СЕМИНАР ПО АЭРОМЕХАНИКЕ (ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)

главный корпус ИТПМ, к. 216, 14:00  
вторник 12 марта 2013 г.

«Детонационные двигатели и горелочные устройства»

Докладчик:  
  Фролов Сергей Михайлович, д.ф.-м.н.
(Институт Химической Физики им. Н.Н. Семенова РАН)

АННОТАЦИЯ.

Семинар ЦАГИ – ИТПМ СО РАН – СПбГТУ – НИИМ МГУ

Детонационные двигатели и горелочные устройства

Фролов Сергей Михайлович (ИХФ РАН, г. Москва)

smfrol@chph.ras.ru

Современные силовые установки в авиации представлены, в основном, газотурбинными двигателями (ГТД), работающими по термодинамическому циклу Брайтона (цикл с горением при постоянном давлении). Этот же цикл используется в прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ПВРД) и в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). В течение многих десятков лет ГТД, ПВРД и ЖРД непрерывно совершенствовались, и их дальнейшее улучшение требует больших капитальных вложений. Альтернативное решение, позволяющее существенно повысить термодинамическую эффективность современных ГТД, ПВРД и ЖРД, — использование камер сгорания с повышением полного давления. Повышение полного давления в камере сгорания можно обеспечить увеличением скорости горения смеси горючего с окислителем и/или изменением режима горения. По своей термодинамической эффективности наиболее привлекательный режим быстрого горения – это детонация. Замена цикла Брайтона в ГТД, ПВРД и ЖРД на цикл с детонационным горением во многом равносильна переходу к циклу Хампри (цикл с горением при постоянном объеме). В детонационной волне, распространяющейся со скоростью 1500–2500 м/с, достигается максимальная концентрация химической энергии, запасенной в горючем: энергия выделяется в тонком слое ударно-сжатой смеси. Известно несколько схем организации детонационного горения, однако для горелочных устройств и силовых установок наиболее перспективными сегодня считают лишь две схемы сжигания горючей смеси: в периодических детонационных волнах, бегущих вдоль камеры сгорания (импульсно-детонационные камеры, ИД-камеры), и в детонационных волнах, непрерывно циркулирующих в тангенциальном направлении поперек камеры сгорания (непрерывно-детонационные камеры сгорания, НД-камеры).

В докладе рассмотрены физические основы и принципы организации рабочего процесса в ИД- и НД-камерах сгорания и приведены примеры экспериментальной реализации и многомерного численного моделирования этих процессов (1) в опытном образце горелки импульсно-детонационной скоростной, работающей на смеси природного газа с воздухом, (2) в опытном образце жидкостного импульсно-детонационного ракетного двигателя для коррекции орбиты, (3) в прямоточных воздушно-реактивных импульсно-детонационных двигателях при дозвуковом (число Маха 0.8) и сверхзвуковом (до числа Маха 5) полете на разных высотах, (4) в ЖРД с непрерывной детонацией и (5) в ГТД с НД-камерой, замещающей штатную камеру сгорания.