Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[Алексей Любопытный]

avmich пишет:
А я-то думал, что это попытки перевести изобарное горение в изохорное

Конкретно в кольцевом сопле с полусферическим резонатором Гартмана-Пушкина в одной половине двигателя, со стороны полусферического резонатора, происходит изохорное горение, а в другой, со стороны атмосферы, изобарное. Потому, что двигатель внешнего сгорания.

[Алексей Любопытный]

mihalchuk пишет:

Позже теоретические выводы и оценки Зельдовича были подтверждены термодинамическими и многомерными газодинамическими расчетами. Так, термодинамические расчеты показали, что КПД цикла Зельдовича (так сегодня называют цикл с детонационным горением) может на 20%–30% превышать КПД цикла с горением при постоянном давлении, а многомерные газодинамические расчеты рабочего процесса в жидкостном ракетном двигателе с детонационном горением дают превышение КПД на 13%–15% по сравнению с обычным жидкостным ракетным двигателем.

Что такое горение при постоянном давлении? Это то, что происходи в КС ЖРД? Не верю в 20-30%, им неоткуда взяться. КПД современных ЖРД зависит от степени расширения сопла и переваливает за 70%. Что такое обычный ЖРД в смысле расширения сопла?

Вот та научная работа, которая доказала эффективность детонационного горения по сравнению с дефлаграционным.
http://www.frolovs.ru/pdf/2015-22-rus.pdf

А вот видео испытаний того самого двигателя с кольцевой камерой сгорания.

Двигатель получился на 6-7% эффективней и при этом в четыре раза дешевле.

[Алексей Любопытный]

Кубик пишет:

Leonar пишет: Кстати вопрос, на сколько кпд увеличится?

А он вообще увеличится? За счёт чего, простыми словами, должен получиться больший импульс, переданный ракете при сгорании того же количества топлива? Кстати, там что-то про импульсный двигатель речь ведут...не развалится ли вся конструкция от вибрации?  

А как по вашему повышается импульс в обычных ракетных двигателях? Вы же знаете, что это достигается повышением давления. Так вот самое высоко давление можно достичь в детонационной волне. Температура сгорания выше - импульс выше.

Что касается вибраций, то те двигатели, что испытывают наши учёные, достигают частоты детонаций в 10 кГц. Это звук.

[Алексей Любопытный]

Kolobock Kolobock пишет:
На первом рисунке режим непрерывной детонации, на втором обычное горение при тех же условиях. Это конечно не доказательство высокого УИ, но вот такая разница наглядно.

На первом рисунке режим неустойчивой детонации.

[Алексей Любопытный]

Uriy пишет:
Потом американцы в середине 90 заинтересовались по кольцу спиральную детонацию делать,но вроде забросили эту идею.

Не бросили. Сейчас этим занимаются.

[Алексей Любопытный]

korund пишет:
6. Решается проблема со сверхзвуковым горением в атмосфере, соответственно первая ступень может быть с теоретическим УИ в 3000с.

Уже с практическим. 3000 с достигли на экспериментальном образце КНД-400 с водородно-воздушной смесью. Математическое моделирование показало возможность модернизации до 4200 с. Стоимость двигателя оказалась в два раза дешевле аналогичного по удельному импульсу и тяге воздушно-реактивного.

Правда этот ВРД как замена первой ступени ракет не пойдёт, но существуют и детонационные ЖРД обладающие большей эффективностью по сравнению с традиционными.

[Алексей Любопытный]

Старый пишет:

Александр Хороших пишет:
В списке литературы первым идёт упомянутый мной Зельдович, а это вам non penis canina.

На мэтров необходимо ссылаться. Хорошо хоть не Циолковский.    
Зельдович я так понимаю в эпоху Фау-1 тоже баловался.

Эффект спиральной детонации ни как не объяснялся теорией детонации Зельдовича. Войцеховский долго изучал процесс спиральной детонации с помощью скоростной съёмки и нашёл объяснение. Зельдович сам поддержал Войцеховского, который опровергнул теорию Зельдовича.

