С точки зрения расхода топлива он проще и экономичнее.
С 1960-х годов инженеры по всему миру разрабатывали новый тип реактивного двигателя под названием "вращающийся детонационный двигатель" (ВДД). Однако все эти усилия ограничивались только экспериментами. Возможно, скоро ситуация изменится. GE Aerospace, один из крупнейших в мире производителей реактивных двигателей, недавно объявил о разработке рабочей версии. Ранее в этом году американское Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (Defence Advanced Research Projects Agency, DARPA) заключило контракт стоимостью 29 млн долларов с компанией Raytheon, входящей в состав другого крупного аэрокосмического концерна RTX, на разработку ВДД под названием Gambit.
Оба двигателя предназначены для ракет. Они позволят преодолеть ограничения по дальности и скорости полета, присущие современным двигательным установкам, а также ракетам и существующим типам реактивных двигателей. Однако если компаниям удастся заставить эти двигатели работать, ВДД могут в корне изменить авиацию, в том числе возродить сверхзвуковые полеты.
В двух словах, вращающийся детонационный двигатель "заменяет огонь контролируемым взрывом", — объясняет Карим Ахмед, эксперт по современным аэрокосмическим двигателям из Университета Центральной Флориды. С технической точки зрения это связано с тем, что реактивный двигатель основан на сгорании кислорода и топлива, что представляет собой реакцию с дозвуковой скоростью, которую ученые называют дефлаграцией. Для сравнения, детонация — это высокоэнергетический взрыв, происходящий на сверхзвуковой скорости. Как следствие, это более мощный и потенциально более эффективный способ создания тяги — силы, которая приводит самолет в движение.
В обычном реактивном двигателе используется множество движущихся частей (см. схему). Вращающиеся лопасти втягивают воздух и сжимают его, а затем поджигают вместе с топливом в камере сгорания, в результате чего образуются быстро расширяющиеся горячие газы, выбрасываемые из аппарата. Выходя, газы приводят в движение турбину, которая поддерживает весь процесс. Принцип работы двигателя ВДД проще. Воздух, поступающий спереди, нагнетается в полое пространство между двумя концентрическими цилиндрами. Когда топливо подается в эту зону, оно смешивается с кислородом и детонирует, создавая вращающуюся сверхзвуковую волну, которая по спирали огибает зазор и выходит из задней части аппарата. Как только этот процесс запущен, далее он поддерживается самостоятельно.
Некоторые производные реактивных двигателей, такие как прямоточные воздушно-реактивные двигатели и пульсирующие воздушно-реактивные двигатели, также работают без компрессоров и турбин, но они работают по-другому и имеют свои недостатки. Будучи простым и компактным, двигатель ВДД окажется дешевле в производстве и экономичнее в расходе топлива, что позволит ракетам летать дальше и быстрее, в пять раз превышая скорость звука (5 Махов, или примерно 6 125 км/ч). Версия GE предназначена для использования с прямоточным воздушно-реактивным двигателем для ускорения гиперзвуковых ракет, которые летят быстрее 5 Махов.
Долгое время инженерам не хватало инструментов для создания ВДД. Все изменилось с развитием компьютерного моделирования, появлением новых сплавов, способных выдерживать экстремальные температуры, и аддитивных технологий, известных как 3D-печать. В 2020 году профессор Ахмед и его коллеги создали экспериментальную версию ракеты для запуска космических миссий.
Вероятно, для приведения летательного аппарата в движение при взлете потребуется помощь, пока в двигатель не поступит достаточно воздуха для начала детонации. Однако уже есть такой опыт c гибридным двигателем. Lockheed sr-71 Blackbird, высотный американский самолет-шпион, на котором совершались полеты во время холодной войны, оснащался парой обычных реактивных двигателей. Он достигал сверхзвуковых скоростей так, как это делают большинство реактивных самолетов, — с помощью форсажа. Это означает, что в выпускные трубы двигателей подается топливо для создания дополнительной тяги. На скорости около 2 Махов часть воздуха, поступающего в переднюю часть двигателей, сразу подавалась в заднюю часть для сжигания в форсажных камерах, разгоняя Blackbird до скорости более 3 Махов. Определенно должна существовать схема, позволяющая встраивать вращающийся детонационный двигатель в обычный летательный аппарат.
Такой двигатель потреблял бы меньше топлива, чем форсажная камера, однако он, вероятно, создает так же много шума. Для военных это не столь большая проблема, но для гражданской авиации — вполне. Поэтому Concorde, первый и единственный в мире коммерческий сверхзвуковой авиалайнер, обходился дорого и на многих маршрутах запрещалось его использовать из-за слишком высокого уровня шума. После того как в 2003 году Concorde, который мог летать со скоростью чуть больше 2 Махов, был снят с рейсов, различные группы исследовали возможность создания его замены. Фирма Boom, базирующаяся в Колорадо, готовится в ближайшее время провести летные испытания небольшого прототипа. В случае успеха компания создаст 80-местный самолет под названием Overture, способный развивать скорость 1,7 Маха. Компания Boom утверждает, что сможет сделать такой самолет более экономичным и тихим, чем Concorde, используя обычные реактивные самолеты со специально разработанными впускными и выпускными соплами, которые позволяют избежать необходимости использования форсажных камер.
Рокот двигателя
С помощью современных технологий проектирования можно немного снизить уровень шума. А вот с гулом, сопровождающим полет самолетов, летящих со скоростью выше скорости звука, дело обстоит иначе. Исследователи считают, что и его можно уменьшить, но заглушить полностью — вряд ли. Инженеры считают, что, изменив фюзеляж и крылья самолета, они смогут уменьшить интенсивность воздействия звукового сигнала на землю. Исследования в этой области помогут определить, будут ли будущие сверхзвуковые пассажирские самолеты, подобно Concorde, совершать полеты со скоростью выше скорости звука только над океанами.
Авиация во многом обязана военным технологиям, но их передача может занять много времени. Реактивные двигатели впервые появились в 1940-х годах на истребителях, но только в конце 1950-х годов они начали массово заменять винтовые авиалайнеры. Так что пассажирам, надеющимся сократить перелет из Нью-Йорка в Лондон с семи до чуть более часа с дозвуковой скоростью, придется ждать десятилетие или даже больше.
Источник: @thebugged
