motor rusesc de detonare. motor de detonare

Se are în vedere problema dezvoltării motoarelor cu detonare rotativă. Sunt prezentate principalele tipuri de astfel de motoare: motorul de detonare rotativă Nichols, motorul Wojciechowski. Sunt luate în considerare principalele direcții și tendințe în dezvoltarea designului motoarelor de detonare. Se arată că conceptele moderne ale unui motor cu detonare rotativă nu pot conduce, în principiu, la crearea unui design funcțional care să depășească motoarele cu reacție existente în ceea ce privește caracteristicile sale. Motivul este dorința designerilor de a combina generarea de valuri, arderea combustibilului și ejectarea combustibilului și a oxidantului într-un singur mecanism. Ca urmare a auto-organizării structurilor unde de șoc, arderea prin detonare se realizează într-un volum minim și nu maxim. Rezultatul efectiv atins astăzi este arderea prin detonare într-un volum care nu depășește 15% din volumul camerei de ardere. Calea de ieșire este văzută într-o abordare diferită - în primul rând, se creează o configurație optimă a undelor de șoc și abia apoi componentele de combustibil sunt introduse în acest sistem și arderea optimă a detonației este organizată într-un volum mare.

motor de detonare

motor cu detonare rotativă

motor Wojciechowski

detonație circulară

detonație de spin

motor cu detonare impuls

1. B. V. Voitsekhovsky, V. V. Mitrofanov și M. E. Topchiyan, Structura frontului de detonare în gaze. - Novosibirsk: Editura Academiei de Științe a URSS, 1963.

2. Uskov V.N., Bulat P.V. Despre problema proiectării unui difuzor ideal pentru comprimarea unui flux supersonic // Cercetare fundamentală. - 2012. - Nr. 6 (partea 1). - S. 178-184.

3. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Istoria studiului reflexiei neregulate a unei unde de șoc din axa de simetrie a unui jet supersonic cu formarea unui disc Mach // Cercetare fundamentală. - 2012. - Nr. 9 (partea 2). - S. 414-420.

4. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Justificarea aplicării modelului staționar de configurare Mach la calculul discului Mach într-un jet supersonic // Cercetare fundamentală. - 2012. - Nr. 11 (partea 1). – S. 168–175.

5. Shchelkin K.I. Instabilitatea arderii și detonării gazelor // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1965. - T. 87, nr. 2.– S. 273–302.

6. Nichols J.A., Wilkmson H.R., Morrison R.B. Detonația intermitentă ca mecanism de producere a încrederii // Propulsie cu reacție. - 1957. - Nr. 21. - P. 534–541.

Motoare rotative cu detonare

Toate tipurile de motoare cu detonare rotativă (RDE) au în comun faptul că sistemul de alimentare cu combustibil este combinat cu sistemul de ardere a combustibilului în valul de detonare, dar apoi totul funcționează ca într-un motor cu reacție convențional - un tub de flacără și o duză. Acest fapt a inițiat o astfel de activitate în domeniul modernizării motoarelor cu turbine cu gaz (GTE). Pare atractiv să înlocuiești doar capul de amestecare și sistemul de aprindere a amestecului în motorul cu turbină cu gaz. Pentru a face acest lucru, este necesar să se asigure continuitatea arderii detonației, de exemplu, lansând o undă de detonare într-un cerc. Nichols a fost unul dintre primii care a propus o astfel de schemă în 1957, apoi a dezvoltat-o ​​și a efectuat o serie de experimente cu o undă de detonare rotativă la mijlocul anilor 1960 (Fig. 1).

Prin reglarea diametrului camerei și a grosimii golului inelar, pentru fiecare tip de amestec de combustibil, este posibil să alegeți o astfel de geometrie încât detonarea să fie stabilă. În practică, relația dintre distanță și diametrul motorului se dovedește a fi inacceptabilă și este necesar să se controleze viteza de propagare a undelor prin controlul alimentării cu combustibil, așa cum se discută mai jos.

Ca și în cazul motoarelor cu detonare cu impulsuri, unda circulară de detonare este capabilă să ejecteze oxidant, permițând RDE să fie utilizat la viteze zero. Acest fapt a condus la o serie de studii experimentale și computaționale ale RDE cu o cameră de ardere inelară și ejecție spontană a amestecului combustibil-aer, listare care nu are niciun sens aici. Toate sunt construite aproximativ după aceeași schemă (Fig. 2), care amintește de schema motorului Nichols (Fig. 1).

