0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое детонационный реактивный двигатель

Вращающийся детонационный двигатель

Вращающийся детонационный двигатель (ВДД) — разрабатываемый двигатель, использующий одну или несколько детонационных волн непрерывно распространяются по кольцевому каналу. При детонации продукты горения расширяются со сверхзвуковой скоростью, что теоретически на 25% более эффективно, чем обычное дефлаграционное сгорание [1] .

Более высокая эффективность двигателя может обеспечить значительную экономию топлива. [2] [3]

Вычислительное моделирование и результаты экспериментов показали, что такой двигатель имеет потенциальное применение как в транспортной, так и в других областях. [4] [5]

Содержание

  • 1 Концепция
  • 2 Развитие
    • 2.1 ВМС США
    • 2.2 Aerojet Rocketdyne
    • 2.3 НАСА
    • 2.4 Энергомаш
    • 2.5 Университет Центральной Флориды
    • 2.6 Другие исследования
  • 3 Ссылки
  • 4 Смотрите также
  • 5 Внешние ссылки

Концепция [ править | править код ]

Основная концепция ВДД — это детонационная волна, которая движется по круговому каналу (кольцу). Топливо и окислитель впрыскиваются в канал, обычно через небольшие отверстия или щели. Детонация инициируется в смеси топлива и окислителя какой-либо формой воспламенителя. После запуска двигателя детонации становятся самоподдерживающимися. Одна детонация зажигает смесь топлива и окислителя, которая выделяет энергию, необходимую для поддержания детонации. Продукты сгорания расширяются из канала и выталкиваются из канала поступающим топливом и окислителем. [5]

Хотя конструкция ВДД аналогична импульсному детонационному двигателю, вращающийся более эффективен, потому что волны непрерывно вращаются вокруг камеры, тогда как импульсный требует продувки камер после каждого импульса. [6]

Развитие [ править | править код ]

Несколько американских организаций работают над вращающимся детонационным двигателем.

ВМС США [ править | править код ]

ВМС США занимаются развитием вращающихся детонационных двигателей [7] . Исследователи из Военно-морской исследовательской лаборатории проявляют особый интерес к детонационным двигателям, так как они позволяют снизить расход топлива в тяжелых транспортных средствах [8] [9] . На пути к созданию рабочего двигателя остаются нерешённые проблемы. [10]

Aerojet Rocketdyne [ править | править код ]

С 2010 года Aerojet Rocketdyne провела более 520 испытаний различных конфигураций. [11]

НАСА [ править | править код ]

Дэниел Пэксон [12] в Исследовательском центре Гленна использовал моделирование в вычислительной гидродинамике (CFD), чтобы оценить детонационную систему отсчета RDE и сравнить производительность с PDE. [13] Он обнаружил, что RDE может работать по крайней мере на том же уровне, что и PDE. Кроме того, он обнаружил, что производительность RDE можно напрямую сравнить с PDE, поскольку их производительность была практически одинаковой.

Энергомаш [ править | править код ]

По словам вице-премьера России Дмитрия Рогозина, [14] в середине января 2018 года компания НПО «Энергомаш» завершила начальную фазу испытаний жидкого топлива RDE 2-тонного класса и планирует разработать более крупные модели для использования в космических ракетах-носителях.

Университет Центральной Флориды [ править | править код ]

В мае 2020 года группа инженеров-исследователей, связанных с военно-воздушными силами США, заявила, что разработала высоко экспериментальную рабочую модель вращающегося детонационного двигателя, способного производить тягу в 200 фунтов-силы (приблизительно 890 Н), работающую на водородно-кислородной топливной смеси. Хотя проект был описан в целом в положительном выражении, проект пока еще не проверен и был произведен с использованием двигателя диаметром 3 дюйма, который может сделать масштабирование конструкции двигателя неосуществимым, и для того, чтобы сделать выводы, необходимо провести дополнительные исследования. [15]

Другие исследования [ править | править код ]

