Ve skutečnosti se namísto konstantního čelního plamene ve spalovací zóně vytváří detonační vlna, která se šíří nadzvukovou rychlostí. Při takové kompresní vlně dochází k detonaci paliva a okysličovadla, tento proces se z hlediska termodynamiky zvyšuje Účinnost motoru o řádovou velikost, vzhledem ke kompaktnosti spalovací zóny.
Je zajímavé, že ještě v roce 1940 sovětský fyzik Ya.B. Zeldovich navrhl myšlenku detonačního motoru v článku „O využití energie detonační spalování" Od té doby mnoho vědců z rozdílné země, pak USA, pak Německo, pak se ozvali naši krajané.
V létě srpna 2016 se ruským vědcům podařilo poprvé na světě vytvořit proudový motor na kapalné pohonné hmoty v plné velikosti pracující na principu detonačního spalování paliva. Během mnoha let po perestrojce naše země konečně stanovila globální prioritu ve vývoji nejnovějších technologií.
Proč je to tak dobré nový motor? Proudový motor využívá energii uvolněnou při spalování směsi při konstantním tlaku a konstantním čele plamene. Během spalování plynná směs paliva a okysličovadla prudce zvyšuje teplotu a sloupec plamene unikající z trysky vytváří proudový tah.
Při detonačním spalování se reakční produkty nestihnou zhroutit, protože tento proces je 100x rychlejší než deflagace a tlak se rychle zvyšuje, ale objem zůstává nezměněn. Výběr takových velké množství energie může motor auta skutečně zničit, proto je tento proces často spojen s explozí.
Ve skutečnosti se namísto konstantního čelního plamene ve spalovací zóně vytváří detonační vlna, která se šíří nadzvukovou rychlostí. V takové kompresní vlně dochází k detonaci paliva a okysličovadla, tento proces z hlediska termodynamiky řádově zvyšuje účinnost motoru, kvůli kompaktnosti spalovací zóny. Proto odborníci tak horlivě začali rozvíjet tuto myšlenku U konvenčního raketového motoru na kapalná paliva, což je v podstatě velký hořák, není hlavní spalovací komora a tryska, ale jednotka turbočerpadla paliva (TNA), která takový tlak vytváří. že palivo pronikne do komory. Například v ruském raketovém motoru RD-170 pro nosné rakety Energia je tlak ve spalovací komoře 250 atm a čerpadlo dodávající okysličovadlo do spalovací zóny musí vytvořit tlak 600 atm.
V detonačním motoru vzniká tlak samotnou detonací, což představuje postupnou kompresní vlnu v palivové směsi, ve které je tlak bez TNA již 20x vyšší a turbočerpadlové agregáty jsou nadbytečné. Aby bylo jasno, americký Shuttle má ve spalovací komoře tlak 200 atm a v takových podmínkách potřebuje detonační motor k zásobování směsi jen 10 atm – to je jako pumpa na kolo a vodní elektrárna Sayano-Shushenskaya.
Motor založený na detonaci je v tomto případě nejen řádově jednodušší a levnější, ale mnohem výkonnější a ekonomičtější než konvenční raketový motor na kapalné pohonné hmoty Na cestě k realizaci projektu detonačního motoru se problém vypořádat zvedla se detonační vlna. Tento jev není jednoduchý: nárazová vlna, která má rychlost zvuku, ale detonační vlna, šířící se rychlostí 2500 m/s, nedochází ke stabilizaci čela plamene, při každé pulsaci se směs obnovuje a vlna začíná znovu.
Dříve ruští a francouzští inženýři vyvíjeli a stavěli pulzující proudové motory, nikoli však na principu detonace, ale na základě pulzace klasického spalování. Charakteristiky těchto motorů PURD byly nízké, a když výrobci motorů vyvinuli čerpadla, turbíny a kompresory, začalo století proudové motory a raketové motory na kapalné pohonné hmoty, zatímco ty pulzující zůstaly na okraji pokroku. Bystré hlavy vědy se pokusily zkombinovat detonační spalování s PURD, ale frekvence pulsací konvenčního čela spalování není větší než 250 za sekundu a detonační čelo má rychlost až 2500 m/s a frekvenci jeho pulzace dosahují několika tisíc za sekundu. Zdálo se nemožné uvést do praxe takovou rychlost obnovy směsi a zároveň zahájit detonaci.
V USA se podařilo takový detonační pulzující motor postavit a otestovat ve vzduchu, fungoval sice jen 10 sekund, ale priorita zůstala na amerických konstruktérech. Ale již v 60. letech minulého století sovětský vědec B.V. Wojciechowski a téměř ve stejnou dobu Američan z University of Michigan J. Nichols přišli s nápadem zacyklit detonační vlnu ve spalovací komoře.
