Российский детонационный двигатель прошел первый этап испытаний
Пульсирующий прямоточный детонационный двигатель
Объединенная двигателестроительная корпорация завершила первый этап испытаний прямоточного пульсирующего детонационного двигателя. Согласно сообщению госкорпорации «Ростех», на некоторых режимах работы двигатель показал 50-процентное увеличение удельной тяги по сравнению с силовыми установками традиционных схем. С какими именно двигателями проводилось сравнение показателей, не уточняется.
Детонацией называется такое горение какого-либо вещества, в котором фронт горения распространяется быстрее скорости звука. При этом по веществу расходится ударная волна, за которой следует химическая реакция с выделением большого количества тепла. В современных авиационных и ракетных двигателях сгорание топлива происходит с дозвуковой скоростью; такой процесс называется дефлаграцией.
Детонационные двигатели сегодня делятся на два основных типа: импульсные (пульсирующие) и ротационные. Последние еще называют спиновыми. В импульсных двигателях происходят короткие взрывы по мере сгорания небольших порций топливо-воздушной смеси. В ротационных же горение смеси происходит постоянно без остановки, причем фронт горения «бежит» по кольцевой камере сгорания без перерыва.
Российский пульсирующий детонационный двигатель разрабатывается ОКБ имени Люльки, которое сформировало отдельное направление по изучению и разработки подобных силовых установок. По оценке разработчиков, применение детонационных двигателей на летательных аппаратах позволит в 1,3 — 1,5 раза увеличить их дальность полета и максимальную массу полезной нагрузки.
В ОКБ имени Люльки полагают, что детонационные двигатели можно будет устанавливать на орбитальные самолеты, гиперзвуковые летательные аппараты, а также ракеты.
Детонационные двигатели способны работать в широком пределе скоростей полета — от нуля до пяти чисел Маха (0-6,2 тысячи километров в час). Считается, что такие силовые установки могут выдавать большую мощность, потребляя топлива меньше, чем обычные реактивные двигатели. При этом конструкция детонационных двигателей относительно проста: в них отсутствует компрессор и многие движущиеся части.
В конце декабря 2016 года американская компания Aerojet Rocketdyne получила контракт Национальной лаборатории энергетических технологий США на разработку новой газотурбинной энергетической установки на базе ротационного детонационного двигателя. Работы, по итогам которых будет создан прототип новой установки, планировалось завершить к середине 2019 года, однако сроки окончания проекта были перенесены.
Источник
1600 кг тяги. Новые испытания прямоточного пульсирующего детонационного двигателя
Последние новости
О последних успехах в области двигателестроения 9 апреля сообщила пресс-служба предприятия «ОДК-УМПО» (входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации и Ростеха). ОКБ им. А.М. Люльки из состава «ОДК-УМПО», успешно провело первый этап испытаний демонстратора нового двигателя.
Прямоточный пульсирующий детонационный двигатель (ППДД) с блоком газодинамических резонаторов в варианте демонстратора подтвердил возможность получения высоких технических характеристик. Тяга изделия достигла 1600 кг. На отдельных режимах двигатель показал рост удельной тяги до 50% относительно изделий иных существующих схем. Соответствующим образом сокращался удельный расход горючего.
Применение двигателей с такими характеристиками позволит заметно повысить основные параметры и возможности летательных аппаратов. Максимальная дальность и полезная нагрузка могут быть увеличены в 1,3-1,5 раза. Повышение тяговооруженности также позволит улучшить маневренность и динамику полета.
Следует отметить, что разработка отечественного прямоточного детонационного двигателя началась достаточно давно. Первые сообщения об этом проекте, разрабатываемом в ОКБ им. Люльки, появились еще в 2011 г. Уже в 2013-м состоялись испытания одного из первых экспериментальных двигателей. Он создавал тягу всего 100 кг, но демонстрировал резкий рост экономичности и других параметров.
В дальнейшем конструкция совершенствовалась и увеличивалась в размерах, с одновременным повышением ключевых характеристик. К настоящему времени двигатель-демонстратор имеет тягу 1600 кг – в 16 раз больше самого первого прототипа. Стоит ожидать, что нынешний проект получит развитие, и благодаря этому появится еще более мощный двигатель.
