- إنضم
- 15/1/19
- المشاركات
- 64,396
- التفاعلات
- 182,313
في العام الماضي ، كشفت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة ( DARPA ) بهدوء عن برنامج صاروخي جديد عالي السرعة high-speed missile program يسمى جامبيت.
ويهدف البرنامج إلى الاستفادة من طريقة دفع جديدة يمكن أن يكون لها آثار بعيدة المدى ليس فقط من حيث تطوير الأسلحة ، ولكن للطائرات عالية السرعة و حتى في كيفية السفن الحربية للبحرية التي تعمل بالطاقة.
يمكن لنظام الدفع هذا propulsion system المعروف باسم محرك التفجير الدوار rotating detonation engine أو ( RDE ) ، أن يكون أخف من المحركات النفاثة الحالية مع توفير دفعة كبيرة في خرج الطاقة والنطاق وكفاءة الوقود،
صاروخ جامبيت Gambit missile هو مجرد واحد من عدد من البرامج التي تركز مجددًا على تقنية RDE ، على الرغم من أن هذه الأنظمة تمكنت في معظمها من التحليق تحت رادار وسائل الإعلام أي باستثناء محرر أسبوع الطيران وتكنولوجيا الفضاء ستيف تريمبل , الذي غطى هذه التطورات الأخيرة بإسهاب.
كان Trimble لطيفًا بما يكفي لمناقشة هذا العمل معنا حيث سعينا لفهم أفضل لكيفية صفقة كبيرة يمكن أن تكون هذه التكنولوجيا،
قد لا تكون محركات التفجير الدوارة شائعة في المناقشة اليوم ، ولكن وسط استمرار سباق التسلح الذي تفوق سرعته سرعة الصوت وتركيز أمريكا المتجدد على ردع القراصنة القريبين ، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تساعد في تعويض عدد من المزايا التكتيكية والاستراتيجية التي قدمها خصوم أمريكا في أماكن مثل أوروبا والمحيط الهادئ…
نوع جديد من نظام الدفع
كانت محركات التفجير الدوارة موضوعًا للنظرية والجدال لعقود ، لكنها لم تتخطى بعد الحاجز بين النظرية والتطبيق العملي،من الناحية النظرية ، يعد محرك التفجير الدوار بأن يكون أكثر كفاءة من المحركات النفاثة التقليدية و من المحتمل أن يوفر تطبيقات الصواريخ دفعة خطيرة في النطاق والسرعة، قد يعني ذلك أيضًا إرسال أسلحة أصغر قادرة على تحقيق نفس السرعات والنطاقات مثل صواريخ اليوم.
في تطبيقات الطائرات مثل المقاتلات النفاثة ، يمكن لمحركات التفجير الدوارة أن تقدم فوائد مماثلة للصواريخ من حيث المدى والسرعة ، مع تقليل متطلبات الصيانة و يعتمد المقاتلون ، على وجه الخصوص ، على ما بعد الحرق ، الذي يعمل بشكل فعال على وقود خرطوم الحريق في تيار عادم المحرك لمزيد من الدفع ، والذي يمكنك تخيله ، يستنفد بسرعة مخازن الوقود ويقلل من نطاق المقاتلات و من المحتمل أن تسمح RDEs بزيادة مماثلة في الدفع مع تخفيض حرق الوقود بشكل كبير،
ولكن حيث يمكن أن تكون هذه التكنولوجيا هي الأكثر فائدة في تشغيل السفن السطحية غير النووية المستقبلية للبحرية ، مما يوفر زيادة في إنتاج الطاقة ، المدى, والسرعة مع تأثير مفيد للغاية على أرباح ميزانية البحرية.
قوة التفجير THE POWER OF DETONATION
يعود المفهوم الكامن وراء محركات تفجير الدوران إلى الخمسينات، في الولايات المتحدة ، آرثر نيكولز ، أستاذ فخري في هندسة الطيران من جامعة ميشيغان , كان من بين أول من حاول تطوير تصميم RDE ،في بعض النواحي ، يعد محرك التفجير الدوار امتدادًا للمفهوم الكامن محركات تفجير النبض ( PDEs ) ، والتي هي في حد ذاتها امتداد لـ نبضات و قد يبدو هذا مربكًا (وربما هو كذلك) ، لكننا سنكسرها.محركات Pulsejet العمل عن طريق خلط الهواء والوقود داخل غرفة الاحتراق ثم إشعال الخليط لإطلاق النار من فوهة في نبضات سريعة, بدلاً من الاحتراق المستمر كما قد تجد في المحركات النفاثة الأخرى.
في محركات النفاثة ، كما هو الحال في جميع محركات الاحتراق تقريبًا ، يسمى إشعال وحرق خليط الهواء / تفريغ الوقود , مما يعني في الأساس تسخين مادة حتى تحترق بسرعة ، ولكن في دون سرعة الصوت،نبض تفجير يعمل المحرك بشكل مشابه ، ولكن بدلاً من الاستفادة من التفريغ ، فإنه يستخدم تفجير، على المستوى الأساسي ، يبدو التفجير كثيرًا كما يبدو: انفجار.
بينما يتحدث التفريغ عن الاشتعال والحرق دون سرعة الصوت لمزيج الهواء / الوقود ، فإن التفجير أسرع من الصوت و عندما يتم خلط الهواء والوقود في محرك تفجير النبض ، يتم إشعالهما ، مما يؤدي إلى اشتعال كما هو الحال في أي محرك احتراق آخر ومع ذلك ، داخل أنبوب العادم الأطول ، تضغط موجة الضغط القوية الوقود غير المحترق قبل الاشتعال, تسخينه فوق درجة حرارة الاشتعال في ما يعرف بانتقال التفريغ إلى التفجير deflagration-to-detonation transition أو ( DDT ) وبعبارة أخرى ، بدلاً من حرق الوقود بسرعة ، يفجر, إنتاج المزيد من الدفع من نفس كمية الوقود ؛ انفجار ، بدلاً من حرق سريع.
لا تزال الانفجارات تحدث في النفاثة ، كما هو الحال في pulsejet ، ولكن محرك تفجير النبض قادر على دفع المركبة إلى سرعات أعلى ، يعتقد أنها حول ماخ 5 و نظرًا لأن التفجير يطلق طاقة أكثر من التفريغ ، فإن محركات التفجير أكثر كفاءة و تنتج المزيد من الدفع بوقود أقل ، مما يسمح بأحمال أخف ونطاقات أكبر.
تنتقل موجة صدمة التفجير هذه بشكل أسرع بكثير من موجة الخفقان التي تستفيد منها المحركات النفاثة اليوم ، كما أوضح تريمبل: ما يصل إلى 2000 متر في الثانية ( 4،475 ميل في الساعة ) مقارنة بـ 10 أمتار في الثانية من الحرق.
في مايو 2008 ، مختبر أبحاث القوات الجوية صنع التاريخ من خلال بناء أول طائرة تعمل بتفجير النبض في العالم ، باستخدام طائرة Scaled Composites تسمى Long-EZ و تمكنت الطائرة الغير العادية من سرعة أعلى من 120 ميلاً في الساعة خلال رحلتها التجريبية ، مع طيار الاختبار بيت سيبولد في القمرة ، ووصل إلى ارتفاعات تتراوح بين 60 و 100 قدم.
قيمت القوات الجوية في ذلك الوقت أن التحسينات على محرك pulse detonation engines أو PDE الخاص بها يمكن أن تدفع في نهاية المطاف الطائرات إلى سرعات تتجاوز ماخ 4 و أعلى إذا تم دمجها مع أنظمة الدفع المتقدمة الأخرى مثل scramjets.
يمكن أن يكون محرك تفجير الدوران أكثر فعالية ، لكن العديد من الأوساط الأكاديمية والهندسية تساءلوا عما إذا كان يمكن بناء مثل هذا المحرك بالفعل أي حتى وقت قريب.
الكشف عن محرك التفجير الدوار ROTATION DETONATION ENGINE EMERGES
ينقل محرك التفجير الدوار مفهوم pulse detonation engines أو PDE إلى المستوى التالي ، بدلاً من أن تنتقل موجة التفجير خارج الجزء الخلفي من الطائرة كدفع ، فإنها تنتقل حول قناة دائرية داخل المحرك نفسه ،تتم إضافة الوقود والأكسدة إلى القناة من خلال ثقوب صغيرة ، ثم يتم ضربها وإشعالها بواسطة موجة التفجير التي تدور بسرعة والنتيجة هي محرك ينتج الدفع المستمر ، بدلاً من الدفع في النبضات ، مع الاستمرار في تقديم الكفاءة المحسنة لمحرك التفجير ، تحتوي العديد من محركات تفجير الدوران على أكثر من موجة تفجير تدور حول الغرفة في نفس الوقت.كما يوضح تريمبل ، يرى RDEs الضغط زيادة أثناء التفجير ، في حين ترى المحركات النفاثة التقليدية فقدان الضغط الكلي أثناء الاحتراق ونتيجة لذلك ، توفر RDEs كفاءة أكبر في الواقع ، محركات التفجير الدوارة هي أكثر فعالة من محركات تفجير النبض ، والتي تحتاج إلى تطهير غرفة الاحتراق وإعادة تعبئتها لكل نبضة.
