CC BY
27Тепломассообменные 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: [email protected]
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: [email protected]
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