Orez. 1. Schema de organizare a detonației circulare continue în golul inelar: 1 - undă de detonare; 2 - un strat de amestec de combustibil „proaspăt”; 3 - gol de contact; 4 - o undă de șoc oblică care se propagă în aval; D este direcția undei de detonare

Orez. 2. O schemă RDE tipică: V este viteza curgerii libere; V4 - debitul la ieșirea duzei; a - ansambluri de combustibil proaspăt, b - front de undă de detonare; c - undă de șoc oblică atașată; d - produse de ardere; p(r) - distribuția presiunii pe peretele canalului

O alternativă rezonabilă la schema Nichols ar putea fi instalarea unei multitudini de injectoare de oxidare a combustibilului care să injecteze un amestec combustibil-aer în regiunea imediat înainte de valul de detonare, conform unei anumite legi cu o anumită presiune (Fig. 3). Prin ajustarea presiunii și a ratei de alimentare cu combustibil în regiunea de ardere din spatele undei de detonare, este posibil să se influențeze viteza de propagare a acesteia în amonte. Această direcție este promițătoare, dar principala problemă în proiectarea unor astfel de RDE este că modelul simplificat utilizat pe scară largă al fluxului în frontul de ardere de detonare nu corespunde deloc realității.

Orez. 3. RDE cu alimentare controlată cu combustibil în zona de ardere. motor rotativ Wojciechowski

Principalele speranțe din lume sunt asociate cu motoarele de detonare care funcționează conform schemei motoarelor rotative Wojciechowski. În 1963 B.V. Voitsekhovsky, prin analogie cu detonarea spin, a dezvoltat o schemă pentru arderea continuă a gazului în spatele unei configurații triple de unde de șoc care circulă într-un canal inelar (Fig. 4).

Orez. Fig. 4. Schema arderii continue Wojciechowski a gazului în spatele unei configurații triple a undelor de șoc care circulă în canalul inelar: 1 - amestec proaspăt; 2 - amestec dublu comprimat în spatele unei configurații triple de unde de șoc, zona de detonare

În acest caz, procesul hidrodinamic staționar cu arderea gazului în spatele undei de șoc diferă de schema de detonare a lui Chapman-Jouguet și Zel'dovich-Neumann. Un astfel de proces este destul de stabil, durata lui este determinată de rezerva amestecului de combustibil și, în experimente binecunoscute, este de câteva zeci de secunde.

Schema motorului de detonare a lui Wojciechowski a servit ca prototip pentru numeroase studii ale motoarelor de detonare rotative și de rotație inițiate în ultimii 5 ani. Această schemă reprezintă mai mult de 85% din toate studiile. Toate au un dezavantaj organic - zona de detonare ocupă prea puțin din zona totală de ardere, de obicei nu mai mult de 15%. Ca urmare, performanța specifică a motoarelor este mai slabă decât cea a motoarelor cu design tradițional.

Despre cauzele eșecurilor cu implementarea schemei Wojciechowski

Majoritatea lucrărilor la motoarele cu detonare continuă este asociată cu dezvoltarea conceptului Wojciechowski. În ciuda istoriei de peste 40 de ani de cercetare, rezultatele au rămas de fapt la nivelul anului 1964. Ponderea arderii prin detonare nu depășește 15% din volumul camerei de ardere. Restul este arderea lentă în condiții care sunt departe de a fi optime.

Unul dintre motivele acestei stări de fapt este lipsa unei metodologii de calcul viabile. Deoarece curgerea este tridimensională, iar calculul ia în considerare numai legile conservării impulsului pe unda de șoc în direcția perpendiculară pe frontul de detonare model, rezultatele calculării înclinării undelor de șoc față de curgerea produselor de combustie diferă de cele observate experimental cu mai mult de 30%. Consecința este că, în ciuda multor ani de cercetări asupra diferitelor sisteme de alimentare cu combustibil și experimente privind schimbarea raportului dintre componentele combustibilului, tot ceea ce s-a făcut este să se creeze modele în care arderea cu detonare are loc și este menținută timp de 10-15 s. Nu se vorbește de creșterea eficienței sau de avantaje față de motoarele existente cu propulsie lichidă și turbine cu gaz.

Analiza schemelor RDE disponibile efectuată de autorii proiectului a arătat că toate schemele RDE oferite astăzi sunt inoperante în principiu. Arderea prin detonare are loc și este menținută cu succes, dar numai într-o măsură limitată. În restul volumului, avem de-a face cu obișnuita ardere lentă, de altfel, în spatele unui sistem neoptimal de unde de șoc, ceea ce duce la pierderi semnificative în presiunea totală. În plus, presiunea este, de asemenea, de câteva ori mai mică decât este necesar pentru condițiile ideale de ardere cu un raport stoichiometric al componentelor amestecului de combustibil. Ca urmare, consumul specific de combustibil pe unitatea de tracțiune este cu 30-40% mai mare decât cel al motoarelor convenționale.

Dar principala problemă este chiar principiul organizării detonării continue. După cum arată studiile de detonare circulară continuă, efectuate încă din anii 60, frontul de combustie de detonare este o structură complexă a undelor de șoc constând din cel puțin două configurații triple (despre configurații triple ale undelor de șoc. O astfel de structură cu o zonă de detonare atașată, ca orice sistem de feedback termodinamic, lăsat singur, tinde să-și asume o poziție corespunzătoare nivelului minim de energie. Ca urmare, configurațiile triple și regiunea de ardere a detonației sunt ajustate între ele, astfel încât frontul de detonare să se deplaseze prin golul inelar cu cantitatea minimă de ardere prin detonare posibilă pentru aceasta.Acest lucru este direct opus obiectivului pe care proiectanții de motoare și l-au stabilit pentru arderea cu detonare.