Технологические основы
Концепция ППДД или импульсно-детонационного двигателя (ИДД) активно прорабатывается в разных странах на протяжении нескольких последних десятилетий. В условиях лабораторий и испытательных стендов уже получены достаточно интересные результаты, но ни один двигатель нового класса пока не дошел до внедрения в практику.
К настоящему времени разработано и испытано несколько основных конструкций ИДД. Самая простая предусматривает создание изделия, включающего воздухозаборное устройство, т.н. тяговую стенку и детонационную камеру-трубу. При сгорании топливовоздушной смеси образуется детонационная волна, бьющая в тяговую стенку и создающую тягу. На основе таких устройств могут создаваться многотрубные двигатели.
Более сложным, но эффективным является ИДД с высокочастотным резонатором. Его конструкция отличается наличием реактора и резонатора. Реактор представляет собой специальное устройство, обеспечивающее более полное сгорание топливовоздушной смеси. Резонатор позволяет эффективнее использовать энергию детонационных волн. Такой двигатель может использоваться как самостоятельное изделие или в качестве более эффективной замены для «традиционной» форсажной камеры турбореактивного двигателя.
ОКБ им. Люльки развивает и испытывает именно схему с блоком газодинамических резонаторов. Ее высокий потенциал неоднократно подтверждался испытаниями разных опытных образцов, и сейчас тестируется очередное подобное изделие.
ППДД и ИДД всех схем имеют определенные преимущества перед газотурбинными. В первую очередь, это меньшая сложность конструкции. В ИДД отсутствуют сложные в производстве подвижные детали, испытывающие высокие механические и тепловые нагрузки. Кроме того, такой двигатель отличается меньшими требованиями к параметрам проточной части. Благодаря этому детонационный двигатель можно выполнить с применением существующих технологий и материалов.
За счет иного термодинамического цикла сокращается удельное потребление топлива, что может быть использовано для улучшения тех или иных характеристик летательного аппарата. В зависимости от поставленных задач, можно отказаться от экономии в пользу повышения тяги или сохранить ее, увеличив дальность полета.
Сферы применения
Организация-разработчик нового демонстратора технологий считает, что двигатели нового класса могут найти широкое применение в самых разных сферах. Возможности ППДД будут полезными при дальнейшем развитии авиации, в т.ч. сверх- и гиперзвуковой; их можно применять в новых воздушно-космических системах. Новый двигатель рассматривается в качестве полезного дополнения для ракетных и воздушно-реактивных силовых установок.
ППДД имеют конструктивные и технологические преимущества перед газотурбинными изделиями с теми же параметрами. Как считают в ОКБ им. А.М. Люльки, это также является коммерческим и экономическим преимуществом. Летательный аппарат с таким двигателем будет иметь высокие технические характеристики, но стоимость разработки, производства и эксплуатации останется на приемлемом уровне.
При этом предлагаемые конструкции ИДД не лишены недостатков. Так, как и прочие прямоточные двигатели, детонационный имеет ограниченный диапазон рабочих скоростей. Для запуска ему требуется первоначальный разгон – при помощи иного двигателя. В случае с ракетами это может быть жидкостная или твердотопливная двигательная установка, а самолет может иметь отдельный ТРД для взлетно-посадочных и разгонных режимов.
В связи с техническими и эксплуатационными ограничениями направление прямоточных пульсирующих двигателей в прошлом получило недостаточное развитие. Вследствие этого новые проекты ИДД пока находятся на стадии разработки и испытаний. Полноценные образцы с высокими характеристиками, пригодные для внедрения в реальных проектах авиационной или космической техники, пока отсутствуют.
Для их появления необходимо дальнейшее продолжение работ с постепенным решением всех ключевых задач. Требуется повышение тяги с выходом на уровень современных ТРД, увеличение ресурса и достижение высокой надежности. Работы такого рода идут прямо сейчас и уже дают определенные результаты. Но создание полноценного ИДД / ППДД для практического использования пока остается делом отдаленного будущего.
Работа на перспективу
Прямоточный пульсирующий детонационный двигатель имеет ряд важных особенностей и представляет большой интерес в контексте дальнейшего развития авиационной, ракетной и космической техники. Однако освоение этого направления и разработка работоспособных конструкций с достаточным уровнем характеристик оказывается весьма сложным и длительным процессом. Так, за последние 10 лет отечественные ППДД разработки «ОДК-УМПО» показали значительный рост характеристик, но все еще не дошли до внедрения в практику.
Тем не менее, работы продолжаются и дают поводы для оптимизма. Последние новости показывают наличие заметного прогресса, а также позволяют ожидать, что в ближайшем будущем промышленность похвастается новыми успехами. Таким образом, появление летательных аппаратов с пульсирующими детонационными двигателями все еще остается событием средней или отдаленной перспективы, но каждый новый этап разработки и испытаний приближает его.
Источник
Китайцы испытали комбинированный гиперзвуковой двигатель
Beijing Power Machinery Research Institute
Китайские разработчики завершили проектирование и первый этап стендовых испытаний перспективного комбинированного гиперзвукового двигателя. Как пишет Global Times, теперь специалисты Научно-исследовательского и проектно-конструкторского института авиации в Чэнду приступили к этапу монтирования силовой установки на летающую платформу для проведения летный испытаний.
В настоящее время создание гиперзвуковых летательных аппаратов сопряжено с несколькими сложностями. Одной из главных является создание двигателя, который мог бы разгонять такой летательный аппарат от нуля километров в час до скорости гиперзвука (более пяти чисел Маха). Дело в том, что существующие сегодня разные виды двигателей могут работать только в своем относительно узком диапазоне скоростей.
В частности, двухконтурные реактивные двигатели, устанавливаемые на истребители, в силу своих конструктивных особенностей не могут разгонять самолет быстрее 2,2 числа Маха. В то же время, рабочие прототипы гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей начинают стабильно работать на скоростях полета более четырех чисел Маха.
Подробности проведенных испытаний новой комбинированной силовой установки не уточняются. Испытания установки проводились с конца 2017 года. По итогам первых этапов испытаний прототипа двигательной установки планируется создать полноразмерный демонстратор, летные испытания которого будут проведены не позднее 2025 года.
Разработкой новой установки, в китайских СМИ упоминаемой как TBCC (Turbine-Based Combined Cycle, комбинированный цикл на основе турбины) или TRRE (Turbo-aided Rocket-augmented Ram/scramjet Engine, турбированный ракетно дополненный прямоточный воздушно-реактивный/гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель), занимается Исследовательский институт машинного оборудования в Пекине.
Эта установка сможет разгонять летательный аппарат от нулевой скорости до десяти чисел Маха. В TRRE под единым корпусом размещены турбореактивный, ракетный и прямоточный воздушно-реактивный двигатели. Они имеют общие воздухозаборник и сопло с изменяемыми в зависимости от скорости полета и включенного двигателя сечениями.
Внутри корпуса три типа двигателей отделены друг от друга, а воздушный поток между ними будет переключаться во время полета. Все двигатели будут работать на авиационном керосине. В ракетном двигателе в качестве окислителя для керосина будет использоваться жидкий кислород.
Предполагается, что во время разгона и на первом этапе полета в новом двигателе будет задействована низкоскоростная турбореактивная часть. Благодаря ей двигатель сможет разгонять летательный аппарат до двух чисел Маха. После этого воздуховод к турбореактивной части будет перекрываться, а воздушный поток будет переключаться на прямоточную воздушно-реактивную часть.
В ней набегающий поток воздуха будет сжиматься за счет сужения воздуховода и поступать в камеру сгорания с прямым впрыском топлива. Прямоточный двигатель получит воздуховод с изменяемым сечением, благодаря чему сможет стабильно работать как на сверхзвуковой, так и на гиперзвуковой скорости.
На сверхвуковой скорости работе прямоточного двигателя будет помогать ракетный двигатель. На этом этапе силовая установка будет обеспечивать разгон до шести чисел Маха. После шести чисел Маха ракетный двигатель будет отключаться, а прямоточный воздушно-реактивный двигатель — переходить в гиперзвуковой режим с дополнительной подачей в камеру сгорания жидкого кислорода.
Источник