Компания Venus Aerospace показала первый демонстрационный полёт беспилотника с ракетным ротационным детонационным двигателем (RDRE). Испытания прошли в феврале 2024 года. Ранее компания показала возможность длительной работы фирменного RDRE на стенде, что важно для создания гиперзвукового самолёта или космоплана.

Источник изображений: Venus Aerospace

Беспилотный аппарат в виде крылатой ракеты массой 140 кг и длиной 2,4 м был сброшен с самолёта на высоте 3700 м. На двигателе на перекиси водорода беспилотник развил скорость 0,9 Маха и пролетел 16,1 км. Сообщается, что двигатель работал на 80 % тяги, поэтому задача преодолеть отметку 1 Маха не ставилась. Разгон до скорости свыше 1 Маха будет осуществлён в последующие пуски с включением ракетного ротационного детонационного двигателя, который в этот раз просто присутствовал на борту беспилотника.

«Использование платформы воздушного запуска и конфигурации "крылатая ракета" позволяет нам дёшево и быстро провести минимальные испытания нашего RDRE в качестве гиперзвукового двигателя, — сказал технический директор и соучредитель компании Эндрю Дугглби (Andrew Duggleby). — Команда отработала профессионально и располагает огромным количеством данных для привязки и настройки [системы] для следующего полёта».

Ракетный ротационный детонационный двигатель имеет ряд преимущество перед традиционными двигателями на химическом топливе. Условно он представляет собой два помещённых друг в друга цилиндра. Топливо впрыскивается в простенок между ними и воспламеняется — это может быть как непрерывный режим горения, так и импульсный (в России с 2012 года разрабатывают импульсный RDRE). В простенке после воспламенения возникает «огненный торнадо» — ударный фронт взрывной волны, что за счёт ограниченного пространства создаёт больше направленной энергии. Также двигатель RDRE будет проще в обслуживании и сможет экономить до 15 % топлива.

Рендер будущего космоплана

В перспективе компания Venus Aerospace рассчитывает создать гиперзвуковой космоплан или самолёт, который сможет разгоняться до скорости 9 Маха и доставлять пассажиров в любую точку Земли всего за час или около того. Но это точно случится не завтра и не послезавтра. А пока можно посмотреть на видео, как летает макет беспилотника с перспективным пока двигателем.

Несмотря на широкое распространение и надёжность ракетных двигателей на жидком и твёрдом топливе, в будущее их не пригласят. Потенциальной заменой двигателям на химическом топливе могут стать ротационные детонационные ракетные двигатели (Rotating detonation rocket engine — RDRE). Они обещают оказаться на 15 % экономичнее и будут надёжнее в эксплуатации. Но к этому ещё нужно прийти, а пока что такие двигатели проходят испытания.

Источник изображений: Venus Aerospace

На днях Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) сняло гриф секретности с процедуры испытания ротационного детонационного двигателя для ракет компании Venus Aerospace. Это позволило компании представить видео испытаний двигательной установки, в ходе которого была сделана заявка на достижение значимой вехи в разработке революционного двигателя.

По словам компании, её специалистам удалось добиться длительной работы двигателя, что подойдёт как для оснащения гиперзвуковой ракеты, так и гиперзвукового самолёта. Ранее подобным достижением хвалилось NASA. Создаваемый агентством ротационный детонационный двигатель смог проработать 4 мин. Этого хватит, например, чтобы посадить спускаемый модуль на Луну. Двигатель Venus Aerospace создаётся с прицелом на длительные перелёты в пределах Земли и для выхода аппаратов на орбиту. В таких условиях RDRE должен работать намного дольше и теперь, после испытаний, можно с уверенностью двигаться к этой цели, заявили в компании.

Впрочем, подробностей нет. Вероятно это секретная информация. Компания Venus Aerospace проектирует гиперзвуковой самолёт и разработка надёжного двигателя нужна ей как воздух. Ротационный детонационный ракетный двигатель грубо можно представить как два соосных цилиндра один в другом. Топливо впрыскивается в простенок между ними и поджигается. Создаётся взрыв и вихреобразное распространение ударной волны, что существенно повышает тягу и экономит топливо.

Прорывом Venus Aerospace стала разработка системы охлаждения двигателя, которая позволяет ему особенно длительную работу. Но компания находится лишь в начале пути. И не факт, что она его пройдёт — он слишком сложен и малоизучен.

