Пульсирующий детонационный двигатель принцип работы: В России испытали пульсирующий детонационный двигатель: Оружие: Силовые структуры: Lenta.ru |

Содержание

В России испытали пульсирующий детонационный двигатель: Оружие: Силовые структуры: Lenta.ru

Су-35С. Фото: КнААЗ

Опытно-конструкторское бюро имени Люльки разработало, изготовило и испытало опытный образец пульсирующего резонаторного детонационного двигателя с двухстадийным сжиганием керосиновоздушной смеси. Как сообщает ИТАР-ТАСС, средняя измеренная тяга двигателя составила около ста килограммов, а длительность непрерывной работы ─ более десяти минут. До конца текущего года ОКБ намерено изготовить и испытать полноразмерный пульсирующий детонационный двигатель.

По словам главного конструктора ОКБ имени Люльки Александра Тарасова, в ходе испытаний моделировались режимы работы, характерные для турбореактивного и прямоточного двигателей. Измеренные величины удельной тяги и удельного расхода топлива оказались на 30-50 процентов лучше, чем у обычных воздушно-реактивных двигателей. В ходе экспериментов производилось многократное включение и выключение нового двигателя, а также регулирование тяги.

На основе проведенных исследований, полученных при испытании данных, а также схемно-конструкторского анализа ОКБ имени Люльки намерено предложить разработку целого семейства пульсирующих детонационных авиационных двигателей. В частности, могут быть созданы двигатели с коротким ресурсом работы для беспилотных летательных аппаратов и ракет и самолетные двигатели с крейсерским сверхзвуковым режимом полета.

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.

Материалы по теме:

По оценке конструкторского бюро, новые двигатели позволят увеличить тяговооруженность самолетов в 1,5-2 раза. Кроме того, при использовании таких силовых установок дальность полета или масса авиационных средств поражения могут увеличиться на 30-50 процентов. При этом удельный вес новых двигателей будет в 1,5-2 раза меньше аналогичного показателя обычных реактивных силовых установок.

О том, что в России ведутся работы по созданию пульсирующего детонационного двигателя, сообщалось в марте 2011 года. Об этом заявил тогда Илья Федоров, управляющий директор научно-производственного объединения «Сатурн», в состав которого входит ОКБ имени Люльки. О каком именно типе детонационного двигателя шла речь, Федоров не уточнил.

В настоящее время известны три вида пульсирующих двигателей ─ клапанные, бесклапанные и детонационные. Принцип работы этих силовых установок заключается в периодической подаче в камеру сгорания топлива и окислителя, где происходит воспламенение топливной смеси и истечение продуктов сгорания из сопла с образованием реактивной тяги. Отличие от обычных реактивных двигателей заключается в детонационном горении топливной смеси, при котором фронт горения распространяется быстрее скорости звука.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель был изобретен еще в конце XIX века шведским инженером Мартином Вибергом. Пульсирующий двигатель считается простым и дешевым в изготовлении, однако из-за особенностей горения топлива ─ малонадежным. Впервые новый тип двигателя был использован серийно во время Второй мировой войны на немецких крылатых ракетах Фау-1. На них устанавливался двигатель Argus As-014 компании Argus-Werken.

В настоящее время несколько крупных оборонных фирм мира занимаются исследованиями в области создания высокоэффективных пульсирующих реактивных двигателей. В частности, работы ведут французская компания SNECMA и американские General Electric и Pratt & Whitney. В 2012 году Научно-исследовательская лаборатория ВМС США объявила о намерении разработать спиновый детонационный двигатель, который должен будет заменить на кораблях обычные газотурбинные силовые установки.

Спиновые детонационные двигатели отличаются от пульсирующих тем, что детонационное горение топливной смеси в них происходит непрерывно ─ фронт горения перемещается в кольцевой камере сгорания, в которой топливная смесь постоянно обновляется.

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
1 676

Импульсно-детонационные двигатели

Обязательно ознакомьтесь с видео и презентациями PDE!

PDE представляет собой силовую установку, которая в последнее десятилетие вызывает значительный интерес благодаря многочисленным преимуществам, которые она предлагает по сравнению с традиционными реактивными двигателями. PDE работают прерывистым циклическим образом, вызывая волны детонации, которые сжигают смесь топлива и окислителя внутри двигателя, высвобождают огромное количество энергии и развивают гораздо более высокое давление, чем процесс дефлаграции.

