Energomash motori me shpërthim. Motori i shpërthimit - e ardhmja e ndërtimit të motorit rus

Korrieri Ushtarak-Industrial ka lajme të mira në fushën e teknologjisë së raketave të përparuara. Një motor rakete shpërthyese është testuar në Rusi, tha zëvendëskryeministri Dmitry Rogozin në faqen e tij në Facebook të premten.

“Të ashtuquajturat motorë raketash detonimi, të zhvilluara në kuadër të programit të Fondit të Avancuar të Kërkimit, janë testuar me sukses”, citohet të ketë thënë zëvendëskryeministri i Interfax-AVN.

Besohet se një motor rakete me shpërthim është një nga mënyrat për të zbatuar konceptin e të ashtuquajturit hipertingull motorik, domethënë krijimi i avionëve hipersonikë të aftë për të arritur një shpejtësi prej 4-6 Mach (Mach është shpejtësia e zërit ) për shkak të motorit të vet.

Portali russia-reborn.ru ofron një intervistë me një nga specialistët kryesorë të specializuar të motorëve në Rusi në lidhje me motorët e raketave me shpërthim.

Intervistë me Pyotr Lyovochkin, projektuesi kryesor i NPO Energomash im. Akademiku V.P. Glushko”.

Po krijohen motorë për raketat hipersonike të së ardhmes
Të ashtuquajturit motorë raketash detonimi janë testuar me sukses me rezultate shumë interesante. Puna zhvillimore në këtë drejtim do të vazhdojë.

Shpërthimi është një shpërthim. Mund ta bëni të menaxhueshme? A është e mundur të krijohen armë hipersonike në bazë të motorëve të tillë? Cilët motorë raketash do të lëshojnë mjete pa pilot dhe pa pilot në hapësirën e afërt? Kjo është biseda jonë me zëvendësdrejtorin e përgjithshëm - kryeprojektues i OJF-së Energomash im. Akademiku V.P. Glushko ”nga Pyotr Lyovochkin.

Petr Sergeevich, çfarë mundësish hapin motorët e rinj?

Pyotr Lyovochkin: Nëse flasim për të ardhmen e afërt, sot po punojmë për motorë për raketa të tilla si Angara A5B dhe Soyuz-5, si dhe të tjera që janë në fazën e para-projektimit dhe janë të panjohura për publikun e gjerë. Në përgjithësi, motorët tanë janë krijuar për të ngritur një raketë nga sipërfaqja e një trupi qiellor. Dhe mund të jetë çdo gjë - tokësore, hënore, marsiane. Pra, nëse zbatohen programet hënore apo marsiane, ne patjetër do të marrim pjesë në to.

Cili është efikasiteti i motorëve modernë të raketave dhe a ka ndonjë mënyrë për t'i përmirësuar ato?

Pyotr Lyovochkin: Nëse flasim për parametrat e energjisë dhe termodinamikë të motorëve, atëherë mund të themi se motorët tanë, si dhe motorët më të mirë të raketave kimike të huaja sot, kanë arritur një nivel të caktuar përsosmërie. Për shembull, efikasiteti i djegies së karburantit arrin 98.5 përqind. Kjo do të thotë, pothuajse e gjithë energjia kimike e karburantit në motor shndërrohet në energji termike të avionit të gazit që del nga hunda.

Ju mund të përmirësoni motorët në drejtime të ndryshme. Ky është përdorimi i përbërësve të karburantit me më shumë energji, futja e zgjidhjeve të reja të qarkut, një rritje e presionit në dhomën e djegies. Një drejtim tjetër është përdorimi i teknologjive të reja, përfshirë aditivët, për të zvogëluar intensitetin e punës dhe, si rezultat, për të ulur koston e një motori rakete. E gjithë kjo çon në një ulje të kostos së ngarkesës së prodhimit.

Sidoqoftë, me një ekzaminim më të afërt, bëhet e qartë se rritja e karakteristikave energjetike të motorëve në mënyrën tradicionale është e paefektshme.

Përdorimi i një shpërthimi të kontrolluar të karburantit mund t'i japë një rakete tetë herë shpejtësinë e zërit
Pse?

Petr Lyovochkin: Një rritje e presionit dhe konsumit të karburantit në dhomën e djegies do të rrisë natyrshëm shtytjen e motorit. Por kjo do të kërkojë një rritje në trashësinë e mureve të dhomës dhe pompave. Si rezultat, kompleksiteti i strukturës dhe masa e saj rriten, dhe fitimi i energjisë rezulton të jetë jo aq i madh. Loja nuk do t'ia vlejë qiriun.

Kjo do të thotë, motorët e raketave kanë shteruar burimin e tyre të zhvillimit?

Pyotr Lyovochkin: Jo aq. Në aspektin teknik, ato mund të përmirësohen duke rritur efikasitetin e proceseve brenda motorike. Ekzistojnë cikle të shndërrimit termodinamik të energjisë kimike në energjinë e një avioni që rrjedh, të cilat janë shumë më efikase se djegia klasike e karburantit të raketës. Ky është cikli i djegies së shpërthimit dhe cikli i Humphrey afër tij.

Vetë efekti i shpërthimit të karburantit u zbulua nga bashkatdhetari ynë - më vonë Akademiku Yakov Borisovich Zeldovich në vitin 1940. Zbatimi i këtij efekti në praktikë premtoi perspektiva shumë të mëdha në raketa. Nuk është për t'u habitur që gjermanët në të njëjtat vite studiuan në mënyrë aktive procesin e shpërthimit të djegies. Por ata nuk përparuan përtej eksperimenteve jo shumë të suksesshme.

Llogaritjet teorike kanë treguar se djegia e shpërthimit është 25 për qind më efikase se cikli izobarik, që korrespondon me djegien e karburantit me presion konstant, i cili zbatohet në dhomat e motorëve modernë me raketa të lëngshme.

Dhe cilat janë avantazhet e djegies së shpërthimit në krahasim me djegien klasike?

Petr Lyovochkin: Procesi klasik i djegies është nënsonik. Shpërthimi - supersonik. Shpejtësia e reagimit në një vëllim të vogël çon në një lëshim të madh të nxehtësisë - është disa mijëra herë më e lartë se në djegien nënsonike, e zbatuar në motorët klasikë të raketave me të njëjtën masë karburanti që digjet. Dhe për ne, specialistët e motorëve, kjo do të thotë që me një madhësi shumë më të vogël të një motori shpërthyes dhe me një masë të ulët karburanti, mund të merrni të njëjtën shtytje si në motorët e mëdhenj modernë të raketave me lëndë djegëse të lëngshme.

Nuk është sekret që motorët me djegie të karburantit me shpërthim po zhvillohen edhe jashtë vendit. Cilat janë pozicionet tona? A jemi inferiorë, jemi në nivelin e tyre apo jemi në krye?

Pyotr Lyovochkin: Ne nuk pranojmë - kjo është e sigurt. Por nuk mund të them që ne jemi në krye. Tema eshte mbyllur mjaft. Një nga sekretet kryesore teknologjike është se si të sigurohet që karburanti dhe oksiduesi i motorit të raketës të mos digjet, por të shpërthejë, duke mos shkatërruar dhomën e djegies. Kjo është, në fakt, për të bërë një shpërthim të vërtetë të kontrolluar dhe të kontrolluar. Për referencë: shpërthimi është djegia e karburantit në pjesën e përparme të një valë goditëse supersonike. Dalloni midis shpërthimit të impulsit, kur vala goditëse lëviz përgjatë boshtit të dhomës dhe njëri zëvendëson tjetrin, si dhe shpërthimit të vazhdueshëm (spin), kur valët goditëse në dhomë lëvizin në formë rrethi.

