศยาน ในกรณีนี้ ห้องเผาไหม้จุดระเบิดจะรวมเข้ากับเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท
มุมมองเทคโนโลยี
เอ็นจิ้นการระเบิดเป็นที่สนใจอย่างมากจากมุมมองของการใช้งานในสาขาและสาขาต่างๆ เนื่องจากคุณสมบัติหลักที่เพิ่มขึ้นที่คาดไว้ อย่างน้อย พวกเขาสามารถบีบระบบของคลาสที่มีอยู่ออกอย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนของการพัฒนาภาคทฤษฎีและภาคปฏิบัติยังไม่เอื้ออำนวยให้นำไปใช้ในทางปฏิบัติได้
อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้สังเกตเห็นแนวโน้มในเชิงบวก เครื่องยนต์ระเบิดโดยทั่วไปรวมถึง ชีพจรปรากฏขึ้นมากขึ้นในข่าวจากห้องปฏิบัติการ การพัฒนาทิศทางนี้ยังคงดำเนินต่อไปและในอนาคตจะสามารถให้ผลลัพธ์ที่ต้องการได้แม้ว่าระยะเวลาของการปรากฏตัวของตัวอย่างที่มีแนวโน้ม แต่ลักษณะและขอบเขตของการใช้งานยังคงเป็นปัญหาอยู่ อย่างไรก็ตาม ข้อความในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาทำให้เรามองอนาคตในแง่ดี