Jak funguje detonační raketový motor?
Takový rotační motor sestával z prstencové spalovací komory s tryskami umístěnými podél jejího poloměru pro přívod paliva. Detonační vlna běží kolem jako veverka v kole, palivová směs stlačuje a vyhoří a protlačuje produkty spalování tryskou. U rotačního motoru získáme frekvenci rotace vlny několik tisíc za sekundu, jeho provoz je podobný pracovnímu procesu v raketovém motoru na kapalné pohonné hmoty, jen je efektivnější díky detonaci palivové směsi.
V SSSR a USA a později v Rusku se pracuje na vytvoření rotačního detonačního motoru s nepřetržitou vlnou, abychom pochopili procesy probíhající uvnitř, pro které byla vytvořena celá věda o fyzikálně-chemické kinetice. Pro výpočet podmínek spojité vlny byly potřeba výkonné počítače, které vznikly teprve nedávno.
V Rusku na projektu takového rotačního motoru pracuje mnoho výzkumných ústavů a konstrukčních kanceláří, včetně společnosti NPO Energomash, která vyrábí motory pro vesmírný průmysl. S vývojem takového motoru přišla pomoci nadace Advanced Research Foundation, protože získat finance z ministerstva obrany je nemožné – potřebují pouze garantovaný výsledek.
Nicméně během testů v Khimki v Energomaši byl zaznamenán ustálený stav nepřetržité rotace detonace - 8 tisíc otáček za sekundu na směsi kyslíku a petroleje. Detonační vlny zároveň vyrovnávaly vibrační vlny a tepelně ochranné povlaky odolávaly vysokým teplotám.
Ale nedělejte si iluze, protože se jedná pouze o demonstrační motor, který fungoval velmi krátkou dobu a o jeho vlastnostech zatím nebylo nic řečeno. Ale hlavní věc je, že možnost vytvoření detonačního spalování byla prokázána a v plné velikosti roztočený motor Právě v Rusku zůstane navždy v historii vědy.
Analog LLC byla organizována v roce 2010 pro výrobu a provoz mnou vynalezeného designu polních postřikovačů, jejichž myšlenka byla zakotvena v patentu Ruské federace na užitný vzor č. 67402 v roce 2007.
Nyní jsem vyvinul koncept rotační spalovací motor, ve kterém je možné organizovat detonační (výbušné) spalování příchozího paliva se zvýšeným uvolňováním (asi 2krát) energetického tlaku a teploty výfukových plynů při zachování výkonu motoru. V souladu s tím s přibližně dvojnásobným zvýšením účinnosti tepelný motor, tj. až přibližně 70 %. Realizace tohoto projektu vyžaduje velké finanční náklady na jeho návrh, výběr materiálů a výrobu prototypu. A pokud jde o vlastnosti a použitelnost, je to motor především pro letectví a také docela použitelný pro automobily, samohybná vozidla atd., tzn. je nezbytná v současné fázi vývoje technologií a požadavků na ochranu životního prostředí.
Jeho hlavními výhodami budou jednoduchost konstrukce, účinnost, šetrnost k životnímu prostředí, vysoký točivý moment, kompaktnost, nízká úroveň hluk i bez použití tlumiče. Díky špičkové technologii a speciálním materiálům bude chráněn před kopírováním.
Jednoduchost designu je zajištěna jeho konstrukce rotoru, ve kterém všechny části motoru vykonávají jednoduchý rotační pohyb.
Šetrnost k životnímu prostředí a účinnost je zajištěna 100% okamžitým spalováním paliva v odolné, vysokoteplotní (asi 2000 g C), nechlazené, samostatné spalovací komoře, v tuto chvíli uzamčené ventily. Chlazení takového motoru je zajištěno zevnitř (chlazení pracovní tekutiny) případnými nezbytnými částmi vody vstupujícími do pracovní sekce před spalováním dalších částí pracovní tekutiny (spalovacích plynů) ze spalovací komory, čímž se získá další tlak vodní pára a užitečná práce na pracovní hřídeli.
Vysoký točivý moment i při nízkých otáčkách je zajištěn (ve srovnání s pístovým spalovacím motorem) velkým a konstantním ramenem vlivu pracovní kapaliny na pracovní lopatku. Tento faktor umožní každému pozemní doprava obejít se bez složité a drahé převodovky nebo ji minimálně výrazně zjednodušit.
Pár slov o jeho konstrukci a provozu.
Spalovací motor má válcový tvar se dvěma sekcemi rotorových lopatek, z nichž jedna slouží k nasávání a předkompresi směsi paliva a vzduchu a je známou a účinnou sekcí běžného rotačního kompresoru; druhý, pracovní, je modernizovaný rotační Parní motor Marcinevskij; a mezi nimi je statické pole z odolného žáruvzdorného materiálu, ve kterém je samostatná spalovací komora, během spalování uzamčená, se třemi nerotačními ventily, z nichž 2 jsou volné, okvětního typu a jeden ovládaný pro odlehčení tlak před vstupem další části palivového souboru.
Při běžícím motoru se otáčí pracovní hřídel s rotory a lopatkami. Ve vstupní části lopatka nasává a stlačuje palivový soubor a při zvýšení tlaku nad tlak spalovací komory (po odvzdušnění tlaku z ní) pracovní směs se zažene do horké (asi 2000 stupňů C) komory, zapálí se jiskrou a okamžitě exploduje. přičemž sací ventil zavírá, otevírá Výfukový ventil a před jeho otevřením se vstříkne do pracovní sekce požadované množství voda. Ukazuje se, že do pracovní sekce jsou pod vysokým tlakem vháněny superhorké plyny a je tam část vody, která se mění v páru a paroplynová směs roztáčí rotor motoru a zároveň jej ochlazuje. Podle dostupných informací již existuje materiál, který dlouhodobě odolává teplotám až 10 000 stupňů C, ze kterého je třeba vyrobit spalovací komoru.
V květnu 2018 byla podána Přihláška vynálezu. Žádost je v současné době ve fázi posuzování.
Tato žádost o investici se podává za účelem poskytnutí finančních prostředků na výzkum a vývoj, vytvoření prototypu, jeho doladění a doladění až do získání funkčního vzorku. tohoto motoru. Tento proces může trvat rok nebo dva. Možnosti financování dalšího vývoje úprav motoru pro různé vybavení mohou a budou muset být vyvinuty samostatně pro konkrétní vzorky.
dodatečné informace
Realizace tohoto projektu je testem vynálezu v praxi. Získání funkčního prototypu. Výsledný materiál lze nabídnout celému tuzemskému strojírenskému průmyslu pro vývoj modelů Vozidlo s účinným spalovacím motorem na základě smluv s developerem a placení provizí.
Můžete si vybrat svůj vlastní, nejslibnější směr pro návrh spalovacího motoru, řekněme, konstrukci leteckých motorů pro UAV a nabídnout vyrobený motor, stejně jako nainstalovat tento spalovací motor na vlastní vývoj UAV, jehož prototyp se právě montuje.
Nutno podotknout, že trh s osobními letadly se ve světě teprve začal rozvíjet, ale u nás je v plenkách. A vč. totiž nedostatek vhodného spalovacího motoru brzdí jeho vývoj. A v naší zemi, s jejími nekonečnými rozlohami, bude takové letectví žádané.
Analýza trhu
Realizace projektu znamená získání zásadně nového a mimořádně perspektivního spalovacího motoru.
Nyní je kladen důraz na ekologii a jako alternativu pístový spalovací motor Je navržen elektromotor, ale tuto pro něj potřebnou energii je potřeba někde vyrobit, akumulovat pro ni. Lví podíl elektřiny vzniká v tepelných elektrárnách, které zdaleka nejsou šetrné k životnímu prostředí, což povede k výraznému znečištění jejich lokalit. A životnost zařízení pro ukládání energie nepřesahuje 2 roky, kam uložit tento škodlivý odpad? Výsledkem navrhovaného projektu je účinný a neškodný a neméně důležitý pohodlný a známý spalovací motor. Stačí ji vyplnit palivo nízké kvality do nádrže.
Výsledkem projektu je perspektiva nahrazení všech pístových motorů na světě právě tímto. To je vyhlídka na využití silné energie výbuchu pro mírové účely a konstruktivní řešení pro tento proces ve spalovacích motorech je navržen poprvé. Navíc je to relativně levné.
Jedinečnost projektu
To je vynález. Konstrukce umožňující detonaci v motoru s vnitřním spalováním nabízeny poprvé.
Vždy bylo jedním z hlavních úkolů konstrukce spalovacích motorů přiblížit se podmínkám detonačního hoření, ale zabránit jeho vzniku.
Monetizační kanály
Prodej licencí na produkční práva.
1Je zvažován problém vývoje rotačních detonačních motorů. Představeny jsou hlavní typy těchto motorů: rotační detonační motor Nichols, motor Wojciechowski. Jsou zvažovány hlavní směry a trendy ve vývoji konstrukce detonačních motorů. Ukazuje se, že moderní koncepce rotačního detonačního motoru nemohou v zásadě vést k vytvoření funkční konstrukce, která by svými vlastnostmi převyšovala stávající motory dýchající vzduch. Důvodem je přání konstruktérů spojit generování vln, spalování paliva a vyhazování paliva a okysličovadla do jednoho mechanismu. V důsledku samoorganizace struktur rázové vlny dochází k detonačnímu spalování spíše v minimálním než maximálním objemu. Skutečným dnes dosaženým výsledkem je detonační spalování v objemu nepřesahujícím 15 % objemu spalovací komory. Řešení je vidět v jiném přístupu - nejprve se vytvoří optimální konfigurace rázových vln a teprve poté jsou do tohoto systému dodávány komponenty paliva a je organizováno optimální detonační spalování ve velkém objemu.
detonační motor
rotační detonační motor
motor Wojciechowski
kruhová detonace
rotující detonace
pulzní detonační motor
1. Voitsekhovsky B.V., Mitrofanov V.V., Topchiyan M.E., Struktura detonační fronty v plynech. – Novosibirsk: Nakladatelství sibiřské pobočky Akademie věd SSSR, 1963.
2. Uskov V.N., Bulat P.V. K problému návrhu ideálního difuzéru pro kompresi nadzvukového proudění // Základní výzkum. – 2012. – č. 6 (1. část). – s. 178–184.
3. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Historie studia nepravidelného odrazu rázové vlny od osy symetrie nadzvukového výtrysku se vznikem Machova disku // Fundamental Research. – 2012. – č. 9 (2. část). – s. 414–420.
4. Uskov V.N., Bulat P.V., Prodan N.V. Odůvodnění pro aplikaci stacionárního Machova konfiguračního modelu na výpočet Machova disku v nadzvukovém jetu // Fundamental Research. – 2012. – č. 11 (1. část). – s. 168–175.
5. Shchelkin K.I. Nestabilita spalování a detonace plynů // Pokroky ve fyzikálních vědách. – 1965. – T. 87, vydání. 2.– s. 273–302.
6. Nichols J.A., Wilkmson H.R., Morrison R.B. Přerušovaná detonace jako mechanismus vytvářející důvěru // Jet Propulsion. – 1957. – č. 21. – S. 534–541.
Rotační detonační motory
Všechny typy rotačních detonačních motorů (RDE) mají společné to, že systém přívodu paliva je kombinován se systémem spalování paliva v detonační vlně, ale pak vše funguje jako u klasického proudového motoru - plamenec a tryska. Právě tato skutečnost iniciovala takovou aktivitu v oblasti modernizace motory s plynovou turbínou(GTD). Zdá se atraktivní nahradit pouze směšovací hlavu a systém zapalování směsi v motoru s plynovou turbínou. K tomu je potřeba zajistit kontinuitu detonačního hoření např. spuštěním detonační vlny v kruhu. Nichols byl jedním z prvních, kdo navrhl takové schéma v roce 1957, poté jej vyvinul a v polovině 60. let provedl sérii experimentů s rotující detonační vlnou (obr. 1).
Úpravou průměru komory a tloušťky prstencové mezery je možné pro každý typ palivové směsi zvolit takovou geometrii, aby detonace byla stabilní. V praxi se poměr velikosti mezery a průměru motoru ukazuje jako nepřijatelný a je nutné regulovat rychlost šíření vln řízením dodávky paliva, jak je diskutováno níže.
Stejně jako u pulzních detonačních motorů je kruhová detonační vlna schopna vymrštit okysličovadlo, což umožňuje použití RDE při nulových rychlostech. Tato skutečnost znamenala záplavu experimentálních a výpočtových studií RDE s prstencovou spalovací komorou a samovolným vyhazováním směs paliva a vzduchu, které zde nemá smysl vypisovat. Všechny jsou postaveny podle přibližně stejného schématu (obr. 2), připomínající schéma Nicholsova motoru (obr. 1).
Rýže. 1. Schéma organizace kontinuální kruhové detonace v prstencové mezeře: 1 - detonační vlna; 2 - vrstva „čerstvé“ palivové směsi; 3 - přerušení kontaktu; 4 - šikmá rázová vlna šířící se po proudu; D - směr pohybu detonační vlny
Rýže. 2. Typické schéma RDE: V - rychlost volného proudění; V4 - rychlost proudění na výstupu z trysky; a - čerstvý palivový soubor, b - čelo detonační vlny; c - připojená šikmá rázová vlna; d - produkty spalování; p(r) - rozložení tlaku na stěnu kanálu
Rozumnou alternativou k Nicholsovu schématu by byla instalace více palivově-oxidačních trysek, které by vstřikovaly směs paliva a vzduchu do oblasti bezprostředně před detonační vlnou podle určitého zákona s daným tlakem (obr. 3). Úpravou tlaku a rychlosti přívodu paliva do oblasti spalování za detonační vlnou je možné ovlivnit rychlost jejího šíření proti proudu. Tento směr je slibný, ale hlavním problémem při navrhování takových RDE je to, že běžně používaný zjednodušený model proudění v detonační frontě spalování vůbec neodpovídá skutečnosti.
Rýže. 3. RDE s řízeným přívodem paliva do spalovacího prostoru. Rotační motor Wojciechowski
Hlavní naděje ve světě jsou spojeny s detonačními motory pracujícími podle schématu rotační motor Voitsekhovský. V roce 1963 B.V. Voitsekhovsky analogicky se spinovou detonací vyvinul schéma kontinuálního spalování plynu za trojitým uspořádáním rázových vln cirkulujících v prstencovém kanálu (obr. 4).
Rýže. Obr. 4. Wojciechowského diagram kontinuálního spalování plynu za trojitým uspořádáním rázových vln cirkulujících v prstencovém kanálu: 1 - čerstvá směs; 2 - dvakrát stlačená směs za trojitou konfigurací rázových vln, oblast detonace
V v tomto případě stacionární hydrodynamický proces se spalováním plynu za rázovou vlnou se liší od schématu detonace Chapman-Jouguet a Zeldovich-Neumann. Tento proces je poměrně stabilní, jeho trvání je dáno dodávkou palivové směsi a ve známých experimentech se pohybuje v řádu desítek sekund.
Jako prototyp posloužilo schéma Wojciechowského detonačního motoru četné studiĕ rotační a spin detonační motory̆ zahájena v posledních 5 letech. Tento design představuje více než 85 % všech studií. Všechny mají jednu organickou nevýhodu - detonační zóna zabírá příliš malou část celkové zóny hoření, obvykle ne více než 15%. Výsledkem je, že měrný výkon motorů je horší než u tradičně konstruovaných motorů.
O důvodech selhání při provádění Woitsekhovského schématu
Většina prací na motorech s nepřetržitou detonací je spojena s vývojem Wojciechowského koncepce. Přes více než 40letou historii výzkumu zůstaly výsledky skutečně na úrovni roku 1964. Podíl detonačního hoření nepřesahuje 15 % objemu spalovací komory. Zbytek je pomalé hoření za podmínek, které nejsou zdaleka optimální.
Jedním z důvodů tohoto stavu věcí je chybějící funkční metoda výpočtu. Vzhledem k tomu, že proudění je trojrozměrné a výpočet bere v úvahu pouze zákony zachování hybnosti na rázové vlně ve směru kolmém na modelovou detonační frontu, výsledky výpočtu sklonu rázových vln k proudění zplodin hoření se liší od experimentálně pozorovaných o více než 30 %. Důsledkem je, že navzdory mnohaletým výzkumům různé systémy zásobování palivem a experimenty se změnou poměru složek paliva, vše, co bylo možné udělat, bylo vytvořit modely, ve kterých dochází k detonačnímu hoření a je udržováno po dobu 10-15 s. Nemluví se o zvýšení účinnosti nebo výhodách oproti stávajícím motorům na kapalná paliva a motorům s plynovou turbínou.
Analýza stávajících schémat RDE provedená autory projektu ukázala, že všechna dnes nabízená schémata RDE jsou v zásadě neúčinná. Dochází k detonačnímu hoření a je úspěšně udržováno, ale pouze v omezené míře. Ve zbytku objemu máme co do činění s obvyklým pomalým spalováním a za neoptimálním systémem rázových vln, což vede k výrazným ztrátám celkový tlak. Kromě toho je tlak také několikanásobně nižší, než je nutné pro ideální podmínky spalování při stechiometrickém poměru složek palivové směsi. Výsledkem je, že měrná spotřeba paliva na jednotku tahu je o 30–40 % vyšší než u tradičních motorů.
Ale nejvíce hlavní problém je samotným principem organizace nepřetržitá detonace. Jak ukazují studie kontinuální kruhové detonace provedené v 60. letech, detonační spalovací fronta je složitá struktura rázové vlny sestávající z nejméně dvou trojitých konfigurací (asi konfigurací trojitých rázových vln. Taková konstrukce s připojenou detonační zónou, jako kterákoli jiná termodynamický systém s zpětná vazba, ponechán sám, má tendenci zaujímat pozici odpovídající minimální úrovni energie. V důsledku toho jsou trojité konfigurace a oblast detonačního spalování vzájemně nastaveny tak, aby se čelo detonace pohybovalo podél prstencové mezery s minimálním možným objemem detonačního spalování. To je přesně opak cíle, který si konstruktéři motorů stanovili pro detonační spalování.
Pro tvoření efektivní motor RDE potřebuje vyřešit problém vytvoření optimální trojité konfigurace rázových vln a uspořádání zóny detonačního spalování v ní. Optimální struktury rázové vlny musí být vytvořeny v různých technická zařízení, například v optimálních difuzérech nadzvukových přívodů vzduchu. Hlavním úkolem je maximalizovat možné zvýšení podílu detonačního hoření na objemu spalovací komory z dnes nepřijatelných 15 % na minimálně 85 %. Stávající konstrukce motorů vycházející z návrhů Nicholse a Wojciechowského nemohou tohoto úkolu dosáhnout.
Recenzenti:Uskov V.N., doktor technických věd, profesor katedry hydroaeromechaniky Petrohradské státní univerzity, fakulta matematiky a mechaniky, Petrohrad;
Emelyanov V.N., doktor technických věd, profesor, vedoucí katedry dynamiky plazmových plynů a tepelného inženýrství, BSTU „VOENMEH“ pojmenované po. D.F. Ustinova, Petrohrad.
Práce obdržela redaktorka 14. října 2013.
Bibliografický odkaz
Bulat P.V., Prodan N.V. RECENZE PROJEKTŮ DETONAČNÍCH MOTORŮ. ROTAČNÍ DETONAČNÍ MOTORY // Základní výzkum. – 2013. – č. 10-8. – S. 1672-1675;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32642 (datum přístupu: 03.04.2019). Dáváme do pozornosti časopisy vydávané nakladatelstvím "Akademie přírodních věd"
Lyulka Experimental Design Bureau vyvinul, vyrobil a otestoval prototyp pulzujícího rezonátorového detonačního motoru s dvoustupňovým spalováním směsi petroleje a vzduchu. Jak uvádí ITAR-TASS, průměrný naměřený tah motoru byl asi sto kilogramů a doba trvání pokračující operace─ více než deset minut. Do konce tohoto roku má Design Bureau v úmyslu vyrobit a otestovat pulzující detonační motor v plné velikosti.
Podle hlavního konstruktéra Lyulka Design Bureau, Alexandra Tarasova, během testů byly zjištěny provozní režimy charakteristické pro proudové motory a náporové motory. Naměřené hodnoty měrného tahu a měrná spotřeba paliva byla o 30-50 procent lepší než běžné motory dýchající vzduch. Během experimentů se nový motor opakovaně zapínal a vypínal, stejně jako kontrola trakce.
Na základě provedeného výzkumu, dat získaných z testování a analýzy návrhu obvodů má Lyulka Design Bureau v úmyslu navrhnout vývoj celé rodiny pulzujících detonací. letecké motory. Zejména pro bezpilotní letouny lze vytvořit motory s krátkou životností. letadlo a rakety a letecké motory s cestovním nadzvukovým letovým režimem.
V budoucnu na základě nových technologií, motorů pro raketové a vesmírné systémy a kombinované elektrárny letadla schopná létat v atmosféře i mimo ni.
Podle konstrukční kanceláře nové motory zvýší poměr tahu k hmotnosti letadla 1,5-2krát. Při použití takových elektráren se navíc může letový dosah nebo hmotnost leteckých zbraní zvýšit o 30–50 procent. Přitom měrná hmotnost nových motorů bude 1,5–2krát menší než u běžných proudových elektráren.
V březnu 2011 bylo oznámeno, že v Rusku probíhají práce na vytvoření pulzujícího detonačního motoru. Uvedl to tehdy Ilja Fedorov, výkonný ředitel výzkumného a výrobního sdružení Saturn, jehož součástí je i Lyulka Design Bureau. O jakém typu detonačního motoru se hovořilo, Fedorov neupřesnil.
V současné době jsou známy tři typy pulzujících motorů: ventilové, bezventilové a detonační. Principem činnosti těchto elektráren je periodické dodávání paliva a okysličovadla do spalovací komory, kde dochází k zapálení palivové směsi a zplodiny hoření vytékají z trysky a tvoří proudový tah. Odlišností od běžných proudových motorů je detonační spalování palivové směsi, při kterém se šíří spalovací čelo vyšší rychlost zvuk.
Pulzující tryskový motor byl vynalezen na konci 19. století švédským inženýrem Martinem Wibergem. Pulzující motor je považován za jednoduchý a levný na výrobu, ale vzhledem k vlastnostem spalování paliva je nespolehlivý. První nový typ Motor byl komerčně používán během druhé světové války na německých řízených střelách V-1. Byly vybaveny motorem Argus As-014 od Argus-Werken.
V současné době se několik významných obranných firem na světě zabývá výzkumem vývoje vysoce účinných pulzních proudových motorů. Práce provádí zejména francouzská společnost SNECMA a americká General Electric a Pratt & Whitney. V roce 2012 oznámila americká Naval Research Laboratory svůj záměr vyvinout motor s rotační detonací, který by na lodích nahradil konvenční elektrárny s plynovou turbínou.
Americká výzkumná laboratoř námořnictva (NRL) hodlá vyvinout rotační neboli rotační detonační motor (Rotating Detonation Engine, RDE), který by v budoucnu mohl na lodích nahradit konvenční elektrárny s plynovou turbínou. Nové motory podle NRL armádě umožní snížit spotřebu paliva a zároveň zvýšit energetickou účinnost elektráren.
Americké námořnictvo v současnosti provozuje 430 plynových turbínových motorů (GTE) na 129 lodích. Každý rok spotřebují palivo v hodnotě dvou miliard dolarů. NRL odhaduje, že RDE by mohla armádě ušetřit až 400 milionů dolarů ročně na nákladech na palivo. RDE budou schopny vyrobit o deset procent více energie než běžné motory s plynovou turbínou. Prototyp RDE již byl vytvořen, ale stále se neví, kdy se takové motory začnou dostávat do flotily.
RDE je založen na vývoji NRL získaném během vytváření pulzujícího detonačního motoru (Pulse Detonation Engine, PDE). Provoz takových elektráren je založen na stabilním detonačním spalování palivové směsi.
Motory se spinovou detonací se od pulsačních liší tím, že k detonačnímu spalování palivové směsi v nich dochází nepřetržitě ─ čelo spalování se pohybuje v prstencové spalovací komoře, ve které se palivová směs neustále obnovuje.
Publikace Military-Industrial Courier přináší skvělé zprávy z oblasti průlomových raketových technologií. Detonace raketový motor vicepremiér Dmitrij Rogozin uvedl v pátek na své facebookové stránce.
„Takzvané detonační raketové motory vyvinuté v rámci programu Advanced Research Foundation byly úspěšně testovány,“ cituje Interfax-AVN místopředsedu vlády.
Předpokládá se, že detonační raketový motor je jedním ze způsobů, jak realizovat koncept tzv. motorového hyperzvuku, tedy vytvoření hypersonického letadla schopného vlastní motor dosahují rychlosti Mach 4 - 6 (Mach je rychlost zvuku).
Portál russia-reborn.ru poskytuje rozhovor s jedním z předních specializovaných specialistů na motory v Rusku ohledně detonačních raketových motorů.
Rozhovor s Petrem Levochkinem, hlavním designérem NPO Energomash pojmenovaný po. Akademik V.P. Glushko."
Vznikají motory pro hypersonické střely budoucnosti
Takzvané detonační raketové motory byly úspěšně testovány, dávají velmi zajímavé výsledky. Vývojové práce v tomto směru budou pokračovat.
Detonace je výbuch. Dá se to zvládnout? Je možné vytvořit hypersonické zbraně založené na takových motorech? Jaké raketové motory vynesou neobydlená a pilotovaná vozidla do blízkého vesmíru? Mluvili jsme o tom s náměstkem generálního ředitele - hlavním projektantem NPO Energomash pojmenovaným po. Akademik V.P. Glushko“ od Petra Levochkina.
Petr Sergejeviči, jaké možnosti otevírají nové motory?
Petr Levochkin: Pokud se budeme bavit o blízké budoucnosti, tak dnes pracujeme na motorech pro rakety jako Angara A5V a Sojuz-5, ale i další, které jsou ve stádiu přednávrhu a široké veřejnosti neznámé. Naše motory jsou obecně navrženy tak, aby zvedly raketu z povrchu nebeského tělesa. A může to být cokoliv – pozemské, měsíční, marťanské. Pokud se tedy budou realizovat lunární nebo marťanské programy, určitě se jich zúčastníme.
Jaká je účinnost moderních raketových motorů a existují způsoby, jak je zlepšit?
Petr Levochkin: Pokud mluvíme o energii a termodynamické parametry motory, pak můžeme říci, že naše, stejně jako nejlepší zahraniční chemické raketové motory současnosti, dotáhly k určité dokonalosti. Například úplnost spalování paliva dosahuje 98,5 procenta. To znamená, že téměř veškerá chemická energie paliva v motoru se přemění na tepelnou energii proudu plynu proudícího z trysky.
Motory lze vylepšovat v různých směrech. To zahrnuje použití energeticky náročnějších komponentů paliva, zavádění nových řešení okruhů a zvýšení tlaku ve spalovací komoře. Dalším směrem je použití nových, včetně aditivních, technologií s cílem snížit pracnost a v důsledku toho snížit náklady na raketový motor. To vše vede ke snížení nákladů na vypouštěné užitečné zatížení.
Při bližším zkoumání se však ukazuje, že zvyšování energetických charakteristik motorů tradičním způsobem je neúčinné.
Použití řízené exploze pohonné látky může poskytnout raketě rychlost osmkrát vyšší než rychlost zvuku
Proč?
Petr Levochkin: Zvýšení tlaku a průtoku paliva ve spalovacím prostoru přirozeně zvýší tah motoru. To však bude vyžadovat zvýšení tloušťky stěn komory a čerpadel. Tím se zvyšuje složitost konstrukce a její hmota, energetický zisk není tak velký. Ta hra nebude stát za svíčku.
To znamená, že raketové motory vyčerpaly své vývojové zdroje?
Petr Levochkin: Ne tak docela. Zjednodušeně řečeno technický jazyk, lze je zlepšit zvýšením účinnosti intramotorických procesů. Dochází k cyklům termodynamické přeměny chemické energie na energii vytékajícího paprsku, které jsou mnohem účinnější než klasické spalování raketového paliva. Jedná se o detonační spalovací cyklus a úzce související Humphreyův cyklus.
Samotný efekt detonace paliva objevil náš krajan, pozdější akademik Jakov Borisovič Zeldovič, již v roce 1940. Implementace tohoto efektu v praxi slibovala velmi velké vyhlídky v raketové vědě. Není divu, že ve stejných letech Němci aktivně studovali proces detonačního spalování. Ale už ne tak docela úspěšné experimenty neudělali žádný pokrok.
Teoretické výpočty ukázaly, že detonační spalování je o 25 procent účinnější než izobarický cyklus odpovídající spalování paliva při konstantním tlaku, který je realizován v komorách moderních motorů na kapalná paliva.
Jaké jsou výhody detonačního spalování oproti klasickému spalování?
Petr Levochkin: Klasický proces spalování je podzvukový. Detonace - nadzvuková. Rychlost reakce v malém objemu vede k enormnímu uvolňování tepla - je několik tisíckrát vyšší než při podzvukovém spalování, realizovaném u klasických raketových motorů se stejnou hmotností hořícího paliva. A pro nás, motorové inženýry, to znamená, že s výrazně menšími rozměry detonačního motoru a nízkou hmotností paliva můžeme získat stejný tah jako u obrovských moderních raketových motorů na kapalinu.
Není tajemstvím, že motory s detonačním spalováním paliva jsou vyvíjeny i v zahraničí. Jaké jsou naše pozice? Jsme méněcenní, jsme na jejich úrovni, nebo vedeme?
Petr Levochkin: My se nevzdáváme - to je jisté. Ale nemůžu říct, že jsme ve vedení. Téma je dost uzavřené. Jedním z hlavních technologických tajemství je, jak zajistit, aby palivo a okysličovadlo raketového motoru nehořelo, ale explodovalo, aniž by došlo ke zničení spalovací komory. To znamená, aby byl skutečný výbuch řízený a zvládnutelný. Pro informaci: detonace je spalování paliva v přední části nadzvukové rázové vlny. Rozlišuje se pulsní detonace, kdy se rázová vlna pohybuje podél osy komory a jedna nahrazuje druhou, dále kontinuální (spinová) detonace, kdy se rázové vlny v komoře pohybují po kruhu.
Pokud víme, experimentální studie detonačního spalování byly provedeny za účasti vašich specialistů. Jaké výsledky byly získány?
Petr Levochkin: Pracovalo se na vytvoření modelové komory kapalného detonačního raketového motoru. Na projektu pracovala velká spolupráce předních vědců pod patronací Nadace pro pokročilý výzkum vědeckých center Rusko. Mezi nimi je pojmenovaný Institut hydrodynamiky. M.A. Lavrentyev, MAI, „Keldysh Center“, Ústřední institut leteckého inženýrství motorů pojmenovaný po. P.I. Baranova, Fakulta mechaniky a matematiky Moskevské státní univerzity. Jako palivo jsme navrhli použít petrolej a jako okysličovadlo plynný kyslík. V procesu teoretického a experimentálního výzkumu byla potvrzena možnost vytvoření detonačního raketového motoru pomocí takových komponent. Na základě získaných dat jsme vyvinuli, vyrobili a úspěšně otestovali modelovou detonační komoru s tahem 2 tuny a tlakem ve spalovací komoře cca 40 atm.
Tento problém byl vyřešen poprvé nejen v Rusku, ale i ve světě. Takže samozřejmě byly problémy. Jednak související se zajištěním stabilní detonace kyslíku petrolejem, jednak se zajištěním spolehlivého chlazení požární stěny komory bez clonového chlazení a řady dalších problémů, jejichž podstata je srozumitelná pouze odborníkům.
