Motor de detonare rusesc. Camere de ardere cu detonare continuă

Se ia în considerare problema dezvoltării motoarelor cu detonare rotativă. Sunt prezentate principalele tipuri de astfel de motoare: motorul detonator rotativ Nichols, motorul Voitsekhovsky. Sunt luate în considerare principalele direcții și tendințe în dezvoltarea proiectării motoarelor de detonare. Se arată că conceptele moderne ale unui motor cu detonare rotativă nu pot duce, în principiu, la crearea unui design funcțional, superior în caracteristicile sale la motoarele cu jet de aer existente. Motivul este dorința designerilor de a combina generarea de unde, arderea combustibilului și ejectia combustibilului și oxidantului într-un singur mecanism. Ca urmare a autoorganizării structurilor cu unde de șoc, arderea prin detonare are loc într-un volum minim, nu maxim. Rezultatul obținut efectiv astăzi este arderea prin detonare într-un volum care nu depășește 15% din volumul camerei de ardere. Ieșirea este văzută printr-o abordare diferită - mai întâi, se creează o configurație optimă a undelor de șoc și abia apoi sunt furnizate componente de combustibil la acest sistem și se organizează o combustie detonată optimă într-un volum mare.

motor de detonare

motor cu detonare rotativă

Motorul Voitsekhovsky

detonare circulară

detonarea spinului

motor de detonare a impulsurilor

1. Voitsekhovsky BV, Mitrofanov VV, Topchiyan ME, Structura frontului de detonare în gaze. - Novosibirsk: Editura filialei siberiene a Academiei de Științe a URSS, 1963.

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

3. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Istoria studiului reflectării neregulate a unei unde de șoc de pe 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 de configurare staționară Mach la calculul discului Mach într-un jet supersonic // Cercetare fundamentală. - 2012. - Nr. 11 (partea 1). - S. 168-175.

5. Shchelkin K.I. Instabilitate de ardere și detonare a gazelor // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1965 .-- T. 87, nr. 2.– P. 273-302.

6. Nichols J.A., Wilkmson H.R., Morrison R.B. Detonarea intermitentă ca mecanism de producere a încrederii // Propulsia cu jet. - 1957. - Nr. 21. - P. 534-541.

Motoare cu detonare rotativă

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 într-o undă de detonare, dar apoi totul funcționează ca într-un motor cu reacție convențional - un tub cu flacără și o duză. Acest fapt a inițiat o astfel de activitate în domeniul modernizării motoarelor cu turbină cu gaz (GTE). Pare atractiv să înlocuiți doar capul de amestecare și sistemul de aprindere a amestecului din motorul cu turbină cu gaz. Pentru a face acest lucru, este necesar să se asigure continuitatea arderii detonației, de exemplu, prin lansarea unei unde de detonare într-un cerc. Una dintre primele astfel de scheme a fost propusă de Nichols în 1957 și apoi a dezvoltat-o ​​și la mijlocul anilor 1960 a efectuat o serie de experimente cu o undă de detonare rotativă (Fig. 1).

Reglând diametrul camerei și grosimea spațiului inelar, pentru fiecare tip de amestec de combustibil, este posibil să se selecteze o astfel de geometrie încât detonarea să fie stabilă. În practică, relația dintre joc și diametrul motorului este inacceptabilă și viteza de propagare a undei trebuie controlată prin controlul alimentării cu combustibil, așa cum se discută mai jos.

Ca și în cazul motoarelor cu detonare pulsată, unda de detonare circulară este capabilă să scoată oxidant, permițând utilizarea RDE la viteze zero. Acest fapt a condus la o explozie de studii experimentale și de calcul ale RDE cu o cameră de ardere inelară și ejecție spontană a unui amestec combustibil-aer, ceea ce nu are niciun sens să enumerăm aici. Toate acestea sunt construite aproximativ după aceeași schemă (Fig. 2), care amintește de schema motorului Nichols (Fig. 1).

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

Orez. 2. Schema tipică RDE: V - viteza fluxului de intrare; V4 este debitul la ieșirea duzei; a - ansamblu combustibil proaspăt, b - fața undei 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 multor injectoare de oxidare a combustibilului care ar injecta amestecul combustibil-aer în zona imediat înaintea undei de detonare conform unei anumite legi cu o presiune dată (Fig. 3). Prin ajustarea presiunii și a ratei de alimentare cu combustibil către regiunea de ardere din spatele undei de detonare, este posibil să se influențeze rata de propagare a acesteia în amonte. Această direcție este promițătoare, dar principala problemă în proiectarea unor astfel de RDE-uri este că modelul de flux simplificat utilizat pe scară largă în frontul de combustie prin detonare nu corespunde deloc realității.

Orez. 3. RDE cu alimentare reglementată cu combustibil în zona de ardere. Motor rotativ Voitsekhovsky

Principalele speranțe din lume sunt asociate cu motoarele de detonare care funcționează conform schemei de motoare rotative Voitsekhovsky. În 1963 B.V. Voitsekhovsky, prin analogie cu detonarea de 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. 4. Schema de combustie continuă a gazului Voitsekhovsky în spatele unei configurații triple de unde de șoc care circulă într-un canal inelar: 1 - amestec proaspăt; 2 - amestec dublu comprimat în spatele unei triple configurații de unde de șoc, regiune de detonare

În acest caz, procesul hidrodinamic staționar cu ardere a gazelor în spatele undei de șoc diferă de schema de detonare a lui Chapman-Jouguet și Zeldovich-Neumann. Un astfel de proces este destul de stabil, durata sa este determinată de stocul de amestec de combustibil și în experimentele cunoscute este de câteva zeci de secunde.

Schema motorului de detonare Voitsekhovsky a servit drept prototip pentru numeroase studii ale motoarelor de detonare rotative și rotative inițiate în ultimii 5 ani. Această schemă reprezintă mai mult de 85% din toate studiile. Toate au un dezavantaj organic - zona de detonare ocupă o parte prea mică a zonei totale de ardere, de obicei nu mai mult de 15%. Ca urmare, indicatorii specifici ai motoarelor sunt mai slabi decât cei ai motoarelor convenționale.

Cu privire la motivele eșecurilor odată cu implementarea schemei Voitsekhovsky

Cea mai mare parte a lucrărilor pe motoare cu detonare continuă este asociată cu dezvoltarea conceptului Voitsekhovsky. În ciuda istoriei cercetărilor de peste 40 de ani, rezultatele au rămas, de fapt, la nivelul anului 1964. Proporția de combustie prin detonare nu depășește 15% din volumul camerei de ardere. Restul arde lent în condiții departe de a fi optime.

