Svarstoma impulsinio detonavimo variklių kūrimo problema. Pagrindiniai yra išvardyti mokslo centrai, vadovaujantis naujos kartos variklių tyrimams. Apžvelgiamos pagrindinės detonacinių variklių konstrukcijos kūrimo kryptys ir tendencijos. Pateikiami pagrindiniai tokių variklių tipai: impulsiniai, impulsiniai daugiavamzdžiai, impulsiniai su aukšto dažnio rezonatoriumi. Parodytas traukos generavimo metodo skirtumas, palyginti su klasikiniu reaktyviniu varikliu su Laval antgaliu. Aprašoma traukos sienelės ir traukos modulio samprata. Įrodyta, kad pulsuoja detonaciniai varikliai yra tobulinami impulsų pasikartojimo dažnio didinimo kryptimi, ir ši kryptis turi teisę į gyvybę lengvų ir pigių nepilotuojamų orlaivių srityje, taip pat įvairių ežektorių traukos stiprintuvų kūrime. Rodomi pagrindiniai esminiai sunkumai modeliuojant detonacinį turbulentinį srautą naudojant skaičiavimo paketus, pagrįstus diferencialiniais turbulencijos modeliais ir Navier-Stokes lygčių vidurkiu laikui bėgant.
detonacinis variklis
impulsinis detonacijos variklis
1. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V. Dugno slėgio eksperimentinių tyrimų istorija // Fundamentalūs tyrimai. – 2011. – Nr.12 (3). – 670–674 p.
2. Bulatas P.V., Zasukhinas O.N., Prodanas N.V. Dugno slėgio svyravimai // Fundamentalūs tyrimai. – 2012. – Nr.3. – P. 204–207.
3. Bulat P.V., Zasukhin O.N., Prodan N.V.. Turbulencijos modelių naudojimo ypatumai skaičiuojant srautus pažangių oru kvėpuojančių variklių viršgarsiniuose keliuose // Dvigatel. – 2012. – Nr.1. – P. 20–23.
4. Bulatas P.V., Zasukhinas O.N., Uskovas V.N. Dėl srauto režimų klasifikavimo kanale su staigiu išsiplėtimu // Termofizika ir aeromechanika. – 2012. – Nr.2. – P. 209–222.
5. Bulatas P.V., Prodanas N.V. Apie žemo dažnio srauto dugno slėgio svyravimus // Fundamentalus tyrimas. – 2013. – Nr.4 (3). – 545–549 p.
6. Larionovas S.Ju., Nečajevas Ju.N., Mokhovas A.A. Aukšto dažnio pulsuojančios detonacijos variklio traukos modulio „šaltų“ prapūtimų tyrimas ir analizė // Vestnik MAI. – T.14. – Nr.4 – M.: Leidykla MAI-Print, 2007. – P. 36–42.
7. Tarasovas A.I., Ščipakovas V.A. Pulsuojančios detonacijos technologijų panaudojimo turboreaktyviniuose varikliuose perspektyvos. JSC NPO Saturn mokslo ir technikos centras pavadintas. A. Lyulki, Maskva, Rusija. Maskvos aviacijos institutas (GTU). - Maskva, Rusija. ISSN 1727-7337. Aviacijos inžinerija ir technologijos, 2011. – Nr. 9 (86).
Detonacijos deginimo projektai JAV įtraukti į plėtros programą perspektyvūs varikliai IHPTET. Bendradarbiauja beveik visi tyrimų centrai, dirbantys variklių gamybos srityje. Vien NASA šiems tikslams per metus skiria iki 130 mln. Tai įrodo šios krypties tyrimų aktualumą.
Darbų detonacinių variklių srityje apžvalga
Pirmaujančių pasaulio gamintojų rinkos strategija yra skirta ne tik naujų reaktyvinių detonacinių variklių kūrimui, bet ir esamų modernizavimui, pakeičiant jų tradicinę degimo kamerą detonacine. Be to, gali tapti detonaciniai varikliai sudedamasis elementas kombinuoti įrenginiai įvairių tipų, pavyzdžiui, naudojamas kaip turboventiliatoriaus variklio papildomas degiklis, kaip kėlimo ežektorių varikliai VTOL orlaivyje (pavyzdys 1 pav. – Boeing transporto VTOL projektas).
JAV detonacinių variklių kūrimu užsiima daugelis tyrimų centrų ir universitetų: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanfordas, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Establishments, Suffield ir Valcartier, Uniyersite de Poitiers, Teksaso universitetas Arlingtone, Uniyersite de Puatier, McGill universitetas, Pensilvanijos valstijos universitetas, Prinstono universitetas.
Pirmaujančią poziciją detonacinių variklių kūrimo srityje užima specializuotas centras Seattle Aerosciences Center (SAC), kurį 2001 m. įsigijo Pratt ir Whitney iš „Adroit Systems“. Didžiąją centro darbo dalį finansuoja oro pajėgos ir NASA iš tarpžinybinės integruotos didelio pelno raketų varymo technologijų programos (IHPRPTP), skirtos kurti naujas technologijas įvairių tipų reaktyviniams varikliams, biudžeto.
Ryžiai. 1. Patentas US 6 793 174 B2 iš Boeing, 2004 m.
Iš viso nuo 1992 metų SAC centro specialistai atliko per 500 bandinių bandinių bandymų. Darbus su impulsiniais detonacijos varikliais (PDE) sunaudojančiais atmosferos deguonį JAV karinio jūrų laivyno užsakymu atlieka SAC centras. Atsižvelgiant į programos sudėtingumą, karinio jūrų laivyno specialistai į jos įgyvendinimą įtraukė beveik visas organizacijas, susijusias su detonaciniais varikliais. Be Pratto ir Whitney, darbuose dalyvauja Jungtinių technologijų tyrimų centras (UTRC) ir Boeing Phantom Works.
Šiuo metu mūsų šalyje teoriškai šią aktualią problemą sprendžia šie Rusijos mokslų akademijos (RAS) universitetai ir institutai: Cheminės fizikos institutas RAS (ICP), Mechanikos mokslų institutas RAS, Aukštų temperatūrų institutas RAS. (IVTAN), pavadintas Novosibirsko hidrodinamikos institutu. Lavrentjevas (ISIS), Teorinės ir taikomoji mechanika juos. Christianovičius (ITMP), pavadintas Fizikos ir technikos institutu. Ioffe, Maskvos valstybinis universitetas (MSU), Maskvos valstybinis aviacijos institutas (MAI), Novosibirsko valstybinis universitetas, Čeboksarų valstybinis universitetas, Saratovo valstybinis universitetas ir kt.
