Motori rus i shpërthimit. Dhomat e djegies me shpërthim të vazhdueshëm

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 rrjedhës në daljen e grykës; 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

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 janë duke u përmirësuar në drejtim të rritjes së shkallës së përsëritjes së pulsit dhe ky drejtim ka të drejtën e tij të jetës në fushën e mjeteve ajrore pa pilot të lehta dhe të lira, si dhe në zhvillimin e amplifikatorëve të ndryshëm të shtytjes së ejektorit. . Tregohen vështirësitë kryesore të një natyre themelore në modelimin e një rrjedhe turbulente të shpërthimit 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 të përfshira 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. Për më tepër, motorët e shpërthimit mund të bëhen një element integral i instalimeve të kombinuara të llojeve të ndryshme, për shembull, të përdorur si një djegës pasardhës i një motori turbojet, 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 në Novosibirsk. 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 vetë tubin e flakës, 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 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 qenësishme 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

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.

Mirëdashësia dhe efikasiteti ndaj mjedisit sigurohet nga djegia e menjëhershme e karburantit 100% në një dhomë djegieje të qëndrueshme, me temperaturë të lartë (rreth 2000 ° C), të paftohur, të veçantë, të mbyllur për këtë kohë me valvula. 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 test i 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 tuajin, drejtimin më premtues në hartimin e ICE-ve, për shembull, ndërtimin e motorit të avionit për një ALS dhe të propozoni një motor të prodhuar, si dhe ta instaloni këtë ICE në zhvillimin tuaj të një ALS, një prototip i të cilit 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.

Ekologjia e konsumit. Shkenca dhe teknologjia: Në fund të gushtit 2016, agjencitë botërore të lajmeve përhapën lajmin: në një nga stendat e NPO Energomash në Khimki afër Moskës, motori i parë i raketave të lëngëta me madhësi të plotë (LRE) në botë. duke përdorur shpërthimin djegia e karburantit është nisur.

Në fund të gushtit 2016, agjencitë botërore të lajmeve përhapën lajmin: në një nga stendat e NPO Energomash në Khimki afër Moskës, motori i parë i raketave me lëndë djegëse të lëngshme (LRE) me madhësi të plotë në botë që përdor djegien e karburantit me shpërthim u vendos. operacion. Për këtë ngjarje, shkenca dhe teknologjia vendase ka shkuar për 70 vjet.

Ideja e një motori shpërthyes u propozua nga fizikani sovjetik Ya. B. Zeldovich në një artikull "Për përdorimin e energjisë së djegies së shpërthimit" botuar në "Journal of Technical Physics" në vitin 1940. Që atëherë, kërkimet dhe eksperimentet mbi zbatimin praktik të teknologjisë premtuese kanë vazhduar në të gjithë botën. Në këtë garë mendjesh, fillimisht Gjermania, më pas Shtetet e Bashkuara, më pas BRSS u larguan përpara. Dhe tani Rusia ka siguruar një prioritet të rëndësishëm në historinë botërore të teknologjisë. Vendi ynë vitet e fundit rrallë ka mundur të mburret me diçka të tillë.

Në kreshtën e një dallge

Cilat janë avantazhet e një motori shpërthyes? Në motorët tradicionalë të raketave me lëndë djegëse të lëngshme, si në të vërtetë, në motorët e avionëve konvencionalë me piston ose turbojet, përdoret energjia që çlirohet gjatë djegies së karburantit. Në këtë rast, një front i palëvizshëm i flakës formohet në dhomën e djegies së një motori rakete me lëndë të lëngshme, në të cilën djegia ndodh me një presion konstant. Ky proces normal i djegies quhet deflagrim. Si rezultat i ndërveprimit të karburantit dhe oksiduesit, temperatura e përzierjes së gazit rritet ndjeshëm dhe një kolonë e produkteve të djegies së zjarrtë shpërthen nga hunda, të cilat formojnë shtytjen e avionit.

Shpërthimi është gjithashtu djegie, por ndodh 100 herë më shpejt sesa me djegien e karburantit konvencional. Ky proces vazhdon aq shpejt saqë shpërthimi shpesh ngatërrohet me një shpërthim, veçanërisht pasi lirohet aq shumë energji sa, për shembull, një motor makine, kur ky fenomen ndodh në cilindrat e tij, në fakt mund të shembet. Sidoqoftë, shpërthimi nuk është një shpërthim, por një lloj djegie aq i shpejtë sa që produktet e reagimit nuk kanë kohë as të zgjerohen; prandaj, ky proces, ndryshe nga deflagrimi, vazhdon me një vëllim konstant dhe një presion në rritje të mprehtë.

