Trong ngành chế tạo tên lửa, mỗi gram trọng lượng tiết kiệm được đều vô cùng quý giá. Nhận thức rõ điều này, các kỹ sư thuộc Viện thiết kế Hóa chất - Tự động (KBKhA) Nga đã đưa ra một giải pháp kỹ thuật cực kỳ táo bạo khi biến chính loa phụt tên lửa thành bộ trao đổi nhiệt cho hệ thống tăng áp bình nhiên liệu, mở ra bước tiến mới trong việc tối ưu hóa khối lượng động cơ.
Phát minh độc đáo này được nhà nước bảo hộ, được Viện Sở hữu Công nghiệp Liên bang (FIPS) cấp bằng sáng chế .
Hình ảnh minh họa do AI thực hiện.
Thông thường, các động cơ tên lửa đẩy lỏng phải gánh thêm hàng loạt thiết bị phụ trợ cồng kềnh như bộ trao đổi nhiệt riêng biệt, bộ trộn và hệ thống đường ống phức tạp chỉ để làm nóng khí tạo áp lực đẩy nhiên liệu vào buồng đốt.
Để loại bỏ bớt phần "đồ nghề" nặng nề này, các nhà thiết kế Nga đã nghĩ ra cách tận dụng ngay lượng nhiệt khổng lồ tỏa ra từ loa phụt.
Bằng cách khắc thêm các kênh dẫn khí phụ ngay trên thành trong thuộc phần siêu thanh của loa phụt - nằm xen kẽ giữa các kênh làm mát bằng nhiên liệu vốn có - đội ngũ kỹ sư đã tạo ra một mạch trao đổi nhiệt trực tiếp.
Khí heli dùng để tăng áp sẽ qua một bộ thu đầu vào, chạy qua các kênh này để hấp thụ nhiệt cực nhanh từ thành loa phụt nóng rực, trước khi hội tụ ở bộ thu đầu ra và xả thẳng vào các bình nhiên liệu.
Cách bố trí này thông minh ở chỗ nó vừa làm nhiệm vụ tạo áp, vừa giúp làm mát ngược lại cho thành loa phụt.
Trong tính toán thiết kế cho một động cơ chạy bằng oxy và khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) với áp suất buồng đốt 180 kgf/cm², khi khí heli lưu thông, nhiệt độ tối đa của thành trong loa phụt giảm xuống còn 671 K (khoảng 398°C).
Và ngay cả khi không có heli chạy qua, hệ thống vẫn duy trì ở mức an toàn là 744 K (khoảng 471°C).
Việc tích hợp "hai trong một" này cho phép loại bỏ hoàn toàn các thiết bị phụ trợ rườm rà, giúp cụm động cơ gọn nhẹ hơn đáng kể và tối ưu hiệu suất toàn hệ thống.
Dù các chỉ số khối lượng cắt giảm cụ thể cũng như kết quả thử nghiệm thực tế chưa được KBKhA công bố chi tiết, ý tưởng biến thành loa phụt thành bộ trao đổi nhiệt đã khẳng định tư duy cơ khí đầy đột phá của các kỹ sư Nga.
Tham khảo: FT