Unul dintre motivele acestei stări de fapt este lipsa unei metode de calcul viabile. Deoarece debitul este tridimensional, iar calculul ia în considerare doar legile de conservare a impulsului pe unda de șoc în direcția perpendiculară pe modelul frontului de detonare, rezultatele calculării înclinației undelor de șoc la fluxul produselor de ardere diferă de cele observate experimental cu mai mult de 30%. Consecința este că, în ciuda multor ani de cercetări privind diferite sisteme de alimentare cu combustibil și a experimentelor privind modificarea raportului dintre componentele combustibilului, tot ce s-a făcut este să creeze modele în care are loc arderea prin detonare și să fie menținută timp de 10-15 secunde. Nici creșterea eficienței, nici avantajele față de motoarele rachete cu propulsie lichidă existente și motoarele cu turbină cu gaz nu sunt excluse.

Analiza schemelor RDE existente efectuate de autorii proiectului a arătat că toate schemele RDE propuse astăzi sunt inoperabile în principiu. Arderea prin detonare are loc și se menține cu succes, dar numai într-o măsură limitată. În restul volumului, avem de-a face cu o ardere lentă obișnuită, în plus, în spatele unui sistem non-optim de unde de șoc, care duce la pierderi semnificative de presiune totală. În plus, presiunea este, de asemenea, de câteva ori mai mică decât este necesar pentru condiții ideale de ardere, cu un raport stoichiometric al componentelor amestecului de combustibil. Ca urmare, consumul specific de combustibil pe unitate de tracțiune este cu 30-40% mai mare decât cel al motoarelor convenționale.

Dar cea mai importantă problemă este chiar principiul organizării detonării continue. Așa cum se arată în studiile de detonare circulară continuă efectuate în anii 60, frontul de combustie a detonării este o structură complexă de unde de șoc constând din cel puțin două configurații triple (aproximativ configurații de undă de șoc triplă. O astfel de structură cu o zonă de detonare atașată, cum ar fi orice sistem de feedback termodinamic, lăsat singur, tinde să ocupe o poziție corespunzătoare nivelului minim de energie. Ca rezultat, configurațiile triple și regiunea de combustie a detonării sunt ajustate între ele astfel încât frontul de detonare să se deplaseze de-a lungul decalajului inelar cu minimul volumul posibil de combustie prin detonare. Acesta este exact opusul obiectivului stabilit de proiectanții de motoare pentru arderea prin detonare.

Pentru a crea un motor RDE eficient, este necesar să se rezolve problema creării unei configurații optime de undă de șoc triplă și organizării unei zone de combustie de detonare în ea. Este necesar să puteți crea structuri optime cu unde de șoc într-o varietate de dispozitive tehnice, de exemplu, în difuzoarele optime ale prizelor de aer supersonice. Sarcina principală este creșterea maximă posibilă a proporției combustiei de detonare în volumul camerei de ardere de la curentul inacceptabil de 15% la cel puțin 85%. Proiectele de motoare existente bazate pe proiectele lui Nichols și Wojciechowski nu pot asigura această sarcină.

Uskov V.N., doctor în științe tehnice, profesor la Departamentul de Hidroaeromecanică, Universitatea de Stat din Sankt Petersburg, Facultatea de Matematică și Mecanică, Sankt Petersburg;

Emelyanov VN, doctor în științe tehnice, profesor, șef al Departamentului de Plasmogazdinamică și Inginerie Termică, BSTU „VOENMEKH” numit după D.F. Ustinov, Sankt Petersburg.

Lucrarea a fost primită în 14/10/2013.

Referință bibliografică

Este luată în considerare problema dezvoltării motoarelor de detonare a impulsurilor. Sunt listate principalele centre de cercetare care efectuează cercetări pe motoare de nouă generație. Sunt luate în considerare principalele direcții și tendințe în dezvoltarea proiectării motoarelor de detonare. Sunt prezentate principalele tipuri de astfel de motoare: pulsate, pulsate multitube, pulsate cu un rezonator de înaltă frecvență. Se arată diferența în metoda de creare a tracțiunii în comparație cu un motor cu jet clasic echipat cu o duză Laval. Este descris conceptul de perete de tracțiune și modul de tracțiune. Se arată că motoarele de detonare a impulsurilor sunt îmbunătățite în direcția creșterii ratei de repetare a impulsurilor, iar această direcție își are dreptul la viață în domeniul vehiculelor aeriene fără pilot ușoare și ieftine, precum și în dezvoltarea diferiților amplificatori de forță cu ejector . Sunt prezentate principalele dificultăți de natură fundamentală în modelarea unui flux turbulent de detonare folosind pachete de calcul bazate pe utilizarea modelelor de turbulență diferențială și media ecuațiilor Navier - Stokes în timp.

motor de detonare

motor de detonare a impulsurilor

1. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Istoria studiilor experimentale ale presiunii de fund // Cercetări fundamentale. - 2011. - Nr. 12 (3). - S. 670-674.

2. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Fluctuații ale presiunii inferioare // Cercetări fundamentale. - 2012. - Nr. 3. - P. 204–207.

3. Bulat PV, Zasukhin ON, Prodan NV. Caracteristici ale utilizării modelelor de turbulență în calculul debitelor în conductele supersonice ale motoarelor promițătoare cu jet de aer // Motor. - 2012. - Nr. 1. - P. 20–23.

4. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Uskov V.N. Despre clasificarea regimurilor de flux într-un canal cu expansiune bruscă // Termofizică și Aeromecanică. - 2012. - Nr. 2. - P. 209–222.

5. Bulat P.V., Prodan N.V. Despre fluctuațiile debitului de joasă frecvență ale presiunii inferioare // Cercetări fundamentale. - 2013. - Nr. 4 (3). - S. 545-549.

6. Larionov S.Yu., Nechaev Yu.N., Mokhov A.A. Cercetare și analiză a „scufundărilor” reci ale modulului de tracțiune al unui motor de detonație pulsatorie de înaltă frecvență // Vestnik MAI. - T.14. - Nr. 4 - M.: Editura MAI-Print, 2007. - P. 36–42.

7. Tarasov A.I., Shchipakov V.A. Perspectivele utilizării tehnologiilor de detonare pulsatorie în motoarele cu turboreactoare. SA NPO Saturn STC numit după A. Lyulki, Moscova, Rusia. Institutul de Aviație din Moscova (UTS). - Moscova, Rusia. ISSN 1727-7337. Inginerie și tehnologie aerospațială, 2011. - Nr. 9 (86).

Proiectele de combustie prin detonare din Statele Unite sunt incluse în programul avansat de dezvoltare a motorului IHPTET. Cooperarea include aproape toate centrele de cercetare care lucrează în domeniul construcției de motoare. Numai NASA alocă până la 130 de milioane de dolari pe an în aceste scopuri. Acest lucru dovedește relevanța cercetării în această direcție.

