Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[Александр Ч.]

А между тем к рекламе подключают тяжелую артиллерию:

 Dmitry Rogozin ретвитнул(а)
Минпромторг России ‏@minpromtorg_rus  3 ч.3 часа назад
На испытаниях демонстраторы детонационных двигателей показали на 30–50% лучшие удельные тягу и расход топлива http://minpromtorg.gov.ru/press-centre/news/#!v_rossii_nachalas_razrabotka_raketnyh_dvigateley_novogo_pokoleniya ...

 Dmitry Rogozin ретвитнул(а)
Минпромторг России ‏@minpromtorg_rus  3 ч.3 часа назад
Детонационные двигатели позволят увеличить тяговооруженность самолетов в 1,5–2 раза http://minpromtorg.gov.ru/press-centre/news/#!v_rossii_nachalas_razrabotka_raketnyh_dvigateley_novogo_pokoleniya ... #авиастроение

 Dmitry Rogozin ретвитнул(а)
Минпромторг России ‏@minpromtorg_rus  3 ч.3 часа назад
ОДК в ближайшее время начнет создание авиационных и ракетных двигателей нового поколения http://minpromtorg.gov.ru/press-centre/news/#!v_rossii_nachalas_razrabotka_raketnyh_dvigateley_novogo_pokoleniya ...

В РОССИИ НАЧАЛАСЬ РАЗРАБОТКА РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) намерена в ближайшее время начать создание новых авиационных и ракетных двигателей, в которых будут использоваться детонационные технологии.
Демонстраторы технологий детонационных дозвукового и сверхзвукового двигателей уже созданы. На испытаниях они показали на 30–50% лучшие удельные тягу и расход топлива по сравнению с обычными силовыми установками, сообщило РИА «Новости» со ссылкой на данные корпорации.
В проекте по созданию детонационных двигателей будет участвовать Опытно-конструкторское бюро им. Люльки. Бюро предложило разработать семейство таких силовых установок, которые можно было бы использовать на беспилотных летательных аппаратах, крылатых ракетах, воздушно-космических самолетах и ракетах.
Детонационные двигатели отличаются:
– горением топливной смеси, сопровождающимся прохождением по ней ударной волны, которая формируется за счет сверхзвукового распространения по топливной смеси фронта горения;
– широким диапазоном скоростей – от дозвуковых до гиперзвуковых, что может помочь при создании гиперзвуковых ракет, проектирование которых активно ведется в России в последние годы.
В 2013 году Опытно-конструкторское бюро им. Люльки испытало опытный уменьшенный образец пульсирующего резонаторного детонационного двигателя с двухстадийным сжиганием керосиновоздушной смеси. Во время испытаний средняя измеренная тяга силовой установки составила около ста килограммов, а длительность непрерывной работы – более десяти минут. В ходе экспериментов производилось многократное включение и выключение нового двигателя, а также регулирование тяги.
По оценке конструкторского бюро, детонационные двигатели позволят увеличить тяговооруженность самолетов в 1,5–2 раза. Работы по созданию пульсирующих детонационных двигателей ведутся в России с 2011 года.
Помимо России в мире сразу несколько компаний занимаются разработкой детонационных двигателей: французская компания SNECMA и американские General Electric и Pratt & Whitney.

[Salo]

Гидаспов В.Ю. Численное моделирование одномерного стационарного равновесного течения в детонационном двигателе
http://www.mai.ru/upload/iblock/77c/gidaspov_rus.pdf

[Leonar]

на паралае один из наших создателей проговорился что не все так гладко с ними и вообще могут прикрыть, т.к. Результаты мягкоговоря не обнадеживающие...есть экземпляр рабочий, но кпд ниже чем у обычного

[mihalchuk]

Leonar пишет:
на паралае один из наших создателей проговорился что не все так гладко с ними и вообще могут прикрыть, т.к. Результаты мягкоговоря не обнадеживающие...есть экземпляр рабочий, но кпд ниже чем у обычного

Вполне ожидаемо.

[mihalchuk]

Salo пишет:
Гидаспов В.Ю. Численное моделирование одномерного стационарного равновесного течения в детонационном двигателе
 http://www.mai.ru/upload/iblock/77c/gidaspov_rus.pdf

Это относится к прямоточным двигателям (на воздухе), имеющим сверхзвуковую скорость набегающего потока. Тут в целом есть не проблема эффективности термодинамического процесса, а проблема быстрого сжигания топлива. В ЖРД детонация даст невесть что, во всяком случае в детонационной волне произойдёт скачок энтропии, а это не в пользу эффективности.

[Danila Rom]

Нашел пару статей по импульсным детонационным двигателям с резонансной камерой

http://cyberleninka.ru/article/n/rezultaty-stendovyh-ispytaniy-pulsiruyuschih-detonatsionnyh-dvigateley-i-ratsionalnye-oblasti-ih-primeneniya

и

http://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-vzaimodeystviya-mass-gaza-na-tyagovuyu-effektivnost-pulsiruyuschih-dvigateley

Пытаюсь переварить, но т.к. знаний в этой области нет, то очень сложно...
Не смог найти частоту пульсаций для таких двигателей и хоть какую-то анимацию процессов.

