Americké námořnictvo plánuje modernizaci své síly závody s plynovými turbínami, které jsou v současné době instalovány na jejich letadlech a lodích, změnou konvenčních motorů s Braytonovým cyklem na detonační rotační motory. Očekává se, že ušetří palivo ve výši asi 400 milionů dolarů ročně. Sériové nasazení nových technologií je ale podle odborníků možné nejdříve za deset let.
Vývoj rotačních nebo rotačních rotačních motorů v Americe provádí výzkumná laboratoř amerického námořnictva. Podle prvních odhadů budou nové motory mít víc energie a také asi o čtvrtinu hospodárnější konvenční motory. Základní principy provozu elektrárny přitom zůstanou stejné – plyny ze spáleného paliva budou proudit do plynové turbíny, rotující její lopatky. Podle US Navy Laboratory i v relativně vzdálené budoucnosti, kdy bude celá americká flotila poháněna elektřinou, bude odpovědnost za výrobu energie stále plynové turbíny do určité míry upraveny.
Připomeňme, že vynález pulsujícího vzduchového tryskového motoru spadá na konec devatenáctého století. Autorem vynálezu byl švédský inženýr Martin Wiberg. Nové elektrárny se rozšířily během druhé světové války, i když byly výrazně horší Technické specifikace letecké motory, které v té době existovaly.
Nutno podotknout, že na tento moment V té době má americká flotila 129 lodí, které využívají 430 motory s plynovou turbínou. Každý rok se náklady na jejich zásobování palivem pohybují kolem 2 miliard dolarů. V budoucnu kdy moderní motory budou nahrazeny novými a změní se i objem nákladů na palivovou složku.
Motory s vnitřním spalováním v současnosti používané pracují na Braytonově cyklu. Pokud si pár slovy vymezíme podstatu tohoto konceptu, pak vše sestává z postupného míchání okysličovadla a paliva, dalšího stlačování vzniklé směsi, následně žhářství a spalování s expanzí zplodin hoření. Tato expanze se přesně používá k uvedení do pohybu, pohybu pístů, otáčení turbíny, to znamená k provádění mechanických akcí, které zajišťují konstantní tlak. Proces spalování palivové směsi se pohybuje podzvukovou rychlostí – tento proces se nazývá daflagrace.
Co se týče nových motorů, vědci u nich hodlají využít explozivní spalování, tedy detonaci, při které ke spalování dochází nadzvukovou rychlostí. A přestože v současné době není fenomén detonace ještě plně prozkoumán, je známo, že při tomto typu spalování vzniká rázová vlna, která se šířící se směsí paliva a vzduchu způsobí chemickou reakci, jejímž výsledkem je vydání docela velký počet Termální energie. Když rázová vlna prochází směsí, zahřeje se, což vede k detonaci.
Při vývoji nového motoru se plánuje použití určitého vývoje, který byl získán v procesu vývoje detonačního pulzujícího motoru. Jeho pracovní princip je předstlačený palivová směs se přivádí do spalovací komory, kde se zapálí a detonuje. Produkty spalování expandují v trysce a působí mechanické akce. Poté se celý cyklus opakuje od začátku. Nevýhodou pulzujících motorů je však příliš nízká frekvence cyklování. Kromě toho se konstrukce těchto motorů sama o sobě stává složitější s rostoucím počtem pulzací. To je způsobeno potřebou synchronizace činnosti ventilů, které jsou odpovědné za přívod palivové směsi, a také přímo do samotných detonačních cyklů. Pulzující motory jsou také velmi hlučné, vyžadují k provozu velké množství paliva a práce je možná pouze při konstantním dávkovaném vstřikování paliva.
Pokud srovnáme detonační rotační motory s pulzačními, pak je princip jejich činnosti mírně odlišný. Zejména nové motory tedy zajišťují neustálou netlumenou detonaci paliva ve spalovací komoře. Tento jev se nazývá rotující nebo rotační detonace. Poprvé ji popsal v roce 1956 sovětský vědec Bogdan Voitsekhovsky. A tento jev byl objeven mnohem dříve, již v roce 1926. Průkopníky byli Britové, kteří si všimli, že v určitých systémech byla místo detonační vlny, která měla plochý tvar, jasná svítící „hlava“, která se pohybovala ve spirále.