Другие эксперименты использовали численные процедуры, чтобы лучше понять поле потока RDE. [16] В 2020 году в исследовании из Университета Вашингтона было исследовано экспериментальное устройство, позволяющее контролировать такие параметры, как размер зазора цилиндра. Используя высокоскоростную камеру, они смогли увидеть, что она работает в очень медленном движении. На основании этого они разработали математическую модель для описания процесса. [17]

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 2020, T. 490, № 1, стр. 82-86

ДЕТОНАЦИОННАЯ ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ

С. М. Фролов 1, * , В. С. Иванов 1 , И. О. Шамшин 1 , В. С. Аксенов 1 , М. Ю. Вовк 2 , И. В. Мокрынский 2 , В. А. Брусков 3 , Д. В. Игонькин 3 , С. Н. Москвитин 3 , А. А. Илларионов 3 , Е. Ю. Марчуков 4

1 Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
Москва, Россия

2 ПАО “ОДК-УМПО”, филиал ОКБ им. А. Люльки
Москва, Россия

3 В/ч 15650-16
Московская обл., пос. Щёлково-10, Россия

4 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Москва, Россия

Поступила в редакцию 06.09.2019
После доработки 06.09.2019
Принята к публикации 23.10.2019

Впервые разработана, изготовлена и испытана детонационная форсажная камера сгорания (ДФКС), работающая на непрерывно-детонационном горении авиационного керосина ТС‑1. Огневые испытания ДФКС в комбинации с малогабаритным одноконтурным турбореактивным двигателем TJ100S-125 проведены на наземном стенде. В испытаниях зарегистрированы устойчивые режимы непрерывно-детонационного горения авиационного керосина – околопредельный режим продольно-пульсирующей детонации (ППД) и режим спиновой детонации (СД) с одной детонационной волной. По сравнению с обычной форсажной камерой сгорания при том же уровне внутрикамерного давления удельный расход топлива в ДФКС оказался на 30% ниже, а удельная тяга и коэффициент форсирования тяги – на 30% выше. Показано, что при работе в режиме ППД средний тепловой поток в стенки ДФКС составляет около 0.5 МВт/м 2 , а в режиме СД – 0.86 МВт/м 2 . Эти показатели свидетельствуют о высоких потенциальных возможностях ДФКС применительно к перспективным воздушно-реактивным двигателям.

В [1–3] представлено экспериментальное доказательство энергоэффективности детонационного цикла Зельдовича применительно к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД). Показано, что при переходе от дефлаграционного горения топливных компонентов к детонационному, удельный импульс тяги ЖРД увеличивается на 7–8% при прочих равных условиях [1, 2]. Более того, в детонационном ЖРД одинаковый по значению удельный импульс тяги получается при вдвое меньшем давлении в камере сгорания, чем в ЖРД на обычном горении, что позволяет улучшить массогабаритные характеристики турбонасосного агрегата [3].

Цель данного исследования заключалась в экспериментальном доказательстве энергоэффективности цикла Зельдовича применительно к воздушно-реактивным двигателям, работающим на штатном авиационном керосине ТС-1.

Для достижения цели нами поставлена и решена задача о форсировании тяги малоразмерного одноконтурного турбореактивного двигателя (ТРД) TJ100S-125 с помощью детонационной форсажной камеры сгорания (ДФКС). ТРД TJ100S-125 оснащен одноступенчатыми центробежным компрессором и осевой турбиной, суживающимся реактивным соплом диаметром 100 мм, работает на стандартном авиационном керосине ТС-1 и обладает максимальной тягой 1250 Н и удельным расходом топлива выше 1.0 кг/кГс/ч. Чтобы поддерживать температуру газа перед неохлаждаемой турбиной на достаточно низком уровне (не выше ∼1200°C), ТРД работает на керосино-воздушных смесях с высоким коэффициентом избытка воздуха от 4.0 до 6.0. Избыток окислителя, не прореагировавшего в основной камере сгорания, можно использовать для форсирования тяги ТРД с помощью ДФКС при дополнительной подаче керосина в поток продуктов сгорания, т.е. установить ДФКС вместо штатного сопла ТРД и максимально использовать поданный в ТРД окислитель, сжигая его в детонационном режиме. В этом случае энергоэффективность ДФКС можно оценить, сравнив ее удельные характеристики с удельными характеристиками обычных форсажных камер сгорания в двухконтурных ТРД при том же уровне внутрикамерного давления.

