Американският флот планира да модернизира мощността си газови турбини, които в момента са инсталирани на техните самолети и кораби, чрез промяна на конвенционалните двигатели с цикъл на Брайтън на детонационни ротационни двигатели. Очаква се това да спести гориво в размер на около 400 милиона долара годишно. Серийното използване на нови технологии обаче е възможно, според експерти, не по-рано от десетилетие.
Разработването на ротационни или въртящи се ротационни двигатели в Америка се извършва от изследователската лаборатория на ВМС на САЩ. Според първоначалните оценки новите двигатели ще имат Още сила, а също и около една четвърт по-икономичен конвенционални двигатели. В същото време основните принципи на работа на електроцентралата ще останат същите - газовете от изгореното гориво ще се вливат в газовата турбина, въртейки нейните лопатки. Според лабораторията на Военноморските сили на САЩ, дори в сравнително далечното бъдеще, когато целият американски флот ще бъде захранван с електричество, отговорността за генерирането на енергия все още ще бъде газови турбинимодифициран до известна степен.
Спомнете си, че изобретението на пулсиращия въздушно-реактивен двигател пада в края на деветнадесети век. Автор на изобретението е шведският инженер Мартин Виберг. Новите електроцентрали станаха широко разпространени по време на Втората световна война, въпреки че бяха значително по-ниски в своите технически спецификацииавиационни двигатели, съществували по това време.
Трябва да се отбележи, че на този моментвреме американският флот има 129 кораба, които използват 430 газотурбинни двигатели. Всяка година разходите за осигуряването им с гориво са около 2 милиарда долара. В бъдеще, когато модерни двигателище бъдат заменени с нови, като обемът на разходите за горивния компонент също ще се промени.
Двигатели вътрешно горенекоито се използват в момента работят по цикъла на Брайтън. Ако дефинираме същността на тази концепция с няколко думи, тогава всичко се свежда до последователно смесване на окислителя и горивото, допълнително компресиране на получената смес, след това палеж и изгаряне с разширяване на продуктите от горенето. Това разширение се използва точно за задвижване, задвижване на буталата, завъртане на турбината, тоест извършване на механични действия, осигуряващи постоянно налягане. Процесът на изгаряне на горивната смес се движи с дозвукова скорост - този процес се нарича дафлаграция.
Що се отнася до новите двигатели, учените възнамеряват да използват експлозивно изгаряне в тях, тоест детонация, при която горенето става със свръхзвукова скорост. И въпреки че в момента явлението детонация все още не е напълно проучено, известно е, че при този тип горене възниква ударна вълна, която, разпространявайки се през смес от гориво и въздух, предизвиква химическа реакция, която води до освобождаване на доста Голям бройТермална енергия. Когато ударната вълна преминава през сместа, тя се нагрява, което води до детонация.
При разработването на нов двигател се планира да се използват определени разработки, получени в процеса на разработване на детонационен пулсиращ двигател. Принципът му на работа е предварително компресиран горивна смессе подава в горивната камера, където се запалва и детонира. Продуктите от горенето се разширяват в дюзата, изпълнявайки механични действия. След това целият цикъл се повтаря отначало. Но недостатъкът на пулсиращите двигатели е, че цикличната честота е твърде ниска. В допълнение, дизайнът на самите тези двигатели става по-сложен, тъй като броят на пулсациите се увеличава. Това се дължи на необходимостта от синхронизиране на работата на клапаните, които отговарят за подаването на горивната смес, както и директно на самите цикли на детонация. Пулсиращите двигатели също са много шумни, изискват голямо количество гориво за работа и работата е възможна само при постоянно дозирано впръскване на гориво.
Ако сравним детонационните ротационни двигатели с пулсиращи, тогава принципът на тяхната работа е малко по-различен. По-специално, новите двигатели осигуряват постоянна незатихваща детонация на горивото в горивната камера. Това явление се нарича спинова или ротационна детонация. За първи път е описан през 1956 г. от съветския учен Богдан Войцеховски. И този феномен е открит много по-рано, още през 1926 г. Пионерите са британците, които забелязват, че в някои системи има ярка светеща "глава", която се движи спираловидно, вместо детонационна вълна, която има плоска форма.
Войцеховски, използвайки фоторекордер, който самият той конструира, заснема предната част на вълната, която се движи в пръстеновидната горивна камера в горивната смес. Спиновата детонация се различава от равнинната по това, че в нея възниква единична напречна ударна вълна, след това следва нагрят газ, който не е реагирал, и вече зад този слой има зона на химическа реакция. И точно такава вълна предотвратява изгарянето на самата камера, която Марлен Топчян нарече „сплескана поничка“.
Трябва да се отбележи, че в миналото детонационни двигателивече са приложени. По-специално, ние говорим за пулсиращи реактивен двигател, който е използван от германците в края на Втората световна война на крилати ракети Фау-1. Производството му беше доста просто, използването е доста лесно, но в същото време този двигател не беше много надежден за решаване на важни задачи.
Освен това през 2008 г. Rutang Long-EZ, експериментален самолет, оборудван с двигател с импулсна детонация, излита. Полетът продължи само десет секунди на надморска височина от тридесет метра. През това време електроцентралата е развила тяга от около 890 нютона.
Експериментален модел на двигателя, представен от американската лаборатория на ВМС на САЩ, представлява пръстеновидна конусовидна горивна камера с диаметър 14 сантиметра от страната на горивото и 16 сантиметра от страната на дюзата. Разстоянието между стените на камерата е 1 сантиметър, докато "тръбата" е с дължина 17,7 сантиметра.
Като горивна смес се използва смес от въздух и водород, която се подава под налягане от 10 атмосфери в горивната камера. Температурата на сместа е 27,9 градуса. Имайте предвид, че тази смес е призната за най-удобна за изследване на явлението спинова детонация. Но според учените ще бъде напълно възможно да се използва горивна смес в новите двигатели, състояща се не само от водород, но и от други горими компоненти и въздух.
Експерименталните изследвания на ротационен двигател показаха неговата по-голяма ефективност и мощност в сравнение с двигателите с вътрешно горене. Друго предимство е значителната икономия на гориво. В същото време по време на експеримента беше установено, че изгарянето на горивната смес в ротационен "пробен" двигател е неравномерно, така че е необходимо да се оптимизира конструкцията на двигателя.
Продуктите от горенето, които се разширяват в дюзата, могат да бъдат събрани в една газова струя с помощта на конус (това е така нареченият ефект на Коанда), след което тази струя се изпраща към турбината. Под въздействието на тези газове турбината ще се върти. Така част от работата на турбината може да се използва за задвижване на кораби и частично за генериране на енергия, която е необходима за корабното оборудване и различни системи.
Самите двигатели могат да бъдат произведени без движещи се части, което значително ще опрости дизайна им, което от своя страна ще намали цената на електроцентралата като цяло. Но това е само в перспектива. Преди стартиране на нови двигатели в масова продукция, е необходимо да се решат много трудни проблеми, един от които е изборът на трайни топлоустойчиви материали.
Имайте предвид, че в момента двигателите с ротационна детонация се считат за едни от най-обещаващите двигатели. Те също се разработват от учени от Тексаския университет в Арлингтън. Power point, който те създадоха, беше наречен "двигател на непрекъсната детонация". В същия университет се провеждат изследвания за избор на различни диаметри на пръстеновидни камери и различни горивни смеси, които включват водород и въздух или кислород в различни пропорции.
Русия също се развива в тази посока. И така, през 2011 г., според управляващия директор на изследователската и производствена асоциация Сатурн И. Федоров, учените Научно-технически центърна името на Люлка е в ход разработката на пулсиращ въздушно-реактивен двигател. Работата се извършва паралелно с развитието обещаващ двигател, наречен "Продукт 129" за Т-50. Освен това Федоров каза още, че асоциацията провежда изследвания за създаването на модерни самолети от следващия етап, за които се предполага, че са безпилотни.
В същото време ръководителят не уточни какъв вид пулсиране двигателя идвареч. В момента са известни три вида такива двигатели - безклапанни, вентилни и детонационни. Междувременно общоприет е фактът, че пулсиращите двигатели са най-простите и евтини за производство.
Към днешна дата няколко големи отбранителни фирми провеждат изследвания за създаването на пулсиращи високоефективни реактивни двигатели. Сред тези фирми са американската Pratt & Whitney и Дженерал Електрики френската SNECMA.
По този начин можем да направим някои изводи: създаването на нов обещаващ двигател има определени трудности. основният проблемв момента се крие в теорията: какво точно се случва, когато ударната детонационна вълна се движи в кръг, е известно само в в общи линии, а това значително усложнява процеса на оптимизиране на разработките. Ето защо нова технология, въпреки че има много голяма привлекателност, но в мащаба на индустриалното производство е трудно осъществим.
Въпреки това, ако изследователите успеят да се справят с теоретичните въпроси, ще може да се говори за истински пробив. В крайна сметка турбините се използват не само в транспорта, но и в енергетиката, в която повишаването на ефективността може да има още по-силен ефект.
Използвани материали:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/
Детонационният двигател ще увеличи скоростта на самолета от 5 Маха на 8 Маха.
Детонацията е експлозия. Може ли да се направи управляем? Възможно ли е да се създадат хиперзвукови оръжия на базата на такива двигатели? Какви ракетни двигатели ще отведат необитаеми и пилотирани превозни средства в близкия космос? Това беше нашият разговор със заместник-генералния директор - главен конструктор на "НПО Енергомаш на името на академик В.П. Глушко" Петр Левочкин.
Петр Сергеевич, какви възможности отварят новите двигатели?
Петър Льовочкин:Ако говорим за краткосрочен план, днес работим върху двигатели за такива ракети като Ангара A5V и Союз-5, както и други, които са на етап предпроектиране и са неизвестни на широката публика. По принцип нашите двигатели са предназначени да издигнат ракета от повърхността на небесно тяло. И може да бъде всякакъв - земен, лунен, марсиански. Така че, ако лунната или марсианската програма се реализират, ние със сигурност ще участваме в тях.
Каква е ефективността на съвременните ракетни двигатели и има ли начини за подобряването им?
Петър Льовочкин:Когато става въпрос за енергия и термодинамични параметридвигатели, може да се каже, че нашите, както и най-добрите чуждестранни химически ракетни двигатели днес са достигнали известно съвършенство. Например, пълнотата на изгаряне на горивото достига 98,5 процента. Тоест почти цялата химическа енергия на горивото в двигателя се преобразува в топлинна енергия на изходящата газова струя от дюзата.
Двигателите могат да бъдат подобрени по много начини. Това включва използването на по-енергоемки горивни компоненти, въвеждането на нови схеми и увеличаване на налягането в горивната камера. Друга посока е използването на нови, включително добавки, технологии с цел намаляване на трудоемкостта и в резултат на това намаляване на цената на ракетен двигател. Всичко това води до намаляване на себестойността на продукцията полезен товар.
Въпреки това, при по-внимателно разглеждане става ясно, че повишаването на енергийните характеристики на двигателите по традиционния начин е неефективно.
Използването на контролирана експлозия на гориво може да даде на ракета скорост осем пъти по-висока от скоростта на звука
Защо?
Петър Льовочкин:Увеличаването на налягането и потока на гориво в горивната камера естествено ще увеличи тягата на двигателя. Но това ще изисква увеличаване на дебелината на стените на камерата и помпите. В резултат на това се увеличава сложността на структурата и нейната маса, а енергийната печалба се оказва не толкова голяма. Играта няма да струва свещта.
Тоест ракетните двигатели са изчерпали ресурса на своето развитие?
Петър Льовочкин:Не със сигурност по този начин. Говорейки технически език, те могат да бъдат подобрени чрез повишаване на ефективността на вътрешнодвигателните процеси. Има цикли на термодинамично преобразуване на химическа енергия в енергия на изтичаща струя, които са много по-ефективни от класическото изгаряне на ракетно гориво. Това е цикълът на детонационно горене и близкият до него цикъл на Хъмфри.
Самият ефект от детонацията на горивото е открит от нашия сънародник - по-късно академик Яков Борисович Зелдович през 1940 г. Осъществяването на този ефект на практика обещаваше много големи перспективи в ракетната наука. Не е изненадващо, че германците през същите години активно изследват детонационния процес на горене. Но не съвсем по-нататък успешни експериментине постигнаха никакъв напредък.
Теоретичните изчисления показват, че детонационното изгаряне е с 25 процента по-ефективно от изобарния цикъл, който съответства на изгаряне на гориво при постоянно налягане, което се прилага в камерите на съвременните двигатели с течно гориво.
И какви са предимствата на детонационното горене в сравнение с класическото?
Петър Льовочкин: Класическият процес на горене е дозвуков. Детонация - свръхзвукова.Скоростта на реакцията в малък обем води до огромно отделяне на топлина - тя е няколко хиляди пъти по-висока, отколкото при дозвуковото горене, реализирано в класическите ракетни двигатели със същата маса на горящо гориво. А за нас, инженерите по двигатели, това означава, че с много по-малък детонационен двигател и с малка маса гориво можете да получите същата тяга, както в съвременните огромни течни ракетни двигатели.
Не е тайна, че в чужбина се разработват и двигатели с детонационно изгаряне на гориво. Какви са нашите позиции? Отстъпваме, отиваме на тяхното ниво или сме начело?
Петър Льовочкин:Ние не се отказваме, това е сигурно. Но не мога да кажа, че сме начело. Темата е доста затворена. Една от основните технологични тайни е как да се гарантира, че горивото и окислителят на ракетния двигател не горят, а експлодират, без да разрушават горивната камера. Това всъщност е да се направи една истинска експлозия контролируема и управляема. За справка: детонацията е изгаряне на гориво във фронта на свръхзвукова ударна вълна. Има импулсна детонация, когато ударната вълна се движи по оста на камерата и едната заменя другата, както и непрекъсната (спинова) детонация, когато ударните вълни в камерата се движат в кръг.
Доколкото ни е известно, с участието на вашите специалисти са проведени експериментални изследвания на детонационното горене. Какви резултати са получени?
Петър Льовочкин:Извършена е работа за създаване на моделна камера за ракетен двигател с течна детонация. Под патронажа на Фондацията за напреднали изследвания, голямо сътрудничество на водещи научни центровеРусия. Сред тях Институтът по хидродинамика. М.А. Лаврентиев, MAI, "Келдиш център", Централен институт за авиационни двигатели. П.И. Баранов, Факултет по механика и математика, Московски държавен университет. Предложихме да използваме керосин като гориво и газообразен кислород като окислител.В процеса на теоретични и експериментални изследвания беше потвърдена възможността за създаване на детонационен ракетен двигател на базата на такива компоненти. Въз основа на получените данни разработихме, произведохме и успешно изпитахме моделна детонационна камера с тяга 2 тона и налягане в горивната камера около 40 атм.
Тази задача беше решена за първи път не само в Русия, но и в света. Така че, разбира се, имаше проблеми. Първо, те са свързани с осигуряването на стабилна детонация на кислорода с керосин, и второ, с осигуряването на надеждно охлаждане на огневата стена на камерата без завеса за охлаждане и множество други проблеми, чиято същност е ясна само на специалисти.
Може ли детонационен двигател да се използва в хиперзвукови ракети?
Петър Льовочкин:Възможно е и необходимо. Макар и само защото изгарянето на горивото в него е свръхзвуково. И в тези двигатели, на които сега се опитват да създадат контролирани хиперзвукови самолети, горенето е дозвуково. И това създава много проблеми. В края на краищата, ако горенето в двигателя е дозвуково и двигателят лети, да речем, със скорост от Mach 5 (един Mach равно на скоросттазвук), е необходимо да се забави насрещния въздушен поток към звуков режим. Съответно цялата енергия на това забавяне се превръща в топлина, което води до допълнително прегряване на конструкцията.
А в детонационния двигател процесът на горене протича със скорост най-малко два и половина пъти по-висока от скоростта на звука. И съответно можем да увеличим скоростта на самолета с тази сума. Тоест вече говорим не за пет, а за осем суинга. Това е действителната скорост, която е постижима в момента. самолетс хиперзвукови двигатели, които ще използват принципа на детонационното горене.
Петър Льовочкин:Това сложен въпрос. Току-що отворихме вратата към зоната на детонационното изгаряне. Все още има много неизследвани неща извън скобите на нашето изследване. Днес, заедно с RSC Energia, ние се опитваме да определим как двигателят като цяло с детонационна камера може да изглежда в бъдеще по отношение на горните етапи.
На какви двигатели ще лети човек до далечни планети?
Петър Льовочкин:Според мен дълго време ще летим на традиционни ракетни двигатели, подобрявайки ги. Въпреки че, разбира се, се развиват и други видове ракетни двигатели, например електрически ракетни двигатели (те са много по-ефективни от ракетните двигатели - специфичният им импулс е 10 пъти по-висок). Уви, днешните двигатели и ракети-носители не ни позволяват да говорим за реалността на масивни междупланетни и още повече междугалактически полети. Засега всичко е на ниво фантазия: фотонни двигатели, телепортация, левитация, гравитационни вълни. Въпреки че, от друга страна, само преди малко повече от сто години писанията на Жул Верн се възприемаха като чиста измислица. Може би не е далеч революционен пробив в областта, в която работим. Включително в областта на практическото създаване на ракети, използващи енергията на експлозията.
Досие "РГ"
"Научно-производствено обединение Енергомаш" е основано от Валентин Петрович Глушко през 1929 г. Сега носи неговото име. Тук те разработват и произвеждат течни ракетни двигатели за I, в някои случаи II степени на ракети-носители. NPO е разработила повече от 60 различни реактивни двигатели с течно гориво. Първият спътник беше изстрелян с двигатели на Енергомаш, първият човек излетя в космоса, изстреля се първото самоходно превозно средство Луноход-1. Днес повече от деветдесет процента от ракетите-носители в Русия излитат с двигатели, проектирани и произведени от NPO Energomash.
Докато цялото прогресивно човечество от страните от НАТО се готви да започне тестване на детонационен двигател (тестовете могат да се проведат през 2019 г. (но доста по-късно)), изостаналата Русия обяви завършването на тестването на такъв двигател.
Те го обявиха съвсем спокойно и без да уплашат никого. Но на Запад очаквано се изплашиха и започна истеричен вой – цял живот ще ни изоставят. Работата по детонационен двигател (DD) се извършва в САЩ, Германия, Франция и Китай. Като цяло има основания да се смята, че Ирак е заинтересован от решаването на проблема и Северна Корея- много обещаващо развитие, което всъщност означава нов етапв ракетната наука. И като цяло в двигателостроенето.
Идеята за детонационен двигател е изказана за първи път през 1940 г. от съветския физик Я.Б. Зелдович. И създаването на такъв двигател обеща огромни ползи. За ракетен двигател, например:
- Мощността се увеличава с 10 000 пъти в сравнение с конвенционален ракетен двигател. IN този случайговорим за мощността, получена на единица обем на двигателя;
- 10 пъти по-малко горивона единица мощност;
- DD е просто значително (в пъти) по-евтин от стандартен ракетен двигател.
Течност ракетен двигател- това е толкова голяма и много скъпа горелка. И скъпо, защото са необходими голям брой механични, хидравлични, електронни и други механизми за поддържане на стабилно горене. Много сложна продукция. Толкова сложно, че Съединените щати не могат да създадат свой собствен ракетен двигател с течно гориво в продължение на много години и са принудени да закупят РД-180 в Русия.
Русия съвсем скоро ще получи сериен надежден и евтин лек ракетен двигател. С всички произтичащи от това последствия:
една ракета може да носи понякога голямо количествополезен товар - самият двигател тежи значително по-малко, горивото е необходимо 10 пъти по-малко за декларирания обхват на полета. И можете просто да увеличите този диапазон с 10 пъти;
цената на ракетата е намалена многократно. Това е добър отговор за тези, които обичат да организират надпревара във въоръжаването с Русия.
Има и дълбок космос… Откриват се просто фантастични перспективи за неговото развитие.
Американците обаче са прави и сега няма време за място - вече се подготвят пакети от санкции, за да не се случи детонационен двигател в Русия. Те ще се намесват с всички сили - нашите учени са направили болезнено сериозна претенция за лидерство.
07 февруари 2018 г Тагове: 1934Дискусия: 3 коментара
* 10 000 пъти повече мощност в сравнение с конвенционален ракетен двигател. В този случай говорим за мощността, получена на единица обем на двигателя;
10 пъти по-малко гориво на единица мощност;
—————
някак си не пасва с други публикации:
„В зависимост от дизайна, той може да надхвърли оригиналния LRE по отношение на ефективността от 23-27% за типичен дизайн с разширяваща се дюза, до 36-37% увеличение на KVRD (ракетни двигатели с клинов въздух)
Те са в състояние да променят налягането на изтичащата газова струя в зависимост от атмосферното налягане и спестяват до 8-12% гориво в цялата площадка за изстрелване на конструкцията (Основните спестявания се случват на ниски височини, където достигат 25-30%) .»Отговор
Детонационните двигатели се наричат двигатели, в нормален режим на които се използва детонационно изгаряне на гориво. Самият двигател може да бъде (теоретично) всичко - двигател с вътрешно горене, реактивен или дори парен. На теория. Въпреки това, досега всички известни търговски приемливи двигатели с такива режими на изгаряне на гориво, обикновено наричани "експлозия", не са били използвани поради тяхната ... ммм .... търговска неприемливост ..
източник:
Какво дава приложение детонационно изгарянев двигателите? Грубо опростяващо и обобщаващо, нещо подобно:
Предимства
1. Замяната на конвенционалното изгаряне с детонация поради особеностите на газовата динамика на фронта на ударната вълна увеличава теоретично максимално постижимата пълнота на изгаряне на сместа, което позволява да се увеличи Ефективност на двигателя, и намаляване на консумацията с около 5-20%. Това важи за всички видове двигатели, както за двигатели с вътрешно горене, така и за реактивни двигатели.
2. Скоростта на изгаряне на част от горивната смес се увеличава около 10-100 пъти, което означава, че теоретично е възможно да се увеличи мощността в литри за двигател с вътрешно горене (или специфичната тяга на килограм маса за реактивните двигатели) с приблизително същия брой пъти. Този фактор също е от значение за всички видове двигатели.
3. Коефициентът е от значение само за реактивни двигатели от всякакъв тип: тъй като процесите на горене протичат в горивната камера със свръхзвукова скорост, а температурите и наляганията в горивната камера се увеличават многократно, съществува отлична теоретична възможност за умножаване на дебит на струята от дюзата. Което от своя страна води до пропорционално увеличаване на тягата, специфичния импулс, ефективността и/или намаляване на масата на двигателя и необходимото гориво.
И трите фактора са много важни, но не са революционни, а така да се каже, еволюционни. Революционност е четвъртият и петият фактор и се отнася само за реактивни двигатели:
4. Само използването на детонационни технологии прави възможно създаването на директен поток (и, следователно, на атмосферен окислител!) Универсален реактивен двигател с приемливо тегло, размер и тяга, за практическото и широкомащабно развитие на гамата до супер- и хиперзвукови скорости от 0-20 Mach.
5. Само детонационните технологии позволяват изстискването на химически ракетни двигатели (гориво-окислител пара) скоростни параметринеобходими за широкото им приложение при междупланетни полети.
Точки 4 и 5. теоретично ни разкриват а) евтин пътв близкия космос и б) пътят към пилотирани изстрелвания до най-близките планети, без да е необходимо да се правят чудовищни свръхтежки ракети-носители с тегло над 3500 тона.
Недостатъците на детонационните двигатели произтичат от техните предимства:
източник:
1. Скоростта на горене е толкова висока, че най-често тези двигатели могат да бъдат накарани да работят само циклично: вход-изгаряне. Което поне три пъти намалява максимално постижимата литра мощност и/или тяга, понякога лишавайки самата идея от смисъл.
2. Температурите, наляганията и скоростите на тяхното нарастване в горивната камера на детонационните двигатели са такива, че изключват директното използване на повечето от познатите ни материали. Всички те са твърде слаби, за да изградят прост, евтин и ефективен двигател. Или е необходимо цяло семейство от фундаментално нови материали, или използването на дизайнерски трикове, които все още не са разработени. Не разполагаме с материали, а усложняването на дизайна отново често обезсмисля цялата идея.
Въпреки това има област, в която детонационните двигатели са незаменими. Това е икономически изгоден атмосферен хиперзвук с обхват на скоростта 2-20 Макс. Следователно битката е на три фронта:
1. Създайте схема на двигател с непрекъсната детонацияв горивната камера. Което изисква суперкомпютри и нетривиални теоретични подходи за изчисляване на тяхната хемодинамика. В тази област проклетите ватирани якета, както винаги, взеха челни позиции и за първи път в света теоретично показаха, че непрекъснатото делегиране изобщо е възможно. Изобретение, откритие, патент - всичко. И те започнаха да правят практична конструкция от ръждясали тръби и керосин.
2. Създаване конструктивни решенияправене възможни приложениякласически материали. Псувайте ватираните якета с пияни мечки, а тук те първи измислиха и направиха лабораторен многокамерен двигател, който вече работи от произволно дълго време. Тягата е като на двигателя Су27, а теглото е такова, че 1 (един!) дядо го държи в ръцете си. Но тъй като водката беше обгоряла, двигателят се оказа пулсиращ за момента. От друга страна, копелето работи толкова чисто, че дори може да се включи в кухнята (където ватираните якета всъщност го измиха между водка и балалайка)
3. Създаване на суперматериали за бъдещи двигатели. Тази зона е най-строгата и най-тайната. Нямам информация за пробиви в него.
Въз основа на горното, помислете за перспективите за детонация, бутален двигател с вътрешно горене. Както знаете, повишаването на налягането в горивната камера с класически размери, по време на детонация в двигателя с вътрешно горене, по-бърза скоростзвук. Оставайки в същия дизайн, няма как да се направи механично бутало и дори със значителни свързани маси да се движи в цилиндър с приблизително еднакви скорости. Времето на класическото оформление също не може да работи при такива скорости. Следователно директното преобразуване на класически ICE в детонационен е безсмислено от практическа гледна точка. Двигателят трябва да бъде преработен. Но веднага щом започнем да правим това, се оказва, че буталото в този дизайн е просто допълнителен детайл. Следователно, IMHO, бутална детонация ICE е анахронизъм.
В действителност вместо постоянен челен пламък в зоната на горене се образува детонационна вълна, която се втурва със свръхзвукова скорост. При такава вълна на компресия горивото и окислителят се детонират, този процес, от гледна точка на термодинамиката, повишава ефективността на двигателя с порядък, поради компактността на зоната на горене.
Интересното е, че през 1940 г. съветският физик Я.Б. Зелдович предложи идеята за детонационен двигател в статията „За използването на енергия от детонационно изгаряне“. Оттогава много учени от различни страни, после САЩ, после Германия, после наши сънародници излязоха напред.
През лятото, през август 2016 г., руски учени успяха да създадат първия в света пълноразмерен течно-реактивен двигател, работещ на принципа на детонационното изгаряне на горивото. Страната ни най-накрая установи световен приоритет в развитието на най-новите технологии за много години след перестройката.
Защо е толкова добре нов двигател? Реактивният двигател използва енергията, освободена от изгарянето на смес при постоянно налягане и постоянен фронт на пламъка. По време на горенето газовата смес от гориво и окислител рязко повишава температурата и колоната на пламъка, излизаща от дюзата, създава реактивна тяга.
По време на детонационното изгаряне продуктите на реакцията нямат време да се срутят, тъй като този процес е 100 пъти по-бърз от дефлаграцията и налягането се увеличава бързо, докато обемът остава непроменен. Освобождаването на такова голямо количество енергия всъщност може да унищожи двигателя на автомобила, поради което подобен процес често се свързва с експлозия.
В действителност вместо постоянен челен пламък в зоната на горене се образува детонационна вълна, която се втурва със свръхзвукова скорост. При такава компресионна вълна горивото и окислителят се детонират, този процес от гледна точка на термодинамиката повишава ефективността на двигателя с порядък,поради компактността на зоната на горене. Ето защо експертите толкова ревностно се заеха да разработят тази идея.В конвенционален ракетен двигател, който по същество е голяма горелка, основното нещо не е горивната камера и дюзата, а горивната турбопомпа (TNA), която създава такова налягане, че горивото прониква в камерата. Например в руския ракетен двигател РД-170 за ракети-носители "Енергия" налягането в горивната камера е 250 атм, а помпата, която подава окислителя в зоната на горене, трябва да създаде налягане от 600 атм.
В детонационния двигател налягането се създава от самата детонация, която представлява пътуваща компресионна вълна в горивната смес, в която налягането без TNA вече е 20 пъти по-голямо и турбопомпените агрегати са излишни. За да стане ясно, американската совалка има налягане в горивната камера от 200 атм, а детонационният двигател при такива условия се нуждае от само 10 атм, за да подаде сместа - това е като велосипедна помпа и Саяно-Шушенската водноелектрическа централа.
В този случай, базираният на детонация двигател е не само по-прост и по-евтин с порядък, но много по-мощен и икономичен от конвенционалния ракетен двигател с течно гориво.Проблемът с съвместното управление с детонационна вълна възникна по пътя за изпълнение на проекта за детонационен двигател. Това явление не е просто взривна вълна, която има скоростта на звука, а детонационна вълна, разпространяваща се със скорост 2500 m/s, няма стабилизация на фронта на пламъка, сместа се обновява за всяка пулсация и вълната започва отново .
Преди това руски и френски инженери разработиха и построиха пулсиращи реактивни двигатели, но не на принципа на детонацията, а на базата на обикновена пулсация при горене. Характеристиките на такива PUVRD бяха ниски и когато конструкторите на двигатели разработиха помпи, турбини и компресори, настъпи ерата на реактивните двигатели и LRE, а пулсиращите останаха в кулоарите на прогреса. Светлите глави на науката се опитаха да комбинират детонационното изгаряне с PUVRD, но честотата на пулсациите на конвенционален фронт на горене е не повече от 250 в секунда, а фронтът на детонация има скорост до 2500 m/s и неговата честота на пулсации достига няколко хиляди в секунда. Изглеждаше невъзможно да се приложи на практика такава скорост на обновяване на сместа и в същото време да се инициира детонация.
В САЩ беше възможно да се изгради такъв детонационен пулсиращ двигател и да се тества във въздуха, но той работи само за 10 секунди, но приоритетът остана на американските дизайнери. Но още през 60-те години на миналия век съветският учен Б.В. Войцеховски и почти по едно и също време американецът от Мичиганския университет Дж. Никълс излязоха с идеята да завъртят детонационна вълна в горивната камера.
Как работи детонационен ракетен двигател
Такива ротационен двигателсе състои от пръстеновидна горивна камера с дюзи, разположени по радиуса й за подаване на гориво. Детонационната вълна се движи като катерица в колело около обиколката, горивната смес се компресира и изгаря, изтласквайки продуктите от горенето през дюзата. При въртящ се двигател получаваме честота на въртене на вълната от няколко хиляди в секунда, работата му е подобна на работния процес в ракетен двигател, само по-ефективно, поради детонацията на горивната смес.
В СССР и САЩ, а по-късно и в Русия, се работи за създаване на ротационен детонационен двигател с непрекъсната вълна, за да се разберат процесите, протичащи вътре, за които е създадена цяла наука за физическа и химическа кинетика. За да се изчислят условията на незатихваща вълна, бяха необходими мощни компютри, които бяха създадени съвсем наскоро.
В Русия много изследователски институти и конструкторски бюра работят върху проекта за такъв въртящ се двигател, включително двигателостроителната компания на космическата индустрия НПО Енергомаш. Фондацията за напреднали изследвания дойде да помогне в разработването на такъв двигател, тъй като е невъзможно да се получи финансиране от Министерството на отбраната - те се нуждаят само от гарантиран резултат.
Въпреки това, по време на тестовете в Химки в Енергомаш е регистрирано стабилно състояние на непрекъсната детонация на въртене - 8 хиляди оборота в секунда на смес от кислород и керосин. В същото време детонационните вълни балансираха вибрационните вълни, а топлозащитните покрития издържаха на високи температури.
Но не се ласкайте, защото това е само демонстрационен двигател, който е работил много кратко време и все още нищо не е казано за неговите характеристики. Но основното е, че възможността за създаване на детонационно изгаряне е доказана и то в пълен размер въртене на двигателяименно в Русия ще остане завинаги в историята на науката.
