Камеры сгорания, которые приводят в движение двигательные установки, часто имеют объемный характер, обычно имеют форму цилиндров, и преобразуют химическую энергию в тепловую и механическую энергию посредством окисления топлива. Этот подход к дефлаграционному сжиганию теперь начинает бросать вызов детонационному сжиганию, в котором используются ударные волны для ускорения окисления топливно-воздушной смеси.
Эта технология, первоначально изучавшаяся в Мичиганском университете в 1960-х и 70-х годах, переживает возрождение благодаря своим уникальным характеристикам, которые нашли применение во всем: от выработки электроэнергии до гиперзвуковых полетов.
Исследователи Мичиганского университета во главе с Майклом Уллманом, научным сотрудником кафедры аэрокосмической техники, и Венкатом Раманом, профессором того же факультета, вместе с сотрудниками из Университета Пердью и Исследовательской лаборатории ВВС (AFRL) изучили новый Форм-фактор для такого двигателя с детонационным приводом, позволяющий линейному массиву форсунок выдерживать быстро движущиеся ударные волны в прямоугольной области. Впервые линейная камера сгорания была исследована вычислительно на таком уровне детализации, что выявило причинный механизм стабилизации детонации.
Исследование опубликовано в журнале Combustion and Flame.
«Эта технология, похожая на панфлейту, может изменить двигательные системы, включая повышение эффективности, обеспечение гиперзвуковых режимов полета и устранение некоторых конструктивных ограничений, связанных с традиционными камерами сгорания», — сказал Венкат Раман, профессор аэрокосмической техники и аэрокосмической техники . машиностроение в UM и один из авторов. «Например, линейная система может обеспечивать тягу по требованию для небольших самолетов или дронов или может использоваться для управления ориентацией полетных систем».
Ключом к компьютерному изучению этой системы является сбор как деталей ударной волны и связанного с ней реакционного слоя, так и геометрических особенностей. Был использован метод детального численного моделирования с использованием вычислительного подхода, разработанного командой Рамана. Экспериментальные данные были получены командой Университета Пердью в сотрудничестве с исследователями AFRL. Проверка моделирования с использованием экспериментальных данных обеспечила уверенность в выводах исследования.
Устройство состоит из ряда топливных и воздушных форсунок, расположенных линейно в основании относительно тонкой прямоугольной коробки. После зажигания потока с помощью лазерного импульса создается распространяющаяся детонационная волна, которая перемещается вперед и назад между двумя стенками прямоугольной камеры.
Эта ударная волна распространяется со скоростью около 1,5 км/с и может генерировать очень большую мощность на единицу объема камеры сгорания. Газы сжимаются ударной волной и реагируют, а затем расширяются к другому концу камеры, где они истощаются, создавая тягу.
«Детонационные двигатели открывают уникальные возможности, которые еще не используются в полной мере. Цель здесь — продемонстрировать новые применения, которые продемонстрируют их преимущества», — сказал Венкат Раман, профессор аэрокосмической техники и машиностроения в UM и соавтор статьи.
Теги: двигатель