Voitsekhovsky pomocí fotorekordéru, který sám navrhl, vyfotografoval přední část vlny, která se pohybovala v prstencové spalovací komoře v palivové směsi. Spinová detonace se od rovinné liší tím, že při ní vznikne jediná příčná rázová vlna, poté následuje zahřátý plyn, který nezreagoval a již za touto vrstvou je zóna chemické reakce. A právě taková vlna brání spalování samotné komory, kterou Marlen Topchyan nazvala „plochou koblihou“.
Nutno podotknout, že v minulosti detonační motory již byly aplikovány. Zejména mluvíme o pulzování tryskový motor, který používali Němci na konci druhé světové války na řízených střelách V-1. Jeho výroba byla vcelku jednoduchá, použití vcelku snadné, ale zároveň tento motor nebyl příliš spolehlivý pro řešení důležitých úkolů.
Dále v roce 2008 vzlétl Rutang Long-EZ, experimentální letoun vybavený pulzním detonačním motorem. Let trval pouhých deset sekund ve výšce třiceti metrů. Za tuto dobu elektrárna vyvinula tah asi 890 newtonů.
Experimentální model motoru, prezentovaný americkou laboratoří amerického námořnictva, je spalovací komora prstencového kužele o průměru 14 centimetrů na straně paliva a 16 centimetrů na straně trysky. Vzdálenost mezi stěnami komory je 1 centimetr, přičemž "trubka" má délku 17,7 centimetru.
Jako palivová směs se používá směs vzduchu a vodíku, která se přivádí pod tlakem 10 atmosfér do spalovací komory. Teplota směsi je 27,9 stupňů. Všimněte si, že tato směs je uznávána jako nejvhodnější pro studium fenoménu spinové detonace. Podle vědců však bude v nových motorech docela možné použít palivovou směs, která se skládá nejen z vodíku, ale také z dalších hořlavých složek a vzduchu.
Experimentální studie rotačního motoru prokázaly jeho větší účinnost a výkon ve srovnání se spalovacími motory. Další výhodou je výrazná úspora paliva. Zároveň bylo během experimentu zjištěno, že spalování palivové směsi v rotačním „zkušebním“ motoru je nerovnoměrné, proto je nutné optimalizovat konstrukci motoru.
Produkty spalování, které expandují v trysce, lze pomocí kužele shromažďovat do jednoho proudu plynu (jedná se o tzv. Coandův efekt) a poté je tento proud posílán do turbíny. Pod vlivem těchto plynů se bude turbína otáčet. Část práce turbíny tak může být využita k pohonu lodí a částečně k výrobě energie, která je nezbytná pro lodní zařízení a různé systémy.
Samotné motory lze vyrábět bez pohyblivých částí, což značně zjednoduší jejich konstrukci, což následně sníží náklady na elektrárnu jako celek. Ale to je jen perspektiva. Před nastartováním nových motorů masová produkce, je nutné vyřešit mnoho obtížných problémů, jedním z nich je výběr odolných tepelně odolných materiálů.
Všimněte si, že v současné době jsou rotační detonační motory považovány za jeden z nejslibnějších motorů. Vyvíjejí je také vědci z Texaské univerzity v Arlingtonu. Power point, který vytvořili, byl nazýván „motorem nepřetržité detonace“. Na téže univerzitě probíhá výzkum výběru různých průměrů prstencových komor a různých palivových směsí, které zahrnují vodík a vzduch nebo kyslík v různých poměrech.
Tímto směrem se vyvíjí i Rusko. V roce 2011 tedy podle generálního ředitele výzkumného a výrobního sdružení Saturn I. Fedorova vědci Vědeckotechnické centrum pojmenovaný po Lyulce, probíhá vývoj proudového motoru s pulzujícím vzduchem. Práce probíhají souběžně s vývojem slibný motor, přezdívaný "Produkt 129" pro T-50. Kromě toho Fedorov také řekl, že sdružení provádí výzkum na vytvoření pokročilých letadel dalšího stupně, které mají být bezpilotní.
