Motore di detonazione. In Russia, il motore di detonazione è stato testato da due tonnellate. - ha un'efficienza più alta

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Il materiale viene preparato utilizzando un cinema online IVI.

La tecnologia è nel processo di sviluppo!

Il motore di detonazione è più facile ed economico nella fabbricazione, un ordine di grandezza più potente ed economico di un motore jet convenzionale, rispetto ad esso ha un'efficienza più elevata.

Descrizione:

Il motore di detonazione (impulso, motore pulsante) è sostituito da un motore a getto convenzionale. Per capire l'essenza del motore di detonazione, è necessario smontare il solito motore a getto.

Normale motore a reazione sistemato come segue.

Nella camera di combustione, si verifica il carburante e l'agente di carburante e ossidante, l'ossigeno dall'aria si esibisce. In questo caso, la pressione nella camera di combustione è costante. Il processo di combustione aumenta bruscamente la temperatura, crea una fiamma costante e una costante braga reattiva, scadisci dall'ugello. La parte anteriore della solita fiamma è distribuita in un ambiente a gas a una velocità di 60-100 m / s. A causa di questo e delle mosse aeromobile . Tuttavia, i moderni motori a getto hanno raggiunto un certo limite di efficienza, potere e altre caratteristiche, il cui aumento è quasi impossibile o estremamente difficile.

Nella combustione del motore di detonazione (impulso o pulsazione) si verifica per detonazione. La detonazione è un processo di combustione, ma che si verifica centinaia di volte più velocemente rispetto al solito combustibile a combustione. Con la combustione di detonazione, viene formata un'onda d'urto della detonazione, trasportando con velocità supersoniche. È circa 2500 m / s. La pressione come risultato della combustione della detonazione aumenta rapidamente, e il volume della camera di combustione rimane invariata. I prodotti a combustione vengono estratti con un'enorme velocità attraverso l'ugello. La frequenza delle pulsazioni dell'onda di detonazione raggiunge diverse migliaia al secondo. Nell'onda di detonazione non ci sono stabilizzazione della parte anteriore della fiamma, su ciascuna ondulazione è aggiornata miscela di carburante E l'onda inizia di nuovo.

La pressione nel motore di detonazione viene creata a causa della detonazione stessa, che elimina la fornitura della miscela di carburante e l'ossidante ad alta pressione. In un motore a getto convenzionale per creare una pressione di 200 atm., È necessario fornire la miscela di carburante sotto una pressione di 500 atm. Mentre nel motore di detonazione - la pressione della miscela del carburante è di 10 ATM.

La camera di combustione del motore di detonazione struttura ha strutturalmente una forma anulare con ugelli posizionati dal suo raggio per la fornitura di carburante. L'onda di detonazione scorre ancora attorno alla circonferenza e ancora, la miscela di carburante viene compressa e brucia, spingendo i prodotti di combustione attraverso l'ugello.

Benefici:

- Il motore di detonazione è più semplice nella fabbricazione. Non è necessario utilizzare unità di turbocompressione,

– L'ordine è più potente ed economico del solito motore reattivo,

- ha un'efficienza più alta,

– Più economico nella produzione,

- Non c'è bisogno di creare alta pressione Fornire la miscela di carburante e l'agente ossidante, l'alta pressione viene creata a causa della detonazione stessa,

– Il motore di detonazione è superiore a un motore a getto convenzionale 10 volte mediante potere rimosso dall'unità del volume, che porta a una diminuzione della progettazione del motore di detonazione,

- Combustione di detonazione 100 volte più veloce della consueta combustione del carburante.

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Test di successo dei cosiddetti motori di Dotonation Rocket, che hanno dato risultati molto interessanti. I lavori sperimentali in questa direzione saranno proseguiti.

Ai motori di Energomashev, il più novanta per cento dei missili portante in Russia decolla. Foto: Olesya Kurpeeva.

La detonazione è un'esplosione. È possibile farlo controllato? È possibile creare armi ipersone sulla base di tali motori? Quali motori missilici dedurranno apparati disabitati e equipaggiati nel vicino spazio? Informazioni su questo, la nostra conversazione con il vice Direttore Generale è il capo designer "Ngo Energomash. Accademico V.P. Glushko" Peter Levochkin.

Peter Sergeevich, quali opportunità sono aperte nuovi motori?

Peter Levochkin: Se parliamo della prospettiva più vicina, oggi stiamo lavorando su motori per missili come "Angara A5V" e "Soyuz-5", così come altri che sono nella fase pre-progetto e sono sconosciuti al pubblico in generale. In generale, i nostri motori sono progettati per lasciare il razzo dalla superficie del corpo celeste. E lei può essere qualsiasi - terrena, lunare, marziana. Quindi, se i programmi lunari o marziani sono implementati, prendiamo sicuramente parte loro.

