Двигатель пульса

Двигатель импульсного детонации ( PDE ) - это тип двигательной системы, которая использует детонационные волны для сжигания смеси топлива и окислителя . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Двигатель пульсируется, потому что смесь должна быть обновлена в камере сгорания между каждой взрывом в детонации и следующей. Теоретически, PDE может работать от дозвуковой до гиперзвуковой скорости полета примерно в Mach 5. Идеальная конструкция PDE может иметь термодинамическую эффективность, выше, чем другие конструкции, такие как турбоукеты и турбовины, потому что волна детонации быстро сжимает смесь и добавляет тепло в постоянном объеме. Полем Следовательно, движущиеся детали , такие как катушки компрессоров в двигателе не обязательно требуются , что может значительно снизить общий вес и стоимость. Ключевые проблемы для дальнейшего развития включают быстрое и эффективное смешивание топлива и окисления, профилактику аутогенции и интеграцию с входом и форсункой.

С мая 2023 года ^[update], в производство не было введено практического PDE, но было построено несколько испытательных двигателей, и один был успешно интегрирован в низкоскоростный демонстрационный самолет, который летал в устойчивом полете PDE в 2008 году.

История

PDE рассматривались для движения с 1940 года. ^{[ 3 ]}

Первый известный полет самолета, оснащенного двигателем пульсного детонации, состоялся в порту Mojave Air & Space 31 января 2008 года. ^{[ 4 ]} Проект был разработан исследовательской лабораторией ВВС и Innovative Scientific Solutions, Inc. Самолет, выбранные для полета, представляли собой сильно модифицированные масштабированные композиты Long-Ez , названный Borealis . ^{[ 5 ]} Двигатель состоял из четырех труб, производящих пульсные детонации на частоте 80 Гц, создавая до 200 фунтов тяги (890 ньютонов). Многие виды топлива были рассмотрены и протестированы разработчиками двигателя в последние годы, но для этого полета изысканный октатан использовался. Небольшая ракетная система использовалась для облегчения подъема длинного EZ, но PDE работала под собственной мощностью в течение 10 секунд на высоте приблизительно 100 футов (30 м). Полет состоялся на низкой скорости, тогда как привлекательность концепции двигателя PDE находится больше на высоких скоростях, но демонстрация показала, что PDE может быть интегрирован в рамку самолета, не испытывая структурных проблем из детонационных волн 195-200 дБ. Для модифицированных EZ больше не планируется рейсы, но успех, вероятно, будет стимулировать больше финансирования для исследований PDE. Сам самолет был перенесен в Национальный музей ВВС США для демонстрации. ^{[ 6 ]}

В июне 2008 года Агентство Advanced Research Projects (DARPA) представило BlackSwift , которая была предназначена для использования этой технологии для достижения скорости до Mach 6. ^{[ 7 ]} Однако вскоре после этого проект был отменен в октябре 2008 года.

Операция

Основная работа PDE аналогична работой импульсного реактивного двигателя . В импульсной струи воздух смешивается с топливом, чтобы создать легковоспламеняющуюся смесь, которая затем зажигается в открытой камере. Полученное сжигание значительно увеличивает давление смеси до приблизительно 100 атмосфер (10 МПа), ^{[ 8 ]} который затем расширяется через сопло для тяги.

Чтобы убедиться, что смесь выходит сзади, тем самым выдвигая самолет вперед, для закрытия передней части двигателя используется ряд ставней. Тщательная настройка входа гарантирует, что ставни закрываются в нужное время, чтобы заставить воздух двигаться в одном направлении только через двигатель. В некоторых конструкциях Pulse Jet использовались настроенная резонансная полость, чтобы обеспечить действие клапанов через воздушный поток в системе. Эти дизайны обычно похожи на U-образную трубку, открытую на обоих концах.

В любой системе Pulse Jet имеет проблемы во время процесса сгорания. По мере того, как топливо горит и расширяется для создания тяги, оно также выталкивает любой оставшийся несгоревший заряд назад, из сопла. Во многих случаях часть заряда выбрасывается перед сжиганием, что приводит к знаменитую тропу пламени, увиденную на летающей бомбе V-1 и других пульсных самолетах. Даже когда внутри двигателя объем смеси постоянно меняется, что неэффективно преобразует топливо в полезную энергию.

ракетных двигателей работают на дефляции топлива, то есть быстрого, но дозвукового сжигания топлива Все обычные реактивные двигатели и большинство . Двигатель детонации пульса в настоящее время является концепцией ^{[ когда? ]} В активной разработке, чтобы создать реактивный двигатель, который работает на сверхзвуковой детонации топлива. Поскольку сжигание происходит так быстро, заряда (топливо/воздушная смесь) не имеет времени для расширения во время этого процесса, поэтому он происходит почти под постоянным объемом . Постоянный объемный сжигание более эффективно, чем конструкции с открытым циклом, такие как газовые турбины , что приводит к повышению эффективности использования топлива .

