США разработают прочный материал для ротационных детонационных двигателей
Команда инженеров из Университета Лихай в США получила грант на $2 млн для решения одной из главных проблем на пути к созданию нового класса ракетных двигателей. Ученые займутся разработкой материалов, способных выдержать экстремальные условия внутри ротационного детонационного двигателя. Такие двигатели обещают быть мощнее, экономичнее и компактнее обычных ракетных двигателей.
Классический химический ракетный двигатель работает на основе экзотермической реакции между горючим и окислителем. В результате выделяется тепло, которое нагревает продукты сгорания (газы). Последние истекают из сопла, создавая тягу. Сам процесс горения происходит при дозвуковой скорости и иногда называется «дефларгацией».
Дефлаграцию можно заменить на детонацию, когда по газообразной смеси распространяется ударная волна, инициирующая химические реакции горения. Этот процесс несколько более эффективен с точки зрения расхода топлива на единицу тяги, а двигатель называется импульсным детонационным. Он пока находится в стадии разработки.
Ротационный детонационный двигатель (RDE) использует самоподдерживающиеся ударные волны для создания тяги. Он создает тягу за счет непрерывной детонационной волны, которая циркулирует внутри кольцевой камеры сгорания, распространяется в азимутальном направлении и движется со сверхзвуковой скоростью. Процесс высвобождает гораздо больше энергии, чем дефларгация. Использование такого быстрого ударного фронта позволит создавать более компактные и мощные двигатели. Специалисты считают, что такие двигатели могут применяться на ракетах-носителях.
В США испытали ротационный детонационный ракетный двигатель
Главная сложность заключается в том, что экстремальные температуры и давление, которые создает вращающаяся детонационная волна, разрушают существующие материалы. Текущие испытания показывают, что металлические компоненты выходят из строя всего через несколько циклов работы. Без новых сверхпрочных материалов вращающиеся детонационные двигатели не смогут выйти за пределы лабораторных прототипов.
Проектом руководит доцент Университета Лихай Наташа Вермаак. Она рассказала, что это возможность создать прорывные материалы, которые могут стимулировать развитие двигательных установок будущего. По ее словам, ротационные детонационные двигателю предлагают резкий рост характеристик, но только если удастся решить проблему материалов. В команду Вермаак также входят исследователи из Университета Карнеги-Меллона и Калифорнийского университета в Ирвайне. Они сотрудничают с Исследовательской лабораторией ВВС США и промышленными партнерами.
Ученые планируют использовать комплексный подход, который сочетает эксперименты, компьютерное моделирование и проектирование материалов с помощью искусственного интеллекта. Основное внимание будет уделено разработке высокоэффективных сплавов на основе меди. Важной частью проекта станет создание миниатюрного ротационного двигателя для испытаний, первой в своем роде тестовой платформы. Она позволит быстро проверять новые материалы в реалистичных условиях. На основе этих данных команда создаст специальные карты режимов, которые покажут, как разные сплавы реагируют на экстремальные циклические нагрузки.
Грант является частью программы Национального научного фонда США, которая поддерживает междисциплинарные проекты, объединяющие вычисления, науку о данных и эксперименты.
Самое популярное
