Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[Верный Союзник с Окинавы]

Ну чё, неплохо.

Конечно о детонационных звездолётах говорить ещё рано.

[ratcustorb]

По теме японского детонационного движка... короче, гора родила мышь... пока что... всего на 6 секунд включали... подробности на японском и ниже комменты с автопереводом на телеграмм-канале - https://t.me/c/1441772003/52402

Канал приватный, сообщение не показывает.

Ну тогда влеплю здесь перевод с японского целиком (банзай!!! ):

19 августа 2021 г.
Успешный демонстрационный космический эксперимент детонационного двигателя для исследования дальнего космоса ракетой-зондом С-520-31
JAXA Space Science Research Institute - это система с детонационным двигателем, разработанная в сотрудничестве с исследовательскими группами Токайской национальной организации высшего образования, Института перспективных материалов и систем Университета Нагоя, Высшей инженерной школы Нагойского университета, Университета Кейо и Технологического института Мурорана (далее именуемые (as, «Эта система») была установлена на наблюдательной ракете С-520-31, и демонстрация космического полета впервые в мире прошла успешно. Эта система была установлена в полетном отсеке зондирующей ракеты S-520-31, эксплуатируемой Институтом космических и астронавтических наук, и была запущена из космического центра JAXA Uchinoura в 5:30 27 июля 2021 года. После отделения двигателя первой ступени роторный детонационный двигатель (работающий в течение 6 секунд, тяга 500 Н) и импульсный детонационный двигатель (работающий в течение 2 секунд x 3 раза) нормально работают в космическом пространстве, а изображение, давление, температура, вибрация, и положение, я получил данные о позе. Для экспериментальных данных, в дополнение к традиционному сбору данных телеметрией, мы попытались получить большой объем данных (высококачественное видео, изображение и т. Д.), Используя небольшую память, установленную на капсуле повторного входа RATS с возможностью развертывания. аэрозольная оболочка. RATS был отделен после проведения эксперимента с детонационным двигателем, повторно вошел из космоса и упал в море. Во время плавания в море мы получили данные GPS, переданные RATS через спутниковую связь, определили положение в море и собрали их с помощью вертолета. Информация об изображении, записанная в RATS, была получена нормально (рис.), И полученными данными было подтверждено, что детонационный двигатель работал нормально. Детонационный двигатель резко увеличивает скорость реакции за счет генерации детонационных волн и волн сжатия на чрезвычайно высоких частотах (от 1 до 100 кГц), тем самым значительно уменьшая вес ракетного двигателя и легко создавая тягу. Это улучшит характеристики. Успех этого демонстрационного эксперимента в космическом полете значительно увеличил вероятность того, что детонационный двигатель будет использоваться на практике для ударных двигателей для исследования дальнего космоса, ракетных двигателей первой ступени, двухступенчатых двигателей и т. Д. В будущем JAXA будет применять технологию детонационных двигателей для миссий по исследованию дальнего космоса и т. Д., Что будет полезно для исследований в области космической науки, чтобы исследование космоса могло осуществляться дальше и более свободно, например, уменьшив размер и вес системы космического корабля. и межпланетная навигация - это план. Кроме того, возвращаемая капсула (RATS) с разворачиваемой аэрозольной оболочкой, использованная в этом демонстрационном космическом эксперименте, смогла продемонстрировать возможность возврата нового образца, осуществив восстановление после падения с берега ... Экспериментальная группа зондирующих ракет, которая наблюдает за этими экспериментами, продолжит активно руководить сложными экспериментальными планами для поддержки демонстрации новых технологий на ранних этапах и продолжит руководить исследованиями и разработками, которые станут основой будущих передовых научных миссий. Я внесу свой вклад. Это исследование проводится Комитетом космической инженерии Института космических исследований JAXA по стратегическим исследованиям (инжиниринг) с 2014 по 2021 год, ведущей программой новых технологий в области энергетики и окружающей среды NEDO с 2015 по 2017 год, а также грантом на научные исследования Японского общества Продвижение науки с 2019 по 2023 год. Оно проводилось при поддержке Grant-in-Aid for Special Promotion Research. Рисунок Первый в мире момент работы вращающегося детонационного двигателя (ВДД) в космическом пространстве.