Читать еще:  Bmw e53 какой лучший двигатель

Облик и геометрические размеры ДФКС получены на основе многовариантного параметрического трехмерного численного моделирования с использованием вычислительной технологии ФИЦ ХФ РАН [4]. Экспериментальный образец ДФКС изготовлен в ФИЦ ХФ РАН и испытан на стенде ИС-1М в/ч 15650-16 в комбинации с малогабаритным одноконтурным турбореактивным двигателем TJ100S-125.

ДФКС представляет собой осесимметричную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками с наружным диаметром 200 мм и длиной 800 мм, оснащенную сменным суживающимся реактивным соплом. Чтобы уменьшить влияние ДФКС на работу ТРД вследствие возникающего при детонации высокого противодавления, на входе в ДФКС предусмотрено локальное сужение проточной части, причем площадь “критического” сечения равна площади поперечного сечения штатного сопла ТРД. Керосин подается в ДФКС через два пояса радиальных отверстий диаметром 0.15 мм (всего 240 штук), равномерно распределенных на наружной и внутренней стенках кольцевого зазора на расстоянии 10 мм ниже по течению от “критического” сечения. Сменные сопла ДФКС имеют диаметр выходного сечения 100, 120, 140 и 150 мм. На входе в ДФКС предусмотрены коллекторы подачи кислорода, позволяющие восстановить его массовую долю до уровня 23%, как в воздухе. Внутренняя и внешняя стенки ДФКС, а также опорные пилоны и часть сопла охлаждаются водой. По измерениям температуры охлаждающей воды оцениваются средние тепловые потоки в стенки ДФКС. Комбинированная силовая установка (СУ) TJ100S-125–ДФКС устанавливается на стенде с тягоизмерительным устройством и запускается в различных режимах работы ТРД. Зажигание горючей смеси в ДФКС производится с помощью авиационной свечи зажигания и/или трубки-предетонатора. Максимальная продолжительность огневого испытания с подачей керосина в ДФКС составляет 10 с. На рис. 1 показана фотография СУ в одном из огневых испытаний.

Рис. 1.

Фото комбинированной силовой установки ТРД–ДФКС в одном из огневых испытаний.

Параметры рабочего процесса в ДФКС регистрируются с помощью четырех датчиков статического давления и четырех датчиков пульсаций давления. Датчики установлены на импульсных трубках (6 × 1 мм) длиной 800 мм. Система измерений также включает термопары, расходомеры, датчик тяги и видеокамеры. Факт детонационного горения регистрируется по показаниям датчиков пульсаций давления. При обычном горении пульсации давления в ДФКС не проявляют какой-либо регулярности и имеют малую амплитуду. При детонационном горении регистрируется доминирующая частота пульсаций, соответствующая частоте прихода детонационной волны в точку размещения соответствующего датчика, а сами пульсации имеют ярко выраженный треугольный профиль с крутыми фронтами и большой амплитудой. На рис. 2 приведен пример записей датчиков пульсаций давления в одном из огневых испытаний с последовательным зажиганием горючей смеси в ДФКС сначала с помощью свечи зажигания (6.24 с), а затем с помощью трубки-предетонатора (6.33 с). В этом испытании зажигание свечой приводит к обычному горению с нерегулярными пульсациями давления малой амплитуды, а перепуск детонационной волны из трубки-предетонатора приводит к детонационному горению горючей смеси с регулярными пульсациями давления (см. вставку на рис. 2) высокой амплитуды с крутыми фронтами.

Рис. 2.

Записи датчиков пульсаций давления в огневом испытании с последовательным зажиганием горючей смеси в ДФКС сначала с помощью свечи зажигания, а затем с помощью трубки-предетонатора.

