Двигатель с тангенциальной подачей топлива

[opinion]

Мои представления о процессах в камере сгорания ограничены небольшим курсом по двигательным установкам в Военмехе (это не основная моя кафедра) и тем, что читал сам для общего развития. Полученные эффекты противоречат моему пониманию. Но установка готовая уже есть. Утверждается, что эффект есть. При этом, по утверждениям, этот эффект лежит не в диапазоне за пределами измерения. В свое время и сейчас много чего экспериментируют с процессами горения в камере сгорания, но крутить газы относительно продольной оси ни кто вроде бы не пробовал. В любом случае выяснить, что там происходит при этом, очень интересно если не с практической, то с научной точки зрения. Вбухивания миллиардов потом и кровью заработанных народом денег, не ожидается. Более того, чел сделал работу на свои. Так что обвинять его в попытках заработать... Так что сразу лезть с обвинениями в чем либо я не буду. Раз его работой заинтересовались и денег дают, то мне остается за него порадоваться и наблюдать за результатами. Что бы не говорила наука, а практика все расставит по своим местам и даст новую пищу для науки.

И всё же, прежде чем давать деньги, нужно оценить, за счет чего можно получить увеличение тяги в такой системе. Дополнительную "кинетическую энергию" можно грубо оценить, сравнив тягу ЖРД с тягой двигателя на холодном газе на тех же компонентах. Полагаю, окажется недостаточно. Чем бы ни было "плазменное горение", больше энергии, чем теплота сгорания, не получится. Рассуждения про ионизацию просто нет смысла рассматривать: просто наукоподобная болтовня.

Если у него в экспериментах тяга при закручивании действительно увеличивается, то единственное правдоподобное объяснение - у него компоненты сгорают не полностью, и при закручивании просто чуть лучше. Но это тоже не точно. Массовый расход-то он не мерил, только давление. Скорее всего, там просто проблемы с измерениями.

[Антон]

Мои представления о процессах в камере сгорания ограничены небольшим курсом по двигательным установкам в Военмехе (это не основная моя кафедра) и тем, что читал сам для общего развития. Полученные эффекты противоречат моему пониманию. Но установка готовая уже есть. Утверждается, что эффект есть. При этом, по утверждениям, этот эффект лежит не в диапазоне за пределами измерения. В свое время и сейчас много чего экспериментируют с процессами горения в камере сгорания, но крутить газы относительно продольной оси ни кто вроде бы не пробовал. В любом случае выяснить, что там происходит при этом, очень интересно если не с практической, то с научной точки зрения. Вбухивания миллиардов потом и кровью заработанных народом денег, не ожидается. Более того, чел сделал работу на свои. Так что обвинять его в попытках заработать... Так что сразу лезть с обвинениями в чем либо я не буду. Раз его работой заинтересовались и денег дают, то мне остается за него порадоваться и наблюдать за результатами. Что бы не говорила наука, а практика все расставит по своим местам и даст новую пищу для науки.

И всё же, прежде чем давать деньги, нужно оценить, за счет чего можно получить увеличение тяги в такой системе. Дополнительную "кинетическую энергию" можно грубо оценить, сравнив тягу ЖРД с тягой двигателя на холодном газе на тех же компонентах. Полагаю, окажется недостаточно. Чем бы ни было "плазменное горение", больше энергии, чем теплота сгорания, не получится. Рассуждения про ионизацию просто нет смысла рассматривать: просто наукоподобная болтовня.

Если у него в экспериментах тяга при закручивании действительно увеличивается, то единственное правдоподобное объяснение - у него компоненты сгорают не полностью, и при закручивании просто чуть лучше. Но это тоже не точно. Массовый расход-то он не мерил, только давление. Скорее всего, там просто проблемы с измерениями.

Массовый расход мерил, вот таблица для первого варианта двигателя, где регистрировался скачок тяги. Напомню, что в следующих двх версиях автор изменил расположение форсунок, и скачка уже не было, все работало ровно от 0 до 100%, что само по себе уже интересно.



Вот таблица самой интересной 3-ей версии, но тут без расхода.



