Китайский детонационный двигатель разгонит самолёты до 20 000 км/ч на обычном керосине (2 фото)
Рассчитывая удовлетворить в будущем спрос на гиперзвуковые полёты, китайские учёные создали первый в мире детонационный двигатель, работающий на обычном авиационном керосине. Испытания прототипа в аэродинамической трубе подтвердили потенциальную способность двигателя разгонять самолёт до 20 000 км/ч или до скорости 16 Маха.
Разработанный в Китае ротационный детонационный двигатель (RDE) был модернизирован до конструкции двигателя с косой стоячей волной (ODEW, Oblique Detonation Engine). Около четырёх лет назад подобный двигатель был создан в США — в Университете Центральной Флориды. Американская разработка показала перспективность подхода, обеспечив непрерывную работу двигателя в аэродинамической камере в течение 3 секунд. Топливом служила смесь водорода и кислорода.
Китайские учёные сделали шаг вперёд, продемонстрировав возможность работы двигателя ODEW на обычном керосине. Это безопаснее, проще и надёжнее, что может стать прорывом в области гиперзвуковых двигателей и расширить возможности воздушных и космических путешествий.
В ходе серии экспериментов в аэродинамической трубе JF-12 в Пекине, известной как «Гипердракон», которая имитирует условия полёта на большой скорости на высотах более 40 км, исследователи из Китайской академии наук (CAS) достигли режимов устойчивых косых детонационных волн, используя реактивное топливо RP-3 — обычный коммерческий керосин.
Результаты, опубликованные в китайском журнале Journal of Experiments in Fluid Mechanics, свидетельствуют о том, что скорость сгорания в прототипе ODEW была в 1000 раз выше, чем в традиционных воздушно-реактивных двигателях. Двигатель устойчиво работал на скоростях в диапазоне от 6 до 16 Махов, на которых обычные воздушно-реактивные двигатели работают с перебоями.
Из-за ограничений аэродинамической трубы китайский двигатель ODEW поддерживал непрерывную работу всего 50 мс, что эквивалентно примерно 150 метрам полёта на скорости 9 Маха. Однако этого времени оказалось достаточно, чтобы исследователи смогли получить полную картину процесса зажигания двигателя и самоподдерживающейся ударной волны. Особенностью разработки стали 5-мм выступы на внутренней стороне детонационной камеры, создававшие усиливающий эффект — они служили своеобразными точками для самоподдерживающейся детонации топлива.
По словам разработчиков, камера сгорания нового двигателя на 85 % короче, чем у прямоточного реактивного двигателя, что позволяет значительно снизить вес самолёта и увеличить дальность полёта. На протяжении десятилетий гиперзвуковые двигатели работали на водороде или этилене, и хотя это топливо быстро воспламеняется, его хранение требует особых условий. С другой стороны, керосин RP-3, обладая более высокой плотностью энергии и удобством в логистике, имеет длительные задержки зажигания, что затрудняет запуск двигателя в полёте. Разработчики обошли это ограничение, впрыскивая в камеру сгорания предварительно сжатую и нагретую топливовоздушную смесь.
Представленный проект является частью амбициозного плана Китая по созданию к 2030 году самолёта, который сможет долететь до любой точки мира за час. Например, от Шанхая до Лос-Анджелеса — всего за полчаса. Эта технология также может позволить многоразовым космическим самолётам выполнять полёты в атмосфере и на орбите. На скорости 16 Маха потребуется сравнительно небольшой ракетный ускоритель, чтобы космоплан смог самостоятельно выйти на орбиту. Впрочем, технологических трудностей ещё много, но учёные обещают начать испытания прототипов в полёте уже до конца текущего года.