Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[Hrono]

Zveruga пишет:
Газ будет сгорать при высоком давлении, а не при низком. Детонация совершается в узкой пересжатой области высокого давления - ударной волне.

 Ранее я не совсем корректно выразился, а именно, для того, чтобы газ сгорал при небольшом повышении давления, вам надо поддерживать такое давление в двигателе, а так как вам необходим определённый расход массы для достижения нужной тяги, двигатель будет большого размера сравнительно с ЖРД. Соответственно он будет тяжелым.

Zveruga пишет:
Детонационная технология как раз позволяет снизить массу ВРД за счёт уменьшения компрессора и турбины, и сделать эффективным вывод аппаратов в космос отрывающихся от поверхности земли на ВРД режиме.

 Да, детонационный ВРД по идее может быть легче, чем классический ВРД, но при этом он будет значительно тяжелей, чем ЖРД, а вы собрались эту двигательную установку таскать в космос.

[Старый]

Hrono пишет: 
 Да, детонационный ВРД по идее может быть легче, чем классический ВРД, 

С пульсирующим ВРД не путаешь?

[Hrono]

Старый пишет:
С пульсирующим ВРД не путаешь?

  Нет, в детонационном двигателе не нужна впускная система, давление создаётся в ударной волне, всё остальное в принципе то же самое.

[Старый]

Hrono пишет: 
 Нет, в детонационном двигателе не нужна впускная система, давление создаётся в ударной волне, всё остальное в принципе то же самое.

А через что же поступает горючая смесь и рабочее тело и почему ударная волна не вылетает через это?
Или ударная волна неподвижна и "стоит" в сверхзвуковом потоке?

[Алексей Любопытный]

Hrono пишет:
но при этом он будет значительно тяжелей, чем ЖРД, а вы собрались эту двигательную установку таскать в космос.

Во первых не факт, что рост массы комбинированного двигателя не повысит эффективность, ведь ВРД режим позволяет сэкономить на массе окислителя. Это нужно считать. У нас один институт уже проводил расчёт на возможность осуществления такой схемы - ВРД+ЖРД.

Во вторых, есть предположения, что рост массы не должен быть значительным, так как возможно от компрессора вообще можно отказаться. То есть комбинированный двигатель может выглядеть как двухрежимное воздухозаборное устройство (ВУ)+камера сгорания+сопло. В таком виде масса весомо прирастает только из-за ВУ.

Вот пример, простейший прямоточный детонационный двигатель.

Добавьте к нему топливопровод от баков горючего и окислителя, и механизм закрывания ВУ, вот вам и комбинированный двигатель, в котором нет ни массивного компрессора для сжатия атмосферного воздуха ни массивной турбины призванной крутить этот компрессор.

Hrono пишет:
а так как вам необходим определённый расход массы для достижения нужной тяги

Повышенный расход топлива необходим, но на современных ЖРД эта задача не сильно увеличивает размеры двигателя (сравните камеру сгорания с соплом). Почему она должна увеличить размеры двигателя с детонационной камерой сгорания? Камеры сгорания, детонационная и обычная, не должны особо отличаться в размере друг от друга.

Похоже я понимаю к чему вы приведёте разговор. Мы придём с вами в итоге к тому, что нужно будет успевать сжигать в детонационной камере больше топлива чем в обычной, а так как детонационное горение идёт в узкой области высокого давления, то и размеры камеры должны бать больше. Может больше, а может и нет. Всё зависит от конструкции камеры. Можно рассмотреть варианты:

1. Посмотрите на патент выше, там детонация осуществляется почти вне двигателя. Это позволяет сэкономить на массе и камеры сгорания и сопла.
2. Для камер, в которых детонация осуществляется циклически (волна ходит по камере), в 2013 году был сделан вывод, для повышения эффективности необходимо повышать частоту детонаций. То есть в камере должно быть очень много волн пересжатия, как слоёный пирог.
3. Можно также рассматривать конструкцию двигателя со статичной детонационной волной. Тогда камера сгорания будет относительно маленькой, размером с область пересжатия.

Это всё уже секреты конструирования.

Старый пишет:
Или ударная волна неподвижна и "стоит" в сверхзвуковом потоке?

Да, Старый, бывает и так.

Спойлер

И это, у тебя подгорает.

[свернуть]

[Hrono]

Zveruga пишет:
Почему она должна увеличить размеры двигателя с детонационной камерой сгорания?

 Потому что масса газа в камере сгорания пропорциональна давлению помноженному на объём. Раз у вас эта система работает на смеси воздуха и горючего, что означает фактически то, что воздух является рабочим телом, то для использования камеры сгорания в режиме ЖРД вам потребуется подавать топливо при давлении того же порядка.