Hlava přitom neupřesnila, jaké pulsování motor přichází mluvený projev. V současné době jsou známy tři typy takových motorů - bezventilový, ventilový a detonační. Mezitím je obecně akceptován fakt, že pulsační motory jsou nejjednodušší a nejlevnější na výrobu.
K dnešnímu dni několik velkých obranných firem provádí výzkum s cílem vytvořit pulzující vysoce výkonné proudové motory. Mezi tyto firmy patří americký Pratt & Whitney and General Electric a francouzská SNECMA.
Můžeme tedy vyvodit určité závěry: vytvoření nového slibného motoru má určité potíže. hlavní problém v tuto chvíli spočívá v teorii: co přesně se stane, když se rázová detonační vlna pohybuje v kruhu, je známo pouze v obecně řečeno, a to značně komplikuje proces optimalizace vývoje. Proto nová technologie, má sice velmi velkou atraktivitu, ale v měřítku průmyslové výroby je jen stěží realizovatelná.
Pokud se však výzkumníkům podaří vypořádat se s teoretickými otázkami, bude možné hovořit o skutečném průlomu. Turbíny se ostatně využívají nejen v dopravě, ale také v energetice, kde se zvýšení účinnosti může projevit ještě silněji.
Použité materiály:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/
Detonační motor zvýší rychlost letadla z Mach 5 na Mach 8.
Detonace je výbuch. Dá se to zvládnout? Je možné na základě takových motorů vytvořit hypersonické zbraně? Jaké raketové motory vynesou neobydlená a pilotovaná vozidla do blízkého vesmíru? To byl náš rozhovor se zástupcem generálního ředitele - hlavním konstruktérem "NPO Energomash pojmenovaném po akademikovi V.P. Glushkovi" Petru Levochkinovi.
Petr Sergejeviči, jaké možnosti otevírají nové motory?
Petr Levochkin: Pokud mluvíme o krátkodobém horizontu, dnes pracujeme na motorech pro takové rakety, jako jsou Angara A5V a Sojuz-5, a také další, které jsou ve fázi předběžného návrhu a jsou široké veřejnosti neznámé. Obecně jsou naše motory navrženy tak, aby zvedly raketu z povrchu nebeského tělesa. A může být jakýkoliv – pozemský, měsíční, marťanský. Pokud se tedy uskuteční lunární nebo marťanský program, určitě se jich zúčastníme.
Jaká je účinnost moderních raketových motorů a existují způsoby, jak je zlepšit?
Petr Levochkin: Pokud jde o energii a termodynamické parametry motory, dá se 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 vycházejícího z trysky.
Motory lze vylepšit mnoha způsoby. To zahrnuje použití energeticky náročnějších komponentů paliva, zavedení nových konstrukcí okruhů a zvýšení tlaku ve spalovací komoře. Dalším směrem je použití nových, včetně aditivních, technologií za účelem snížení pracnosti a v důsledku toho snížení nákladů na raketový motor. To vše vede ke snížení nákladů na výstup užitečné zatížení.
Při bližším zkoumání se však ukazuje, že zvyšování energetických charakteristik motorů tradičním způsobem je neúčinné.
Použití řízeného výbuchu pohonné látky by mohlo poskytnout raketě rychlost osmkrát vyšší než rychlost zvuku
Proč?
Petr Levochkin: Zvýšením tlaku a průtoku paliva ve spalovacím prostoru se zákonitě zvýší tah motoru. To však bude vyžadovat zvýšení tloušťky stěn komory a čerpadel. V důsledku toho se zvyšuje složitost struktury a její hmotnost a zisk energie se ukazuje jako ne tak velký. Hra nebude stát svíčku.
To znamená, že raketové motory vyčerpaly zdroje svého vývoje?