Prezentare generală a muncii în domeniul motoarelor de detonare

Strategia de piață a producătorilor de top din lume vizează nu numai dezvoltarea de noi motoare de detonare reactivă, ci și modernizarea celor existente prin înlocuirea camerelor lor tradiționale de ardere cu una de detonare. În plus, motoarele de detonare pot deveni un element integrant al instalațiilor combinate de diferite tipuri, de exemplu, utilizate ca post-arzător al motorului cu turboreactoare, ca motoare cu ejector de ridicare în aeronavele VTOL (un exemplu în Fig. 1 este un proiect de transport Boeing de transport VTOL).

În Statele Unite, motoarele de detonare sunt dezvoltate de numeroase centre de cercetare și universități: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanford, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Establishments, Suffield și Valcartier, Uniyersite de Poitiers, University of Texas at Arlington, Uniyersite de Poitiers, McGill University, Pennsylvania State University, Princeton University.

Seattle Aerosciences Center (SAC), achiziționat în 2001 de Pratt și Whitney de la Adroit Systems, ocupă o poziție de lider în dezvoltarea motoarelor de detonare. Cea mai mare parte a activității centrului este finanțată de Forțele Aeriene și NASA din bugetul Programului Tehnologic Integrat de Propulsie cu Rachetă High Payoff (IHPRPTP), care vizează crearea de noi tehnologii pentru diferite tipuri de motoare cu reacție.

Orez. 1. Brevetul SUA 6.793.174 B2 al Boeing, 2004

În total, din 1992, specialiștii SAC au efectuat peste 500 de teste pe bancă de probe experimentale. Motoarele de detonare pulsatorie (PDE) care consumă oxigen atmosferic sunt puse în funcțiune de către SAC pentru marina SUA. Având în vedere complexitatea programului, specialiștii marinei au implicat aproape toate organizațiile implicate în motoarele de detonare în implementarea acestuia. Pe lângă Pratt și Whitney, Centrul de Cercetare United Technologies (UTRC) și Boeing Phantom Works sunt implicate în lucrare.

În prezent, în țara noastră, următoarele universități și institute ale Academiei Ruse de Științe (RAS) lucrează la această problemă de actualitate în termeni teoretici: Institutul de Fizică Chimică RAS (ICP), Institutul de Inginerie Mecanică RAS, Institutul de temperaturi ridicate RAS (IVTAN), Institutul de Hidrodinamică Novosibirsk numit după VI Lavrentieva (IGiL), Institutul de Mecanică Teoretică și Aplicată numit după Khristianovich (ITMP), Institutul fizico-tehnic numit după Ioffe, Moscow State University (MSU), Moscow State Aviation Institute (MAI), Novosibirsk State University, Cheboksary State University, Saratov State University etc.

Domenii de lucru pe motoarele de detonare a impulsurilor

Direcția numărul 1 - Motor clasic de detonare prin impuls (PDE). Camera de ardere a unui motor tipic cu reacție constă din injectoare pentru amestecarea combustibilului cu un oxidant, un dispozitiv pentru aprinderea amestecului de combustibil și un tub de flacără în sine, în care au loc reacții redox (combustie). Tubul de flacără se termină cu o duză. De regulă, aceasta este o duză Laval cu o parte convergentă, o secțiune critică minimă în care viteza produselor de ardere este egală cu viteza locală a sunetului, o parte în expansiune în care presiunea statică a produselor de ardere este redusă la presiunea ambientală cât mai mult posibil. Este foarte aproximativ posibil să se estimeze forța motorului pe măsură ce zona gâtului duzei se înmulțește cu diferența de presiune din camera de ardere și din mediu. Prin urmare, cu cât este mai mare presiunea în camera de ardere, cu atât este mai mare forța.

Puterea motorului de detonare a impulsurilor este determinată de alți factori - transferul impulsului de către unda de detonare pe peretele de tracțiune. În acest caz, duza nu este deloc necesară. Motoarele cu detonare de impulsuri au propria lor nișă - aeronave ieftine și de unică folosință. În această nișă, se dezvoltă cu succes în direcția creșterii ratei de repetare a pulsului.

Aspectul clasic al IDD este o cameră cilindrică de ardere care are un perete plan sau special profilat, numit „perete de tiraj” (Fig. 2). Simplitatea dispozitivului IDD este avantajul său incontestabil. După cum arată analiza publicațiilor disponibile, în ciuda varietății schemelor IDD propuse, toate acestea se caracterizează prin utilizarea tuburilor de detonare de lungime considerabilă ca dispozitive de rezonanță și utilizarea supapelor care asigură o alimentare periodică a fluidului de lucru.

Trebuie remarcat faptul că IDD, creat pe baza tuburilor de detonare tradiționale, în ciuda eficienței termodinamice ridicate într-o singură pulsație, are dezavantaje inerente caracteristice motoarelor clasice cu jet de aer care pulsează, și anume:

Frecvența scăzută (până la 10 Hz) a pulsațiilor, care determină un nivel relativ scăzut al eficienței medii a tracțiunii;

Încărcări termice și vibraționale ridicate.

Orez. 2. Diagrama schematică a unui motor de detonare a impulsurilor (IDE)

Direcția nr. 2 - IDD cu mai multe țevi. Principala tendință în dezvoltarea IDD este trecerea la o schemă cu mai multe țevi (Fig. 3). În astfel de motoare, frecvența de funcționare a unei singure conducte rămâne redusă, dar datorită alternanței impulsurilor în diferite conducte, dezvoltatorii speră să obțină caracteristici specifice acceptabile. O astfel de schemă pare a fi destul de funcționabilă dacă rezolvăm problema vibrațiilor și asimetriei de împingere, precum și problema presiunii de fund, în special a posibilelor vibrații de joasă frecvență în regiunea de jos dintre țevi.

Orez. 3. Motorul de detonare a impulsurilor (PDE) al schemei tradiționale cu un pachet de tuburi de detonare ca rezonatoare

Direcția nr. 3 - IDD cu un rezonator de înaltă frecvență. Există, de asemenea, o direcție alternativă - circuitul recent promovat pe scară largă, cu module de tracțiune (Fig. 4), care au un rezonator de înaltă frecvență special profilat. Lucrările în această direcție se desfășoară la Centrul Științific și Tehnic numit după A. Cradle și MAI. Circuitul se distinge prin absența oricăror valve mecanice și dispozitive de aprindere intermitentă.

Modulul de tracțiune IDD al schemei propuse constă dintr-un reactor și un rezonator. Reactorul servește la pregătirea amestecului combustibil-aer pentru arderea detonării, descompunând moleculele amestecului combustibil în componente chimic active. O diagramă schematică a unui ciclu de funcționare a unui astfel de motor este prezentată clar în Fig. 5.

Interacționând cu suprafața inferioară a rezonatorului ca și cu un obstacol, unda de detonare în procesul de coliziune îi transferă un impuls din forțele excesului de presiune.