И какой получается УИ?

[triage]

По теме японского детонационного движка... короче, гора родила мышь... пока что... всего на 6 секунд включали...

короче вы себе нафантазировали и приписали желаемое другим...
Испытания на зондирующей ракете. Учебные заведения в участниках.
Предназначение в дальнейшем для небольших межпланетных аппаратов.

[Просто Василий]

А что даст ДРД? Можно ли сделать на большие тяги 100тс+?

[Верный Союзник с Окинавы]

А что даст ДРД? Можно ли сделать на большие тяги 100тс+?

Думаю пока рано говорить.

[Alexandr_A]

Давно понятно что детонационное горение в реактивных двигателях имеет смысл при воздушном питании как прямоточных так и других типов двигателей. А почему-то все публичные опыты делаются по ракетному принципу - похоже на распил бюджетов освоение грантов и дезинформацию. 
6 секунд это нормально. Если посмотреть подробности то выясняется что и за это время волна в RDE успевает разрушить немалый слой поверхности прилегающей к области впрыска.

[Space books]

https://overclockers.ru/blog/amv212/show/56964/v-yaponii-osuschestvlen-pervyj-kosmicheskij-polet-apparata-s-detonacionnym-dvigatelem

В Японии осуществлен первый космический полет аппарата с детонационным двигателем
Японские исследователи впервые в мире продемонстрировали успешную работу детонационного двигателя в космическом пространстве


Благодаря развитию ракетных и спутниковых технологий стали возможны космические наблюдения, не зависящие от земной атмосферы, быстро развивается рентгеновская и инфракрасная астрономия. Мы узнаем об объектах, которые раньше были невидимы. Кроме того, благодаря исследованиям Луны и планет постепенно раскрывается история Солнечной системы. Космические астрономические наблюдения и исследования планет вступили в новую фазу.
Исследовательская группа Института материалов и систем устойчивого развития Университета Нагоя и Высшей инженерной школы Университета Нагоя в сотрудничестве с Университетом Кейо, Институтом космических и астронавтических наук (ISAS) Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и Муроранским технологическим институтом осуществили успешную демонстрацию детонационного двигателя в космическом полете. Это первая в мире успешная демонстрация детонационного двигателя в условиях космоса.


Рис. 1 Момент начала работы в космосе первого в мире вращающегося детонационного двигателя (ВДЭ DES). Эллиптическая светящаяся область (слева) - это камера сгорания двухцилиндрового вращающегося детонационного двигателя. Справа - снимок Земли, сделанный из космоса. Данные изображения были восстановлены с помощью RATS. [Nagoya University, JAXA].
 
Разработанная в рамках проекта детонационная двигательная система была установлена на полетную часть экспериментальной ракеты S-520-31 и запущена из Космического центра Учиноура ДЖАКСА в 5:30 утра 27 июля 2021 года. После отделения первой ступени ракеты вращающийся  детонационный двигатель и импульсный детонационный двигатель успешно отработали в космическом пространстве. ВДД отработал в течении 6 секунд, тяга 500 Н  и ИДЕ отработал 2 секунды x 3 раза. 


Рис. 2 Фотография системы детонационного двигателя (Detonation Engine System - DES).
[Nagoya University, JAXA ].
 

С помощью телеметрии и были получены фотоизображения, данные о давлении, температуре, вибрации, положении и местоположении. После окончания  эксперимента возвращаемая капсула RATS отделилась от модуля с детонационным двигателем и покинула космическое пространство, чтобы затем опуститься на поверхность океана. 


Рис. 3 Схематическая диаграмма DES. Слева направо: Авионика DES (DES-PDU, DES-MCU, PI-BAT-L), газовые баллоны с метаном, кислородом и азотом (топливные баки), система подачи газа, PDE, RDE, камеры DES и антенна Ku-TV.  [Nagoya University, JAXA ]
 

Детонационный двигатель формирует волны детонации и сжатия на чрезвычайно высоких частотах (1-100 кГц) с целью резкого увеличения скорости реакции, что приводит к значительному снижению веса ракетного двигателя и достижению высокой производительности за счет более простого образования силы тяги. Успех этого космического полета значительно приблизит детонационный двигатель к практическому использованию в качестве ударного двигателя для исследования глубокого космоса, а также в качестве двигателя первой и второй ступени для ракет.


