Рухові системи майбутнього детонаційного двигуна

д-р інж. Іонуț Порумбель
Доктор Клеопатра Флорентина CUCIUMITA
д-р інж. Костянтин Євсебіу HRITCU

Перший політ в історії людства отримав двигун, розроблений і виготовлений Чарльзом Тейлором та двома винахідниками літака, братами Райтами: рядний чотирициліндровий поршневий двигун потужністю 6 кВт з гравітаційним впорскуванням, з водяним охолодженням, блок двигуна якого був відлитий з алюмінію, вагою разом з картером 69 кг. Двигун приводить у рух два пропелери, що обертаються, за допомогою ланцюгів ...

З тих пір минув майже 121 рік, і еволюція літаків та їх рухових систем була вражаючою, але найбільша проблема, з якою довелося зіткнутися двигуну Тейлора/Райта, а саме відношення потужності до ваги двигуна, залишається однією. з дуже небагатьох речей, які не змінилися донині.

У разі сучасних авіаційних турбомоторів близько 25% ваги представлена турбіною. Крім того, наявність лопаток турбіни в потоці димових газів від двигуна внутрішнього згоряння турбомотора різко обмежує їх максимальну температуру. Для того, щоб підвищити цю температуру і, отже, продуктивність двигуна, турбіна, сама по собі складне і дороге обладнання, повинна охолоджуватися, що не тільки збільшує складність і загальну вартість двигуна, але і не вирішує повністю проблему, температуру максимальний залишковий газ, який залишається обмеженим наявною масою охолоджуючого повітря.

Відповідь румунського дослідження

Команда дослідників Національного науково-дослідного інституту турбомоторів COMOTI пропонує радикальне рішення проблеми: повне усунення турбіни. Цей підхід передбачає використання збереження імпульсу газів, що виходять із камери згоряння, які спрямовуються у надзвукові реакційні сопла, розміщені під кутом до осі обертання двигуна, так що тангенціальна складова сили реакції обертає цілі камери згоряння та компресор, розміщений в вгору за течією, на тому самому валу, тоді як осьовий компонент забезпечує рушійну силу літака, яким оснащений новий двигун.

Окрім зменшення ваги, вартості та габаритів двигуна, усунення турбіни дозволяє істотно підвищити температуру та швидкість димових газів, відкривши шлях для використання надзвукового процесу згоряння, так званої детонації, набагато ефективнішої та здатної забезпечити швидкість та тиск димових газів. значно перевершує класичне горіння, відоме як дефлаграція.

На додаток до того, що детонаційне згоряння майже подвоює термодинамічну ефективність циклу двигуна, набагато вища швидкість цього процесу горіння значно зменшує час перебування молекул азоту в повітрі в зоні високих температур (так званий час перебування), тобто очікується зменшення виробництва шкідливих для двигуна речовин, це явище суворо корелює з часом, необхідним для дисоціації азоту, який потім окислюється в продукти реакції забруднюючих речовин.

Процес детонації є коливальним, на дуже високих частотах, порядку сотень герц у підході, представленому тут, збільшуючи питомий імпульс двигуна та зменшуючи розмір камер детонації. Однак для досягнення цих високих частот необхідно розробити детонаційну камеру без механічних клапанів, в якій впуск і випуск повітря та палива контролюються виключно аеродинамічними силами.