Детонационные двигатели заменят ядро газотурбинных / Фото: finobzor.ru
В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания.
Интересно, что ещё в 1940 году советский физик Я.Б. Зельдович предложил идею детонационного двигателя в статье «Об энергетическом использовании детонационного сгорания». С тех пор над перспективной идеей работали многие учёные из разных стран, вперёд выходили то США, то Германия, то наши соотечественники.
Летом, в августе 2016 года российским учёным удалось создать впервые в мире полноразмерный жидкостный реактивный двигатель, работающий на принципе детонационного сгорания топлива. Наша страна наконец-то за многие постперестроечные годы установила мировой приоритет в освоении новейшей техники.
Чем же так хорош новый двигатель? В реактивном двигателе применяется энергия, выделяемая при сжигании смеси при постоянном давлении и неизменным пламенном фронте. Газовая смесь из топлива и окислителя при горении резко повышает температуру и столб пламени, вырывающийся из сопла, создаёт реактивную тягу.
Детонационный двигатель / Фото: sdelanounas.ru При детонационном горении продукты реакции не успевают разрушиться, потому что этот процесс в 100 раз быстрее дефларгации и давлении при этом стремительно увеличивается, а объём остаётся неизменным. Выделение такого большого количества энергии действительно может разрушить двигатель автомобиля, поэтому такой процесс часто ассоциируется со взрывом.
В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания. Поэтому специалисты так рьяно и приступили к разработке этой идеи.В обычном ЖРД, по сути, являющейся большой горелкой, главное не камера сгорания и сопло, а топливный турбонасосный агрегат (ТНА), создающий такое давление, чтобы топливо проникло в камеру. К примеру, в российском ЖРД РД-170 для ракет-носителей «Энергия» давление в камере сгорания 250 атм и насосу, подающему окислитель в зону сгорания приходиться создавать давление в 600 атм.
В детонационном двигателе давление создаётся самой детонацией, представляющую бегущую волну сжатия в смеси топлива, в которой давление без всякого ТНА уже в 20 раз больше и турбонасосные агрегаты являются лишними. Чтобы было понятно, у американского «Шаттла» давление в камере сгорания 200 атм, а детонационному двигателю в таких условиях надо всего лишь 10 атм для подачи смеси — это как велосипедный насос и Саяно-Шушенская ГЭС.
Двигатель на основе детонации в таком случае не только более простой и дешёвый на целый порядок, но гораздо мощнее и экономичнее, чем обычный ЖРД.На пути внедрения проекта детонационного двигателя встала проблема совладения с волной детонации. Это явление непросто взрывная волна, которая имеет скорость звука, а детонационная, распространяющаяся со скоростью 2500 м/сек, в ней нет стабилизации фронта пламени, за каждую пульсацию обновляется смесь и волна вновь запускается.
Ранее русские и французские инженеры разрабатывали и строили реактивные пульсирующие двигатели, но не на принципе детонации, а на основе пульсации обычного горения. Характеристики таких ПуВРД были низкими и когда двигателестроители разработали насосы, турбины и компрессоры, наступил век реактивных двигателей и ЖРД, а пульсирующие остались на обочине прогресса. Светлые головы науки пытались объединить детонационное горение с ПуВРД, но частота пульсаций обычного фронта горения составляет не более 250 в секунду, а фронт детонации обладает скоростью до 2500 м/сек и частота его пульсаций достигает несколько тысяч в секунду. Казалось невозможным воплотить на практике такую скорость обновления смеси и при этом инициировать детонацию.
В СЩА удалось построить такой детонационный пульсирующий двигатель и испытать его в воздухе, правда, проработал он всего 10 секунд, но приоритет остался за американскими конструкторами. Но уже в 60-х годах прошлого века советскому учёному Б.В. Войцеховскому и практически в то же время и американцу из университета в Мичигане Дж. Николсу пришла идея закольцевать в камере сгорания волну детонации.
Изображение: sdelanounas.ru
Как работает детонационный ЖРД
Такой ротационный двигатель состоял из кольцевой камеры сгорания с форсунками, размещёнными по её радиусу для подачи топлива. Волна детонации бегает как белка в колесе по окружности, топливная смесь сжимается и выгорает, выталкивая продукты сгорания через сопло. В спиновом двигателе получаем частоту вращения волны в несколько тысяч в секунду, работа его подобна рабочему процессу в ЖРД, только более эффективно, благодаря детонации смеси топлива.
