CC BY
134
Секция «Эксплуатацияи надежность авиационной техники»
УДК 629.7.03
РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ РЕЗОНАНСНЫХ ПУЛЬСИРУЮЩИХ ДЕТОНАЦИОННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Н. В. Никитевич, А. А. Калашников, А. М. Турчанов, В. А. Миронова Научный руководитель - А. Г. Кучкин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Авторы поднимают тему создания пульсирующего детонационного двигателя, доработки современных газотурбинных двигателей путем использования в них высокочастотных детонационных резонаторов, проводят расчет скорости истечения газов, импульса в пустоту, удельного импульса в зависимости от давления в камере сгорания, делают вывод, приводят пример практического использования детонационного горения.
Ключевые слова: авиация, двигатель, пульсирующий, газотурбинный, детонация, горение, резонатор.
WORKING PROCESSES OF THE RESONANT PULSING DETONATION ENGINES
N. V. Nikitevich, A. A. Kalashnikov, A. M. Turchanov, V. A. Mironova Scientific supervisor - A. G. Kuchkin
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
In work authors lift a subject of creation of the pulsing detonation engine, completion of modern gasturbine engines by use in them high-frequency detonation resonators, carry out calculation of speed of the expiration of gases, an impulse to emptiness, a specific impulse depending on pressure in the combustion chamber, draw a conclusion, give an example ofpractical use of detonation burning.
Keywords: aircraft, engine, pulsing, gas-turbine, detonation, burning, resonator.
Прогресс в авиации на всём протяжении её существования связан, главным образом, с прогрессом авиационных двигателей, а все возрастающие требования, предъявляемые авиацией к двигателям, являются мощным стимулятором развития авиационного двигателестроения.
Повышение эффективности современных энергетических установок требует колоссальных капиталовложений. Борьба идет за каждый процент повышения коэффициента полезного действия [1]. Это значит, что ресурс повышения эффективности существующих схем организации рабочего процесса в двигателях фактически исчерпан. Для того чтобы изменить ситуацию необходимы новые идеи и технологии.
На сегодняшний день появились решения по доработке авиационных двигателей. Предлагается использовать вместо традиционного термодинамического цикла Брайтона, цикл с детонационным сжиганием топлива, который является более эффективным [2].
Детонация - это сверхзвуковой самоподдерживающийся режим распространения горения, в котором химические реакции окисления газообразного, жидкого или твердого горючего инициируются сильной ударной волной и протекают за очень короткое время (микросекунды). Термодинамически это самый эффективный способ прямого сжигания горючего.
Одна из возможных схем детонационного двигателя включает в себя диффузор, механический клапан, связку детонационных труб и общее сопло. Трубы периодически заполняются топливно-воздушной смесью. Смесь сгорает в бегущих детонационных волнах, а горячие продукты детонации выбрасываются с высокой скоростью в окружающее пространство через сопло, создавая реактивную
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
тягу. Также существуют подобные схемы организации детонационного горения без механических клапанов, то есть в конструкции двигателя вообще отсутствуют подвижные элементы. Конструктивно такой двигатель является очень простым [3].
Отметим, что двигателям, созданным на базе традиционных детонационных труб, несмотря на высокую термодинамическую эффективность в единичной пульсации, свойственны некоторые недостатки, а именно:
- низкая частота пульсаций (до 100 Гц);
- высокие тепловые и вибрационные нагрузки;
- значительный уровень шума и т. д.
Устранить эти недостатки можно при использовании вместо длинных труб иных газодинамических устройств, например, кольцевых камер и газодинамических резонаторов для осуществления эффективного периодического процесса.
При детонационном горении значительно повышается давление в камере сгорания по сравнению с газотурбинным двигателем, поэтому нами был проведен расчёт скорости истечения газа (Ш), импульса в пустоту (I.(), удельного импульса (1к), в зависимости от этого давления. Полученные значения сведены в таблицу.
Зависимость параметров в камере сгорания от давления
Рк, МПа а = 0,85 а = 0,95
Ш I. 1н Т Ш 1к Т
0,5 1 556,48 1 819,75 1 556,48 1 390,00 1577,94 1846,63 1577,94 2317,55
10 2 055,96 2 159,53 2 055,96 2 240,29 2087,17 2191,74 2087,17 2347,42
20 2 121,24 2 206,78 2 121,24 2 240,79 2152,74 2238,69 2152,74 2350,09
Анализируя результаты расчета, можно сделать вывод, что с увеличением давления в камере сгорания, к которому приводит детонационное горение, увеличивается и удельный импульс, являющийся важной характеристикой двигателя.
Одним из примеров практического применения детонационного горения может служить схема турбокомпрессорного детонационного двигателя, предложенная в научно-техническом центре им. Люльки для модернизации двигателя МД-120.
Библиографические ссылки
1. Фролов С. М. Перспективы использования детонационного сжигания топлива в энергетике и на транспорте // Тяжелое машиностроение. 2003. № 9. С. 18.
2. Фролов С. М. Импульсные детонационные двигатели. М. : Торус пресс. 2006. 592 с.
3. Тарасов А. И., Щипаков В. А. Перспективы использования пульсирующих детонационных технологий в турбореактивных двигателях / ОАО «НПО «Сатурн» НТЦ им. А. Люльки // Авиационно-космическая техника и технология. 2011. № 9 (86).
© Никитевич Н. В., Калашников А. А., Турчанов А. М., Миронова В. А., 2015