Darbo su impulsiniais detonacijos varikliais kryptys
Kryptis Nr. 1 – Klasikinis impulsinis detonacijos variklis (PDE). Tipiška degimo kamera reaktyvinis variklis susideda iš purkštukų kuro maišymui su oksidatoriumi, uždegimo įtaiso kuro mišinys ir pats liepsnos vamzdelis, kuriame vyksta redokso reakcijos (degimas). Liepsnos vamzdelis baigiasi antgaliu. Paprastai tai yra Laval antgalis, turintis smailėjančią dalį, mažiausią kritinę sekciją, kurioje degimo produktų greitis yra lygus vietiniam garso greičiui, besiplečiančią dalį, kurioje yra statinis degimo produktų slėgis. sumažintas iki slėgio aplinką, Kiek įmanoma daugiau. Labai apytiksliai variklio trauką galima įvertinti kaip kritinį purkštuko skerspjūvio plotą, padaugintą iš slėgio skirtumo degimo kameroje ir aplinkoje. Todėl kuo didesnis slėgis degimo kameroje, tuo didesnė trauka.
Impulsinio detonacijos variklio trauką lemia kiti veiksniai – impulso perdavimas detonacijos banga į traukos sienelę. Šiuo atveju antgalis visai nereikalingas. Impulsiniai detonacijos varikliai turi savo nišą – pigius ir vienkartinius lėktuvai. Šioje nišoje jie sėkmingai vystosi pulso pasikartojimo dažnio didinimo kryptimi.
Klasikinė IDD išvaizda yra cilindrinė degimo kamera, turinti plokščią arba specialiai profiliuotą sienelę, vadinamą „traukos sienele“ (2 pav.). IDD įrenginio paprastumas yra neabejotinas jo pranašumas. Kaip rodo turimų publikacijų analizė, nepaisant siūlomų IPD schemų įvairovės, visoms joms būdingas didelio ilgio detonavimo vamzdžių naudojimas kaip rezonansinis įtaisas ir vožtuvų, užtikrinančių periodinį darbinio skysčio tiekimą, naudojimas.
Pažymėtina, kad tradicinių detonacinių vamzdžių pagrindu sukurti IPD, nepaisant didelio termodinaminio efektyvumo vienu pulsavimu, turi trūkumų, būdingų klasikiniams pulsuojantiems oru kvėpuojantiems varikliams, būtent:
Žemo dažnio (iki 10 Hz) pulsacijos, lemiančios santykinai žemą vidutinio traukos efektyvumo lygį;
Didelės šiluminės ir vibracinės apkrovos.
Ryžiai. 2. Schema impulsinis detonacijos variklis (PDE)
2 kryptis – kelių vamzdžių eismo kontrolė. Pagrindinė IDD plėtros tendencija – perėjimas prie kelių vamzdžių schemos (3 pav.). Tokiuose varikliuose atskiro vamzdžio veikimo dažnis išlieka žemas, tačiau kaitaliojant impulsus skirtinguose vamzdžiuose kūrėjai tikisi išgauti priimtinas specifines charakteristikas. Tokia schema atrodo gana veiksminga, jei išspręsta vibracijų ir traukos asimetrijos problema, taip pat dugno slėgio problema, ypač galimi žemo dažnio svyravimai dugno srityje tarp vamzdžių.
Ryžiai. 3. Tradicinės konstrukcijos impulsinis detonacijos variklis (PDE) su detonacinių vamzdžių paketu kaip rezonatoriai
3 kryptis – IDD su aukšto dažnio rezonatoriumi. Yra ir alternatyvi kryptis – neseniai plačiai išreklamuota schema su traukos moduliais (4 pav.), turinčiais specialiai profiliuotą aukšto dažnio rezonatorių. Taip pavadintame Mokslo ir technikos centre atliekami darbai šia kryptimi. A. Lyulka ir MAI. Grandinė išsiskiria tuo, kad nėra jokių mechaninių vožtuvų ir pertraukiamo uždegimo įtaisų.
Siūlomos grandinės IDD traukos modulis susideda iš reaktoriaus ir rezonatoriaus. Reaktorius naudojamas paruošti kuro-oro mišinys iki detonacinio degimo, skaidančių molekulių degus mišinys ant chemiškai aktyvių komponentų. Tokio variklio vieno veikimo ciklo schema aiškiai parodyta fig. 5.
Sąveikaudama su apatiniu rezonatoriaus paviršiumi kaip kliūtimi, detonacijos banga susidūrimo proceso metu perduoda jam impulsą iš perteklinio slėgio jėgų.
IPD su aukšto dažnio rezonatoriais turi teisę į sėkmę. Visų pirma, jie gali teigti, kad modernizuoja papildomus degiklius ir patobulina paprastus turboreaktyvinius variklius, vėlgi skirtus pigiems UAV. Pavyzdys – MAI ir CIAM bandymai tokiu būdu modernizuoti turboreaktyvinį variklį MD-120, pakeičiant degimo kamerą kuro mišinio aktyvinimo reaktoriumi, o už turbinos įrengiant traukos modulius su aukšto dažnio rezonatoriais. Iki šiol nepavyko sukurti tinkamo dizaino, nes... Profiliuodami rezonatorius autoriai taiko tiesinę gniuždymo bangų teoriją, t.y. Skaičiavimai atliekami akustiniu aproksimavimu. Detonacinių bangų ir suspaudimo bangų dinamika aprašoma visiškai kitokiu matematiniu aparatu. Standartinių skaitmeninių paketų naudojimas aukšto dažnio rezonatoriams apskaičiuoti turi esminį apribojimą. Visi modernūs modeliai Turbulencija grindžiama Navier-Stokes lygčių (pagrindinių dujų dinamikos lygčių) vidurkiu per tam tikrą laiką. Be to, įvedama Boussinesq prielaida, kad turbulentinis trinties įtempių tenzorius yra proporcingas greičio gradientui. Abi prielaidos netenkinamos turbulentiniuose srautuose su smūgiinėmis bangomis, jei būdingieji dažniai yra palyginami su turbulentinės pulsacijos dažniu. Deja, mes susiduriame su tik tokiu atveju, todėl reikia arba sukurti aukštesnio lygio modelį, arba tiesioginį skaitmeninį modeliavimą, pagrįstą pilnomis Navier-Stokes lygtimis, nenaudojant turbulencijos modelių (šiuo metu tai neįmanoma). .
Ryžiai. 4. IDD grandinė su aukšto dažnio rezonatoriumi
Ryžiai. 5. IPD su aukšto dažnio rezonatoriumi schema: SZS - viršgarsinė srovė; SW - smūginė banga; F - rezonatoriaus židinys; DV – detonacijos banga; VR – retėjimo banga; RSW – atspindėta smūginė banga
IPD tobulinami pulso pasikartojimo dažnio didinimo kryptimi. Ši kryptis turi teisę į gyvybę lengvų ir pigių nepilotuojamų orlaivių srityje, taip pat įvairių ežektorių traukos stiprintuvų kūrime.