Вот цитата автора по поводу измерений:
glebkulev1 дек в 13:47

У меня был сильно ограничен бюджет( деньги то из своего кармана) хотелось гораздо больше контрольно измерительного оборудования, краны управления с электроприводом, камеры нормальные да и много еще чего. Но исходил из того что есть и отказываться от испытаний в виду отсутствия денег не собирался. Ну и собственно собрал много интересной информации для проведения дальнейших исследований. Да и судя по реакции сообщества статья крайне полезная и своевременная.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

но крутить газы относительно продольной оси ни кто вроде бы не пробовал

Вихрекамерные дизеля. Дизель ЭЛКО с вихревой камерой в поршне. Самопальные ТРД из автомобильного турбокомпрессора с внешней вихревой КС(лет 10+ назад такую даже сам предлагал на форуме REAA) и тд. Трубки Ранка-Хилша не вчера появились, по ним даже книжки есть.
Имху

Оно конечно ДА, НО... это не в камере сгорания ракетного двигателя. На новизну в этих изделиях я не покушаюсь.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Тут однозначно надо разобраться только в одном вопросе: получена ли скорость истечения газов в критическом сечении больше звуковой, или это ошибка эксперимента. В первом случае надо будет здорово разбираться, ибо где ни будь оно обязательно пригодится. Ну и науки двинутся вперед, а диссертации начнут вылетать как, ну как эти... Во втором случае все выдыхаем и успокаиваемся.

[AlexNB]

Тут однозначно надо разобраться только в одном вопросе: получена ли скорость истечения газов в критическом сечении больше звуковой, или это ошибка эксперимента. В первом случае надо будет здорово разбираться, ибо где ни будь оно обязательно пригодится. Ну и науки двинутся вперед, а диссертации начнут вылетать как, ну как эти... Во втором случае все выдыхаем и успокаиваемся.

Получена, получена. Правда автор не газодинамик и не понимает, что делает. Для вращающегося потока нет такого понятия как критическое сечение. Для тангенциальной составляющей выполняется закон V*R=const. Т.е. с уменьшением радиуса скорость просто растет и без проблем проходит критическую и при дальнейшем уменьшении радиуса вращения - продолжает увеличиваться, до тех пор, пока по оси потока не установится давление окружающей среды. Кстати, при определенных геометрических условиях скорость истечения может зависеть от давления входа тангенциальной струи.   

[mihalchuk]

Я подумал - для чего? Энергии лишней взяться неоткуда. Если такая подача позволит убрать рубашку охлаждения с КС, то - да! А так напоминает опыты зари ракетостроения, когда пробовали всякую экзотику. Например, у камеры двигателя ФАУ-2 были форкамеры. Возможно, такой способ увеличит полноту сгорания.

[Владимир Шпирько]

Вот, в комментариях

Т.е. самый лучший результат автор решил в статью не включать?.. o_O
Это уже выглядит как какое-то "сочинение на лету".

Возможно Вы не поверите, но!  скорость истечения через критику НЕ ЗАВИСИТ от давления в камере сгорания.

В вакууме - нет. При наличии внешнего давления - есть. Из очевидного: если при работе на уровне моря давление в камере сгорания равно одной атмосфере, то скорость истечения - нулевая, т.к. снаружи и внутри давления одинаковые.

Согласен.  Крайний случай не учел.  Уточню, по памяти, при давлении в КС больше 1,7 Рвнеш, для многоатомных газов - в критике устанавливается истечение со скоростью звука и! больше не растет. 

[Serge V Iz]

Для тангенциальной составляющей выполняется закон V*R=const

Предполагается сохранение циркуляции в потоке? Там, по-моему, должны существенно работать и вязкость и теплопотери.

При какой-то тангенциальной скорости, действительно, образуется (ненулевого диаметра) примерно цилиндрическая или коническая поверхность, на которой примерно давление 0 и примерно скорость звука. А ещё ближе к середине уже не очень понятно, что должно происходить.

[telekast]

Я подумал - для чего? Энергии лишней взяться неоткуда. Если такая подача позволит убрать рубашку охлаждения с КС, то - да! А так напоминает опыты зари ракетостроения, когда пробовали всякую экзотику. Например, у камеры двигателя ФАУ-2 были форкамеры. Возможно, такой способ увеличит полноту сгорания.

Единица газа при движении по спирали проходит бОльший путь нежели при движении по прямой, те пристеночные слои будут контактировать суммарно с бОльшей площадью стенок КС = выше тепоопотери.
С другой стороны молекулы кислорода почти вдвое тежелей молекул метана, отсюда будет происходить разделение топливной  смеси(как в трубе Ранка-Хилша, которые, в частности, для подлбных целей и применяют): у стенок будет избыток кислорода, а по оси избыток метана, в пределе в пристеночном слое будет чистый кислород, а по оси чистый метан. Полнота сгорания ухудшится. Но это же может гипотетически немного снизить теплопотери в стенку за счет прослойки относительно "холодного" кислорода возле стенок КС.
Далее. Я обратил внимание, что на рисунках тангенциальные форсунки изображены в виде сопел Лаваля, те сверхзвуковое течение может быть уже на этапе впрыска в КС. При этом волна давления будет распространятся только по потоку, к соплу, что может обьяснить заявленное снижение противодавления на ыорсунках. Правда неясно почему не присзодит срыва пламени факела в КС, который, по идее, должен быть.
Ну и еще один размышлизм. Тк мы имеем давление у стенок выше чем по оси, то внутри потока может иметь место расширение продуктов сгорания от стенок к оси, как в сопле Лаваля, или, скорее как в некоем виртуальном внутреннем аэроспайке. Но спрямляющий аппарат перед срезом сопла я бы все равно поставил.
Имху

[Владимир Шпирько]

Поскольку автор - КТН, я очень надеюсь, что стенд и основные замеры были сделаны без существенных просчетов.
Что касается теоретической части, то конечно, все основано на небезупречных предположениях.
Но это задача для серьезного колллектива, а не одиночки, учитывая, что физические процессы могут сильно отличаться от классического набора.

Если он и правда ктн, то должен знать, как пишут научные статьи. Но у него почему-то вообще нет описания, как проводились измерения. Да и что именно измерялось описано очень скудно. Теоретической части там вообще нет.

Нашел, возможно это он
"Прорывная концепция ракетного двигателя"

Автор: Кулев Глеб, кандидат технических наук  - это из статьи.


"Исследование и разработка голографического контрольного модуля для изделий электронной техники!
кандидата технических наук
Кулев, Глеб Георгиевич
город
Москва
год
1992
специальность ВАК РФ
05.12.13. 

Это из диссера.
"ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность проблемы. Современные электронные изделия требуют многостороннего контроля на различных стадиях производственного процесса. Особые требования предъявляются к работе изделий электронной техники при вибрационных воздействиях во время эксплуатации авиационных приборов и бортовых ЭВМ. Голографическая интерферометрия является новым направлением оптических методов измерения, которое в процессе работ достигло такой степени развития, когда, пройдя стадию лабораторных исследований, становится методом промышленного измерения. "

Область не та, но!  Измерять и описывать процесс измерения умеет.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

В общем, объяснений того, почему этого не может быть - получено достаточно. Ну и их уж очень много и из разных опер. Посмотрим, что даст практика? Помним, что майский жук, или шмель (кому что нравится), летать не может. Но летает ведь стервец... 

[telekast]

Помним, что майский жук, или шмель (кому что нравится), летать не может. Но летает ведь стервец...

Для расчетов полета майского жука нужно учитывать вязкость воздуха, которой при расчете дозвуковых самолетов пренебрегают. Все дело в размерах и массе. Пыль в воздухе тоже висит часами и сутками по той же причине. Вот и вся "тайна".
Имху 

[SONY]

Помним, что майский жук, или шмель (кому что нравится), летать не может. Но летает ведь стервец... 

Это - байка из 1930-х, когда делались самые первые, крайне примитивные и неточные, попытки описать полёт насекомых.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Помним, что майский жук, или шмель (кому что нравится), летать не может. Но летает ведь стервец... 

Это - байка из 1930-х, когда делались самые первые, крайне примитивные и неточные, попытки описать полёт насекомых.

Вот и я об том. Все это, и про жука, и про новый двигатель, на уровне имху. Пожуём - увидим. 

[Антон]

Автор под давлением оппонентов, в том числе и здесь присутствующих), публикует в комментариях некоторые подробности проведения испытаний:

"Как измерялась тяга ? Обычный стенд, ядром которого является сертифицированный динамометр ( это брусок металла с наклеенными пьезоэлементами , фабричного производства с паспортами ), естественно с линейной характеристикой во всем диапазоне, плечо 1 к 4 для большей точности, противовес 100 кг для того что бы находится не в начале измеряемого диапазона, точность 150- 200 грамм, естественно контрольный замер другим динамометром перед испытанием ( значения всегда совподали). Никаких случайных провалов, скачков со стендом произойти не может, а точность его достаточна . Находится он на мощном бетонном фундаменте. Диапазон его работы до 1 тонны силы. Так как максимальная полученная у РД3 тяга четверть тонны, то это вполне достаточно.
Как изменялся массовый секундный расход газовой смеси при испытаниях РД1 ? С помощью карлиолиссового расходомера ( уверен вы знаете что это).
Как измерить скорость истечения газовой струи ? Именно так как вы предположили.
Насчет протонов и электронов при горении в углеводородном топливе. Просто посмотрите на эффект <<бабочки>> в работе , они там есть в достаточном количестве.
Существует ли плазменное горение ? Да существует. Я умышленно упростил терминологию процессов в КС и сопле ( кстати сформулировать можно без проблемм просто на основании результатов испытаний).
Касательно кинетической энергии в КС . В КС со стандартной схемой работы только потенциальная энергия ( температура и давление в КС ), кинетическая энергия возникает только в сопловой части. Так же не забываем что в термодинамике есть понятие идеального газа где скорость газа равна нулю ( в РД с существующей схемой именно так ).
В РД1, 2, 3 газ вращается со скоростью 350 м/с , а секундный расход около 1 кг/с , и вы считаете это не кинетическая энергия ? И этим фактом можно пренебречь ? И это никак не влияет на работу двигателя?
С какого потолка взяли , что их число увеличивается ? Графики дроссельных характеристик стали с квадратичной зависимостью ( у обычных РД зависимость линейная ).
Плазма действительно есть , кстати дрейф частиц зафиксирован на видео, и там много еще чего. Я многие вещи не могу показывать ( по понятны причинам).
Насчет низкого уровня теоретического описания : поймите меня правильно тут главное не в теории , а главное что это возможно вообще. Это самое главное. То есть работа нацелена в первую очередь на достижения результата , и он есть .
А теорию физической модели происходящих процессов я думаю вы же и опишите несколько позже. Если честно технология работает но для построения физических моделей пока маловато данных , хотелось бы побольше."