Petr Levochkin: Tímto způsobem určitě ne. Mluvení technický jazyk lze je zlepšit zvýšením účinnosti intramotorických procesů. Existují cykly termodynamické přeměny chemické energie na energii vytékajícího paprsku, které jsou mnohem účinnější než klasické spalování raketového paliva. Toto je detonační spalovací cyklus a Humphreyův cyklus jemu blízký.
Samotný efekt detonace paliva objevil náš krajan – pozdější akademik Jakov Borisovič Zeldovič již v roce 1940. Realizace tohoto efektu v praxi slibovala velmi velké vyhlídky v raketové vědě. Není divu, že Němci ve stejných letech aktivně vyšetřovali detonační proces spalování. Ale ne úplně dál úspěšné experimenty neudělali žádný pokrok.
Teoretické výpočty ukázaly, že detonační spalování je o 25 procent účinnější než izobarický cyklus, což odpovídá spalování paliva při konstantním tlaku, které je realizováno v komorách moderních motorů na kapalná paliva.
A jaké jsou výhody detonačního spalování ve srovnání s klasickým?
Petr Levochkin: Klasický proces spalování je podzvukový. Detonace - nadzvuková. Rychlost reakce v malém objemu vede k obrovskému uvolnění tepla - je několik tisíckrát vyšší než při podzvukovém spalování, realizovaném v klasických raketových motorech se stejnou hmotností hořícího paliva. A pro nás, pohonné inženýry, to znamená, že s mnohem menším detonačním motorem a s malou hmotností paliva můžete získat stejný tah jako v moderních obrovských kapalných raketových motorech.
Není tajemstvím, že motory s detonačním spalováním paliva jsou vyvíjeny i v zahraničí. Jaké jsou naše pozice? Ustoupíme, půjdeme na jejich úroveň nebo jsme ve vedení?
Petr Levochkin: Nevzdáváme se, to je jisté. Ale nemůžu říct, že bychom byli ve vedení. Téma je poměrně 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 řiditelný a zvládnutelný. Pro informaci: detonace je spalování paliva v přední části nadzvukové rázové vlny. Existují pulzní detonace, kdy se rázová vlna pohybuje podél osy komory a jedna střídá druhou, a také kontinuální (spin) 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 pro kapalinový detonační raketový motor. Pod patronací Nadace pro pokročilé studium velká spolupráce ved vědeckých center Rusko. Mezi nimi i Ústav hydrodynamiky. M.A. Lavrentiev, MAI, "Keldysh Center", Ústřední institut leteckých motorů. P.I. Baranov, Fakulta mechaniky a matematiky Moskevské státní univerzity. Navrhli jsme použít jako palivo petrolej a jako oxidační činidlo plynný kyslík. V procesu teoretických a experimentálních studií byla potvrzena možnost vytvoření detonačního raketového motoru založeného na takových součástech. 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 úkol byl vyřešen poprvé nejen v Rusku, ale i ve světě. Takže samozřejmě byly problémy. Za prvé jsou spojeny se zajištěním stabilní detonace kyslíku petrolejem a za druhé se zajištěním spolehlivého chlazení požární stěny komory bez clonového chlazení a řady dalších problémů, jejichž podstata je jasná pouze specialisté.
Lze detonační motor použít v hypersonických střelách?
Petr Levochkin: Je to možné a nutné. Už jen proto, že spalování paliva v něm je nadzvukové. A v těch motorech, na kterých se nyní snaží vytvořit řízená hypersonická letadla, je spalování podzvukové. A to vytváří spoustu problémů. Pokud je totiž spalování v motoru podzvukové a motor letí řekněme rychlostí 5 Mach (jeden Mach rovná rychlosti zvuk), je nutné zpomalit přicházející proud vzduchu na zvukový režim. Podle toho se veškerá energie tohoto zpomalení přemění na teplo, což vede k dodatečnému přehřívání konstrukce.
A v detonačním motoru probíhá spalovací proces rychlostí nejméně dvaapůlkrát vyšší, než je rychlost zvuku. A podle toho můžeme o tuto částku zvýšit rychlost letadla. To znamená, že už mluvíme ne o pěti, ale o osmi houpačkách. Toto je skutečná rychlost, která je aktuálně dosažitelná. letadlo s hypersonickými motory, které budou využívat principu detonačního spalování.
