Технологический прогресс в Китае продолжает развиваться быстрыми темпами, охватывая все отрасли, включая аэрокосмическую. Недавно группа исследователей представила концепцию инновационного сверхзвукового двигателя — детонационного двигателя с роторным компрессором (Ram-Rotor Detonation Engine, RRDE). Этот двигатель сочетает в себе роторный детонационный двигатель и роторный компрессор, вдохновленный принципом работы рам-ротора, и способен обеспечивать постоянную тягу на экстремальных скоростях. По словам ученых, этот двигатель решает существующие проблемы роторных детонационных двигателей и может ускорить развитие сверхзвуковых полетов и других аэрокосмических приложений.
На протяжении десятилетий инженеры-аэронавты изучают детонационные двигатели, которые известны своими преимуществами в обеспечении высокого давления. С 1950-х годов разрабатывались различные модели, включая двигатели с обlique-детонацией, пульсирующей детонацией и роторной детонацией. Однако широкое внедрение этих технологий сдерживает несколько проблем, среди которых неспособность генерировать стабильную тягу и поддерживать постоянное давление.
Исследователи из Университета Цинхуа в Пекине предложили решение этих проблем. Под руководством доктора Хаочена Вэна и профессора Бинга Вана была разработана новая модель двигателя — Ram-Rotor.
Как работает двигатель RRDE?
Двигатель RRDE сочетает в себе два типа тяговых систем: роторную детонацию и роторный компрессор, основанный на принципе работы рам-ротора. Детонация представляет собой процесс сверхзвукового горения, при котором возникают ударные волны, питаемые энергией, высвобождаемой в результате химической реакции. Роторный компрессор же использует быстрое движение воздуха, который сжимается перед смешиванием с топливом. Смесь затем воспламеняется под воздействием ударных волн, создаваемых роторной детонацией.
Цикл работы двигателя состоит из нескольких этапов: сначала воздух сжимается, затем смешивается с топливом, воспламеняется и, наконец, сгоревшие газы расширяются, создавая стабильную тягу. Такой процесс обеспечивает стабильность детонационных волн даже на высоких скоростях.
По словам исследователей, RRDE представляет собой настоящий прорыв в области двигательных установок. Он компактный и эффективный, включает роторный компрессор со спиральными лопастями, размещенный в неподвижном корпусе. Между лопастями расположен канал переменного сечения, который позволяет сжимать воздушно-топливную смесь в оптимальных условиях для запуска детонации, независимо от входящего потока воздуха.
«Основная цель разработки — улучшение конструкции роторно-детонационных двигателей», — отметил Вэнь в пресс-релизе, добавив, что концепция также была вдохновлена роторным компрессором.
Испытания и результаты
Чтобы оценить потенциал RRDE, команда провела испытания с водородно-воздушной топливной смесью. Результаты показали значительное увеличение пропульсивного давления, которое в три раза превысило первоначальное значение. Моделирование подтвердило стабильность горения при начальных скоростях до 4,2 Маха. «Наше исследование в основном подтверждает эксплуатационные преимущества и практическую осуществимость RRDE», — пояснил Вэнь.
Эти результаты открывают перспективы для создания более мощных и стабильных сверхзвуковых двигателей, что, в свою очередь, может значительно ускорить развитие аэрокосмических технологий в будущем.