Recenzentai:Uskovas V.N., technikos mokslų daktaras, Sankt Peterburgo valstybinio universiteto Matematikos ir mechanikos fakulteto Hidroaeromechanikos katedros profesorius, Sankt Peterburgas;
Emelyanovas V.N., technikos mokslų daktaras, profesorius, BSTU „VOENMEH“ Plazminių dujų dinamikos ir šiluminės inžinerijos katedros vedėjas. D.F. Ustinova, Sankt Peterburgas.
Darbą redaktorius gavo 2013-10-14.
Bibliografinė nuoroda
Bulat P.V., Prodan N.V. DETONACINIŲ VARIKLIŲ PROJEKTŲ APŽVALGA. PULSE ENGINES // Fundamentalūs tyrimai. – 2013. – Nr.10-8. – S. 1667-1671;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32641 (prieigos data: 2019-03-14). Atkreipiame jūsų dėmesį į leidyklos „Gamtos mokslų akademija“ leidžiamus žurnalus
Kas iš tikrųjų slypi už pranešimų apie pirmąjį pasaulyje detonacinį raketų variklį, išbandytą Rusijoje?
2016 m. rugpjūčio pabaigoje pasaulines naujienų agentūras pasklido žinia: viename iš NPO „Energomash“ stendų Chimkuose netoli Maskvos – pirmasis pasaulyje pilno dydžio skystis. raketinis variklis(LPRE) naudojant detonacinį kuro deginimą - . Rusijos mokslas ir technologijos šio įvykio link juda jau 70 metų. Detonacinio variklio idėją pasiūlė sovietų fizikas Ya B. Zeldovičius straipsnyje „Apie energingą detonacinio degimo panaudojimą“, paskelbtame žurnale „Journal of Technical Physics“ dar 1940 m. Nuo tada visame pasaulyje buvo atliekami tyrimai ir eksperimentai praktiškai įgyvendinant perspektyvias technologijas. Šiose proto lenktynėse į priekį išsiveržė Vokietija, JAV ir SSRS. Ir dabar Rusija užsitikrino svarbų prioritetą pasaulinėje technologijų istorijoje. IN pastaraisiais metais Nedažnai mūsų šalis sugeba pasigirti kažkuo tokiu.
Ant bangos keteros
Detonacinio skysčio raketos variklio bandymas
Kokie yra detonacinio variklio pranašumai? Tradiciniuose skystojo kuro varikliuose, taip pat įprastuose stūmokliniuose arba turboreaktyviniai orlaivių varikliai, sunaudojama energija, kuri išsiskiria deginant kurą. Šiuo atveju skystojo kuro raketinio variklio degimo kameroje susidaro stacionarus liepsnos frontas, kuriame degimas vyksta esant pastoviam slėgiui. Šis normalaus degimo procesas vadinamas deflagracija. Dėl degalų ir oksidatoriaus sąveikos dujų mišinio temperatūra smarkiai pakyla ir iš purkštuko išsiveržia ugnies degimo produktų kolona, kuri susidaro reaktyvinė trauka.
Detonacija taip pat yra degimas, tačiau jis vyksta 100 kartų greičiau nei deginant įprastą kurą. Šis procesas vyksta taip greitai, kad detonacija dažnai painiojama su sprogimu, juolab kad jis išskiria tiek energijos, kad pvz. automobilio variklisįvykus šiam reiškiniui, jo cilindrai iš tikrųjų gali subyrėti. Tačiau detonacija yra ne sprogimas, o toks greitas degimo būdas, kad reakcijos produktai net nespėja išsiplėsti, todėl šis procesas, skirtingai nei deflagracija, vyksta esant pastoviam tūriui ir smarkiai didėjančiam slėgiui.
Praktiškai tai atrodo taip: vietoj nejudančio liepsnos fronto degimo kameros viduje esančiame kuro mišinyje susidaro detonacinė banga, kuri juda viršgarsiniu greičiu. Šioje suspaudimo bangoje vyksta kuro ir oksidatoriaus mišinio detonacija, o šis procesas termodinaminiu požiūriu yra daug efektyvesnis nei įprastas kuro deginimas. Detonacinio degimo efektyvumas yra 25–30% didesnis, tai yra, deginant tą patį kuro kiekį, gaunama didesnė trauka, o dėl degimo zonos kompaktiškumo detonacinis variklis teoriškai yra dydžiu pranašesnis už įprastą. skysto kuro raketų variklių pagal galią tūrio vienetui.
Vien to pakako, kad ši idėja sulauktų didžiausio specialistų dėmesio. Mat dabar kilęs sąstingis pasaulio astronautikos raidoje, pusšimčiui įstrigęs žemoje Žemės orbitoje, pirmiausia siejamas su raketų variklių statybos krize. Beje, aviacija taip pat išgyvena krizę, negali peržengti trijų garso greičių slenksčio. Šią krizę galima palyginti su stūmoklinių orlaivių padėtimi praėjusio amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pabaigoje. Propeleris ir vidaus degimo variklis išnaudojo savo potencialą, ir tik reaktyvinių variklių atsiradimas leido pasiekti aukštą kokybę naujas lygis aukščiai, greičiai ir skrydžio diapazonai.
Detonacinis raketinis variklis
Per pastaruosius dešimtmečius klasikinių skystojo kuro raketų variklių konstrukcijos buvo nušlifuotos iki tobulumo ir beveik pasiekė savo galimybių ribą. Padidinti jų specifines charakteristikas ateityje galima tik labai mažomis ribomis – keliais procentais. Todėl pasaulio astronautika yra priversta eiti plačiu vystymosi keliu: pilotuojamiems skrydžiams į Mėnulį būtina statyti milžiniškas nešančias raketas, o tai labai sunku ir neįtikėtinai brangu, bent jau Rusijai. Bandymas įveikti krizę su pagalba branduoliniai varikliai susidūrė su aplinkosaugos problemomis. Galbūt dar per anksti lyginti detonacinių raketų variklių atsiradimą su aviacijos perėjimu prie reaktyvinio varymo, tačiau jie gana pajėgūs pagreitinti kosmoso tyrinėjimo procesą. Be to, tokio tipo reaktyviniai varikliai turi dar vieną labai svarbų pranašumą.