Në praktikë, duket kështu: në vend të një fronti të palëvizshëm të flakës në përzierjen e karburantit, një valë shpërthimi formohet brenda dhomës së djegies, e cila lëviz me një shpejtësi supersonike. Në këtë valë kompresimi, ndodh shpërthimi i një përzierjeje të karburantit dhe oksiduesit, dhe ky proces është shumë më efikas nga pikëpamja termodinamike sesa djegia e karburantit konvencional. Efikasiteti i djegies së shpërthimit është 25-30% më i lartë, domethënë, kur digjet e njëjta sasi karburanti, fitohet më shumë shtytje dhe për shkak të kompaktësisë së zonës së djegies, motori i shpërthimit është teorikisht një renditje me madhësi më të lartë se motorët e raketave konvencionale për sa i përket fuqisë së marrë nga një njësi vëllimi.

Vetëm kjo mjaftoi për të tërhequr vëmendjen më të ngushtë të specialistëve ndaj kësaj ideje. Në fund të fundit, stanjacioni që ka lindur tani në zhvillimin e kozmonautikës botërore, e cila ka ngecur në orbitën afër tokës për gjysmë shekulli, lidhet kryesisht me krizën në shtytjen e raketave. Nga rruga, ka edhe një krizë në aviacion, i cili nuk është në gjendje të kalojë pragun e tre shpejtësive të zërit. Kjo krizë mund të krahasohet me situatën në avionët pistoni në fund të viteve 1930. Helika dhe motori me djegie të brendshme kanë shteruar potencialin e tyre dhe vetëm ardhja e motorëve reaktiv bëri të mundur arritjen e një niveli cilësisht të ri të lartësive, shpejtësive dhe gamës së fluturimit.

Modelet e motorëve klasikë të raketave me lëndë djegëse të lëngëta janë lustruar në përsosmëri gjatë dekadave të fundit dhe praktikisht kanë arritur kufirin e aftësive të tyre. Është e mundur të rriten karakteristikat e tyre specifike në të ardhmen vetëm brenda kufijve shumë të parëndësishëm - me disa përqind. Prandaj, kozmonautika botërore është e detyruar të ndjekë një rrugë të gjerë zhvillimi: për fluturimet me pilot në Hënë, është e nevojshme të ndërtohen mjete lëshimi gjigante, dhe kjo është shumë e vështirë dhe jashtëzakonisht e shtrenjtë, të paktën për Rusinë. Një përpjekje për të kapërcyer krizën me motorë bërthamorë ka ngecur në probleme mjedisore. Shfaqja e motorëve të raketave me shpërthim, mbase, është shumë herët për t'u krahasuar me kalimin e aviacionit në shtytje jet, por ato janë mjaft të afta të përshpejtojnë procesin e eksplorimit të hapësirës. Për më tepër, ky lloj motori reaktiv ka një avantazh tjetër shumë të rëndësishëm.
GRES në miniaturë

Një motor konvencional rakete është, në parim, një djegës i madh. Për të rritur shtytjen e tij dhe karakteristikat specifike, është e nevojshme të rritet presioni në dhomën e djegies. Në këtë rast, karburanti që injektohet në dhomë përmes injektorëve duhet të furnizohet me një presion më të lartë se sa realizohet gjatë procesit të djegies, përndryshe rryma e karburantit thjesht nuk mund të depërtojë në dhomë. Prandaj, njësia më komplekse dhe më e shtrenjtë në një motor me motor të lëngshëm nuk është një dhomë me një hundë, e cila është në pamje të qartë, por një njësi turbopompë karburanti (TNA), e fshehur në zorrët e raketës midis ndërlikimeve të tubacioneve.