Pentru a crea un motor RDE eficient, este necesar să se rezolve problema creării unei configurații triple optime a undelor de șoc și a organizării unei zone de ardere de detonare în acesta. Structurile optime de unde de șoc trebuie să poată fi create într-o varietate de dispozitive tehnice, de exemplu, în difuzoare optime de prize de aer supersonice. Sarcina principală este creșterea maximă posibilă a ponderii arderii prin detonare în volumul camerei de ardere de la 15% inacceptabil de astăzi la cel puțin 85%. Proiectele de motoare existente bazate pe schemele lui Nichols și Wojciechowski nu pot asigura această sarcină.

Uskov V.N., Doctor în Științe Tehnice, Profesor al Departamentului de Hidroaeromecanică a Universității de Stat din Sankt Petersburg, Facultatea de Matematică și Mecanică, Sankt Petersburg;

Emelyanov V.N., doctor în științe tehnice, profesor, șef al Departamentului de dinamică a gazelor plasmatice și inginerie termică, BSTU „VOENMEH” numit după A.I. D.F. Ustinov, Sankt Petersburg.

Lucrarea a fost primită de redactori pe 14 octombrie 2013.

Link bibliografic

Publicația „Curierul militar-industrial” raportează vești grozave din domeniul tehnologiilor inovatoare ale rachetelor. Un motor de rachetă cu detonare a fost testat în Rusia, a declarat vineri viceprim-ministrul Dmitri Rogozin pe pagina sa de Facebook.

„Așa-numitele motoare de rachetă cu detonare dezvoltate în cadrul programului Advanced Research Foundation au fost testate cu succes”, citează Interfax-AVN, viceprim-ministrul.

Se crede că un motor de rachetă cu detonare este una dintre modalitățile de implementare a conceptului de așa-numitul hipersunet motor, adică crearea de aeronave hipersonice capabile să atingă viteze de Mach 4-6 (Mach este viteza sunetului) datorită propriului motor.

Portalul russia-reborn.ru oferă un interviu cu unul dintre cei mai importanți ingineri specializați în motoare din Rusia despre motoarele de rachete cu detonare.

Interviu cu Petr Levochkin, designer-șef al NPO Energomash im. Academician V.P. Glushko.

Sunt create motoare pentru rachetele hipersonice ale viitorului
Au fost efectuate teste cu succes ale așa-numitelor motoare de rachetă cu detonare, care au dat rezultate foarte interesante. Lucrările de dezvoltare în această direcție vor fi continuate.

Detonarea este o explozie. Poate fi gestionat? Este posibil să se creeze arme hipersonice pe baza unor astfel de motoare? Ce motoare de rachetă vor duce vehicule nelocuite și cu echipaj în spațiul apropiat? Aceasta este conversația noastră cu directorul general adjunct - proiectant șef al NPO Energomash im. Academician V.P. Glushko” de Petr Levochkin.

Petr Sergeevich, ce oportunități deschid noile motoare?

Petr Levochkin: Dacă vorbim despre termen scurt, astăzi lucrăm la motoare pentru astfel de rachete precum Angara A5V și Soyuz-5, precum și altele care sunt în stadiul de pre-proiectare și sunt necunoscute publicului larg. În general, motoarele noastre sunt proiectate pentru a ridica o rachetă de pe suprafața unui corp ceresc. Și poate fi orice - terestru, lunar, marțian. Deci, dacă programele lunare sau marțiane sunt implementate, cu siguranță vom lua parte la ele.

Care este eficiența motoarelor rachete moderne și există modalități de a le îmbunătăți?

Petr Levochkin: Dacă vorbim despre parametrii energetici și termodinamici ai motoarelor, atunci putem spune că ale noastre, precum și cele mai bune motoare de rachete chimice străine de astăzi, au atins o anumită perfecțiune. De exemplu, caracterul complet al arderii combustibilului ajunge la 98,5 la sută. Adică, aproape toată energia chimică a combustibilului din motor este convertită în energie termică a jetului de gaz care iese din duză.

Motoarele pot fi îmbunătățite în multe feluri. Aceasta include utilizarea de componente de combustibil consumatoare de energie mai mult, introducerea de noi modele de circuite și o creștere a presiunii în camera de ardere. O altă direcție este utilizarea tehnologiilor noi, inclusiv aditive, pentru a reduce intensitatea forței de muncă și, ca urmare, a reduce costul unui motor de rachetă. Toate acestea conduc la o scădere a costului sarcinii utile de ieșire.

Cu toate acestea, la o examinare mai atentă, devine clar că creșterea caracteristicilor energetice ale motoarelor în mod tradițional este ineficientă.

Folosirea unei explozii controlate de propulsor ar putea da unei rachete o viteză de opt ori mai mare decât viteza sunetului
De ce?

Petr Levochkin: Creșterea presiunii și a consumului de combustibil în camera de ardere va crește în mod natural tracțiunea motorului. Dar acest lucru va necesita o creștere a grosimii pereților camerei și ai pompelor. Ca urmare, complexitatea structurii și masa acesteia cresc, iar câștigul de energie se dovedește a nu fi atât de mare. Jocul nu va costa lumânarea.