В СССР и США, а позже в России ведутся работы по созданию ротационного детонационного двигателя с незатухающей волной, пониманию процессов, происходящих внутри, для чего была создана целая наука физико-химическая кинетика. Для расчёта условий незатухающей волны нужны были мощные ЭВМ, которые создали лишь в последнее время.
В России над проектом такого спинового двигателя работают многие НИИ и КБ, среди которых двигателестроительная компания космической промышленности НПО «Энергомаш». На помощь в разработке такого двигателя пришёл Фонд перспективных исследований, ведь финансирование от Министерства обороны добиться невозможно — им подавай только гарантированный результат.
Тем не мене на испытаниях в Химках на «Энергомаше» был зафиксирован установившийся режим непрерывной спиновой детонации — 8 тысяч оборотов в секунду на смеси «кислород — керосин». При этом детонационные волны уравновешивали волны вибрации, а теплозащитные покрытия выдержали высокие температуры.
Но не стоит обольщаться, ведь это лишь двигатель-демонстратор, проработавший весьма непродолжительное время и о характеристиках его ещё пока ничего не сказано. Но основное в том, что доказана возможность создания детонационного горения и создан полноразмерный спиновой двигатель именно в России, что останется в истории науки навсегда.
МОСКВА, издание "Сделано у нас"12
www.globalwarnews.ru
Отечественные конструкторы могут совершить революцию в двигателестроении, но пока у них нет денег даже на то, чтобы запустить беспилотник. В ОКБ имени Люльки продолжаются стендовые испытания
Отыскать на форуме "Армия-2017" стенд знаменитого ОКБ имени Люльки, разработавшего большинство двигателей для самолетов Сухого, оказалось нелегко. Специалисты скромно ютятся по соседству с экспозицией научных рот Минобороны. А ведь конструкторское бюро представило проект, который в будущем может совершить революцию в авиастроении. Правда, пока о созданном ими пульсирующем детонационном двигателе знают лишь специалисты. Причем многие из них до сих пор шарахаются от слова "детонационный".
Фото: Oscar Vinals/ Global Look
Главный специалист ОКБ имени Люльки Алексей Мохов к этой реакции давно привык и терпеливо объясняет: "Понимаете, всю жизнь конструкторы пытаются уйти от детонации, потому что она приводит к разрушению двигателя. Но мы извлекли из нее пользу. Это даже не взрыв в привычном понимании этого слова".
Частота взрывов в двигателе настолько высока (от 15 до 20 кГц), что ее впору сравнить с пульсацией, в воздухе слышен лишь свист, который в перспективе вообще может выйти за пределы слухового диапазона. В итоге человек может даже не услышать летящий в небе самолет.
Как показали стендовые испытания, удельные параметры такого двигателя на 30% выше, чем у простого газотурбинного. Это означает, что при аналогичном расходе топлива тяга у агрегата новой разработки будет больше. Но главное, из всех детонационных двигателей, над которыми корпят конструкторы и инженеры в России и за рубежом, пульсирующий проработал без перерыва дольше всех - 10 минут. А суммарная наработка двигателя уже составила более 100 часов.
По словам Мохова, уже сегодня детонационным двигателем тягой до 2 - 2,5 т можно оборудовать легкий самолет, не говоря уже о беспилотнике. По его словам, "резонаторные устройства могут быть размещены в любой точке планера. Достаточно иметь генератор сжатого воздуха с определенными параметрами и температурой. Подавая его в резонаторные устройства, можно обеспечить тягу". Самолет при этом может выглядеть непривычно. Например, у него останется воздухозаборник, но может не быть сопла, что положительно скажется на аэродинамике.
Однако, чтобы создать под этот двигатель легкий самолет или беспилотник, необходим заказ. Денег на строительство летательного аппарата у ОКБ нет. Главный конструктор и идеолог импульсионных детонационных двигателей Александр Тарасов запатентовал разработку еще в 1987 году. И уже 30 лет не может поднять свою мечту в небо. А ведь импульсионный детонационный двигатель можно было бы применить не только в авиации, но и в ракетно-космической отрасли. Есть задел и для создания гиперзвукового двигателя - очень актуальная тема сейчас. Пока разработки ведутся на уровне моторов второго и третьего поколений. Это относительно простые проекты - "тракторные технологии", как шутят специалисты. Но при желании можно создать двигатель с применением самых современных разработок, и тогда он может совершить настоящий прорыв в авиастроении.
utro.ru
Опытно-конструкторское бюро имени Люльки, входящее в состав научно-производственного объединения «Сатурн», презентовало на недавнем форуме «Армия-2017» прототип пульсирующего с частотой от 15 до 20 кГц детонационного двигателя, который разрабатывается под началом генерального конструктора-директора ОКБ Евгения Марчукова. Суммарно эта силовая установка проработала порядка 100 часов, причем в одном испытании — 10 минут. Это значительно больше, чем все известные зарубежные аналоги.