Qual è l'efficacia dei moderni motori di razzo e ci sono modi per migliorarli?

Peter Levochkin:Se parliamo dei parametri energetici e termodinamici dei motori, si può dire che il nostro, così come i migliori motori di razzi chimici stranieri oggi raggiunsero una certa perfezione. Ad esempio, la pienezza della combustione del carburante raggiunge il 98,5%. Cioè, quasi tutta l'energia chimica del carburante nel motore viene convertita nell'energia termica del getto di gas in scadenza dall'ugello.

Migliorare i motori in direzioni diverse. Questo è l'uso di più componenti del carburante ad alta intensità energetica, l'introduzione di nuove soluzioni circuitali, un aumento della pressione nella camera di combustione. Un'altra area è l'uso di nuovi, tra cui additivi, tecnologie per ridurre l'intensità del lavoro e, di conseguenza, riducendo il valore del motore del razzo. Tutto ciò porta ad una diminuzione del costo del carico di uscita.

Tuttavia, con una considerazione più dettagliata diventa chiaro che aumentando le caratteristiche energetiche dei motori nel modo tradizionale è inefficace.

L'utilizzo di un'esplosione del combustibile controllato può dare velocità del razzo otto volte superiore alla velocità del suono

Perché?

Peter Levochkin:Un aumento del consumo di pressione e carburante nella camera di combustione aumenterà naturalmente la spinta del motore. Ma richiederà un aumento dello spessore della parete della camera e della camera. Di conseguenza, la complessità del design e la sua massa aumentano, il guadagno energetico non è così grande. La pecora non ne vale la pena.

Cioè, i motori di razzi hanno esaurito la loro risorsa del loro sviluppo?

Peter Levochkin:Non certamente in questo modo. Sono espresso dal linguaggio tecnico, possono essere migliorati attraverso un aumento dell'efficienza di processi complessi. Ci sono cicli di trasformazione termodinamica dell'energia chimica nell'energia del getto in scadenza, che sono molto più efficaci della combustione classica del combustibile del razzo. Questo è un ciclo di combustione di detonazione e un ciclo di Humphrey vicino ad esso.

L'effetto della detonazione del carburante ha aperto il nostro compatriot - dopo l'accademico Jacob Borisovich Zeldovich nel 1940. L'attuazione di questo effetto in pratica ha promesso prospettive molto grandi nei razzi. Non sorprende che i tedeschi negli stessi anni abbiano attivalmente studiato il processo di detonazione della combustione. Ma non affatto esperimenti di successo Non sono venuti a loro.

I calcoli teorici hanno dimostrato che la combustione di detonazione del 25 percento è più efficace di un ciclo isobarico, combinando appropriatamente il carburante a pressione costante, che è implementato nelle camere dei moderni motori liquidi-razzi.

E quali sono i vantaggi della detonazione che brucia rispetto al classico?

Peter Levochkin:Il classico processo di combustione è subsonico. Detonazione - Supersonic. La velocità della reazione in un piccolo volume porta ad un enorme rilascio di calore - è diverse migliaia di volte più elevate rispetto alla combustione di composizione, implementata nei motori di razzo classici con la stessa massa di combustibile bruciante. E per noi, i motori, ciò significa che con dimensioni significativamente più piccole del motore di detonazione e con una piccola massa del combustibile, è possibile ottenere la stessa brama come in enormi motori liquidi liquidi.

Non è un segreto che i motori con detonazione che bruciano il carburante si stanno sviluppando all'estero. Quali sono le nostre posizioni? Ci arrendiamo, vai al loro livello o conduciamo?

Peter Levochkin: Non arrenderti - questo è sicuro. Ma anche per dire che non posso condurre. L'argomento è abbastanza chiuso. Uno dei principali segreti tecnologici è come garantire che il combustibile e l'agente ossidante del motore del razzo non siano bruciati, ma esplosivano, pur non distruggendo la camera di combustione. Cioè, effettivamente fare una vera esplosione controllata e gestibile. Per riferimento: la detonazione è la combustione del carburante nella parte anteriore dell'onda di shock supersonica. C'è una detonazione di impulsi quando l'onda d'urto si muove lungo l'asse della camera e uno sostituisce l'altra, oltre a una detonazione continua (rotazione), quando le onde d'urto nella camera si muovono in un cerchio.

