Dabartinėje kosmoso tyrinėjimo eroje žaidimo pavadinimas yra „ekonomiškas“. Sumažindamos su individualiais paleidimais susijusias išlaidas, kosmoso agentūros ir privačios aviacijos ir kosmoso kompanijos (dar žinomos kaip „NewSpace“) užtikrina didesnę prieigą prie kosmoso. Kalbant apie paleidimo kaštus, didžiausia vienintelė sąskaita yra raketinio kuro išlaidos. Paprasčiau tariant, išsilaisvinimas iš Žemės gravitacijos reikalauja daug raketų kuro!
Norėdami tai išspręsti, Vašingtono universiteto tyrėjai neseniai sukūrė matematinį modelį, apibūdinantį naujo paleidimo mechanizmo veikimą: besisukantį detonacijos variklį (RDE). Ši lengva konstrukcija pasižymi didesniu degalų naudojimo efektyvumu ir yra mažiau sudėtinga. Tačiau tai yra gana nemažas kompromisas, kad jie yra pernelyg nenuspėjami, kad būtų pradėti naudoti dabar.
Neseniai žurnale pasirodė tyrimas, apibūdinantis jų tyrimą („Užfiksuotos režimo besisukančios detonacijos bangos: eksperimentai ir modelio lygtis“). Fizinė apžvalga E. Tyrimo grupei vadovavo Jamesas Kochas, UW aeronautikos ir astronautikos doktorantas, ir tyrime dalyvavo Mitsuru Kurosaka ir Carl Knowlen, abu UW aeronautikos ir astronautikos profesoriai; ir J. Nathanas Kutzas, UW taikomosios matematikos profesorius.
Įprastame raketiniame variklyje raketinis kuras sudeginamas uždegimo kameroje, o paskui per purkštukus išleidžiamas atgal, kad būtų sukurta trauka. Kaip Kochas aiškino „UW News“ laidoje, RDE viskas veikia skirtingai.
„Besisukantis detonacijos variklis, atsižvelgiant į tai, kaip jis degina raketinį kurą, atsižvelgia kitaip. Jis pagamintas iš koncentrinių cilindrų. Propelentas tarp cilindrų teka propelentu, o užsidegus greitam šilumos išsiskyrimui susidaro smūgio banga, stiprus dujų impulsas, turintis žymiai aukštesnį slėgį ir temperatūrą, judančią greičiau nei garso greitis.
Tai išskiria RDE iš įprastų variklių, kuriems reikalinga daug mašinų, kad degimo reakcija būtų nukreipta ir valdoma taip, kad ją būtų galima paversti pagreičiu. Tačiau RDE atveju uždegimo sukelta smūgio banga sukuria trauka natūraliai ir nereikia papildomų variklio dalių.
Tačiau, kaip nurodo Kochas, besisukančio detonavimo variklio laukas vis dar yra pradinėje stadijoje ir inžinieriai vis dar nėra tikri, ką jie sugeba. Todėl jis ir jo kolegos nusprendė išbandyti koncepciją, kurią sudarė turimų duomenų išdėstymas nauja redakcija ir modelių formavimas. Pirmiausia jie sukūrė eksperimentinį RDE (parodyta žemiau), kuris leido jiems valdyti skirtingus parametrus (pvz., Tarpo tarp cilindrų dydį).
Tada jie greitaeigiu fotoaparatu užfiksavo degimo procesus (kurie kiekvieną kartą užtrukdavo tik 0,5 sekundės). Kamera užfiksavo kiekvieną uždegimą 240 000 kadrų per sekundę greičiu, o tai leido komandai stebėti reakcijas, vykstančias sulėtintai. Kaip paaiškino Kochas, jis ir jo kolegos nustatė, kad variklis iš tikrųjų veikė gerai.
Šis degimo procesas pažodžiui yra detonacija - sprogimas, tačiau už šio pradinio paleidimo etapo matome keletą stabilių degimo impulsų, kurie ir toliau sunaudoja turimą raketinį kurą. Tai sukuria aukštą slėgį ir temperatūrą, kuri dideliu greičiu išstumia variklio galinę dalį, o tai gali sukelti trauką.
Tada tyrėjai sukūrė matematinį modelį, kad būtų galima imituoti tai, ką jie pastebėjo atlikdami savo eksperimentą. Šis pirmasis tokio tipo modelis leido komandai pirmą kartą nustatyti, ar RDE bus stabilus. Ir nors šis modelis dar nėra parengtas naudoti kitiems inžinieriams, jis galėtų leisti kitoms tyrimų komandoms įvertinti, kaip gerai konkretūs RDE veiks.
Kaip minėta, variklio konstrukcija turi neigiamos pusės, tai yra jo nenuspėjamas pobūdis. Viena vertus, dėl degimo sukeltų smūgių natūraliai smūgiai susispaudžia degimo kameroje ir atsiranda trauka. Kita vertus, kartą prasidėję detonacijos yra žiaurios ir nekontroliuojamos - tai yra visiškai nepriimtina, kai kalbama apie raketas.
Bet, kaip paaiškino Kochas, šis tyrimas buvo sėkmingas tuo, kad buvo patikrinta šio variklio konstrukcija ir kiekybiškai įvertinta jo elgsena. Tai yra geras pirmas žingsnis ir galėtų padėti paruošti kelią realiam RDE plėtojimui ir įgyvendinimui.
„Mano tikslas čia buvo vien tik atkurti matomų impulsų elgesį - įsitikinti, kad modelio išvestis yra panaši į mūsų eksperimentinius rezultatus“, - sakė Kochas. „Aš išsiaiškinau, kokia yra fizika ir kaip jos sąveikauja. Dabar galiu paimti tai, ką padariau čia, ir padaryti tai kiekybiškai. Iš ten galime kalbėti apie tai, kaip patobulinti variklį. “
Kocho ir jo kolegos tyrimai buvo įmanomi gavus finansavimą iš JAV oro pajėgų Mokslinių tyrimų tarnybos ir Karinių jūrų pajėgų tyrimų tarnybos. Nors dar per anksti pasakyti, šio tyrimo pasekmės gali būti plataus masto, todėl raketinius variklius bus lengviau gaminti ir jie bus ekonomiškesni. Viskas, ko reikia, yra įsitikinti, kad pati variklio konstrukcija yra saugi ir patikima.