Petr Levochkin: Tento komplexní problém. Právě jsme otevřeli dveře do oblasti detonačního spalování. Mimo závorky naší studie zbývá ještě mnoho neprozkoumaného. Dnes se společně s RSC Energia snažíme zjistit, jak může v budoucnu vypadat motor jako celek s detonační komorou ve vztahu k horním stupňům.
Na jakých motorech bude člověk létat na vzdálené planety?
Petr Levochkin: Podle mého názoru budeme ještě dlouho létat na tradičních raketových motorech a vylepšovat je. I když se samozřejmě vyvíjejí i jiné typy raketových motorů, například elektrické raketové motory (jsou mnohem účinnější než raketové motory - jejich specifický impuls je 10x vyšší). Bohužel, dnešní motory a nosné rakety nám neumožňují mluvit o realitě masivních meziplanetárních, a tím spíše mezigalaktických letů. Zatím je vše na úrovni fantazie: fotonové motory, teleportace, levitace, gravitační vlny. I když na druhou stranu, jen něco málo přes sto let, byly spisy Julese Verna vnímány jako čistá fantasy. Snad revoluční průlom v oblasti, kde pracujeme, není daleko. Včetně oblasti praktické tvorby raket využívajících energii výbuchu.
Složka "RG"
"Vědecké a výrobní sdružení Energomash" bylo založeno Valentinem Petrovičem Glushkem v roce 1929. Nyní nese jeho jméno. Zde vyvíjejí a vyrábějí kapalné raketové motory pro I, v některých případech II. stupně nosných raket. NPO vyvinula více než 60 různých proudových motorů na kapalná paliva. Na motorech Energomash byla vypuštěna první družice, do vesmíru letěl první člověk, vypuštěno první samohybné vozidlo Lunochod-1. Dnes více než devadesát procent nosných raket v Rusku startuje s motory navrženými a vyrobenými NPO Energomash.
Zatímco celé pokrokové lidstvo ze zemí NATO se připravuje na zahájení testování detonačního motoru (testy mohou proběhnout v roce 2019 (ale spíše mnohem později)), zaostalé Rusko oznámilo dokončení testování takového motoru.
Oznámili to docela klidně a aniž by někoho vyděsili. Jenže na Západě se podle očekávání vyděsili a začalo hysterické vytí – zůstaneme pozadu do konce života. Práce na detonačním motoru (DD) probíhají v USA, Německu, Francii a Číně. Obecně existují důvody domnívat se, že Irák má zájem na řešení problému a Severní Korea- velmi slibný vývoj, což vlastně znamená nová etapa v raketové vědě. A obecně v konstrukci motorů.
Myšlenku detonačního motoru poprvé vyslovil v roce 1940 sovětský fyzik Ya.B. Zel'dovich. A vytvoření takového motoru slibovalo obrovské výhody. Například pro raketový motor:
- Výkon je zvýšen 10 000krát ve srovnání s konvenčním raketovým motorem. V tento případ mluvíme o výkonu přijatém na jednotku objemu motoru;
- 10 krát méně paliva na jednotku výkonu;
- DD je prostě výrazně (mnohokrát) levnější než standardní raketový motor.
Kapalina raketový motor- to je tak velký a velmi drahý hořák. A drahé, protože k udržení stabilního spalování je zapotřebí velké množství mechanických, hydraulických, elektronických a dalších mechanismů. Velmi složitá výroba. Tak komplikované, že Spojené státy nebyly po mnoho let schopny vytvořit svůj vlastní raketový motor na kapalné palivo a jsou nuceny zakoupit RD-180 v Rusku.
Rusko velmi brzy obdrží sériový spolehlivý levný lehký raketový motor. Se všemi z toho vyplývajícími důsledky:
raketa občas unese velké množství užitečné zatížení - samotný motor váží výrazně méně, paliva je potřeba 10x méně na deklarovaný dolet. A tento rozsah můžete jednoduše zvýšit 10krát;
cena rakety se násobně sníží. To je dobrá odpověď pro ty, kteří rádi organizují závody ve zbrojení s Ruskem.
