Бяка
Ссылки есть, не лажа, и ЦАГИ кое-что делает.
ИМПУЛЬСНЫЕ ДЕТОНАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Тяга в импульсных двигателях дискретно производится за счет ударной волны, производимой микровзрывом в камере сгорания. Различаются детонационные двигатели двух типов: воздушно-реактивные с потреблением атмосферного кислорода PDE (Pulse Detonation Engine) и ракетные PDRE (Pulse Detonation Rocket Engine).
Силовые установки первого типа, работающие на углеводородном горючем, способны эффективно функционировать начиная от момента взлета до скоростей М=3-4, что делает их особенно привлекательными для использования в составе боевых крылатых ракет.
Двигатели PDRE предназначаются в основном для космических полетов.
Цикл функционирования подобных установок предусматривает выполнение пяти основных операций:
- подачу в камеру сгорания компонентов топлива и образование рабочей смеси,
- срабатывание детонирующего устройства (по аналогии с автомобильной свечой зажигания),
- распространение ударной волны вдоль камеры сгорания со скоростью несколько тысяч метров в секунду (для обычного ЖРД этот параметр оценивается на два порядка ниже),
- выброс продуктов горения,
- восстановление исходного давления в камере сгорания перед подачей компонентов топлива.
Наиболее сложными проблемами эксплуатации таких двигателей является обеспечение именно детонации топлива, а не его скоростного горения. Наибольшую значимость при этом приобретают стехиометрический состав топлива, размер капель компонентов и локальный коэффициент перемешивания.
Основными преимуществами импульсных детонационных двигателей считаются:
- высокие экономические показатели. Удельный импульс ракетных двигателей на 5-10% выше, чем у криогенных ЖРД; расход топлива у импульсных двигателей с потреблением атмосферного кислорода на 30-50% меньше, чем у ВРД,
- простота конструкции и, соответственно, высокая надежность. Компоненты топлива подаются в камеру сгорания при низком давлении, что позволяет отказаться от использования турбонасосных агрегатов и усиленных трубопроводов (некоторого упрочнения потребует лишь камера сгорания, поскольку при микровзрыве давление в ней увеличивается в 18-20 раз),
- низкие затраты на производство. По удельной стоимости единицы тяги импульсные двигатели примерно в четыре раза дешевле обычных ТРД (55 долл за 1 кг тяги против 220 долл./кг),
- каскадность изменения уровня тяги (практически мгновенные выход на рабочий режим и останов двигателя), широкие возможности по дросселированию тяги.
Ведущие позиции по разработке импульсных детонационных двигателей занимает специализированный центр Seattle Aerosciences Center (SAC), выкупленный в 2001 г. компанией Pratt and Whitney у фирмы Adroit Systems. Большая часть работ центра финансируется ВВС и NASA из бюджета межведомственной программы Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology Program (IHPRPTP), направленной на создание новых технологий для ракетных двигателей различных типов (данная программа является своеобразным аналогом проектов IHPTET и VAATE).
В общей сложности начиная с 1 992 г. специалистами центра SAC осуществлено свыше 500 стендовых испытаний экспериментальных образцов двигателей различных типов. В феврале 2000 г. на технической базе Лаборатории AFRL фирма провела серию запусков шестикамерного двигателя PDRE, работающего на газообразном кислороде и водороде. Компоновкой этого двигателя предусмотрено кольцевое расположение камер сгорания, длина которых составляла 90 см, а диаметр 2,5 см.
В ходе испытаний, продолжительность которых составляла 10-30 с, детонация топлива в каждой камере проводилась с периодичностью 0,01 с. Так как микровзрывы в камерах выполнялись последовательно, то общая частота импульсов двигателя достигала 600 Гц, что позволило обеспечить высокую стабильность основных характеристик изделия.
Кроме того, в ходе нескольких запусков фирма провела испытания двух типов сопел. В проектном отношении этот элемент является одним из самых сложных узлов двигателя, так как требуется подобрать оптимальную форму для нескольких режимов работы: сверхзвукового, дозвукового, а также режима «запирания» сопла, в условиях которого будет производиться заполнение камеры сгорания компонентами топлива.
Работы по импульсным двигателям PDE с потреблением атмосферного кислорода Центр SAC ведет по заказу ВМС. В начале 2003 г. состоялись стендовые испытания опытной модели пятикамерной установки данного типа. В ходе состоявшихся запусков при скорости набегающего потока М=2,5 изделие, использующее в качестве горючего этилен, развило тягу 226-272 кг.
Конечной целью проекта является создание противокорабельной ракеты с крейсерской скоростью полета М=2,5-4 на высоте 12,2 км и дальностью действия 1300-1500 км. Согласно техническому заданию, летные испытания опытной модели изделия с экспериментальным двигателем PDE должны состояться в 2006 г., чтобы спустя четыре года принять систему на вооружение.
Кроме того, детонационные двигатели могут стать составным элементом комбинированных установок различных типов, например, использоваться в качестве форсажной камеры ТРДЦ.
Учитывая сложность программы, специалисты ВМС привлекли к ее реализации практически все организации, занимающиеся детонационными двигателями. Кроме компании Pratt and Whitney в работах принимают участие Исследовательский центр United Technologies Research Center (UTRC) и фирма Boeing Phantom Works.
Импульсные детонационные двигатели
1. Aviation Week and Space Technology,2000,17/VII,vol. 153,N3,p.70-71.
2. Aviation Week and Space Technology, 1999,5/IV,vol. 150,N 14,p.57,58.
3. Flight International, 2000, 7-13/XI, vol.158, N 4754, p.43.
4.
Новости аэрокосмической отрасли Украины и мира: аэрокосмические новости, экономические аспекты, законодательство, новости науки и техники, страницы истории, анонс событий.
//
space.com.ua
9.10.2001.В рамках комплексной программы Revolutionary Concepts (RevCon), направленной на создание элементной базы для перспективных авиационно-космических систем, NASA заключило с компанией Boeing контракт стоимостью 7,5 млн.долл. на разработку опытного образца импульсного детонационного двигателя.
Основные преимущества импульсных двигателей ракетного типа PDRE следующие:
- высокие энергетические характеристики. По сравнению с криогенными ЖРД удельный импульс этих двигателей выше на 5-10%;
- простота конструкции и, соответственно, высокая надежность. Компоненты топлива подаются в камеру сгорания при низком давлении, поэтому можно отказаться от использования турбонасосных агрегатов и усиленных трубопроводов;
- каскадность изменения уровня тяги ( практически мгновенные выход на рабочий режим и остановка двигателя );
- широкие возможности по дросселированию тяги.
В феврале 2000г. на территории базы ВВС Эдвардс
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В МОДЕЛЬНОЙ
ДЕТОНАЦИОННОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ
В.В.Власенко, Н.Х.Ремеев, Р.А.Хакимов (ЦАГИ им. проф. Н.Е.Жуковского)
В разработке перспективных авиационных двигателей, использующих детонационный процесс сжигания топлива, наступила стадия, когда наряду с продолжающимися исследованиями фундаментальных проблем детонации перешли к рассмотрению конкретных концепций пульсирующих детонационных двигателей (PDE) как изолированных, так и в составе силовых установок ЛА.
В данной работе представлены результаты проведенных в ЦАГИ исследований применительно к концепции «камеры в камере» – для сверхзвукового ВРД. Ее отличает то, что в камере сгорания двигателя установлены несколько проточных детонационных камер сгорания, работающих в последовательном режиме. Кроме того, ее отличает применение общего воздухозаборника и реактивного сопла. Соответственно, одной из основных проблемам в разработке данной концепции является взаимодействие течения в камерах сгорания с течением в воздухозаборнике и реактивном сопле, а также обеспечение стационарного расчетного течения в воздухозаборнике при пульсирующем – в камере сгорания.
Разработаны метод и программа численного моделирования рабочего процесса в пульсирующем детонационном двигателе на основе решения системы полных, осредненных по Фавру уравнений Навье-Стокса. Проведены расчеты процесса затухания индуцированной детонацией ударной волны во входном подводящем воздуховоде. Участок воздуховода, расположенный перед инжекторами подачи водорода был перфорирован, причем суммарная площадь отверстий превышала площадь поперечного сечения канала. Рассматривались следующие конфигурации:
Перфорированный участок закрыт снаружи кожухами с проходной площадью выпуска газов 20% от площади камеры. Расчеты показали, что наличие таких кожухов значительно снижает эффективность гашения ударной волны.
Газ истекает из перфорации в свободное пространство широкого канала, в котором расположена детонационная камера. В этом случае в расчете удалось снизить перепад давления в ударной волне от до ~2.
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.