Per quanto è conosciuta, con la partecipazione dei vostri specialisti, sono stati effettuati studi sperimentali di detonazione. Quali risultati sono stati ricevuti?

Peter Levochkin: Il lavoro è stato eseguito sulla creazione di una camera modello del motore del razzo di detonazione liquido. Sopra il progetto sotto il patrocinio del Fondo di ricerca promettente, una grande collaborazione dei principali centri scientifici della Russia ha lavorato. Tra questi, l'Istituto di idrodinamica. Ma. Lavrentiev, Mai, Centro Celdysh, Istituto centrale della stazione motore Aviation. PI. Baranova, Mechanics and Mathematics Facoltà di Moscow State University. Come combustibile, abbiamo suggerito di usare il cherosene e l'agente ossidante - ossigeno gas. Nel processo di studi teorici e sperimentali, è stata confermata la possibilità di creare un motore a razzo di detonazione su tali componenti. Sulla base dei dati ottenuti, abbiamo sviluppato, fabbricato e testato con successo la camera del modello di detonazione con 2 tonnellate e pressione nella camera di combustione di circa 40 ATM.

Questo compito è stato risolto per la prima volta non solo in Russia, ma anche il mondo. Pertanto, ovviamente, i problemi erano. In primo luogo, associato a garantire la detonazione sostenibile dell'ossigeno con il cherosene, in secondo luogo, con garanzia di raffreddamento affidabile della parete antincendio della camera senza raffreddamento della vena e una massa di altri problemi, l'essenza del quale è comprensibile solo a quelle esperte nell'arte .

È possibile utilizzare un motore di detonazione nei razzi ipersoni?

Peter Levochkin:E puoi, e hai bisogno. Se solo perché la combustione del carburante è supersonico. E in quei motori che stanno ora cercando di creare aeromobili ipersonici controllati, bruciando sottodimensionario. E crea molti problemi. Dopotutto, se il motore è nel motore al motore, e il motore vola, diciamo, con una velocità di cinque maschere (una max è uguale alla velocità del suono), è necessario frenare il flusso d'aria in arrivo a Modalità audio. Di conseguenza, tutta l'energia di questa frenatura entra in calore, il che porta a surriscaldamento aggiuntivo della struttura.

E nel motore di detonazione, il processo di combustione va a una velocità di almeno due volte e mezzo. E, di conseguenza, possiamo aumentare la velocità dell'aeromobile per questa grandezza. Cioè, non stiamo parlando di cinque, ma circa otto Mahas. Ciò sta effettivamente conseguendo la velocità degli aeromobili con motori ipersoni, in cui verranno utilizzati il \u200b\u200bprincipio della combustione della detonazione.

Peter Levochkin:Questa è una domanda difficile. Abbiamo aperto solo la porta alla detonazione ardente. Un molto inesplorato rimase dietro le parentesi del nostro studio. Oggi, insieme alla "Energia" RKK, stiamo cercando di determinare come può il motore nel suo insieme con una camera di detonazione sembra un sorpasso blocchi.

Che motori la gente vola a pianeti lontani?

Peter Levochkin: Secondo me, per molto tempo voleremo sul tradizionale EDD impegnati a migliorarli. Sebbene altri tipi di motori di razzi stiano sviluppando certamente, ad esempio, i pannelli elettrici (sono molto più efficienti per EDD - l'impulso specifico è 10 volte superiore). Ahimè, i motori e i motori di oggi mezzi di rimozione non ci permettono di parlare della realtà della massa interplanetaria e persino di più voli intergalattici. Ci sono ancora tutti a livello di finzione: motori fotoni, teletrasporto, levitazione, onde gravitazionali. Anche se, d'altra parte, solo un centinaio di anni fa, gli scritti di Jules furono percepiti come puro fiction. Forse una svolta rivoluzionaria nella sfera dove lavoriamo, resta per aspettare a lungo. Compreso nel campo della creazione pratica dei missili usando un'energia di esplosione.

Dossier "RG"

"Energomash Scientific and Production Association" è fondata da Valentin Petrovich Glhruskko nel 1929. Ora indossa il suo nome. I motori liquidi del razzo per i sono sviluppati e prodotti, in alcuni casi II fasi dei missili del vettore. In ONG hanno sviluppato più di 60 diversi motori a getto di liquido. Il primo satellite è stato lanciato sui motori Energomash, la prima persona si è tenuta nello spazio, è stato lanciato il primo apparato semovente "Lunohod-1". Oggi, sui motori sviluppati e realizzati in ONG "Energomash", oltre il novanta per cento dei missili portante in Russia decolla.

Infographics "RG" / Alexander Smirnov / Sergey Blischkin

Infatti, invece di una fiamma frontale costante nella zona di combustione, viene formata un'onda di detonazione, trasportando con velocità supersoniche. In tale ondata di compressione, il carburante e l'ossidante sono detonati, questo processo, in termini di termodinamica aumenta Motore di efficienza Un ordine di grandezza, grazie alla compattezza della zona di combustione.

È interessante notare che nel 1940, fisico sovietico Ya.b. Zeldovich ha proposto l'idea di un motore di detonazione nell'articolo "sull'uso dell'energia della combustione di detonazione". Da allora, molti scienziati hanno lavorato a un'idea promettenti paesi diversiGli Stati Uniti, quindi, la Germania, allora i nostri compatrioti sono stati pubblicati.

In estate, nell'agosto 2016, gli scienziati russi sono riusciti a creare un motore a getto di liquido a grandezza naturale per la prima volta nel mondo, operando sul principio della combustione della detonazione del carburante. Il nostro paese ha finalmente stabilito la priorità mondiale nel padroneggiare l'ultima tecnologia.

Cos'è così buono nuovo motore? Nel motore reattivo, viene utilizzata l'energia, isolata quando si brucia la miscela a una pressione costante e una frontale della fiamma costante. Una miscela di gas di combustibile e ossidante con combustione aumenta bruscamente la temperatura e la colonna di una fiamma che si interrompe dall'ugello crea una trazione reattiva.

Con la combustione di detonazione, i prodotti di reazione non hanno il tempo di collassare, poiché questo processo è 100 volte più velocemente rispetto alla deflazione e alla pressione allo stesso tempo aumenta rapidamente e il volume rimane invariato. L'assegnazione di una grande quantità di energia può davvero distruggere il motore dell'auto, quindi un tale processo è spesso associato a un'esplosione.

Infatti, invece di una fiamma frontale costante nella zona di combustione, viene formata un'onda di detonazione, trasportando con velocità supersoniche. In tale onda di compressione, il combustibile e l'ossidante sono detonati, questo processo, dal punto di vista della termodinamica, aumenta l'efficienza del motore da un ordine di grandezza, grazie alla compattezza della zona di combustione. Pertanto, gli esperti sono così Zealo e hanno iniziato a sviluppare questa idea. Nel solito EDR, infatti, che è un grande bruciatore, la cosa principale non è la fotocamera di combustione e ugello, ma l'unità di pompaggio del carburante (TNA), che crea tale pressione in modo che il carburante penetra nella camera. Ad esempio, nel Russian Edrd RD-170 per i missili del vettore di energia, la pressione nella camera di combustione di 250 bancomat e la pompa che l'ossidante nella zona di combustione deve creare una pressione di 600 atm.

Nel motore di detonazione, la pressione è creata dalla detonazione stessa, che rappresenta un'onda di compressione in esecuzione in una miscela di combustibile, in cui la pressione senza TNA è già 20 volte più e le unità di turbocompressione sono superflui. Per essere chiari, la pressione "navetta" americana nella camera di combustione 200 ATM e il motore di detonazione in tali condizioni è necessario solo 10 ATM per fornire una miscela - è come una pompa per biciclette e SAYANO-Shushenskaya HPP.

Il motore basato sulla detonazione in questo caso non è solo più semplice ed economico per l'intero ordine, ma molto più potente ed economico rispetto al solito EDD. Sul percorso di implementazione del progetto del motore di detonazione, il problema della convenzione con un'ondata detonazione. Questo fenomeno non è facile da esplosivo dell'onda, che ha la velocità del suono e la detonazione, la diffusione ad una velocità di 2500 m / s, non vi è alcuna stabilizzazione della parte anteriore della fiamma, la miscela e l'onda viene aggiornata per ogni ripple di nuovo .

Ingegneri in precedenza, ingegneri russi e francesi svilupparono e costruito motori a getto, ma non sul principio di detonazione, ma sulla base dell'increspatura della normale combustione. Le caratteristiche di tali puvd erano basse e quando gli ingegneri del motore hanno sviluppato pompe, turbine e compressori, l'età dei motori a reazione e EDD e pulsante è rimasto sul lato del progresso. I brillanti teste della scienza hanno cercato di combinare la combustione della detonazione con PUVD, ma la frequenza delle increspature del solito anteriore bruciante è non più di 250 al secondo, e il fronte della detonazione ha una velocità fino a 2500 m / s e la frequenza del suo Le increspature raggiungono diverse migliaia al secondo. Sembrava impossibile incarnare in pratica una tale velocità di rinnovamento della miscela e allo stesso tempo inizia la detonazione.

Nel SSRC, è stato possibile costruire un motore pulsante così detonazione e testarlo nell'aria, tuttavia, ha lavorato solo 10 secondi, ma la priorità è rimasta dietro ai designer americani. Ma già negli anni '60 del secolo scorso, lo scienziato sovietico B.V. Wojjtzkhovsky e quasi allo stesso tempo e l'Americano dell'Università di Michigan J. Nicholas arrivò l'idea di pregare nella camera di combustione dall'ondata di detonazione.

Tale motore rotante consisteva in una camera di combustione ad anello con ugelli posizionati sul suo raggio per la fornitura di carburante. L'onda di detonazione funziona come una proteina nella ruota nella circonferenza, la miscela di carburante viene compressa e brucia, spingendo i prodotti di combustione attraverso l'ugello. Nel motore a rotazione otteniamo la frequenza di rotazione dell'onda diverse migliaia al secondo, il suo lavoro è simile al flusso di lavoro nel Fdms, solo in modo più efficiente, a causa della detonazione della miscela di combustibile.

Nell'URSS e negli Stati Uniti, e in seguito in Russia, il lavoro è in corso per creare un motore di detonazione rotante con un'onda sfortunata, una comprensione dei processi che si verificano all'interno, per il quale è stata creata un'intera scienza della cinetica fisico-chimica. Per calcolare le condizioni dell'onda non riuscita, avevamo bisogno di computer potenti che hanno creato solo di recente.

In Russia, molti Nii e KB stanno lavorando al progetto di un tale motore di spin, tra cui la compagnia di ingegneria dell'industria spaziale di ONG Energomash. Per gli aiuti per sviluppare un tale motore, è arrivato un fondo di ricerca promettenti, perché non si possono ottenere finanziamenti dal ministero della Difesa - inviano solo un risultato garantito.

Tuttavia, sui test di Khimki a Energomash, il regime di detonazione di rotazione continuo stabilito è stato registrato - 8 mila rivoluzioni al secondo alla miscela di ossigeno - Kerosene. In questo caso, le onde di detonazione hanno batate le onde di vibrazione e i rivestimenti di calore resistono a temperature elevate.
Ma non vale la pena condividere, perché questo è solo un motore dimostratore, che ha funzionato molto poco tempo e le caratteristiche di esso non dice ancora nulla. Ma la cosa principale è che la possibilità di creare una bruciatura della detonazione è dimostrata e un motore a sfera a grandezza naturale è creato in Russia, che rimarrà nella storia della scienza per sempre.

Una nuova idea fisica è l'uso della detonazione che brucia invece del solito, dichiarazione - consente di migliorare radicalmente le caratteristiche del motore reattivo.

Parlando di programmi spaziali, pensiamo per la prima volta ai potenti razzi che vengono ritirati dalle navi spaziali in orbita. Il cuore del razzo del corriere è i suoi motori che creano una trazione reattiva. Il motore del razzo è il dispositivo di formazione energetico più complicato, in molti aspetti simile a un organismo vivente con il suo carattere e i suoi manieri del comportamento, che è creato da generazioni di scienziati e ingegneri. Pertanto, è praticamente impossibile cambiare qualcosa nella macchina della lavorazione: le racchette dicono: "Non ostacolare la macchina per funzionare ..." tale conservatorismo, sebbene sia ripetutamente giustificato dalla pratica degli antipasti spaziali, rallenta ancora il razzo Motore spaziale - una delle aree più high-tech dell'attività umana. La necessità di cambiare è stata abbandonata per molto tempo: per risolvere un numero di compiti, sono necessari motori più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a quelli che vengono utilizzati oggi e che per la loro perfezione ha raggiunto il limite.

Abbiamo bisogno di nuove idee, nuovi principi fisici. Sotto sarà discusso proprio su tale idea e la sua forma di realizzazione nel campione di dimostrazione di un nuovo motore di tipo Rocket.

Delegabile e detonazione

Nella maggior parte dei motori missili esistenti, l'energia chimica del carburante viene convertita in calore e lavoro meccanico A causa della combustione lenta (subsonica) - deflagrazione - con una pressione quasi costante: P \u003d const.. Tuttavia, oltre alla deflagrazione, è noto un altro regime di combustione - detonazione. Durante la detonazione, la reazione di ossidazione del carburante chimica fluisce in modalità auto-accensione a temperature elevate e valori di pressione dietro una forte onda d'urto in esecuzione con un'elevata velocità supersonica. Se, con la detagdizione del carburante di idrocarburico, la potenza di generazione di calore dall'unità della superficie della parte anteriore della reazione è ~ 1 MW / m2, quindi la potenza di generazione del calore nella parte anteriore della detonazione è da tre a quattro ordini di grandezza e può raggiungere 10.000 MW / M2 (maggiore potenza di radiazione dalla superficie del sole!). Inoltre, a differenza dei prodotti di prodotti lenti, i prodotti di detonazione hanno un'enorme energia cinetica: la velocità dei prodotti di detonazione a ~ 20-25 volte superiore alla velocità dei prodotti a fuoco lento. Domande sorgono: se motore di razzi Invece di deflaring, utilizzare la detonazione e la sostituzione del regime di combustione per migliorare l'efficienza energetica del motore?

Diamo un semplice esempio, che illustra i vantaggi della combustione della detonazione nel motore del razzo su deflagrazione. Considerare tre camere di combustione identiche (COP) sotto forma di un tubo con una chiusa e un'altra estremità aperta, che sono riempite con la stessa miscela combustibile alle stesse condizioni e sono fornite con un estremità chiusa verticalmente sulle scale Tesimari (Fig. 1 ). L'energia di accensione sarà considerata trascurabile rispetto all'energia chimica del carburante nel tubo.

Fico. 1. Efficienza energetica del motore di detonazione

Supponiamo che nel primo tubo, la miscela combustibile viene accesa da una fonte, ad esempio candela automobilisticaSituato vicino all'estremità chiusa. Dopo l'accensione, il tubo eseguirà la fiamma lenta, la velocità visibile di cui di solito non supera i 10 m / c, cioè, molto meno velocità del suono (circa 340 m / s). Ciò significa che la pressione nel tubo P. differisce molto poco dall'atmosferico PAPÀE la testimonianza dei pesi praticamente non cambierà. In altre parole, tale combustione (deflagration) della miscela in realtà non porta all'aspetto della sovrapressione all'estremità chiusa del tubo, e, quindi, la forza aggiuntiva che agisce sulle scale. In questi casi, si dice che il lavoro utile del ciclo con P.=PAPÀ=cost.uguale a zero e, quindi, coefficiente termodinamico zero azione utile (Efficienza). Ecco perché in esistenti centrali elettriche La combustione non è organizzata in Atmosferica, ma a pressione elevata P."PAPÀottenuto usando turbochaioni. Nei moderni motori a razzo, la pressione media nel poliziotto raggiunge 200-300 ATM.

Cercheremo di modificare la situazione impostando nel secondo tubo una pluralità di fonti di accensione, che simultaneamente accende una miscela combustibile in tutto il volume. In questo caso, la pressione nel tubo P. Aumenterà rapidamente, come regola, in sette o dieci volte, e la testimonianza dei pesi cambierà: sull'estremità chiusa del tubo per qualche tempo - il tempo della scadenza dei prodotti di combustione nell'atmosfera - ci sarà un Forza abbastanza grande che è in grado di fare molto lavoro. Cosa è cambiato? L'organizzazione del processo di combustione nel poliziotto è cambiato: invece di combustione a pressione costante P.=cost. Abbiamo organizzato la combustione a un volume costante V.=cost..

Ora ricordiamo la possibilità di organizzare la combustione della detonazione della nostra miscela e nel terzo tubo anziché una varietà di fonti di accensione deboli distribuite installate, come nel primo tubo, una fonte di accensione da un'estremità chiusa del tubo, ma non Debole, ma un forte che porterà a un'onda di fiamma e detonazione. Arrivando, l'onda di detonazione si oppurerà il tubo con alta velocità supersonica (circa 2000 m / s), in modo che l'intera miscela nel tubo bruciasse molto rapidamente e la pressione in media aumenterà sia a volume costante - sette o dieci volte. Con una considerazione più dettagliata si scopre che il lavoro svolto nel ciclo con la detonazione che brucia sarà ancora più alto rispetto al ciclo V. = cost..

Pertanto, con altre cose uguali, la combustione della detonazione della miscela combustibile nella polizia consente di ottenere il massimo lavoro utile rispetto al deflagrazione che brucia quando P.=cost. e V.=cost., cioè, ti consente di ottenere la massima efficienza termodinamica . Se invece dei motori a razzo esistenti con la combustione del dellate, utilizzare motori con detonazione che brucia, tali motori potrebbero dare benefici estremamente grandi. Questo risultato è stato ricevuto per la prima volta dal nostro grande accademico di Compatriot Yakov Borisovich Zeldovich nel 1940, ma ancora non ha trovato un'applicazione pratica. La ragione principale per questa è la complessità dell'organizzazione della combustione di detonazione gestita di combustibili regolari del razzo.

La capacità di generazione del calore nella parte anteriore della detonazione è 3-4 ordini di ordine superiore rispetto alla parte anteriore della normale combustione di delezione e può superare il potere di radiazione dalla superficie del sole. La velocità dei prodotti di detonazione è 20-25 volte superiore alla velocità dei prodotti a fuoco lenti.

Pulse e modalità continue

Ad oggi sono proposti molti schemi per l'organizzazione della combustione di detonazione gestita, compresi schemi con detonazione a impulsi e flusso di lavoro continuamente detonazione. Il flusso di lavoro della detonazione del polso si basa sul riempimento ciclico della miscela di combustione della polizia, seguito da accensione, la distribuzione della detonazione e la scadenza dei prodotti nello spazio circostante (come nel terzo tubo nell'esempio sopra). Il flusso di lavoro di detonazione continua si basa sulla fornitura continua di una miscela combustibile nel poliziotto e sulla sua combustione continua in una o più onde di detonazione, circolando continuamente nella direzione tangenziale attraverso il flusso.

Il concetto del poliziotto con una continua detonazione è stato proposto nel 1959 dall'accademico Bogdan Vyacheslavovich Wentenscov e per molto tempo studiato presso l'Istituto di idrodinamica SB RAS. Il poliziotto di detonazione continuo più semplice è un canale anulare formato dalle pareti di due cilindri coassiali (figura 2). Se sul fondo del canale anulare posizionare la testina di miscelazione, e l'altra estremità del canale per equipaggiare l'ugello reattivo, il motore ad anello scorrevole si spegne. È possibile organizzare la combustione di detonazione in tale poliziotto, bruciando la miscela combustibile fornita attraverso la testa di miscelazione, nell'onda di detonazione che circola continuamente sul fondo. Allo stesso tempo, una miscela combustibile verrà bruciata nell'onda di detonazione, reinserita nel poliziotto durante un fatturato dell'onda attorno al cerchio del canale dell'anello. Altri vantaggi di tale poliziotto includono la semplicità del design, l'accensione single, la scadenza quasi-stazionaria dei prodotti di detonazione, alta frequenza dei cicli (kili), dimensioni longitudinali basse, basso livello di emissione sostanze nocive, Basso rumore e vibrazioni.

L'impulso specifico specificato nel motore di detonazione è raggiunto con una pressione significativamente inferiore rispetto al tradizionale motore a razzo liquido. Ciò consentirà in futuro a cambiare drasticamente le caratteristiche della caldaia di massa dei motori di razzi

Fico. 2. Schema del molo del razzo di detonazione

Campione dimostrativo

Nel quadro del progetto del Ministero dell'Ulizzazione, un campione di dimostrazione di un motore a razzo continuo (DRD) con un poliziotto con un diametro di 100 mm e una larghezza del canale ad anello di 5 mm, che viene testata quando si lavora sull'idrogeno Paia del carburante - ossigeno, gas naturale liquefatto - ossigeno e propano-butano -oxigeno. I test antincendio DRD sono stati effettuati su una panca di prova appositamente progettata. La durata di ogni test antincendio non è superiore a 2 s. Durante questo periodo, con l'aiuto di speciali apparecchiature diagnostiche, decine di migliaia di rotori di onde di detonazione sono state registrate nel canale dell'anello della polizia. Quando si lavora DRD pareggio del carburante. L'idrogeno - ossigeno per la prima volta nel mondo ha dimostrato sperimentalmente che il ciclo termodinamico con la combustione della detonazione (ciclo di Zeldovich) è il 7-8% in più efficiente rispetto al ciclo termodinamico con la combustione convenzionale, con altre cose uguali.

Il progetto ha creato un unico, che non ha la tecnologia computazionale analoghi del mondo destinata alla modellizzazione in scala intera del flusso di lavoro in DRD. Questa tecnologia ti consente effettivamente di progettare un nuovo tipo di motori. Quando si confrontano i risultati dei calcoli con le misurazioni, si è rivelato che il calcolo prevede con precisione il numero di onde di detonazione che circolano nella direzione tangenziale nel DRD CS anulare di un dato design (quattro, tre o un'onda, figura 3). Il calcolo con un'accuratezza accettabile prevede la frequenza operativa del processo, cioè fornisce i valori della velocità di detonazione, vicino al misurato e la brama ha effettivamente sviluppato DRD. Inoltre, il calcolo prevede correttamente le tendenze nella variazione dei parametri del flusso di lavoro, aumentando il portata della portata della miscela combustibile nel DRD di un determinato design - come nell'esperimento, il numero di onde di detonazione, il tasso di rotazione di detonazione e la spinta aumenta.