A je tu i hluboký vesmír... Prostě fantastické vyhlídky na jeho rozvoj se otevírají.
Američané však mají pravdu a teď není čas na prostor – už se připravují balíčky sankcí, aby v Rusku nedošlo k detonačnímu motoru. Budou zasahovat ze všech sil - naši vědci vznesli bolestně vážný nárok na vedení.
7. února 2018 Štítky: 1934Diskuze: 3 komentáře
* 10 000krát vyšší výkon ve srovnání s konvenčním raketovým motorem. V tomto případě mluvíme o výkonu přijatém na jednotku objemu motoru;
10krát méně paliva na jednotku výkonu;
—————
nějak nesedí s ostatními příspěvky:
„V závislosti na konstrukci může překročit původní LRE z hlediska účinnosti od 23-27 % u typické konstrukce s expandující tryskou až o 36-37 % zvýšení KVRD (klínové vzduchové raketové motory)
Jsou schopny měnit tlak vycházejícího proudu plynu v závislosti na atmosférickém tlaku a ušetřit až 8-12 % paliva v celém místě startu konstrukce (hlavní úspora nastává v malých výškách, kde dosahuje 25-30 %) .»Odpovědět
Detonační motory se nazývají motory, v jejichž normálním režimu se používá detonační spalování paliva. Samotný motor může být (teoreticky) cokoli – spalovací motor, proudový, nebo i parní. Teoreticky. Doposud však nebyly všechny známé komerčně přijatelné motory s takovými režimy spalování paliva, běžně označovanými jako "exploze", používány kvůli jejich ... mmm .... komerční nepřijatelnosti.
Zdroj:
Co dává aplikaci detonační spalování v motorech? Hrubě zjednodušené a zobecňující, něco takového:
Výhody
1. Nahrazení klasického spalování detonačním vzhledem ke zvláštnostem plynové dynamiky čela rázové vlny zvyšuje teoretickou maximální dosažitelnou úplnost spalování směsi, což umožňuje zvýšit Účinnost motoru a snížit spotřebu asi o 5-20%. To platí pro všechny typy motorů, jak motory s vnitřním spalováním, tak motory proudové.
2. Rychlost spalování části palivové směsi se zvýší asi 10-100krát, což znamená, že je teoreticky možné zvýšit litrový výkon u spalovacího motoru (nebo měrný tah na kilogram hmoty u proudových motorů) o přibližně stejně mnohokrát. Tento faktor je také relevantní pro všechny typy motorů.
3. Faktor je relevantní pouze pro proudové motory všech typů: protože spalovací procesy probíhají ve spalovací komoře nadzvukovou rychlostí a teploty a tlaky ve spalovací komoře se mnohonásobně zvyšují, je zde vynikající teoretická příležitost znásobit rychlost proudění z trysky. Což následně vede k úměrnému zvýšení tahu, specifického impulsu, účinnosti a/nebo snížení hmotnosti motoru a potřebného paliva.
Všechny tyto tři faktory jsou velmi důležité, ale nejsou revoluční, ale takříkajíc evoluční povahy. Revoluční je čtvrtý a pátý faktor a vztahuje se pouze na proudové motory:
4. Pouze použití detonačních technologií umožňuje vytvořit přímoproudý (a tedy na atmosférickém okysličovadle!) univerzální proudový motor přijatelné hmotnosti, velikosti a tahu pro praktický a rozsáhlý rozvoj řady až, super- a hypersonické rychlosti 0-20 Mach.
5. Pouze detonační technologie umožňují vytlačit z chemických raketových motorů (palivo-oxidační pára) rychlostní parametry potřebné pro jejich široké uplatnění při meziplanetárních letech.
Body 4 a 5. nám teoreticky prozradí a) levná cesta do blízkého vesmíru a b) cesta k pilotovaným startům k nejbližším planetám, aniž by bylo nutné vyrábět monstrózní supertěžké nosné rakety o hmotnosti přes 3500 tun.