Речь идет о принципиальном улучшении по сравнению с традиционными воздушно-реактивными силовыми установками. Это значит, что в России появилась реальная перспектива создания самолетных двигателей с крейсерским сверхзвуковым режимом полета и способных вывести самолеты за пределы атмосферы, в том числе и перспективный МиГ-41.
О том, что в России активно ведутся такие работы, впервые стало известно еще в марте 2011 года со слов Ильи Федорова, тогда еще управляющего директора НПО «Сатурн». А через год после этого уже научно-исследовательская лаборатория ВМС США заявила о начале создания своего ротационного детонационного двигателя, который должен прийти на замену газотурбинных силовых установок на военных кораблях.
Что интересно, мировые СМИ, в том числе и российские либеральные издания, уже трубят о европейских корнях этого направления, мол, идея пульсирующей воздушно-реактивной струи принадлежит шведскому инженеру Мартину Вибергу, который еще в конце 19 века описал способ использования серии микровзрывов для движения.
Читайте также
ВВС США: «Атакующий сокол» и «Гадюка» готовятся к схватке с «Русским НЛО»
Америка мобилизовали на борьбу с Су-35 ветеранов ВВС
В реальности концепцию детонационного двигателя с теми базовыми постулатами, который используются сегодня, описал в 1940 году советский физик Я. Б. Зельдович, опубликовавший статью «Об энергетическом использовании детонационного сгорания». Это, как говорится, к слову. По сути же важен не столько автор простейшего, в принципе, движка, сколько — сложнейшие инженерные решения и фундаментальные знания, которые позволят обуздать энергию высокочастотных взрывов газов или горючих смесей в интересах поступательного движения.
Дело в том, что именно сегодня возникла острая необходимость в принципиально новых силовых установках для авиации (и не только). К примеру, удельный расход топлива региональных и магистральных самолетов при крейсерских скоростях составляет 0.49−0.63 кг/ кгс ч (килограмм (топлива) на килограмм-силы (тяга) в час — авт.), но в классических газотурбинных двигателях (ГТД) осталось не так уж много резервов для улучшения этого показателя. То же самое можно сказать о турбинах для кораблей и электростанции.
С одной стороны, разработчики могут сколько угодно повышать давление в цикле и температуру газа перед турбиной, а также наращивать степень двухконтурности. С другой — за достигнутые очень небольшие улучшения придется платить неоправданно большую цену. Иначе нельзя будет обеспечить высокие стандарты надежности основных деталей и узлов. Проще говоря, снижение удельного расхода топлива на 1−2% приведет к удорожанию ГТД примерно на четверть и, самое неприятное, настолько же уменьшит его ресурс.
По этой причине КПД новейших газотурбинных двигателей фактически достиг своего потолка, несмотря на агрессивную саморекламу ведущих компаний. Так, эффективность компрессора ГТД уже добрый десяток лет держится на уровне 86−88%, а эффективность турбины — 88−90%, причем при проектных условиях. Эти показатели могут быть лучше только у идеального движка, работающего в простом цикле Брайтона/Джоуля вообще без каких-либо потерь, что невозможно.
И в самом деле, если же посмотреть на индикаторы развития авиационных программ ведущих корпораций и вывести за скобки прототипы и образцы новых силовых установок, становится ясно, что человечеству, с большой долей вероятности, долго придется летать на сегодняшних газотурбинных двигателях. Безусловно, их будут модернизировать, внедряя новые композиты и сплавы, и оснащая сверхточными датчиками и цифровыми системами контроля.
Ситуация может измениться лишь тогда, когда будут созданы и, главное, сертифицированы по международным стандартам авиационные силовые установки неклассической газотурбинной схемы: в первую очередь — движки с детонационным горением, а также — турбовинтовентиляторные двигатели с биротативными винтовентеляторами и с приводами нескольких вентиляторов. Когда это произойдет — только богу известно. Во всяком случае, ответственные разработчики призывают не торопиться с прогнозами.