IDD-urile cu rezonatoare de înaltă frecvență au dreptul de a avea succes. În special, aceștia pot aplica pentru modernizarea arzătoarelor postale și pentru rafinarea motoarelor simple cu turboreactoare, destinate din nou UAV-urilor ieftine. Un exemplu îl constituie încercările MAI și CIAM de a moderniza motorul turboreactor MD-120 în acest mod prin înlocuirea camerei de ardere cu un reactor de activare a amestecului de combustibil și instalarea modulelor de tracțiune cu rezonatoare de înaltă frecvență în spatele turbinei. Până în prezent, nu a fost posibil să se creeze un design realizabil, de atunci Când profilează rezonatori, autorii folosesc teoria liniară a undelor de compresie, adică calculele se efectuează în aproximarea acustică. Dinamica undelor de detonare și a undelor de compresie este descrisă de un aparat matematic complet diferit. Utilizarea pachetelor numerice standard pentru calcularea rezonatoarelor de înaltă frecvență are o limitare fundamentală. Toate modelele moderne de turbulență se bazează pe media ecuațiilor Navier-Stokes (ecuații de bază ale dinamicii gazelor) în timp. În plus, se introduce presupunerea lui Boussinesq că tensorul tensiunii de frecare turbulentă este proporțional cu gradientul de viteză. Ambele ipoteze nu sunt îndeplinite în fluxurile turbulente cu unde de șoc dacă frecvențele caracteristice sunt comparabile cu frecvența de pulsație turbulentă. Din păcate, avem de-a face doar cu un astfel de caz, prin urmare, este necesar fie să construim un model de nivel superior, fie să modelăm numeric direct pe baza ecuațiilor Navier-Stokes complete fără a utiliza modele de turbulență (o problemă care este imposibilă în prezent etapă).

Orez. 4. Schema IDD cu un rezonator de înaltă frecvență

Orez. 5. Diagrama IDD cu un rezonator de înaltă frecvență: SZS - jet supersonic; SW - undă de șoc; Ф este centrul rezonatorului; ДВ - val de detonare; ВР - val de rarefacție; OUV - undă de șoc reflectată

IDD-urile sunt îmbunătățite în direcția creșterii ratei de repetare a pulsului. Această direcție își are dreptul la viață în domeniul vehiculelor aeriene fără pilot ușoare și ieftine, precum și în dezvoltarea diverselor amplificatoare de tracțiune cu ejector.

Uskov V.N., doctor în științe tehnice, profesor la Departamentul de Hidroaeromecanică, Universitatea de Stat din Sankt Petersburg, Facultatea de Matematică și Mecanică, Sankt Petersburg;

Emelyanov VN, doctor în științe tehnice, profesor, șef al Departamentului de Plasmogazdinamică și Inginerie Termică, BSTU „VOENMEKH” numit după D.F. Ustinov, Sankt Petersburg.

Lucrarea a fost primită în 14/10/2013.

Referință bibliografică

LLC "Analog" a fost organizată în 2010 pentru producerea și funcționarea proiectării pulverizatoarelor pentru câmpurile inventate de mine, a căror idee este consacrată în brevetul RF pentru modelul de utilitate nr. 67402 în 2007.

Acum, am dezvoltat, de asemenea, conceptul unui motor rotativ cu ardere internă, în care este posibil să se organizeze combustia de detonare (explozivă) a combustibilului primit cu o eliberare crescută (de aproximativ 2 ori) a presiunii și temperaturii energiei gazelor de eșapament. menținând în același timp performanța motorului. În consecință, cu o creștere de aproximativ 2 ori, eficiența motorului termic, adică până la aproximativ 70%. Implementarea acestui proiect necesită costuri financiare mari pentru proiectarea, selectarea materialelor și producția 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 proiectării, eficiența, respectarea mediului, cuplul ridicat, compacitatea, nivelul de zgomot redus chiar și fără utilizarea unei tobe de eșapament. Fabricabilitatea sa ridicată și materialele speciale vor fi protecție la copiere.

Simplitatea designului este asigurată de designul rotorului, în care toate piesele motorului efectuează o mișcare rotativă simplă.

Respectarea mediului și eficiența sunt asigurate de o combustie instantanee a combustibilului 100% într-o cameră de ardere durabilă, cu temperatură ridicată (aproximativ 2000 ° C), răcită, separată, închisă de această dată prin supape. Răcirea unui astfel de motor este asigurată din interior (răcirea fluidului de lucru) cu orice porțiuni de apă necesare care intră în secțiunea de lucru înainte de a arunca următoarele porțiuni ale fluidului de lucru (gaze de ardere) din camera de ardere, obținându-se astfel o presiune suplimentară de vapori de apă și lucrări utile pe arborele de lucru.

Cuplul mare, chiar și la turații mici, este furnizat (în comparație cu un motor cu combustie internă cu piston), o dimensiune mare și constantă a umărului impactului fluidului de lucru pe lama rotorului. Acest factor va face posibil ca orice transport terestru să se descurce fără o transmisie complexă și costisitoare sau, cel puțin, să o simplifice semnificativ.

Câteva cuvinte despre proiectarea și funcționarea sa.

Motorul cu ardere internă are o formă cilindrică cu două secțiuni ale palei rotorului, dintre care una servește la intrarea și compresia preliminară a amestecului combustibil-aer și este o secțiune cunoscută și funcțională a unui compresor rotativ convențional; cealaltă, cea de lucru, este motorul rotativ modernizat cu aburi al lui Marcinevsky; și între ele există o gamă statică de material rezistent la căldură durabil, în care o cameră de ardere separată, blocabilă pe durata arderii, este realizată cu trei supape care nu se rotesc, dintre care 2 sunt libere, de tip petală și unul controlat pentru a ameliora presiunea înainte de intrarea următoarei porțiuni de ansambluri de combustibil.

Când motorul funcționează, arborele de lucru cu rotoare și lame se rotește. În secțiunea de admisie, lama aspiră și comprimă ansamblul combustibilului și, atunci când presiunea crește peste presiunea camerei de ardere (după ce presiunea este eliberată de aceasta), amestecul de lucru este condus într-un fierbinte (aproximativ 2000 ° C ) cameră, aprinsă de o scânteie și explodează instantaneu. În același timp, supapa de admisie se închide, supapa de ieșire se deschide și înainte de a se deschide, cantitatea necesară de apă este injectată în secțiunea de lucru. Se pare că gazele super-fierbinți sunt arse în secțiunea de lucru sub presiune ridicată și există o porțiune de apă care se transformă în abur și amestecul vapori-gaz rotește rotorul motorului, răcindu-l simultan. Conform informațiilor disponibile, există deja material care poate rezista la temperaturi de până la 10.000 grade C pentru o lungă perioadă de timp, din care trebuie să faceți o cameră de ardere.