Рис. 4 Наземное испытание работы DES на полигоне Сираои Муроранского технологического института. [Nagoya University, JAXA]
 

 В будущем JAXA планирует применить технологию работы детонационного двигателя для миссий по исследованию дальнего космоса, что внесет вклад в космические научные исследования в долгосрочной перспективе, например, для создания более компактных и легких систем космических кораблей и межпланетной навигации.

[Гусев_А]

Мне понравилась тема детонационных двигателей и я немного покопался.

На сегодняшний день  детонационный двигатель, это до сих пор эксперименты, которые длятся уже почти век, но до реальных изделий еще не дошло. Интерес в том, что в абсолютном идеале можно увеличить УИ реактивного двигателя на тех же компонентах топлива в несколько раз. В более реальном идеале на несколько десятков %. В эксперементальных изделиях еще не дотянули до двигателей с обычным горением.

Если рассмотреть массу и сложность детонационных двигателей, то для ротационных, как на предыдущей картинке, как будто все просто и красиво массовое совершенство в несколько раз выше, ТНА не нужно, движущихся деталей минимум, но гарантий на стабильность работы дать пока не могут. Да и УИ тихонько умалчивают, а в ротационных двигателях он значительно ниже чем в импульсных.

Импульсный двигатель типа PDE, это ствол. В который подается топливная смесь (лучше под давлением) и с глухого конца происходит зажигание и горение переходит в детонацию. Скорость распространения детонации в сто раз выше, чем у обычного горения, но импульс создается не от скорости детонационной волны, а от скорости истекающих газов. При детонации происходит резкое увеличение давления в неизменном объеме (в первое мгновение) и давление может быть на много больше, чем в ЖРД, и если на конце трубы приладить сопло лаваля, то УИ можно получить уже достаточно большой. И эксперименты это подтверждают. А если использовать пересжатую детонационную волну, то результат еще выше. Но такой двигатель работает лишь мгновение, а потом долгий процесс перезарядки. Реально редко получалось создать частоту более 50 Гц, рекорд для пропан-кислорода 100 Гц. Для работы двигателя необходимо создать условия для работы детонационной волны (удалить продукты сгорания от предыдущего раза, закачать смесь). И чем выше частота, тем хуже становятся условия, а значит и УИ. Массовое совершенство такого двигателя ужасно. Хотя если сравнивать с разными типами электро-реактивных двигателей, то там еще страшнее.

Само детонационное горение, это оказалось очень сложный и непредсказуемый процесс, рамки условий которые он ставит на несколько порядков жестче чем для обычного горения. Но успехи начали приближаться. Для ВРД есть интересный вариант спинового двигателя.

Я тут почитал ряд статей, но начал искать их снова и сразу далеко не все нашел, которые понравились, ссылки  на какие-то привожу. Некоторые скачанные в PDF, и не осталось адреса источника.

https://www.researchgate.net/publication/280718185_Volkov_KN_Bulat_PV_Istoria_issledovania_detonacionnogo_gorenia_Udarnye_volny_Sbornik_statej_-_Krasnodar_Izdatelskij_Dom_-_UG_2015_-_S105-128
 
http://vnh-energo.ru/technologies/detonacionnye-dvigateli-konstruktivnye-osobennosti/
 
www.sibran.ru/0101a77c5c4cc50f3557ba8136595844.pdf

[Ber]

Нельзя увеличить УИ. Если бы было можно, то давно б построили, но однородность времени и пространства не позволяют.

[Верный Союзник с Окинавы]

ТНА не нужно,

А с какого перепугу?

[Гусев_А]

Нельзя увеличить УИ. Если бы было можно, то давно б построили, но однородность времени и пространства не позволяют.