Për shembull, motori më i fuqishëm i raketave në botë RD-170, i krijuar për fazën e parë të mjetit lëshues super të rëndë sovjetik Energia nga e njëjta NPO Energia, ka një presion të dhomës së djegies prej 250 atmosferash. Kjo është shumë. Por presioni në daljen e pompës së oksigjenit që pompon oksiduesin në dhomën e djegies arrin 600 atm. Për të drejtuar këtë pompë përdoret një turbinë 189 MW! Vetëm imagjinoni këtë: një rrotë turbine me diametër 0,4 m zhvillon një fuqi katër herë më të madhe se akullthyesi bërthamor "Arktika" me dy reaktorë bërthamorë! Në të njëjtën kohë, THA është një pajisje komplekse mekanike, boshti i së cilës bën 230 rrotullime në sekondë dhe duhet të punojë në një mjedis me oksigjen të lëngshëm, ku as edhe një shkëndijë e vogël, por një kokërr rërë në tubacion. çon në një shpërthim. Teknologjia për krijimin e një TNA të tillë është njohuria kryesore e Energomash, zotërimi i së cilës i lejon kompanisë ruse sot të shesë motorët e saj për instalim në automjetet e lëshimit amerikan Atlas V dhe Antares. Nuk ka ende asnjë alternativë për motorët rusë në Shtetet e Bashkuara.

Për një motor shpërthyes, vështirësi të tilla nuk janë të nevojshme, pasi presioni për djegie më efikase sigurohet nga vetë shpërthimi, i cili është një valë kompresimi që udhëton në përzierjen e karburantit. Gjatë shpërthimit, presioni rritet 18-20 herë pa asnjë TNA.

Për të marrë kushte në dhomën e djegies së një motori shpërthyes që janë ekuivalente, për shembull, me kushtet në dhomën e djegies së motorit me nxitje të lëngshme të American Shuttle (200 atm), mjafton të furnizoni karburant nën një presion prej ... 10 atm. Njësia e kërkuar për këtë, në krahasim me TNA-në e një motori klasik me lëndë djegëse të lëngshme, është e njëjtë me një pompë biçikletash pranë Sayano-Shushenskaya SDPP.

Kjo do të thotë, motori i shpërthimit jo vetëm që do të jetë më i fuqishëm dhe më ekonomik se një motor konvencional me lëndë djegëse të lëngshme, por edhe një rend i madhësisë më i thjeshtë dhe më i lirë. Pra, pse kjo thjeshtësi nuk u është dhënë projektuesve për 70 vjet?
Problemi kryesor me të cilin u përballën inxhinierët ishte mënyra e përballimit të valës së shpërthimit. Nuk ka të bëjë vetëm me forcimin e motorit në mënyrë që të përballojë ngarkesa të shtuara. Shpërthimi nuk është thjesht një valë shpërthimi, por diçka më dinake. Vala e shpërthimit përhapet me shpejtësinë e zërit, dhe vala e shpërthimit përhapet me një shpejtësi supersonike deri në 2500 m / s. Nuk formon një front të qëndrueshëm flakë, kështu që funksionimi i një motori të tillë është pulsues: pas çdo shpërthimi, është e nevojshme të rinovoni përzierjen e karburantit dhe më pas të filloni një valë të re në të.

Përpjekjet për të krijuar një motor reaktiv pulsues u bënë shumë kohë përpara idesë së shpërthimit. Ishte në përdorimin e motorëve reaktivë pulsues që ata u përpoqën të gjenin një alternativë ndaj motorëve me piston në vitet 1930. Thjeshtësia u tërhoq përsëri: ndryshe nga një turbinë aviacioni për një motor pulsues me avion ajri (PUVRD), as një kompresor që rrotullohej me një shpejtësi prej 40,000 rpm nuk ishte i nevojshëm për të futur ajrin në mitrën e pangopshme të dhomës së djegies, as që funksiononte në një temperaturë gazi. turbina me mbi 1000˚С. Në PUVRD, presioni në dhomën e djegies krijoi pulsime në djegien e karburantit.

Patentat e para për një motor reaktiv pulsues u morën në mënyrë të pavarur në 1865 nga Charles de Louvrier (Francë) dhe në 1867 nga Nikolai Afanasyevich Teleshov (Rusi). Dizajni i parë operacional i PUVRD u patentua në 1906 nga inxhinieri rus V.V. Karavodin, i cili ndërtoi një instalacion model një vit më vonë. Për shkak të një sërë mangësish, instalimi Karavodin nuk gjeti zbatim në praktikë. PUVRD i parë që operonte në një avion të vërtetë ishte gjermani Argus As 014, i bazuar në një patentë të vitit 1931 nga shpikësi i Mynihut Paul Schmidt. Argus u krijua për "armën e hakmarrjes" - bombën me krahë V-1. Një zhvillim i ngjashëm u krijua në 1942 nga projektuesi sovjetik Vladimir Chelomey për raketën e parë të lundrimit sovjetik 10X.