[Алексей Любопытный]

Старый пишет:
детонационных ЖРД вроде пока не показали.

Их полно. Скорее детонационных ВРД днём с огнём не сыщешь.

[Алексей Любопытный]

Ещё детонационную волну можно представить как хаос, который в процессе своего распространения переходит в состояние равновесия - плоскую волну. Задача конструкторов детонационных двигателей создать генераторы постоянного упорядоченного хаоса.

Ячейки Бенара это упорядоченный хаос.



Ещё одно явление тесно связанное с детонацией это акустическая кавитация, которая давно известна и считается вредным явлением. Собственно детонация в традиционных двигателях также считается вредным явлением, так как повреждает их сложную и хрупкую конструкцию.

[Старый]

Zveruga пишет:

Старый пишет:
детонационных ЖРД вроде пока не показали.

Их полно. 

Назови три самых известных.

[mihalchuk]

Zveruga пишет:

mihalchuk пишет:

Позже теоретические выводы и оценки Зельдовича были подтверждены термодинамическими и многомерными газодинамическими расчетами. Так, термодинамические расчеты показали, что КПД цикла Зельдовича (так сегодня называют цикл с детонационным горением) может на 20%–30% превышать КПД цикла с горением при постоянном давлении, а многомерные газодинамические расчеты рабочего процесса в жидкостном ракетном двигателе с детонационном горением дают превышение КПД на 13%–15% по сравнению с обычным жидкостным ракетным двигателем.

Что такое горение при постоянном давлении? Это то, что происходи в КС ЖРД? Не верю в 20-30%, им неоткуда взяться. КПД современных ЖРД зависит от степени расширения сопла и переваливает за 70%. Что такое обычный ЖРД в смысле расширения сопла?

Вот та научная работа, которая доказала эффективность детонационного горения по сравнению с дефлаграционным.
 http://www.frolovs.ru/pdf/2015-22-rus.pdf
Двигатель получился на 6-7% эффективней и при этом в четыре раза дешевле.

Читаем:

Аннотация: Создан испытательный стенд для огневых испытаний стендовых де-
монстрационных образцов ракетных двигателей нового типа с непрерывно-дето-
национным горением. На малоразмерных стендовых демонстрационных образ-
цах ракетных двигателей с кольцевой камерой сгорания внешнего диаметра 50
и 100 мм с кольцевым зазором 5 мм, работающих на водородно-кислородной
смеси, впервые экспериментально доказано, что термодинамический цикл Зель-
довича с непрерывно-детонационным горением водородно-кислородной смеси
соответственно на 6%–7%и 7%–8%эффективнее, чем термодинамический цикл
с непрерывным горением той же смеси при прочих равных условиях. В серии
испытаний стендового демонстрационного образца c камерой диаметром 100 мм
на метанокислородной смеси с коэффициентом избытка горючего от 0,95 до 1,4
получены только режимы с непрерывно-детонационным горением, а режимы
с непрерывным горением вообще не наблюдались. Ввиду того, что в проведен-
ных испытаниях давление в испытуемых камерах сгорания было относительно
низким (ниже 3 атм), а конструкции камер сгорания и сопел были неоптимизи-
рованы, полученные значения удельного импульса оказались низкими (до 160 с).

Против Зельдовича, собственно, никто и не возражал. Вопрос был в реальном его воплощении в ЖРД. УИ 160 с для кислородно-водородной пары - не тот диапазон, чтобы можно было о чём-то разговаривать. Давление в КС - несерьёзное (менее 3 атм), тут действительно не нужен ТНА. Кольцевое сопло никого не насторожило?

[mihalchuk]

Zveruga пишет:

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.

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

Эти знания нуждаются в проверке. То, что вы описали, как взаимодействие двух волн - поставьте на линии/поверхности взаимодействия стенку. Чем процесс будет отличаться?

[mihalchuk]

Zveruga пишет:

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.

Если есть какое-то перемешивание реактивной струи, то в ней возникают вихри, которые забирают энерргию - эффективность термодинамического процесса падает.

[Danila Rom]

mihalchuk пишет:

Zveruga пишет:

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.