GRES miniatiūroje
Įprastas skystojo kuro raketinis variklis iš esmės yra didelis degiklis. Norint padidinti jo trauką ir specifines charakteristikas, būtina padidinti slėgį degimo kameroje. Tokiu atveju kuras, įpurškiamas į kamerą per purkštukus, turi būti tiekiamas didesniu slėgiu, nei realizuojamas degimo proceso metu, kitaip kuro srovė tiesiog negalės prasiskverbti į kamerą. Todėl sunkiausias ir brangus vienetas skystojo kuro raketiniame variklyje tai visai ne kamera su purkštuku, kuri matosi, o kuro turbosiurblys (TNA), paslėptas raketos žarnose tarp vamzdynų įmantrybių.
Pavyzdžiui, galingiausias pasaulyje skystojo kuro raketinis variklis RD-170, sukurtas tos pačios NPO Energia, sovietinės itin sunkiosios nešančiosios raketos Energia pirmajam etapui, degimo kameroje siekia 250 atmosferų slėgį. Tai yra daug. Tačiau slėgis deguonies siurblio, pumpuojančio oksidatorių į degimo kamerą, išleidimo angoje siekia 600 atm. Šiam siurbliui varyti naudojama 189 MW turbina! Tik įsivaizduokite: 0,4 m skersmens turbinos ratas išvysto keturis kartus didesnę galią nei branduolinis ledlaužis Arktika su dviem branduoliniais reaktoriais! Tuo pačiu metu TNA yra sudėtinga mechaninis įrenginys, kurio velenas daro 230 apsisukimų per sekundę, ir jis turi dirbti skysto deguonies aplinkoje, kur nuo menkiausios kibirkštėlės, net smėlio grūdelio vamzdyne, kyla sprogimas. Tokios TNA kūrimo technologijos yra pagrindinė „Energomash“ patirtis, kurios turėjimas leidžia Rusijos įmonė ir šiandien parduoda savo variklius, skirtus montuoti amerikietiškose nešančiosiose raketose Atlas V ir Antares. Alternatyvos rusiški varikliai dar ne JAV.
Detonaciniam varikliui tokių komplikacijų nereikia, nes slėgį efektyvesniam degimui suteikia pati detonacija, kuri yra kuro mišinyje sklindanti suspaudimo banga. Detonacijos metu slėgis padidėja 18-20 kartų be jokios TNA.
Norint gauti detonacinio variklio degimo kameroje sąlygas, lygiavertes, pavyzdžiui, sąlygoms American Shuttle raketinio variklio (200 atm) degimo kameroje, pakanka tiekti degalus esant slėgiui... 10 atm. Tam reikalingas agregatas, palyginti su klasikinio skystojo kuro raketinio variklio TNA, yra toks pat kaip dviračio siurblys šalia Sayano-Shushenskaya valstybinės rajono elektrinės.
Tai yra, detonacinis variklis bus ne tik galingesnis ir ekonomiškesnis už įprastą skystojo kuro raketinį variklį, bet ir paprastesnis bei pigesnis. Tai kodėl 70 metų dizaineriams šis paprastumas nebuvo suteiktas?
Pažangos pulsas
pagrindinė problema, su kuriuo susidūrė inžinieriai – kaip susidoroti su detonacijos banga. Esmė ne tik, kad variklis būtų stipresnis, kad jis atlaikytų padidėjusias apkrovas. Detonacija yra ne tik sprogimo banga, bet ir kažkas gudresnio. Sprogimo banga sklinda garso greičiu, o detonacijos banga – viršgarsiniu – iki 2500 m/s. Jis nesudaro stabilaus liepsnos fronto, todėl tokio variklio darbas pulsuoja: po kiekvieno detonacijos reikia atnaujinti kuro mišinį, o tada paleisti jame naują bangą.
Bandymai sukurti pulsuojantį reaktyvinį variklį buvo atlikti dar gerokai prieš detonacijos idėją. 1930-aisiais jie bandė rasti alternatyvą stūmokliniams varikliams naudojant impulsinius reaktyvinius variklius. Vėlgi, mane patraukė paprastumas: skirtingai aviacijos turbina pulsuojančiam oru kvėpuojančiam varikliui (PURE) nereikėjo nei 40 000 apsisukimų per minutę greičiu besisukančio kompresoriaus, kuris pumpuotų orą į nepasotinamą degimo kameros pilvą, nei turbinos, veikiančios esant aukštesnei nei 1000˚C dujų temperatūrai. PuVRD slėgis degimo kameroje sukėlė pulsacijas deginant kurą.
Pirmuosius patentus pulsuojančiam oru kvėpuojančiam varikliui nepriklausomai 1865 m. gavo Charles de Luvri (Prancūzija) ir 1867 m. Nikolajus Afanasjevičius Telešovas (Rusija). Pirmąjį veiksmingą PuVRD dizainą 1906 metais užpatentavo rusų inžinierius V.V. Karavodinas, kuris po metų pastatė modelio instaliaciją. Dėl daugybės trūkumų Karavodin instaliacija praktiškai nebuvo naudojama. Pirmasis PURD, kuris buvo naudojamas tikruoju orlaiviu, buvo vokiškas Argus As 014, pagrįstas Miuncheno išradėjo Paulo Schmidto 1931 m. patentu. „Argus“ buvo sukurtas „keršto ginklui“ - sparnuotai bombai V-1. Panašią plėtrą 1942 m. sukūrė sovietų dizaineris Vladimiras Čelomėjus pirmajai sovietinei sparnuotajai raketai 10X.
Žinoma, šie varikliai dar nebuvo detonaciniai, nes naudojo įprasto degimo pulsacijas. Šių pulsacijų dažnis buvo mažas, todėl veikimo metu pasigirdo būdingas kulkosvaidžio garsas. Specifinės PURD savybės dėl pertraukiamas režimas Vidutiniškai darbo buvo mažai, o dizaineriams XX amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pabaigoje įvaldžius kompresorių, siurblių ir turbinų kūrimo sudėtingumą, turboreaktyviniai varikliai ir skysto kuro varikliai tapo dangaus karaliais, o PURE liko technikos pažangos periferijoje.
Įdomu tai, kad pirmuosius PuVRD sukūrė vokiečių ir sovietų dizaineriai nepriklausomai vienas nuo kito. Beje, detonacinio variklio idėja 1940 metais atėjo į galvą ne tik Zeldovičiui. Tuo pačiu metu tas pačias mintis išsakė ir Von Neumannas (JAV) ir Werneris Doeringas (Vokietija), todėl m. tarptautinis mokslas detonacinio degimo panaudojimo modelis buvo vadinamas ZND.
Idėja sujungti PURD su detonaciniu degimu buvo labai viliojanti. Tačiau paprastos liepsnos priekis sklinda 60–100 m/s greičiu, o jos pulsavimo dažnis PuVRD neviršija 250 per sekundę. O detonacinis frontas juda 1500 – 2500 m/s greičiu, todėl pulsavimo dažnis turėtų būti tūkstančiai per sekundę. Tokį mišinio atnaujinimo ir detonacijos inicijavimo greitį buvo sunku įgyvendinti praktiškai.
