Motori rus i shpërthimit. Motori i shpërthimit

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 mund të jetë 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, pavarësisht nga shumë vite kërkime mbi sisteme të ndryshme të furnizimit me karburant dhe eksperimente 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

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 shpërthimi është një nga mënyrat për të zbatuar konceptin e të ashtuquajturit hipertingull motorik, domethënë krijimi i avionëve hipersonikë të aftë për të arritur shpejtësi 4-6 Mach (Mach është shpejtësia e zërit) për shkak të motorit të tyre.

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, e 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.

Një motor shpërthyes është më i thjeshtë dhe më i lirë për t'u prodhuar, një rend i madhësisë më i fuqishëm dhe më ekonomik se një motor reaktiv konvencional, krahasuar me të ka një efikasitet më të lartë.

Përshkrim:

Motori i shpërthimit (motori impuls, pulsues) po zëvendëson motorin konvencional të avionit. Për të kuptuar thelbin e një motori shpërthyes, është e nevojshme të çmontoni një motor reaktiv konvencional.

Një motor reaktiv konvencional është i strukturuar si më poshtë.

Në dhomën e djegies, bëhet djegia e karburantit dhe oksiduesit, i cili është oksigjeni nga ajri. Në këtë rast, presioni në dhomën e djegies është konstant. Procesi i djegies rrit ndjeshëm temperaturën, krijon një front të vazhdueshëm flakë dhe një shtytje të vazhdueshme të avionit që rrjedh nga hunda. Pjesa e përparme e një flake konvencionale përhapet në një mjedis të gaztë me një shpejtësi prej 60-100 m / s. Për shkak të kësaj, ndodh lëvizja avion... Sidoqoftë, motorët modernë të avionëve kanë arritur një kufi të caktuar të efikasitetit, fuqisë dhe karakteristikave të tjera, rritja e të cilave është praktikisht e pamundur ose jashtëzakonisht e vështirë.

Në një motor shpërthyes (impuls ose pulsues), djegia ndodh me shpërthim. Shpërthimi është një proces djegieje që ndodh qindra herë më shpejt se djegia e karburantit konvencional. Gjatë djegies së shpërthimit, formohet një valë goditëse e shpërthimit, e cila bartet me një shpejtësi supersonike. Është rreth 2500 m/s. Presioni rritet me shpejtësi si rezultat i djegies së shpërthimit, ndërsa vëllimi i dhomës së djegies mbetet i pandryshuar. Produktet e djegies derdhen me një shpejtësi të jashtëzakonshme përmes grykës. Frekuenca e valëzimit të valës së shpërthimit arrin disa mijëra në sekondë. Në valën e shpërthimit, nuk ka stabilizim të përparmë të flakës, përzierja e karburantit rinovohet për çdo pulsim dhe vala riniset.

Presioni në motorin e shpërthimit krijohet nga vetë shpërthimi, i cili përjashton furnizimin e përzierjes së karburantit dhe oksiduesit në presion të lartë. Në një motor reaktiv konvencional, për të krijuar një presion shtytjeje prej 200 atm., Është e nevojshme të furnizohet një përzierje karburanti nën një presion prej 500 atm. Ndërsa në një motor shpërthyes, presioni i furnizimit të përzierjes së karburantit është 10 atm.

Dhoma e djegies së motorit të shpërthimit është strukturore unazore me grykë të vendosura përgjatë rrezes së saj për furnizimin me karburant. Vala e shpërthimit kalon rreth rrethit vazhdimisht, përzierja e karburantit ngjesh dhe digjet, duke i shtyrë produktet e djegies përmes grykës.

Përparësitë:

- motori i shpërthimit është më i lehtë për t'u prodhuar. Nuk ka nevojë të përdorni njësi të pompës turbo,

– një rend i madhësisë më i fuqishëm dhe më ekonomik se një motor reaktiv konvencional,

- ka një efikasitet më të lartë,

– më lirë për t'u prodhuar,

- nuk ka nevojë të krijohet një presion i lartë i furnizimit të përzierjes së karburantit dhe oksiduesit, presioni i lartë krijohet për shkak të vetë shpërthimit,

– një motor shpërthyes është 10 herë më i fuqishëm se një motor reaktiv konvencional për sa i përket fuqisë së marrë nga një vëllim njësi, gjë që çon në një ulje të dizajnit të një motori shpërthyes;

- Djegia me shpërthim është 100 herë më e shpejtë se djegia e karburantit konvencional.