Если есть какое-то перемешивание реактивной струи, то в ней возникают вихри, которые забирают энерргию - эффективность термодинамического процесса падает.

Фишка относится к пульсирующим ДД, из сопла которых выбрасываются продукты с разной скоростью.

Повторное использование медленного "хвоста" за счет увеличения частоты увеличит тягу, т.к. мы этот хвост разгоним сильнее.

[Старый]

mihalchuk пишет: 
Читаем:

термодинамический цикл Зель-
довича с непрерывно-детонационным горением водородно-кислородной смеси
соответственно на 6%–7%и 7%–8%эффективнее, 

Против Зельдовича, собственно, никто и не возражал. Вопрос был в реальном его воплощении в ЖРД. УИ 160 с для кислородно-водородной пары - не тот диапазон, чтобы можно было о чём-то разговаривать. Давление в КС - несерьёзное (менее 3 атм), 

И вообще что такое "эффективнее"?

[Danila Rom]

МГД генератор на ротационных ДД  (RDE)

Можно получать электроэнергию без дополнительных узлов - удешевление ракет и т.д.
Так же тут пишут что на RDE возможно получить импульс более 500с - возможная замена текущим ЖРД, которая будет стоить в разы дешевле и будет намного надежнее.

https://www.netl.doe.gov/File%20Library/Events/2014/MHD/2-6-MPGW-AC-GMeholic-10012014.pdf

[Алексей Любопытный]

Старый пишет:

Zveruga пишет:

Старый пишет:
детонационных ЖРД вроде пока не показали.

Их полно.

Назови три самых известных.

КНД-50 Центра ИДГ, ПуДД КБ Люльки, Микро-ИДРД для коррекции орбиты Центра ИДГ.

Дело в том, что большинство создаваемых двигателей испытываются на баллонах либо со сжатым воздухом либо с кислородом. Чтобы сделать из такого двигателя ВРД нужно добавлять турбокомпрессор перед горелкой.

[Алексей Любопытный]

mihalchuk пишет:
Против Зельдовича, собственно, никто и не возражал. Вопрос был в реальном его воплощении в ЖРД. УИ 160 с для кислородно-водородной пары - не тот диапазон, чтобы можно было о чём-то разговаривать. Давление в КС - несерьёзное (менее 3 атм), тут действительно не нужен ТНА. Кольцевое сопло никого не насторожило?

А Войцеховский и не термодинамический цикл оспаривал, а саму теорию детонационного горения, которую Зельдович описал неверно.

Удельный импульс действительно мал, но вы оцените размеры и простоту того двигателя. Диаметр камеры сгорания 50 мм. Сделан из какого-то простого материала. Большинство испытаний ДД были короткими и прерывались по причине прогорания этих двигателей. На создание полномасштабных моделей с серьёзными материалами до не давних событий денег ни кто не давал.

Сопло они отдельно исследовали. Если внешнюю стенку сопла удлинять, то тяга падает. Для детонационных двигателей нужны специальные сопла.

[Алексей Любопытный]

mihalchuk пишет:
Эти знания нуждаются в проверке. То, что вы описали, как взаимодействие двух волн - поставьте на линии/поверхности взаимодействия стенку. Чем процесс будет отличаться?

Именно так и поступают некоторые исследователи. Но такие генераторы детонаций получаются менее эффективными, так как для детонации на статичной стенке требуется более высокая энергия набегающего потока топливной смеси.

[Алексей Любопытный]

mihalchuk пишет:
Если есть какое-то перемешивание реактивной струи, то в ней возникают вихри, которые забирают энерргию - эффективность термодинамического процесса падает.

Как вам вот такие вихри?


Они перемешивают не закручиванием (увеличением площади контакта), а просачиванием материала двух волн сквозь друг друга (увеличением концентрации в ограниченном объёме).

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов. По этому для увеличения скорости реакции выгодно повысить давление реагирующей смеси.

Но повышение давление довольно энерго- и конструкционно- затратный процесс. Использование ударных волн позволяет понизить затраты на ускорение хим. реакции.