Большинство испытаний проведено с восстановлением массовой доли кислорода в продуктах сгорания ТРД до уровня 23% и при работе ТРД на режимах 83–85% максимальной тяги. При этом суммарный коэффициент избытка воздуха в ДФКС достигал значений 0.6–1.8, т.е. в ДФКС дожигался почти весь воздух, несгоревший в основной камере сгорания ТРД. В испытаниях зарегистрированы устойчивые режимы непрерывно-детонационного горения авиационного керосина – околопредельный режим продольно-пульсирующей детонации (ППД) с характерной частотой пульсаций давления 0.2–0.4 кГц и средним тепловым потоком в стенки ДФКС ∼0.50 МВт/м 2 и режим спиновой детонации (СД) с характерной частотой пульсаций давления 1.0–1.5 кГц и средним тепловым потоком в стенки ДФКС 0.86 МВт/м 2 , – а также режим обычного горения при постоянном давлении (ГПД), стабилизированного на опорных пилонах ДФКС. Режим ППД в кольцевых камерах сгорания ранее обнаружен в [5, 6 ] в экспериментах с водородом. В этом режиме детонация периодически реинициируется в выходной части ДФКС и распространяется против течения свежей горючей смеси по направлению к отверстиям подачи керосина. Режим СД отличается значительно более высокой частотой вследствие вращения одной детонационной волны в кольцевом зазоре в окрестности отверстий подачи керосина со скоростью около 1000 м/с.

По сравнению с обычной форсажной камерой сгорания при том же уровне внутрикамерного давления тяговые характеристики ДФКС, работающей на детонационном горении керосина, оказались значительно лучше: удельный расход топлива в ДФКС в среднем на 30% ниже, а удельная тяга и коэффициент форсирования тяги в среднем на 30% выше. Чтобы понять причину такого улучшения характеристик, рассмотрим рис. 3. На рис. 3 показаны записи датчиков статического давления в ДФКС в одном из огневых испытаний, в котором зарегистрирован переход от околопредельного режима ППД к режиму ГПД с последующим возвратом к режиму ППД. Датчики давления (ДД) расположены на расстоянии 50 мм (ДД1), 170 мм (ДД4), 290 мм (ДД7) и 410 мм (ДД10) ниже по течению от “критического” сечения ДФКС. Видно, что в режиме ППД давление на датчиках ДД1 и ДД4 значительно выше, чем в режиме ГПД, особенно на датчике ДД1, расположенном ближе к отверстиям подачи керосина. Датчики ДД7 и ДД10 показывают незначительное изменение давления во время переходов ППД–ГПД и ГПД–ППД. Избыточное давление, зарегистрированное датчиками ДД1 и ДД4, создает дополнительную силу на внутренние поверхности ДФКС и значительно увеличивает общую тягу СУ. Тот факт, что статическое давление на выходе из ДФКС (датчик ДД10) для режимов ППД и ГПД почти одинаково, указывает на малые отличия в полноте сгорания в этих режимах. Важно отметить, что при стационарной работе ДФКС в режиме СД повышение статического давления, зарегистрированное датчиком ДД1, на 10–15% выше, чем в режиме ППД при близких режимах работы СУ (рис. 4).

Читать еще:  Двигатель бмв сколько до капиталки
Рис. 3.

Записи датчиков статического давления ДД1, ДД4, ДД7 и ДД10 в огневом испытании с кратковременной сменой рабочих режимов: ППД–ГПД–ППД.

В России испытали детонационный двигатель тягой две тонны

Испытания детонационного двигателя

Фонд перспективных исследований

Научно-производственное объединение «Энергомаш» провело испытания модельной камеры жидкостного детонационного ракетного двигателя, тяга которого составила две тонны. Об этом в интервью «Российской газете» заявил главный конструктор «Энергомаша» Петр Левочкин. По его словам, эта модель работала на керосине и газообразном кислороде.