Shënim: © Foto https://www.pexels.com, https://pixabay.com

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 ajrin në një dhomë me djegie disku 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 të ajrit 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 e raketave 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 një djegieje të 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 reaktiv. 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 se të futet 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. 1: 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 motorë të lëngshëm shtytës me shpërthim pulsi, të dizajnit me shumë tuba me 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.

LLC "Analog" u organizua në vitin 2010 për prodhimin dhe funksionimin e dizajnit të spërkatësve për fushat që kisha shpikur, ideja e së cilës ishte e përfshirë në Patentën RF për modelin e shërbimeve nr. 67402 në 2007.

Tani, unë kam zhvilluar gjithashtu konceptin e një motori rrotullues me djegie të brendshme, në të cilin është e mundur të organizohet djegia e shpërthimit (shpërthyes) të karburantit në hyrje me një çlirim të rritur (afërsisht 2 herë) të presionit dhe energjisë së temperaturës së gazrave të shkarkimit. duke ruajtur performancën e motorit. Prandaj, me një rritje prej afërsisht 2 herë, efikasiteti i motorit të nxehtësisë, d.m.th. deri në rreth 70%. Zbatimi i këtij projekti kërkon kosto të mëdha financiare për hartimin e tij, përzgjedhjen e materialeve dhe prodhimin e një prototipi. Dhe për sa i përket karakteristikave dhe zbatueshmërisë, ky është një motor, mbi të gjitha, aviacioni, dhe gjithashtu, mjaft i zbatueshëm për makina, automjete vetëlëvizëse, etj. është e nevojshme në fazën aktuale të zhvillimit të teknologjisë dhe kërkesave mjedisore.

Përparësitë e tij kryesore do të jenë thjeshtësia e dizajnit, ekonomia, mirëdashja mjedisore, çift rrotullimi i lartë, kompaktësia, niveli i ulët i zhurmës edhe pa përdorur silenciator. Prodhueshmëria e lartë e tij dhe materialet speciale do të jenë mbrojtje ndaj kopjimit.

Thjeshtësia e dizajnit sigurohet nga dizajni i tij i rotorit, në të cilin të gjitha pjesët e motorit kryejnë një lëvizje të thjeshtë rrotulluese.

Mirësia mjedisore dhe efikasiteti sigurohen nga djegia e menjëhershme 100% e karburantit në një dhomë djegieje të qëndrueshme, me temperaturë të lartë (rreth 2000 ° C), e paftohur, e veçantë, e mbyllur për këtë kohë nga valvulat. Ftohja e një motori të tillë sigurohet nga brenda (ftohja e lëngut të punës) me çdo pjesë të nevojshme të ujit që hyn në seksionin e punës përpara se të shkrepë pjesët e ardhshme të lëngut të punës (gazrat e djegies) nga dhoma e djegies, duke marrë kështu presion shtesë të avujt e ujit dhe puna e dobishme në boshtin e punës.

Çift rrotullues i lartë, edhe me shpejtësi të ulët, sigurohet (në krahasim me një motor me djegie të brendshme pistoni), një madhësi e madhe dhe konstante e shpatullës së ndikimit të lëngut të punës në tehun e rotorit. Ky faktor do të bëjë të mundur që çdo transport tokësor të bëhet pa një transmetim kompleks dhe të shtrenjtë ose, të paktën, ta thjeshtojë ndjeshëm atë.

Disa fjalë për dizajnin dhe funksionimin e tij.

Motori me djegie të brendshme ka një formë cilindrike me dy seksione me tehe rotor, njëra prej të cilave shërben për hyrjen dhe ngjeshjen paraprake të përzierjes karburant-ajër dhe është një seksion i njohur dhe i zbatueshëm i një kompresori rrotullues konvencional; tjetra, ajo e punës, është motori rrotullues me avull i modernizuar i Marcinevskit; dhe midis tyre ka një grup statik materiali të qëndrueshëm ndaj nxehtësisë, në të cilin një dhomë djegëse e veçantë, e kyçur për kohëzgjatjen e djegies, është bërë me tre valvola jo rrotulluese, 2 prej të cilave janë të lira, të tipit petal, dhe një i kontrolluar për të lehtësuar presionin përpara hyrjes së pjesës tjetër të asambleve të karburantit.

