Содержание
Ракетный детонационный двигатель принцип работы, последние новости
Производство двигателей и турбин Производство машин и оборудования Прорывные технологии Технология находится в процессе разработки
Детонационный двигатель.
Технология находится в процессе разработки!
Детонационный двигатель более простой и дешевле в изготовлении, на порядок мощнее и экономичнее обычного реактивного двигателя, по сравнению с ним обладает более высоким КПД.
Детонационный двигатель, сущность, строение и принцип работы
Преимущества детонационного двигателя
Детонационный двигатель, сущность, строение и принцип работы:
Детонационный двигатель (импульсный, пульсирующий двигатель) идет на смену обычного реактивного двигателя. Чтобы понять сущность детонационного двигателя надо разобрать обычный реактивный двигатель.
Обычный реактивный двигатель устроен следующим образом.
В камере сгорания происходит сгорание топлива и окислителя, в качестве которого выступает кислород из воздуха. При этом давление в камере сгорания постоянно. Процесс горения резко повышает температуру, создает неизменный пламенный фронт и постоянную реактивную тягу, истекающую из сопла. Фронт обычного пламени распространяется в газовой среде со скоростью 60-100 м/сек. За счет этого и происходит движение летательного аппарата. Однако современные реактивные двигатели достигли определенного предела КПД, мощности и других характеристик, повышение которых практически невозможно либо крайне затруднительно.
В детонационном (импульсном или пульсирующем) двигателе горение происходит путем детонации. Детонация — это процесс горения, но которое происходит в сотни раз быстрее, чем при обычном сжигании топлива. При детонационном горении образуется детонационная ударная волна, несущая со сверхзвуковой скоростью. Она составляет порядка 2500 м/сек. Давление в результате детонационного горения стремительно возрастает, а объем камеры сгорания остается неизменным.
Продукты горения вырываются с огромной скоростью через сопло. Частота пульсаций детонационной волны достигает несколько тысяч в секунду. В детонационной волне нет стабилизации фронта пламени, на каждую пульсацию обновляется топливная смесь и волна запускается вновь.
Давление в детонационном двигателе создается за счет самой детонации, что исключает подачу топливной смеси и окислителя при высоком давлении. В обычном реактивном двигателе, чтобы создать давление тяги в 200 атм., необходимо подавать топливную смесь под давлением в 500 атм. В то время как в детонационном двигателя – давление подачи топливной смеси – 10 атм.
Камера сгорания детонационного двигателя конструктивно имеет кольцевую форму с форсунками, размещёнными по её радиусу для подачи топлива. Волна детонации пробегает по окружности вновь и вновь, топливная смесь сжимается и выгорает, выталкивая продукты сгорания через сопло.
Преимущества детонационного двигателя:
– детонационный двигатель более простой в изготовлении.
Отсутствует необходимость в использовании турбонасосных агрегатов,
– на порядок мощнее и экономичнее обычного реактивного двигателя,
– имеет более высокий КПД,
– дешевле в изготовлении,
– нет необходимости создавать высокое давление подачи топливной смеси и окислителя, высокое давление создается за счет самой детонации,
– детонационный двигатель превосходит обычный реактивный двигатель в 10 раз по мощности, снимаемой с единицы объема, что приводит к уменьшению конструкции детонационного двигателя,
– детонационное горение в 100 раз быстрее, чем обычное горение топлива.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
как работает российский спиновый непрерывно импульсный ротационный пульсирующий детонационный жидкостный ракетный реактивный двигатель принцип работы последние новости россия википедия энергомаш видео испытан в россии 2017 2018 рогозин
принцип действия устройство испытания импульсного ракетного детонационного двигателя будущее российского двигателестроения
двигатель детонационное сгорание
какие страны разрабатывают фролов импульсные детонационные двигатели скачать с незатухающей детонационной волной cdw внутреннего сгорания
Коэффициент востребованности
1 689
org/Article»>
В частности, выявились данные по оптимальной геометрии кольцевой камеры сгорания для непрерывного устойчивого взрывного горения топлива, что важно для проектирования ракетных двигателей. На основе этой информации сообщество разработчиков приступило к созданию опытной модели перспективного двигателя.Как работает вращающийся детонационный двигатель
- Новое исследование может помочь ученым создать стабильный вращающийся детонационный двигатель после десятилетий теории.