УИ в реактивном двигателе пропорционален скорости истечения продуктов горения. Скорость истечения зависит от температуры, так температура при детонации выше. Кроме того в детонационном двигателе тепловая нагрузка на стенки камеры сгорания меньше, а значит можно позволить иметь большую температуру газов. В добавок динамика разгона газов совершенно разная. В классическом ЖРД вплоть до шейки скорость газов дозвуковая, а сверхзвуковой она становится только в сопле лаваля.

[Гусев_А]

ТНА не нужно,

А с какого перепугу?

В ротационном детонационном двигателе волна движется по кругу в цилиндрическом зазоре. Конечно детонационная волна, это не та классическая волна, которую мы видим на поверхности воды, она гораздо больше напоминает скачек уплотнения в сверхзвуковом потоке. Но тем не менее в ней вслед за фронтом высокого давления наблюдается его спад, и именно на спаде и подается топливная смесь. По этому в классическом ЖРД, ТНА подает компоненты топлива под давлением в сотни атмосфер, то тут достаточно и десяти. Можно обойтись и давлением наддува. Даже в некоторых ЖРД пытаются обойтись без ТНА, кончено в ущерб УИ, но сразу получается кратно дешевле.

[Верный Союзник с Окинавы]

Даже в некоторых ЖРД пытаются обойтись без ТНА, кончено в ущерб УИ, но сразу получается кратно дешевле.

https://en.wikipedia.org/wiki/AJ10

https://ru.wikipedia.org/wiki/Фрегат_(разгонный_блок)

Нормальный там УИ, особенно с учётом топливной пары.

[Гусев_А]

https://ru.wikipedia.org/wiki/Фрегат_(разгонный_блок)

На Фрегате двигатель С5.92 как раз с ТНА.

[Владимир Шпирько]

УИ в реактивном двигателе пропорционален скорости истечения продуктов горения. Скорость истечения зависит от температуры, так температура при детонации выше. Кроме того в детонационном двигателе тепловая нагрузка на стенки камеры сгорания меньше, а значит можно позволить иметь большую температуру газов. В добавок динамика разгона газов совершенно разная. В классическом ЖРД вплоть до шейки скорость газов дозвуковая, а сверхзвуковой она становится только в сопле лаваля.

Т при детонации выше?  Интересно почему?  Во фронте ударной волны - действительно выше, НО! после фазы сжатия идет фаза расширения и в ней температура падает.  И средняя температура после реакции окисления определяется только энергией Гиббса продуктов реакции и исходных веществ.  Это следует из закона сохранения энергии. 


"...В добавок динамика разгона газов совершенно разная. В классическом ЖРД вплоть до шейки скорость газов дозвуковая, а сверхзвуковой она становится только в сопле лаваля."

Шейка? - обычно называется КРИТИЧЕСКИМ сечением или просто критикой, а Лаваль это фамилия французского ученого. 
А вот о другой? динамике разгона газов - было бы интересно почитать.  За счет чего она другая и какая именно?  Прошла реакция - горения или детонации и... газ адиабатно расширяется.  Или  детонационная волна непосредственно разгоняет газ? Как?

[Ber]

Нельзя увеличить УИ. Если бы было можно, то давно б построили, но однородность времени и пространства не позволяют.

УИ в реактивном двигателе пропорционален скорости истечения продуктов горения. Скорость истечения зависит от температуры, так температура при детонации выше. Кроме того в детонационном двигателе тепловая нагрузка на стенки камеры сгорания меньше, а значит можно позволить иметь большую температуру газов. В добавок динамика разгона газов совершенно разная. В классическом ЖРД вплоть до шейки скорость газов дозвуковая, а сверхзвуковой она становится только в сопле лаваля.

Из однородности времени следует закон сохранения энергии. И вряд ли его можно обойти.
Все достаточно просто. Есть масса продуктов сгорания и удельная теплота их сгорания. Если вся выделяемая энергия на 100 процентов уходит в разгон продуктов сгорания, это даст предельный теоретический УИ, и как вы не старайтесь большего вы от данной топливной пары не получите.
Современные ЖРД близки к теоретическому пределу.