 Помимо этого, на скорости выше примерно 1500-1800 м/с, если не меньше, ВРД станет неэффективен как бы и что бы вы не сжигали.

[Hrono]

Старый пишет:
А через что же поступает горючая смесь и рабочее тело и почему ударная волна не вылетает через это?

 Горючая смесь поступает примерно как в обычном ВРД, ударная волна создаёт импульс в обоих направлениях, но в одном из них эффективней, чем в другом, если вы взорвёте заряд в трубе с двумя разными отверстиями, она полетит в одну сторону.

[Старый]

Hrono пишет:

Старый пишет:
А через что же поступает горючая смесь и рабочее тело и почему ударная волна не вылетает через это?

Горючая смесь поступает примерно как в обычном ВРД, ударная волна создаёт импульс в обоих направлениях, но в одном из них эффективней, чем в другом, если вы взорвёте заряд в трубе с двумя разными отверстиями, она полетит в одну сторону.

Ничего не понял. Нарисуй. Как будет подаваться рабочее тело в камеру в которой происходит детонация? "Как в обычном ВРД" это как? Компрессором? 
Ударная волга взрыва одинаково распространяется во все стороны независимо от величины отверстий. 

Вопрос, кстати, принципиальный. Каким образом топливо и рабочее тело будет поступать из области более низкого давления в область более высокого? 

[Hrono]

Старый пишет:
Нарисуй. Как будет подаваться рабочее тело в камеру в которой происходит детонация? "Как в обычном ВРД" это как? Компрессором?

 Путём естественной или принудительной вентиляции, компрессор с большим повышением давления не нужен.

Старый пишет:
Ударная волга взрыва одинаково распространяется во все стороны независимо от величины отверстий.

 Представьте себе, что вы произвели взрыв в трубе имеющей форму камеры сгорания, но с отверстием в верхней части камеры.

Старый пишет:
Вопрос, кстати, принципиальный. Каким образом топливо и рабочее тело будет поступать из области более низкого давления в область более высокого?

 В изохорном цикле можно не создавать область повышенного давления.

[Владимир Шпирько]

Hrono пишет:

В изохорном цикле можно не создавать область повышенного давления

В изохорном? процессе работа равна НУЛЮ.  А изохорный ЦИКЛ? это что?

[Hrono]

Владимир Шпирько пишет:
А изохорный ЦИКЛ? это что?

  Вот это. - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA%D0%BB_%D0%A5%D0%B0%D0%BC%D1%84%D1%80%D0%B8

[Юрий Темников]

Тревожат смутные подозрения.В ЖРД ВЧ колебания обычно заканчиваются взрывом.При детонации давление ещё выше.Оно как?Направленная детонация?Или пипец движку после первого цикла?

[Юрий Темников]

И еще ,в ЖРД топливо со страшной скоростью подается в КС.Как можно под низким давлением ,да ещё в импульсном режиме сделать то же самое,да ещё и  смешать компоненты попав в резонанс?.

[Владимир Шпирько]

Hrono пишет:

Владимир Шпирько   пишет:
А изохорный ЦИКЛ? это что?

Вот это. -  https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA%D0%BB_%D0%A5%D0%B0%D0%BC%D1%84%D1%80%D0%B8

Я не достаточно выделил слово "ЦИКЛ"?  По ссылке - такого цикла нет. Там цикл состоящий из 4 ПРОЦЕССОВ, и только один из них 2-3 при постоянном об`еме - изохорный. Процесс, а не цикл. 

[Serge V Iz]

Старый пишет:

Hrono пишет:

Старый пишет:
А через что же поступает горючая смесь и рабочее тело и почему ударная волна не вылетает через это?

Горючая смесь поступает примерно как в обычном ВРД, ударная волна создаёт импульс в обоих направлениях, но в одном из них эффективней, чем в другом, если вы взорвёте заряд в трубе с двумя разными отверстиями, она полетит в одну сторону.

Ничего не понял.    Нарисуй. Как будет подаваться рабочее тело в камеру в которой происходит детонация? "Как в обычном ВРД" это как? Компрессором?
Ударная волга взрыва одинаково распространяется во все стороны независимо от величины отверстий.

Вопрос, кстати, принципиальный. Каким образом топливо и рабочее тело будет поступать из области более низкого давления в область более высокого?

Если я хоть что-то понял, то эта часть описания похожа на пульсирующий ВРД (ПуВРД).

[Алексей Любопытный]

Hrono пишет:
Раз у вас эта система работает на смеси воздуха и горючего, то для использования камеры сгорания в режиме ЖРД вам потребуется подавать топливо при давлении того же порядка.

По мне дак воздух сжатый на таких скоростях подать в камеру сгорания гораздо сложнее, чем сжиженный кислород. Он же сжиженный, его концентрация гораздо выше чем в сжатом воздухе.