Adică motoarele de rachete au epuizat resursele dezvoltării lor?

Petr Levochkin: Nu chiar. În limbajul tehnic, ele pot fi îmbunătățite prin creșterea eficienței proceselor intra-motorii. Există cicluri de conversie termodinamică a energiei chimice în energia unui jet care curge, care sunt mult mai eficiente decât arderea clasică a combustibilului pentru rachete. Acesta este ciclul de ardere cu detonare și ciclul Humphrey aproape de acesta.

Însuși efectul detonării combustibilului a fost descoperit de compatriotul nostru - mai târziu academicianul Yakov Borisovich Zeldovich în 1940. Realizarea acestui efect în practică promitea perspective foarte mari în știința rachetelor. Nu este de mirare că germanii în aceiași ani au investigat în mod activ procesul de detonare al arderii. Dar ei nu au avansat mai departe decât experimente care nu au fost complet reușite.

Calculele teoretice au arătat că arderea prin detonare este cu 25 la sută mai eficientă decât ciclul izobaric, care corespunde arderii combustibilului la presiune constantă, care este implementată în camerele motoarelor moderne cu propulsie lichidă.

Și ce oferă avantajele arderii cu detonare în comparație cu cea clasică?

Petr Levochkin: Procesul clasic de ardere este subsonic. Detonație - supersonică. Viteza reacției într-un volum mic duce la o eliberare uriașă de căldură - este de câteva mii de ori mai mare decât în ​​arderea subsonică, implementată în motoarele clasice de rachetă cu aceeași masă de combustibil arzând. Și pentru noi, inginerii de motoare, asta înseamnă că, cu un motor cu detonare mult mai mic și cu o masă mică de combustibil, puteți obține aceeași forță ca și în motoarele moderne cu rachete lichide uriașe.

Nu este un secret pentru nimeni că motoarele cu combustie prin detonare a combustibilului sunt dezvoltate și în străinătate. Care sunt pozițiile noastre? Cedem, mergem la nivelul lor sau suntem în frunte?

Petr Levochkin: Nu suntem inferiori, asta e sigur. Dar nici nu pot spune că suntem în frunte. Subiectul este destul de închis. Unul dintre principalele secrete tehnologice este cum să vă asigurați că combustibilul și oxidantul unui motor de rachetă nu arde, ci explodează, fără a distruge camera de ardere. Adică, de fapt, să faci o adevărată explozie controlabilă și gestionabilă. Pentru referință: detonarea este arderea combustibilului în fața unei unde de șoc supersonice. Există detonații în impulsuri, când unda de șoc se mișcă de-a lungul axei camerei și una o înlocuiește pe cealaltă, precum și detonații continue (spin), când undele de șoc din cameră se mișcă în cerc.

Din câte știm, au fost efectuate studii experimentale de ardere prin detonare cu participarea specialiștilor dumneavoastră. Ce rezultate s-au obtinut?

Petr Levochkin: S-a lucrat pentru a crea o cameră model pentru un motor de rachetă cu detonare lichidă. O mare cooperare a centrelor științifice de top din Rusia a lucrat la proiect sub patronajul Fundației pentru Studii Avansate. Printre acestea, Institutul de Hidrodinamică. M.A. Lavrentiev, MAI, „Centrul Keldysh”, Institutul Central al Motoarelor de Aviație, numit după A.I. P.I. Baranov, Facultatea de Mecanică și Matematică, Universitatea de Stat din Moscova. Ne-am propus să folosim kerosenul ca combustibil și oxigenul gazos ca agent oxidant. În procesul de studii teoretice și experimentale, s-a confirmat posibilitatea creării unui motor de rachetă cu detonare pe baza unor astfel de componente. Pe baza datelor obținute, am dezvoltat, fabricat și testat cu succes un model de cameră de detonare cu o tracțiune de 2 tone și o presiune în camera de ardere de aproximativ 40 atm.

Această sarcină a fost rezolvată pentru prima dată nu numai în Rusia, ci și în lume. Deci, desigur, au fost probleme. În primul rând, ele sunt legate de furnizarea unei detonări stabile a oxigenului cu kerosen și, în al doilea rând, de asigurarea unei răciri fiabile a peretelui de foc al camerei fără răcire cu cortină și o serie de alte probleme, a căror esență este clară doar pentru specialişti.

Un motor de detonare este mai simplu și mai ieftin de fabricat, un ordin de mărime mai puternic și mai economic decât un motor cu reacție convențional și are o eficiență mai mare în comparație cu acesta.

Descriere:

Motorul de detonare (puls, motor pulsat) înlocuiește motorul cu reacție convențional. Pentru a înțelege esența unui motor de detonare, este necesar să dezasamblați un motor cu reacție convențional.

Un motor cu reacție convențional este aranjat după cum urmează.