Детонацией называется такое горение какого-либо вещества, в котором фронт горения распространяется быстрее скорости звука. При этом по веществу распространяется ударная волна, за которой следует химическая реакция с выделением большого количества тепла. В современных ракетных двигателях сгорание топлива происходит с дозвуковой скоростью; такой процесс называется дефлаграцией.

Детонационные двигатели сегодня делятся на два основных типа: импульсные и ротационные. Последние еще называют спиновыми. В импульсных двигателях происходят короткие взрывы по мере сгорания небольших порций топливо-воздушной смеси. В ротационных же горение смеси происходит постоянно без остановки.

В таких силовых установках используется кольцевая камера сгорания, в которой топливная смесь подается последовательно через радиально расположенные клапаны. В таких силовых установках детонация не затухает — детонационная волна «обегает» кольцевую камеру сгорания, топливная смесь за ней успевает обновиться. Ротационный двигатель впервые начали изучать в СССР в 1950-х годах.

Детонационные двигатели способны работать в широком пределе скоростей полета — от нуля до пяти чисел Маха (0-6,2 тысячи километров в час). Считается, что такие силовые установки могут выдавать большую мощность, потребляя топлива меньше, чем обычные реактивные двигатели. При этом конструкция детонационных двигателей относительно проста: в них отсутствует компрессор и многие движущиеся части.

Новый российский жидкостный детонационный двигатель разрабатывается совместно несколькими институтами, включая МАИ, Институт гидродинамики имени Лаврентьева, «Центр Келдыша», Центральный институт авиационного моторостроения имени Баранова и Механико-математический факультет МГУ. Разработку курирует Фонд перспективных исследований.

По словам Левочкина, во время испытаний давление в камере сгорания детонационного двигателя составило 40 атмосфер. При этом установка надежно работала без сложных систем охлаждения. Одной из задач испытаний было подтверждение возможности детонационного горения кислородно-керосиновой топливной смеси. Ранее сообщалось, что частота детонации в новом российском двигателе составляет 20 килогерц.

Первые испытания жидкостного детонационного ракетного двигателя состоялись летом 2016 года. Испытывался ли с тех пор двигатель еще раз, неизвестно.

В конце декабря 2016 года американская компания Aerojet Rocketdyne получила контракт Национальной лаборатории энергетических технологий США на разработку новой газотурбинной энергетической установки на базе ротационного детонационного двигателя. Работы, по итогам которых будет создан прототип новой установки, планируется завершить к середине 2019 года.

По предварительной оценке, газотурбинный двигатель нового типа будет иметь по меньшей мере на пять процентов лучшие характеристики, чем обычные такие установки. При этом сами установки можно будет сделать компактнее.

Все о транспорте газа

Военно-морские силы США планируют в будущем провести модернизацию силовых газотурбинных установок, которые в настоящее время установлены на их самолетах и кораблях, поменяв обычные двигатели с циклом Брайтона на ротационные детонационные двигатели. За счет этого предполагается экономия топлива на сумму около 400 миллионов долларов ежегодно. Однако серийное использование новых технологий возможно, по оценкам экспертов, не ранее, чем через десятилетие.

Разработки ротационных, или спиновых ротационных двигателей в Америке проводятся Научно-исследовательской лабораторией флота США. Согласно первоначальным подсчетам, новые двигатели будут обладать большей мощностью, а также примерно на четверть экономичнее обычных двигателей. При этом, основные принципы работы силовой установки останутся прежними – газы от сгоревшего топлива будут поступать в газовую турбину, вращая ее лопасти. Согласно данным лаборатории ВМС США, даже в относительно далеком будущем, когда весь американский флот будет приводиться в действие при помощи электричества, за выработку энергии по-прежнему будут отвечать газовые турбины, в определенной степени видоизмененные.

Напомним, что изобретение пульсирующего воздушно-реактивного двигателя приходится на конец девятнадцатого века. Автором изобретения был шведский инженер Мартин Виберг. Широкое распространение новые силовые установки получили в годы Второй мировой войны, хотя они значительно уступали по своим техническим характеристикам авиадвигателям, которые существовали в то время.

