Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Импульсный детонационный двигатель

Импульсный детонационный двигатель

Импульсный детонационный двигатель относится к воздушно-реактивным двигателям. Задачей полезной модели является повышение надежности работы детонационного двигателя. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в повышении длительности работы двигателя и возможности использовать компонентов топлива с различной вязкостью за счет введении в детонационный цикл работы двигателя продувки ДК и использования двухкомпонентной ультразвуковой форсунки. Поставленная задача достигается тем, что импульсный детонационный двигатель содержит детонационную камеру, выполненную в форме полузамкнутой полости, систему топливоподачи с ультразвуковой форсунки и инициатор. При этом дополнительно введен узел подвода воздуха, каналы которого направлены в зазор, образованный между полузамкнутой полостью детонационной камеры и полусферическим стаканом с осевым отверстием для подвода рабочей смеси и воздуха в детонационную камеру, расположенным в его вершине и с отверстиями для прохода воздуха, выполненными на его сферической поверхности, которые жестко соединены друг с другом скегами, при этом ультразвуковая форсунка выполнена двухкомпонентной. Работа импульсного детонационного двигателя может осуществляться автоматически и по командам системы управления. В первом случае он можем быть использован в качестве маршевого двигателя при малых скоростях полета летательного аппарата, а во втором — в качестве двигателя коррекции или управления. Предложенный импульсный детонационный двигатель может использовать компоненты топлива с различной вязкостью и не требует предварительного смешения компонентов топлива для получения рабочего тела. 1 илл.

Полезная модель относится к воздушно-реактивным двигателям.

Известны прямоточные воздушно-реактивные двигатели, которые могут обеспечить получение скоростей до М=4. 7. Например, «Пульсирующий гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель» по патенту РФ №2059852, 1996 г. Однако он включается в работу только после набора скорости полета летательным аппаратом в диапазоне числа М=3,5. 4.

Наиболее близким по принципу работы и по техническому устройству к заявленному устройству является «Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель детонационного горения» по свидетельству РФ на полезную модель №6838, 1998 г. Он состоит из детонационной камеры с топливоподающим каналом, отводящим насадком и инициатором. При запуске двигателя в полузамкнутую полость детонационной камеры одновременно подаются горючее и воздух. Горючее предварительно распыляется с помощью ультразвуковой форсунки. По мере заполнения полости детонационной камеры рабочей (топливно-воздушной) смесью от системы управления подается команда на инициатор, который создает детонационный импульс и детонирует рабочую смесь.

Недостатком данного устройства является его низкая надежность. Это объясняется тем, что для реализации очередного детонационного импульса необходимо, чтобы в детонационной камере была новая порция свежей рабочей смеси. При невыполнении этого требования рабочая смесь может воспламениться от соприкосновения с продуктами детонации и тогда двигатель не сможет работать как детонационный, а будет работать как реактивный или как ракетный. Единственным способом для устранения этого недостатка является продувка детонационной камеры после срабатывания каждого детонационного импульса с целью удаления из нее продуктов детонации. Опыт разработки детонационных двигателей показал, что стенки детонационной камеры за время срабатывания детонационных импульсов не успевают прогреться до температуры, достаточной для воспламенения рабочей смеси.

Задачей полезной модели является повышение надежности работы детонационного двигателя.

Технический результат, который может быть получен при использовании

полезной модели, заключается в повышении длительности работы двигателя и возможности использования компонентов топлива с различной вязкостью за счет введения в детонационный цикл работы двигателя продувки детонационной камеры и использования двухкомпонентной ультразвуковой форсунки.

Поставленная задача достигается тем, что импульсный детонационный двигатель содержит детонационную камеру, выполненную в форме полузамкнутой полости, систему топливоподачи с ультразвуковой форсунки и инициатор. При этом дополнительно введен узел подвода воздуха, каналы которого направлены в зазор, образованный между полузамкнутой полостью детонационной камеры и полусферическим стаканом с осевым отверстием для подвода рабочей смеси и воздуха в детонационную камеру, расположенным в его вершине и с отверстиями для прохода воздуха, выполненными на его сферической поверхности, которые жестко соединены друг с другом скегами, при этом ультразвуковая форсунка выполнена двухкомпонентной.