Me sa dihet, studimet eksperimentale të djegies së shpërthimit janë kryer me pjesëmarrjen e specialistëve tuaj. Çfarë rezultatesh u morën?

Pyotr Lyovochkin: Puna u krye për të krijuar një dhomë model për një motor rakete me shpërthim të lëngshëm. Një bashkëpunim i madh i qendrave kryesore shkencore të Rusisë punoi në projekt nën patronazhin e Fondacionit të Kërkimeve të Avancuara. Midis tyre përmendet Instituti i Hidrodinamikës. M.A. Lavrentieva, MAI, "Qendra Keldysh", Instituti Qendror i Motorëve të Aviacionit me emrin P.I. Baranova, Fakulteti i Mekanikës dhe Matematikës, Universiteti Shtetëror i Moskës. Ne sugjeruam përdorimin e vajgurit si lëndë djegëse dhe oksigjenin e gaztë si agjent oksidues. Në procesin e studimeve teorike dhe eksperimentale, u konfirmua mundësia e krijimit të një motori rakete shpërthyese bazuar në përbërës të tillë. Bazuar në të dhënat e marra, ne kemi zhvilluar, prodhuar dhe testuar me sukses një dhomë model shpërthimi me një shtytje prej 2 tonësh dhe një presion në dhomën e djegies prej rreth 40 atm.

Kjo detyrë u zgjidh për herë të parë jo vetëm në Rusi, por edhe në botë. Prandaj, sigurisht që kishte probleme. Së pari, i lidhur me sigurimin e një shpërthimi të qëndrueshëm të oksigjenit me vajguri, dhe së dyti, me sigurimin e ftohjes së besueshme të murit të zjarrit të dhomës pa ftohje perde dhe një sërë problemesh të tjera, thelbi i të cilave është i qartë vetëm për specialistët.

Në fakt, në vend të një flake ballore konstante në zonën e djegies, formohet një valë shpërthimi, e cila udhëton me një shpejtësi supersonike. Në një valë të tillë kompresimi, karburanti dhe oksiduesi shpërthen, ky proces, nga pikëpamja termodinamike, rrit efikasitetin e motorit me një renditje madhësie, për shkak të kompaktësisë së zonës së djegies.

Është interesante se në vitin 1940, fizikani sovjetik Ya.B. Zeldovich propozoi idenë e një motori shpërthimi në artikullin "Për përdorimin e energjisë së djegies së shpërthimit". Që atëherë, shumë shkencëtarë nga vende të ndryshme kanë punuar për një ide premtuese, tani Shtetet e Bashkuara, tani Gjermania, tani bashkatdhetarët tanë kanë dalë përpara.

Në verë, në gusht 2016, shkencëtarët rusë arritën të krijojnë motorin e parë të avionit të lëngshëm me madhësi të plotë në botë që funksionon në parimin e djegies së karburantit me shpërthim. Vendi ynë më në fund ka vendosur një prioritet botëror në zhvillimin e teknologjisë më të fundit gjatë shumë viteve të pas-perestrojkës.

Pse motori i ri është kaq i mirë? Një motor reaktiv përdor energjinë e çliruar kur përzierja digjet me një presion konstant dhe një front të vazhdueshëm flakë. Gjatë djegies, përzierja e gazit e karburantit dhe oksiduesit rrit ndjeshëm temperaturën dhe kolona e flakës që del nga gryka krijon një shtytje jet.

Gjatë djegies së shpërthimit, produktet e reaksionit nuk kanë kohë të dekompozohen, sepse ky proces është 100 herë më i shpejtë se deflargimi dhe presioni rritet me shpejtësi, por vëllimi mbetet i pandryshuar. Lëshimi i një sasie kaq të madhe energjie në fakt mund të shkatërrojë motorin e një makine, prandaj ky proces shpesh shoqërohet me një shpërthim.

Në fakt, në vend të një flake ballore konstante në zonën e djegies, formohet një valë shpërthimi, e cila udhëton me një shpejtësi supersonike. Në një valë të tillë kompresimi, karburanti dhe oksiduesi shpërthen, ky proces, nga pikëpamja e termodinamikës rrit efikasitetin e motorit me një renditje të madhësisë, për shkak të kompaktësisë së zonës së djegies. Prandaj, specialistët me kaq zell u vunë në zhvillimin e kësaj ideje. Në një motor konvencional me lëndë djegëse të lëngshme, i cili është, në fakt, një djegës i madh, gjëja kryesore nuk është dhoma e djegies dhe gryka, por njësia e turbopompës së karburantit (TNA). e cila krijon presion të tillë që karburanti depërton në dhomë. Për shembull, në motorin rus të raketës RD-170 për automjetet lëshuese Energia, presioni në dhomën e djegies është 250 atm dhe pompa që furnizon oksiduesin në zonën e djegies duhet të krijojë një presion prej 600 atm.

Në një motor shpërthyes, presioni krijohet nga vetë shpërthimi, i cili është një valë kompresimi udhëtuese në përzierjen e karburantit, në të cilën presioni pa asnjë TPA është tashmë 20 herë më i lartë dhe njësitë e pompës turbo janë të tepërta. Për ta bërë të qartë, American Shuttle ka një presion të dhomës së djegies prej 200 atm, dhe një motor shpërthyes në kushte të tilla ka nevojë vetëm për 10 atm për të furnizuar përzierjen - është si një pompë biçiklete dhe HEC Sayano-Shushenskaya.

Në këtë rast, një motor i bazuar në shpërthim jo vetëm që është më i thjeshtë dhe më i lirë për nga një renditje madhësie, por shumë më i fuqishëm dhe më ekonomik se një motor rakete konvencionale me lëndë djegëse të lëngshme. përballja me valën e shpërthimit u ngrit. Ky fenomen nuk është thjesht një valë shpërthimi, e cila ka shpejtësinë e zërit, dhe një valë shpërthyese që përhapet me një shpejtësi prej 2500 m/s, nuk ka stabilizim të pjesës së përparme të flakës, përzierja rinovohet për çdo pulsim dhe vala është rifilluar.

Më parë, inxhinierët rusë dhe francezë zhvilluan dhe ndërtuan motorë reaktivë pulsues, por jo në parimin e shpërthimit, por në bazë të pulsimit të djegies konvencionale. Karakteristikat e PUVRD-ve të tilla ishin të ulëta, dhe kur ndërtuesit e motorëve zhvilluan pompa, turbina dhe kompresorë, epoka e motorëve reaktivë dhe motorëve të raketave me karburant të lëngshëm erdhi, dhe ato pulsuese mbetën në kufijtë e përparimit. Mendjet e ndritura të shkencës janë përpjekur të kombinojnë djegien e shpërthimit me PUVRD, por frekuenca e pulsimeve të një fronti konvencional të djegies nuk është më shumë se 250 në sekondë, dhe pjesa e përparme e shpërthimit ka një shpejtësi deri në 2500 m / s dhe frekuencën e pulsimit të saj. arrin disa mijëra në sekondë. Dukej e pamundur të zbatohej në praktikë një shkallë e tillë e rinovimit të përzierjes dhe në të njëjtën kohë të fillonte shpërthimin.