Hrono пишет:
Помимо этого, на скорости выше примерно 1500-1800 м/с, если не меньше, ВРД станет неэффективен как бы и что бы вы не сжигали.

Ну, не знаю. Американцы, вон, хотели на 10 М замахнуться, но температуру побороть не смогли, так это совсем другая проблема и выходит, что ВРД таки эффективен на таких скоростях.

Нужно многое учитывать, и высоту полёта и торможение воздуха в ВУ в том числе. У нас сейчас современные самолёты летают быстрее скорости звука, а камеры сгорания у них дозвуковые. И ничего, летают. Были годы когда не верили, что можно преодолеть скорость звука.

Hrono пишет:

Старый пишет:
А через что же поступает горючая смесь и рабочее тело и почему ударная волна не вылетает через это?

Горючая смесь поступает примерно как в обычном ВРД, ударная волна создаёт импульс в обоих направлениях, но в одном из них эффективней, чем в другом, если вы взорвёте заряд в трубе с двумя разными отверстиями, она полетит в одну сторону.

Для этого нужен точный расчёт конструкции двигателя. Детонационная волна может выйти за пределы поступающего потока топливной смеси и этого необходимо избегать. Но хочу заметить, что в современных ВРД существует такая же проблема, помпаж двигателя никто не отменял. И борьба с помпажем аналогична решению того вопроса, который задал Старый.


В случае представленном на рисунке выше ударная волна обгоняет детонационную и становится новой детонационной волной. Эта галопирующая волна и есть причина повреждения поршней в двигателях. Нужно так рассчитать скорость подачи топливной смеси и конструкцию двигателя, чтобы галопирующая волна не доходила до топливного тракта.

[Алексей Любопытный]

Serge V Iz пишет:
Если я хоть что-то понял, то эта часть описания похожа на пульсирующий ВРД ( ПуВРД ).

Пульсирующий двигатель может быть детонационным. В этом нет противоречия.

Давайте разделим тему. Выше я давал описание конструкционных ухищрений для камер сгорания и вот как это описание выглядит в научных трудах.

1. Существуют двигатели PDE с пульсирующей ударной волной.
2. Существуют двигатели CDE со стационарной ударной волной.
3. Существуют двигатели RDE с вращающейся ударной волной.

Так вот проблема в основном с RDE двигателями. В принципе я сейчас настроен описать всё подробно, даже в теории, если нужно.

[Алексей Любопытный]

Юрий Темников пишет:
Тревожат смутные подозрения.В ЖРД ВЧ колебания обычно заканчиваются взрывом.При детонации давление ещё выше.Оно как?Направленная детонация?Или пипец движку после первого цикла?

Есть вот такое сообщение в СМИ.

Тем не мене на испытаниях в Химках на «Энергомаше» был зафиксирован установившийся режим непрерывной спиновой детонации – 8 тысяч оборотов в секунду на смеси «кислород – керосин». При этом детонационные волны уравновешивали волны вибрации, а теплозащитные покрытия выдержали высокие температуры.

[Serge V Iz]

Я еще не осилил всю тему, так что формулировка проблемы, если она отличается от "предотвратить разрушительное действие и потерю энергиии на нагрев того, чему в двигателе нагреваться бессмыссленно", поможет )

[Алексей Любопытный]

Юрий Темников пишет:
В ЖРД ВЧ колебания обычно заканчиваются взрывом.При детонации давление ещё выше.Оно как?Направленная детонация?Или пипец движку после первого цикла?

Я так думаю, что в обычном ЖРД при вибрациях взрыв происходит как раз из-за возникновения галопирующей детонационной волны. Детонационный ЖРД специально рассчитывается так, чтобы в нём эта волна возникала при определённых условиях и если эти условия нарушатся, то скорее волна исчезнет и двигатель перейдёт на обычный режим горения. То есть детонационный двигатель при нарушении условий работы должен самоуспокаиваться.

Юрий Темников пишет:
И еще ,в ЖРД топливо со страшной скоростью подается в КС.Как можно под низким давлением ,да ещё в импульсном режиме сделать то же самое,да ещё и смешать компоненты попав в резонанс?.

Я думаю подавать придётся точно также как и в обычном ЖРД, с помощью турбины и компрессора, но потребуется турбина и компрессор меньшего размера или качества, так как нет необходимости нагнетать топливо в КС преодолевая высокое давление в этой камере. Оно ведь там низкое.

Если говорить о PDE или CDE, то топливо потребуется подавать не в импульсном режиме, а в постоянном. Резонансное сжигание в случае PDE будет происходит в специальном резонаторе. То есть попадать в такт не нужно.

А вот с RDE как раз проблема. Необходимо подавать топливо вовремя и в определённые места в двигателе. RDE двигатель самый сложный в плане расчёта, но и самый интересный.