- Текущие ракетные исследования в основном сосредоточены на создании лучших и более легких систем двигателей внутреннего сгорания.
- Детонация более мощная при меньшем количестве топлива, но сгорание более предсказуемое и стабильное.
Новый вращающийся детонационный двигатель может произвести революцию в запуске ракет — если его удастся сделать достаточно стабильным. Это большое «если», и исследователи надеются изучить его, используя новую математическую модель физики, действующую в непредсказуемых вращающихся детонациях. В этих двигателях в концентрических кругах происходят химические реакции, которые выталкивают импульсы сверхзвукового газа и создают тягу.
Ученые из Университета Вашингтона использовали финансирование ВМС и ВВС США для разработки модели для регистрации и объяснения «нестабильностей и бифуркаций» во вращающихся детонационных двигателях с использованием схемы, которую они наметили в своей статье .
Настраивая параметры модели, эти ученые могут изучать взаимодействующие волны детонации и другие явления, которые могут привести к нестабильности вращающегося детонатора.
«Я определил доминирующую физику и то, как они взаимодействуют», — говорится в заявлении ведущего автора Джеймса Коха. «Теперь я могу взять то, что я сделал здесь, и сделать это количественным. Оттуда мы можем говорить о том, как сделать двигатель лучше».
Технологическая основа для вращающейся детонации довольно хорошо известна, но работающий двигатель, использующий эту технологию, был более неуловим. Это потому, что детонация и сгорание различны, и есть причина, по которой один из них исторически использовался в бомбах, а другой — в двигателях.
Горение является более контролируемой реакцией, при которой топливо при высоких температурах смешивается с кислородом, что приводит к мощной, но медленной и устойчивой химической реакции. Естественного кислорода недостаточно, поэтому в этих двигателях, особенно в ракетах, есть кислородосодержащие агенты, которые активируются под действием тепла и давления.
Их иногда называют слабыми взрывчатыми веществами, и они также включают порох.
Напротив, детонация — это « процесс внутримолекулярного распада ». Как только эта реакция запускается, кислород или что-то еще («со-реагент») не требуется. Мощным взрывчатым веществам, таким как нитроглицерин и тротил, нужен детонатор в виде «ударной волны или электрического заряда», который может быть во многих формах, таких как капсюли-детонаторы или электрические детонаторы. Они создают энергию активации, необходимую для реакции бризантного взрывчатого вещества.
Разумный двигатель
- Pride of the Valkyries
- Короткий ход двигателя — ключ к созданию мощности
- Новая эра шоссейного мотоцикла V4
Назад к ракетам. Существующие ракетные двигатели по-прежнему являются двигателями внутреннего сгорания, только в больших масштабах с огромным количеством топлива. Текущие исследования сосредоточены на всем, от различных форм окислителей до топливных камер, напечатанных на 3D-принтере, но все это по-прежнему касается внутреннего сгорания, что делает его более безопасным, более эффективным и, что наиболее важно, меньший вес .
Space Shuttle (RIP) весил менее 200 000 фунтов, но только топливо весило в 20 раз больше, чем шаттл, и использовалось почти исключительно для вывода шаттла на орбиту.
Вращающаяся детонационная система обещает потреблять меньше топлива и быть значительно легче по весу. Но перенос дозвуковой (традиционной) реакции дефлаграции на территорию сверхзвуковой детонации требует переориентации научного мышления, а также совершенно нового дизайна того, как работает такой двигатель. Внутри кольцеобразного (кольцевого) реактора детонация запускается концентрически, а конец сопла на реакторе создает тягу, когда реагенты вытекают из него со сверхзвуковой скоростью.
Посмотреть полный пост на Youtube
Существует различных причин, по которым существующие конструкции вращающихся детонаторов нестабильны. Трудно найти баланс между шириной канала детонации и непредсказуемым выбросом неизрасходованного топлива.
Неизрасходованное топливо может взорваться за пределами реактора и вызвать проблемы, и его минимизация важна, но не может быть достигнута за счет оптимальной формы и размера реактора.
Здесь на помощь приходит работающая математическая модель. «Недостаток этого в том, что у этих детонаций есть собственный разум. Как только вы что-то взорвете, оно просто исчезнет. Это так жестоко», — говорит Кох в заявлении. «Моя цель здесь состояла исключительно в том, чтобы воспроизвести поведение импульсов, которые мы видели, чтобы убедиться, что выходные данные модели аналогичны нашим экспериментальным результатам».
Кэролайн Делберт
Кэролайн Делберт — писатель, заядлый читатель и пишущий редактор журнала Pop Mech. Она также энтузиаст практически всего. Ее любимые темы включают ядерную энергию, космологию, математику повседневных вещей и философию всего этого.
Что такое вращающийся детонационный двигатель и что он может означать для авиации?
Вращающиеся детонационные двигатели (РДЭ) были предметом теории и спекуляций на протяжении десятилетий, но до сих пор не перешли от теории к практическому применению.
Но теперь похоже, что эти экзотические силовые установки вот-вот перейдут на рабочие платформы.
Теоретически, вращающийся детонационный двигатель обещает быть намного более эффективным, чем традиционные реактивные двигатели, потенциально обеспечивая ракетным приложениям серьезное увеличение дальности и скорости. Это также может означать развертывание меньших по размеру вооружений, способных достигать таких же скоростей и дальности, как современные ракеты.
В авиастроении, например, в реактивных истребителях, вращающиеся детонационные двигатели могут иметь те же преимущества, что и ракеты, с точки зрения дальности и скорости, при этом потенциально снижая требования к техническому обслуживанию. Истребители, в частности, полагаются на форсажные камеры, которые эффективно направляют топливо в поток выхлопных газов двигателя для дополнительной тяги. Это быстро истощает запасы топлива и снижает дальность полета истребителя. RDE потенциально могут обеспечить аналогичное увеличение тяги при значительном снижении расхода топлива.
Но где эта технология может быть наиболее полезной, так это в питании будущих неатомных надводных кораблей ВМФ, обеспечивая повышенную мощность, дальность и скорость, а также оказывая серьезное благотворное влияние на бюджет ВМФ.
По теме: ВВС присматриваются к революционным новым двигателям для F-35
Использование мощности детонации
до 1950-е годы. В Соединенных Штатах Артур Николлс, почетный профессор аэрокосмической техники Мичиганского университета, был одним из первых, кто попытался разработать рабочий проект RDE.
В некотором смысле вращающийся детонационный двигатель является расширением концепции импульсных детонационных двигателей (PDE), которые сами по себе являются расширением пульсирующих реактивных двигателей. Это может показаться запутанным ( и, возможно, это ), но мы разберемся.
Пульсирующие реактивные двигатели работают, смешивая воздух и топливо в камере сгорания, а затем воспламеняя смесь, которая вылетает из сопла быстрыми импульсами, а не при постоянном сгорании, как в других реактивных двигателях.
В импульсных реактивных двигателях, как и почти во всех двигателях внутреннего сгорания, воспламенение и горение воздушно-топливной смеси называется дефлаграцией , что в основном означает нагрев вещества до его быстрого сгорания, но с дозвуковой скоростью.
Импульсный детонационный двигатель работает аналогично, но вместо дефлаграции он использует детонационный . На фундаментальном уровне детонация очень похожа на ее звучание: взрыв .
В то время как дефлаграция связана с воспламенением и дозвуковым горением топливно-воздушной смеси, детонация является сверхзвуковой. Когда воздух и топливо смешиваются в импульсно-детонационном двигателе, они воспламеняются, создавая дефлаграцию, как и в любом другом двигателе внутреннего сгорания. Однако внутри более длинной выхлопной трубы мощная волна давления сжимает несгоревшее топливо перед воспламенением, нагревая его выше температуры воспламенения в так называемом переходе от дефлаграции к детонации (DDT).
Другими словами, вместо того, чтобы быстро сжигать топливо, оно взрывает , создавая большую тягу из того же количества топлива; взрыв, а не быстрое горение.
«Процесс детонации — это более быстрое и эффективное извлечение энергии из вашего топлива с термодинамической точки зрения по сравнению с дефлаграцией», — сказал Ди Ховард, профессор гиперзвуковой и аэрокосмической техники, доктор Крис Комбс, Sandboxx News.
Детонация по-прежнему происходит импульсами, как и в пульсирующем реактивном двигателе, но импульсно-детонационный двигатель способен развивать транспортное средство до более высоких скоростей, которые, как считается, составляют около 5 Маха. Поскольку детонация высвобождает больше энергии, чем дефлаграция, детонационные двигатели более эффективны. — создание большей тяги при меньшем количестве топлива, что позволяет использовать меньшие нагрузки и большую дальность полета.
Анимация Pulse Detonation Engine предоставлена Фредом Шауэром (AFRL/PRTS)
Ударная волна детонации распространяется значительно быстрее, чем волна дефлаграции, создаваемая современными реактивными двигателями, объяснил Trimble: до 2000 метров в секунду (4475 миль в час) по сравнению с 10 метрами.
в секунду от дефлаграции.
В мае 2008 года Исследовательская лаборатория ВВС вошла в историю, построив первый в мире пилотируемый самолет с импульсным детонационным двигателем, используя самодельный самолет Scaled Composites под названием Long-EZ. Необычный франкен-самолет развил скорость выше 120 миль в час во время своего испытательного полета с летчиком-испытателем Питом Зибольдом на штурвале и достиг высоты от 60 до 100 футов.
Самолет Long-EZ с импульсно-детонационным двигателем совершает свой исторический первый полет. (Courtesy photo)
«Это потенциально изменит правила игры с точки зрения эффективности использования топлива», — сказал Фред Шауэр из Управления силовых установок AFRL о PDE, который приводит в действие Long-EZ.
«Для сравнения, если бы мы использовали этот же двигатель с обычным сгоранием, мы бы создали менее трети тяги при том же расходе топлива. По сравнению с традиционными двигателями можно ожидать экономии топлива от 5 до 20 процентов».
В то время ВВС оценили, что улучшения в их двигателе PDE могут в конечном итоге разгонять самолеты до скоростей свыше 4 Маха и выше в сочетании с другими передовыми силовыми установками, такими как ГПВРД. Вращающийся детонационный двигатель мог бы быть еще более эффективным, но многие в академических и инженерных кругах задавались вопросом, можно ли когда-нибудь построить такой двигатель.
По теме: США объявляют об успешных испытаниях 3 гиперзвуковых ракет за 2 недели
Появление вращающегося детонационного двигателя
(Национальная лаборатория Ок-Ридж)
Вращающийся детонационный двигатель выводит эту концепцию на новый уровень. Вместо того, чтобы волна детонации выходила из задней части самолета в качестве движущей силы, она распространяется по круглому каналу внутри самого двигателя.
Топливо и окислители добавляются в канал через небольшие отверстия, которые затем ударяются и воспламеняются быстро вращающейся детонационной волной.
В результате получается двигатель, который создает непрерывную тягу, а не импульсную тягу, при этом обеспечивая повышенную эффективность детонационного двигателя. Многие вращающиеся детонационные двигатели имеют более одной детонационной волны, одновременно вращающейся вокруг камеры.
Как объясняет редактор отдела обороны Aviation Week & Space Technology Стив Тримбл, в RDE наблюдается увеличение давления во время детонации, в то время как в традиционных реактивных двигателях наблюдается полная потеря давления во время сгорания, что обеспечивает большую эффективность. Фактически, двигатели с вращающейся детонацией даже более эффективны, чем двигатели с импульсной детонацией, которым требуется продувка и повторное наполнение камеры сгорания для каждого импульса.
«Теоретически RDE немного похож на скачок от турбореактивных двигателей к турбовентиляторным в 1960-х годов, но для высокосверхзвуковых машин. Это должно дать вам большой скачок в удельном импульсе (он же топливная экономичность), и если вы сможете понять, как упаковать его таким образом, чтобы не сделать вещи значительно тяжелее или менее аэродинамическими, вы сможете получить хороший запас хода.