Në SHBA, ishte e mundur të ndërtohej një motor i tillë pulsues i shpërthimit dhe të testohej në ajër, megjithatë, ai funksionoi vetëm për 10 sekonda, por përparësia mbeti me projektuesit amerikanë. Por tashmë në vitet '60 të shekullit të kaluar, shkencëtari sovjetik B.V. Voitsekhovsky, dhe praktikisht në të njëjtën kohë, një amerikan nga Universiteti i Miçiganit, J. Nichols, dolën me idenë për të lidhur një valë shpërthimi në dhomën e djegies.

Si funksionon një motor rakete me shpërthim?

Një motor i tillë rrotullues përbëhej nga një dhomë unaze djegieje me grykë të vendosura përgjatë rrezes së tij për furnizimin me karburant. Vala e shpërthimit shkon si një ketër në një rrotë rreth një rrethi, përzierja e karburantit ngjesh dhe digjet, duke i shtyrë produktet e djegies përmes grykës. Në një motor rrotullues, marrim një frekuencë rrotullimi të një vale prej disa mijëra në sekondë, funksionimi i tij është i ngjashëm me procesin e punës në një motor me motor të lëngshëm, vetëm në mënyrë më efikase për shkak të shpërthimit të përzierjes së karburantit.

Në BRSS dhe SHBA, dhe më vonë në Rusi, po punohet për të krijuar një motor shpërthyes rrotullues me një valë të vazhdueshme, për të kuptuar proceset që ndodhin brenda, për të cilat u krijua një shkencë e tërë e kinetikës fiziko-kimike. Për të llogaritur kushtet e një valë të pamposhtur, nevojiteshin kompjuterë të fuqishëm, të cilët u krijuan vetëm kohët e fundit.

Në Rusi, shumë institute kërkimore dhe zyra projektimi po punojnë për projektin e një motori të tillë rrotullues, përfshirë kompaninë e ndërtimit të motorëve të industrisë hapësinore NPO Energomash. Fondi i Kërkimit të Avancuar erdhi në ndihmë në zhvillimin e një motori të tillë, sepse është e pamundur të marrësh fonde nga Ministria e Mbrojtjes - vetëm u jep atyre një rezultat të garantuar.

Sidoqoftë, gjatë provave në Khimki në Energomash, u regjistrua një gjendje e qëndrueshme e shpërthimit të vazhdueshëm të rrotullimit - 8 mijë rrotullime në sekondë në një përzierje oksigjeni-vajguri. Në këtë rast, valët e shpërthimit balancuan valët e vibrimit dhe veshjet mbrojtëse të nxehtësisë i rezistuan temperaturave të larta.

Por mos u bëni lajka, sepse ky është vetëm një motor demonstrues që ka punuar për një kohë shumë të shkurtër dhe ende nuk është thënë asgjë për karakteristikat e tij. Por gjëja kryesore është se mundësia e krijimit të djegies së shpërthimit është vërtetuar dhe në Rusi është krijuar një motor rrotullues me madhësi të plotë, i cili do të mbetet përgjithmonë në historinë e shkencës.

Dhomat e djegies me
shpërthim i vazhdueshëm

Ideja dhomat e djegies me shpërthim të vazhdueshëm propozuar në 1959 nga Akademiku i Akademisë së Shkencave të BRSS B.V. Voitsekhovsky. Dhoma e djegies me shpërthim të vazhdueshëm (CDC) është një kanal unazor i formuar nga muret e dy cilindrave koaksialë. Nëse një kokë përzierëse vendoset në pjesën e poshtme të kanalit unazor, dhe skaji tjetër i kanalit është i pajisur me një grykë reaktiv, atëherë fitohet një motor reaktiv unazor me rrjedhje. Djegia e shpërthimit në një dhomë të tillë mund të organizohet duke djegur përzierjen e karburantit të furnizuar përmes kokës së përzierjes në një valë shpërthimi që qarkullon vazhdimisht mbi pjesën e poshtme. Në këtë rast, vala e shpërthimit do të djegë përzierjen e karburantit që ka hyrë në dhomën e djegies gjatë një rrotullimi të valës përgjatë perimetrit të kanalit unazor. Frekuenca e rrotullimit të valës në një dhomë djegieje me një diametër prej rreth 300 mm do të ketë një vlerë prej 105 rpm dhe më e lartë. Përparësitë e dhomave të tilla të djegies përfshijnë: (1) thjeshtësinë e projektimit; (2) ndezje e vetme; (3) dalje pothuajse stacionare e produkteve të shpërthimit; (4) ritme të larta të ciklit (kilohertz); (5) një dhomë e shkurtër djegieje; (6) niveli i ulët i emetimit të substancave të dëmshme (NO, CO, etj.); (7) zhurmë dhe dridhje të ulët. Disavantazhet e dhomave të tilla përfshijnë: (1) nevojën për një kompresor ose njësi të pompës turbo; (2) menaxhimi i kufizuar; (3) kompleksiteti i shkallëzimit; (4) vështirësia e ftohjes.

Investimet e mëdha në R&D dhe R&D për këtë temë në Shtetet e Bashkuara filluan relativisht kohët e fundit: 3-5 vjet më parë (Forca Ajrore, Marina, NASA, korporatat e hapësirës ajrore). Bazuar në botime të hapura, në Japoni, Kinë, Francë, Poloni dhe Kore, puna për projektimin e dhomave të tilla të djegies duke përdorur metoda llogaritëse të dinamikës së gazit është aktualisht shumë e përhapur. Në Federatën Ruse, kërkimet në këtë drejtim kryhen në mënyrë më aktive në NP "Qendra IDG" dhe në Institutin e Gjeologjisë dhe Letërsisë SB RAS.