În camera de ardere are loc arderea combustibilului și a oxidantului, care este oxigenul din aer. Presiunea din camera de ardere este constantă. Procesul de ardere crește brusc temperatura, creează un front constant de flacără și o forță constantă a jetului care curge din duză. Frontul unei flăcări obișnuite se propagă într-un mediu gazos cu o viteză de 60-100 m/sec. Aceasta este ceea ce provoacă mișcarea aeronave. Cu toate acestea, motoarele moderne cu reacție au atins o anumită limită de eficiență, putere și alte caracteristici, a căror creștere este aproape imposibilă sau extrem de dificilă.

Într-un motor cu detonare (puls sau pulsat), arderea are loc prin detonare. Detonarea este un proces de ardere, dar care are loc de sute de ori mai rapid decât în ​​cazul arderii convenționale a combustibilului. În timpul arderii prin detonare, se formează o undă de șoc de detonare, purtând cu viteză supersonică. Este de aproximativ 2500 m/s. Presiunea ca urmare a arderii prin detonare crește rapid, iar volumul camerei de ardere rămâne neschimbat. Produsele de ardere scapă cu mare viteză prin duză. Frecvența pulsațiilor undei de detonare atinge câteva mii pe secundă. Într-o undă de detonare, nu există o stabilizare a frontului de flăcări, la fiecare pulsație amestecul de combustibil este reînnoit și valul începe din nou.

Presiunea din motorul de detonare este creată de detonația în sine, care elimină alimentarea amestecului de combustibil și a oxidantului la presiune ridicată. Într-un motor cu reacție convențional, pentru a crea o presiune de tracțiune de 200 atm, este necesar să se alimenteze un amestec de combustibil la o presiune de 500 atm. În timpul unui motor cu detonare - presiunea de alimentare a amestecului de combustibil este de 10 atm.

Camera de ardere a unui motor de detonare este structural un inelar cu duze plasate de-a lungul razei sale pentru a furniza combustibil. Valul de detonație circulă în jurul circumferinței din nou și din nou, amestecul de combustibil este comprimat și ars, împingând produsele de ardere prin duză.

Avantaje:

- motorul de detonare este mai ușor de fabricat. Nu este nevoie să folosiți unități de turbopompe,

– un ordin de mărime mai puternic și mai economic decât un motor cu reacție convențional,

- are o eficienta mai mare,

– mai ieftin de fabricat

- nu este nevoie să se creeze o alimentare cu presiune ridicată a amestecului de combustibil și a oxidantului, presiunea ridicată este creată din cauza detonării în sine,

– motorul de detonare depășește motorul cu reacție convențional de 10 ori în ceea ce privește puterea eliminată pe unitate de volum, ceea ce duce la o reducere a designului motorului de detonare,

- arderea prin detonare este de 100 de ori mai rapidă decât arderea convențională a combustibilului.

Notă: © Fotografie https://www.pexels.com, https://pixabay.com

camere de ardere cu
detonare continuă

Idee camere de ardere cu detonare continuă propus în 1959 de academicianul Academiei de Științe a URSS B.V. Voitsekhovsky. Camera de ardere cu detonare continuă (CDCC) este un canal inelar format din pereții a doi cilindri coaxiali. Dacă un cap de amestecare este plasat pe partea inferioară a canalului inelar, iar celălalt capăt al canalului este echipat cu o duză cu jet, atunci se va obține un motor cu reacție inelar. Arderea prin detonare într-o astfel de cameră poate fi organizată prin arderea amestecului de combustibil furnizat prin capul de amestecare într-o undă de detonare care circulă continuu deasupra fundului. În acest caz, amestecul de combustibil va arde în unda de detonare, care intră din nou în camera de ardere în timpul unei revoluții a undei de-a lungul circumferinței canalului inelar. Frecvența de rotație a undelor într-o cameră de ardere cu un diametru de aproximativ 300 mm va avea o valoare de ordinul a 105 rpm și mai mare. Avantajele unor astfel de camere de ardere includ: (1) simplitatea designului; (2) aprindere simplă; (3) scurgere cvasi-staționară a produselor de detonare; (4) frecvență mare de ciclism (kiloherți); (5) cameră de ardere scurtă; (6) emisie redusă de substanțe nocive (NO, CO etc.); (7) zgomot redus și vibrații. Dezavantajele unor astfel de camere includ: (1) necesitatea unui compresor sau turbopompă; (2) control limitat; (3) complexitatea scalarii; (4) dificultate de răcire.

Investiții mari în cercetare și dezvoltare și cercetare și dezvoltare pe această temă în Statele Unite au început relativ recent: acum 3-5 ani (Forțele Aeriene, Marina Militară, NASA, corporații aerospațiale). Judecând după publicațiile deschise, în Japonia, China, Franța, Polonia și Coreea, lucrările de proiectare a unor astfel de camere de ardere folosind metodele de dinamică computațională a gazelor sunt în prezent desfășurate pe scară largă. În Federația Rusă, cercetările în această direcție se desfășoară cel mai activ la NP „Centrul pentru IDG” și la Institutul de Geologie și Literatură al Filialei Siberiei a Academiei Ruse de Științe.