Nepaisant to, bandymai sukurti veikiančius pulsuojančius detonacinius variklius tęsėsi. JAV oro pajėgų specialistų darbas šia kryptimi baigėsi demonstracinio variklio sukūrimu, kuris pirmą kartą į dangų pakilo 2008 m. sausio 31 d. eksperimentiniame Long-EZ lėktuve. Istoriniame skrydyje variklis veikė... 10 sekundžių 30 metrų aukštyje. Tačiau prioritetas yra tokiu atveju liko JAV, o lėktuvas teisėtai užėmė vietą Nacionaliniame JAV oro pajėgų muziejuje.
Tuo tarpu kitas, daug perspektyvesnis detonacinio variklio dizainas buvo išrastas seniai.
Kaip voverė ratuke
Idėja paleisti detonacijos bangą ir priversti ją bėgioti degimo kameroje kaip voverė ratu, mokslininkams gimė septintojo dešimtmečio pradžioje. Sukimo (sukimosi) detonacijos reiškinį teoriškai numatė sovietų fizikas iš Novosibirsko B. V. Voitsekhovskis 1960 m. Beveik kartu su juo, 1961 m., tą pačią mintį išsakė amerikietis J. Nichollsas iš Mičigano universiteto.
Rotorinis, arba besisukantis, detonacinis variklis struktūriškai yra žiedinė degimo kamera, į kurią degalai tiekiami naudojant radialiai išdėstytus purkštukus. Detonacijos banga kameros viduje juda ne ašine kryptimi, kaip PuVRD, o ratu, suspausdama ir degindama priešais esantį kuro mišinį ir galiausiai išstumdama degimo produktus iš purkštuko taip pat kaip ir mėsmalės varžtas išstumia maltą mėsą. Vietoj pulsavimo dažnio gauname detonacijos bangos sukimosi dažnį, kuris gali siekti kelis tūkstančius per sekundę, tai yra praktiškai variklis veikia ne kaip pulsuojantis, o kaip įprastas skysto kuro raketinis variklis su stacionariu degimu, bet daug efektyviau, nes iš tikrųjų jame vyksta kuro mišinio detonacija .
SSRS, kaip ir JAV, darbas su rotaciniu detonaciniu varikliu vyko nuo septintojo dešimtmečio pradžios, tačiau vėlgi, nepaisant akivaizdaus idėjos paprastumo, jo įgyvendinimui reikėjo išspręsti mįslingus teorinius klausimus. Kaip organizuoti procesą, kad banga neužgestų? Reikėjo suprasti sudėtingiausius fizinius ir cheminius procesus, vykstančius dujinėje aplinkoje. Čia skaičiavimas buvo vykdomas nebe molekuliniu, o atominiu lygmeniu, chemijos ir kvantinės fizikos sankirtoje. Šie procesai yra sudėtingesni nei tie, kurie vyksta generuojant lazerio spindulį. Štai kodėl lazeris jau seniai veikė, o detonacijos variklis – ne. Norint suprasti šiuos procesus, reikėjo sukurti naują fundamentinį mokslą – fizikinę-cheminę kinetiką, kurios prieš 50 metų nebuvo. O praktiniam skaičiavimui, kokiomis sąlygomis detonacijos banga neišnyks, o taps savarankiška, prireikė galingų kompiuterių, kurie atsirado tik pastaraisiais metais. Tai yra pagrindas, kurį reikėjo pakloti praktinei sėkmei tramdant detonaciją.
Aktyvus darbas šia kryptimi vyksta JAV. Šiuos tyrimus atlieka Pratt & Whitney, General Electric ir NASA. Pavyzdžiui, JAV karinio jūrų laivyno tyrimų laboratorija kuria besisukančių detonacinių dujų turbinų blokus laivynui. JAV karinis jūrų laivynas naudoja 430 dujų turbinų blokai 129 laivuose jie per metus sunaudoja už tris milijardus dolerių degalų. Ekonomiškesnės detonacijos įvedimas dujų turbininiai varikliai(GTD) leis sutaupyti milžiniškas pinigų sumas.
Rusijoje dešimtys tyrimų institutų ir projektavimo biurų dirbo ir tebedirba su detonaciniais varikliais. Tarp jų yra NPO „Energomash“, pirmaujanti variklių gamybos įmonė Rusijos kosmoso pramonėje, su daugeliu įmonių, kurių VTB bankas bendradarbiauja. Detonacinio skystojo kuro raketinio variklio kūrimas buvo vykdomas daugelį metų, tačiau norint, kad šio darbo ledkalnio viršūnė sužibėtų saulėje sėkmingo bandymo forma, organizacinis ir finansinis dalyvavimas buvo reikalingas gerai žinomas Advanced Research Foundation (APF). Būtent FPI skyrė reikiamų lėšų specializuotai laboratorijai „Detonaciniai skystųjų raketų varikliai“ 2014 m. Galų gale, nepaisant 70 metų tyrimų, ši technologija vis dar išlieka „per daug perspektyvi“ Rusijoje, kad ją finansuotų tokie klientai kaip Gynybos ministerija, kuriems, kaip taisyklė, reikia garantuoto praktinio rezultato. Ir dar laukia labai ilgas kelias.
„Schrew“ prisijaukinimas
Norėčiau tikėti, kad po viso to, kas buvo pasakyta aukščiau, išryškėja titaniškas darbas, atsidūręs tarp trumpo pranešimo apie bandymus, vykusius Energomash mieste 2016 m. liepos – rugpjūčio mėn., Chimkuose, eilučių: „Pirmą kartą m. pasaulyje, pastovus skersinių detonacijos bangų nuolatinio sukimosi detonacijos režimas, kurio dažnis yra apie 20 kHz (bangų sukimosi dažnis - 8 tūkst. apsisukimų per sekundę) degalų poroje „deguonis - žibalas“. Buvo įmanoma gauti keletą detonacijos bangų, kurios subalansavo viena kitos vibraciją ir smūgio apkrovas. Specialiai M.V. centre sukurtos karščiui atsparios dangos padėjo susidoroti su aukštų temperatūrų apkrovomis. Variklis atlaikė kelis užvedimus esant ekstremalioms vibracijos apkrovoms ir itin aukštai temperatūrai, nesant sienelės sluoksnio aušinimo. Ypatingą vaidmenį šioje sėkme suvaidino kūryba matematiniai modeliai ir kuro purkštukais, kurie leido gauti detonacijai reikalingos konsistencijos mišinį.