Përparimet më të rëndësishme në këtë fushë të shkencës dhe teknologjisë janë renditur më poshtë. Në vitin 2012, specialistët nga Pratt & Whitney dhe Rocketdyne (SHBA) publikuan rezultatet e provave të një motori eksperimental rakete të një modeli modular me grykë të zëvendësueshme për furnizimin e komponentëve të karburantit dhe me hundë të zëvendësueshme. U kryen qindra prova të qitjes duke përdorur çifte të ndryshme karburanti: hidrogjen - oksigjen, metan - oksigjen, etan - oksigjen, etj. Bazuar në testet, hartat e mënyrave të qëndrueshme të funksionimit të motorit me një, dy ose më shumë valë shpërthimi që qarkullojnë mbi janë ndërtuar fundi i dhomës. Janë hetuar metoda të ndryshme të mirëmbajtjes së ndezjes dhe shpërthimit. Koha maksimale e funksionimit të motorit e arritur në eksperimentet me ftohjen me ujë të mureve të dhomës ishte 20 s. Raportohet se kjo kohë është kufizuar vetëm nga furnizimi me komponentë karburanti, por jo nga gjendja termike e mureve. Specialistët polakë, së bashku me partnerët evropianë, po punojnë për krijimin e një dhome djegieje me shpërthim të vazhdueshëm për një motor helikopteri. Ata arritën të krijojnë një dhomë djegieje që funksionon në mënyrë të qëndrueshme në një mënyrë shpërthimi të vazhdueshëm për 2 s në një përzierje hidrogjeni me ajër dhe vajguri me ajër në kombinim me një kompresor motori GTD350 të prodhimit Sovjetik. Në 2011-2012. Instituti i Hidrodinamikës SB RAS regjistroi eksperimentalisht procesin e djegies me shpërthim të vazhdueshëm të një përzierjeje heterogjene të grimcave të qymyrit me madhësi mikron me ajër në një dhomë djegieje me disk me diametër 500 mm. Para kësaj, në Institutin e Gjeologjisë u kryen me sukses eksperimente me regjistrimin afatshkurtër (deri në 1-2 s) të shpërthimit të vazhdueshëm të përzierjeve ajrore të hidrogjenit dhe acetilenit, si dhe përzierjet e oksigjenit të një numri hidrokarburesh individuale. Andologjia e Degës Siberiane të Akademisë së Shkencave Ruse. Në 2010-2012. Në Qendrën IDG, duke përdorur teknologji unike llogaritëse, u krijuan bazat për projektimin e dhomave të djegies me shpërthim të vazhdueshëm si për motorët me raketa ashtu edhe për motorët me avion ajror dhe për herë të parë rezultatet e eksperimenteve u riprodhuan duke përdorur një metodë llogaritjeje kur dhoma ishte operohet me një furnizim të veçantë të përbërësve të karburantit (hidrogjen dhe ajër). Për më tepër, në vitin 2013, NP "Center IDG" projektoi, prodhoi dhe testoi një dhomë djegie unazore me shpërthim të vazhdueshëm me diametër 400 mm, një hendek 30 mm dhe lartësi 300 mm, i projektuar për të kryer një program kërkimor që synon në vërtetimin eksperimental të efikasitetit energjetik të djegies së vazhdueshme me shpërthim të përzierjeve karburant-ajër.

Problemi më i rëndësishëm me të cilin përballen zhvilluesit kur krijojnë dhomat e djegies me shpërthim të vazhdueshëm që funksionojnë me karburant standard është i njëjtë si për dhomat e djegies me shpërthim pulsi, d.m.th. aftësi e ulët shpërthyese e lëndëve djegëse të tilla në ajër. Një çështje tjetër e rëndësishme është reduktimi i humbjeve të presionit gjatë furnizimit të komponentëve të karburantit në dhomën e djegies në mënyrë që të sigurohet një rritje e presionit total në dhomë. Një problem tjetër është ftohja e dhomës. Mënyrat për të kapërcyer këto probleme janë duke u eksploruar aktualisht.

Shumica e ekspertëve vendas dhe të huaj besojnë se të dyja skemat e diskutuara për organizimin e ciklit të shpërthimit janë premtuese si për motorët e raketave ashtu edhe për motorët reaktivë. Nuk ka kufizime themelore për zbatimin praktik të këtyre skemave. Rreziqet kryesore në rrugën e krijimit të një lloji të ri të dhomave të djegies lidhen me zgjidhjen e problemeve inxhinierike.
Opsionet e projektimit dhe metodat e organizimit të procesit të punës në dhomat e djegies me shpërthim pulsi dhe me shpërthim të vazhdueshëm mbrohen nga patenta të shumta vendase dhe të huaja (qindra patenta). Pengesë kryesore e patentave është heshtja ose zgjidhja praktikisht e papranueshme (për arsye të ndryshme) për problemin kryesor të zbatimit të ciklit të shpërthimit - problemin e aftësisë së ulët të shpërthimit të karburanteve standarde (vajguri, benzina, karburanti dizel, gazi natyror) në ajër. . Zgjidhjet e propozuara praktikisht të papranueshme për këtë problem janë përdorimi i përgatitjes paraprake termike ose kimike të karburantit përpara futjes së tij në dhomën e djegies, përdorimi i aditivëve aktivë, përfshirë oksigjenin, ose përdorimi i lëndëve djegëse speciale me aftësi të lartë shpërthyese. Për sa i përket motorëve që përdorin përbërës aktivë (vetë-ndezës) të karburantit, ky problem nuk lind, megjithatë, problemet e funksionimit të sigurt të tyre mbeten urgjente.

Oriz. një: Krahasimi i impulseve specifike të motorëve reaktiv: turbojet, ramjet, PuVRD dhe IDD

Përdorimi i dhomave të djegies me shpërthim pulsi synon kryesisht zëvendësimin e dhomave ekzistuese të djegies në sisteme të tilla shtytëse me avion ajri si ramjet dhe PuVRD. Fakti është se, sipas një karakteristike kaq të rëndësishme të motorit si impulsi specifik, IDE, që mbulon të gjithë gamën e shpejtësive të fluturimit nga 0 në Mach numër M = 5, teorikisht ka një impuls specifik të krahasueshëm (në një fluturim Mach numër M nga 2.0 deri në 3.5) me një ramjet dhe që tejkalon ndjeshëm impulsin specifik të motorit ramjet me fluturimin Mach numër M nga 0 në 2 dhe nga 3.5 në 5 (Fig. 1). Sa i përket PUVRD, impulsi i tij specifik në shpejtësinë e fluturimit nënsonik është pothuajse 2 herë më i vogël se ai i IDD. Të dhënat për impulsin specifik për ramjet janë huazuar nga ku janë kryer llogaritjet njëdimensionale të karakteristikave ideale Një motor ramjet që funksionon në një përzierje vajguri-ajri me një raport të tepërt të karburantit prej 0.7. Të dhënat mbi impulsin specifik të motorëve reaktivë me energji ajrore u huazuan nga artikujt ku u kryen llogaritjet shumëdimensionale të karakteristikave të shtytjes së motorëve reaktivë në kushte fluturimi me shpejtësi nënsonike dhe supersonike në lartësi të ndryshme. Vini re se, ndryshe nga llogaritjet, llogaritjet janë kryer duke marrë parasysh humbjet e shkaktuara nga proceset shpërhapëse (turbulenca, viskoziteti, valët e goditjes, etj.).

Për krahasim, Fig. 1 tregon rezultatet e llogaritjes për ideale motor turbojet (TRD). Mund të shihet se IDE është inferior ndaj motorit ideal turbojet në impuls specifik në numrat Mach të fluturimit deri në 3.5, por tejkalon motorin turbojet në këtë tregues në M> 3.5. Kështu, në M> 3.5, si motori ramjet ashtu edhe motori turbojet janë inferiorë ndaj PDE-jet ajror për sa i përket impulsit specifik, dhe kjo e bën PDM-në shumë premtuese. Në lidhje me shpejtësitë e ulëta supersonike dhe nënsonike të fluturimit, IDD, që i nënshtrohet motorit turbojet në impuls specifik, mund të konsiderohet ende premtues për shkak të thjeshtësisë së jashtëzakonshme të dizajnit dhe kostos së ulët, e cila është jashtëzakonisht e rëndësishme për aplikimet një herë (automjetet e dorëzimit , objektivat, etj.).

