Обертовий детонаційний двигун

Обертовий детонаційний двигун (Rotating detonation engine, RDE) — перспективний проєкт реактивного двигуна, що використовує форму згоряння з підвищенням тиску, де одна або кілька детонацій безперервно рухаються кільцевим каналом. Обчислювальні симуляції та експериментальні результати показали, що RDE має потенціал застосування у транспорті та в інших галузях.[1][2]

При детонаційному горінні продукти згоряння розширюються із надзвуковою швидкістю. Теоретично таке горіння ефективніше звичайного дефлаграційного на 25 %. Такий приріст ефективності забезпечить значну економію палива.[3][4]

До недоліків можна віднести нестабільність, складність управління і шум.

Концепція

Основна концепція RDE — це детонаційна хвиля, яка рухається кільцевим каналом. Паливо та окиснювач вводяться в канал, як правило, через невеликі отвори або щілини. Детонація ініціюється в суміші паливо/окиснювач свого роду запалювачем. Після запуску двигуна детонації самопідтримуються. Одна детонація запалює суміш палива/окиснювача, що виділяє енергію, необхідну для підтримання детонації. Продукти згоряння розширюються за межі каналу і витісняються з каналу паливом, що надходить, та окиснювачем.[2]

Хоча конструкція RDE схожа на імпульсний детонаційний двигун (PDE), RDE є більш досконалим, оскільки хвилі циркулюють навколо камери, тоді як PDE вимагає продувки камер після кожного імпульсу.[5]

Розробка

Станом на 2021 рік над RDE працюють кілька американських розробників. Аналогічні роботи ведуться в Німеччині та в Росії.

ВМС США

ВМС США активно сприяють розробкам.[6] Дослідників Морської дослідницької лабораторії (NRL) особливо цікавлять детонаційні двигуни, такі як RDE, через можливість зменшити витрати палива у своїх важких транспортних засобах.[7][8] На сьогодні залишається подолати низку перешкод, перш ніж перейти до практичного застосування RDE.[9] Здебільшого дослідники NRL зосереджені на покращенні розуміння того, як працює RDE.

Aerojet Rocketdyne

З 2010 року в Aerojet Rocketdyne проведено понад 520 випробувань декількох конфігурацій RDE.[10]

NASA

Деніель Пексон[11] у Дослідницькому центрі Гленна використовував моделювання методами обчислювальної гідродинаміки (CFD) для порівняння ефективності еталонної схеми детонації RDE з PDE.[12] Він виявив, що RDE може працювати принаймні на тому ж рівні, що і PDE. Крім того, він виявив, що продуктивність RDE була по суті однаковою з PDE.

Енергомаш

За словами віце-прем'єр-міністра Росії Дмитра Рогозіна,[13] у середині січня 2018 року компанія НВО «Енергомаш» завершила початкову фазу випробування рідинного RDE 2-тонного класу і планує розробити більші моделі для використання в космічних ракетах-носіях.

Університет Центральної Флориди

У травні 2020 року команда інженерів-дослідників, пов'язаних з ВПС США, заявила, що розробила надзвичайно ефективну експериментальну модель обертового детонаційного двигуна, здатну виробляти тягу 200 фунтів (приблизно 890 Н), що працює на суміші палива водень/кисень.[14]

Інші дослідження

В інших експериментах використовувались чисельні процедури для кращого розуміння поля потоку в RDE.[15] У 2020 році у Вашингтонському університеті досліджено експериментальний пристрій, який дозволяв контролювати величину зазору в циліндричному каналі. За допомогою високошвидкісної камери вони змогли спостерігати роботу RDE із надзвичайним уповільненням. На основі цього вони розробили математичну модель для опису процесу.[16]

Див. також

Примітки
  1. Lu, Frank; Braun, Eric (7 липня 2014). Rotating Detonation Wave Propulsion: Experimental Challenges, Modeling, and Engine Concepts. Journal of Propulsion and Power (The American Institute of Aeronautics and Astronautics) 30 (5): 1125–1142. doi:10.2514/1.B34802.
  2. Wolanski, Piotr (2013). Detonative Propulsion. Proceedings of the Combustion Institute 34 (1): 125–158. doi:10.1016/j.proci.2012.10.005.
  3. Cao, Huan; Wilson, Donald (2013). Parametric Cycle Analysis of Continuous Rotating Detonation Ejector-Augmented Rocket Engine. 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. ISBN 978-1-62410-222-6. doi:10.2514/6.2013-3971.
  4. Schwer, Douglas; Kailasanath, Kailas (25 вересня 2010). Numerical Investigation of the Physics of Rotating Detonation Engines. Proceedings of the Combustion Institute (Elsevier, Inc.) 33 (2): 2195–2202. doi:10.1016/j.proci.2010.07.050.
  5. Pressure Gain Combustion Program Committee - Resources. AIAA Pressure Gain Combustion Program Committee. Процитовано 30 грудня 2016.
  6. How the Rotating Detonation Engine Works. HowStuffWorks. 8 березня 2013. Процитовано 9 листопада 2015.
  7. US Navy developing rotating detonation engine. Physics Today. 6 листопада 2012. ISSN 0031-9228. doi:10.1063/PT.5.026505.
  8. How the Rotating Detonation Engine Works. HowStuffWorks. 8 березня 2013. Процитовано 21 жовтня 2015.
  9. Navy Researchers Look to Rotating Detonation Engines to Power the Future - U.S. Naval Research Laboratory. www.nrl.navy.mil. Процитовано 9 листопада 2015.
  10. Claflin, Scott. Recent Advances in Power Cycles Using Rotating Detonation Engines with Subcritical and Supercritical CO2. Southwest Research Institute. Процитовано 20 березня 2017.
  11. Daniel E. Paxson - Controls and Dynamics Branch Personnel. www.grc.nasa.gov. Архів оригіналу за 20 лютого 2020. Процитовано 20 лютого 2020.
  12. UCSB Full Bib - External Link. pegasus.library.ucsb.edu. Процитовано 9 листопада 2015.
  13. Facebook post, in Russian
  14. Blain, Loz. World-first "impossible" rotating detonation engine fires up. New Atlas. New Atlas. Процитовано 6 травня 2020.
  15. Schwer, Douglas; Kailasanath, Kailas (1 січня 2011). Numerical investigation of the physics of rotating-detonation-engines. Proceedings of the Combustion Institute 33 (2): 2195–2202. doi:10.1016/j.proci.2010.07.050.
  16. Strickler, Jordan (19 лютого 2020). New detonating engine could make space travel faster and cheaper. ZME Science (амер.). Процитовано 20 лютого 2020.

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.