Необычные двигатели для ЛА и КА в прошлом, настоящем и будущем
Zementbomber:
https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse_detonation_engine
https://engineering.fandom.com/wiki/Pulse_detonation_engine
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BC%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C
Zementbomber:
Разработка в США пульсирующих детонационных двигателей
("Зарубежное военное обозрение", №12, 2008)
Подполковник О. Кайнов
В течение последнего десятилетия в США различными фирмами в инициативном порядке проводятся независимые НИОКР в области создания пульсирующих детонационных двигателей (ПДЦ), которые смогут заменить газогенераторы в реактивных силовых установках (СУ).
В отличие от обычного прямоточного воздушно-реактивного двигателя, для которого необходимо создание в камере сгорания избыточного давления, образуемого на достаточно больших скоростях полета за счет сжатия набегающего потока воздуха в воздухозаборнике, новая силовая установка обладает возможностями запуска на земле при нулевой скорости и управления тягой в широком диапазоне высот и скоростей полета.
Конструктивно ПДД включает в свой состав три выполненных в одном силовом корпусе (трубе) важных элемента - воздухозаборник, камеру сгорания (или детонационную камеру), реактивное сопло, а также систему управления. Принцип его работы основан на создании периодических импульсов тяги, возникающей за счет высокой скорости выхода из сопла горячих газов (в данном случае в виде взрывной волны).
Горение топливовоздушной смеси в ПДД осуществляется путем распространения сверхзвуковой детонационной волны, что обеспечивает создание большего по сравнению с дозвуковым горением давления, а следовательно, извлечение большего количества энергии и увеличение производительности. При этом на 5-15 проц. уменьшается удельный расход топлива, так как в таком двигателе почти нет подвижных частей.
Поступающий через воздухозаборник воздух смешивается в детонационной камере с впрыскиваемым топливом, объем которого дозируется специальным клапаном, работающим по командам системы управления. Образовавшаяся топливно-воздушная смесь поджигается и детонирует. Возникающая при этом взрывная волна распространяется с большой сверхзвуковой скоростью (1 500-2 000 м/с) по тракту двигателя и выходит через реактивное сопло, создавая необходимую тягу. Благодаря высокой скорости истечения газов давление в детонационной камере снижается. В результате этого обеспечивается поступление очередной порции воздуха через воздухозаборник. Система управления обеспечивает впрыск топлива, и рабочий цикл двигателя, длительность которого измеряется несколькими миллисекундами, повторяется.
Принципиальная схема работы ПДД
Для увеличения мощности СУ несколько таких труб объединяют в одном двигателе.
В настоящее время в НИЦ фирмы «Дженерал электрик» (штат Нью-Йорк) ведется подготовка к подключению экспериментального трехтрубного ПДД к небольшой турбине диаметром 130 мм и динамометру с целью проверки, насколько эффективно осевая турбина извлекает мощность из быстрой пульсации. Каждая из труб запускается поочередно 20 раз в секунду, обеспечивая частоту работы 60 Гц. Компания в течение десяти лет выполняет исследования в этой области и по контракту с НАСА уже продемонстрировала первый многотрубный гибридный ПДД-ГТД. В нем было использовано восемь труб с кольцевой схемой расположения в сочетании с осевой одноступенчатой турбиной наддува. Работая на этилене в качестве топлива, гибридный двигатель достигал кратковременной мощности 750 и 350 л. с. в течение более длительного периода.
Демонстрационные испытания пятитрубного ПДД: вид спереди и вид сзади
Его суммарная наработка составила 144 мин.
В авиационных областях применения разработчики нацелены на использование высокооктановых видов углеводородного топлива. Кроме того, проводятся работы по сокращению временного интервала между воспламенением и детонацией, что позволит укоротить трубы, а следовательно, уменьшить массу и увеличить частоту зажигания ПДД.
Специалисты компании «Дженерал электрик» полагают, что газогенераторы, работа которых основана на принципе пульсирующей детонации, могут в ближайшие 10 лет найти применение в промышленных газотурбинных установках на базе авиационных двигателей, что позволит накопить опыт их эксплуатации до использования в авиации, где оно ожидается в ближайшие 20 лет.
Другая компания - ISS (Innovative Scientific Solutions) на базе НИИ ВВС США разработала и подготовила свой ПДД к летным испытаниям.
31 января 2008 года был поднят в воздух самолет Long-EZ, принадлежащий фирме «Скейлд композитс». Самолет взлетел с ВПП длиной около 3 750 м испытательного центра в пустыне Мохаве (штат Калифорния) и совершил прямолинейный горизонтальный полет на высоте около 30 м. При этом была достигнута тяга ПДД около 0,9 кН.
Для проведения летных испытаний он подвергся существенным доработкам. Поршневой двигатель 0-235 «Текстрон-Лайкоминг» с толкающим винтом' был заменен четырехтрубным ПДД с рабочей частотой 80 Гц. Для уменьшения длины разбега при взлете самолет был также оснащен реактивным ускорителем.
Работой клапанов и компрессоров ПДД управляла двухтактная вспомогательная СУ фирмы «Хирт», которая представляет собой в значительной степени модифицированный 16-клапанный двигатель внутреннего сгорания с двумя верхними распределительными валами автомобиля «Понтиак» фирмы «Дженерал моторс». Для уменьшения аэродинамического сопротивления вокруг ПДД был установлен обтекатель. Скорость отрыва составила 137 км/ч, через несколько секунд самолет развил скорость 240 км/ч, при этом массовый расход топлива составил около 0,73 кг/с, а уровень шума 195-200 дБ.
Главными целями испытаний было продемонстрировать принципиальную возможность использования ПДД для оснащения самолета, а также показать, что уровень шума и вибрации является допустимым для пилотируемого полета. Испытания подтвердили также правильность замены топлива для улучшения детонационных характеристик топливо-воздушных смесей.
В 2003-2004 годах испытания ПДД проводились на авиационном бензине. Во время летных испытаний ПДД работал на пропане, хотя, как показали исследования, наилучшие характеристики воспламенения и детонации имеет водород. За ним следуют этилен, пропан, авиационный бензин, реактивное топливо JP-8 и синтетическое топливо S-8, полученное по методу Фишера-Тропша. Несмотря на то что конкретных планов продолжения летных испытаний ПДД пока нет, фундаментальные исследования в этой области будут продолжены.
http://pentagonus.ru/publ/16-1-0-973
Zementbomber:
В конце сентября 2013 г. сообщалось, что:
Цитировать
В опытно-конструкторском бюро имени А. Люльки разработан, изготовлен и испытан на специализированном стенде пульсирующий резонаторный детонационный двигатель-демонстратор с двухстадийным сжиганием керосиновоздушной топливной смеси со средней измеренной тягой свыше 100 кг и длительностью непрерывной работы более 10 минут.
Как рассказал главный конструктор ОКБ Александр Тарасов, при проведении испытаний моделировались режимы работы, характерные для турбореактивного и прямоточного двигателей. При этом, измеренные величины удельной тяги и удельного расхода топлива на 30-50% лучше, чем у классических воздушно-реактивных двигателей, работающих в сходных условиях. Это было подтверждено результатом прямых сравнительных испытаний.
Как отметил главный конструктор, экспериментально показаны многократное включение-выключение и многорежимность работы с возможностью регулирования тяги пульсирующего резонаторного детонационного двигателя, работающего на авиационном керосине.
Ожидаемые результаты использования предлагаемой высокочастотной, бесклапанной, пульсирующей, детонационной технологии позволят: увеличить тяговооруженность летательного аппарата в 1,5-2 раза; увеличить максимальную дальность и/или массу боевой части авиационных средств поражения на 30-50%; снизить удельный вес двигателя в 1,5-2 раза.
В настоящее время на основе проведенных исследований и схемно-конструкторского анализа ОКБ им. А.Люльки предлагает к разработке семейство авиационных пульсирующих двигателей, которые могут найти применение в широком диапазоне летательных аппаратов: от "дешёвых" короткоресурсных двигателей для беспилотных летательных аппаратов и ракет, до самолетных двигателей с крейсерским сверхзвуковым полетом, а в перспективе - двигателей ракетно-космических систем и комбинированных силовых установок воздушно- космических самолётов.
https://www.aex.ru/news/2013/9/24/110932/
Zementbomber:
Прошел испытания демонстратор двигателя для перспективных орбитальных самолетов
В ОДК-УМПО завершили первый этап испытаний демонстратора прямоточного пульсирующего детонационного двигателя, который в будущем сможет применяться в перспективных ракетно-космических системах, гиперзвуковых летательных аппаратах и орбитальных самолетах. Силовая установка на отдельных режимах работы продемонстрировала увеличение удельной тяги до 50% в сравнении с двигателями традиционных схем
Демонстратор пульсирующего денотационного двигателя. Источник: ОДК
«Первый этап испытаний демонстратора пульсирующего детонационного двигателя успешно завершен. Демонстратор выдал требуемые показатели. На отдельных режимах работы удельная тяга до 50% превысила показатели традиционных силовых установок. В перспективе это позволит в 1,3–1,5 раза увеличить максимальную дальность и массу полезной нагрузки летательных аппаратов. Разработка сможет применяться, например, на орбитальных самолетах, сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратах, перспективных ракетно-космических системах», – рассказали в авиационном кластере Ростеха. Оснащенные пульсирующими детонационными двигателями летательные аппараты будут иметь лучшую динамику полета и маневренность. Этот тип двигателя сможет использоваться в развитие традиционных ракетных и воздушно-реактивных силовых установок или как дополнение к ним. При этом удельный вес новых двигателей будет в 1,5-2 раза меньше аналогичного показателя обычных реактивных силовых установок.
«Простота конструкции и относительно низкие требования к значениям величин газодинамических параметров позволяют применять при его создании технологии, отработанные на предыдущих поколениях двигателей. Это дает большое коммерческое и экономическое преимущество по сравнению с разрабатываемыми перспективными двигателями традиционных схем», – отметил генеральный конструктор-директор ОКБ имени А. Люльки Евгений Марчуков.
В 2016 году авторский коллектив проекта «Пульсирующий детонационный двигатель» стал победителем конкурса «Лучший инновационный проект по направлениям критических технологий в РФ» в Сколково. Макет пульсирующего детонационного двигателя впервые был представлен на Международном военно-техническом форуме «Армия-2017». В настоящее время известны три вида пульсирующих двигателей ─ клапанные, бесклапанные и детонационные. Принцип работы этих силовых установок заключается в периодической подаче в камеру сгорания топлива и окислителя, где происходит воспламенение топливной смеси и истечение продуктов сгорания из сопла с образованием реактивной тяги. Отличие от обычных реактивных двигателей заключается в детонационном горении топливной смеси, при котором фронт горения распространяется быстрее скорости звука.
Источник контента: https://naukatehnika.com/proshel-ispyitaniya-demonstrator-dvigatelya-dlya-perspektivnyix-orbitalnyix-samoletov.html
den22:
Нашли на складе эксперименты полувековой давности.
Навигация