Инициирование детонации в гомогенных смесях и распылах жидкого топлива последовательными электрическими разрядами

• Автор: Аксёнов, Виктор Серафимович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Глава 1. Инициирование детонации ТВС и современное состояние исследований по ИДД

1.1 Перспективы детонационного сжигания топлива в проходящих детонационных волнах

1.2 Принципиальные схемы ИДД

1.3 Перспективы применения ИДД

1.4 Проблемы создания ИДД и поиск их решения

1.5. Инициирование детонации в ИДД

1.6 Действующие факторы электрического разряда как инициатора детонации

Глава 2. Экспериментальный стенд

2.1. Общее описание

2.1.1. Устройство форсунки

2.1.2. Детонационная труба

2.1.3. Блок питания разрядников
2.1.4. Разрядники
2.1.5. Блок управления
2.1.6. Диагностический блок
2.1.7. Регистрирующий комплекс
2.2. Электрические разряды в воздухе
Глава 3. Инициирование детонации последовательными разрядами
3.1. Инициирование детонации последовательными разрядами в газовых смесях
3.2. Инициирование детонации в распылах жидкого топлива двумя последовательными электрическими разрядами
Глава 4. Инициирование детонации комбинированными средствами
4.1. Исследование инициирующей способности спирали Щелкина в капельных углеводородо-воздушных смесях
4.2. Исследование инициирующей способности витка трубы
4.3. Инициирование детонации комбинированными средствами
4.3.1 Двухстадийное инициирование детонации
4.3.2. Комбинированный метод инициирования детонации с газодинамической фокусировкой ударной волны
4.4. Макет-демонстратор воздушно-реактивного импульсного детонационного двигателя на жидком топливе
Заключение
Список литературы

В течение последних 10-12 лет нарастающими темпами ведутся работы по созданию нового типа реактивных двигателей на химическом топливе -так называемых импульсных детонационных двигателей (ИДД). В таких двигателях применяется новый принцип преобразования химической энергии топлива в реактивное движение: топливо сжигают в бегущей детонационной волне. По сравнению с существующими схемами организации горения в воздушно-реактивных и ракетных двигателях детонационное сжигание топлива в бегущей волне имеет ряд принципиальных преимуществ. Во-первых, термодинамический коэффициент полезного действия (КПД) детонационного цикла значительно превышает КПД других циклов, особенно при низких давлениях в камере сгорания. Во-вторых, ИДД может работать как на специальных топливах, так и на штатном (жидком) авиационном или ракетном топливе. В-третьих, в отличие от многих существующих реактивных двигателей, ИДД конструктивно прост (не требует дорогостоящих компрессорных и турбонасосных агрегатов), надежен (в ИДД отсутствуют подвижные элементы) и самодостаточен (не требует разгонных блоков для выхода на рабочий режим). Наконец, использование многокамерных схем ИДД позволяет простым увеличением числа камер повышать тяговые характеристики двигателя. Несмотря на ряд нерешенных фундаментальных проблем по организации рабочего процесса, в настоящее время уже разрабатываются ИДД для замещения основных силовых установок различных летательных аппаратов и ракет-носителей, а также для форсирования тяги в турбореактивных двигателях самолетов. Ожидается, что применение ИДД значительно удешевит производство и эксплуатацию новой техники, расширит маневренные показатели летательных аппаратов, увеличит полезную нагрузку, дальность полета и другие летные характеристики. Ввиду того, что практическая реализация детонационного

сжигания топлива приведет к экономии энергоресурсов, работают также над созданием стационарных энергетических установок. Научные исследования и опытно-конструкторские работы по этим направлениям активно ведутся в ведущих авиастроительных и энергетических компаниях, национальных лабораториях и университетах.
Вопрос об использовании детонационного горения в реактивных двигателях и стационарных энергетических установках впервые был поставлен Я.Б. Зельдовичем в 1940 году [1]. По его оценкам, двигатели, использующие детонационное сгорание топлива, должны быть термодинамически более эффективными, чем двигатели, работающие на медленном (дефлаграционном) сжигании топлива. Это связано с тем, что при одинаковых начальных условиях продукты детонации горючей смеси обладают меньшей энтропией, чем продукты горения в замкнутом объеме (V = const) и продукты горения при постоянном давлении (р = const), и, следовательно, при изэнтропическом расширении продуктов в атмосферу большая часть химической энергии топлива превращается в полезную работу. Практически одновременно с [1] появилась работа Г. Хоффмана [2], в которой опубликованы результаты экспериментов, направленных на изучение возможностей использования детонационного сжигания топлива в периодически генерируемых детонационных волнах для создания реактивной тяги. После работ Я.Б. Зельдовича и Г. Хоффмана систематических исследований не последовало. В 1950-70-е годы появилось несколько публикаций о работах, в основном в США, с целью выяснить перспективность использования периодической детонации в воздушно-реактивных и ракетных двигателях летательных аппаратов. Выяснилось, что для получения приемлемого удельного импульса необходимо сжигать топливо с высокой частотой генерации детонационных волн. Ввиду возникших технических сложностей организации пульсирующего процесса с периодическим заполнением камеры сгорания топливно-воздушной смесью

По достижении полной зарядки конденсаторов до заданного уровня напряжения вырабатывается главный синхроимпульс, запускающий инициирующую схему первого разрядника и регистрирующий компьютер 15.
Цифровая линия задержки предназначена для синхронизации запуска силовых разрядников. Цифровая линия задержки может запускаться от:
(а) любого разрядника по его синхроимпульсу или по переднему фронту разрядного тока по сигналу датчика тока (пояса Роговского);
(б) датчика давления, регистрирующего фронт УВ;
(в) электрического зонда, регистрирующего фронт пламени или ударной волны.
Линия задержки предусматривает установку 10 независимых интервалов времени до 1 мс.
После разрядки конденсаторных батарей выключается подача топлива и воздуха. Зарядка конденсаторных батарей продолжается, и цикл может повторяться. Отключение установки происходит по сигналу таймера или после первого разряда. При отказе разрядников через 10 мс после выработки главного синхроимпульса контроллер выключает установку.
2.1.6. Диагностический блок.
Хронологическая картина эксперимента по возбуждению детонации электрическими разрядами может быть достаточно сложной. Для корректной интерпретации результатов эксперимента необходимо иметь синхронную регистрацию управляющих сигналов, силовых токов и сигналов газодинамического процесса (давления и напряжения на зондах).
Диагностический • блок разработан и изготовлен с целью получить диагностический сигнал для записи на одном канале регистратора. Запись позволяет определить токи разрядников и моменты прихода управляющих импульсов. Схема блока представлена на рис. 20.