Рисунок 1: Схема турбореактивного двигателя

В обычных реактивных двигателях воздух сжимается и замедляется с помощью компрессора, а затем смешивается с топливом перед стадией сгорания, где сгорание также является медленным дозвуковым процессом. Затем горячие продукты реакции приводят в действие турбину, которая также приводит в действие компрессор, а затем ускоряются через сопло, тем самым создавая тягу. Тот факт, что турбина и компрессор соединены, означает, что двигатель не может запуститься из состояния покоя сам по себе и требует использования стартера, чтобы разогнать компрессор до скорости, прежде чем двигатель сможет поддерживать себя. Реактивные двигатели следуют циклу Брайтона, который требует сжатия воздуха до высокого давления, прежде чем станет возможным выделение тепла, что требует тяжелых компрессоров и турбин.

PDE, с другой стороны, теоретически могут эксплуатироваться из состояния покоя при числе Маха до 5. PDE не требуют тяжелого роторного оборудования для сжатия воздуха перед сгоранием, что снижает общий вес и сложность двигатель. Более того, геометрия ПДЭ очень проста и состоит по существу из трубы с регулирующими клапанами для подачи жидкости. Процесс детонации также обеспечивает более высокое давление и температуру реакции и обеспечивает более высокую эффективность. PDE преодолевают разрыв между дозвуковым режимом и гиперзвуковым режимом, когда на смену приходят реактивные двигатели и ракеты. Как видно из рис. 2, ПДЭ обеспечивают более высокие удельные импульсы, чем ракеты и обычные воздушно-реактивные двигатели, при всех числах Маха. Поэтому в настоящее время ведутся исследования, пытающиеся интегрировать импульсный детонационный режим горения в ракеты и реактивные двигатели аварийного сброса, в котором используется преимущество повышения производительности, достигаемое за счет процесса детонации, по сравнению с процессом дефлаграции. Все вышеперечисленное объясняет взрыв в области исследований детонации и ПДЭ в последнее время. Это привело к запуску нескольких конкурирующих исследовательских программ с целью разработки работающей системы PDE.

Рисунок 2: Число Маха в зависимости от удельного импульса для различных силовых установок

Рис. 3. Различные этапы цикла PDE показаны выше

Рисунок 4: Диаграммы T-S и графики зависимости давления от удельного объема для различных циклов двигателя, цикл турбореактивного двигателя Brayton показан в правом нижнем углу.

Разница между детонацией и дефлаграцией

Детонация — это сверхзвуковой процесс горения, тогда как дефлаграция — дозвуковой процесс горения. Почти все двигатели, которые сжигают топливо, используют дефлаграцию для высвобождения энергии, содержащейся в топливе. При детонации ударная волна сжимает газ, за чем следует быстрое выделение тепла и резкое повышение давления. В теории Чепмена-Жуге детонационная волна состоит из ударной волны и фронта пламени. Когда фронт волны проходит через газ, газ сжимается, и химическая реакция завершается в задней части фронта волны. Другая теория, известная как теория Зельдовича-фон Неймана-Деринга (ZND), использует химию конечной скорости для описания модели. В модели ZND детонационная волна изображается как ударная волна, за которой следует фронт реакции, а индукционная зона разделяет их. В действительности детонационная волна представляет собой не двумерный фронт волны, а состоит из более мелких вейвлетов, которые создают позади себя ячеистые структуры в форме ромба.

Одним из факторов, влияющих на практическое применение ПДЭ, является сложность достижения стабильных детонаций в камере сгорания на небольшой длине трубы. Детонацию часто трудно инициировать в топливно-воздушных смесях в более коротких трубах, что требует добавления большого количества энергии. Более полезный метод состоит в том, чтобы начать дефлагративное горение, а затем довести реакцию до детонации, поместив препятствия на пути, которые создадут турбулентное перемешивание, а также ускорят поток. Процесс ускорения волны давления в волну детонации известен. как переход дефлаграции в детонацию (ДДТ). Наиболее эффективным объектом, индуцирующим ДДТ, является спираль Щелкина, аналогичная винтовой пружине. Другие устройства DDT включают диафрагмы и сужающиеся-расширяющиеся сопла.

Импульсные детонационные двигатели

Шон Кэссиди

21 ноября 2016 г.

Представлено в качестве курсовой работы для Ph340,
Стэнфордский университет, осень 2016 г.

Введение

Рис. 1: Импульсно-детонационный цикл двигателя.
(Источник: С. Кэссиди, по Кайласанатху. [1])

Импульсно-детонационный двигатель (ИДД) является экспериментальным
движитель, использующий сверхзвуковые волны детонации в качестве горения
механизм. Теоретически конструкция PDE предлагает множество преимуществ по сравнению с
традиционные газотурбинные двигатели, в том числе улучшенный КПД и
снижение механической сложности. [1] Однако конструкции УЧП должны преодолевать
значительные препятствия для того, чтобы стать жизнеспособной и эффективной формой
двигательной установки, а также исследование конструкций PDE, инженерных свойств и
потенциал продолжается.

История

Импульсно-детонационные двигатели являются сверхзвуковыми родственниками
импульсно-реактивных двигателей. Импульсные реактивные двигатели полагаются на прерывистый дозвуковой
пламя дефлаграции в длинной трубе для сжигания впрыснутого топлива-окислителя
смесь. [2] Импульсные реактивные двигатели появились на мировой арене во время мировой войны.
II в качестве двигательной установки нацистской бомбы Фау-1. [2] Дефлаграция
пламя распространяется довольно медленно, и его горение можно смоделировать как
Процесс постоянного давления. [2] В результате производительность импульсно-
реактивных двигателей ограничивается медленной скоростью пламени. [2] Детонационные волны, а
сверхзвуковое явление, распространяющееся со скоростью в тысячи метров
в секунду и поэтому может быть смоделирован как процесс постоянного объема.
[2] Серьезные исследования детонационных двигательных установок начались в
1950-х годов, когда исследователи Мичиганского университета опубликовали серию
статей о детонационных волнах. [1,3] Новая идея прерывистого
детонация получила распространение в 1980-х годах, когда военно-морская аспирантура
исследовал конструкцию дальше. [4] Тем не менее, экспериментальная работа
столкнулась с рядом проблем, а именно с трудностями
переход дозвуковой волны дефлаграции (пламени) в сверхзвуковую
волна детонации, а также правильное смешивание горючего и окислителя для
произвести равномерную детонацию. [1] Совсем недавно появилась концепция PDE.
продолжал вызывать академический исследовательский интерес, и исследователи
подходить к исследованиям PDE с разных сторон, в том числе
вычислительная гидродинамика, экспериментальная термодинамика, а также
лазерная диагностика. [1,4]

Как это работает

Фундаментальная физика, лежащая в основе УЧП, довольно проста.
Горение происходит в шахте с клапанами или тщательно продуманными отверстиями.
на каждом конце, так что газ может проходить через устройство только в одном направлении. [1]
Топливная смесь в камере воспламеняется таким образом, что
сгорает и расширяется со сверхзвуковой скоростью (детонация), посылая ударную волну
по длине камеры. Потому что ударная волна движется так
быстро, остальное топливо в двигателе сгорает раньше, чем успевает
расширять; таким образом, горение происходит при приблизительно постоянном объеме. [1]
Процесс сгорания с постоянным объемом высвобождает больше химического потенциала
энергии в виде тепла, чем процесс постоянного давления, используемый в обычных
турбинные двигатели. [1] Теоретически при постоянном объеме все
химическая потенциальная энергия, запасенная в топливе, преобразуется в
внутренняя энергия (U) газа. Если бы газ расширился, часть этого
химическая энергия (PV) должна быть затрачена как работа против
атмосфера. Движение создается соплом в задней части
двигатель, который позволяет горячему газу расширяться при выходе из вала. [1] Как
выхлопные газы выдуваются из задней части двигателя, воздух устремляется в
спереди, чтобы заполнить вакуум, где он смешивается с топливом, воспламеняется и
перезапускает процесс с новой волной детонации (см. рис. 1). [1]

Вызовы

Какими бы многообещающими они ни казались в теории, PDE
должны преодолеть серьезные проблемы, прежде чем они могут быть практически
реализовано. Например, создание надлежащих условий для
детонация произойти может быть довольно трудно. Чтобы достичь
детонация, либо событие горения должно быть достаточно мощным,
или пламя дефлаграции ниже по потоку должно быть преобразовано в сверхзвуковое
волна в процессе, известном как дефлаграционно-детонационный переход (ДДТ). [1]
Один из методов вызывания ДДТ заключается в размещении внутренних препятствий.
вдоль пути течения волны горения для увеличения турбулентности
поток. [5] Текущие исследования ДДТ делают упор на минимизацию ДДТ.
переходный период и совершенствование материалов, выбранных для интерференции.
[5] Кроме того, PDE производит чрезвычайно большое количество тепла на единицу топлива.
сгорел. [1] В результате необходимые материалы и время испытаний доступны
экспериментальных ПДЭ ограничены. Такие вызовы подпитывают текущие
исследования форсунок PDE, свойств потока и механизмов охлаждения.

Заключение

Теоретически УЧП предлагают множество преимуществ по сравнению с
Современные реактивные и ракетные двигательные установки. Однако их практическое
развитие столкнулось с многочисленными проблемами, многие из которых остаются
сегодня неразгадан. Даже если PDE никогда не станут жизнеспособным средством движения
вне лаборатории их изучение не будет напрасным. ПДЭ
исследования раздвинули границы инженерных знаний, подпитывая
разработка усовершенствованных газодинамических моделей и диагностики, при этом
улучшение понимания науки о горении и гидродинамики.

© Шон Кэссиди. Автор дает разрешение на
копировать, распространять и отображать это произведение в неизмененном виде, с
ссылка на автора только в некоммерческих целях.