Prania e një "cikli detyre" në shtytjen e krijuar nga dhoma të tilla i bën ato të papërshtatshme për motorët e raketave me motor të lëngshëm lundrues (LRE). Sidoqoftë, skemat e patentuara të motorëve raketash me lende të lëngshme me shpërthim me puls të dizajnit me shumë tuba me një cikël të punës me shtytje të ulët. Për më tepër, termocentrale të tilla mund të përdoren si motorë për korrigjimin e orbitës dhe lëvizjeve orbitale të satelitëve artificialë të tokës dhe kanë shumë aplikime të tjera.

Përdorimi i dhomave të djegies me shpërthim të vazhdueshëm është përqendruar kryesisht në zëvendësimin e dhomave ekzistuese të djegies në motorët me karburant të lëngshëm dhe motorët me turbinë me gaz.

Është shqyrtuar problemi i zhvillimit të motorëve të shpërthimit rrotullues. Janë paraqitur llojet kryesore të motorëve të tillë: motori i shpërthimit rrotullues Nichols, motori Voitsekhovsky. Janë marrë parasysh drejtimet dhe tendencat kryesore në zhvillimin e dizajnit të motorëve të shpërthimit. Është treguar se konceptet moderne të një motori shpërthyes rrotullues, në parim, nuk mund të çojnë në krijimin e një dizajni të zbatueshëm, superior në karakteristikat e tij ndaj motorëve ekzistues me ajër. Arsyeja është dëshira e projektuesve për të kombinuar gjenerimin e valëve, djegien e karburantit dhe nxjerrjen e karburantit dhe oksiduesit në një mekanizëm. Si rezultat i vetë-organizimit të strukturave të valës së goditjes, djegia e shpërthimit ndodh në një vëllim minimal, jo maksimal. Rezultati i arritur në të vërtetë sot është djegia me shpërthim në një vëllim që nuk kalon 15% të vëllimit të dhomës së djegies. Rruga e daljes shihet në një qasje tjetër - së pari, krijohet një konfigurim optimal i valëve të goditjes, dhe vetëm atëherë përbërësit e karburantit furnizohen në këtë sistem dhe organizohet djegia optimale e shpërthimit në një vëllim të madh.

motori i shpërthimit

motori rrotullues i shpërthimit

Motori Voitsekhovsky

shpërthim rrethor

shpërthim rrotullues

motori i shpërthimit të pulsit

1. Voitsekhovsky BV, Mitrofanov VV, Topchiyan ME, Struktura e frontit të shpërthimit në gaze. - Novosibirsk: Shtëpia botuese e Degës Siberiane të Akademisë së Shkencave të BRSS, 1963.

2. Uskov V.N., Bulat P.V. Mbi problemin e dizajnimit të një difuzori ideal për ngjeshjen e një rrjedhe supersonike // Hulumtim themelor. - 2012. - Nr. 6 (pjesa 1). - S. 178-184.

3. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Historia e studimit të reflektimit të parregullt të valës së goditjes nga boshti i simetrisë së një avion supersonik me formimin e një disku Mach // Kërkime Themelore. - 2012. - Nr. 9 (pjesa 2). - S. 414–420.

4. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Arsyetimi i aplikimit të modelit të konfigurimit të palëvizshëm Mach në llogaritjen e diskut Mach në një avion supersonik // Hulumtim themelor. - 2012. - Nr. 11 (pjesa 1). - S. 168-175.

5. Shchelkin K.I. Paqëndrueshmëria e djegies dhe shpërthimit të gazrave // ​​Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1965 .-- T. 87, nr. 2.– Fq. 273–302.

6. Nichols J.A., Wilkmson H.R., Morrison R.B. Shpërthimi i ndërprerë si një mekanizëm që prodhon besim // Propulsion reaktiv. - 1957. - Nr 21. - F. 534-541.

Motorët rrotullues të shpërthimit

Të gjitha llojet e motorëve të shpërthimit rrotullues (RDE) kanë të përbashkët faktin se sistemi i furnizimit me karburant është i kombinuar me një sistem djegieje të karburantit në një valë shpërthimi, por më pas gjithçka funksionon si në një motor reaktiv konvencional - një tub flakë dhe një hundë. Është ky fakt që ka nisur një aktivitet të tillë në fushën e modernizimit të motorëve me turbina me gaz (GTE). Duket tërheqëse për të zëvendësuar vetëm kokën e përzierjes dhe sistemin e ndezjes së përzierjes në motorin e turbinës me gaz. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të sigurohet vazhdimësia e djegies së shpërthimit, për shembull, duke nisur një valë shpërthimi në një rreth. Një nga të parat një skemë të tillë u propozua nga Nichols në 1957, dhe më pas e zhvilloi atë dhe në mesin e viteve 1960 kreu një seri eksperimentesh me një valë shpërthyese rrotulluese (Fig. 1).

Duke rregulluar diametrin e dhomës dhe trashësinë e hendekut unazor, për çdo lloj përzierjeje të karburantit, është e mundur të zgjidhet një gjeometri e tillë që shpërthimi të jetë i qëndrueshëm. Në praktikë, raportet e madhësisë së hendekut dhe diametrit të motorit janë të papranueshme dhe shpejtësia e përhapjes së valës duhet të kontrollohet duke kontrolluar furnizimin me karburant, siç diskutohet më poshtë.

Ashtu si me motorët me shpërthim pulsues, vala rrethore e shpërthimit është në gjendje të nxjerrë oksidues, duke lejuar që RDE të përdoret me shpejtësi zero. Ky fakt çoi në një mori studimesh eksperimentale dhe llogaritëse të RDE me një dhomë djegie unazore dhe nxjerrje spontane të një përzierjeje karburant-ajër, gjë që nuk ka kuptim të renditet këtu. Të gjitha janë ndërtuar afërsisht sipas të njëjtës skemë (Fig. 2), që të kujton skemën e motorit Nichols (Fig. 1).

Oriz. 1. Skema e organizimit të shpërthimit të vazhdueshëm rrethor në zbrazëtirën unazore: 1 - vala e shpërthimit; 2 - shtresa e përzierjes së karburantit "të freskët"; 3 - hendeku i kontaktit; 4 - një valë goditëse e zhdrejtë që përhapet në drejtim të rrymës; D - drejtimi i lëvizjes së valës së shpërthimit

Oriz. 2. Skema tipike RDE: V - shpejtësia e rrjedhës hyrëse; V4 është shpejtësia e rrjedhjes në daljen e hundës; a - montimi i karburantit të freskët, b - balli i valës së shpërthimit; c - valë goditëse e zhdrejtë e bashkangjitur; d - produktet e djegies; p (r) - shpërndarja e presionit në murin e kanalit

Një alternativë e arsyeshme ndaj skemës së Nichols do të ishte instalimi i një sërë injektorësh oksidues të karburantit që do të injektonin përzierjen karburant-ajër në zonën menjëherë përpara valës së shpërthimit sipas një ligji të caktuar me një presion të caktuar (Fig. 3). Duke rregulluar presionin dhe shkallën e furnizimit me karburant në rajonin e djegies pas valës së shpërthimit, është e mundur të ndikohet shpejtësia e përhapjes së saj në rrjedhën e sipërme. Ky drejtim është premtues, por problemi kryesor në hartimin e RDE-ve të tilla është se modeli i thjeshtuar i rrjedhës së përdorur gjerësisht në frontin e djegies së shpërthimit nuk korrespondon fare me realitetin.

