Kỹ sư Nga phát minh "tuyệt chiêu khuấy cà phê" cho động cơ tên lửa: Đòn quyết định cho lực đẩy thế hệ mới

Techinsider ngày 23/10 cho biết, hai kỹ sư tại Viện Hàng không Moscow (Nga) vừa được cấp bằng sáng chế cho phát minh vòi phun động cơ tên lửa lỏng (LRE) cải tiến, mở ra khả năng cải thiện hiệu suất động cơ tên lửa; đồng thời giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường.

Điểm đột phá từ hai kỹ sư Nga: Hóa giải "điểm nghẽn" khí thải của động cơ tên lửa

Thông thường, luồng khí thải từ động cơ tên lửa mang theo một lượng nhiên liệu chưa cháy đáng kể, gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng về hiệu suất, môi trường và độ an toàn. Nhiên liệu dư thoát ra ngoài tạo thành muội than và khí độc trong tầng bình lưu, gây phá hủy tầng ozone và đe dọa sinh thái vùng phóng.

Ngoài ra, nhiên liệu chưa cháy khi tiếp xúc với oxy bên ngoài dễ gây đốt cháy thứ cấp, làm tăng nhiệt độ đột ngột, gây biến dạng vòi phun, đóng cặn và đe dọa độ an toàn cũng như tuổi thọ động cơ.

Kỹ sư của Viện Hàng không Moscow đã hóa giải "điểm nghẽn" của ngành tên lửa này với kênh dẫn nhiên liệu hình xoắn ốc.

Thiết kế mới này làm tăng độ nhiễu loạn dòng chảy và cho phép đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn hơn.

Nguyên lý hoạt động: Các kim phun thông thường tạo xoáy cho dòng nhiên liệu bằng các rãnh xuyên tâm - hình dạng của chúng cố định và không thể tạo thêm nhiễu loạn thông qua xoáy không gian.

Thiết kế của Viện Hàng không Moscow sử dụng bề mặt kênh Joachimsthal (một dạng mặt hình học phức tạp quen thuộc trong toán học và thiết kế kỹ thuật): Mặt cắt ngang của nó liên tục quay quanh trục dọc khi nhiên liệu chảy qua. Tương tác với bề mặt xuyên tâm hình xoắn ốc, dòng chảy tạo thành các xoáy ổn định và trở nên rất nhiễu loạn.

Kết quả: Các tác giả đã tiến hành phân tích so sánh giữa giải pháp cũ và giải pháp mới, và đi đến kết luận rằng sự thay đổi thiết kế sẽ làm tăng động năng nhiễu loạn lên 1,5–2 lần, đảm bảo quá trình đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn. Hơn nữa, bản thân kim phun có thể được chế tạo bằng nhiều phương pháp có độ chính xác cao.

Phát minh vòi phun động cơ tên lửa lỏng (LRE) cải tiến của Viện Hàng không Moscow đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ hàng không vũ trụ, mang lại lợi ích to lớn trên cả hai phương diện nhiên liệu và môi trường.

Về mặt nhiên liệu , cơ chế cải tiến giúp tối ưu hóa quá trình trộn và đảm bảo nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn.

Điều này gia tăng đáng kể hiệu suất năng lượng, tối đa hóa lực đẩy trên mỗi đơn vị khối lượng nhiên liệu tiêu thụ, từ đó giúp tiết kiệm chi phí vận hành và mở rộng tầm bay hoặc tải trọng cho các tàu vũ trụ.

Về mặt môi trường, việc nâng cao hiệu suất đốt triệt tiêu tối đa lượng nhiên liệu dư thừa bị rò rỉ hoặc xả thải ra khí quyển. Động cơ giảm thiểu đáng kể các khí thải độc hại và muội than tích tụ trong tầng bình lưu, hạn chế tác động tiêu cực đến lớp ozone cũng như giảm lượng rác thải hóa học rơi xuống bề mặt Trái Đất.

Sự kết hợp giữa tối ưu hóa năng lượng và bảo vệ môi trường đã đưa phát minh này trở thành giải pháp xanh , bền vững cho ngành không gian tương lai.

Tham khảo: Tech Insider, Science