[Danila Rom]

Недавно даже был телемост  ЦАГИ-ИТПМ СО РАН-СПбГПУ-НИИМ МГУ
 

Повышение тяговой эффективности реактивных двигателей за счёт присоединения масс газа в пульсирующем рабочем процессе

http://www.tsagi.ru/pressroom/events/seminars/videoseminar-aeromekh/10.11.2015/

Картинка оттуда



Если я правильно понимаю, то присоединение внешней массы это как в двухконтурном двигателе.

Какие-то сверхоптимистичные настроения у ученых в этом направлении...

[Danila Rom]

Вестник РГАТУ 1(24) 2013 г
http://www.rsatu.ru/magazine/1_24_2013.pdf

Страница 23

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТА УВЕЛИЧЕНИЯ ИМПУЛЬСА ПУЛЬСИРУЮЩЕГО
РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ В ВАКУУМЕ ЗА СЧЕТ ПРИСОЕДИНЕНИЯ
СОБСТВЕННОЙ МАССЫ ГАЗА, ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Что пишут:


Присоединение массы повышает тяговый
КПД реактивного двигателя, особенно при малых
скоростях полета, поэтому наибольший эффект от
взаимодействия цикловых масс в пульсирующем
рабочем процессе, обеспечивающий их присоеди-
нение, может быть получен в реактивных двигате-
лях, которые при стационарном истечении газа в
полетных условиях имели бы низкий тяговый
КПД:
– двигатели первых ступеней ракет-
носителей;
– двигатели ориентации космических аппа-
ратов;
– двигатели торможения;
– подъемные двигатели для самолетов верти-
кального взлета и посадки.


Для максимальной реализации эффективно-
сти пульсирующего рабочего процесса сгорание
должно быть детонационным, а коэффициент при-
соединения массы должен изменяться от наиболь-
шего значения при старте до минимального при
переключении на традиционный ракетный двига-
тель за счет управления параметрами рабочих
пульсаций. Детонационное сгорание может позво-
лить применить упрощенную схему топливоподачи
без турбонасосного агрегата.

[mihalchuk]

Ну ребята и загнули... Конечно, если взять сопло ЖРД, и в закритическую область подавать топливо, то тяга повысится. Там давление небольшое, есть область, где меньше атмосферного. Топливо можно подавать под давлением системы наддува. И тогда пресловутый тяговый КПД (отношение тяги к массе двигателя) наверное повысится, но реальный КПД, выводимый из отношения тяги к расходу топлива, - нет.

[Danila Rom]

Изучение сферического резонатора. Есть раскадровка происходящих процессов 
http://www.hysafe.org/science/eAcademy/docs/4thesshs/presentations/ESSHS2009FujiwaraT3.pdf

[Татарин]

mihalchuk пишет:
Ну ребята и загнули... Конечно, если взять сопло ЖРД, и в закритическую область подавать топливо, то тяга повысится. Там давление небольшое, есть область, где меньше атмосферного. Топливо можно подавать под давлением системы наддува. И тогда пресловутый тяговый КПД (отношение тяги к массе двигателя) наверное повысится, но реальный КПД, выводимый из отношения тяги к расходу топлива, - нет.

Ну так идея-то в том, чтобы присоединить массу атмосферного воздуха, "оттолкнуться" от неё.

[Leonar]

В безвоздушном пространстве

[Кубик]

Татарин пишет:

mihalchuk

пишет:
Ну ребята и загнули... Конечно, если взять сопло ЖРД, и в закритическую область подавать топливо, то тяга повысится. Там давление небольшое, есть область, где меньше атмосферного. Топливо можно подавать под давлением системы наддува. И тогда пресловутый тяговый КПД (отношение тяги к массе двигателя) наверное повысится, но реальный КПД, выводимый из отношения тяги к расходу топлива, - нет.

Ну так идея-то в том, чтобы присоединить массу атмосферного воздуха, "оттолкнуться" от неё.

Ну, эжекция из атмосферы ой когда ещё предложена...а вот топливо почём зря лить - так тут уже и воду, и ртуть хотели., а при чём меж собой эта "добавка" и детонационное горение?

[mihalchuk]

Татарин пишет:

mihalchuk пишет:
Ну ребята и загнули... Конечно, если взять сопло ЖРД, и в закритическую область подавать топливо, то тяга повысится. Там давление небольшое, есть область, где меньше атмосферного. Топливо можно подавать под давлением системы наддува. И тогда пресловутый тяговый КПД (отношение тяги к массе двигателя) наверное повысится, но реальный КПД, выводимый из отношения тяги к расходу топлива, - нет.

Ну так идея-то в том, чтобы присоединить массу атмосферного воздуха, "оттолкнуться" от неё.