В частности, Энтони Дин, сотрудник научно-исследовательского центра компании General Electric в Нискэйуне, что под Нью-Йорком, рассказал, что сейчас его корпорация сосредотачивает главные усилия для предупреждения нештатных ситуаций в турбинах. Также он сообщил о проекте детонационного движка, работающий (стабильно) прототип которого будет показан 2019 году — на 2 года позже образца ОКБ имени Люльки.
Что касается семейства разработанных ГТД, то они будут совершенствоваться компанией General Electric в соответствии с уже имеющими наработками.
«В нынешних газотурбинных движках вращающиеся лопасти подвергаются воздействию горящего газа, температура которого превышает на 500 градусов точки плавления используемых в сплавах металлов», напоминает Энтони Дин. Но все это мелочи по сравнению с ударной волной, которая распространяется в камере сгорания со сверхзвуковой скоростью — более 1 км/с и частотой 20 кГц. В таком режиме даже самый надежный стрелковый автомат не продержится тысячной доли секунды. Чтобы разрешить эту проблему, потребуются новые знания в фундаментальных науках.
По мнению представителя General Electric, пульсирующие детонационные двигатели не пригодны к использованию в качестве газогенераторов в газотурбинных установках, поскольку высокочастотные пульсации приведут к быстрому разрушению лопаток турбины. Впрочем, далеко не факт, что американцы делают ударение только на ротационных (спиновых) детонационных двигателях. В США вообще прекратились какие-либо научные публикации по этой тематике примерно три-четыре года назад, что свидетельствует о живом интересе Пентагона.
Читайте также
«Панцирь» в Сирии сбивает и «Фантомы», и «Грады»
Комплекс ПВО/ПРО малой дальности поражает влет любую воздушную цель
Стоимость этих работ тоже засекречена, но заокеанские источники напоминают, что только на создание прототипа ГТД GE90 General Electric потратила $ 2 млрд. Учитывая, что детонационные двигатели базируются на новых принципах, то и денег на их разработку, наверняка, потребуется на порядок больше. Короче, это удел — экономических держав.
Сегодня над проблемой детонационных двигателей трудятся немецкая компания SIEMENS, французская SNECMA, американские General Electric и Pratt & Whitney и российский «Сатурн». По факту, в этой области продолжается начатая еще в 80-х годах прошлого века борьба за лидерство. Тогда на первом месте был СССР, потом в 90-е пришло время немцев, которых в «нулевых» подвинули американцы. И вот теперь Россия возвращается в число ведущих разработчиков новых авиационных двигателей.
Сегодня заокеанские разработчики бьются над тем, чтобы получить стабильно работающий прототип. В то же время испытанный ОКБ имени Люльки детонационный двигатель, повторим, успешно работает 10 минут. Кроме того, российские разработчики сообщили о положительных результатах по регулированию тяги. Таким образом, наши ученые и инженеры обошли американцев, что называется, на повороте. Однако до финиша еще далеко.
svpressa.ru
22 августа 2017 г., AEX.RU – Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК входит в Госкорпорацию Ростех) демонстрирует на проходящем в подмосковной Кубинке Международном военно-техническом форуме «Армия-2017» макет пульсирующего детонационного двигателя (ПДД), разрабатываемого на основе принципиально новых технологий двигателестроения. Об этом сообщает ОДК.
Проект «Пульсирующие детонационные двигатели» на специальной экспозиции «Инновационный клуб» представляет московское ОКБ им. А.М. Люльки (филиал уфимского предприятия ОДК ПАО «УМПО»). Диапазон применения этого перспективного двигателя широк – от беспилотных летательных аппаратов до самолетов различного назначения. В перспективе на основе новых технологий могут быть созданы двигатели для ракетно-космических систем и комбинированных силовых установок самолетов, способных выполнять полеты в атмосфере и за ее пределами.
"Отличие ПДД от обычных реактивных двигателей заключается в детонационном горении топливной смеси, при котором фронт горения распространяется быстрее скорости звука. Созданные ранее ОКБ им. А. Люльки демонстраторы дозвукового и сверхзвуковых двигателей, действующие на основе детонационных технологий, показали 30-50% улучшение по сравнению с традиционными двигателями по таким параметрам, как величина удельной тяги и удельный расход топлива", - отметили в ОДК. Проект «Пульсирующие детонационные двигатели», реализуемый под руководством генерального конструктора – директора ОКБ им. А.М. Люльки Евгения Марчукова, стал одним из победителей в конкурсе по отбору экспонатов для спецэкспозиции «Инновационный клуб», организованном Главным управлением научно-исследовательской деятельности и технологического сопровождения передовых технологий (инновационных исследований) Министерства обороны России. Конкурс проводился с целью отбора наиболее актуальных для Вооруженных сил РФ и оборонно-промышленного комплекса научно-технических, инновационных проектов, перспективных технологий и изобретений.
На экспозиции в Кубинке демонстрируется макет «Турбокомпрессорного пульсирующего детонационного двигателя». Главный конструктор ПДД Александр Тарасов проведет презентацию разработки гостям «Инновационного клуба».
Выступление главного конструктора состоится в ходе проводимых на форуме «Диалогов с конструктором» – открытых встреч с генеральными конструкторами ведущих предприятий оборонно-промышленного комплекса России. Гости мероприятий «Инновационного клуба» – представители предприятий военно-промышленного комплекса, офицеры различных родов войск ВС РФ, а также студенты и аспиранты ведущих технических вузов, представители стартапов и малых инновационных предприятий, образовательных и инжиниринговых центров, военнослужащие научных рот ВС РФ, молодые ученые Московской области и воспитанники образовательного центра «Сириус».
В конце 2016 года проект пульсирующего детонационного двигателя победил в финале конкурса «Лучший инновационный проект по направлениям критических технологий Российской Федерации-2016», проведенный Научно-техническим советом Военно-промышленной комиссии РФ совместно с фондом «Сколково», напомнили в корпорации.
www.aex.ru
В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания.
Интересно, что ещё в 1940 году советский физик Я.Б. Зельдович предложил идею детонационного двигателя в статье «Об энергетическом использовании детонационного сгорания». С тех пор над перспективной идеей работали многие учёные из разных стран, вперёд выходили то США, то Германия, то наши соотечественники.
Летом, в августе 2016 года российским учёным удалось создать впервые в мире полноразмерный жидкостный реактивный двигатель, работающий на принципе детонационного сгорания топлива. Наша страна наконец-то за многие постперестроечные годы установила мировой приоритет в освоении новейшей техники.
Чем же так хорош новый двигатель? В реактивном двигателе применяется энергия, выделяемая при сжигании смеси при постоянном давлении и неизменным пламенном фронте. Газовая смесь из топлива и окислителя при горении резко повышает температуру и столб пламени, вырывающийся из сопла, создаёт реактивную тягу.
При детонационном горении продукты реакции не успевают разрушиться, потому что этот процесс в 100 раз быстрее дефларгации и давлении при этом стремительно увеличивается, а объём остаётся неизменным. Выделение такого большого количества энергии действительно может разрушить двигатель автомобиля, поэтому такой процесс часто ассоциируется со взрывом.
В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания. Поэтому специалисты так рьяно и приступили к разработке этой идеи.В обычном ЖРД, по сути, являющейся большой горелкой, главное не камера сгорания и сопло, а топливный турбонасосный агрегат (ТНА), создающий такое давление, чтобы топливо проникло в камеру. К примеру, в российском ЖРД РД-170 для ракет-носителей «Энергия» давление в камере сгорания 250 атм и насосу, подающему окислитель в зону сгорания приходиться создавать давление в 600 атм.
В детонационном двигателе давление создаётся самой детонацией, представляющую бегущую волну сжатия в смеси топлива, в которой давление без всякого ТНА уже в 20 раз больше и турбонасосные агрегаты являются лишними. Чтобы было понятно, у американского «Шаттла» давление в камере сгорания 200 атм, а детонационному двигателю в таких условиях надо всего лишь 10 атм для подачи смеси — это как велосипедный насос и Саяно-Шушенская ГЭС.
Двигатель на основе детонации в таком случае не только более простой и дешёвый на целый порядок, но гораздо мощнее и экономичнее, чем обычный ЖРД.На пути внедрения проекта детонационного двигателя встала проблема совладения с волной детонации. Это явление непросто взрывная волна, которая имеет скорость звука, а детонационная, распространяющаяся со скоростью 2500 м/сек, в ней нет стабилизации фронта пламени, за каждую пульсацию обновляется смесь и волна вновь запускается.Ранее русские и французские инженеры разрабатывали и строили реактивные пульсирующие двигатели, но не на принципе детонации, а на основе пульсации обычного горения. Характеристики таких ПуВРД были низкими и когда двигателестроители разработали насосы, турбины и компрессоры, наступил век реактивных двигателей и ЖРД, а пульсирующие остались на обочине прогресса. Светлые головы науки пытались объединить детонационное горение с ПуВРД, но частота пульсаций обычного фронта горения составляет не более 250 в секунду, а фронт детонации обладает скоростью до 2500 м/сек и частота его пульсаций достигает несколько тысяч в секунду. Казалось невозможным воплотить на практике такую скорость обновления смеси и при этом инициировать детонацию.
В СЩА удалось построить такой детонационный пульсирующий двигатель и испытать его в воздухе, правда, проработал он всего 10 секунд, но приоритет остался за американскими конструкторами. Но уже в 60-х годах прошлого века советскому учёному Б.В. Войцеховскому и практически в то же время и американцу из университета в Мичигане Дж. Николсу пришла идея закольцевать в камере сгорания волну детонации.
Такой ротационный двигатель состоял из кольцевой камеры сгорания с форсунками, размещёнными по её радиусу для подачи топлива. Волна детонации бегает как белка в колесе по окружности, топливная смесь сжимается и выгорает, выталкивая продукты сгорания через сопло. В спиновом двигателе получаем частоту вращения волны в несколько тысяч в секунду, работа его подобна рабочему процессу в ЖРД, только более эффективно, благодаря детонации смеси топлива.
В СССР и США, а позже в России ведутся работы по созданию ротационного детонационного двигателя с незатухающей волной, пониманию процессов, происходящих внутри, для чего была создана целая наука физико-химическая кинетика. Для расчёта условий незатухающей волны нужны были мощные ЭВМ, которые создали лишь в последнее время.
В России над проектом такого спинового двигателя работают многие НИИ и КБ, среди которых двигателестроительная компания космической промышленности НПО «Энергомаш». На помощь в разработке такого двигателя пришёл Фонд перспективных исследований, ведь финансирование от Министерства обороны добиться невозможно — им подавай только гарантированный результат.
Тем не мене на испытаниях в Химках на «Энергомаше» был зафиксирован установившийся режим непрерывной спиновой детонации — 8 тысяч оборотов в секунду на смеси «кислород — керосин». При этом детонационные волны уравновешивали волны вибрации, а теплозащитные покрытия выдержали высокие температуры.Но не стоит обольщаться, ведь это лишь двигатель-демонстратор, проработавший весьма непродолжительное время и о характеристиках его ещё пока ничего не сказано. Но основное в том, что доказана возможность создания детонационного горения и создан полноразмерный спиновой двигатель именно в России, что останется в истории науки навсегда.
https://vk.com/otsrussia
comments powered by HyperCommentswww.nasha-strana.info
Чем же так хорош новый двигатель? В реактивном двигателе применяется энергия, выделяемая при сжигании смеси при постоянном давлении и неизменным пламенном фронте. Газовая смесь из топлива и окислителя при горении резко повышает температуру и столб пламени, вырывающийся из сопла, создаёт реактивную тягу.
При детонационном горении продукты реакции не успевают разрушиться, потому что этот процесс в 100 раз быстрее дефларгации и давлении при этом стремительно увеличивается, а объём остаётся неизменным. Выделение такого большого количества энергии действительно может разрушить двигатель автомобиля, поэтому такой процесс часто ассоциируется со взрывом.
В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания. Поэтому специалисты так рьяно и приступили к разработке этой идеи.
В обычном ЖРД, по сути, являющейся большой горелкой, главное не камера сгорания и сопло, а топливный турбонасосный агрегат (ТНА), создающий такое давление, чтобы топливо проникло в камеру. К примеру, в российском ЖРД РД-170 для ракет-носителей «Энергия» давление в камере сгорания 250 атм и насосу, подающему окислитель в зону сгорания приходиться создавать давление в 600 атм.
В детонационном двигателе давление создаётся самой детонацией, представляющую бегущую волну сжатия в смеси топлива, в которой давление без всякого ТНА уже в 20 раз больше и турбонасосные агрегаты являются лишними. Чтобы было понятно, у американского «Шаттла» давление в камере сгорания 200 атм, а детонационному двигателю в таких условиях надо всего лишь 10 атм для подачи смеси – это как велосипедный насос и Саяно-Шушенская ГЭС.
Двигатель на основе детонации в таком случае не только более простой и дешёвый на целый порядок, но гораздо мощнее и экономичнее, чем обычный ЖРД.
На пути внедрения проекта детонационного двигателя встала проблема совладения с волной детонации. Это явление непросто взрывная волна, которая имеет скорость звука, а детонационная, распространяющаяся со скоростью 2500 м/сек, в ней нет стабилизации фронта пламени, за каждую пульсацию обновляется смесь и волна вновь запускается.
Ранее русские и французские инженеры разрабатывали и строили реактивные пульсирующие двигатели, но не на принципе детонации, а на основе пульсации обычного горения. Характеристики таких ПуВРД были низкими и когда двигателестроители разработали насосы, турбины и компрессоры, наступил век реактивных двигателей и ЖРД, а пульсирующие остались на обочине прогресса. Светлые головы науки пытались объединить детонационное горение с ПуВРД, но частота пульсаций обычного фронта горения составляет не более 250 в секунду, а фронт детонации обладает скоростью до 2500 м/сек и частота его пульсаций достигает несколько тысяч в секунду. Казалось невозможным воплотить на практике такую скорость обновления смеси и при этом инициировать детонацию.
В СЩА удалось построить такой детонационный пульсирующий двигатель и испытать его в воздухе, правда, проработал он всего 10 секунд, но приоритет остался за американскими конструкторами. Но уже в 60-х годах прошлого века советскому учёному Б.В. Войцеховскому и практически в то же время и американцу из университета в Мичигане Дж. Николсу пришла идея закольцевать в камере сгорания волну детонации.
Такой ротационный двигатель состоял из кольцевой камеры сгорания с форсунками, размещёнными по её радиусу для подачи топлива. Волна детонации бегает как белка в колесе по окружности, топливная смесь сжимается и выгорает, выталкивая продукты сгорания через сопло. В спиновом двигателе получаем частоту вращения волны в несколько тысяч в секунду, работа его подобна рабочему процессу в ЖРД, только более эффективно, благодаря детонации смеси топлива.
В СССР и США, а позже в России ведутся работы по созданию ротационного детонационного двигателя с незатухающей волной, пониманию процессов, происходящих внутри, для чего была создана целая наука физико-химическая кинетика. Для расчёта условий незатухающей волны нужны были мощные ЭВМ, которые создали лишь в последнее время.
В России над проектом такого спинового двигателя работают многие НИИ и КБ, среди которых двигателестроительная компания космической промышленности НПО «Энергомаш». На помощь в разработке такого двигателя пришёл Фонд перспективных исследований, ведь финансирование от Министерства обороны добиться невозможно – им подавай только гарантированный результат.
Тем не мене на испытаниях в Химках на «Энергомаше» был зафиксирован установившийся режим непрерывной спиновой детонации – 8 тысяч оборотов в секунду на смеси «кислород – керосин». При этом детонационные волны уравновешивали волны вибрации, а теплозащитные покрытия выдержали высокие температуры.
Но не стоит обольщаться, ведь это лишь двигатель-демонстратор, проработавший весьма непродолжительное время и о характеристиках его ещё пока ничего не сказано. Но основное в том, что доказана возможность создания детонационного горения и создан полноразмерный двигатель именно в России, что останется в истории навсегда.
Источник: aviarf.ru/.
yamalinnova.ru
Чем же так хорош новый двигатель? В реактивном двигателе применяется энергия, выделяемая при сжигании смеси при постоянном давлении и неизменным пламенном фронте. Газовая смесь из топлива и окислителя при горении резко повышает температуру и столб пламени, вырывающийся из сопла, создаёт реактивную тягу.
При детонационном горении продукты реакции не успевают разрушиться, потому что этот процесс в 100 раз быстрее дефларгации и давлении при этом стремительно увеличивается, а объём остаётся неизменным. Выделение такого большого количества энергии действительно может разрушить двигатель автомобиля, поэтому такой процесс часто ассоциируется со взрывом.
