Motoren für unbemannte Luftfahrzeuge, warum sollten sie es sein?
In der heutigen angespannten globalen Situation ist es nicht schwer, den groß angelegten Einsatz unbemannter Kampfflugzeuge zu beobachten, insbesondere den Einsatz vonunbemannte Luftfahrzeuge(UAVs) in der Kriegsführung. UAVs wurden in Konflikten wie dem Russland-Ukraine-Konflikt, dem Israel-Palästina-Konflikt und der Krise am Roten Meer in großem Umfang als Hauptkampfwaffe eingesetzt. Daher wird die Weiterentwicklung der UAV-Ausrüstung zu einem Schlüsselfaktor für die Erlangung der Initiative in der Kriegsführung. Das amerikanische Unternehmen Wave Engine schlägt den Einsatz von Pulse Air Jet Engines (PUVRD) für UAVs vor. Was sind die Vorteile von Pulsluftstrahltriebwerken? Und welche Entwicklungs- und Anwendungsperspektiven haben sie?
Die Geschichte der Pulsstrahltriebwerke lässt sich bis in die Anfänge der Luftfahrtforschung zurückverfolgen. Basierend auf dem Prinzip der Schuberzeugung durch Verbrennung begannen frühe Wissenschaftler mit der Erzeugung von Schub durch periodische Verbrennung und legten damit den Grundstein für die Entwicklung von Impulsstrahltriebwerken. Impulsstrahltriebwerke bestehen im Wesentlichen aus zwei Teilen: dem Kompressor und dem Strahlgerät. Zunächst gelangt Luft über den Kompressor in den Motor, der die Luft komprimiert und in den Brennraum einspritzt. Im Brennraum wird Kraftstoff eingespritzt und mit der verdichteten Luft vermischt. Die Mischung wird dann gezündet, wodurch ein Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck entsteht. Schließlich beginnt das Strahlgerät zu arbeiten und stößt das Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck aus, um Schub zu erzeugen. Der gesamte Prozess ist zyklisch, und durch die kontinuierliche Wiederholung dieses Zyklus können Impulsstrahltriebwerke kontinuierlich Schub erzeugen und Flugzeuge wie UAVs zum Fliegen antreiben. Diese einzigartige Form eines Strahltriebwerks hat nach und nach Aufmerksamkeit erregt und bietet eine neue Antriebsoption für Flugzeuge. Mit dem technologischen Fortschritt wurde das Design von Impulsstrahltriebwerken schrittweise verbessert und optimiert. Während des Zweiten Weltkriegs führte Nazi-Deutschland umfangreiche Forschungen und Anwendungen von Pulsstrahltriebwerken durch, um seine Raketentechnologie voranzutreiben. Sie trieben mit diesen Triebwerken V-1-Raketen an und bombardierten erfolgreich London. Die einzigartige Struktur von Pulsstrahltriebwerken bringt erhebliche Vorteile mit sich, die gut mit UAVs kompatibel sind. Erstens haben Pulsstrahltriebwerke einen einfachen und kompakten Aufbau, wodurch sie sich hervorragend für kleine UAVs eignen. UAVs erfordern in der Regel leichte und effiziente Antriebssysteme, und Impulsstrahltriebwerke erfüllen diese Anforderungen, indem sie das Gesamtgewicht und -volumen der UAVs reduzieren und dadurch ihre Manövrierfähigkeit und Flexibilität verbessern. Zweitens verfügen Pulsstrahltriebwerke über eine hohe Verbrennungseffizienz, was bedeutet, dass sie bei gleichem Treibstoffverbrauch längere Flugzeiten und höhere Fluggeschwindigkeiten ermöglichen können. Dies ist besonders wichtig für UAVs, insbesondere in Szenarien, die lange Hochgeschwindigkeitsflüge oder komplexe Missionen erfordern. Darüber hinaus kann die Arbeitsfrequenz von Impulsstrahltriebwerken durch das Design angepasst werden, was eine präzise Steuerung des UAV-Schubs ermöglicht. Diese präzise Schubsteuerung trägt dazu bei, die Flugstabilität und Manövrierfähigkeit des UAV zu verbessern, sodass es in komplexen Umgebungen und Aufgaben hervorragende Leistungen erbringen kann. Obwohl Pulsstrahltriebwerke in manchen Situationen erheblichen Lärm erzeugen können, kann dieses Lärmproblem bei UAV-Anwendungen durch technische Mittel bis zu einem gewissen Grad gemildert werden. Durch die Optimierung des Triebwerksdesigns, den Einsatz von Lärmminderungstechniken oder die Anpassung von Flughöhe und -geschwindigkeit können beispielsweise die Auswirkungen des von UAVs während der Missionsdurchführung erzeugten Lärms auf die Umgebung verringert werden. Anfang März begann das amerikanische Unternehmen Wave Engine mit dem Test eines UAVs, das mit einem Impulsstrahltriebwerk ausgestattet ist, dem Scitor-D, und veröffentlichte ein Testvideo. Nach offiziellen AngabenDas Impulsstrahltriebwerk von Wave Engine ist ein Triebwerkstyp, der mit Druckwellen und nicht mit rotierenden Maschinen arbeitet. Sein Funktionsprinzip besteht darin, durch intermittierende Verbrennung in einem Hohlrohr Druckwellen zu erzeugen, heißes Gas anzutreiben und Schub zu erzeugen. Dieses Triebwerk verfügt über Vorteile wie das Fehlen beweglicher Teile, eine hohe Strahlleistung und die Full Authority Digital Engine Control (FADEC) und bietet einen leistungsstarken Antrieb in einem kostengünstigen, effizienten Triebwerk.
Das UAV Scitor-D verfügt über einen schlanken Rumpf mit einer Spannweite von 3 bis 3,5 Metern, und das Impulsstrahltriebwerk ist mit einer festen Vorrichtung oben auf dem Rumpf montiert. Sein Schwanz hat die Form eines"H"um Störungen des normalen Motorbetriebs wirksam zu verhindern. Seine maximale Fluggeschwindigkeit kann 370 km/h erreichen. Allerdings sind die Flugreichweite und die Flugdauer des Scitor-D, der mit einem neuartigen Impulsstrahltriebwerk mit effizienter Stromversorgungsmethode ausgestattet ist, weiterhin unbekannt. Heute sind die Anwendungsaussichten dieses UAV sehr breit gefächert. Das Unternehmen hat einen Vertrag mit dem US Air Force Equipment Bureau unterzeichnet, um für die US Air Force entscheidende Technologien für die zukünftige Luftfahrt und den Luftkampf zu entwickeln. Sie nutzen diese Motorentechnologie bereits, um eine vielseitige luftgestützte Plattform (VALP) zu entwerfen und zu bauen, die hauptsächlich für verschiedene Aufgaben wie Täuschkörper eingesetzt wird. Dieses VALP, das die proprietäre Triebwerkstechnologie von Wave Engine nutzt, demonstriert das Potenzial leistungsstarker, kostengünstiger Antriebe in Hochleistungsflugzeugen der nächsten Generation.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es dem amerikanischen Unternehmen Wave Engine gelungen ist, die Kosten und die Komplexität des Strahlantriebs durch den Einsatz von Impulsstrahltriebwerken zu reduzieren und ihr erhebliches Potenzial als leistungsstarke, kostengünstige Antriebe unter Beweis zu stellen. Die Technologie und Produkte von Pulsstrahltriebwerken haben nicht nur breite Anwendungsaussichten im Militär- und UAV-Bereich, sondern könnten in Zukunft auch in der zivilen Luftfahrt und anderen Bereichen eine bedeutende Rolle spielen.