Если ВРД, то сама идея - правильная. Если ЖРД - непонятная. Берём атмосферный воздух, 1 атм, впрыскиваем топливо, поджигаем (детонируем), будет 3 атм или около того. Тягу можно повысить, но как - кпд, если расширение будет слабым - с 3 до 1 атм. Эжекцию придётся делать по самой периферии сопла, а давление будет быстро меняться с набором высоты - и как это отследить?

[Leonar]

Если только первую ступень в виде врд,  а этот детанационный способ сможет разогнать до уровня гпврд...

[Алексей Любопытный]

Старый пишет:
ПуВРД это не детонационный двигатель.
Так что с детанационным?
Принцип действия и схему хоть кто-нибудь может изложить? Хоть ссылкой хоть своими словами?

Детонационное горение это горение при более высоком давлении в отличие от дефлаграционного (медленного). Повышение давления связано со встречным направлением волн обычного дефлаграционного горения, коих в детонационной волне огромное количество.

В дефлаграционном горении фронт волны один и плоский. И распространяется он от области высокого давления в область низкого с дозвуковой скоростью. Но если две таких волны летят на встречу друг другу, то в месте их столкновения образуется область сверхвысокого давления. Кинетическая энергия обеих волн складывается, к ним прибавляется энергия горения химической реакции топливной смеси и в итоге, в месте столкновения, горение проходит с более высокой температурой.

Более высокая температура в местах столкновения медленных волн, генерирует новую волну, которая в начале своего расширения распространяется со сверхзвуковой скоростью. По этой причине общий фронт детонационной волны состоящей из постоянно возникающих и исчезающих "пузырей" движется быстрее чем фронт плоской дефлаграционной волны горения.
В начале детонации пузырей много.


В конце мало.


Т. е. процесс детонации неустойчивый и вырождается в единую плоскую волну дефлаграционного горения.

[Алексей Любопытный]

Leonar пишет:
В безвоздушном пространстве

В вакууме присоединённой массы атмосферного воздуха нет, но пульсации не только перемешивают недогоревшую реактивную струю с атмосферным воздухом, но и саму реактивную струю.

Пульсации как альтернатива турбинным горелкам. При этом, у пульсационных смесителей существуют частоты резонансов, при которых можно достигать больших энергий горения.

Детонация наглядно.

Как видим, кинетическая энергия в центре сходящейся кольцевой волны выросла. Вниз воде идти некуда. Там стена воды. А вверху свободно. Вся кинетическая энергия с внешнего кольца концентрируется в центре и выходит в одном свободном направлении.

Тоже самое происходит в кольцевом сопле с полусферическим резонатором Гартмана-Пушкина, которое обсуждали выше.

Такой же принцип можно применять в электроракетных двигателях. Там это будет делать даже проще. В одной теме я даже показывал патент, в котором температура реактивной струи повышается путём столкновения её самой с собой.

Самое смешное, что наиболее примитивный способ объяснения происходящего кроется в вот таком устройстве.

[Алексей Любопытный]

Обратите внимание на скорость с которой кольцевая волна движется к центру и на скорость струи поднимающейся вверх. Однако скорость вещества вырастает значительно. А там где растёт скорость истечения, растёт и тяга.

Есть ещё один момент. При росте температуры входящих газов перед резонатором растёт КПД!

На графиках представлены полученные нами обобщенные характеристики ТМ ПуДД, показывающие зависимости их термических КПД ηt, тепловых потерь (характеризуемых отношением ΔS/R, где ΔS- прирост энтропии, а R - газовая постоянная) и удельных параметров Руд.ТМ и Cуд.ТМ от температурыТ2 подаваемого рабочего тела.

Вот этот график объясняет рост КПД с ростом температуры входящих газов.

Как видно, с повышением температуры T2 уменьшается количество отводимой теплоты (q'2 < q2). При этом максимальная температура цикла повышается (T'3 > T3), а температура выхлопных газов снижается (T'4 < T4). В результате возрастают работа цикла Iц = q1 - q2  и термический КПД ηt = 1 - q1/q2 и снижается прирост энтропии (ΔS ' < ΔS), характеризующий тепловые потери.

[avmich]

Татарин пишет:

mihalchuk пишет:
Ну ребята и загнули... Конечно, если взять сопло ЖРД, и в закритическую область подавать топливо, то тяга повысится. Там давление небольшое, есть область, где меньше атмосферного. Топливо можно подавать под давлением системы наддува. И тогда пресловутый тяговый КПД (отношение тяги к массе двигателя) наверное повысится, но реальный КПД, выводимый из отношения тяги к расходу топлива, - нет.

Ну так идея-то в том, чтобы присоединить массу атмосферного воздуха, "оттолкнуться" от неё.

А я-то думал, что это попытки перевести изобарное горение в изохорное .

[Алексей Любопытный]

Leonar пишет:
на паралае один из наших создателей проговорился что не все так гладко с ними и вообще могут прикрыть, т.к. Результаты мягкоговоря не обнадеживающие...есть экземпляр рабочий, но кпд ниже чем у обычного

Ту-243 с детонационником пролетел в 1,5 раза дальше.

Там, где детонация нестабильная, там и КПД низкий. Делайте выводы о конструкторах.