Cele mai importante realizări în acest domeniu al științei și tehnologiei sunt enumerate mai jos. În 2012, specialiștii de la Pratt & Whitney și Rocketdyne (SUA) au publicat rezultatele testelor unui motor de rachetă modular experimental cu duze înlocuibile pentru alimentarea componentelor cu combustibil și cu duze înlocuibile. Au fost efectuate sute de teste de incendiu folosind diferite perechi de combustibil: hidrogen - oxigen, metan - oxigen, etan - oxigen etc. Pe baza testelor, hărți ale modurilor de funcționare stabile ale motorului cu una, două sau mai multe valuri de detonare care circulă deasupra fundul camerei au fost construite. Au fost investigate diferite metode de aprindere și de întreținere a detonației. Timpul maxim de funcționare a motorului realizat în experimentele cu răcirea cu apă a pereților camerei a fost de 20 s. Se raportează că acest timp a fost limitat doar de furnizarea componentelor de combustibil, dar nu de starea termică a pereților. Specialiștii polonezi, împreună cu parteneri europeni, lucrează la crearea unei camere de ardere cu detonare continuă pentru un motor de elicopter. Ei au reușit să creeze o cameră de ardere care funcționează stabil în modul de detonare continuă timp de 2 s pe un amestec de hidrogen cu aer și kerosen cu aer într-o configurație cu un compresor de motor GTD350 de fabricație sovietică. În 2011-2012 La Institutul de Hidrodinamică al Filialei Siberiei a Academiei Ruse de Științe, a fost înregistrat experimental procesul de ardere cu detonare continuă a unui amestec eterogen de particule micron de cărbune cu aer într-o cameră de ardere cu disc cu diametrul de 500 mm. Înainte de aceasta, IGIL SB RAS a efectuat cu succes experimente cu înregistrarea pe termen scurt (până la 1-2 s) a detonării continue a amestecurilor de aer de hidrogen și acetilenă, precum și a amestecurilor de oxigen ale unui număr de hidrocarburi individuale. În 2010-2012 Folosind tehnologii de calcul unice, Centrul IDG a creat baza pentru proiectarea camerelor de combustie cu detonare continuă atât pentru motoarele cu rachetă, cât și pentru motoarele cu aer respirator și a calculat pentru prima dată rezultatele experimentelor când camera era exploatată cu alimentare separată cu componente de combustibil (hidrogen). și aer). În plus, în 2013, la Centrul NP IDG a fost proiectată, fabricată și testată o cameră de ardere inelară cu detonare continuă cu diametrul de 400 mm, lățimea golului de 30 mm și înălțimea de 300 mm, concepută pentru a efectua o cercetare. program care vizează demonstrarea experimentală a eficienței energetice a arderii cu detonare continuă a amestecurilor combustibil-aer.

Cea mai importantă problemă cu care se confruntă dezvoltatorii atunci când creează arzătoare cu detonare continuă care funcționează cu combustibil standard este aceeași ca și pentru arzătoarele cu detonare în impulsuri, de exemplu. capacitatea scăzută de detonare a unor astfel de propulsori în aer. O altă problemă importantă este reducerea pierderilor de presiune în timpul alimentării cu componente de combustibil către camera de ardere pentru a crește presiunea totală în cameră. O altă problemă este răcirea camerei. Modalități de a depăși aceste probleme sunt în prezent explorate.

Majoritatea experților interni și străini cred că ambele scheme de organizare a ciclului de detonare discutate sunt promițătoare atât pentru motoarele cu rachetă, cât și pentru motoarele cu reacție. Nu există restricții fundamentale pentru implementarea practică a acestor scheme. Principalele riscuri în calea creării unui nou tip de camere de ardere sunt asociate cu rezolvarea problemelor de inginerie.
Opțiunile de proiectare și metodele de organizare a fluxului de lucru în camerele de ardere cu detonare cu puls și cu detonare continuă sunt protejate de numeroase brevete interne și străine (sute de brevete). Principalul dezavantaj al brevetelor este soluția tăcută sau practic inacceptabilă (din diverse motive) la problema principală a implementării ciclului de detonare - problema capacității scăzute de detonare a combustibililor standard (kerosen, benzină, motorină, gaz natural) in aer. Soluțiile propuse practic inacceptabile la această problemă sunt utilizarea preparării preliminare termice sau chimice a combustibilului înainte de intrarea în camera de ardere, utilizarea aditivilor activi, inclusiv oxigenul, sau utilizarea combustibililor speciali cu capacitate mare de detonare. În ceea ce privește motoarele care utilizează componente de combustibil activ (auto-aprindere), această problemă nu există, dar problemele funcționării lor în siguranță rămân relevante.