Kur motori është në punë, boshti i punës me rotorë dhe tehe kthehet. Në pjesën e hyrjes, tehu thith dhe ngjesh grupin e karburantit dhe, kur presioni rritet mbi presionin e dhomës së djegies (pasi presioni të lirohet prej tij), përzierja e punës futet në një temperaturë të nxehtë (rreth 2000 ° C ) dhoma, e ndezur nga një shkëndijë dhe shpërthen në çast. Në të njëjtën kohë, valvula e hyrjes mbyllet, valvula e daljes hapet dhe para se të hapet, sasia e kërkuar e ujit injektohet në pjesën e punës. Rezulton se gazrat super të nxehtë lëshohen në pjesën e punës nën presion të lartë, dhe ka një pjesë të ujit që shndërrohet në avull dhe përzierja e avullit-gazit rrotullon rotorin e motorit, duke e ftohur njëkohësisht. Sipas informacioneve të disponueshme, tashmë ekziston një material që mund të përballojë temperaturat deri në 10,000 gradë C për një kohë të gjatë, nga i cili duhet të bëni një dhomë djegieje.

Në maj 2018, u bë një aplikim për një shpikje. Aplikimi tani është duke u shqyrtuar në themel.

Ky aplikacion investimi dorëzohet për të siguruar financim për R&D, krijimin e një prototipi, rregullimin dhe akordimin e tij derisa të merret një mostër pune e këtij motori. Me kalimin e kohës, ky proces mund të zgjasë një ose dy vjet. Opsionet e financimit për zhvillimin e mëtejshëm të modifikimeve të motorit për pajisje të ndryshme mund dhe duhet të zhvillohen veçmas për mostrat e tij specifike.

informacion shtese

Zbatimi i këtij projekti është një provë e shpikjes në praktikë. Marrja e një prototipi të zbatueshëm. Materiali i marrë mund t'i ofrohet të gjithë industrisë inxhinierike vendase për zhvillimin e modeleve të automjeteve me motor efikas me djegie të brendshme në bazë të kontratave me zhvilluesin dhe pagesës së tarifave të komisionit.

Ju mund të zgjidhni drejtimin tuaj, më premtues për projektimin e një motori me djegie të brendshme, për shembull, ndërtimin e motorit të avionit për një ALS dhe të ofroni një motor të prodhuar, si dhe të instaloni këtë motor me djegie të brendshme në zhvillimin tuaj të një ALS, një prototip prej të cilave është duke u montuar.

Duhet theksuar se tregu i avionëve privatë në botë sapo ka filluar të zhvillohet, por tek ne është në fillimet e tij. Dhe, përfshirë. gjegjësisht, mungesa e një motori të përshtatshëm me djegie të brendshme po e pengon zhvillimin e tij. Dhe në vendin tonë, me hapësirat e tij të pafundme, avionë të tillë do të jenë të kërkuar.

Analiza e tregut

Zbatimi i projektit nënkupton marrjen e një motori thelbësisht të ri dhe jashtëzakonisht premtues me djegie të brendshme.

Tani theksi është te ekologjia, dhe një motor elektrik propozohet si një alternativë ndaj një motori me djegie të brendshme pistoni, por kjo energji e nevojshme për të duhet të gjenerohet diku, të grumbullohet për të. Pjesa më e madhe e energjisë elektrike prodhohet në termocentralet, të cilat nuk janë aspak miqësore me mjedisin, gjë që do të çojë në ndotje të konsiderueshme në vendndodhjet e tyre. Dhe jeta e shërbimit të pajisjeve të ruajtjes së energjisë nuk i kalon 2 vjet, ku të ruhen këto mbeturina të dëmshme? Rezultati i projektit të propozuar është një motor efikas dhe i padëmshëm dhe, jo më pak i rëndësishëm, një motor i përshtatshëm dhe i njohur me djegie të brendshme. Thjesht duhet të mbushni rezervuarin me karburant të cilësisë së ulët.

Rezultati i projektit është perspektiva e zëvendësimit të të gjithë motorëve me piston në botë vetëm me këtë. Kjo është perspektiva e përdorimit të energjisë së fuqishme të shpërthimit për qëllime paqësore dhe për herë të parë propozohet një zgjidhje konstruktive për këtë proces në motorin me djegie të brendshme. Për më tepër, është relativisht e lirë.

Unike e projektit

Kjo është një shpikje. Kjo është hera e parë që një dizajn lejon përdorimin e shpërthimit në një motor me djegie të brendshme.

Në çdo kohë, një nga detyrat kryesore të projektimit të një motori me djegie të brendshme ishte afrimi i kushteve të djegies së shpërthimit, por parandalimi i shfaqjes së tij.

Kanalet e fitimit të parave

Shitja e licencave të prodhimit.