В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания. Поэтому специалисты так рьяно и приступили к разработке этой идеи.В обычном ЖРД, по сути, являющейся большой горелкой, главное не камера сгорания и сопло, а топливный турбонасосный агрегат (ТНА), создающий такое давление, чтобы топливо проникло в камеру. К примеру, в российском ЖРД РД-170 для ракет-носителей «Энергия» давление в камере сгорания 250 атм и насосу, подающему окислитель в зону сгорания приходиться создавать давление в 600 атм.
В детонационном двигателе давление создаётся самой детонацией, представляющую бегущую волну сжатия в смеси топлива, в которой давление без всякого ТНА уже в 20 раз больше и турбонасосные агрегаты являются лишними. Чтобы было понятно, у американского «Шаттла» давление в камере сгорания 200 атм, а детонационному двигателю в таких условиях надо всего лишь 10 атм для подачи смеси — это как велосипедный насос и Саяно-Шушенская ГЭС.
Двигатель на основе детонации в таком случае не только более простой и дешёвый на целый порядок, но гораздо мощнее и экономичнее, чем обычный ЖРД.На пути внедрения проекта детонационного двигателя встала проблема совладения с волной детонации. Это явление непросто взрывная волна, которая имеет скорость звука, а детонационная, распространяющаяся со скоростью 2500 м/сек, в ней нет стабилизации фронта пламени, за каждую пульсацию обновляется смесь и волна вновь запускается.
Ранее русские и французские инженеры разрабатывали и строили реактивные пульсирующие двигатели, но не на принципе детонации, а на основе пульсации обычного горения. Характеристики таких ПуВРД были низкими и когда двигателестроители разработали насосы, турбины и компрессоры, наступил век реактивных двигателей и ЖРД, а пульсирующие остались на обочине прогресса. Светлые головы науки пытались объединить детонационное горение с ПуВРД, но частота пульсаций обычного фронта горения составляет не более 250 в секунду, а фронт детонации обладает скоростью до 2500 м/сек и частота его пульсаций достигает несколько тысяч в секунду. Казалось невозможным воплотить на практике такую скорость обновления смеси и при этом инициировать детонацию.
В СЩА удалось построить такой детонационный пульсирующий двигатель и испытать его в воздухе, правда, проработал он всего 10 секунд, но приоритет остался за американскими конструкторами. Но уже в 60-х годах прошлого века советскому учёному Б.В. Войцеховскому и практически в то же время и американцу из университета в Мичигане Дж. Николсу пришла идея закольцевать в камере сгорания волну детонации.
Как работает детонационный ЖРД
Такой ротационный двигатель состоял из кольцевой камеры сгорания с форсунками, размещёнными по её радиусу для подачи топлива. Волна детонации бегает как белка в колесе по окружности, топливная смесь сжимается и выгорает, выталкивая продукты сгорания через сопло. В спиновом двигателе получаем частоту вращения волны в несколько тысяч в секунду, работа его подобна рабочему процессу в ЖРД, только более эффективно, благодаря детонации смеси топлива.
В СССР и США, а позже в России ведутся работы по созданию ротационного детонационного двигателя с незатухающей волной, пониманию процессов, происходящих внутри, для чего была создана целая наука физико-химическая кинетика. Для расчёта условий незатухающей волны нужны были мощные ЭВМ, которые создали лишь в последнее время.
В России над проектом такого спинового двигателя работают многие НИИ и КБ, среди которых двигателестроительная компания космической промышленности НПО «Энергомаш». На помощь в разработке такого двигателя пришёл Фонд перспективных исследований, ведь финансирование от Министерства обороны добиться невозможно — им подавай только гарантированный результат.
Тем не мене на испытаниях в Химках на «Энергомаше» был зафиксирован установившийся режим непрерывной спиновой детонации — 8 тысяч оборотов в секунду на смеси «кислород — керосин». При этом детонационные волны уравновешивали волны вибрации, а теплозащитные покрытия выдержали высокие температуры.
Но не стоит обольщаться, ведь это лишь двигатель-демонстратор, проработавший весьма непродолжительное время и о характеристиках его ещё пока ничего не сказано. Но основное в том, что доказана возможность создания детонационного горения и создан полноразмерный спиновой двигатель именно в России, что останется в истории науки навсегда.
http://aviarf.ru/detonatsionnyiy-dvigatel-budushhee-rossiyskogo-dvigatelestroeniya/https://sdelanounas.ru/blogs/95367/#cut
alexandr-palkin.livejournal.com