في عام 2020 ، نجح فريق من جامعة سنترال فلوريدا ، يعمل مع برنامج محرك دوار التفجير في مختبر أبحاث القوات الجوية Detonation Rocket Engine Program at the Air Force Research Laboratory ثم بناء وإختبار أول RDE يعمل في العالم استمر في إطلاق النار حتى تم قطع وقوده ، مما يثبت بشكل فعال أن المفهوم ممكن و نجح جهاز اختبار النحاس مقاس 3 بوصات الذي طوره الفريق في إنتاج 200 رطل من الدفع في ظروف المختبر.
منذ ذلك الحين ، حذت العديد من البرامج الأخرى حذوها ، مع شركة تصنيع المحركات الشهيرة برات وويتني من بين أولئك الذين يقودون المشروع.
جيل جديد من الأسلحة عالية السرعة طويلة المدى
في 18 يوليو 2022 ، أصدرت DARPA إشعار خاص حول برنامج Gambit Missile الجديد ، الذي أعلن “ للمقترح ” للشركات للحصول على مزيد من المعلومات حول الجهد وأهدافه و ضمن الإشعار ، تضمنت DARPA وصفًا للبرنامج وأهدافه ، بالإضافة إلى الجدول الزمني المتوقع ، من البداية إلى اختبار الطيران.سيتم تنفيذ البرنامج على مرحلتين لمدة 18 شهرًا الأول يستلزم المنافسين إكمال تصميماتهم الأولية مع بعض الاختبارات المحدودة ، في حين أن الثاني سينهي التصميمات ويتوج في اختبارات الطيران واسعة النطاق لنظام RDE.
في حين أن الإصدار يقدم تفاصيل ضئيلة عن الأهداف الشاملة لـ Gambit ، فإن بعض المفاهيم داخل نقطة الإعلان تضع تحديات محددة يجد جهاز الدفاع الأمريكي نفسه يواجهها حاليًا و يمكن أن تتعلق الإشارة إلى استخدام Gambit في بيئة “ ضد الوصول / إنكار المنطقة anti-access/area denial أو ( A2AD ) ” بأي مكان تتجمع فيه القوات الأمريكية ضد خصم عسكري ، ولكن هناك بيئة واحدة من هذا القبيل كانت محور جهود الدفاع المتعددة في السنوات الأخيرة: فقاعة إنكار المنطقة area denial bubble extending التي تزيد عن 1000 ميل وتمتد من الشواطئ الصينية بفضل مجموعة متزايدة من أنظمة الأسلحة المضادة للسفن
المقاتلات الأمريكية القائمة على حاملات الطائرات مثال ، F-35C و F / A-18 Super Hornet ، لكل منهم نصف قطر قتالي أقل من 650 ميلاً ، مما يعني الاضطرار إلى الإبحار فوق حاملات الطائرات في طريق محفوف بالمخاطر لإطلاق طلعات قتالية بدون ذخائر بعيدة المدى.
من الواضح أن الولايات المتحدة لديها القدرة على إرسال صواريخ تطلق من الجو بمدى كبير ، ولكن الأمر ليس بهذه البساطة مثل تركيب صاروخ ضخم تحت جناح Super Hornet ، كما يشير Trimble ، حجم هذه الأسلحة مهم للغاية ، وهذا هو السبب في أن محركات RDE ، بكفاءتها المحسنة وكتلتها الأصغر ، يمكن أن تكون مغيرًا للعبة.
وفقًا لمختبر أبحاث القوات الجوية ، يمكن لتقنية RDE أن تجعل الأسلحة عالية السرعة أكثر بأسعار معقولة, وهو أمر مهم بشكل خاص بعد تحليل حديث لوزارة الدفاع أشار إلى أن الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت ( Mach 5 + ) قيد التطوير للقوات الجوية قد تكلف 106 مليون كل صاروخ.