Žinoma, nereikėtų perdėti pasiektos sėkmės reikšmės. Buvo sukurtas tik demonstracinis variklis, kuris veikė gana trumpai, ir apie tai tikrosios savybės nieko nepranešama. Pasak NPO Energomash, detonacinio skysto kuro raketos variklio trauka padidės 10%, kai degina tokį patį kuro kiekį kaip normalus variklis, o savitasis traukos impulsas turėtų padidėti 10–15%.
Pirmojo pasaulyje pilno dydžio detonacinės raketos variklio sukūrimas užtikrino Rusijai svarbų prioritetą pasaulio mokslo ir technologijų istorijoje.
Tačiau pagrindinis rezultatas yra tai, kad praktiškai patvirtinta galimybė organizuoti detonacinį degimą skysto kuro varikliuose. Tačiau iki šios technologijos panaudojimo tikruose lėktuvuose dar reikia nuveikti ilgą kelią. Kitas svarbus aspektas tai dar vienas pasaulinis šios srities prioritetas aukštųjų technologijų dabar priskirtas mūsų šaliai: Rusijoje pirmą kartą pasaulyje pradėjo veikti pilno dydžio detonacinis skystojo kuro raketinis variklis, ir šis faktas išliks mokslo ir technikos istorijoje.
Praktinis detonacinio skystojo kuro raketinio variklio idėjos įgyvendinimas pareikalavo 70 metų sunkaus mokslininkų ir dizainerių darbo.
Nuotrauka: Pažangių studijų fondas
Bendras medžiagos įvertinimas: 5
PANAŠIOS MEDŽIAGOS (PAGAL TAG):
Grafenas yra skaidrus, magnetinis ir filtruoja vandenį Vaizdo įrašo tėvas Aleksandras Ponyatovas ir AMPEX
Detonacinių variklių bandymai
FPI_RUSSIA / Vimeo
Mokslo ir gamybos asociacijos „Energomash“ specializuotoje laboratorijoje „Detonaciniai skystųjų raketų varikliai“ buvo išbandyti pirmieji pasaulyje pilno dydžio detonacinių skystųjų raketų variklių technologijų demonstratoriai. Kaip praneša TASS, naujosios elektrinės veikia deguonies ir žibalo kuro pora.
Naujasis variklis, skirtingai nei kitos vidaus degimo principu veikiančios jėgainės, veikia kuro detonacijos būdu. Detonacija yra viršgarsinis medžiagos, šiuo atveju kuro mišinio, degimas. Šiuo atveju mišiniu sklinda smūginė banga, po kurios vyksta cheminė reakcija, išskirianti didelį šilumos kiekį.
Detonacinių variklių veikimo principų tyrimas ir kūrimas kai kuriose pasaulio šalyse vykdomas daugiau nei 70 metų. Pirmasis toks darbas pradėtas Vokietijoje 1940 m. Tiesa, tuomet mokslininkams nepavyko sukurti veikiančio detonacinio variklio prototipo, tačiau buvo kuriami ir masiškai gaminami pulsuojantys oru kvėpuojantys varikliai. Jie buvo sumontuoti ant V-1 raketų.
Pulsuojantys reaktyviniai varikliai degino degalus ikigarsiniu greičiu. Šis degimas vadinamas deflagracija. Variklis vadinamas pulsuojančiu varikliu, nes į jo degimo kamerą reguliariais intervalais mažomis porcijomis tiekiami degalai ir oksidatorius.
Slėgio žemėlapis rotorinio detonacinio variklio degimo kameroje. A - detonacijos banga; B - smūgio bangos galinis priekis; C - šviežių ir senų degimo produktų maišymo zona; D - užpildymo kuro mišiniu plotas; E - nesusprogdinto sudegusio kuro mišinio plotas; F - išsiplėtimo zona su detonuotu degto kuro mišiniu
Detonaciniai varikliai šiandien skirstomi į du pagrindinius tipus: impulsinius ir rotacinius. Pastarieji dar vadinami sukimu. Veikimo principas impulsiniai varikliai panašiai kaip ir impulsinių reaktyvinių variklių. Pagrindinis skirtumas yra detonacinis kuro mišinio degimas degimo kameroje.
Rotaciniuose detonaciniuose varikliuose naudojama žiedinė degimo kamera, kurioje kuro mišinys tiekiamas nuosekliai per radialiai išdėstytus vožtuvus. Tokiose elektrinėse detonacija neišnyksta - detonacijos banga „apeina“ žiedinę degimo kamerą, o už jos esantis kuro mišinys turi laiko atsinaujinti. Rotorinis variklis pirmą kartą pradėtas studijuoti SSRS šeštajame dešimtmetyje.
Detonaciniai varikliai gali veikti įvairiais skrydžio greičiais – nuo nulio iki penkių Macho skaičių (0-6,2 tūkst. kilometrų per valandą). Manoma, kad tokios elektrinės gali gaminti daugiau galios, sunaudojantys mažiau degalų nei įprasti reaktyviniai varikliai. Tuo pačiu metu detonacinių variklių konstrukcija yra gana paprasta: jie neturi kompresoriaus ir daug judančių dalių.
Visi iki šiol išbandyti detonaciniai varikliai buvo sukurti eksperimentiniams orlaiviams. Tokia jėgainė, išbandyta Rusijoje, yra pirmoji, skirta montuoti ant raketos. Kokio tipo detonacinis variklis buvo išbandytas, nenurodoma.
Kol visa pažangi NATO šalių žmonija ruošiasi pradėti detonacinio variklio bandymus (bandymai gali įvykti 2019 m. (tiksliau daug vėliau)), atsilikusioje Rusijoje jie paskelbė baigę tokio variklio bandymus.
Jie tai paskelbė visiškai ramiai ir nieko negąsdinę. Tačiau Vakaruose, kaip ir tikėtasi, jie išsigando ir prasidėjo isteriškas kaukimas – mes būsime palikti visam gyvenimui. Detonacinio variklio (DE) kūrimo darbai vykdomi JAV, Vokietijoje, Prancūzijoje ir Kinijoje. Apskritai, yra pagrindo manyti, kad Irakas ir Šiaurės Korėja yra suinteresuoti išspręsti problemą – tai labai perspektyvi plėtra, kuri iš tikrųjų reiškia naują raketų mokslo etapą. Ir apskritai variklių gamyboje.
Pirmą kartą detonacinio variklio idėją 1940 metais išsakė sovietų fizikas Ya.B. Zeldovičius. Ir tokio variklio sukūrimas žadėjo milžinišką naudą. Pavyzdžiui, raketų varikliui:
- Palyginti su įprastu raketiniu varikliu, galia padidėja 10 000 kartų. Šiuo atveju kalbame apie galią, gautą vienam variklio tūrio vienetui;
- 10 kartų mažiau degalų vienam galios vienetui;
- DD yra tiesiog žymiai (kelis kartus) pigesnis už standartinį skystųjų raketų variklį.