NASA сообщило о проведении новых испытаний перспективного ракетного двигателя, построенного на принципах ротационной (вращающейся) детонации. Агрегат отработал 251 с и создал тягу до 2,63 тс (тонна-сила). Значительная часть деталей двигателя была напечатана на 3D-принтере, что обещает удешевить производство. Ротационные детонационные ракетные двигатели обещают стать эффективной заменой реактивным двигателям для полётов на Марс и дальше по Солнечной системе.

Источник изображения: NASA

В последние годы поступает достаточно много новостей о разработке детонационных двигателей. Впервые над ними всерьёз начали работать в СССР в разгар Холодной войны. До практического применения дело не дошло, а интерес к ним надолго угас. Сегодня космонавтике и гиперзвуковым летательным аппаратам нужны новые типы двигателей. Это требуется как для достижения нового уровня скоростей, так и для более экономного расходования топлива. Детонационное сгорание топлива переводит в энергию движения до 80 % энергии взрыва, тогда как обычное сгорание редко доходит по этому показателю до 30 %.

Первые огневые испытания детонационного ротационного двигателя нового поколения NASA провело летом 2022 года. Тогда прототип проработал на стенде в общем около 10 мин примерно по 1 мин на запуск. Максимальная тяга составляла 1,8 тс. Часть деталей было изготовлено методом аддитивного производства с порошковым напылением. Испытания проводились в Центре космических полётов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама.

В новом пресс-релизе агентства сказано, что этой осенью прошли новые испытания детонационного ротационного двигателя. Задача испытаний заключалась в проверке работы на повышенных мощностях. В NASA намерены продумать систему масштабирования камер сгорания ротационных детонационных ракетных двигателей для целого спектра работ от использования в ускорителях до посадочных модулей и космических кораблей. Повышенный КПД позволит брать с собой меньше топлива и больше полезной нагрузки.

Испытания прошли успешно. Двигатель работал больше 4 мин и создал тягу до 2,63 тс. Видеоотчёт работы прототипа прилагается.

В китайском рецензируемом журнале Propulsion Technology опубликована статья о проекте комбинированного детонационного ротационного двигателя для гиперзвуковых полётов. Согласно моделированию, двигатель сможет разгонять воздушное средство до скорости 16 Маха. Это самая смелая на сегодня заявка в сфере гиперзвуковых полётов, реализация которой может не задержаться.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

За последние годы Китай много говорит о разработке двигателей для гиперзвуковых полётов. Но это не только разговоры. Достаточно много становится известно о практических шагах. В сентябре этого года, например, в небо поднимался беспилотник с детонационным ротационным двигателем. Также сообщается о многочисленных испытаниях прототипов в аэродинамических трубах. Есть даже экзотические случаи, как гиперзвуковые двигатели на угле (на угольной пыли, точнее). Наверняка о многом не сообщается по соображениям секретности, но отрицать движение вперёд тоже нельзя. Новые разработки быстро доводят до прототипов и либо отбрасывают, либо продолжают доводить до ума.

Идея нового комбинированного детонационного ротационного двигателя заключается в том, что до достижения скорости 7 Маха двигатель работает на принципе создания вращающегося фронта волны детонирующего топлива. Такой двигатель способен работать в большом диапазоне мощностей и сможет поднять самолёт с взлётной полосы и также позволить приземлиться на полосу с малой дозвуковой скоростью.

На скорости выше 7 Маха скорость набегающего воздуха начинает мешать работе двигателя. Топливо перестаёт нагреваться, и детонация может сорваться. Китайские инженеры предложили добавить к задней части двигателя небольшой кольцевой блок с наклонной детонационной камерой. Тогда на скорости свыше 7 Маха вращательная детонация прекратится, и начнёт работать линейная и, фактически, прямоточная.

Источник изображения: Beijing Power Machinery Institute

Разработчики из Пекинского института энергетического машиностроения признают, что моменты перехода от одного вида детонации к другому остаются сложным процессом, когда двигатель может работать неустойчиво. По крайней мере, об этом говорит моделирование. Дальнейшая работа и испытания в аэродинамической трубе помогут добиться оптимальной конструкции рабочих камер и перейти к созданию масштабного прототипа.

Следует сказать, что примерно по такому же пути пошла американская компания GE Aerospace. Но она после стадии разгона на принципе вращательной детонации переходит на прямоточный ракетный реактивный двигатель. В этом есть плюсы и минусы. КПД топлива падает, и растёт его расход, хотя устойчивость перехода между режимами будет выше. Если китайцам получится совместить ротационный детонационный двигатель и линейный детонационный двигатель, то КПД такого двигателя во всех режимах полёта будет приближаться к 80 %.