Sigurisht, këta motorë nuk po shpërthyen ende, pasi përdornin pulsimet e djegies konvencionale. Frekuenca e këtyre pulsimeve ishte e ulët, gjë që gjeneroi një tingull karakteristik të mitralozit gjatë funksionimit. Për shkak të funksionimit të ndërprerë, karakteristikat specifike të PUVRD ishin mesatarisht të ulëta, dhe pasi projektuesit deri në fund të viteve 1940 u përballën me vështirësitë e krijimit të kompresorëve, pompave dhe turbinave, motorët turbojet dhe motorët e raketave me lëndë të lëngshme u bënë mbretër. e qiellit, dhe PUVRD mbeti në periferi të përparimit teknik ...

Është kurioze që PUVRD-të e para u krijuan nga stilistë gjermanë dhe sovjetikë të pavarur nga njëri-tjetri. Nga rruga, jo vetëm Zeldovich doli me idenë e një motori shpërthimi në 1940. Njëkohësisht me të, të njëjtat mendime shprehën edhe Von Neumann (SHBA) dhe Werner Doering (Gjermani), kështu që në shkencën ndërkombëtare modeli i përdorimit të djegies së shpërthimit u quajt ZND.

Ideja e kombinimit të PUVRD me djegien e shpërthimit ishte shumë joshëse. Por pjesa e përparme e një flake të zakonshme përhapet me një shpejtësi prej 60-100 m / s dhe frekuenca e pulsimeve të saj në PUVRD nuk kalon 250 në sekondë. Dhe pjesa e përparme e shpërthimit lëviz me një shpejtësi prej 1500-2500 m / s, kështu që frekuenca e pulsimit duhet të jetë mijëra në sekondë. Ishte e vështirë të zbatohej një shkallë e tillë e rinovimit të përzierjes dhe fillimit të shpërthimit në praktikë.

Megjithatë, përpjekjet për të krijuar motorë shpërthimi pulsues të zbatueshëm vazhduan. Puna e specialistëve të Forcave Ajrore Amerikane në këtë drejtim kulmoi me krijimin e një motori demonstrues, i cili u ngrit për herë të parë në qiell më 31 janar 2008 me një avion eksperimental Long-EZ. Në fluturimin historik, motori punoi ... 10 sekonda në një lartësi prej 30 metrash. Sidoqoftë, përparësia në këtë rast mbeti me Shtetet e Bashkuara, dhe avioni me të drejtë zuri një vend në Muzeun Kombëtar të Forcave Ajrore të SHBA.

Ndërkohë, një skemë tjetër shumë më premtuese është shpikur prej kohësh.

Si një ketër në një rrotë

Ideja për të bashkuar një valë shpërthimi dhe për ta bërë atë të funksionojë në dhomën e djegies si një ketër në një rrotë, lindi te shkencëtarët në fillim të viteve 1960. Fenomeni i shpërthimit rrotullues (rrotullues) u parashikua teorikisht nga fizikani sovjetik nga Novosibirsk B.V. Voitsekhovsky në 1960. Pothuajse njëkohësisht me të, në vitin 1961, amerikani J. Nicholls nga Universiteti i Miçiganit shprehu të njëjtën ide.

Motori rrotullues, ose rrotullues, i shpërthimit është strukturalisht një dhomë djegie unazore, në të cilën karburanti furnizohet me anë të injektorëve të vendosur në mënyrë radiale. Vala e shpërthimit brenda dhomës nuk lëviz në drejtim aksial, si në PUVRD, por në një rreth, duke ngjeshur dhe djegur përzierjen e karburantit përpara saj dhe përfundimisht duke i shtyrë produktet e djegies nga hunda në të njëjtën mënyrë si vidhosja e një mulli mishi e shtyn mishin e grirë jashtë. Në vend të frekuencës së pulsimit, marrim frekuencën e rrotullimit të valës së shpërthimit, e cila mund të arrijë disa mijëra në sekondë, d.m.th., në praktikë, motori nuk funksionon si një motor pulsues, por si një motor rakete konvencionale me lëndë të lëngshme. me djegie të palëvizshme, por shumë më efikase, pasi në fakt shpërthen përzierjen e karburantit ...

Në BRSS, si në SHBA, puna për një motor shpërthyes rrotullues ka vazhduar që nga fillimi i viteve 1960, por përsëri, megjithë thjeshtësinë në dukje të idesë, zbatimi i tij kërkonte zgjidhjen e pyetjeve teorike të çuditshme. Si të organizohet procesi në mënyrë që vala të mos zbutet? Ishte e nevojshme të kuptoheshin proceset më komplekse fizike dhe kimike që ndodhin në një mjedis të gaztë. Këtu llogaritja nuk u krye më në nivelin molekular, por në nivelin atomik, në kryqëzimin e kimisë dhe fizikës kuantike. Këto procese janë më komplekse se ato që ndodhin gjatë gjenerimit të një rreze lazer. Kjo është arsyeja pse lazeri ka punuar për një kohë të gjatë, por motori i shpërthimit jo. Për të kuptuar këto procese, ishte e nevojshme të krijohej një shkencë e re themelore - kinetika fiziko-kimike, e cila nuk ekzistonte 50 vjet më parë. Dhe për llogaritjen praktike të kushteve në të cilat vala e shpërthimit nuk do të zbutet, por do të bëhet e vetë-qëndrueshme, kërkoheshin kompjuterë të fuqishëm, të cilët u shfaqën vetëm vitet e fundit. Ky ishte themeli që duhej hedhur në themelin e suksesit praktik në zbutjen e shpërthimit.

Në Shtetet e Bashkuara të Amerikës po kryhet punë aktive në këtë drejtim. Këto studime kryhen nga Pratt & Whitney, General Electric, NASA. Për shembull, laboratori kërkimor i Marinës së SHBA-së po zhvillon turbina gazi me shpërthim rrotullues për Marinën. Marina amerikane përdor 430 turbina me gaz në 129 anije, dhe ato konsumojnë 3 miliardë dollarë karburant në vit. Futja e motorëve më ekonomikë me turbina me gaz (GTE) do të kursejë shuma të mëdha parash.

Në Rusi, dhjetëra institute kërkimore dhe zyra projektimi kanë punuar dhe vazhdojnë të punojnë në motorët e shpërthimit. Midis tyre është NPO Energomash, kompania lider në ndërtimin e motorëve në industrinë ruse të hapësirës, ​​me shumë prej ndërmarrjeve të së cilës bashkëpunon Banka VTB. Zhvillimi i një motori rakete shpërthimi u krye për më shumë se një vit, por në mënyrë që maja e ajsbergut të kësaj pune të shkëlqejë nën diell në formën e një testi të suksesshëm, pjesëmarrja organizative dhe financiare e Fondacionit famëkeq për Kërkime të Avancuara (FPI) ishte e nevojshme. Ishte FPI ajo që akordoi fondet e nevojshme për krijimin në vitin 2014 të një laboratori të specializuar “Detonation LRE”. Në të vërtetë, megjithë 70 vjet kërkime, kjo teknologji mbetet ende "shumë premtuese" në Rusi për t'u financuar nga klientë si Ministria e Mbrojtjes, të cilët, si rregull, kanë nevojë për një rezultat praktik të garantuar. Dhe është ende shumë larg prej saj.

Zbutja e mendjemprehtësisë

Do të doja të besoja se pas gjithë asaj që u tha më lart, puna titanike që shfaqet midis rreshtave të një raporti të shkurtër në lidhje me testet që u zhvilluan në Energomash në Khimki në korrik-gusht 2016 bëhet e kuptueshme: dallgët me një frekuencë rreth 20 kHz (frekuenca e rrotullimit të një valë është 8 mijë rrotullime në sekondë) në avullin e karburantit "oksigjen - vajguri". Ishte e mundur të merreshin disa valë shpërthimi, të cilat balanconin dridhjet dhe ngarkesat e goditjes së njëra-tjetrës. Veshjet mbrojtëse ndaj nxehtësisë të zhvilluara posaçërisht në Qendrën M.V. Keldysh ndihmuan për të përballuar ngarkesat me temperaturë të lartë. Motori i rezistoi disa nisjeve nën ngarkesa ekstreme vibrimi dhe temperatura ultra të larta në mungesë të ftohjes së shtresës së murit. Një rol të veçantë në këtë sukses luajti krijimi i modeleve matematikore dhe injektorëve të karburantit, të cilat bënë të mundur marrjen e një përzierjeje të konsistencës së nevojshme për shfaqjen e shpërthimit.

Sigurisht, rëndësia e suksesit të arritur nuk duhet të mbivlerësohet. U krijua vetëm një motor demonstrues, i cili funksionoi për një kohë relativisht të shkurtër dhe asgjë nuk u raportua për karakteristikat e tij reale. Sipas NPO Energomash, një motor rakete me shpërthim do të rrisë shtytjen me 10% kur djeg të njëjtën sasi karburanti si në një motor konvencional, dhe impulsi specifik i shtytjes duhet të rritet me 10-15%.

Por rezultati kryesor është se praktikisht konfirmohet mundësia e organizimit të djegies së shpërthimit në një motor të lëngshëm. Megjithatë, ka ende shumë për të bërë përpara se të përdoret kjo teknologji në aeroplanët e vërtetë. Një aspekt tjetër i rëndësishëm është se një tjetër prioritet botëror në fushën e teknologjive të larta i është caktuar tani vendit tonë: për herë të parë në botë, në Rusi u lëshua një motor rakete shpërthyese me madhësi të plotë dhe ky fakt do të mbetet në historinë e Shkencë dhe Teknologji. publikuar nga

Motori i shpërthimit shpesh shihet si një alternativë ndaj motorit standard me djegie ose raketë. Ajo është e mbushur me shumë mite dhe legjenda. Këto legjenda lindin dhe jetojnë vetëm sepse njerëzit që i përhapin ose e harruan kursin e shkollës së fizikës, ose edhe e anashkaluan plotësisht!

Rritja e densitetit të fuqisë ose shtytjes

Iluzioni i parë.

Nga një rritje në shkallën e djegies së karburantit deri në 100 herë, do të jetë e mundur të rritet fuqia specifike (për njësi e vëllimit të punës) të motorit me djegie të brendshme. Për motorët e raketave që funksionojnë në mënyrat e shpërthimit, shtytja për njësi të masës do të rritet me 100 herë.

Shënim: Si gjithmonë, nuk është e qartë se për çfarë mase po flasim - masën e lëngut të punës ose të gjithë raketën në tërësi.

Nuk ka asnjë lidhje midis shpejtësisë me të cilën digjet karburanti dhe fuqisë specifike.

Ekziston një lidhje midis raportit të ngjeshjes dhe densitetit të fuqisë. Për motorët me djegie të brendshme me benzinë, raporti i kompresimit është rreth 10. Në motorët që përdorin modalitetin e shpërthimit, ai mund të rritet afërsisht me 2 herë, që është pikërisht ajo që realizohet në motorët me naftë, të cilët kanë një raport ngjeshje rreth 20. Në fakt, ato punojnë në modalitetin e shpërthimit. Kjo është, natyrisht, raporti i ngjeshjes mund të rritet, por pasi të ketë ndodhur shpërthimi, askush nuk ka nevojë për të! Nuk mund të bëhet fjalë për 100 herë!! Për më tepër, vëllimi i punës i motorit me djegie të brendshme është, të themi, 2 litra, vëllimi i të gjithë motorit është 100 ose 200 litra. Kursimi i vëllimit do të jetë 1% !!! Por “konsumi” shtesë (trashësia e murit, materialet e reja etj.) do të matet jo në përqindje, por në herë ose dhjetëra herë !!

Per referim. Puna e kryer është proporcionale, përafërsisht, me V * P (procesi adiabatik ka koeficientë, por nuk e ndryshon thelbin tani). Nëse vëllimi zvogëlohet me 100 herë, atëherë presioni fillestar duhet të rritet me të njëjtën 100 herë! (për të bërë të njëjtën punë).

Kapaciteti i literit mund të rritet nëse kompresimi braktiset fare ose lihet në të njëjtin nivel, por hidrokarburet (në sasi më të mëdha) dhe oksigjeni i pastër në një raport peshe rreth 1: 2.6-4, në varësi të përbërjes së hidrokarbureve ose oksigjenit të lëngshëm. në përgjithësi (aty ku ishte tashmë :-)). Atëherë është e mundur të rritet si kapaciteti i litrave ashtu edhe efikasiteti (për shkak të rritjes së "raportit të zgjerimit" i cili mund të arrijë në 6000!). Por në rrugë është edhe aftësia e dhomës së djegies për të përballuar presione dhe temperatura të tilla, edhe nevoja për të "ushqyer" jo me oksigjen atmosferik, por me oksigjen të pastër ose përgjithësisht të lëngshëm të ruajtur!

Në fakt, një lloj i tillë është përdorimi i oksidit të azotit. Oksidi i azotit është thjesht një mënyrë për të futur një sasi të shtuar të oksigjenit në dhomën e djegies.

Por këto metoda nuk kanë të bëjnë fare me shpërthimin !!

Është e mundur të propozohet zhvillimi i mëtejshëm i metodave të tilla ekzotike të rritjes së fuqisë së litrit - përdorimi i fluorit në vend të oksigjenit. Është një agjent oksidues më i fortë, d.m.th. reagimet me të shkojnë me një çlirim të madh të energjisë.

Rritja e shpejtësisë së rrymës së avionit

Kallajimi i dytë.
Në motorët e raketave që përdorin mënyrat e funksionimit të shpërthimit, si rezultat i faktit se mënyra e djegies ndodh me shpejtësi më të larta se shpejtësia e zërit në një mjedis të caktuar (që varet nga temperatura dhe presioni), parametrat e presionit dhe temperaturës në dhomën e djegies. rritet disa herë, shpejtësia e avionëve reaktivë dalës. Kjo përmirëson në mënyrë proporcionale të gjithë parametrat e një motori të tillë, duke përfshirë uljen e peshës dhe konsumit të tij, dhe rrjedhimisht furnizimin e kërkuar me karburant.

Siç u përmend më lart, raporti i kompresimit nuk mund të rritet më shumë se 2 herë. Por përsëri, shpejtësia e rrjedhjes së gazeve varet nga energjia e furnizuar dhe temperatura e tyre! (Ligji i ruajtjes së energjisë). Me të njëjtën sasi energjie (të njëjtën sasi karburanti), shpejtësia mund të rritet vetëm duke ulur temperaturën e tyre. Por kjo tashmë pengohet nga ligjet e termodinamikës.

Motorët e raketave me shpërthim janë e ardhmja e udhëtimit ndërplanetar

Keqkuptimi i tretë.

Vetëm motorët e raketave të bazuara në teknologjitë e shpërthimit bëjnë të mundur marrjen e parametrave të shpejtësisë së kërkuar për fluturimet ndërplanetare bazuar në reaksionin kimik të oksidimit.

Epo, ky është një mashtrim, të paktën logjikisht i qëndrueshëm. Kjo rrjedh nga dy të parat.

Asnjë teknologji nuk është në gjendje të shtrydh asgjë nga reaksioni i oksidimit! Të paktën për substancat e njohura. Shpejtësia e rrjedhës përcaktohet nga bilanci i energjisë i reaksionit. Një pjesë e kësaj energjie, sipas ligjeve të termodinamikës, mund të shndërrohet në punë (energji kinetike). ato. edhe nëse e gjithë energjia shkon në kinetike, atëherë ky është një kufi i bazuar në ligjin e ruajtjes së energjisë dhe nuk mund të kapërcehen shpërthimet, shkallët e ngjeshjes, etj.

Përveç bilancit të energjisë, një parametër shumë i rëndësishëm është “energjia për nukleon”. Nëse bëni llogaritje të vogla, mund të kuptoni se reaksioni i oksidimit të atomit të karbonit (C) jep 1,5 herë më shumë energji sesa reaksioni i oksidimit të molekulës së hidrogjenit (H2). Por për shkak të faktit se produkti i oksidimit të karbonit (CO2) është 2.5 herë më i rëndë se produkti i oksidimit të hidrogjenit (H2O), shkalla e daljes së gazrave nga motorët me hidrogjen është 13%. Vërtetë, duhet të merret parasysh edhe kapaciteti i nxehtësisë së produkteve të djegies, por kjo jep një korrigjim shumë të vogël.