[Гусев_А]

Нельзя увеличить УИ. Если бы было можно, то давно б построили, но однородность времени и пространства не позволяют.

УИ в реактивном двигателе пропорционален скорости истечения продуктов горения. Скорость истечения зависит от температуры, так температура при детонации выше. Кроме того в детонационном двигателе тепловая нагрузка на стенки камеры сгорания меньше, а значит можно позволить иметь большую температуру газов. В добавок динамика разгона газов совершенно разная. В классическом ЖРД вплоть до шейки скорость газов дозвуковая, а сверхзвуковой она становится только в сопле лаваля.

Из однородности времени следует закон сохранения энергии. И вряд ли его можно обойти.
Все достаточно просто. Есть масса продуктов сгорания и удельная теплота их сгорания. Если вся выделяемая энергия на 100 процентов уходит в разгон продуктов сгорания, это даст предельный теоретический УИ, и как вы не старайтесь большего вы от данной топливной пары не получите.
Современные ЖРД близки к теоретическому пределу.

С законом сохранения энергии не кто не спорит. Про более высокий теоретический УИ я взял из чужих источников, сам к сожалению в экспериментах не участвовал. Где то видел, постараюсь потом найти источник, что при одиночном выстреле канала с подготовленной смесью, с начальным давлением газа 10 атмосфер. И запущенной детонационной волной от глухого конца к "открытому". Без сопла Лаваля, истечение газа было сверхзвуковое. Там образовывались скачки уплотнения свойственный сверхзвуковому потоку.

[Гусев_А]

А вот о другой? динамике разгона газов - было бы интересно почитать.  За счет чего она другая и какая именно?  Прошла реакция - горения или детонации и... газ адиабатно расширяется.  Или  детонационная волна непосредственно разгоняет газ? Как?

Согласен. Отличие наверно только в том, что в ЖРД реакция происходит при постоянном давлении. А при детонации во всем объеме воздействия волны практически мгновенно возникает высокое давление.

[Владимир Шпирько]

И запущенной детонационной волной от глухого конца к "открытому". Без сопла Лаваля, истечение газа было сверхзвуковое. Там образовывались скачки уплотнения свойственный сверхзвуковому потоку.

Если найдете - обратите внимание! - сверхзвуковое истечение? - это когда скорость газа выше местной! скорости звука.  При выстреле из обычного орудия скорость истечения пороховых газов выше скорости звука в воздухе, но ниже! скорости звука в этих самых газах при этой самой температуре.  И поверьте при торможении истекающих газов будут "скачки уплотнения".

[Зомби. Просто Зомби]

https://3dnews.ru/1061536/v-kitae-ispitali-noviy-tip-raketnogo-dvigatelya-na-osnove-neprerivnoy-detonatsii-topliva?from=feed&utm_referrer=https%3A%2F%2Fzen.yandex.com

В Китае успешно испытали новый тип ракетного двигателя на основе непрерывной детонации топлива
08.03.2022 [14:25],  Геннадий Детинич

Группа китайских учёных сообщила о проведении лётных испытаний нового типа ротационного детонационного двигателя (РДД). Все созданные на сегодня в мире прототипы таких двигателей используют длинную цилиндрическую камеру сгорания. Китайская разработка в этом плане не имеет аналогов — учёные создали компактный РДД с дисковой камерой сгорания. И этот двигатель испытан в январе в качестве двигателя второй ступени ракеты.

Источник изображения: Tsinghua University

Ротационный детонационный двигатель создаёт ударную волну после детонации топлива в рабочей камере. Традиционно это двойной цилиндр, в простенки которого впрыскивается топливо. Фронт горения постоянно перемещается в кольцевой камере сгорания, а топливная смесь в камеру подаётся либо непрерывно, либо порциями (импульсами). Возникает своего рода огненное торнадо из ударной волны. Подобное ведёт к созданию летательных аппаратов на гиперскоростях и экономии до 50 % топлива как за счёт роста эффективности двигателей, так и за счёт того, что кислород для реакции горения можно брать прямо из окружающего ракеты и самолёты воздуха.