Oriz. 3. RDE me furnizim të rregulluar me karburant në zonën e djegies. Motori rrotullues Voitsekhovsky

Shpresat kryesore në botë lidhen me motorët e shpërthimit që funksionojnë sipas skemës së motorit rrotullues Voitsekhovsky. Në vitin 1963 B.V. Voitsekhovsky, për analogji me shpërthimin rrotullues, zhvilloi një skemë për djegien e vazhdueshme të gazit pas një konfigurimi të trefishtë të valëve goditëse që qarkullojnë në një kanal unazor (Fig. 4).

Oriz. 4. Skema e djegies së vazhdueshme të gazit Voitsekhovsky pas një konfigurimi të trefishtë të valëve goditëse që qarkullojnë në një kanal unazor: 1 - përzierje e freskët; 2 - përzierje e dyfishtë e ngjeshur pas konfigurimit të trefishtë të valëve goditëse, rajoni i shpërthimit

Në këtë rast, procesi hidrodinamik i palëvizshëm me djegie gazi pas valës së goditjes ndryshon nga skema e shpërthimit të Chapman-Jouguet dhe Zeldovich-Neumann. Një proces i tillë është mjaft i qëndrueshëm, kohëzgjatja e tij përcaktohet nga stoku i përzierjes së karburantit dhe në eksperimentet e njohura është disa dhjetëra sekonda.

Skema e motorit të shpërthimit të Voitsekhovsky shërbeu si prototip për studime të shumta të motorëve të shpërthimit rrotullues dhe rrotullues të iniciuar në 5 vitet e fundit. Kjo skemë përbën më shumë se 85% të të gjitha studimeve. Të gjithë kanë një pengesë organike - zona e shpërthimit zë një pjesë shumë të vogël të zonës totale të djegies, zakonisht jo më shumë se 15%. Si rezultat, treguesit specifikë të motorëve janë më të keq se ata të motorëve konvencionalë.

Për arsyet e dështimit të zbatimit të skemës së Voitsekhovsky

Shumica e punës në motorët me shpërthim të vazhdueshëm shoqërohet me zhvillimin e konceptit Voitsekhovsky. Pavarësisht më shumë se 40 viteve të historisë së kërkimit, rezultatet në fakt mbetën në nivelin e vitit 1964. Përqindja e djegies së shpërthimit nuk kalon 15% të vëllimit të dhomës së djegies. Pjesa tjetër digjet ngadalë në kushte jo optimale.

Një nga arsyet e kësaj gjendjeje është mungesa e një metode llogaritëse të zbatueshme. Meqenëse rrjedha është tre-dimensionale, dhe llogaritja merr parasysh vetëm ligjet e ruajtjes së momentit në valën e goditjes në drejtim pingul me frontin e shpërthimit të modelit, rezultatet e llogaritjes së prirjes së valëve të goditjes ndaj rrjedhës së produkteve të djegies ndryshojnë nga ato të vëzhguara eksperimentalisht me më shumë se 30%. Pasoja është se, përkundër shumë viteve të hulumtimit mbi sistemet e ndryshme të furnizimit me karburant dhe eksperimenteve për ndryshimin e raportit të përbërësve të karburantit, gjithçka që është bërë është krijimi i modeleve në të cilat ndodh djegia e shpërthimit dhe ruhet për 10-15 s. As rritja e efikasitetit, as avantazhet ndaj motorëve ekzistues të raketave me lëndë djegëse të lëngshme dhe motorëve me turbina me gaz nuk përjashtohen.

Analiza e skemave ekzistuese të RZH-së e kryer nga autorët e projektit tregoi se të gjitha skemat e RZH-së të propozuara sot janë në parim të pafunksionueshme. Djegia e shpërthimit ndodh dhe mbahet me sukses, por vetëm në një masë të kufizuar. Në pjesën tjetër të vëllimit, kemi të bëjmë me djegie të zakonshme të ngadaltë, për më tepër, pas një sistemi jo optimal të valëve goditëse, që çon në humbje të konsiderueshme të presionit total. Për më tepër, presioni është gjithashtu disa herë më i ulët se sa është e nevojshme për kushtet ideale të djegies me një raport stoikiometrik të përbërësve të përzierjes së karburantit. Si rezultat, konsumi specifik i karburantit për njësi të shtytjes është 30-40% më i lartë se ai i motorëve konvencionalë.

Por problemi më i rëndësishëm është vetë parimi i organizimit të shpërthimit të vazhdueshëm. Siç tregohet nga studimet e shpërthimit të vazhdueshëm rrethor të kryera në vitet '60, pjesa e përparme e djegies së shpërthimit është një strukturë komplekse e valëve goditëse e përbërë nga të paktën dy konfigurime të trefishta (rreth konfigurime të trefishta të valëve goditëse. Një strukturë e tillë me një zonë shpërthimi të bashkangjitur, si çdo sistem reagimi termodinamik, i lënë vetëm, tenton të zërë një pozicion që korrespondon me nivelin minimal të energjisë. Si rezultat, konfigurimet e trefishta dhe rajoni i djegies së shpërthimit përshtaten me njëri-tjetrin në mënyrë që pjesa e përparme e shpërthimit të lëvizë përgjatë hendekut unazor me vëllimi minimal i mundshëm i djegies së shpërthimit.Kjo është saktësisht e kundërta e qëllimit që projektuesit e motorëve vendosin për djegien me shpërthim.

Për të krijuar një motor efikas RDE, është e nevojshme të zgjidhet problemi i krijimit të një konfigurimi optimal të valës së trefishtë të goditjes dhe organizimi i një zone djegieje të shpërthimit në të. Shtë e nevojshme të jeni në gjendje të krijoni struktura optimale të valës së goditjes në një sërë pajisjesh teknike, për shembull, në difuzorët optimalë të marrjes së ajrit supersonik. Detyra kryesore është rritja maksimale e mundshme në përqindjen e djegies së shpërthimit në vëllimin e dhomës së djegies nga rryma e papranueshme 15% në të paktën 85%. Modelet ekzistuese të motorit të bazuara në dizajnet e Nichols dhe Wojciechowski nuk mund ta ofrojnë këtë detyrë.

Uskov V.N., Doktor i Shkencave Teknike, Profesor i Departamentit të Hidroaeromekanikës, Universiteti Shtetëror i Shën Petersburgut, Fakulteti i Matematikës dhe Mekanikës, Shën Petersburg;

Emelyanov VN, Doktor i Shkencave Teknike, Profesor, Shef i Departamentit të Plazmogasdinamikës dhe Inxhinierisë së Ngrohjes, BSTU "VOENMEKH" me emrin D.F. Ustinov, Shën Petersburg.

Punimi është pranuar më 14.10.2013.

Referencë bibliografike

Është shqyrtuar problemi i zhvillimit të motorëve të shpërthimit të impulsit. Janë renditur qendrat kryesore kërkimore që kryejnë kërkime mbi motorët e gjeneratës së re. Janë marrë parasysh drejtimet dhe tendencat kryesore në zhvillimin e dizajnit të motorëve të shpërthimit. Janë paraqitur llojet kryesore të motorëve të tillë: pulsues, me shumë tuba pulsues, pulsues me një rezonator me frekuencë të lartë. Tregohet ndryshimi në metodën e krijimit të shtytjes në krahasim me një motor reaktiv klasik të pajisur me një hundë Laval. Është përshkruar koncepti i një muri tërheqës dhe moduli tërheqës. Tregohet se motorët e shpërthimit të impulsit po përmirësohen në drejtim të rritjes së shkallës së përsëritjes së pulsit dhe ky drejtim ka të drejtën e jetës në fushën e mjeteve ajrore të lehta dhe të lira pa pilot, si dhe në zhvillimin e amplifikatorëve të ndryshëm të shtytjes me ejektor. . Tregohen vështirësitë kryesore të një natyre themelore në modelimin e një fluksi turbulent detonimi duke përdorur paketat llogaritëse të bazuara në përdorimin e modeleve të turbulencës diferenciale dhe mesatarizimin e ekuacioneve Navier - Stokes me kalimin e kohës.

motori i shpërthimit

motori i shpërthimit të pulsit

1. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Historia e studimeve eksperimentale të presionit të poshtëm // Kërkim themelor. - 2011. - Nr 12 (3). - S. 670–674.

2. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Luhatjet e presionit të poshtëm // Hulumtimi themelor. - 2012. - Nr. 3. - F. 204–207.

3. Bulat PV, Zasukhin ON, Prodan NV .. Karakteristikat e aplikimit të modeleve të turbulencës në llogaritjen e prurjeve në kanalet supersonike të motorëve premtues me avion ajri // Motori. - 2012. - Nr. 1. - F. 20–23.

4. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Uskov V.N. Mbi klasifikimin e regjimeve të rrjedhës në një kanal me zgjerim të papritur // Termofizikë dhe Aeromekanikë. - 2012. - Nr. 2. - F. 209–222.

5. Bulat P.V., Prodan N.V. Mbi luhatjet e shkallës së rrjedhës me frekuencë të ulët të presionit të poshtëm // Hulumtim themelor. - 2013. - Nr.4 (3). - S. 545-549.

6. Larionov S.Yu., Nechaev Yu.N., Mokhov A.A. Hulumtimi dhe analiza e goditjeve "të ftohta" të modulit tërheqës të një motori shpërthimi pulsues me frekuencë të lartë // Vestnik MAI. - T.14. - Nr. 4 - M .: Shtëpia botuese MAI-Print, 2007. - F. 36–42.

7. Tarasov A.I., Shchipakov V.A. Perspektivat për përdorimin e teknologjive të shpërthimit pulsues në motorët turbojet. OJSC NPO Saturn STC im. A. Lyulki, Moskë, Rusi. Instituti i Aviacionit në Moskë (STU). - Moskë, Rusi. ISSN 1727-7337. Inxhinieria dhe teknologjia e hapësirës ajrore, 2011. - Nr. 9 (86).

Projektet e djegies së shpërthimit në Shtetet e Bashkuara janë përfshirë në Programin e Zhvillimit të Avancuar të Motorit IHPTET. Bashkëpunimi përfshin pothuajse të gjitha qendrat kërkimore që punojnë në fushën e ndërtimit të motorëve. Vetëm NASA ndan deri në 130 milionë dollarë në vit për këto qëllime. Kjo dëshmon rëndësinë e hulumtimit në këtë drejtim.

Pasqyrë e punës në fushën e motorëve të shpërthimit

Strategjia e tregut e prodhuesve kryesorë në botë synon jo vetëm zhvillimin e motorëve të rinj të shpërthimit reaktiv, por edhe modernizimin e atyre ekzistues duke zëvendësuar dhomat e tyre tradicionale të djegies me një shpërthim. Përveç kësaj, motorët e shpërthimit mund të bëhen pjesë integrale e instalimeve të kombinuara të llojeve të ndryshme, për shembull, të përdorur si një motor turbojet për djegien e pasme, si motorë ejektorë ngritës në avionët VTOL (shembulli në Fig. 1 është një projekt i avionëve transportues Boeing VTOL).

Në Shtetet e Bashkuara, motorët e shpërthimit po zhvillohen nga shumë qendra kërkimore dhe universitete: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanford, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Establishments, Suffield dhe Valcartier, Uniyersite de Poitiers, Universiteti i Teksasit në Arlington, Uniyersite de Poitiers, Universiteti McGill, Universiteti Shtetëror i Pensilvanisë, Universiteti Princeton.

Qendra e Aerosciences në Seattle (SAC), e blerë në 2001 nga Pratt dhe Whitney nga Adroit Systems, zë një pozicion udhëheqës në zhvillimin e motorëve të shpërthimit. Pjesa më e madhe e punës së qendrës financohet nga Forcat Ajrore dhe NASA nga buxheti i Programit të Integruar të Teknologjisë së Propulsionit të Raketave me Shpërblim të Lartë (IHPRPTP), që synon krijimin e teknologjive të reja për lloje të ndryshme motorësh reaktivë.

Oriz. 1. Patenta US 6,793,174 B2 nga Boeing, 2004

Në total, që nga viti 1992, specialistët e SAC kanë kryer mbi 500 teste në stol të mostrave eksperimentale. Motorët e shpërthimit pulsues (PDE) që konsumojnë oksigjen atmosferik po porositen nga SAC për Marinën e SHBA. Duke marrë parasysh kompleksitetin e programit, specialistët e Marinës përfshinin pothuajse të gjitha organizatat e përfshira në motorët e shpërthimit në zbatimin e tij. Përveç Pratt dhe Whitney, Qendra e Kërkimit të Teknologjive të Bashkuara (UTRC) dhe Boeing Phantom Works po marrin pjesë në punë.

Aktualisht, në vendin tonë, universitetet dhe institutet e mëposhtme të Akademisë së Shkencave Ruse (RAS) po punojnë për këtë problem aktual në aspektin teorik: Instituti i Fizikës Kimike RAS (ICP), Instituti i Inxhinierisë Mekanike RAS, Instituti i Temperaturave të Larta. RAS (IVTAN), Instituti i Hidrodinamikës Novosibirsk me emrin VI Lavrentieva (IGiL), Instituti i Mekanikës Teorike dhe të Aplikuar me emrin Khristianovich (ITMP), Instituti Fiziko-Teknik me emrin Ioffe, Universiteti Shtetëror i Moskës (MSU), Instituti Shtetëror i Aviacionit të Moskës (MAI), Universiteti Shtetëror i Novosibirsk, Universiteti Shtetëror Cheboksary, Universiteti Shtetëror i Saratovit, etj.

Fushat e punës në motorët e shpërthimit të impulsit

Numri i drejtimit 1 - Motori klasik i shpërthimit të impulsit (PDE). Dhoma e djegies së një motori tipik reaktiv përbëhet nga injektorë për përzierjen e karburantit me një oksidues, një pajisje për ndezjen e përzierjes së karburantit dhe një tub flakë vetë, në të cilin ndodhin reaksionet redoks (djegie). Tubi i flakës përfundon me një hundë. Si rregull, kjo është një hundë Laval me një pjesë konvergjente, një seksion minimal kritik, në të cilin shpejtësia e produkteve të djegies është e barabartë me shpejtësinë lokale të zërit, një pjesë zgjeruese, në të cilën presioni statik i produkteve të djegies është reduktohet në presionin e ambientit sa më shumë që të jetë e mundur. Është shumë afërsisht e mundur të vlerësohet shtytja e motorit si zona e grykës së grykës e shumëzuar me diferencën e presionit në dhomën e djegies dhe mjedisin. Prandaj, sa më i lartë të jetë presioni në dhomën e djegies, aq më i lartë është shtytja.