Надо заметить, что на данный момент времени американский флот насчитывает 129 кораблей, на которых используется 430 газотурбинных двигателя. Каждый год расходы на обеспечение их топливом составляют порядка 2 миллиардов долларов. В будущем, когда современные двигатели будут заменены новыми, изменятся и объемы затрат на топливную составляющую.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые в настоящее время, работают по циклу Брайтона. Если определить суть данного понятия в нескольких словах, то все сводится к последовательному смешиванию окислителя и топлива, дальнейшем сжатии полученной смеси, затем – поджоге и горении с расширением продуктов горения. Это расширение как раз и используется для приведения в движение, перемещения поршней, вращения турбины, то есть выполнения механических действий, обеспечивая постоянное давление. Процесс горения топливной смеси двигается с дозвуковой скоростью – этот процесс носит название дафлаграция.

Что касается новых двигателей, то ученые намерены использовать в них взрывное горение, то есть детонацию, при которой горение происходит со сверхзвуковой скоростью. И хотя в настоящее время явление детонации еще изучено не в полной мере, однако известно, что при таком виде горения возникает ударная волна, которая распространяясь по смеси топлива и воздуха вызывает химическую реакцию, следствием которой является выделение довольно большого количества тепловой энергии. Когда ударная волна проходит через смесь, происходит ее нагрев, что и приводит к детонации.

В разработке нового двигателя планируется использовать определенные наработки, которые были получены в процессе разработки детонационного пульсирующего двигателя. Его принцип работы состоит в том, что предварительно сжатая топливная смесь подается в камеру сгорания, где осуществляется ее поджог и детонация. Продукты горения расширяются в сопле, выполняя механические действия. Затем весь цикл повторяется сначала. Но недостатком пульсирующих двигателей является то, что частота повторения циклов слишком мала. Помимо этого, конструкция самих этих двигателей в случае увеличения числа пульсаций становится более сложной. Это объясняется необходимостью синхронизации работы клапанов, которые отвечают за подачу топливной смеси, а также непосредственно самими циклами детонирования. Пульсирующие двигатели ко всему прочему еще и очень шумные, для их работы необходимо большое количество топлива, а работа возможна только при постоянном дозированном вспрыскивании топлива.

Читать еще:  Двигатель yd25ddti не развивает обороты

Если сравнивать ротационные детонационные двигатели с пульсирующими, то принцип их работы немного отличается. Так, в частности, в новых двигателях предусмотрена постоянная незатухающая детонация топлива в камере сгорания. Подобное явление получило название спиновая, или вращающаяся детонация. Впервые она была описана в 1956 году советским ученым Богданом Войцеховским. А открыто это явление было гораздо раньше, еще в 1926 году. Первопроходцами стали британцы, которые заметили, что в определенных системах возникала яркая светящаяся «голова», которая двигалась по спирали, вместо детонационной волны, имеющей плоскую форму.

Войцеховский же, использовав фоторегистратор, который сам же и сконструировал, сфотографировал фронт волны, которая двигалась в кольцевой камере сгорания в топливной смеси. Спиновая детонация отличается от плоской тем, что в ней возникает единственная ударная поперечная волна, затем следует нагретый газ, который не прореагировал, а уже за этим слоем находится зона химической реакции. И именно такая волна предотвращает сгорание самой камеры, которую Марлен Топчиян обозвал «сплющенным бубликом».

Необходимо отметить, что в прошлом детонационные двигатели уже применялись. В частности речь идет и пульсирующем воздушно-реактивном двигателе, который использовался немцами в конце Второй мировой войны на крылатых ракетах «Фау-1». Производство его было достаточно простое, использование достаточно легкое, однако при этом этот двигатель был не очень надежным для решения важных задач.

Далее, в 2008 году, в воздух поднялся Rutang Long-EZ — экспериментальный самолет, оснащенный детонационным пульсирующим двигателем. Полет длился всего десять секунд на высоте тридцати метров. За это время силовая установка развила тягу порядка 890 ньютонов.

Экспериментальный образец двигателя, представленный американской лабораторией ВМС США, — это кольцевая конусообразная камера сгорания, имеющая диаметр 14 сантиметров со стороны подачи топлива и 16 сантиметров со стороны сопла. Между стенками камеры расстояние составляет 1 сантиметр, при этом «трубка» имеет длину 17,7 сантиметров.

Смесь воздуха и водорода используется в качестве топливной смеси, которая подается под давлением 10 атмосфер в камеру сгорания. Температура смеси составляет 27,9 градусов. Отметим, данная смесь признана самой удобной для изучения явления спиновой детонации. Но, как утверждают ученые, в новых двигателях вполне можно будет использовать топливную смесь, состоящую не только из водорода но и из других горючих компонентов и воздуха.

Экспериментальные исследования ротационного детонационного двигателя показали его большую эффективность и мощность по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Еще одно достоинство – значительная экономия топлива. В то же время, в ходе проведения эксперимента было выявлено, что сгорание топливной смеси в ротационном «пробном» двигателе происходит неоднородно, поэтому необходимо оптимизировать конструкцию двигателя.

Продукты горения, которые расширяются в сопле, можно собрать в одну газовую струю с помощью конуса (это так называемый эффект Коанда), а затем эту струю отправлять в турбину. Под действием этих газов турбина будет вращаться. Таким образом, частично работу турбины можно будет использовать для приведения в движение кораблей, а частично – для выработки энергии, которая необходима для корабельного оборудования и различных систем.

Сами двигатели можно производить без подвижных частей, что значительно упростит их конструкцию, что, в свою очередь, снизит стоимость силовой установки в целом. Но это только в перспективе. Перед тем, как запускать новые двигатели в серийное производство, необходимо решить немало непростых задач, одной из которых является подбор прочных термостойких материалов.

Отметим, что в данный момент ротационные детонационные двигатели считаются одними из наиболее перспективных двигателей. Разработками их также занимаются ученые из Техасского университета в Арлингтоне. Силовая установка, которая были ими создана, была названа «двигателем непрерывной детонации». В том же университете проводятся исследования по подбору различных диаметров кольцевых камер и различных топливных смесей, в состав которых входят водород и воздух или кислород в различных пропорциях.

В России также ведутся разработки в данном направлении. Так, в 2011 году, по словам управляющего директора научно-производственного объединения «Сатурн» И.Федорова, силами ученых Научно-технического центра имени Люльки, ведутся разработки пульсирующего воздушного реактивного двигателя. Работа ведется параллельно с разработками перспективного двигателя, получившего название «Изделие 129» для Т-50. Помимо этого, Федоров также сказал, что объединение ведет исследования по созданию перспективных самолетов следующего этапа, которые, как предполагается, будут беспилотными.

При этом руководитель не уточнил, о каком именно виде пульсирующего двигателя идет речь. В данный момент известны три типа таких двигателей – бесклапанный, клапанный и детонационный. Общепринятым, между тем, признан факт, что пульсирующие двигатели являются наиболее простыми и дешевыми в производстве.

На сегодняшний день некоторые крупные оборонные фирмы занимаются проведением исследований в сфере создания пульсирующих высокоэффективных реактивных двигателей. Среди этих фирм – американские Pratt & Whitney и General Electric и французская SNECMA.

Таким образом, можно сделать определенные выводы: создание нового перспективного двигателя имеет определенные трудности. Главная проблема в данный момент заключается в теории: что именно происходит при движении ударной детонационной волны по кругу, известно лишь в общих чертах, а это в значительной степени усложняет процесс оптимизации разработок. Поэтому новая технология, хотя и имеет очень большую привлекательность, но в масштабах промышленного производства она малореализуема.

Однако если исследователям удастся разобраться с теоретическими вопросами, можно будет говорить о настоящем прорыве. Ведь турбины используются не только на транспорте, но и в энергетической сфере, в которой повышение КПД может иметь еще более сильный эффект.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector