1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое детонационный реактивный двигатель

1600 кг тяги. Новые испытания прямоточного пульсирующего детонационного двигателя

Последние новости

О последних успехах в области двигателестроения 9 апреля сообщила пресс-служба предприятия «ОДК-УМПО» (входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации и Ростеха). ОКБ им. А.М. Люльки из состава «ОДК-УМПО», успешно провело первый этап испытаний демонстратора нового двигателя.

Прямоточный пульсирующий детонационный двигатель (ППДД) с блоком газодинамических резонаторов в варианте демонстратора подтвердил возможность получения высоких технических характеристик. Тяга изделия достигла 1600 кг. На отдельных режимах двигатель показал рост удельной тяги до 50% относительно изделий иных существующих схем. Соответствующим образом сокращался удельный расход горючего.

Применение двигателей с такими характеристиками позволит заметно повысить основные параметры и возможности летательных аппаратов. Максимальная дальность и полезная нагрузка могут быть увеличены в 1,3-1,5 раза. Повышение тяговооруженности также позволит улучшить маневренность и динамику полета.

Следует отметить, что разработка отечественного прямоточного детонационного двигателя началась достаточно давно. Первые сообщения об этом проекте, разрабатываемом в ОКБ им. Люльки, появились еще в 2011 г. Уже в 2013-м состоялись испытания одного из первых экспериментальных двигателей. Он создавал тягу всего 100 кг, но демонстрировал резкий рост экономичности и других параметров.

В дальнейшем конструкция совершенствовалась и увеличивалась в размерах, с одновременным повышением ключевых характеристик. К настоящему времени двигатель-демонстратор имеет тягу 1600 кг – в 16 раз больше самого первого прототипа. Стоит ожидать, что нынешний проект получит развитие, и благодаря этому появится еще более мощный двигатель.

Технологические основы

Концепция ППДД или импульсно-детонационного двигателя (ИДД) активно прорабатывается в разных странах на протяжении нескольких последних десятилетий. В условиях лабораторий и испытательных стендов уже получены достаточно интересные результаты, но ни один двигатель нового класса пока не дошел до внедрения в практику.

К настоящему времени разработано и испытано несколько основных конструкций ИДД. Самая простая предусматривает создание изделия, включающего воздухозаборное устройство, т.н. тяговую стенку и детонационную камеру-трубу. При сгорании топливовоздушной смеси образуется детонационная волна, бьющая в тяговую стенку и создающую тягу. На основе таких устройств могут создаваться многотрубные двигатели.

Более сложным, но эффективным является ИДД с высокочастотным резонатором. Его конструкция отличается наличием реактора и резонатора. Реактор представляет собой специальное устройство, обеспечивающее более полное сгорание топливовоздушной смеси. Резонатор позволяет эффективнее использовать энергию детонационных волн. Такой двигатель может использоваться как самостоятельное изделие или в качестве более эффективной замены для «традиционной» форсажной камеры турбореактивного двигателя.

ОКБ им. Люльки развивает и испытывает именно схему с блоком газодинамических резонаторов. Ее высокий потенциал неоднократно подтверждался испытаниями разных опытных образцов, и сейчас тестируется очередное подобное изделие.

ППДД и ИДД всех схем имеют определенные преимущества перед газотурбинными. В первую очередь, это меньшая сложность конструкции. В ИДД отсутствуют сложные в производстве подвижные детали, испытывающие высокие механические и тепловые нагрузки. Кроме того, такой двигатель отличается меньшими требованиями к параметрам проточной части. Благодаря этому детонационный двигатель можно выполнить с применением существующих технологий и материалов.

За счет иного термодинамического цикла сокращается удельное потребление топлива, что может быть использовано для улучшения тех или иных характеристик летательного аппарата. В зависимости от поставленных задач, можно отказаться от экономии в пользу повышения тяги или сохранить ее, увеличив дальность полета.

Сферы применения

Организация-разработчик нового демонстратора технологий считает, что двигатели нового класса могут найти широкое применение в самых разных сферах. Возможности ППДД будут полезными при дальнейшем развитии авиации, в т.ч. сверх- и гиперзвуковой; их можно применять в новых воздушно-космических системах. Новый двигатель рассматривается в качестве полезного дополнения для ракетных и воздушно-реактивных силовых установок.

ППДД имеют конструктивные и технологические преимущества перед газотурбинными изделиями с теми же параметрами. Как считают в ОКБ им. А.М. Люльки, это также является коммерческим и экономическим преимуществом. Летательный аппарат с таким двигателем будет иметь высокие технические характеристики, но стоимость разработки, производства и эксплуатации останется на приемлемом уровне.

При этом предлагаемые конструкции ИДД не лишены недостатков. Так, как и прочие прямоточные двигатели, детонационный имеет ограниченный диапазон рабочих скоростей. Для запуска ему требуется первоначальный разгон – при помощи иного двигателя. В случае с ракетами это может быть жидкостная или твердотопливная двигательная установка, а самолет может иметь отдельный ТРД для взлетно-посадочных и разгонных режимов.

Читать еще:  139qmb двигатель не заводиться

В связи с техническими и эксплуатационными ограничениями направление прямоточных пульсирующих двигателей в прошлом получило недостаточное развитие. Вследствие этого новые проекты ИДД пока находятся на стадии разработки и испытаний. Полноценные образцы с высокими характеристиками, пригодные для внедрения в реальных проектах авиационной или космической техники, пока отсутствуют.

Для их появления необходимо дальнейшее продолжение работ с постепенным решением всех ключевых задач. Требуется повышение тяги с выходом на уровень современных ТРД, увеличение ресурса и достижение высокой надежности. Работы такого рода идут прямо сейчас и уже дают определенные результаты. Но создание полноценного ИДД / ППДД для практического использования пока остается делом отдаленного будущего.

Работа на перспективу

Прямоточный пульсирующий детонационный двигатель имеет ряд важных особенностей и представляет большой интерес в контексте дальнейшего развития авиационной, ракетной и космической техники. Однако освоение этого направления и разработка работоспособных конструкций с достаточным уровнем характеристик оказывается весьма сложным и длительным процессом. Так, за последние 10 лет отечественные ППДД разработки «ОДК-УМПО» показали значительный рост характеристик, но все еще не дошли до внедрения в практику.

Тем не менее, работы продолжаются и дают поводы для оптимизма. Последние новости показывают наличие заметного прогресса, а также позволяют ожидать, что в ближайшем будущем промышленность похвастается новыми успехами. Таким образом, появление летательных аппаратов с пульсирующими детонационными двигателями все еще остается событием средней или отдаленной перспективы, но каждый новый этап разработки и испытаний приближает его.

Facebook

Роскосмос

Детонационный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) на экологически чистом топливе успешно испытали в НПО «Энергомаш»

Специализированная лаборатория «Детонационные ЖРД», созданная в 2014 году на базе АО НПО «Энергомаш» — ведущего российского предприятия космической отрасли, провела первые в мире успешные испытания полноразмерного демонстратора детонационного жидкостного ракетного двигателя на топливной паре кислород-керосин. Исследовательские работы проводились учеными совместно с коллегами из Новосибирского института гидродинамики им. М.А.Лаврентьева Сибирского отделения РАН и Московского авиационного института.

Россия является безусловным мировым лидером в разработке и производстве ракетных двигателей. Но на текущий момент классические жидкостные ракетные двигатели вплотную подошли к своему теоретическому пределу по удельным параметрам. Идея использовать детонационный режим горения, как наиболее термодинамически выгодный способ сжигания топлива, впервые был предложен советскими учеными еще в середине прошлого века. Однако, практически реализовать этот режим удалось только сейчас.

В настоящее время работы перешли из стадии расчётных исследований и моделирования в стадию огневых испытаний. По результатам проведенной расчетно-теоретической работы созданы три наиболее перспективных варианта компоновочных схем демонстраторов новейших двигателей, теоретически способных существенно превзойти существующие мировые разработки по удельным характеристикам.

При проведённых в июле-августе текущего года испытаниях двух первых в России полноразмерных демонстраторов детонационного ЖРД впервые в мире были зарегистрированы установившиеся режимы непрерывной спиновой детонации с частотой вращения поперечных детонационных волн около 20 кГц на топливной паре кислород-керосин. В этих испытаниях удалось добиться получения различного количества детонационных волн, уравновешивающих вибрационные и ударные нагрузки друг друга.

Кроме того, кооперации институтов удалось добиться работоспособности демонстраторов в течение нескольких пусков в условиях экстремальных детонационных нагрузок и сверхвысоких температур. Это стало возможным за счет специально разработанных Центром им. М.В.Келдыша для нужд проекта теплозащитных покрытий уникального состава.

Детонационный двигатель отличается от обычного жидкостного ракетного двигателя тем, что реактивная струя создается не просто за счет горения топлива, а путем контролируемых взрывов, при этом ударная волна закручивается в камере сгорания двигателя. Это обеспечивает меньший расход топлива при большей мощности.

VIMEO.COM

Испытания детонационного жидкостного ракетного двигателя

Роскосмос

Надеемся, вы никогда не попадёте в ситуацию, в которой вам понадобится система КОСПАС-САРСАТ, но знать о ее существовании очень важно.

Международная спутниковая система поддержки поисково-спасательных операций КОСПАС-САРСАТ позволяет в режиме реального времени отслеживать сигналы бедствия радиомаяков, определять их географические координаты и мгновенно информировать о ЧП поисково-спасательные службы и ответственные координационные центры. Другими словами, если человек попал в беду в воздухе, в море или на суше, сигнал бедствия от радиобуя поможет службе спасения его найти как можно скорее.

Читать еще:  Двигатель d4ea плохо заводится

Сейчас в российском сегменте международной космической системы спасания КОСПАС-САРСАТ в основном используются ресурсы низкоорбитальных и геостационарных спутников. Использование космических аппаратов на низкой орбите помогает определить точные координаты буя за счет доплеровского эффекта, а спутники на геостационарной орбите используются как ретрансляторы сигнала бедствия.

Оперативность реакции на аварийный сигнал ограничена их количеством, радиусом зоны радиовидимости и техническими возможностями.
В настоящее время осуществляется переход на среднеорбитальные спутники ГЛОНАСС. Они будут оперативнее, расширят зону обзора, позволят принимать сигнал бедствия с несравнимо больших площадей.
Система также получит новый канал обратной связи, который будет информировать терпящего бедствие, что его аварийный сигнал был «услышан». Такая «обратная связь поможет избежать необдуманных действий и паники.

Фото: Земля, снятая спутником «Электро-Л».
.
.
We hope you will never have an emergency situation, which calls for the COSPAS-SARSAT system use. But it is necessary to know about its existence.

COSPAS-SARSAT International Satellite System for Search and Rescue allows to detect distress beacon signals in real-time, determine their geographic coordinates and inform Coordination Centers along with search & rescue organizations. In other words, if someone got into trouble in the air, at the sea, or on land, distress beacons help rescue services to find him precisely as soon as possible.

Now, at the Russian segment of the COSPAS-SARSAT International Space System, the capabilities of satellites in low-altitude Earth orbit (LEO) and satellites in geostationary Earth orbit (GEO) are mainly used. The use of the spacecraft in low-altitude Earth orbit helps to detect the location of radio beacons due to the
doppler shift. Satellites in geostationary Earth orbit are used as distress signal repeaters.

The speed of reaction is limited by the number of satellites, the radius of the radio coverage zone and technological capacity. Currently, the system is in transit to GLONASS system’s medium-Earth orbit satellites. They will work faster, expand the visibility area and allow them to receive signals from far larger areas.

The system will get a new feedback channel, which will inform those in distress that they were “heard”. “Feedback” will help to avoid any rash action and victims’ panic.

История вопроса

Детонационное сгорание является потенциальным для двигателей аэрокосмических систем, предлагая высокую эффективность и низкую конструкционную сложность. Для сравнения, дефлаграцию обычно легче контролировать, и поэтому она доминирует как в экспериментальных, так и в реальных применениях на двигателях. Ранее исследования в области детонационных двигателей были ограничены из-за отсутствия необходимых инструментов, необходимых для проектирования и анализа таких систем. Тем не менее, применение детонационных двигателей для движения является очень перспективным, уже доказавшим свою компактность, обеспечивая при этом высокоэффективную генерацию тяги. Эта сверхзвуковая тяга может использоваться независимо как ракетный двигатель или как часть газотурбинной системы. Интерес к разработке технологии RDE возрос, и проблемы использования более термодинамически эффективного цикла стали более понятными.

Министерства обороны США в начале этого года объявило, что гиперзвуковой транспорт должен быть высшим приоритетом. Подталкивает Пентагон Россия, у которой есть «Авангард», оснащеный особым двигателем, и Китай также претендующий на мощную программу исследований гиперзвуковых ракет.

Этот тип двигателя характеризуется одной или несколькими детонационными волнами, содержащимися в кольцевой камере с открытым концом. Смесь топлива и окислителя подается в один конец камеры, и детонационная волна потребляет эти реагенты азимутально, вытесняя реагенты из открытого конца кольцевого пространства. В некоторых источниках этот тип двигателя также называют двигателем непрерывной детонационной волны (CDWE) или двигателем спиновой детонации.

Изобретение относится к технике, преимущественно военной, а именно к двигателям летательных аппаратов, и может быть использовано, вероятнее всего, в качестве двигателя небольших беспилотных летательных аппаратов, таких как зенитные, авиационные и тактические ракеты, беспилотные разведчики, летающие мишени и т.п., а также в качестве сбрасываемых дополнительных двигателей. Пульсирующий воздушно-реактивный детонационный двигатель содержит, в частности, цилиндрическую камеру сгорания, резонаторную трубу, впускную трубу и форсунки. Камера сгорания в головной части разделена на два объема трубчатым или пластинчатым пакетом. Первый по ходу течения объем в головной части имеет топливную форсунку и соединен с впускной трубой и форкамерой, установленной напротив форсунки. Второй объем камеры сгорания по ходу течения за трубчатым или пластинчатым элементом снабжен свечами зажигания, установленными за топливными форсунками, и имеет стенки, выполненные с кольцевыми гофрами, и далее соединен с резонаторной трубой. Изобретение направлено на повышение термодинамического кпд путем увеличения амплитуды пульсаций давления. 4 ил.

Читать еще:  Все о двигателе д21а1 технические характеристики

Пульсирующий воздушно-реактивный детонационный двигатель, содержащий, в частности, цилиндрическую камеру сгорания, резонаторную трубу, впускную трубу и форсунки, отличающийся тем, что камера сгорания в головной части разделена на два объема трубчатым или пластинчатым пакетом, при этом первый по ходу течения объем в головной части имеет топливную форсунку и соединен с впускной трубой и форкамерой, установленной напротив форсунки, а второй объем камеры сгорания по ходу течения за трубчатым или пластинчатым элементом снабжен свечами зажигания, установленными за топливными форсунками, и имеет стенки, выполненные с кольцевыми гофрами и далее соединен с резонаторной трубой.

Последствия детонации

Воздействия ударных нагрузок и температуры пагубно влияет на элементы ЦПГ, клапанов, свечей.

Ударные нагрузки приводят к:

  • интенсивному износу кривошипно-шатунного механизма;
  • износу цилиндропоршневой группы;
  • разрушению стенок цилиндров и днищ поршней.

Высокая температура оплавляет днище поршня (вплоть до полного прогорания), подгорают седла и кромки клапанных тарелок, оплавляются свечные электроды, повреждается прокладка ГБЦ.

Типы ПуВРД

Кроме обычного ПуВРД в виде прямолинейного канала с входным клапаном, что описывались выше, есть и его разновидности: бесклапанный и детонационный.

Бесклапанный ПуВРД, как понятно по его названию, не имеет входного клапана. Причиной его появления и использования стал тот факт, что клапан является довольно уязвимой деталью, которая очень быстро выходит из строя. В этом же варианте «слабое звено» устранено, поэтому и срок службы мотора продлен. Конструкция бесклапанного ПуВРД имеет форму буквы U с концами, направленными назад по ходу реактивной тяги. Один канал длиннее, он «отвечает» за тягу; второй короче, по нему поступает воздух в камеру сгорания, а при горении и расширении рабочих газов часть их выходит через этот канал. Такая конструкция позволяет осуществлять лучшую вентиляцию камеры сгорания, не допускает утечки топливного заряда через входной клапан и создает дополнительную, пусть и незначительную, тягу.

без клаппаный вариант исполнения ПуВРД

без клапанный U-образный ПуРВД

Детонационный ПуВРД предполагает сжигание топливного заряда в режиме детонации. Детонация предусматривает резкое повышение давления продуктов горения в камере сгорания при постоянном объеме, а сам объем увеличивается уже при движении газов по соплу. В этом случае повышается термический КПД двигателя в сравнении не только с обычным ПуВРД, но и с любым другим двигателем. На данный момент этот тип моторов не используется, а находится на стадии разработок и исследований.

Детонация двигателя и возможные последствия

Как уже было сказано выше, от разрушительных нагрузок в результате постоянной детонации быстро выходит из строя кривошипно-шатунный механизм, ГБЦ, другие в большей или меньшей степени нагруженные элементы и узлы двигателя. Ударная волна от взрыва детонирующего топливного заряда с высокой скоростью ударяет по стенкам цилиндров, разрушает масляную защитную пленку на трущихся парах.

Также детонация вызывает нарушение процесса теплоотдачи от раскаленных газов, которые перегревают цилиндры. Возникающий локальный или общий перегрев двигателя уничтожает кромку поршня, которая попросту выкрашивается или плавится под воздействием запредельно высоких температур. Рост температуры вызывает прогар прокладки головки блока, разрушение стенок цилиндров, прогар клапанов ГРМ, быстро приходят в негодность свечи зажигания и т.д. Закономерным итогом становится то, что ударные и термические нагрузки, возникающие при детонации, значительно повышают общий износ двигателя и сокращают его моторесурс.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector