ИСТИНА

В связи с достигнутым пределом эффективности классических двигательных установок в настоящее время в мире возобновился интерес к нетрадиционным типам двигателей, например, такими как детонационные двигатели. Предполагается, что в настоящее время двигатели такого типа они могут реально конкурировать с газотурбинными и прямоточными воздушно-реактивными двигателями, основанными на классическом сжигании топлива. Детонационный режим представляет существенные преимущества по сравнению с используемыми схемами в части скорости энерговыделения, которая на три порядка превышает скорость энерговыделения в классических камерах сгорания. В связи с чем детонационный режим может также оказаться эффективным при организации процессов сгорания в сверхзвуковом потоке. Потенциальные преимущества детонационных двигателей должны привести к увеличению КПД, удельного импульса, а также к радикальному снижение стоимости двигателя. Целью проекта является исследование процессов смешивания горючего и окислителя в сверхзвуковом потоке, зажигание и установление детонационного режима с использованием компьютерного моделирования, на современных гибридных вычислительных системах.

Due to achieved efficiency limit of classical propulsion systems the interest in non-traditional types of engines, for example, such as detonation engines, has now renewed in the world. Assumed that this type of engines can really compete with gas turbine and ramjet air-jet engines based on the classic combustion of fuel. The detonation regime presents significant advantages over the used schemes in terms of the rate of energy release, which is three orders of magnitude higher than the rate of energy released in classical combustion chambers. In connection with this the detonation regime can also prove to be effective in the organization of combustion processes in a supersonic flow. The potential advantages of detonation engines should lead to increase efficiency, specific impulse, and also to a radical reduction in the cost of the engine. The purpose of the project is to research the processes of mixing fuel and oxidizer in a supersonic flow, ignition and detonation setting using computer simulation, on modern hybrid computer systems.

Результатом данного проекта будет создание адекватных физической и математической моделей, описывающих процессы смешивания горючего и окислителя в сверхзвуковом потоке, зажигание и установление детонационного режима. А так же проведение численных экспериментов с использованием компьютерного моделирования, на современных гибридных вычислительных системах. Будет проведено моделирование при условии возникновения в камере реальных переходных режимов с учетом всех нестационарных стадий процесса. Таким образом, ожидаемые результаты должны превосходить существующий мировой уровень моделирования рассматриваемых процессов.

Результаты полученные коллективом в ходе проводившихся ранее исследований. 1. В ходе выполнения других проектов была разработана оригинальная программа численного моделирования, позволяющая изучать процесс перехода горения в детонацию при наличии всевозможных внешних воздействий: геометрических, температурных, концентрационных. 2. Определены механизмы перехода горения в детонацию и возможное влияние характеристик стеснения потока. Было проведено исследование влияния внутренней геометрии трубы и турбулизации потока на возникновение детонации; также проводилось исследование влияние температуры и концентрации топлива в несгоревшей смеси на переход горения в детонацию (ПГД), стабильность возникающих детонационных волн. 3. Результаты экспериментальных и теоретических исследований, показывают, что в процессе ПГД зарождение детонации происходит в локальных экзотермических центрах («горячих точках») между ускоряющейся зоной турбулентного горения и головной ударной волной. 4. При исследования влияния температуры исходной смеси на переход горения в детонацию было выявлено, что изменение температуры исходной смеси приводит к возникновению двух противоположных эффектов. С одной стороны, увеличение начальной температуры приводит к возрастанию скорости химических реакций, способствуя тем самым ускорению пламени. С другой стороны, ПГД возможен после того, как скорость турбулентного пламени превысит скорость звука в газе, которая также возрастает с увеличением температуры, затрудняя тем самым ПГД. 5. С другой стороны исследования ПГД в трубах, содержащих форкамеры большого объема в секции зажигания, ускорение пламени в узкой трубе происходит в большей степени вследствие его проталкивания вытекающими из камеры горячими продуктами реакции. 6. Проведенные исследования показали, что при использовании пульсирующих детонационных камер сгорания основные ограничения на повышение частоты их работы накладываются необходимостью периодически инициировать процесс детонации.