ووفقًا لقائمة الجهود التي يدعمها برنامج تحديث الحوسبة عالية الأداء في البنتاغون في عام 2022 ، بدأ مختبر أبحاث القوات الجوية في تطوير ثلاثة أسلحة أو نماذج على الأقل من RDE.
يهدف المرء إلى إرسال صاروخ تفجير دوار يعمل بالوقود السائل liquid fueled rotating detonation scramjet والذي سيشغل صاروخ جو-أرضair-to-surface missile يمكن حمله داخليًا بواسطة مقاتلات من الجيل الخامس وسيستفيد الآخر من الوقود الصلب solid fuel لصاروخ جو-جو air-to-air missile ، ويهدف جهد ثالث إلى تطوير مركبة لاختبار الطيران على الأرض.
يمكن أن تؤدي تقنية RDE في نهاية المطاف أيضًا إلى أسلحة أصغر تقدم نفس النطاق والسرعة مثل صواريخ اليوم, السماح للطائرات الشبحية مثل F-35 بحمل المزيد من الذخائر داخل خلجان الأسلحة الداخلية وبالمثل ، يمكن للصواريخ من نفس الحجم مثل اليوم أن تطير بشكل أسرع ، والتي لها فوائد بعيدة المدى في كل من العمليات جو - جو وجو - أرض.
محركات التفجير الدوارة يمكن أن تحارب حتى في حروب البحرية
من بين البرامج الموجهة للأسلحة التي يتم تطويرها من قبل مختبر أبحاث القوات الجوية عبر نظام محركات RDE يمكن أن تقدم للمقاتلين الأمريكيين دفعة كبيرة في النطاق والسرعة: واحدة يمكن استخدامها بدلاً من احتراق المقاتلات.
يجمع الموقد اللاحق بشكل فعال بين الأكسجين المتبقي الذي يترك المحرك النفاث مع المزيد من الوقود عن طريق رش الوقود مباشرة في تدفق العادم ، وغني عن القول أن هذه الطريقة لزيادة الدفع تتسبب في خسائر فادحة في مخازن الوقود بالطائرة ، مما يجبر الطيارين على الاختيار بين السرعة والمدى أو الوقت الضئيل.
يمكن أن يوفر الموقد اللاحق لمحرك تفجير الدوران زيادة في الدفع مع الاستفادة من الكفاءة المتأصلة في التصميم ، مما يوفر نفس المكاسب لتقليل استهلاك الوقود.
على المدى الطويل ، يمكن أن تجد RDEs التي تتنفس الهواء طريقها إلى جسم الطائرة كوسيلة أساسية للدفع ولكن ليست كل التطبيقات المحتملة لـ RDEs هي مخصصة للقتال الجوي قد يكون أحد أكثر الواعدين في البحر.
في حين أن حاملات الطائرات والغواصات التابعة للبحرية مشهورة بالطاقة النووية ، فإن بقية الأسطول لا يزال يعمل على وقود الديزل البحري F-76 الجيد من الطراز القديم ويقدر ب 86 مليون برميل منه في عام 2016 وحده، لذلك قد يكون من المفاجئ أن البحرية كانت مهتمة للغاية بهذا النهج في الدفع عالي الكفاءة في الواقع ، قدمت البحرية براءة اختراع خاصة بها لمحرك تفجير دوار “ في 1982.
وفقًا للبحرية في عام 2012 ، يمكن لمحركات تفجير الدوار زيادة قوة دفع السفينة الحربية بنسبة 10٪ وتقليل استهلاك الوقود بنسبة 25٪ ، مما يمنحها المزيد من السرعة و نطاق الوقود المنفق في عام 2012 ، كان هذا النوع من التحسن المتوقع لتحقيق وفورات من 300 إلى 400 مليون دولار في السنة, وهو ما يعادل 387 مليون دولار إلى 516 مليون دولار عند تعديله إلى دولارات اليوم.
الحقيقة هي أن محركات تفجير الدوار Rotation Detonation Engine يمكن أن تساعد المقاتلين على التحليق أكثر ، والصواريخ تطير بشكل أسرع ، والسفن تبحر لفترة أطول ، وحتى إطلاق الصواريخ يصبح أرخص و لا توجد أماكن كثيرة في جهاز الدفاع الأمريكي لا يمكن لهذه التقنية بعيدة المدى الاستفادة منها.