Fico. 3. Campi di pressione calcolati quasziatari (A, B) e temperatura (B) in condizioni di tre esperimenti (da sinistra a destra). Come negli esperimenti, le modalità con quattro, tre e una detonazione sono state ottenute nei calcoli.

DRD contro EDD.

L'indicatore principale dell'efficienza energetica del motore a razzo è un impulso specifico di spinta uguale al rapporto tra la spinta sviluppata dal motore, alla portata secondaria del peso della miscela combustibile. L'impulso specifico è misurato in secondi (c). La dipendenza dell'impulso specifico del DRD Thrust dalla pressione media nella polizia ottenuta durante il test di licenza del motore di un nuovo tipo è tale che l'impulso specifico aumenta con un aumento della pressione media nel poliziotto. L'indicatore obiettivo principale del progetto è l'impulso specifico di 40 s in condizioni a livello del mare - raggiunto in test antincendio ad una pressione media nel CS, pari a 32 ATM. La trazione misurata DRD allo stesso tempo ha superato i 3 kN.

Quando si confrontano le caratteristiche specifiche del DRD con caratteristiche specifiche nei motori liquidi tradizionali (EDD), si scopre che l'impulso specifico specifico nel DRD viene raggiunto con una pressione media molto più piccola rispetto all'EDD. Pertanto, nel DRD, l'impulso specifico in 260 ° C viene raggiunto a pressione nella polizia di soli 24 ATM, mentre l'impulso specifico 263.3 C in un motore domestico noto di RD-107A è raggiunto a una pressione di 61,2 ATM, che è 2,5 volte superiore.. Va notato che il motore RD-107A funziona sulla coppia di carburante di Kerosene - ossigeno e viene utilizzato nella prima fase del razzo portante di Soyuz-FG. Una diminuzione così significativa della pressione media nel DRD consentirà in futuro di modificare drasticamente le caratteristiche del cinghiale di massa dei motori del razzo e ridurre i requisiti per le unità turbocomprensioni.

Ecco una nuova idea e nuovi principi fisici.

È progettato uno dei risultati del progetto compito tecnico Per eseguire un lavoro sperimentale (OCD) per creare un prototipo DRD. Il problema principale è previsto per essere risolto all'interno del quadro del DOC - per garantire il funzionamento continuo del DRD per un lungo periodo (decine di minuti). Ciò richiede di sviluppare un efficace sistema di raffreddamento delle pareti del motore.

A causa della sua natura innovativa, il compito di creare un DRD pratico dovrebbe indubbiamente una delle priorità del settore del motore dello spazio nazionale.

Sergey Frolov, dottore di scienze fisiche e matematiche, Istituto di fisica chimica. N.n. Semenova Ras, Professor Niauu-Mafi

Gas invece cherosene

Nel 2014-2016, il Ministero dell'istruzione e della scienza della Federazione Russa ha sostenuto il progetto "Sviluppo di tecnologie per l'utilizzo di gas naturale liquefatto (metano, propano, butano) come combustibile per la tecnologia di razzo e spazio di una nuova generazione e la creazione di a campione di dimostrazione del supporto del motore del razzo. " Il progetto prevede la creazione di un campione di dimostrazione di un motore missilistico di detonazione continua (DRD) che opera sulla coppia di carburante "Gas naturale liquefatto (GNL) - Ossigeno". Il progetto è il centro della combustione del detonazione dell'impulso dell'Istituto di fisica chimica dell'Accademia delle scienze russe. Partner industriale del progetto - Turaevskaya Machine-Building Design Bureau "Union". Nella domanda di una bozza, la fattibilità di utilizzo nel motore a razzo liquido (EDD) della combustione continua-detonazione è dovuta a una maggiore efficienza termodinamica rispetto a un ciclo tradizionale utilizzando la combustione lenta e la convenienza dell'utilizzo di GNL è stata spiegata da A Numero di vantaggi rispetto al cherosene: un impulso aumentato specifico di trazione, disponibilità e basso costo, una piantagione significativamente più piccola durante la combustione e le caratteristiche ambientali più elevate. Teoricamente, la sostituzione del cherosene su GNL nel tradizionale EDR viene lanciata da un aumento dell'impulso specifico del 3-4%, e la transizione dal tradizionale EDD a DRD è del 13-15%.