În mai 2018, a fost depusă o cerere de invenție. Cererea este acum în curs de examinare pe fond.

Această cerere de investiții este trimisă pentru a oferi finanțare pentru cercetare și dezvoltare, crearea unui prototip, reglarea fină și reglarea acestuia până când se obține un eșantion funcțional al acestui motor. În timp, acest proces poate dura un an sau doi. Opțiunile de finanțare pentru dezvoltarea în continuare a modificărilor motorului pentru diferite echipamente pot și ar trebui dezvoltate separat pentru eșantioanele sale specifice.

Informații suplimentare

Implementarea acestui proiect este un test al invenției în practică. Obținerea unui prototip realizabil. Materialul obținut poate fi oferit întregii industrii naționale de inginerie pentru dezvoltarea de modele de vehicule cu un motor cu ardere internă eficient pe baza contractelor cu dezvoltatorul și a plății comisioanelor.

Puteți alege propria dvs., cea mai promițătoare direcție pentru proiectarea unui motor cu ardere internă, de exemplu, construirea unui motor de aeronave pentru un ALS și să oferiți un motor fabricat, precum și să instalați acest motor cu ardere internă pe propria dvs. dezvoltare a unui ALS, un prototip din care se asamblează.

Trebuie remarcat faptul că piața jeturilor private din lume tocmai a început să se dezvolte, dar în țara noastră este la început. Și, incl. anume lipsa unui motor adecvat cu ardere internă împiedică dezvoltarea sa. Și în țara noastră, cu întinderile sale nesfârșite, astfel de aeronave vor fi solicitate.

Analiza pieței

Implementarea proiectului înseamnă obținerea unui motor cu ardere internă fundamental nou și extrem de promițător.

Acum accentul este pus pe ecologie, iar un motor electric este propus ca alternativă la un motor cu combustie internă cu piston, dar această energie necesară pentru aceasta trebuie generată undeva, acumulată pentru aceasta. Cea mai mare parte a energiei electrice este generată la centralele termice, care sunt departe de a fi ecologice, ceea ce va duce la poluare semnificativă în locațiile lor. Și durata de viață a dispozitivelor de stocare a energiei nu depășește 2 ani, unde să depozitați aceste gunoi dăunătoare? Rezultatul proiectului propus este un motor cu ardere internă convenabil și familiar și, nu mai puțin important, un convenabil și familiar. Trebuie doar să umpleți rezervorul cu combustibil de calitate inferioară.

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

Unicitatea proiectului

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

În orice moment, una dintre sarcinile principale ale proiectării unui motor cu ardere internă a fost abordarea condițiilor de ardere prin detonare, dar nu permiterea apariției acesteia.

Canalele de generare de bani

Vânzarea licențelor de producție.

Ecologie a consumului. Știință și tehnologie: La sfârșitul lunii august 2016, agențiile de știri mondiale au răspândit știrile: la unul dintre standurile NPO Energomash din Khimki lângă Moscova, primul motor de rachetă cu propulsie lichidă (LRE) din lume, care utilizează a fost lansată combustia prin detonare.

La sfârșitul lunii august 2016, agențiile de știri mondiale au răspândit știrile: la unul dintre standurile NPO Energomash din Khimki, lângă Moscova, a fost introdus primul motor rachetă cu propulsie lichidă (LPRE) din lume, care utilizează combustia prin detonare a combustibilului. Operațiune. Pentru acest eveniment, știința și tehnologia internă funcționează de 70 de ani.

Ideea unui motor de detonare a fost propusă de fizicianul sovietic Ya. B. Zel'dovich într-un articol „Despre utilizarea energiei combustiei de detonare” publicat în „Journal of Technical Physics” în 1940. De atunci, cercetări și experimente privind implementarea practică a unei tehnologii promițătoare au avut loc în întreaga lume. În această cursă a minților, mai întâi Germania, apoi Statele Unite, apoi URSS au continuat. Și acum Rusia și-a asigurat o prioritate importantă în istoria mondială a tehnologiei. În ultimii ani, țara noastră s-a putut lăuda rar cu așa ceva.

Pe creasta unui val

Care sunt avantajele unui motor de detonare? În motoarele tradiționale cu rachete cu propulsie lichidă, la fel ca, într-adevăr, în motoarele convenționale cu piston sau cu turbojet, se folosește energia care este eliberată în timpul arderii combustibilului. În camera de ardere a motorului cu rachetă cu combustibil lichid, se formează un front de flacără staționar, în care arderea are loc la o presiune constantă. Acest proces normal de ardere se numește deflagrație. Ca urmare a interacțiunii combustibilului și oxidantului, temperatura amestecului de gaze crește brusc și o coloană aprinsă de produse de ardere izbucnește din duză, care formează impulsul jetului.

Detonarea este, de asemenea, combustie, dar se întâmplă de 100 de ori mai repede decât în ​​cazul combustiei convenționale cu combustibil. Acest proces este atât de rapid încât detonarea este adesea confundată cu o explozie, mai ales că se eliberează atât de multă energie încât, de exemplu, un motor de mașină, atunci când acest fenomen are loc în cilindrii săi, poate de fapt să se prăbușească. Cu toate acestea, detonarea nu este o explozie, ci un tip de combustie atât de rapid încât produsele de reacție nici măcar nu au timp să se extindă; prin urmare, acest proces, spre deosebire de deflagrație, se desfășoară la un volum constant și la o presiune în creștere bruscă.

În practică, arată așa: în locul unui front de flacără staționară în amestecul de combustibil, se formează o undă de detonare în interiorul camerei de ardere, care se deplasează cu o viteză supersonică. În această undă de compresie, are loc detonarea amestecului de combustibil și oxidant, iar acest proces este mult mai eficient din punct de vedere termodinamic decât arderea convențională a combustibilului. Eficiența arderii prin detonare este cu 25-30% mai mare, adică atunci când se arde aceeași cantitate de combustibil, se obține mai multă forță și, datorită compactității zonei de combustie, motorul de detonare este teoretic un ordin de mărime mai mare decât motoarele rachete convenționale din punct de vedere al puterii luate dintr-o unitate de volum.

Numai acest lucru a fost suficient pentru a atrage cea mai apropiată atenție a specialiștilor asupra acestei idei. La urma urmei, stagnarea care a apărut acum în dezvoltarea cosmonauticii mondiale, care a fost blocată pe orbita apropiată a pământului timp de o jumătate de secol, este în primul rând asociată cu criza de propulsie a rachetelor. Apropo, aviația este, de asemenea, în criză, care nu este capabilă să treacă pragul a trei viteze ale sunetului. Această criză poate fi comparată cu situația avioanelor cu piston la sfârșitul anilor 1930. Elicea și motorul cu ardere internă și-au epuizat potențialul și numai apariția motoarelor cu reacție a făcut posibilă atingerea unui nivel calitativ nou de înălțimi, viteze și autonomie de zbor.