Orez. unu: Compararea impulsurilor specifice ale motoarelor cu reacție de aer: turboreactor, ramjet, puwrjet și IDD

Utilizarea arzătoarelor cu detonare în impuls este axată în principal pe înlocuirea camerelor de ardere existente în astfel de centrale electrice cu respirație de aer precum ramjet și puvjet. Cert este că, conform unei caracteristici atât de importante a motorului precum impulsul specific, IDD, care acoperă întreaga gamă de viteze de zbor de la 0 la numărul Mach M = 5, are teoretic un impuls specific comparabil (la zborul Mach numărul M de la 2,0 la 3,5) cu un ramjet și depășind semnificativ impulsul specific al ramjetului la zborul Mach numărul M de la 0 la 2 și de la 3,5 la 5 (Fig. 1). În ceea ce privește PUVRD, impulsul său specific la viteze de zbor subsonice este de aproape 2 ori mai mic decât cel al IDD. Datele despre impulsul specific pentru ramjet sunt preluate din , unde au fost efectuate calcule unidimensionale ale caracteristicilor ideal Motoare ramjet care funcționează pe un amestec kerosen-aer cu un coeficient de exces de combustibil de 0,7. Datele despre impulsul specific al elicelor care respiră aer sunt împrumutate din articole în care au fost efectuate calcule multidimensionale ale caracteristicilor de tracțiune ale elicelor în condiții de zbor la viteze subsonice și supersonice la diferite altitudini. Rețineți că, spre deosebire de calcule, calculele au fost efectuate ținând cont de pierderile cauzate de procesele disipative (turbulență, vâscozitate, unde de șoc etc.).

Pentru comparație, în fig. 1 prezintă rezultatele calculelor pentru ideal motor turboreactor (TRD). Se poate observa că PDE este inferior TJE ideal în ceea ce privește impulsul specific la numere Mach de zbor până la 3,5, dar depășește TJE în acest indicator la M > 3,5. Astfel, la M > 3,5, atât motoarele ramjet, cât și motoarele turboreactor sunt inferioare elicelor care respiră aer în ceea ce privește impulsul specific, iar acest lucru face ca elicea să fie foarte promițătoare. În ceea ce privește vitezele de zbor supersonice și subsonice scăzute, IJD, inferior TJD în ceea ce privește impulsul specific, poate fi considerat încă promițător datorită simplității extraordinare a designului și a costului redus, care este extrem de important pentru aplicațiile unice (vehicule de livrare, ținte). , etc.).

Prezența „raportului în afara serviciului” în forța creată de astfel de camere le face nepotrivite pentru motoarele de rachetă cu propulsie lichidă (LRE). Cu toate acestea, au fost brevetate scheme de motoare de rachetă cu detonare în impulsuri cu un design cu mai multe tuburi cu un ciclu de tracțiune scăzut de tracțiune. În plus, astfel de centrale electrice pot fi folosite ca motoare pentru corectarea orbitei și mișcărilor orbitale ale sateliților artificiali Pământeni și au multe alte aplicații.

Utilizarea camerelor de ardere cu detonare continuă se concentrează în principal pe înlocuirea camerelor de ardere existente în LRE și GTE.

SRL „Analog” a fost organizat în 2010 pentru producția și operarea proiectării pulverizatoarelor inventate de mine pentru câmp, ideea care este fixată de Brevetul RF pentru modelul de utilitate nr. 67402 în 2007.

Acum, am dezvoltat conceptul de motor rotativ cu ardere internă, în care este posibil să se organizeze arderea prin detonare (explozivă) a combustibilului primit cu o eliberare crescută (de aproximativ 2 ori) a energiei de presiune și temperatură a gazelor de eșapament, menținând în același timp motorul. performanţă. În consecință, cu o creștere, de aproximativ 2 ori, a eficienței motorului termic, adică. până la aproximativ 70%. Implementarea acestui proiect necesită costuri financiare mari pentru proiectarea sa, selecția materialelor și producerea unui prototip. Și în ceea ce privește caracteristicile și aplicabilitatea, acesta este un motor, mai ales, aviație și, de asemenea, destul de aplicabil pentru mașini, vehicule autopropulsate etc., adică este necesar în stadiul actual de dezvoltare a tehnologiei și a cerințelor de mediu.

Principalele sale avantaje vor fi simplitatea designului, eficiența, respectarea mediului, cuplul ridicat, compactitatea, nivelul scăzut de zgomot chiar și fără utilizarea unui amortizor de zgomot. Protecția împotriva copierii va fi fabricabilitatea ridicată și materialele speciale.

Simplitatea designului este oferită de designul său rotativ, în care toate părțile motorului fac o mișcare simplă de rotație.

Protecția mediului și eficiența sunt asigurate de arderea 100% instantanee a combustibilului într-o cameră de ardere separată, durabilă, la temperatură înaltă (aproximativ 2000 g C), nerăcită, care este închisă pentru această perioadă de supape. Răcirea unui astfel de motor este asigurată din interior (răcirea fluidului de lucru) de orice porțiuni de apă necesare pentru aceasta, intrând în secțiunea de lucru înainte de a arde următoarele porțiuni ale fluidului de lucru (gaze de ardere) din camera de ardere, obținând în același timp presiune suplimentară a vaporilor de apă și lucru util pe arborele de lucru.

