Неділя, 28 Квітня, 2024

Новий тип реактивного двигуна може відродити надзвукові авіаперельоти

Не завжди технологічні можливості людства йдуть вперед – доводить історія пасажирської авіації. Ще двадцять років назад пасажири літали між континентами швидше звуку, а сьогодні на цих маршрутах вони летять десятки годин, бо “повзуть” із дозвуковою швидкістю. Конкорди вже давно не літають через свою дорожнечу і інженери увесь цей час шукають дешевші способи надзвукових польотів. GE Aerospace, один із найбільших у світі виробників реактивних двигунів, нещодавно оголосив про розробку робочої версії обертового детонаційного двигуна під назвою Gambit. Якщо компаніям вдасться реалізувати його, двигуни цього типу можуть відігравати набагато ширшу роль в авіації, включаючи можливість сприяння відродженню надзвукових авіаперельотів.
Коротко кажучи, обертовий детонаційний двигун (RDE) замінює повільне плавне горіння контрольованим вибухом, пояснює Карім Ахмед, експерт із передових аерокосмічних двигунів з Університету Центральної Флориди. Горіння, тобто окислення киснем палива, є дозвуковою реакцією і потребує повільного протікання повітря. Для порівняння, детонація — це вибух високої енергії, який відбувається на надзвукових швидкостях. У результаті це більш потужний і потенційно ефективніший спосіб створення сили, яка рухає літак вперед.
Звичайний реактивний двигун використовує багато рухомих частин (див. схему). Обертові лопаті втягують повітря та стискають його перед тим, як запалити паливом у камері згоряння, утворюючи гарячі гази, які швидко розширюються, що вириваються із задньої частини. Коли гази виходять, вони рухають турбіну, яка підтримує весь процес.

 

Двигун типу RDE простіше. Повітря, що надходить спереду, витісняється в порожнистий простір між двома концентричними циліндрами. Коли паливо закачується в цю зону, воно змішується з киснем у повітрі та детонує, створюючи обертову надзвукову ударну хвилю, яка обертається навколо щілини та виходить із задньої частини. Після початку детонація самопідтримується.

Деякі похідні реактивні двигуни, такі як прямоточні та імпульсні реактивні двигуни, також працюють без компресорів і турбін, але вони працюють інакше та мають обмеження. Будучи простим і компактним, RDE буде дешевим у виготовленні та ефективним, дозволяючи ракетам літати далі та швидше, у п’ять разів перевищуючи швидкість звуку (5 Махів, або приблизно 6125 км/год). Версія двигуна від GE призначена для використання з прямотоковим реактивним двигуном для прискорення гіперзвукових ракет, швидкість яких перевищує 5 Махів.

Довгий час інженерам не вистачало інструментів для створення RDE. Це змінилося з прогресом у комп’ютерному моделюванні, новими сплавами, які можуть протистояти екстремальним температурам, і адитивним виробництвом, відомим як 3D-друк. У 2020 році доктор Ахмед і його колеги створили експериментальну версію ракети для запуску космічних місій.

Для забезпечення живлення літака RDE, ймовірно, потребуватиме допомоги під час зльоту, доки в двигун не надійде достатньо повітря для початку детонації. Однак існує прецедент того, як це можна зробити за допомогою гібридного двигуна. Lockheed SR-71 Blackbird, висотний американський літак-розвідник, який літав під час холодної війни, оснащувався парою звичайних реактивних двигунів. Він міг би досягати надзвукової швидкості, як це роблять більшість швидких реактивних літаків, запалюючи форсажні камери. Це передбачає закачування палива у вихлопи двигунів для створення додаткової тяги.

Приблизно на швидкості 2 Маха частина повітря, що надходить у передню частину двигунів, направлялася прямо в задню частину для згоряння у форсажних камерах, що підштовхувало Blackbird до швидкості понад 3 Маха. Має бути якась схема, яка включає RDE у звичайний реактивний літак.

RDE споживає менше палива, ніж форсаж, але може бути таким же шумним. Це не обов’язково велика проблема для військових, але це стосується цивільного використання.

Тому «Конкорд», перший і єдиний у світі комерційний надзвуковий авіалайнер, був дорогим в експлуатації, і йому було заборонено літати на багатьох маршрутах через те, що він надто шумний.

Оскільки Конкорд (Concorde), який міг літати зі швидкістю трохи більше ніж 2 Маха, був виведений з експлуатації в 2003 році, різні групи розглядали можливість створення заміни. Boom, фірма з Колорадо, готується незабаром випробувати невеликий прототип. У разі успіху фірма побудує 80-місний літак під назвою Overture, здатний розвивати швидкість 1,7 Маха. Boom стверджує, що зможе зробити це економніше та тихіше, ніж Concorde, використовуючи звичайні форсунки зі спеціально розробленими впускними та випускними форсунками, які уникають необхідності допалювання.

RDE також можна трохи послабити за допомогою сучасних методів проектування. Але мати справу з неминучим звуковим гуркотом, який тягнеться за літаком, що летить швидше за швидкість звуку, це інша справа. Дослідники вважають, що це також можна зменшити, але не повністю приглушити. Змінивши фюзеляж і крила літака, інженери вважають, що вони можуть зменшити вплив вибухової звукової хвилі на землю. Така робота допоможе визначити, чи будуть майбутні надзвукові пасажирські літаки, такі як Concorde, обмежені польотами вище швидкості звуку лише над океанами.

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Коментуйте, будь-ласка!
Будь ласка введіть ваше ім'я

Євген
Євген
Євген пише для TechToday з 2012 року. Інженер за освітою. Захоплюється реставрацією старих автомобілів.

Vodafone

Залишайтеся з нами

10,052Фанитак
1,445Послідовникислідувати
105Абонентипідписуватися