На рисунке изображен импульсный детонационный двигатель,

где:1 — детонационная камера;

2 — топливоподающие каналы;

3 — двухкомпонентная ультразвуковая форсунка;

4 — ультразвуковой преобразователь;

5 — отводящий насадок;

7 — полусферический стакан;

8 — центральное отверстие в стакане для подвода рабочей смеси и воздуха в детонационную камеру;

9 — отверстия в стакане для подвода воздуха в детонационную камеру;

11 — узел подвода воздуха;

12 — каналы в корпусе детонационной камеры.

На чертеже представлен импульсный воздушно-реактивный двигатель, который состоит из детонационной камеры I с топливоподающими каналами 2, двухкомпонентной ультразвуковой форсунки 3 с ультразвуковым преобразователем 4, отводящим насадком 5 и инициатором 6.

Детонационная камера I выполнена в виде полузамкнутой полости и предназначена для организации процесса импульсного детонационного преобразования

рабочей смеси, а ее топливоподающие каналы 2 — для подачи горючего и окислителя в полость детонационной камеры 1. Внутри детонационной камеры 1 расположен полусферический стакан 7 с центральным отверстием 8, расположенным в его вершине и предназначенным для подвода рабочей смеси в детонационную камеру 1 и с отверстиями 9, предназначенными для прохода воздуха и выполненными на его сферической поверхности. Детонационная камера 1 и полусферический стакан 7 жестко соединены друг с другом скегами 10. Подвод воздуха осуществляется через узел подвода 11.

Двухкомпонентная ультразвуковая форсунка 3 совместно с ультразвуковым преобразователем 4 предназначена для улучшения качества смешения компонентов топлива (окислитель и горючее) в газовой фазе, образования рабочей смеси и подачи ее в детонационную камеру 1. При этом тонкость и однородность распыла рабочей смеси улучшаются. Срез сопла форсунки выставляется таким образом, что это сечение соответствует точке с максимальной амплитудой ультразвуковых колебаний.

Читать еще:  Что такое световой двигатель

Отводящий насадок 5 предназначен для увеличения скорости потока продуктов детонации, а, следовательно, для создания дополнительной составляющей силы тяги и представляет собой полое тело вращения с формой внутренней поверхности в виде боковой поверхности усеченной пирамиды.

Инициатор 6 предназначен для выработки и подачи детонационного импульса во внутренний объем полузамкнутой полости детонационной камеры I.

Работает устройство следующим образом.

При запуске детонационного двигателя в полузамкнутую полость детонационной камеры 1 одновременно подаются компоненты топлива: горючее и окислитель.

Двухкомпонентная ультразвуковая форсунка 3 обеспечивает высокое качество смешения компонентов топлива в газовой фазе, образование рабочей смеси и подачи ее в детонационную камеру 1 через центральное отверстие 8 в полусферическом стакане 7. При этом срез сопла форсунки находится в точке с максимальной амплитудой.

По мере полного заполнения внутренней полости детонационной камеры рабочей смесью от системы управления подается команда на инициатор 6, который генерирует детонационную волну и направляет ее в детонационную камеру 1. В процессе ее перемещения происходит детонация рабочей смеси. Образовавшиеся детонационные волны взаимодействуют со стенками камеры 1. При этом основная

составляющая импульса силы тяги создается за счет взаимодействия детонационных волн с внутренней поверхностью детонационной камеры I, а дополнительная ее составляющая — за счет ускорения движения продуктов детонации в отводящем насадке 5.

Кроме того, детонационная волна кратковременно перекрывает подачу рабочей смеси из двухкомпонентной ультразвуковой форсунки 3 в детонационную камеру 1. С другой стороны, процесс истечения продуктов детонации сопровождается уменьшением давления в детонационной камере 1. По мере уменьшения этого давления до значения, равного давлению продувки, воздух из узла подвода воздуха 11 через каналы 12 поступает в зазор, образованный между детонационной камерой 1 и полусферическим стаканом 7. Далее воздух через отверстия 9 в полу сферическом стакане 7 поступает во внутренний объем детонационной камеры 1 и через насадок 5 истекает в окружающую среду. На этом первый детонационный цикл завершается и детонационная камера 1 подготавливается к очередному детонационному циклу.

При автоматическом режиме работы импульсного детонационного двигателя по мере дальнейшего уменьшения давления в детонационной камере 1 до значения, равного давлению подачи, двухкомпонентная ультразвуковая форсунки 3 открывается и вновь начинает работать. Новая порция свежей рабочей смеси поступает в детонационную камеру 1. По мере полного заполнения внутреннего объема детонационной камеры 1 рабочей смесью от системы управления подается команда на инициатор 6, который генерирует детонационную волну и направляет ее в детонационную камеру 1. Детонационный процесс продолжается вновь с частотой, определяемой объемом детонационной камеры 1 и суммарным секундным массовым расходом рабочей смеси.

Таким образом, работа импульсного детонационного двигателя может осуществляться как автоматически, так и по командам системы управления. В первом случае он можем быть использован в качестве маршевого двигателя при малых скоростях полета летательного аппарата, а во втором случае — в качестве двигателя коррекции или управления.

Предложенный импульсный детонационный двигатель может использовать компоненты топлива с различной вязкостью и не требует предварительного смешения компонентов топлива для получения рабочего тела.

Импульсный детонационный двигатель, содержащий детонационную камеру, выполненную в форме полузамкнутой полости, систему топливоподачи с ультразвуковой форсункой и инициатор, отличающийся тем, что дополнительно введен узел подвода воздуха, каналы которого направлены в зазор, образованный между полузамкнутой полостью детонационной камеры и полусферическим стаканом с осевым отверстием для подвода рабочей смеси и воздуха в детонационную камеру, расположенным в его вершине и с отверстиями для прохода воздуха, выполненными на его сферической поверхности, которые жестко соединены друг с другом скегами, при этом ультразвуковая форсунка выполнена двухкомпонентной.

Авиация: Русские обходят американцев на повороте

«Сатурн» испытал образец детонационного двигателя, аналог которого General Electric обещает показать 2019 году

Опытно-конструкторское бюро имени Люльки, входящее в состав научно-производственного объединения «Сатурн», презентовало на недавнем форуме «Армия-2017» прототип пульсирующего с частотой от 15 до 20 кГц детонационного двигателя, который разрабатывается под началом генерального конструктора-директора ОКБ Евгения Марчукова. Суммарно эта силовая установка проработала порядка 100 часов, причем в одном испытании — 10 минут. Это значительно больше, чем все известные зарубежные аналоги.

Речь идет о принципиальном улучшении по сравнению с традиционными воздушно-реактивными силовыми установками. Это значит, что в России появилась реальная перспектива создания самолетных двигателей с крейсерским сверхзвуковым режимом полета и способных вывести самолеты за пределы атмосферы, в том числе и перспективный МиГ-41.

О том, что в России активно ведутся такие работы, впервые стало известно еще в марте 2011 года со слов Ильи Федорова, тогда еще управляющего директора НПО «Сатурн». А через год после этого уже научно-исследовательская лаборатория ВМС США заявила о начале создания своего ротационного детонационного двигателя, который должен прийти на замену газотурбинных силовых установок на военных кораблях.

Что интересно, мировые СМИ, в том числе и российские либеральные издания, уже трубят о европейских корнях этого направления, мол, идея пульсирующей воздушно-реактивной струи принадлежит шведскому инженеру Мартину Вибергу, который еще в конце 19 века описал способ использования серии микровзрывов для движения.

Америка мобилизовали на борьбу с Су-35 ветеранов ВВС

В реальности концепцию детонационного двигателя с теми базовыми постулатами, который используются сегодня, описал в 1940 году советский физик Я. Б. Зельдович, опубликовавший статью «Об энергетическом использовании детонационного сгорания». Это, как говорится, к слову. По сути же важен не столько автор простейшего, в принципе, движка, сколько — сложнейшие инженерные решения и фундаментальные знания, которые позволят обуздать энергию высокочастотных взрывов газов или горючих смесей в интересах поступательного движения.

Читать еще:  Ваз 21124 16v троит двигатель

Дело в том, что именно сегодня возникла острая необходимость в принципиально новых силовых установках для авиации (и не только). К примеру, удельный расход топлива региональных и магистральных самолетов при крейсерских скоростях составляет 0.49−0.63 кг/ кгс ч (килограмм (топлива) на килограмм-силы (тяга) в час — авт.), но в классических газотурбинных двигателях (ГТД) осталось не так уж много резервов для улучшения этого показателя. То же самое можно сказать о турбинах для кораблей и электростанции.

С одной стороны, разработчики могут сколько угодно повышать давление в цикле и температуру газа перед турбиной, а также наращивать степень двухконтурности. С другой — за достигнутые очень небольшие улучшения придется платить неоправданно большую цену. Иначе нельзя будет обеспечить высокие стандарты надежности основных деталей и узлов. Проще говоря, снижение удельного расхода топлива на 1−2% приведет к удорожанию ГТД примерно на четверть и, самое неприятное, настолько же уменьшит его ресурс.

По этой причине КПД новейших газотурбинных двигателей фактически достиг своего потолка, несмотря на агрессивную саморекламу ведущих компаний. Так, эффективность компрессора ГТД уже добрый десяток лет держится на уровне 86−88%, а эффективность турбины — 88−90%, причем при проектных условиях. Эти показатели могут быть лучше только у идеального движка, работающего в простом цикле Брайтона/Джоуля вообще без каких-либо потерь, что невозможно.

И в самом деле, если же посмотреть на индикаторы развития авиационных программ ведущих корпораций и вывести за скобки прототипы и образцы новых силовых установок, становится ясно, что человечеству, с большой долей вероятности, долго придется летать на сегодняшних газотурбинных двигателях. Безусловно, их будут модернизировать, внедряя новые композиты и сплавы, и оснащая сверхточными датчиками и цифровыми системами контроля.

Ситуация может измениться лишь тогда, когда будут созданы и, главное, сертифицированы по международным стандартам авиационные силовые установки неклассической газотурбинной схемы: в первую очередь — движки с детонационным горением, а также — турбовинтовентиляторные двигатели с биротативными винтовентеляторами и с приводами нескольких вентиляторов. Когда это произойдет — только богу известно. Во всяком случае, ответственные разработчики призывают не торопиться с прогнозами.

В частности, Энтони Дин, сотрудник научно-исследовательского центра компании General Electric в Нискэйуне, что под Нью-Йорком, рассказал, что сейчас его корпорация сосредотачивает главные усилия для предупреждения нештатных ситуаций в турбинах. Также он сообщил о проекте детонационного движка, работающий (стабильно) прототип которого будет показан 2019 году — на 2 года позже образца ОКБ имени Люльки.

Что касается семейства разработанных ГТД, то они будут совершенствоваться компанией General Electric в соответствии с уже имеющими наработками.

«В нынешних газотурбинных движках вращающиеся лопасти подвергаются воздействию горящего газа, температура которого превышает на 500 градусов точки плавления используемых в сплавах металлов», напоминает Энтони Дин. Но все это мелочи по сравнению с ударной волной, которая распространяется в камере сгорания со сверхзвуковой скоростью — более 1 км/с и частотой 20 кГц. В таком режиме даже самый надежный стрелковый автомат не продержится тысячной доли секунды. Чтобы разрешить эту проблему, потребуются новые знания в фундаментальных науках.

По мнению представителя General Electric, пульсирующие детонационные двигатели не пригодны к использованию в качестве газогенераторов в газотурбинных установках, поскольку высокочастотные пульсации приведут к быстрому разрушению лопаток турбины. Впрочем, далеко не факт, что американцы делают ударение только на ротационных (спиновых) детонационных двигателях. В США вообще прекратились какие-либо научные публикации по этой тематике примерно три-четыре года назад, что свидетельствует о живом интересе Пентагона.

Комплекс ПВО/ПРО малой дальности поражает влет любую воздушную цель

Стоимость этих работ тоже засекречена, но заокеанские источники напоминают, что только на создание прототипа ГТД GE90 General Electric потратила $ 2 млрд. Учитывая, что детонационные двигатели базируются на новых принципах, то и денег на их разработку, наверняка, потребуется на порядок больше. Короче, это удел — экономических держав.

Сегодня над проблемой детонационных двигателей трудятся немецкая компания SIEMENS, французская SNECMA, американские General Electric и Pratt & Whitney и российский «Сатурн». По факту, в этой области продолжается начатая еще в 80-х годах прошлого века борьба за лидерство. Тогда на первом месте был СССР, потом в 90-е пришло время немцев, которых в «нулевых» подвинули американцы. И вот теперь Россия возвращается в число ведущих разработчиков новых авиационных двигателей.

Сегодня заокеанские разработчики бьются над тем, чтобы получить стабильно работающий прототип. В то же время испытанный ОКБ имени Люльки детонационный двигатель, повторим, успешно работает 10 минут. Кроме того, российские разработчики сообщили о положительных результатах по регулированию тяги. Таким образом, наши ученые и инженеры обошли американцев, что называется, на повороте. Однако до финиша еще далеко.

Читайте новости «Свободной Прессы» в Google.News и Яндекс.Новостях, а так же подписывайтесь на наши каналы в Яндекс.Дзен, Telegram и MediaMetrics.

Что нам стоит дома строить в зонах подтопления и вечной мерзлоты

Что такое SDR и куда приходить за деньгами?

Скоро чиновники скажут, что отбивные могут привести к слепоте «дорогих россиян» и стать причиной антикремлевских протестов

Журнал «Все о Космосе»

Испытания вращающегося детонационного двигателя (ВДД) в космосе прошли успешно

Credit: Nagoya University, JAXA

Первая в мире эксплуатация вращающегося детонационного двигателя (ВДД) в космосе после запуска на зондирующей ракете S-520-31 прошла успешно.

Вращающийся детонационный двигатель (ВДД) – разрабатываемый двигатель, использующий одну или несколько детонационных волн непрерывно распространяются по кольцевому каналу. При детонации продукты горения расширяются со сверхзвуковой скоростью, что теоретически на 25% более эффективно, чем обычное дефлаграционное сгорание. Более высокая эффективность двигателя может обеспечить значительную экономию топлива.

図:回転デトネーションエンジン(RDE)の宇宙空間での世界初の作動の瞬間。(Credit: Nagoya University, JAXA) pic.twitter.com/9V6pVGK0Zt

Система детонационного двигателя, разработанная в сотрудничестве с исследовательскими группами Национального университета Токай, Университета Нагоя, Университета Кэйо и Технологического института Мурорана, была установлена на ракете S-520-31 и успешно прошла демонстрацию технологии.

27 июля этого года в нашем журнале “Всё о Космосе” мы рассказали, что японское агентство аэрокосмических исследований провело успешные испытания метеорологической ракеты S-520-31 с новым двигателем. Место выведения- космодром Утиноура ( Uchinoura). Время старта- 20:30 UTC.

Запуск проведен с целью демонстрации “системы детонационного двигателя для исследования дальнего космоса”.

Двигатель ВДД проработал 6 секунд с тягой тяга 500 Н, импульсный детонационный двигатель ИДД проработал 2 секунды (×3 раза) нормально работали в космосе, были получены данные о давлении, температуре, вибрации, положении и ориентации.

Импульсный детонационный двигатель (ИДД; Пульсирующий детонационный двигатель, Pulse detonation engine, PDE) — тип двигателя, в котором горение смеси топлива и окислителя происходит путём детонации, а не дефлаграции, как в обычных двигателях. Такой двигатель является импульсным, так как после прохождения детонационной волны по камере сгорания требуется обновление топливно-окислительной смеси.

В дополнение к обычному сбору телеметрии мы попытались получить данные большой емкости (высококачественные изображения и т.д.). Во время плавания по морю мы получили данные GPS, переданные radio automatic theodolite sounder (RATS) по спутниковой связи, определили их местоположение в море. Собранные данные подтверждают , что детонационный двигатель отработал нормально.

Кроме того, спускаемая капсула с защитным тепловым экраном, которая использовалась для этого космического эксперимента, смогла продемонстрировать возможность возвращения нового образца после “приводнения”.

Ирина Дорошенко (Filipok)

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Детонационный двигатель — российская версия

Ученые Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) разрабатывают оригинальный детонационный двигатель с низкой стоимостью эксплуатации, повышенным КПД и низким уровнем расхода топлива.


Детонационный двигатель внутреннего сгорания

Идея такого двигателя сама по себе не нова, но многие исследователи, занимавшиеся в мире данной темой, так и не создали рабочую модель. Принципиальное отличие такого типа двигателей: вместо привычного сгорания топлива происходит его детонация (горение быстрее скорости звука), а сжатие топлива обеспечивается не поршнем, а именно ударной волной.

Проект в Санкт-Петербурге развивается уже почти 2 года, в основу его легли фундаментальные результаты основоположника отечественной школы ударных волн Владимира Ускова. Российские ученые говорят об определенном прогрессе в своей работе: «Мы поняли, что ударно-волновые структуры, которые используются в известных проектах детонационных двигателей, не оптимальны. Ударно-волновая структура должна создавать максимальное давление в камере сгорания. Но в любом существующем проекте она начинает свободно распространяться по объему камеры сгорания и, как любая термодинамическая система, стремится занять положение с наименьшим уровнем энергии. Это как раз обратно тому, что нам требуется от ракетного реактивного или газотурбинного двигателя.

Нам удалось выяснить, что оптимальные ударно-волновые структуры существуют, мы выделили классы этих систем и создали макет газотурбинной установки для проведения экспериментов».

Осенью 2015 года работы в России вышли на этап создания опытного образца, имитирующего работу детонационного двигателя: пока вместо турбины и компрессора используются массогабаритные аналоги. Уже в 2016 году будут завершены все эксперименты, и будет принято решение о возможности постройки тестовых полнофункциональных образцов.

Как сообщает сайт института, «в этой сфере сложилось так, что детонацией и ударными волнами занимаются разные исследователи. Специалисты по горению и взрыву привыкли изучать, с чем взаимодействует и от чего отражается ударная волна, какая энергия должна подводиться, чтобы возникла детонация, а не горение, и так далее; считается, что детонационная волна возникла сама по себе, ученые пытаются ее «оседлать». Есть специалисты в области теории ударных волн, но они никогда не исследовали именно детонацию, то есть горение, возникающее вслед за ударной волной.

Поэтому то, чем занимается наша лаборатория, никто раньше не делал. Всплеск интереса к теме возник три года назад, когда в США появилась новость, что их Министерство обороны решило переоснастить все корабельные турбины детонационной камерой сгорания. Замечу, что после этой новости научные статьи по теме в Америке выходить перестали. Я считаю, что они сумели разобраться, что к чему, и наша задача – тоже не отстать» (Павел Булат, руководитель международной лаборатории Университета ИТМО «Новые материалы и нанопленки для компонентной базы силовой, СВЧ электроники и микросенсорики»).

Добавим, что такие двигатели в случае успешного завершения проекта будут использованы для ракетостроения, микроспутников и вспомогательных силовых установок летательных аппаратов, а также в наземной энергетике. Только за 8 месяцев 2015 года была опубликована 41 работа по теме проекта; с их списком можно ознакомиться на сайте лаборатории. По оценке Павла Булата, работать над созданием новой технологии еще предстоит как минимум два года. Исследование ведется при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector