บทที่ห้า เครื่องยนต์ไอพ่นที่เร้าใจ เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทสำหรับเครื่องบินรุ่น เครื่องยนต์ระเบิดพัลส์

สำนักออกแบบการทดลอง Lyulka พัฒนา ผลิต และทดสอบต้นแบบของเครื่องยนต์ระเบิดเรโซเนเตอร์แบบพัลซิ่งด้วยการเผาไหม้แบบสองขั้นตอนของส่วนผสมของน้ำมันก๊าดกับอากาศ ตาม แรงขับที่วัดได้โดยเฉลี่ยของเครื่องยนต์อยู่ที่ประมาณหนึ่งร้อยกิโลกรัม และระยะเวลาของการทำงานต่อเนื่องมากกว่าสิบนาที ภายในสิ้นปีนี้ สำนักออกแบบตั้งใจที่จะผลิตและทดสอบเครื่องยนต์ระเบิดแบบเร้าใจขนาดเต็ม

ตามที่ Alexander Tarasov หัวหน้านักออกแบบของ Lyulka Design Bureau ในระหว่างการทดสอบ โหมดการทำงานลักษณะของ turbojet และ เครื่องยนต์แรมเจ็ท. ค่าที่วัดได้ของแรงขับจำเพาะและการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะนั้นดีกว่าค่าอากาศทั่วไป 30-50 เปอร์เซ็นต์ เครื่องยนต์ไอพ่น. ในระหว่างการทดลอง เครื่องยนต์ใหม่ถูกเปิดและปิดซ้ำๆ เช่นเดียวกับระบบควบคุมการยึดเกาะถนน

บนพื้นฐานของการศึกษาที่ดำเนินการ ข้อมูลที่ได้รับระหว่างการทดสอบ เช่นเดียวกับการวิเคราะห์การออกแบบวงจร สำนักออกแบบ Lyulka ตั้งใจที่จะเสนอการพัฒนาของการระเบิดแบบพัลซิ่งทั้งครอบครัว เครื่องยนต์อากาศยาน. โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องยนต์ที่มีอายุการใช้งานสั้นสำหรับอากาศยานไร้คนขับและขีปนาวุธ และเครื่องยนต์อากาศยานที่มีโหมดการบินความเร็วเหนือเสียงสามารถสร้างขึ้นได้

ในอนาคต บนพื้นฐานของเทคโนโลยีใหม่ เครื่องยนต์สำหรับระบบจรวด-อวกาศและรวมกัน โรงไฟฟ้าเครื่องบินที่สามารถบินเข้าและออกจากชั้นบรรยากาศได้

ตามที่สำนักออกแบบ เครื่องยนต์ใหม่จะเพิ่มอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักของเครื่องบิน 1.5-2 เท่า นอกจากนี้ เมื่อใช้โรงไฟฟ้าดังกล่าว ระยะการบินหรือมวลของอาวุธอากาศยานจะเพิ่มขึ้น 30-50 เปอร์เซ็นต์ ในขณะเดียวกัน น้ำหนักเฉพาะของเครื่องยนต์ใหม่จะน้อยกว่าโรงไฟฟ้าเจ็ททั่วไป 1.5-2 เท่า

ข้อเท็จจริงที่ว่างานในรัสเซียกำลังดำเนินการเพื่อสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบเร้าใจ ในเดือนมีนาคม 2011 สิ่งนี้ถูกระบุโดย Ilya Fedorov กรรมการผู้จัดการของสมาคมวิจัยและผลิตดาวเสาร์ ซึ่งรวมถึงสำนักออกแบบ Lyulka เครื่องยนต์ระเบิดประเภทใดที่เป็นปัญหา Fedorov ไม่ได้ระบุ

ปัจจุบันรู้จักเครื่องยนต์พัลซิ่งสามประเภท - วาล์ว, ไม่มีวาล์วและการระเบิด หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าเหล่านี้คือการจ่ายเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์เป็นระยะ ๆ ไปยังห้องเผาไหม้โดยที่ส่วนผสมของเชื้อเพลิงถูกจุดไฟและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะไหลออกจากหัวฉีดพร้อมกับการก่อตัว แรงขับเจ็ท. ความแตกต่างจากเครื่องยนต์เจ็ททั่วไปอยู่ที่การเผาไหม้แบบจุดชนวนของส่วนผสมเชื้อเพลิง ซึ่งส่วนหน้าของการเผาไหม้จะแพร่กระจาย ความเร็วที่เร็วขึ้นเสียง.

เครื่องยนต์ไอพ่นที่เร้าใจถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 โดย Martin Wiberg วิศวกรชาวสวีเดน เครื่องยนต์ที่เต้นเป็นจังหวะนั้นถือว่าเรียบง่ายและราคาถูกในการผลิต แต่เนื่องจากลักษณะของการเผาไหม้เชื้อเพลิงจึงไม่น่าเชื่อถือ เป็นครั้งแรกที่เครื่องยนต์ชนิดใหม่ถูกนำมาใช้ในซีรีส์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองกับขีปนาวุธล่องเรือ V-1 ของเยอรมัน พวกเขาติดตั้งเครื่องยนต์ Argus As-014 จาก Argus-Werken

ปัจจุบัน บริษัทป้องกันภัยรายใหญ่หลายแห่งในโลกกำลังดำเนินการวิจัยด้านเครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลซิ่งประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะงานที่ทำอยู่ บริษัทฝรั่งเศส SNECMA และ American General Electric และ Pratt & Whitney ในปี 2555 ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ ได้ประกาศความตั้งใจที่จะพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุน ซึ่งจะต้องมาแทนที่โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแบบเดิมบนเรือ

ปั่น เครื่องยนต์ระเบิดแตกต่างไปจากการเผาไหม้แบบเร้าใจตรงที่การเผาไหม้แบบจุดชนวนของส่วนผสมเชื้อเพลิงที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ─ ส่วนหน้าของการเผาไหม้จะเคลื่อนที่ในห้องเผาไหม้วงแหวน ซึ่งในนั้น ส่วนผสมเชื้อเพลิงปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

พิจารณาปัญหาการพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิดแรงกระตุ้น หลัก ศูนย์วิทยาศาสตร์การวิจัยชั้นนำเกี่ยวกับเครื่องยนต์รุ่นใหม่ พิจารณาทิศทางและแนวโน้มหลักในการพัฒนาการออกแบบเครื่องยนต์ระเบิด มีการนำเสนอประเภทหลักของเอ็นจิ้นดังกล่าว: อิมพัลส์, อิมพัลส์มัลติทูบ, อิมพัลส์พร้อมเรโซเนเตอร์ความถี่สูง ความแตกต่างในวิธีการสร้างแรงขับนั้นแสดงให้เห็นเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์เจ็ตแบบคลาสสิกที่ติดตั้งหัวฉีดลาวาล มีการอธิบายแนวคิดของผนังฉุดลากและโมดูลการยึดเกาะถนน แสดงให้เห็นว่าเครื่องยนต์ระเบิดพัลส์ได้รับการปรับปรุงในทิศทางของการเพิ่มอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์และทิศทางนี้มีสิทธิ์ที่จะมีชีวิตอยู่ในด้านของยานพาหนะทางอากาศที่เบาและไร้คนขับราคาถูกตลอดจนในการพัฒนาแอมพลิฟายเออร์แรงขับอีเจ็คเตอร์ต่างๆ . ปัญหาหลักของธรรมชาติพื้นฐานในการสร้างแบบจำลองการไหลของการระเบิดอย่างปั่นป่วนโดยใช้แพ็คเกจการคำนวณตามการใช้แบบจำลองความปั่นป่วนดิฟเฟอเรนเชียลและการเฉลี่ยเวลาของสมการเนเวียร์–สโตกส์

เครื่องยนต์ระเบิด

เครื่องยนต์ระเบิดแรงกระตุ้น

1. Bulat P.V. , Zasukhin O.N. , Prodan N.V. ประวัติการศึกษาทดลองความดันด้านล่าง // การวิจัยขั้นพื้นฐาน. - 2554. - ลำดับที่ 12 (3). - ส. 670-674.

2. Bulat P.V. , Zasukhin O.N. , Prodan N.V. ความผันผวนของความดันด้านล่าง // การวิจัยขั้นพื้นฐาน. - 2555. - ลำดับที่ 3 - ส. 204-207.

3. Bulat P.V. , Zasukhin O.N. , Prodan N.V. ลักษณะเฉพาะของการประยุกต์ใช้แบบจำลองความปั่นป่วนในการคำนวณการไหลในเส้นทางความเร็วเหนือเสียงของเครื่องยนต์ไอพ่นขั้นสูง // เครื่องยนต์ - 2555. - หมายเลข 1 - หน้า 20–23.

4. Bulat P.V. , Zasukhin O.N. , Uskov V.N. เกี่ยวกับการจำแนกระบอบการไหลในช่องที่มีการขยายตัวอย่างกะทันหัน // เทอร์โมฟิสิกส์และแอโรเมคานิกส์ - 2555. - ลำดับที่ 2 - ส. 209–222.

5. Bulat P.V. , Prodan N.V. เกี่ยวกับความผันผวนของการไหลความถี่ต่ำของแรงดันด้านล่าง // การวิจัยขั้นพื้นฐาน - 2556. - ครั้งที่ 4 (3). – ส. 545–549.

6. Larionov S.Yu. , Nechaev Yu.N. , Mokhov A.A. การวิจัยและวิเคราะห์การกำจัด "เย็น" ของโมดูลการฉุดลากของเครื่องยนต์ระเบิดความถี่สูงเป็นจังหวะ // แถลงการณ์ของ MAI - ต.14 - ลำดับที่ 4 - ม.: สำนักพิมพ์ MAI-Print, 2550. - ส. 36–42.

7. Tarasov A.I. , Shchipakov V.A. อนาคตสำหรับการใช้การเต้นเป็นจังหวะ เทคโนโลยีการระเบิดใน เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท. OAO NPO ดาวเสาร์ NTC im. A. Lyulki, มอสโก, รัสเซีย สถาบันการบินมอสโก (GTU) - มอสโควประเทศรัสเซีย. ISSN 1727-7337 วิศวกรรมและเทคโนโลยีการบินและอวกาศ, 2554. - ฉบับที่ 9 (86).

โครงการระเบิดของสหรัฐรวมอยู่ในโครงการพัฒนา เครื่องยนต์ที่มีแนวโน้มไอเอชพีที. ความร่วมมือนี้ครอบคลุมเกือบทั้งหมด ศูนย์วิจัยทำงานด้านการสร้างเครื่องยนต์ NASA จัดสรรเงินได้มากถึง 130 ล้านดอลลาร์ต่อปีเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ สิ่งนี้พิสูจน์ความเกี่ยวข้องของการวิจัยในทิศทางนี้

ภาพรวมของงานในด้านเครื่องยนต์ระเบิด

กลยุทธ์ทางการตลาดของผู้ผลิตชั้นนำของโลกไม่เพียงมุ่งเป้าไปที่การพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิดไอพ่นรุ่นใหม่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปรับปรุงเครื่องยนต์ที่มีอยู่ให้ทันสมัยด้วยการเปลี่ยนห้องเผาไหม้แบบเดิมด้วยห้องจุดระเบิด นอกจากนี้ เครื่องยนต์ระเบิดสามารถกลายเป็น ส่วนประกอบพืชรวม หลากหลายชนิดตัวอย่างเช่น ใช้เป็นเครื่องเผาควันไฟของเครื่องยนต์ turbofan เช่น การยกเครื่องยนต์อีเจ็คเตอร์ในเครื่องบิน VTOL (ตัวอย่างในรูปที่ 1 คือโครงการขนส่งโบอิ้ง VTOL)

ในสหรัฐอเมริกา ศูนย์วิจัยและมหาวิทยาลัยหลายแห่งกำลังพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิด: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanford, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Establishments, Suffield and Valcartier, Uniyersite de Poitiers, มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ Arlington, Uniyersite de Poitiers, มหาวิทยาลัย McGill, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลวาเนีย, มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน

ตำแหน่งผู้นำในการพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิดถูกครอบครองโดยศูนย์เฉพาะทาง Seattle Aerosciences Center (SAC) ซึ่งซื้อในปี 2544 โดย Pratt และ Whitney จาก Adroit Systems งานส่วนใหญ่ของศูนย์ได้รับทุนจากกองทัพอากาศและองค์การนาซ่าจากงบประมาณของโครงการระหว่างหน่วยงาน Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology Program (IHPRPTP) มุ่งสร้างเทคโนโลยีใหม่สำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นประเภทต่างๆ

ข้าว. 1. สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา 6,793,174 B2 โดยโบอิ้ง พ.ศ. 2547

โดยรวมแล้ว ตั้งแต่ปี 1992 ผู้เชี่ยวชาญของ SAC ได้ดำเนินการทดสอบตัวอย่างทดลองมากกว่า 500 รายการ การทำงานกับเครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลซิ่ง (PDE) โดยใช้ออกซิเจนในบรรยากาศนั้นดำเนินการโดย SAC Center ตามคำสั่งของกองทัพเรือสหรัฐฯ เนื่องจากความซับซ้อนของโครงการ ผู้เชี่ยวชาญของกองทัพเรือจึงมีส่วนเกี่ยวข้องกับองค์กรเกือบทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์จุดชนวนในการนำไปใช้งาน นอกจาก Pratt และ Whitney แล้ว United Technologies Research Center (UTRC) และ Boeing Phantom Works ก็มีส่วนร่วมในงานนี้เช่นกัน

ปัจจุบันมหาวิทยาลัยและสถาบันต่อไปนี้ของ Russian Academy of Sciences (RAS) กำลังทำงานเกี่ยวกับปัญหาเฉพาะนี้ในประเทศของเรา: Institute of Chemical Physics RAS (ICP), สถาบันวิศวกรรมเครื่องกล RAS, สถาบัน อุณหภูมิสูง RAS (IVTAN), สถาบันอุทกพลศาสตร์โนโวซีบีร์สค์ Lavrentiev (ISIL) สถาบันกลศาสตร์เชิงทฤษฎีและประยุกต์ Khristianovich (ITMP) สถาบันฟิสิกส์และเทคนิค Ioffe, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก (MGU), สถาบันการบินแห่งรัฐมอสโก (MAI), มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโนโวซีบีร์สค์, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเชบอคซารี, มหาวิทยาลัยแห่งรัฐซาราตอฟ ฯลฯ

ทิศทางการทำงานของเครื่องยนต์ระเบิดชีพจร

ทิศทางที่ 1 - เครื่องยนต์ระเบิดแบบคลาสสิก (PDE) ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปประกอบด้วยหัวฉีดสำหรับผสมเชื้อเพลิงกับตัวออกซิไดเซอร์ อุปกรณ์สำหรับจุดไฟส่วนผสมของเชื้อเพลิง และท่อเปลวไฟซึ่งเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ (การเผาไหม้) หลอดเปลวไฟลงท้ายด้วยหัวฉีด ตามกฎแล้วนี่คือหัวฉีดลาวาลซึ่งมีส่วนเรียวซึ่งเป็นส่วนวิกฤตขั้นต่ำที่ความเร็วของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้เท่ากับความเร็วของเสียงในพื้นที่ส่วนขยายตัวซึ่งแรงดันสถิตของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้คือ ลดลงเป็นความดันของ สิ่งแวดล้อม, มากเท่าที่จะมากได้. การประเมินแรงขับของเครื่องยนต์เป็นพื้นที่ของส่วนวิกฤตของหัวฉีดนั้นหยาบมาก คูณด้วยความแตกต่างของแรงดันในห้องเผาไหม้และสิ่งแวดล้อม ดังนั้นแรงขับจะสูงขึ้น ความดันในห้องเผาไหม้ก็จะยิ่งสูงขึ้น

แรงขับของเครื่องยนต์ระเบิดพัลส์ถูกกำหนดโดยปัจจัยอื่น - การถ่ายโอนของแรงกระตุ้นโดยคลื่นระเบิดไปยังผนังแรงขับ ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้หัวฉีดเลย เครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลส์มีช่องของตัวเอง - เครื่องบินราคาถูกและใช้แล้วทิ้ง ในช่องนี้ พวกเขากำลังประสบความสำเร็จในการพัฒนาไปในทิศทางของการเพิ่มอัตราการทำซ้ำของพัลส์

รูปลักษณ์ที่คลาสสิกของ IDD คือห้องเผาไหม้ทรงกระบอกซึ่งมีผนังเรียบหรือทำโปรไฟล์พิเศษ เรียกว่า "ผนังร่าง" (รูปที่ 2) ความเรียบง่ายของอุปกรณ์ IDD เป็นข้อได้เปรียบที่ปฏิเสธไม่ได้ จากการวิเคราะห์สิ่งตีพิมพ์ที่มีอยู่ แม้จะมีรูปแบบที่หลากหลายของ PDE ที่เสนอ ทั้งหมดนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยการใช้หลอดระเบิดที่มีความยาวมากเป็นอุปกรณ์เรโซแนนซ์และการใช้วาล์วที่ให้การจ่ายของเหลวทำงานเป็นระยะ

ควรสังเกตว่า PDE ซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นฐานของหลอดระเบิดแบบดั้งเดิม แม้จะมีประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์สูงในการเต้นจังหวะเดียว แต่ก็มีข้อเสียของคุณลักษณะของเครื่องยนต์เจ็ทแอร์เจ็ทแบบคลาสสิก กล่าวคือ:

ความถี่ต่ำ (สูงถึง 10 Hz) ของการเต้นเป็นจังหวะ ซึ่งกำหนดระดับประสิทธิภาพการลากโดยเฉลี่ยที่ค่อนข้างต่ำ

โหลดความร้อนและแรงสั่นสะเทือนสูง

ข้าว. 2. แผนภูมิวงจรรวมเครื่องยนต์ระเบิดชีพจร (PDE)

ทิศทางที่ 2 - Multipipe IDD แนวโน้มหลักในการพัฒนา IDD คือการเปลี่ยนไปใช้รูปแบบหลายท่อ (รูปที่ 3) ในเอ็นจิ้นดังกล่าว ความถี่ของการทำงานของหลอดเดียวยังคงต่ำ แต่เนื่องจากการสลับพัลส์ในหลอดต่างๆ นักพัฒนาจึงหวังว่าจะได้คุณสมบัติเฉพาะที่ยอมรับได้ โครงการดังกล่าวดูเหมือนว่าจะใช้การได้ค่อนข้างมากหากปัญหาของการสั่นสะเทือนและความไม่สมดุลของแรงขับได้รับการแก้ไข เช่นเดียวกับปัญหาของแรงดันด้านล่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสั่นของความถี่ต่ำที่เป็นไปได้ในบริเวณด้านล่างระหว่างท่อ

ข้าว. 3. เครื่องยนต์ระเบิดพัลส์ (PDE) ของรูปแบบดั้งเดิมพร้อมแพ็คเกจหลอดระเบิดเป็นตัวสะท้อน

ทิศทางที่ 3 - IDD พร้อมเครื่องสะท้อนความถี่สูง นอกจากนี้ยังมีทิศทางอื่น - โครงการที่เพิ่งได้รับการโฆษณาอย่างกว้างขวางด้วยโมดูลการลาก (รูปที่ 4) ที่มีเครื่องสะท้อนความถี่สูงที่มีโปรไฟล์พิเศษ งานในทิศทางนี้กำลังดำเนินการที่กทช. A. Lyulka และในเชียงใหม่ รูปแบบมีความโดดเด่นด้วยการไม่มีวาล์วทางกลและอุปกรณ์จุดระเบิดที่ไม่ต่อเนื่อง

โมดูลฉุดของ IDD ของโครงการที่เสนอประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์และเครื่องสะท้อน เครื่องปฏิกรณ์ทำหน้าที่เตรียม ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศเพื่อทำให้เกิดการระเบิด การสลายตัวของโมเลกุลของส่วนผสมที่ติดไฟได้เป็นส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ทางเคมี แผนผังของหนึ่งรอบการทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าวแสดงไว้อย่างชัดเจนในรูปที่ 5.

ปฏิกิริยากับพื้นผิวด้านล่างของตัวสะท้อนเช่นเดียวกับสิ่งกีดขวาง คลื่นระเบิดในกระบวนการชนกันจะส่งแรงกระตุ้นจากแรงดันเกิน

IDD ที่มีเครื่องสะท้อนความถี่สูงมีสิทธิ์ที่จะประสบความสำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาสามารถอ้างสิทธิ์ในการปรับปรุงเครื่องเผาไหม้หลังการเผาไหม้ให้ทันสมัยและปรับแต่งเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตอย่างง่าย ซึ่งได้รับการออกแบบอีกครั้งสำหรับ UAV ราคาถูก ตัวอย่างคือความพยายามของ MAI และ CIAM ในการปรับปรุงเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท MD-120 ให้ทันสมัยด้วยวิธีนี้ โดยการเปลี่ยนห้องเผาไหม้ด้วยเครื่องปฏิกรณ์กระตุ้นเชื้อเพลิงผสม และติดตั้งโมดูลการลากที่มีเครื่องสะท้อนความถี่สูงด้านหลังกังหัน จนถึงตอนนี้ ยังไม่สามารถสร้างการออกแบบที่ใช้งานได้เพราะ เมื่อทำโปรไฟล์เรโซเนเตอร์ ผู้เขียนใช้ทฤษฎีเชิงเส้นของคลื่นอัด นั่นคือ การคำนวณจะดำเนินการในการประมาณเสียง พลวัตของคลื่นระเบิดและคลื่นบีบอัดอธิบายโดยเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง การใช้แพ็คเกจตัวเลขมาตรฐานสำหรับการคำนวณเรโซเนเตอร์ความถี่สูงนั้นมีข้อจำกัดพื้นฐาน ทั้งหมด โมเดลที่ทันสมัยความปั่นป่วนจะขึ้นอยู่กับค่าเฉลี่ยของสมการเนเวียร์-สโตกส์ (สมการพื้นฐานของไดนามิกของแก๊ส) เมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้ สมมติฐานของ Boussinesq ยังแนะนำว่าเทนเซอร์ความเค้นแรงเสียดทานแบบปั่นป่วนนั้นเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความเร็ว สมมติฐานทั้งสองข้อนี้ไม่เป็นที่พอใจในกระแสที่ปั่นป่วนด้วยคลื่นกระแทก หากความถี่ลักษณะเฉพาะนั้นเทียบได้กับความถี่ของการกระเพื่อมแบบปั่นป่วน ขออภัย เรากำลังจัดการกับกรณีดังกล่าว ดังนั้นที่นี่จึงจำเป็นต้องสร้างแบบจำลองเพิ่มเติม ระดับสูงหรือการจำลองเชิงตัวเลขโดยตรงตามสมการของเนเวียร์-สโตกส์แบบเต็มโดยไม่ต้องใช้แบบจำลองความปั่นป่วน (งานที่ไม่สามารถทำได้ในขั้นปัจจุบัน)

ข้าว. 4. โครงการ PDD พร้อมเครื่องสะท้อนความถี่สูง

ข้าว. มะเดื่อ 5. โครงการ PDE พร้อมเครื่องสะท้อนความถี่สูง: SZS - เครื่องบินเจ็ทเหนือเสียง; SW - คลื่นกระแทก; Ф - โฟกัสเรโซเนเตอร์; DW - คลื่นระเบิด; VR - คลื่นหายาก; SHW - คลื่นกระแทกสะท้อน

IDD กำลังได้รับการปรับปรุงในทิศทางของการเพิ่มอัตราการทำซ้ำของพัลส์ ทิศทางนี้มีสิทธิที่จะมีชีวิตในด้านอากาศยานไร้คนขับราคาถูกและเบา เช่นเดียวกับในการพัฒนาตัวเพิ่มแรงขับอีเจ็คเตอร์แบบต่างๆ

ผู้วิจารณ์:

Uskov V.N. , วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต, ศาสตราจารย์ภาควิชา Hydroaeromechanics ของ St. Petersburg State University, คณะคณิตศาสตร์และกลศาสตร์, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก;

Emelyanov V.N. , Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Plasma Gas Dynamics and Heat Engineering, BSTU "VOENMEH" ตั้งชื่อตาม A.I. ดีเอฟ Ustinov, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

บรรณาธิการได้รับงานนี้เมื่อวันที่ 14 ตุลาคม 2556

ลิงค์บรรณานุกรม

Bulat P.V. , Prodan N.V. ทบทวนโครงการระเบิดเครื่องยนต์ PULSE ENGINES // การวิจัยขั้นพื้นฐาน - 2556. - ครั้งที่ 10-8. - ส. 1667-1671;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32641 (วันที่เข้าถึง: 10/24/2019) เรานำวารสารที่ตีพิมพ์โดยสำนักพิมพ์ "Academy of Natural History" มาให้คุณทราบ

การทดสอบเครื่องยนต์ระเบิด

FPI_RUSSIA / Vimeo

ห้องปฏิบัติการเฉพาะทาง "Detonation LRE" ของ Energomash Research and Production Association ได้ทดสอบเครื่องสาธิตเทคโนโลยีเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบระเบิดขนาดเต็มเครื่องแรกของโลก จากข้อมูลของ TASS โรงไฟฟ้าแห่งใหม่ใช้คู่เชื้อเพลิงออกซิเจนกับน้ำมันก๊าด

เครื่องยนต์ใหม่ไม่เหมือนกับโรงไฟฟ้าอื่นๆ ที่ทำงานบนหลักการ สันดาปภายใน, ทำงานเนื่องจากการระเบิดของเชื้อเพลิง การระเบิดคือการเผาไหม้ด้วยความเร็วเหนือเสียงของสาร ซึ่งในกรณีนี้คือส่วนผสมของเชื้อเพลิง ในกรณีนี้ คลื่นกระแทกจะแพร่กระจายผ่านส่วนผสม ตามด้วย ปฏิกิริยาเคมีด้วยการปล่อยความร้อนจำนวนมาก

การศึกษาหลักการทำงานและการพัฒนาเครื่องยนต์จุดชนวนได้ดำเนินการในบางประเทศของโลกมานานกว่า 70 ปี งานดังกล่าวครั้งแรกเริ่มขึ้นในประเทศเยอรมนีในทศวรรษที่ 1940 จริงอยู่ นักวิจัยล้มเหลวในการสร้างต้นแบบการทำงานของเครื่องยนต์ระเบิดในขณะนั้น แต่เต้นเป็นจังหวะ เครื่องยนต์ไอพ่น. พวกเขาถูกวางไว้บนจรวด V-1

ในเครื่องยนต์เจ็ทที่เต้นเป็นจังหวะ เชื้อเพลิงจะเผาไหม้ด้วยความเร็วแบบเปรี้ยงปร้าง การเผาไหม้นี้เรียกว่า deflagration เครื่องยนต์นี้เรียกว่าการเต้นเป็นจังหวะเนื่องจากเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ถูกป้อนเข้าไปในห้องเผาไหม้เป็นส่วนเล็กๆ เป็นระยะๆ

แผนที่ความดันในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุน เอ - คลื่นระเบิด; B - ต่อท้ายคลื่นกระแทก C - โซนผสมผลิตภัณฑ์เผาไหม้สดและเก่า D - พื้นที่เติมน้ำมันเชื้อเพลิง E คือพื้นที่ของส่วนผสมเชื้อเพลิงที่เผาไหม้โดยไม่เคาะ F - โซนขยายพร้อมส่วนผสมเชื้อเพลิงเผาไหม้ที่จุดชนวน

เครื่องยนต์ระเบิดในปัจจุบันแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: แรงกระตุ้นและโรตารี หลังเรียกอีกอย่างว่าสปิน หลักการทำงานของเครื่องยนต์อิมพัลส์นั้นคล้ายกับเครื่องยนต์พัลส์เจ็ต ความแตกต่างหลักอยู่ที่การเผาไหม้แบบจุดชนวนของส่วนผสมเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้

เครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนใช้ห้องเผาไหม้แบบวงแหวนซึ่งส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะถูกป้อนตามลำดับผ่านวาล์วเรเดียล ในโรงไฟฟ้าดังกล่าว การระเบิดจะไม่จางหาย - คลื่นระเบิด "วิ่งไปรอบๆ" ห้องเผาไหม้วงแหวน ส่วนผสมของเชื้อเพลิงที่อยู่ด้านหลังมีเวลาปรับปรุง เครื่องยนต์โรตารี่เริ่มมีการศึกษาครั้งแรกในสหภาพโซเวียตในปี 1950

เครื่องยนต์ระเบิดสามารถทำงานในความเร็วการบินที่หลากหลาย - จากศูนย์ถึงห้าหมายเลขมัค (0-6.2 พันกิโลเมตรต่อชั่วโมง) เป็นที่เชื่อกันว่าโรงไฟฟ้าดังกล่าวสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่า ใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไป ในขณะเดียวกัน การออกแบบเครื่องยนต์จุดชนวนก็ค่อนข้างง่าย เนื่องจากไม่มีคอมเพรสเซอร์และชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้จำนวนมาก

เครื่องยนต์ระเบิดทั้งหมดที่ทดสอบแล้วได้รับการพัฒนาสำหรับเครื่องบินทดลอง โรงไฟฟ้าดังกล่าวได้รับการทดสอบในรัสเซียเป็นโรงไฟฟ้าแห่งแรกที่ติดตั้งบนจรวด ไม่ได้ระบุประเภทของเครื่องยนต์ระเบิดที่ทดสอบ

สำนักออกแบบการทดลอง Lyulka พัฒนา ผลิต และทดสอบต้นแบบของเครื่องยนต์ระเบิดเรโซเนเตอร์แบบพัลซิ่งด้วยการเผาไหม้แบบสองขั้นตอนของส่วนผสมของน้ำมันก๊าดกับอากาศ จากข้อมูลของ ITAR-TASS แรงขับที่วัดได้โดยเฉลี่ยของเครื่องยนต์อยู่ที่ประมาณหนึ่งร้อยกิโลกรัม และระยะเวลาของการทำงานต่อเนื่องมากกว่าสิบนาที ภายในสิ้นปีนี้ สำนักออกแบบตั้งใจที่จะผลิตและทดสอบเครื่องยนต์ระเบิดแบบเร้าใจขนาดเต็ม

Alexander Tarasov หัวหน้านักออกแบบของ Lyulka Design Bureau กล่าวในระหว่างการทดสอบ โหมดการทำงานทั่วไปของเครื่องยนต์ turbojet และ ramjet ถูกจำลองขึ้น ค่าที่วัดได้ของแรงขับจำเพาะและการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะนั้นดีกว่าค่าของเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปถึง 30-50 เปอร์เซ็นต์ ในระหว่างการทดลอง เครื่องยนต์ใหม่ถูกเปิดและปิดซ้ำๆ เช่นเดียวกับระบบควบคุมการยึดเกาะถนน

บนพื้นฐานของการศึกษาที่ดำเนินการ ข้อมูลที่ได้รับระหว่างการทดสอบ เช่นเดียวกับการวิเคราะห์การออกแบบวงจร สำนักออกแบบ Lyulka ตั้งใจที่จะเสนอการพัฒนาเครื่องยนต์เครื่องบินระเบิดแบบพัลซิ่งทั้งครอบครัว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องยนต์ที่มีอายุการใช้งานสั้นสำหรับอากาศยานไร้คนขับและขีปนาวุธ และเครื่องยนต์อากาศยานที่มีโหมดการบินความเร็วเหนือเสียงสามารถสร้างขึ้นได้

ในอนาคต บนพื้นฐานของเทคโนโลยีใหม่ เครื่องยนต์สำหรับระบบจรวด-อวกาศและระบบขับเคลื่อนแบบรวมของเครื่องบินที่สามารถบินได้ในชั้นบรรยากาศและอื่น ๆ สามารถสร้างได้

มีรายงานถึงข้อเท็จจริงที่ว่างานในรัสเซียกำลังดำเนินการสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบเร้าใจในเดือนมีนาคม 2554 สิ่งนี้ถูกระบุโดย Ilya Fedorov กรรมการผู้จัดการของสมาคมวิจัยและผลิตดาวเสาร์ ซึ่งรวมถึงสำนักออกแบบ Lyulka เครื่องยนต์ระเบิดประเภทใดที่เป็นปัญหา Fedorov ไม่ได้ระบุ

ปัจจุบันรู้จักเครื่องยนต์พัลซิ่งสามประเภท - วาล์ว, ไม่มีวาล์วและการระเบิด หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าเหล่านี้คือการจ่ายเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์เป็นระยะไปยังห้องเผาไหม้ โดยที่ส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะติดไฟและผลิตภัณฑ์การเผาไหม้จะไหลออกจากหัวฉีดพร้อมกับการเกิดแรงขับของไอพ่น ความแตกต่างจากเครื่องยนต์เจ็ททั่วไปอยู่ที่การเผาไหม้แบบจุดชนวนของส่วนผสมเชื้อเพลิง ซึ่งส่วนหน้าของการเผาไหม้จะแพร่กระจายเร็วกว่าความเร็วของเสียง

ปัจจุบัน บริษัทป้องกันภัยรายใหญ่หลายแห่งในโลกกำลังดำเนินการวิจัยด้านเครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลซิ่งประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง งานนี้ดำเนินการโดยบริษัทฝรั่งเศส SNECMA และ American General Electric และ Pratt & Whitney ในปี 2555 ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ ได้ประกาศความตั้งใจที่จะพัฒนาเครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนที่จะมาแทนที่โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแบบธรรมดาบนเรือ

ห้องปฏิบัติการวิจัยของกองทัพเรือสหรัฐฯ (NRL) ตั้งใจที่จะพัฒนาเครื่องยนต์โรตารีหรือหมุนเหวี่ยง (Rotating Detonation Engine, RDE) ซึ่งในอนาคตจะสามารถทดแทนโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแบบเดิมบนเรือได้ ตาม NRL เครื่องยนต์ใหม่จะช่วยให้กองทัพลดการใช้เชื้อเพลิงในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของโรงไฟฟ้า
กองทัพเรือสหรัฐในปัจจุบันใช้430 เครื่องยนต์กังหันก๊าซ(GTE) บนเรือรบ 129 ลำ พวกเขาใช้เชื้อเพลิงมูลค่าสองพันล้านดอลลาร์ทุกปี NRL ประมาณการว่า RDE สามารถช่วยทหารได้มากถึง 400 ล้านดอลลาร์ต่อปีสำหรับเชื้อเพลิง RDE จะสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าเครื่องยนต์กังหันก๊าซทั่วไปถึงสิบเปอร์เซ็นต์ ต้นแบบ RDE ได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว แต่เครื่องยนต์ดังกล่าวจะเริ่มเข้าสู่กองเรือเมื่อใดยังไม่ทราบ
RDE มีพื้นฐานมาจากการพัฒนา NRL ที่ได้รับระหว่างการสร้างเครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลซิ่ง (Pulse Detonation Engine, PDE) การทำงานของโรงไฟฟ้าดังกล่าวขึ้นอยู่กับการเผาไหม้ของส่วนผสมเชื้อเพลิงที่ทำให้เกิดการระเบิดอย่างเสถียร

เครื่องยนต์ระเบิดแบบสปินแตกต่างจากเครื่องยนต์แบบพัลซิ่งตรงที่การเผาไหม้แบบจุดชนวนของส่วนผสมเชื้อเพลิงที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ─ ส่วนหน้าของการเผาไหม้จะเคลื่อนที่ในห้องเผาไหม้วงแหวน ซึ่งส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

เครื่องยนต์ระเบิดเร้าใจ ทดสอบในรัสเซีย

บ้าน » ไฟภายนอกรถ » บทที่ห้า เครื่องยนต์ไอพ่นที่เร้าใจ เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทสำหรับเครื่องบินรุ่น เครื่องยนต์ระเบิดพัลส์