Обертовий детонаційний двигун

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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

ВМС США[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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

NASA[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Lu, Frank; Braun, Eric (7 July 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. а б 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 September 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 2016-12-30. 
  6. How the Rotating Detonation Engine Works. HowStuffWorks. 2013-03-08. Процитовано 2015-11-09. 
  7. US Navy developing rotating detonation engine. Physics Today. 2012-11-06. ISSN 0031-9228. doi:10.1063/PT.5.026505. 
  8. How the Rotating Detonation Engine Works. HowStuffWorks. 2013-03-08. Процитовано 2015-10-21. 
  9. Navy Researchers Look to Rotating Detonation Engines to Power the Future - U.S. Naval Research Laboratory. www.nrl.navy.mil. Процитовано 2015-11-09. 
  10. Claflin, Scott. Recent Advances in Power Cycles Using Rotating Detonation Engines with Subcritical and Supercritical CO2. Southwest Research Institute. Процитовано 20 March 2017. 
  11. Daniel E. Paxson - Controls and Dynamics Branch Personnel. www.grc.nasa.gov. Процитовано 2020-02-20. 
  12. UCSB Full Bib - External Link. pegasus.library.ucsb.edu. Процитовано 2015-11-09. 
  13. Facebook post, in Russian
  14. Blain, Loz. World-first "impossible" rotating detonation engine fires up. New Atlas. New Atlas. Процитовано 6 May 2020. 
  15. Schwer, Douglas; Kailasanath, Kailas (2011-01-01). 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 (February 19, 2020). New detonating engine could make space travel faster and cheaper. ZME Science (en-US). Процитовано 2020-02-20. 

Посилання[ред. | ред. код]