Shtytja e motorit të shpërthimit të impulsit përcaktohet nga faktorë të tjerë - transferimi i impulsit nga vala e shpërthimit në murin tërheqës. Në këtë rast, hunda nuk nevojitet fare. Motorët e shpërthimit të pulsit kanë vendin e tyre - avionë të lirë dhe të disponueshëm. Në këtë vend, ato zhvillohen me sukses në drejtim të rritjes së shkallës së përsëritjes së pulsit.

Pamja klasike e IDD-së është një dhomë djegëse cilindrike që ka një mur të sheshtë ose të profilizuar posaçërisht, i quajtur "mur draft" (Fig. 2). Thjeshtësia e pajisjes IDD është avantazhi i saj i padiskutueshëm. Siç tregon analiza e botimeve të disponueshme, pavarësisht nga shumëllojshmëria e skemave të propozuara IDD, të gjitha ato karakterizohen nga përdorimi i tubave të shpërthimit me gjatësi të konsiderueshme si pajisje rezonancë dhe përdorimi i valvulave që sigurojnë një furnizim periodik të lëngut të punës.

Duhet të theksohet se IDD, e krijuar në bazë të tubave tradicionalë të shpërthimit, megjithë efikasitetin e lartë termodinamik në një pulsim të vetëm, ka disavantazhe të natyrshme karakteristike të motorëve klasikë pulsues me ajër, përkatësisht:

Frekuenca e ulët (deri në 10 Hz) e pulsimeve, e cila përcakton një nivel relativisht të ulët të efikasitetit mesatar të tërheqjes;

Ngarkesa të larta termike dhe vibruese.

Oriz. 2. Diagrami skematik i një motori me shpërthim pulsi (IDE)

Drejtimi nr. 2 - IDD me shumë tuba. Tendenca kryesore në zhvillimin e IDD është kalimi në një skemë me shumë tuba (Fig. 3). Në motorë të tillë, frekuenca e funksionimit të një tubi të vetëm mbetet e ulët, por për shkak të alternimit të pulseve në tuba të ndryshëm, zhvilluesit shpresojnë të marrin karakteristika specifike të pranueshme. Një skemë e tillë duket të jetë mjaft e zbatueshme nëse zgjidhim problemin e dridhjeve dhe asimetrisë së shtytjes, si dhe problemin e presionit të poshtëm, në veçanti, dridhjet e mundshme me frekuencë të ulët në rajonin e poshtëm midis tubave.

Oriz. 3. Motori i shpërthimit të pulsit (PDE) i skemës tradicionale me një paketë tubash detonimi si rezonatorë.

Drejtimi nr. 3 - IDD me rezonator me frekuencë të lartë. Ekziston edhe një drejtim alternativ - qarku i reklamuar së fundmi me module tërheqëse (Fig. 4), të cilat kanë një rezonator të profilizuar posaçërisht me frekuencë të lartë. Në këtë drejtim po punohet në Qendrën Shkencore dhe Teknike me emrin A. Djepi dhe MAI. Qarku dallohet nga mungesa e ndonjë valvule mekanike dhe pajisjeve të ndezjes me ndërprerje.

Moduli i tërheqjes IDD i skemës së propozuar përbëhet nga një reaktor dhe një rezonator. Reaktori shërben për përgatitjen e përzierjes karburant-ajër për djegien e shpërthimit, duke dekompozuar molekulat e përzierjes së djegshme në përbërës kimikisht aktivë. Një diagram skematik i një cikli funksionimi të një motori të tillë është treguar qartë në Fig. 5.

Duke ndërvepruar me sipërfaqen e poshtme të rezonatorit si me një pengesë, vala e shpërthimit në procesin e përplasjes i transferon asaj një impuls nga forcat e presionit të tepërt.

IDD-të me rezonatorë me frekuencë të lartë kanë të drejtë të jenë të suksesshëm. Në veçanti, ata mund të aplikojnë për modernizimin e djegësve pas djegies dhe përsosjen e motorëve të thjeshtë turbojet të destinuar, përsëri, për UAV të lirë. Një shembull janë përpjekjet e MAI dhe CIAM për të modernizuar motorin turbojet MD-120 në këtë mënyrë duke zëvendësuar dhomën e djegies me një reaktor aktivizimi të përzierjes së karburantit dhe duke instaluar module tërheqëse me rezonatorë me frekuencë të lartë pas turbinës. Deri më tani, nuk ka qenë e mundur të krijohet një strukturë e zbatueshme, pasi Gjatë profilizimit të rezonatorëve, autorët përdorin teorinë lineare të valëve të kompresimit, d.m.th. llogaritjet kryhen në përafrimin akustik. Dinamika e valëve të shpërthimit dhe valëve të kompresimit përshkruhet nga një aparat matematikor krejtësisht i ndryshëm. Përdorimi i paketave standarde numerike për llogaritjen e rezonatorëve me frekuencë të lartë ka një kufizim themelor. Të gjitha modelet moderne të turbulencës bazohen në mesataren e ekuacioneve Navier-Stokes (ekuacionet bazë të dinamikës së gazit) me kalimin e kohës. Për më tepër, supozimi i Boussinesq është paraqitur se tensori i stresit të fërkimit turbulent është proporcional me gradientin e shpejtësisë. Të dy supozimet nuk përmbushen në rrjedhat turbulente me valë goditëse nëse frekuencat karakteristike janë të krahasueshme me frekuencën e pulsimit turbulent. Fatkeqësisht, kemi të bëjmë vetëm me një rast të tillë, kështu që këtu është e nevojshme ose të ndërtohet një model i nivelit më të lartë, ose modelimi i drejtpërdrejtë numerik bazuar në ekuacionet e plota Navier-Stokes pa përdorur modele turbulence (një problem i pamundur për momentin. fazë).

Oriz. 4. Skema e IDD me rezonator me frekuencë të lartë

Oriz. 5. Skema e IDD me rezonator me frekuencë të lartë: SZS - avion supersonik; SW - valë goditëse; Ф është fokusi i rezonatorit; ДВ - vala e shpërthimit; ВР - vala e rrallimit; OUV - valë goditëse e reflektuar

IDD-të po përmirësohen në drejtim të rritjes së shkallës së përsëritjes së pulsit. Ky drejtim ka të drejtën e tij të jetës në fushën e mjeteve ajrore të lehta dhe të lira pa pilot, si dhe në zhvillimin e amplifikatorëve të ndryshëm të shtytjes së ejektorit.

Uskov V.N., Doktor i Shkencave Teknike, Profesor i Departamentit të Hidroaeromekanikës, Universiteti Shtetëror i Shën Petersburgut, Fakulteti i Matematikës dhe Mekanikës, Shën Petersburg;

Emelyanov VN, Doktor i Shkencave Teknike, Profesor, Shef i Departamentit të Plazmogasdinamikës dhe Inxhinierisë së Ngrohjes, BSTU "VOENMEKH" me emrin D.F. Ustinov, Shën Petersburg.

Punimi është pranuar më 14.10.2013.

Referencë bibliografike