Skystas raketinis variklis yra toks didelis ir labai brangus degiklis. Ir tai brangu, nes norint palaikyti stabilų degimą tai būtina didelis skaičius mechaniniai, hidrauliniai, elektroniniai ir kiti mechanizmai. Labai sudėtinga gamyba. Toks sudėtingas, kad JAV daug metų nesugeba sukurti savo skystojo kuro raketinio variklio ir yra priverstos pirkti RD-180 iš Rusijos.
Rusija labai greitai gaus serijinės gamybos, patikimą, nebrangų lengvųjų raketų variklį. Su visomis iš to išplaukiančiomis pasekmėmis:
raketa gali nešti daug kartų didelis kiekis naudingoji apkrova– pats variklis sveria žymiai mažiau, deklaruojamam skrydžio nuotoliui reikia 10 kartų mažiau degalų. Arba galite tiesiog padidinti šį diapazoną 10 kartų;
raketos kaina sumažėja kelis kartus. Tai geras atsakymas tiems, kurie mėgsta organizuoti ginklavimosi varžybas su Rusija.
O tada – gili erdvė... Atsiveria tiesiog fantastiškos jos tyrinėjimo perspektyvos.
Tačiau amerikiečiai teisūs ir vietos dabar nėra – jau rengiami sankcijų paketai, kad Rusijoje nenutiktų detonacinis variklis. Jie trukdys iš visų jėgų – mūsų mokslininkai labai rimtai pasisiūlė tapti lyderiais.
2018 m. vasario 07 d Žymos: 1934Diskusija: 3 komentarai
* Palyginti su įprastu raketiniu varikliu, galia padidėja 10 000 kartų. Šiuo atveju kalbame apie galią, gautą vienam variklio tūrio vienetui;
10 kartų mažiau degalų vienam galios vienetui;
—————
Kažkaip nedera su kitais leidiniais:
„Priklausomai nuo konstrukcijos, jis gali viršyti originalų skystojo kuro raketinį variklį pagal efektyvumą nuo 23–27%, kai tipinė konstrukcija su išsiplečiančiu antgaliu, iki 36–37% padidina VRE (pleištinio oro raketų variklius). )
Jie gali keisti ištekančios dujų srovės slėgį, priklausomai nuo atmosferos slėgio, ir sutaupyti iki 8-12% degalų per visą konstrukcijos paleidimo atkarpą (daugiausia sutaupoma mažame aukštyje, kur jis siekia 25-30 %)“.Atsakymas
United Engine Corporation (UEC) ketina greitai pradėti kurti naujus orlaivius ir raketų variklius, kuriuose bus naudojamos detonacijos technologijos.
Jau sukurti ikigarsinių ir viršgarsinių detonacinių variklių technologijų demonstratoriai. Bandymų metu jie parodė 30–50% geresnę savitąją trauką ir degalų sąnaudas, palyginti su įprastomis elektrinėmis, pranešė RIA Novosti, remdamasi korporacijos duomenimis.
Eksperimentinio projektavimo biuras pavadintas. Lopšiai. Biuras pasiūlė sukurti tokių varomųjų sistemų šeimą, kuri galėtų būti naudojama nepilotuojamuose orlaiviuose, sparnuotosiose raketose, aviacijos erdvėlaiviuose ir raketose.
Detonavimo varikliai skiriasi:
– kuro mišinio degimas, lydimas smūginės bangos pratekėjimo per jį, kuris susidaro dėl degimo fronto viršgarsinio sklidimo per kuro mišinį;
– platus greičių diapazonas – nuo ikigarsinio iki hipergarsinio, o tai gali padėti kuriant hipergarsines raketas, kurių projektavimas pastaraisiais metais buvo aktyviai vykdomas Rusijoje.
2013 m. pavadintas Eksperimentinio projektavimo biuras. Lyulki išbandė eksperimentinį sumažintą pulsuojančio rezonatoriaus detonacinio variklio pavyzdį su dviejų pakopų žibalo ir oro mišinio degimu. Bandymo metu vidutinė išmatuota trauka elektrinė siekė apie šimtą kilogramų, o trukmę nuolatinis veikimas- daugiau nei dešimt minučių. Eksperimentų metu buvo ne kartą įjungiamas ir išjungiamas naujasis variklis, taip pat traukos kontrolė.
Projektavimo biuro teigimu, detonaciniai varikliai padidins orlaivių traukos ir svorio santykį 1,5–2 kartus. Pulsuojančių detonacinių variklių kūrimo darbai Rusijoje tęsiami nuo 2011 m.
Be Rusijos, detonacinius variklius kuria kelios pasaulio kompanijos: prancūzų kompanija SNECMA ir amerikiečių „General Electric“ bei „Pratt & Whitney“.
DETONACINIO VARIKLIO PAGRINDAI
Jeigu specifinis suvartojimas degalų nepadidėjo didėjant skrydžio greičiui, vėliau naudojant modernius sprendimus pagerinti išorinę aerodinamiką, didinant skrydžio aukštį, viršgarsiniu greičiu būtų galima pasiekti tokias pačias nuotolio charakteristikas kaip ir ikigarsinio pagrindinio lėktuvo. Tačiau viršgarsinių orlaivių vidinė aerodinamika turi lemtingą trūkumą – esant viršgarsiniam greičiui, tradicinės jėgainės specifinės degalų sąnaudos monotoniškai didėja, nes greitis didėja bet kuriame skrydžio aukštyje. Sprendimas matomas naudojant variklius, pagrįstus kitais principais nei tradicinis termodinaminis Braitono ciklas, kai deginamas pastovus slėgis. Pastarieji apima impulsinius reaktyvinius ir detonacinius variklius. Straipsnyje aptariami detonacinio degimo privalumai turboreaktyviniuose ir raketiniuose varikliuose.
Vienas geriausių termodinaminiu požiūriu yra detonacinis variklis. Dėl to, kad kuro degimas smūginėse bangose vyksta maždaug 100 kartų greičiau nei įprasto lėto degimo (deflagracijos) metu, šio tipo varikliai teoriškai išsiskiria rekordine tūrio vieneto galia, lyginant su visų kitų tipų šiluminiais varikliais.
Detonacinio degimo panaudojimo energetikos inžinerijoje ir reaktyviniuose varikliuose klausimą pirmą kartą iškėlė Ya.B. Zeldovičius dar 1940 m. Jo vertinimu, reaktyviniai varikliai, naudojantys detonacinį kuro degimą, turėtų turėti didžiausią įmanomą termodinaminį efektyvumą.
IMPULSINIŲ DETONACINIŲ VARIKLIŲ DARBŲ KRYPTYS
Kryptis Nr.1 – Klasikinis impulsinis detonacijos variklis
Įprasto reaktyvinio variklio degimo kamerą sudaro purkštukai degalams maišyti su oksidatoriumi, kuro mišinio uždegimo įtaisas ir pats liepsnos vamzdis, kuriame vyksta redokso reakcijos (degimas). Liepsnos vamzdelis baigiasi antgaliu. Paprastai tai yra Laval antgalis, turintis smailėjančią dalį, minimalią kritinę sekciją, kurioje degimo produktų greitis lygus vietiniam garso greičiui, ir besiskiriančią dalį, kurioje sumažinamas degimo produktų statinis slėgis. iki aplinkos slėgio kiek įmanoma. Labai apytiksliai variklio trauką galite įvertinti kaip kritinį purkštuko skerspjūvio plotą, padaugintą iš slėgio skirtumo degimo kameroje ir aplinkoje. Todėl kuo didesnis slėgis degimo kameroje, tuo didesnė trauka.
Impulsinio detonacijos variklio trauką lemia kiti veiksniai – impulso perdavimas detonacijos banga į traukos sienelę. Šiuo atveju antgalis visai nereikalingas. Impulsiniai detonacijos varikliai turi savo nišą – pigius ir vienkartinius lėktuvus. Šioje nišoje jie sėkmingai vystosi pulso pasikartojimo dažnio didinimo kryptimi.
Tradiciniai impulsinio detonavimo varikliai yra ilgi vamzdžiai, kuriais smūginės bangos sklinda žemu dažniu. Suspaudimo ir retinimo bangų sistema automatiškai reguliuoja kuro ir oksidatoriaus tiekimą. Dėl mažo smūginių bangų pasikartojimo dažnio (keli Hz) laikas, per kurį vyksta kuro degimas, yra trumpas, palyginti su būdingu ciklo laiku. Dėl to, nepaisant didelis efektyvumas paties detonacinio degimo (20-25% daugiau nei variklių su Braitono ciklu), bendras tokių konstrukcijų efektyvumas yra žemas.
Pagrindinė užduotis šioje srityje šiuo metu yra variklių su aukštas dažnis po smūgio bangų degimo kameroje arba sukurti variklį su nuolatinis detonavimas(CDE).
Klasikinė IDD išvaizda yra cilindrinė degimo kamera, turinti plokščią arba specialiai profiliuotą sienelę, vadinamą „traukos sienele“. IDD įrenginio paprastumas yra neabejotinas jo pranašumas. Nepaisant siūlomų IPD schemų įvairovės, visoms joms būdingas didelio ilgio detonacijos vamzdžių naudojimas kaip rezonanso įtaisai ir vožtuvų, užtikrinančių periodinį darbinio skysčio tiekimą, naudojimas.
Pažymėtina, kad tradicinių detonacinių vamzdžių pagrindu sukurti IPD, nepaisant didelio termodinaminio efektyvumo vienu pulsavimu, turi trūkumų, būdingų klasikiniams pulsuojantiems oru kvėpuojantiems varikliams, būtent:
– žemo dažnio (iki 10 Hz) pulsacijų, lemiančių santykinai žemą vidutinio traukos efektyvumo lygį;
– didelės šiluminės ir vibracinės apkrovos.
2 kryptis – kelių vamzdžių eismo kontrolė
Pagrindinė IDD plėtros tendencija yra perėjimas prie kelių vamzdžių schemos. Tokiuose varikliuose atskiro vamzdžio veikimo dažnis išlieka žemas, tačiau kaitaliojant impulsus skirtinguose vamzdžiuose kūrėjai tikisi išgauti priimtinas specifines charakteristikas. Tokia schema atrodo gana veiksminga, jei išspręsta vibracijų ir traukos asimetrijos problema, taip pat dugno slėgio problema, ypač galimi žemo dažnio svyravimai dugno srityje tarp vamzdžių.
3 kryptis – IDD su aukšto dažnio rezonatoriumi
Siūlomos grandinės IDD traukos modulis susideda iš reaktoriaus ir rezonatoriaus. Reaktorius ruošia kuro-oro mišinį detonaciniam degimui, suskaidant degiojo mišinio molekules į chemiškai aktyvius komponentus.
Sąveikaudama su apatiniu rezonatoriaus paviršiumi kaip kliūtimi, detonacijos banga susidūrimo proceso metu perduoda jam impulsą iš perteklinio slėgio jėgų.
IPD su aukšto dažnio rezonatoriais turi teisę į sėkmę. Visų pirma, jie gali teigti, kad modernizuoja papildomus degiklius ir patobulina paprastus turboreaktyvinius variklius, vėlgi skirtus pigiems UAV. Pavyzdys – MAI ir CIAM bandymai tokiu būdu modernizuoti turboreaktyvinį variklį MD-120, pakeičiant degimo kamerą kuro mišinio aktyvinimo reaktoriumi, o už turbinos įrengiant traukos modulius su aukšto dažnio rezonatoriais. Iki šiol nepavyko sukurti tinkamo dizaino, nes... Profiliuodami rezonatorius autoriai taiko tiesinę gniuždymo bangų teoriją, t.y. Skaičiavimai atliekami akustiniu aproksimavimu. Detonacinių bangų ir suspaudimo bangų dinamika aprašoma visiškai kitokiu matematiniu aparatu.
Standartinių skaitmeninių paketų naudojimas aukšto dažnio rezonatoriams apskaičiuoti turi esminį apribojimą. Visi šiuolaikiniai turbulencijos modeliai yra pagrįsti Navier-Stokes lygčių (pagrindinių dujų dinamikos lygčių) vidurkiu per tam tikrą laiką. Be to, įvedama Boussinesq prielaida, kad turbulentinis trinties įtempių tenzorius yra proporcingas greičio gradientui. Abi prielaidos netenkinamos turbulentiniuose srautuose su smūgiinėmis bangomis, jei būdingieji dažniai yra palyginami su turbulentinės pulsacijos dažniu. Deja, mes susiduriame su tik tokiu atveju, todėl reikia arba sukurti aukštesnio lygio modelį, arba tiesioginį skaitmeninį modeliavimą, pagrįstą pilnomis Navier-Stokes lygtimis, nenaudojant turbulencijos modelių (šiuo metu tai neįmanoma). .
Iš aukščiau pateiktų diagramų aišku, kad šiandien tiriamos IDD schemos yra vieno režimo varikliai, kurių valdymo diapazonas yra labai ribotas, todėl jų tiesioginis naudojimas kaip vienintelė orlaivio jėgainė yra nepraktiška. Kitas dalykas – raketinis variklis.
