Научная статья на тему 'Создание электрореактивной тяги, совмещенной с процессом детонационного горения топлива'

Создание электрореактивной тяги, совмещенной с процессом детонационного горения топлива Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
117
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНАЯ ТЯГА / ДЕТОНАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ / СТУПЕНЧАТАЯ ДЕТОНАЦИЯ / ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ / ELECTRICAL PROPULSION THRUST / DETONATION COMBUSTION / DETONATION SPEED / CHAIN REACTION

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Трифанов В. И., Оборина Л. И., Трифанов И. В., Козлов С. И., Казьмин Б. Н.

Предложены метод и КТР создания электрореактивной тяги, совмещенной с детонационным горением топлива.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE CREATION OF ELECTRIC ROCKET THRUST, COMBINED WITH THE PROCESS OF THE DETONATION COMBUSTION OF FUEL

The research speaks about the method and the ERT while generating electric jet thrust combined with detonation combustion.

Текст научной работы на тему «Создание электрореактивной тяги, совмещенной с процессом детонационного горения топлива»

Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛА, энергетическихустаноеок,и систем жизнеобеспечения

УДК 621.01

СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНОЙ ТЯГИ, СОВМЕЩЕННОЙ С ПРОЦЕССОМ ДЕТОНАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

В. И. Трифанов*, Л. И. Оборина, И. В. Трифанов, С. И. Козлов, Б. Н. Казьмин

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

*E-mail: sibgau-uks@mail.ru

Предложены метод и КТР создания электрореактивной тяги, совмещенной с детонационным горением топлива.

Ключевые слова: электрореактивная тяга, детонационное горение, ступенчатая детонация, цепные реакции.

THE CREATION OF ELECTRIC ROCKET THRUST, COMBINED

WITH THE PROCESS OF THE DETONATION COMBUSTION OF FUEL

V. I. Trifanov*, L. I. Oborina, I. V. Trifanov, S. I. Kozlov, B. N. Kaz'min

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

*E-mail: sibgau-uks@mail.ru

The research speaks about the method and the ERT while generating electric jet thrust combined with detonation combustion.

Keywords: electrical propulsion thrust, detonation combustion, detonation speed, chain reaction.

Для повышения эффективности многофункциональных ЭРД [1] перспективным является создание совмещенного электрореактивного импульсно-дето-национного способа, обеспечивающего высокую тягу и КПД за счет использования химической и электрической энергии топлива [2], а также энергии сформированных ударных волн, ускоряющего электрического поля при одновременном воздействии заряженных частиц - ионов-радикалов на продукты сгорания топлива и процесс горения [5].

Известно, что детонационное горение соответствует определенному химическому составу газовой смеси. Цепной взрывной процесс происходит, когда в системе возникает большое количество активных частиц (атомов и радикалов), способных вызывать разветвленную цепь превращений неактивных атомов и молекул [3]. При горении водорода и окиси углерода скорость возникновения первичных активных центров мала. В связи с этим предложено получать активные ионы-радикалы, в том числе катионы-радикалы типа Н+, СН+, N0^ СО сначала в предварительной камере сгорания топлива. Процесс осуществлять в плазменном ядре, образованном в магнитном сепараторе, включающим индуктор постоянного поперечного магнитного поля, в котором под действием резонансного СВЧ-поля происходит ионизация продуктов сгорания и разделение электронов и катионов-радикалов на отдельные пучки [2]. Электроны при этом постоянно удаляются из зоны горения через электронную мембрану под воздействием напряжения аксиального анода ^ = 3-5 кВ), а затем преобразуются в электрическую мощность. Процесс горения в предварительной камере сгорания должен происхо-

дить с избытком горючего, что позволит получить продукты высокой химической активности неполного сгорания топлива, обусловленной образованием сверхравновесной концентрации химически активных частиц (свободных радикалов и атомов) [4].

Продолжительность химически активного состояния частиц с момента из возникновения мала. Однако постоянная ионизация под воздействием резонансного СВЧ-излучения [2] и удаление электронов из плазменного ядра могут повысить продолжительность химически активного состояния частиц в несколько раз, а также увеличить их концентрацию. Химически активные частицы с определенной концентрацией под воздействием ускоряющего электрического поля ^ = 3-5 кВ) и давления в предварительной камере сгорания поступают в детонационную камеру сгорания с высокой кинетической и термоионизационной энергией, где воздействуют на продукты сгорания топлива с избытком окислителя [5]. При этом химически активные частицы, обладающие высокой скоростью турбулентной диффузии, инициируют быстрые почти сплошь разветвленные химические реакции в детонационной камере сгорания и тем самым резко сокращают период задержки воспламенения рабочей смеси. Процесс сразу переходит в фазу лавинной активации горения. Лавинная активация горения приводит к увеличению в 3-4 раза скорости сгорания, к повышению на 10-15 % ее полноты [6].

Основной причиной самоускорения реакции при детонационном горении [5] в детонационной камере сгорания является накопление в системе тепла реакции, воздействие химически активных продуктов реакции (ионов-радикалов), получаемых в предварительной

Решетневскуе чтения. 2017

камере сгорания [7], а также механизм многоступенчатой детонации, возникающий за счет применения фокусирующих элементов днища детонационной камеры сгорания [5] и воздействия импульсного электрического поля, согласованного с параметрами детонационной волны [5; 8], создающего ионный ветер, турбулизацию потока и оказывающего другие энергетические воздействия.

Библиографические ссылки

1. Повышение эффективности многофункциональных электрических ракетных двигателей / И. В. Трифанов, Б. Н. Казьмин, Л. И. Оборина и др. // Вестник СибГАУ. Т. 17, № 3. С. 729-737.

2. Пат. 2567896 Российская Федерация, МПК F03H 1/00 (2006.01). Способ создания электрореактивной тяги / Казьмин Б. Н., Трифанов И. В., Оборина Л. И. и др. № 2013125958/06, заявл. 05.06.2013, опубл. 10.12.2014, Бюл. № 34. 7 с.

3. Условия возникновения и развития процессов горения [Электронный ресурс]. URL: http://chem21. info/info/1601426/ (дата обращения: 04.09.2017).

4. Теория и практика детонационного горения [Электронный ресурс]. URL: http://www.latestenergy.ru/ (дата обращения: 05.09.2017).

5. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2016117685/06 от 04.05.2016. Способ создания электрореактивной тяги / Трифанов И. В., Казьмин Б. Н., Оборина Л. И., Трифанов В. И.

6. Явления высокой химической активности продуктов неполного сгорания богатой углеводородной смеси [Электронный ресурс]. URL: http://www. latestenergy.ru/ (дата обращения: 06.09.2017).

7. Цепное самовоспламенение (цепной взрыв) [Электронный ресурс]. URL: http://studopedia.org/ 3-46122.html/ (дата обращения: 06.09.2017).

8. Механизм воздействия электрического поля на процесс горения [Электронный ресурс]. URL: https://mirznanii.com/a/322271/mekhanizm-vozdeystviya-elektricheskogo-polya-na-protsess-goreniya/ (дата обращения: 06.09.2017).

References

1. Trifanov I. V., Kaz'min B. N., Oborim L. I., Tri-fanov V. I., Savelyeva M. V. [Improving the efficiency of multifunctional electric rocket engines]. Vestnik SibGAU. 2016, Vol. 17, No. 3, P. 729-737. (In Russ.)

2. Kaz'min B. N., Trifanov I. V., Oborina L. I., Ryzhov D. R., Dubova E. D. Sposob sozdaniya elektro-reaktivnoy tyagi [The process of creating electro jet thrust]. Patent RF, no 2567896, 2015.

3. Usloviya vozniknoveniya i razvitiya protsessov goreniya [The conditions of occurrence and development of combustion processes]. Available at: http://chem21. info/info/1601426/ (accessed: 04.09.2017). (In Russ.)

4. Teoriya i praktika detonatsionnogo goreniya [Theory and practice of detonation combustion]. Available at: http://www.latestenergy.ru (accessed: 05.09.2017). (In Russ.)

5. Trifanov I. V., Kaz'min B. N., Oborina L. I., Trifanov V. I. Sposob sozdaniya elektroreaktivnoy tyagi [The way to create thrust electrojet]. A positive decision on the patent, No 2016117685/06, 2016.

6. Yavleniya vysokoy khimicheskoy aktivnosti produk-tov nepolnogo sgoraniya bogatoy uglevodorodnoy smesi [The phenomenon of high chemical activity of incomplete combustion of hydrocarbon-rich mixture]. Available at: http://www.latestenergy.ru (accessed: 06.09.2017). (In Russ.)

7. Tsepnoe samovosplamenenie (tsepnoy vzryv) [Chain ignition (chain explosion)]. Available at: http://studopedia.org/3-46122.html/ (accessed: 06.09.2017). (In Russ.)

8. Mekhanizm vozdeystviya elektricheskogo polya na protsess goreniya [The mechanism of influence of electric field on the combustion process]. Available at: https://mirznanii.com/a/322271/mekhanizm-vozdeystviya-elektricheskogo-polya-na-protsess-goreniya / (accessed: 06.09.2017). (In Russ.)

© Трифанов В. И., Оборина Л. И., Трифанов И. В., Козлов С. И., Казьмин Б. Н., 2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.