Поскольку процесс сгорания настолько быстрый, механические ставни трудно организовать с необходимой производительностью. Вместо этого PDE обычно используют серию клапанов, чтобы тщательно процесс времени. ^{[ Цитация необходима ]}

Большинство исследований PDE носит военный характер, так как двигатель может быть использован для разработки высокоскоростных самолетов на долгосрочной перспективе , которые будут летать достаточно высоко, чтобы быть вне диапазона любой текущей зенитной защиты, при этом предлагая диапазон Значительно больше, чем SR-71 , который требовал масштабного флота поддержки танкера. ^{[ Цитация необходима ]}

Ключевые трудности в детонационных двигателях импульсных детонаций достигают ДДТ без требуния трубки достаточно долго, чтобы сделать ее непрактичным и навязывать на самолете (добавление U-Bend в трубку погашает волна детонации); уменьшение шума (часто описывается как звучащий как отбойный молоток); и демпфирование сильной вибрации, вызванной работой двигателя. ^{[ Цитация необходима ]}

Использование

Если и топливо, и окислитель переносятся транспортным средством, двигатель пульса -детонации не зависит от атмосферы, и его можно использовать при космическом полете . 26 июля 2021 года (UTC) космическое агентство Японии JAXA успешно проверило ракетный двигатель пульс-детонации в космосе на ракетном полете S-520 . ^{[ 9 ]} На верхней стадии ракеты использовался вращающийся детонационный двигатель (RDE) в качестве основного двигателя, а S-образный детонационный двигатель использовался для DE-SPIN сцены после сжигания основного двигателя. PDE работал три раза в полете в общей сложности 14 циклов. ^{[ 10 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Кайласанат, К. (сентябрь 2000 г.). «Обзор двигателя применения детонационных волн» . AIAA Journal . 38 (9): 1698–1708. Bibcode : 2000aiaaj..38.1698k . doi : 10.2514/2.1156 . Получено 28 ноября 2021 года .
^ Рой, GD; Фролов, С.М.; Борисовой, А.А; Netzer, DW (январь 2004 г.). «Движение пульсной детонации: проблемы, текущее состояние и будущая перспектива» . Прогресс в области энергии и сжигания . 30 (6): 545–672. doi : 10.1016/j.pecs.2004.05.001 . Получено 28 ноября 2021 года .
^ Hoffmann, N., реакционное движение путем прерывистого детонативного сжигания, Германское министерство поставки, трансляция Volkenrode, 1940.
^ Норрис, Г., "Pulse Power: Detonation Detonation Devite Devely Demoncation отмечает веху в Мохаве", Aviation Week & Space Technology , vol. 168, № 7, 2008, с. 60.
^ Borealis Display Text в музее США США
^ «Двигатель пульсной детонации влечет в историю» , News Print Air Force Today , 16 мая 2008 г., доступ к 16 августа 2008 г.
^ Шахтман, Ной (24 июня 2008 г.). «Взрывной двигатель ключ к гиперзвуковой плоскости» . Проводной . Сан -Франциско, штат Калифорния: Pudé Nast Publications . Получено 27 июня 2009 года .
^ «Двигатели пульсной детонации» , интервью с доктором Джоном Хоуком, главным исследователем из инновационных научных решений, включенных в программу PDE в рамках контракта с исследовательской лабораторией ВВС США, транслируемой по радио Новой Зеландии, 14 апреля 2007 г.
^ Хебден, Керри (28 июля 2021 года). «Япония успешно проверяет ракетный двигатель, приводимый в движение ударными волнами» . Комната, космический журнал Асгардии . Получено 20 августа 2021 года .
^ Буйкуфу, Валентин; и др. (2023) [2022]. «Летная демонстрация двигателя пульса в детонации с использованием звучащей ракеты S-520-31 в пространстве» (PDF) . Журнал космических кораблей и ракетов . 60 (1): 181–189. doi : 10.2514/1.A35394 . ISSN 0022-4650 .

Внешние ссылки

[1] Кайласанат, К. (сентябрь 2000 г.). «Обзор двигателя применения детонационных волн» . AIAA Journal . 38 (9): 1698–1708. Bibcode : 2000aiaaj..38.1698k . doi : 10.2514/2.1156 . Получено 28 ноября 2021 года .

[2] Рой, GD; Фролов, С.М.; Борисовой, А.А; Netzer, DW (январь 2004 г.). «Движение пульсной детонации: проблемы, текущее состояние и будущая перспектива» . Прогресс в области энергии и сжигания . 30 (6): 545–672. doi : 10.1016/j.pecs.2004.05.001 . Получено 28 ноября 2021 года .

[3] Hoffmann, N., реакционное движение путем прерывистого детонативного сжигания, Германское министерство поставки, трансляция Volkenrode, 1940.

[4] Норрис, Г., "Pulse Power: Detonation Detonation Devite Devely Demoncation отмечает веху в Мохаве", Aviation Week & Space Technology , vol. 168, № 7, 2008, с. 60.

[5] Borealis Display Text в музее США США

[6] «Двигатель пульсной детонации влечет в историю» , News Print Air Force Today , 16 мая 2008 г., доступ к 16 августа 2008 г.

[wired-7] Шахтман, Ной (24 июня 2008 г.). «Взрывной двигатель ключ к гиперзвуковой плоскости» . Проводной . Сан -Франциско, штат Калифорния: Pudé Nast Publications . Получено 27 июня 2009 года .

[8] «Двигатели пульсной детонации» , интервью с доктором Джоном Хоуком, главным исследователем из инновационных научных решений, включенных в программу PDE в рамках контракта с исследовательской лабораторией ВВС США, транслируемой по радио Новой Зеландии, 14 апреля 2007 г.

[jaxa-9] Хебден, Керри (28 июля 2021 года). «Япония успешно проверяет ракетный двигатель, приводимый в движение ударными волнами» . Комната, космический журнал Асгардии . Получено 20 августа 2021 года .

[10] Буйкуфу, Валентин; и др. (2023) [2022]. «Летная демонстрация двигателя пульса в детонации с использованием звучащей ракеты S-520-31 в пространстве» (PDF) . Журнал космических кораблей и ракетов . 60 (1): 181–189. doi : 10.2514/1.A35394 . ISSN 0022-4650 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]