[AlexNB]

Для тангенциальной составляющей выполняется закон V*R=const

Предполагается сохранение циркуляции в потоке? Там, по-моему, должны существенно работать и вязкость и теплопотери.

При какой-то тангенциальной скорости, действительно, образуется (ненулевого диаметра) примерно цилиндрическая или коническая поверхность, на которой примерно давление 0 и примерно скорость звука. А ещё ближе к середине уже не очень понятно, что должно происходить.

Вязкость конечно работает, но все зависит от величины загромождения потока. Если градиент скорости большой (т.е. маленькая камера и большой расход) то и потери от трения будут большие.
По теплопотерям - там все сложнее - поток расслаивается и с уменьшением радиуса уменьшается и температура в потоке. На этом принципе работают вихревые холодильники. По хорошему, для уменьшения потерь, на выходе конуса нужно ставить спрямляющий аппарат, как в ступенях ТРД. Но это проблемы с его охлаждением.  Но есть впечатление, что без СА большой УИ не получить - не к чему приложить давления для создания тяги.
По давлению - до нуля на оси его снизить нельзя, как раз из-за вязкости, но до долей атмосферы - в принципе можно было бы, но есть перетекание в головке камеры и тут как получится.
Нужно сказать, что нечто подобное (но не совсем) одна американская фирма в 60-х годах исследовала, правда на водороде. Получили хорошее охлаждение КС, но УИ меньше, не помню точно, на 20-30 с.

[ShamgA]

Автор под давлением оппонентов, в том числе и здесь присутствующих), публикует в комментариях некоторые подробности проведения испытаний:

...значения всегда совподали...

 ...С помощью карлиолиссового расходомера ( уверен вы знаете что это)...

Ну... какбэ офигительно портит впечатление об авторе

[Антон]

Автор под давлением оппонентов, в том числе и здесь присутствующих), публикует в комментариях некоторые подробности проведения испытаний:

...значения всегда совподали...
...
 С помощью карлиолиссового расходомера ( уверен вы знаете что это)...

Ну... какбэ офигительно портит впечатление об авторе

Это в комментах, в рамках дискуссии, в контексте допустимо. Просто редактировать не стал.
P.S. Давайте лучше двигатель обсуждать, а не личность автора.

[Владимир Шпирько]

Графики дроссельных характеристик стали с квадратичной зависимостью ( у обычных РД зависимость линейная ).

Вы уверены, что линейная? А не линеаризована?  На самом деле тяга пропорциональна массовому расходу = произведению скорости истечения на плотность истекаемого газа и на поперечное сечение среза сопла.  Плотность газа прямо пропорционально давлению. А при больших давлениях в КС - и оптимизированном сопле - скорость истечения весьма слабо зависит от давления и этой зависимостью пренебрегают.  А вот при сравнительно низких давлениях, как в Вашем случае этой зависимостью нельзя пренебрегать, при этом она вовсе не квадратичная. Но под сравнительно короткую пологую кривую можно подобрать квадратную параболу.  Точек на приведенном графике весьма мало.
Зависимость простая  V=Vкр*корень(1-Рср/Ркс) ^(k-1)/k.  Где Рср - давление на срезе, в нашем случае =1бар; Ркс - давление в КС. k - показатель адиабаты. 

[SONY]

А вот при сравнительно низких давлениях, как в Вашем случае этой зависимостью нельзя пренебрегать

Вы так пишите, будто бы автор статьи присутствует тут. Но это не так.