Proiectele motoarelor clasice cu rachete cu combustibil lichid au fost lustruite la perfecțiune în ultimele decenii și au ajuns practic la limita capacităților lor. Este posibil să se crească caracteristicile lor specifice în viitor numai în limite foarte nesemnificative - cu câteva procente. Prin urmare, cosmonautica mondială este forțată să urmeze o cale extinsă de dezvoltare: pentru zborurile cu echipaj către Lună, este necesar să se construiască vehicule de lansare uriașe, iar acest lucru este foarte dificil și extrem de scump, cel puțin pentru Rusia. O încercare de a depăși criza cu motoare nucleare a dat peste probleme de mediu. Poate că apariția motoarelor cu rachete de detonare este prea devreme pentru a fi comparată cu tranziția aviației la propulsia jetului, dar sunt destul de capabile să accelereze procesul de explorare a spațiului. Mai mult, acest tip de motor cu reacție are un alt avantaj foarte important.
GRES în miniatură

Un motor rachetă convențional este, în principiu, un arzător mare. Pentru a crește presiunea și caracteristicile sale specifice, este necesar să creșteți presiunea în camera de ardere. În acest caz, combustibilul care este injectat în cameră prin duze trebuie să fie alimentat la o presiune mai mare decât se realizează în timpul procesului de ardere, altfel jetul de combustibil pur și simplu nu poate pătrunde în cameră. Prin urmare, cea mai complexă și mai scumpă unitate dintr-un motor cu propulsie lichidă nu este o cameră cu o duză, care este la vedere, ci o unitate cu turbopompa de combustibil (TNA), ascunsă în intestinele rachetei printre complexitățile conductelor.

De exemplu, cel mai puternic motor rachetă din lume RD-170, creat pentru prima etapă a vehiculului sovietic de lansare super-grea Energia de către același NPO Energia, are o presiune a camerei de ardere de 250 de atmosfere. Asta e mult. Dar presiunea la ieșirea pompei de oxigen care pompează oxidantul în camera de ardere ajunge la 600 atm. O turbină de 189 MW este utilizată pentru a acționa această pompă! Imaginați-vă acest lucru: o roată de turbină cu diametrul de 0,4 m dezvoltă o putere de patru ori mai mare decât spargătorul de gheață nuclear „Arktika” cu două reactoare nucleare! În același timp, THA este un dispozitiv mecanic complex, al cărui arbore face 230 de rotații pe secundă și trebuie să funcționeze într-un mediu de oxigen lichid, unde cel mai mic, nici măcar o scânteie, ci un bob de nisip în conductă duce la o explozie. Tehnologiile pentru crearea unui astfel de TNA reprezintă principalul know-how al Energomash, a cărui deținere permite companiei ruse astăzi să își vândă motoarele pentru instalare pe vehiculele de lansare americane Atlas V și Antares. În Statele Unite nu există încă o alternativă la motoarele rusești.

Pentru un motor de detonare, astfel de dificultăți nu sunt necesare, deoarece presiunea pentru o combustie mai eficientă este asigurată de detonarea însăși, care este o undă de compresie care se deplasează în amestecul de combustibil. În timpul detonării, presiunea crește cu un factor de 18-20 fără niciun TNA.

Pentru a obține condiții în camera de ardere a unui motor de detonare care sunt echivalente, de exemplu, cu cele din camera de ardere a motorului cu propulsie lichidă a American Shuttle (200 atm), este suficient să furnizați combustibil sub o presiune de ... 10 atm Unitatea necesară pentru aceasta, în comparație cu TNA-ul unui motor clasic cu propulsie lichidă, este ca o pompă de bicicletă lângă Sayano-Shushenskaya SDPP.

Adică, motorul de detonare nu va fi doar mai puternic și mai economic decât un motor convențional cu propulsie lichidă, ci și un ordin de mărime mai simplu și mai ieftin. Deci, de ce această simplitate nu a fost dată designerilor de 70 de ani?
Principala problemă cu care se confruntă inginerii a fost cum să facă față valului de detonare. Nu este vorba doar de a face motorul mai puternic, astfel încât să poată rezista la sarcini crescute. Detonarea nu este doar un val de explozie, ci ceva mai viclean. Unda de explozie se propagă cu viteza sunetului, iar unda de detonare la o viteză supersonică - până la 2500 m / s. Nu formează un front de flacără stabil, astfel încât funcționarea unui astfel de motor pulsează: după fiecare detonare, este necesar să reînnoiți amestecul de combustibil și apoi să începeți o nouă undă în el.

Încercările de a crea un motor cu reacție pulsatorie au fost făcute cu mult înainte de ideea de detonare. În utilizarea motoarelor cu reacție pulsatorie, au încercat să găsească o alternativă la motoarele cu piston în anii 1930. Simplitatea a atras din nou: spre deosebire de o turbină de aviație pentru un motor cu jet de aer pulsatoriu (PUVRD), nici un compresor care se rotește la o viteză de 40.000 rpm nu a fost necesar pentru a pompa aerul în uterul nesatific al camerei de ardere și nici să funcționeze la temperatura gazului. de peste 1000˚С turbină. În PUVRD, presiunea din camera de ardere a creat pulsații în arderea combustibilului.

Primele brevete pentru un motor cu reacție pulsatorie au fost obținute independent în 1865 de Charles de Louvrier (Franța) și în 1867 de Nikolai Afanasyevich Teleshov (Rusia). Primul design realizabil al PUVRD a fost brevetat în 1906 de inginerul rus V.V. Karavodin, care a construit un model de instalație un an mai târziu. Datorită mai multor deficiențe, instalația Karavodin nu a găsit aplicație în practică. Primul PUVRD care a operat pe o aeronavă reală a fost germanul Argus As 014, bazat pe un brevet din 1931 al inventatorului de la München, Paul Schmidt. Argus a fost creat pentru „arma represaliilor” - bomba cu aripi V-1. O dezvoltare similară a fost creată în 1942 de către designerul sovietic Vladimir Chelomey pentru prima rachetă de croazieră sovietică 10X.

Desigur, aceste motoare nu erau încă detonante, deoarece foloseau pulsațiile combustiei convenționale. Frecvența acestor pulsații a fost scăzută, ceea ce a generat un sunet caracteristic mitralierei în timpul funcționării. Datorită funcționării intermitente, caracteristicile specifice ale PUVRD au fost în medie scăzute, iar după ce proiectanții, până la sfârșitul anilor 1940, au făcut față dificultăților de creare a compresoarelor, pompelor și turbinelor, motoarele cu turbojete și motoarele cu propulsie lichidă au devenit regii cerul, iar PUVRD a rămas la periferia progresului tehnologic ...

Este curios că primele PUVRD au fost create de designeri germani și sovietici, independent unul de celălalt. Apropo, nu numai Zeldovici a venit cu ideea unui motor de detonare în 1940. Concomitent cu el, aceleași gânduri au fost exprimate de Von Neumann (SUA) și Werner Doering (Germania), așa că în știința internațională modelul utilizării combustiei prin detonare a fost numit ZND.

Ideea de a combina PUVRD cu combustia prin detonare a fost foarte tentantă. Dar partea din față a unei flăcări obișnuite se propagă cu o viteză de 60-100 m / s, iar frecvența pulsațiilor sale în PUVRD nu depășește 250 pe secundă. Iar fața de detonare se mișcă la o viteză de 1500-2500 m / s, astfel frecvența de pulsație ar trebui să fie de mii pe secundă. A fost dificil de implementat o astfel de rată de reînnoire a amestecului și inițierea detonării în practică.

Cu toate acestea, au continuat încercările de a crea motoare funcționale de detonație pulsatorie. Munca specialiștilor din Forțele Aeriene SUA în această direcție a culminat cu crearea unui motor demonstrativ, care a dus pe cer pentru prima dată pe 31 ianuarie 2008 pe un avion experimental Long-EZ. În zborul istoric, motorul a funcționat ... 10 secunde la o altitudine de 30 de metri. Cu toate acestea, prioritatea în acest caz a rămas în Statele Unite, iar avionul a ocupat pe bună dreptate un loc în Muzeul Național al Forțelor Aeriene ale SUA.

Între timp, a fost inventată de mult o altă schemă mult mai promițătoare.

Ca o veveriță într-o roată

Ideea de a bucla o undă de detonare și de a o face să ruleze în camera de combustie ca o veveriță într-o roată a luat naștere oamenilor de știință la începutul anilor 1960. Fenomenul detonării rotative (rotative) a fost teoretic prezis de către fizicianul sovietic din Novosibirsk B.V. Voitsekhovsky în 1960. Aproape simultan cu el, în 1961, americanul J. Nicholls de la Universitatea din Michigan și-a exprimat aceeași idee.

Motorul de detonare rotativ sau rotativ este structural o cameră de ardere inelară, în care combustibilul este furnizat folosind injectoare amplasate radial. Unda de detonare din interiorul camerei nu se mișcă în direcția axială, ca în PUVRD, ci într-un cerc, comprimând și arzând amestecul de combustibil din fața sa și împingând în cele din urmă produsele de combustie din duză în același mod ca și șurubul unui tocător de carne împinge carnea tocată afară. În loc de frecvența de pulsație, obținem frecvența de rotație a undei de detonare, care poate ajunge la câteva mii pe secundă, adică, în practică, motorul nu funcționează ca un motor pulsatoriu, ci ca un motor rachetă convențional cu propulsie lichidă cu combustie staționară, dar mult mai eficient, deoarece de fapt detonarea amestecului de combustibil are loc în el ...

În URSS, la fel ca în SUA, lucrările la un motor de detonație rotativă se desfășoară încă de la începutul anilor 1960, dar din nou, în ciuda simplității aparente a ideii, implementarea acesteia a necesitat rezolvarea unor întrebări teoretice nedumeritoare. Cum se organizează procesul, astfel încât unda să nu se ude? A fost necesar să se înțeleagă cele mai complexe procese fizice și chimice care au loc într-un mediu gazos. Aici calculul nu a mai fost efectuat la nivel molecular, ci la nivel atomic, la joncțiunea chimiei și a fizicii cuantice. Aceste procese sunt mai complexe decât cele care apar în timpul generării unui fascicul laser. De aceea, laserul funcționează de mult timp, dar motorul de detonare nu. Pentru a înțelege aceste procese, a fost necesar să se creeze o nouă știință fundamentală - cinetica fizico-chimică, care nu exista acum 50 de ani. Și pentru calcularea practică a condițiilor în care unda de detonare nu se va descompune, ci va deveni auto-susținută, au fost necesare computere puternice, care au apărut abia în ultimii ani. Aceasta a fost baza care a trebuit pusă pe baza succeselor practice în îmblânzirea detonării.

Lucrări active în această direcție se desfășoară în Statele Unite. Aceste studii sunt efectuate de Pratt & Whitney, General Electric, NASA. De exemplu, laboratorul de cercetare al US Navy dezvoltă turbine cu gaz de detonare a spinului pentru Navy. Marina SUA folosește 430 de turbine pe gaz pe 129 de nave și consumă combustibil anual de 3 miliarde de dolari. Introducerea unor motoare cu turbină cu gaz cu detonație mai economice (GTE) va economisi sume uriașe de bani.

În Rusia, zeci de institute de cercetare și birouri de proiectare au lucrat și continuă să lucreze pe motoarele de detonare. Printre acestea se numără NPO Energomash, cea mai importantă companie de construcții de motoare din industria spațială rusă, cu multe dintre întreprinderile cărora cooperează VTB Bank. Dezvoltarea unui motor de rachetă de detonare a fost efectuată timp de mai mult de un an, dar pentru ca vârful aisbergului acestei lucrări să sclipească sub soare sub forma unui test de succes, participarea organizațională și financiară a notorii Fundații pentru cercetare avansată (FPI) a fost necesar. FPI a fost cel care a alocat fondurile necesare pentru crearea în 2014 a unui laborator specializat „Detonare LRE”. La urma urmei, în ciuda celor 70 de ani de cercetare, această tehnologie rămâne „prea promițătoare” în Rusia pentru a fi finanțată de clienți precum Ministerul Apărării, care, de regulă, au nevoie de un rezultat practic garantat. Și este încă foarte departe de ea.

Îmblânzirea scorpiei

Aș vrea să cred că după tot ce s-a spus mai sus, lucrarea titanică care apare între rândurile unui scurt raport despre testele care au avut loc la Energomash din Khimki în iulie-august 2016 devine de înțeles: valuri cu o frecvență de aproximativ 20 kHz (frecvența de rotație a valului este de 8 mii de rotații pe secundă) pe aburul combustibil „oxigen - kerosen”. A fost posibil să se obțină mai multe unde de detonare, care să echilibreze vibrațiile și sarcinile de șoc reciproc. Acoperirile de protecție termică special dezvoltate la Centrul Keldysh au ajutat să facă față sarcinilor la temperaturi ridicate. Motorul a rezistat mai multor porniri sub sarcini extreme de vibrații și temperaturi ultra ridicate în absența răcirii stratului de perete. Un rol special în acest succes l-a avut crearea de modele matematice și injectoare de combustibil, care au făcut posibilă obținerea unui amestec de consistență necesar apariției detonării. "

Desigur, nu ar trebui să exagerăm importanța succesului obținut. A fost creat doar un motor demonstrativ, care a funcționat pentru un timp relativ scurt și nu s-a raportat nimic despre caracteristicile sale reale. Potrivit NPO Energomash, un motor rachetă de detonare va crește forța de forță cu 10% atunci când arde aceeași cantitate de combustibil ca la un motor convențional, iar impulsul de forță specific ar trebui să crească cu 10-15%.

Dar principalul rezultat este că a fost confirmată practic posibilitatea organizării combustiei prin detonare într-un motor rachetă cu propulsie lichidă. Cu toate acestea, mai este încă un drum lung de parcurs înainte de a utiliza această tehnologie în avioane reale. Un alt aspect important este că o altă prioritate mondială în domeniul tehnologiilor înalte este acum atribuită țării noastre: pentru prima dată în lume, a fost lansat un motor rachetă detonare de dimensiuni complete în Rusia, iar acest fapt va rămâne în istoria stiinta si Tehnologie. publicat

Un motor de detonare este adesea privit ca o alternativă la un motor standard cu combustie sau rachetă. Este plin de numeroase mituri și legende. Aceste legende se nasc și trăiesc doar pentru că oamenii care le răspândesc fie au uitat cursul de fizică școlară, fie chiar au omis-o complet!

Creșterea densității puterii sau a tracțiunii

Prima amăgire.

De la o creștere a ratei de ardere a combustibilului de până la 100 de ori, va fi posibilă creșterea puterii specifice (pe unitate de volum de lucru) a motorului cu ardere internă. Pentru motoarele cu rachetă care funcționează în moduri de detonare, forța pe unitate de masă va crește de 100 de ori.

Notă: Ca întotdeauna, nu este clar despre ce masă vorbim - masa fluidului de lucru sau întreaga rachetă în ansamblu.

Nu există nicio legătură între viteza la care arde combustibilul și puterea specifică.

Există o relație între raportul de compresie și densitatea de putere. Pentru motoarele cu combustie internă pe benzină, raportul de compresie este de aproximativ 10. La motoarele care utilizează modul de detonare, acesta poate fi mărit de aproximativ 2 ori, ceea ce este exact ceea ce se realizează la motoarele diesel, care au un raport de compresie de aproximativ 20. De fapt, funcționează în modul de detonare. Adică, desigur, raportul de compresie poate fi mărit, dar după ce a avut loc detonarea, nimeni nu are nevoie de ea! Nu poate fi vorba de 100 de ori !! Mai mult, volumul de lucru al motorului cu ardere internă este, să zicem, de 2 litri, volumul întregului motor este de 100 sau 200 de litri. Economisirea volumului va fi de 1% !!! Dar „consumul” suplimentar (grosimea peretelui, materiale noi etc.) va fi măsurat nu în procente, ci în timpi sau zeci de ori !!

Pentru trimitere. Lucrarea efectuată este proporțională, aproximativ vorbind, V * P (procesul adiabatic are coeficienți, dar nu schimbă esența acum). Dacă volumul este redus de 100 de ori, atunci presiunea inițială ar trebui să crească de aceeași 100 de ori! (să facă aceeași treabă).

Capacitatea de litri poate fi crescută dacă compresia este abandonată total sau lăsată la același nivel, dar hidrocarburile (în cantități mai mari) și oxigenul pur într-un raport de greutate de aproximativ 1: 2,6-4, în funcție de compoziția hidrocarburilor sau de oxigenul lichid din general (unde era deja :-)). Apoi, este posibil să creșteți atât capacitatea litrului, cât și eficiența (datorită creșterii „raportului de expansiune” care poate ajunge la 6000!). Dar pe drum este atât capacitatea camerei de ardere de a rezista la astfel de presiuni și temperaturi, cât și nevoia de „a se hrăni” nu cu oxigen atmosferic, ci cu oxigen pur sau chiar lichid stocat!

De fapt, un fel de acest lucru este utilizarea oxidului de azot. Oxidul de azot este pur și simplu o modalitate de a introduce o cantitate crescută de oxigen în camera de ardere.

Dar aceste metode nu au nimic de-a face cu detonarea !!

Este posibil să se propună dezvoltarea în continuare a unor astfel de metode exotice de creștere a litrului - să se utilizeze fluor în loc de oxigen. Este un agent oxidant mai puternic, adică reacțiile cu el merg cu o mare eliberare de energie.

Creșterea vitezei fluxului de jet

Întinderea celui de-al doilea.
La motoarele cu rachetă care utilizează moduri de funcționare detonante, ca urmare a faptului că modul de ardere are loc la viteze peste viteza sunetului într-un mediu dat (care depinde de temperatură și presiune), presiunea și parametrii de temperatură din camera de ardere cresc de mai multe ori, viteza jeturilor reactive de ieșire. Acest lucru îmbunătățește proporțional toți parametrii unui astfel de motor, inclusiv reducerea greutății și a consumului acestuia și, prin urmare, a alimentării necesare cu combustibil.

După cum sa menționat mai sus, raportul de compresie nu poate fi mărit de mai mult de 2 ori. Dar, din nou, rata de curgere a gazelor depinde de energia furnizată și de temperatura acestora! (Legea conservării energiei). Cu aceeași cantitate de energie (aceeași cantitate de combustibil), viteza poate fi crescută numai prin scăderea temperaturii acestora. Dar acest lucru este deja împiedicat de legile termodinamicii.

Motoarele cu rachete de detonare sunt viitorul călătoriilor interplanetare

A treia concepție greșită.

Doar motoarele cu rachete bazate pe tehnologii de detonare fac posibilă obținerea parametrilor de viteză necesari zborurilor interplanetare pe baza reacției de oxidare chimică.

Ei bine, aceasta este o amăgire cel puțin logică. Urmează din primele două.

Nicio tehnologie nu este capabilă să scoată nimic din reacția de oxidare! Cel puțin pentru substanțele cunoscute. Debitul este determinat de echilibrul energetic al reacției. O parte din această energie, conform legilor termodinamicii, poate fi transformată în muncă (energie cinetică). Acestea. chiar dacă toată energia intră în cinetică, atunci aceasta este limita bazată pe legea conservării energiei și nu pot fi depășite detonări, grade de compresie etc.

În plus față de echilibrul energetic, un parametru foarte important este „energia pe nucleon”. Dacă faceți mici calcule, puteți obține că reacția de oxidare a atomului de carbon (C) dă de 1,5 ori mai multă energie decât reacția de oxidare a moleculei de hidrogen (H2). Dar, datorită faptului că produsul oxidării carbonului (CO2) este de 2,5 ori mai greu decât produsul oxidării hidrogenului (H2O), rata de ieșire a gazelor de la motoarele cu hidrogen este de 13%. Este adevărat, trebuie ținut cont și de capacitatea termică a produselor de ardere, dar aceasta oferă o corecție foarte mică.