Un cuplu mare chiar și la viteze mici este asigurat (comparativ cu un piston ICE) de un umăr de dimensiune mare și constantă a impactului fluidului de lucru asupra lamei de lucru. Acest factor va permite oricărui transport terestru să se facă fără o transmisie complexă și costisitoare, sau cel puțin să o simplifice semnificativ.

Câteva cuvinte despre designul și funcționarea acestuia.

Motorul cu ardere internă are o formă cilindrică cu două secțiuni rotor-palete, dintre care una servește la introducerea și precomprimarea amestecului combustibil-aer și este o secțiune binecunoscută și eficientă a unui compresor rotativ convențional; celălalt, în funcțiune, este un motor rotativ cu abur modernizat al lui Martsinevsky; iar între ele există o serie statică de material rezistent la căldură durabil, în care există o cameră de ardere separată, care poate fi blocată pe durata arderii, cu trei supape nerotative, dintre care 2 sunt libere, în funcție de tipul petalei, şi unul este controlat pentru a reduce presiunea înainte de intrarea următoarei porţiuni a ansamblului de combustibil.

Când motorul funcționează, arborele de lucru cu rotoare și palete se rotește. În secțiunea de admisie, lama aspiră și comprimă ansamblurile de combustibil și, cu o creștere a presiunii peste presiunea camerei de ardere (după depresurizarea acesteia), amestecul de lucru este condus într-o cameră fierbinte (aproximativ 2000 ° C), aprins de o scânteie și explodează instantaneu. În același timp, supapa de admisie se închide, supapa de evacuare se deschide și înainte de a se deschide, cantitatea necesară de apă este injectată în secțiunea de lucru. Se dovedește că gazele super fierbinți sunt aruncate în secțiunea de lucru sub presiune înaltă și acolo o porțiune de apă, care se transformă în abur și amestecul de vapori-gaz, pune rotorul motorului în rotație, în timp ce îl răcește. Conform informațiilor disponibile, există deja un material care poate rezista la temperaturi de până la 10.000 ° C pentru o perioadă lungă de timp, din care trebuie realizată o cameră de ardere.

În mai 2018, a fost depusă o Cerere pentru o invenție. Cererea este în prezent în curs de examinare pe fond.

Această cerere de investiții este depusă pentru a oferi finanțare pentru cercetare și dezvoltare, crearea unui prototip, reglarea fină și reglarea acestuia pentru a obține un eșantion de lucru al acestui motor. Acest proces poate dura un an sau doi. Opțiunile de finanțare pentru dezvoltarea în continuare a modificărilor motorului pentru diferite vehicule pot și ar trebui dezvoltate separat pentru anumite modele.

Informații suplimentare

Implementarea acestui proiect este un test al invenției prin practică. Obținerea unui prototip funcțional. Materialul obtinut poate fi oferit intregii industrii interne de inginerie pentru dezvoltarea de modele de vehicule cu motor eficient cu ardere interna pe baza de contracte cu dezvoltatorul si plata comisioanelor.

Puteți să vă alegeți propria direcție, cea mai promițătoare direcție în proiectarea motoarelor cu ardere internă, să zicem, construcția de motoare de aeronave pentru ALS și să oferiți un motor fabricat, precum și să instalați acest motor cu ardere internă pe propria dezvoltare a AVS, al cărui prototip este în stadiul de asamblare.

De remarcat că piața avioanelor private din lume abia a început să se dezvolte, în timp ce la noi este la început. Și, incl. și anume lipsa unui motor cu ardere internă adecvată împiedică dezvoltarea acestuia. Și la noi, cu întinderile ei nesfârșite, o astfel de aviație va fi la cerere.

Analiza pieței

Implementarea proiectului este primirea unui motor cu ardere internă fundamental nou și extrem de promițător.

Acum se pune accent pe ecologie, iar un motor electric este oferit ca alternativă la un motor cu ardere internă cu piston, dar această energie necesară pentru el trebuie să fie generată undeva, acumulată pentru el. Cea mai mare parte a energiei electrice este generată de centralele termice, care sunt departe de a fi ecologice, ceea ce va duce la o poluare semnificativă în locațiile lor. Și durata de viață a dispozitivelor de stocare a energiei nu depășește 2 ani, unde să depozitați acest gunoi dăunător? Rezultatul proiectului propus este un motor cu ardere internă eficient și inofensiv și, nu mai puțin important, convenabil și familiar. Este necesar doar să turnați combustibil de calitate scăzută în rezervor.

Rezultatul proiectului este perspectiva înlocuirii tuturor motoarelor cu piston din lume cu acesta. Aceasta este perspectiva folosirii energiei puternice a exploziei în scopuri pașnice și este propusă pentru prima dată o soluție constructivă pentru acest proces în motorul cu ardere internă. În plus, este relativ ieftin.

Unicitatea proiectului

Aceasta este o invenție. Este propus pentru prima dată un design care permite utilizarea detonării într-un motor cu ardere internă.

În orice moment, una dintre sarcinile principale în proiectarea motoarelor cu ardere internă a fost abordarea condițiilor de ardere prin detonare, dar să nu permită apariția acesteia.

Canale de generare de bani

Vânzarea licențelor pentru dreptul de fabricație.