Nevýhody detonačních motorů vyplývají z jejich výhod:
Zdroj:
1. Rychlost spalování je tak vysoká, že nejčastěji lze tyto motory nastavit tak, aby pracovaly pouze cyklicky: vstup-vyhoření. Což minimálně třikrát snižuje maximální dosažitelný litrový výkon a/nebo tah, což někdy zbavuje samotnou myšlenku smyslu.
2. Teploty, tlaky a rychlosti jejich nárůstu ve spalovací komoře detonačních motorů jsou takové, že vylučují přímé použití většiny nám známých materiálů. Všechny jsou příliš slabé na to, aby postavily jednoduchý, levný a efektivní motor. Buď je vyžadována celá rodina zásadně nových materiálů, nebo použití dosud nepropracovaných designových triků. Nemáme materiály a složitost designu opět často způsobí, že celý nápad ztrácí smysl.
Existuje však oblast, ve které jsou detonační motory nepostradatelné. Jedná se o ekonomicky životaschopný atmosférický hyperzvuk s rozsahem otáček 2-20 Max. Proto se bitva odehrává na třech frontách:
1. Vytvořte schéma motoru pomocí nepřetržitá detonace ve spalovací komoře. Což vyžaduje superpočítače a netriviální teoretické přístupy k výpočtu jejich hemodynamiky. V této oblasti se jako vždy ujaly zatracované prošívané bundy, které poprvé na světě teoreticky ukázaly, že průběžné delegování je obecně možné. Vynález, objev, patent – všechno. A začali vyrábět praktickou konstrukci z rezavých trubek a petroleje.
2. Tvorba konstruktivní řešení tvorba možné aplikace klasické materiály. Proklínejte prošívané bundy s opilými medvědy a tady jako první vymysleli a vyrobili laboratorní vícekomorový motor, který už funguje libovolně dlouho. Tah je jako u motoru Su27 a váha je taková, že ho drží v rukou 1 (jeden!) děda. Ale protože vodka byla spálená, ukázalo se, že motor prozatím pulzuje. Na druhou stranu ten parchant funguje tak čistě, že ho lze zapnout i v kuchyni (kde ho vlastně ty prošívané bundy spláchly mezi vodkou a balalajkou)
3. Tvorba supermateriálů pro budoucí motory. Tato oblast je nejtěsnější a nejtajnější. Nemám informace o průlomech v něm.
Na základě výše uvedeného zvažte vyhlídky na detonaci, pístový spalovací motor. Jak víte, zvýšení tlaku ve spalovací komoře klasických rozměrů při detonaci ve spalovacím motoru, vyšší rychlost zvuk. Při zachování stejné konstrukce neexistuje způsob, jak vyrobit mechanický píst, a dokonce i se značnými vázanými hmotami se pohybovat ve válci přibližně stejnými rychlostmi. Časování klasického rozložení také nemůže fungovat v takových rychlostech. Přímá přestavba klasického ICE na detonační je tedy z praktického hlediska nesmyslná. Je potřeba předělat motor. Ale jakmile to začneme dělat, ukáže se, že píst v tomto provedení je prostě extra detail. Proto je IMHO pístová detonace ICE anachronismus.
Ve skutečnosti se místo stálého čelního plamene ve spalovací zóně vytváří detonační vlna, která se řítí nadzvukovou rychlostí. Při takové kompresní vlně dochází k detonaci paliva a okysličovadla, tento proces z hlediska termodynamiky řádově zvyšuje účinnost motoru, kvůli kompaktnosti spalovací zóny.
Zajímavé je, že ještě v roce 1940 sovětský fyzik Ya.B. Zel'dovich navrhl myšlenku detonačního motoru v článku „O energetickém využití detonačního spalování“. Od té doby mnoho vědců z rozdílné země, pak Spojené státy, pak Německo, pak se ozvali naši krajané.
V létě, v srpnu 2016, se ruským vědcům podařilo vytvořit první proudový motor na kapalná paliva v plné velikosti na světě pracující na principu detonačního spalování paliva. Naše země konečně stanovila světovou prioritu ve vývoji nejnovější technologie na mnoho let po perestrojce.
Proč je to tak dobré nový motor? Proudový motor využívá energii uvolněnou spalováním směsi při konstantním tlaku a konstantním čele plamene. Plynná směs paliva a okysličovadla během spalování prudce zvyšuje teplotu a sloupec plamene unikající z trysky vytváří proudový tah.
Při detonačním hoření se reakční produkty nestihnou zhroutit, protože tento proces je 100x rychlejší než deflagrace a tlak se rychle zvyšuje, přičemž objem zůstává nezměněn. Uvolnění tak velkého množství energie může ve skutečnosti zničit motor automobilu, proto je takový proces často spojen s výbuchem.
Ve skutečnosti se místo stálého čelního plamene ve spalovací zóně vytváří detonační vlna, která se řítí 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. Odborníci se proto tak horlivě pustili do rozvoje této myšlenky.U běžného raketového motoru, který je v podstatě velkým hořákem, není hlavní spalovací komora a tryska, ale palivová turbočerpadla (TNA), která vytváří takový tlak, že palivo proniká do komory. Například v ruském raketovém motoru RD-170 pro nosné rakety Energia je tlak ve spalovací komoře 250 atm a čerpadlo, které dodává 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 větší a turbočerpadlové agregáty jsou nadbytečné. Aby bylo jasno, americký Shuttle má ve spalovací komoře tlak 200 atm a detonační motor v takových podmínkách potřebuje k zásobování směsi jen 10 atm - to je jako pumpa na kolo a vodní elektrárna Sayano-Shushenskaya.
Detonační motor je v tomto případě nejen řádově jednodušší a levnější, ale mnohem výkonnější a ekonomičtější než klasický raketový motor Problém spoluřízení s detonační vlnou vyvstal na cestě k realizaci tzv. projekt detonačního motoru. Tento jev není jen nárazová vlna, která má rychlost zvuku, ale detonační vlna šířící se rychlostí 2500 m/s, nedochází v ní ke stabilizaci čela plamene, při každé pulsaci se směs aktualizuje a vlna začíná znovu.
Dříve ruští a francouzští inženýři vyvíjeli a stavěli pulzující proudové motory, nikoli však na principu detonace, ale na základě obyčejné pulzace spalování. Charakteristiky takových PUVRD byly nízké, a když konstruktéři motorů vyvinuli čerpadla, turbíny a kompresory, přišla doba proudových motorů a LRE a ty pulzující zůstaly na okraji pokroku. Bystré hlavy vědy se pokusily zkombinovat detonační spalování s PUVRD, ale frekvence pulsací konvenční spalovací fronty není větší než 250 za sekundu a detonační fronta má rychlost až 2500 m/s a její pulzační frekvenci dosahuje několika tisíc za sekundu. Zdálo se nemožné uvést do praxe takovou rychlost obnovy směsi a zároveň zahájit detonaci.
V USA bylo možné takový detonační pulzující motor postavit a vyzkoušet ve vzduchu, fungoval však jen 10 sekund, ale přednost zůstala na amerických konstruktérech. Ale již v 60. letech minulého století sovětský vědec B.V. Voitsekhovsky a téměř ve stejnou dobu i Američan z University of Michigan J. Nichols přišli s nápadem vytvořit smyčku detonační vlny 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 jako veverka v kole po obvodu, palivová směs se stlačuje a vyhoří a protlačí zplodiny skrz trysku. U rotačního motoru získáme vlnovou frekvenci rotace několik tisíc za sekundu, jeho provoz je podobný pracovnímu procesu v raketovém motoru, 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 fyzikální a chemické kinetice. Pro výpočet podmínek netlumené 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 vyrábějící motory kosmického průmyslu NPO Energomash. 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 stínící povlaky odolávaly vysokým teplotám.
Ale nelichotte si, protože se jedná pouze o demonstrační motor, který fungoval velmi krátce 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.
