Обертовий детонаційний двигун
Обертовий детонаційний двигун (Rotating detonation engine, RDE) — перспективний проєкт реактивного двигуна, що використовує форму згоряння з підвищенням тиску, де одна або кілька детонацій безперервно рухаються кільцевим каналом. Обчислювальні симуляції та експериментальні результати показали, що RDE має потенціал застосування у транспорті та в інших галузях.[1][2]
При детонаційному горінні продукти згоряння розширюються із надзвуковою швидкістю. Теоретично таке горіння ефективніше звичайного дефлаграційного на 25 %. Такий приріст ефективності забезпечить значну економію палива.[3][4]
До недоліків можна віднести нестабільність, складність управління і шум.
Основна концепція RDE — це детонаційна хвиля, яка рухається кільцевим каналом. Паливо та окиснювач вводяться в канал, як правило, через невеликі отвори або щілини. Детонація ініціюється в суміші паливо/окиснювач свого роду запалювачем. Після запуску двигуна детонації самопідтримуються. Одна детонація запалює суміш палива/окиснювача, що виділяє енергію, необхідну для підтримання детонації. Продукти згоряння розширюються за межі каналу і витісняються з каналу паливом, що надходить, та окиснювачем.[2]
Хоча конструкція RDE схожа на імпульсний детонаційний двигун (PDE), RDE є більш досконалим, оскільки хвилі циркулюють навколо камери, тоді як PDE вимагає продувки камер після кожного імпульсу.[5]
Станом на 2021 рік над RDE працюють кілька американських розробників. Аналогічні роботи ведуться в Німеччині та в Росії.
ВМС США активно сприяють розробкам.[6] Дослідників Морської дослідницької лабораторії (NRL) особливо цікавлять детонаційні двигуни, такі як RDE, через можливість зменшити витрати палива у своїх важких транспортних засобах.[7][8] На сьогодні залишається подолати низку перешкод, перш ніж перейти до практичного застосування RDE.[9] Здебільшого дослідники NRL зосереджені на покращенні розуміння того, як працює RDE.
З 2010 року в Aerojet Rocketdyne проведено понад 520 випробувань декількох конфігурацій RDE.[10]
Деніель Пексон[11] у Дослідницькому центрі Гленна використовував моделювання методами обчислювальної гідродинаміки (CFD) для порівняння ефективності еталонної схеми детонації RDE з PDE.[12] Він виявив, що RDE може працювати принаймні на тому ж рівні, що і PDE. Крім того, він виявив, що продуктивність RDE була по суті однаковою з PDE.
За словами віце-прем'єр-міністра Росії Дмитра Рогозіна,[13] у середині січня 2018 року компанія НВО «Енергомаш» завершила початкову фазу випробування рідинного RDE 2-тонного класу і планує розробити більші моделі для використання в космічних ракетах-носіях.
У травні 2020 року команда інженерів-дослідників, пов'язаних з ВПС США, заявила, що розробила надзвичайно ефективну експериментальну модель обертового детонаційного двигуна, здатну виробляти тягу 200 фунтів (приблизно 890 Н), що працює на суміші палива водень/кисень.[14]
В інших експериментах використовувались чисельні процедури для кращого розуміння поля потоку в RDE.[15] У 2020 році у Вашингтонському університеті досліджено експериментальний пристрій, який дозволяв контролювати величину зазору в циліндричному каналі. За допомогою високошвидкісної камери вони змогли спостерігати роботу RDE із надзвичайним уповільненням. На основі цього вони розробили математичну модель для опису процесу.[16]
В грудні 2023 року компанія GE Aerospace повідомила про досягнення значного прогресу в створенні рушія для використання у літальних апаратах для польоту на гіперзвукових швидкостях. Начебто було створено Прямоточний повітряно-реактивний двигун з поєднанням обертового детонаційного двигуна[17].
- ↑ Lu, Frank; Braun, Eric (7 липня 2014). Rotating Detonation Wave Propulsion: Experimental Challenges, Modeling, and Engine Concepts. Journal of Propulsion and Power. The American Institute of Aeronautics and Astronautics. 30 (5): 1125—1142. doi:10.2514/1.B34802.
- ↑ а б Wolanski, Piotr (2013). Detonative Propulsion. Proceedings of the Combustion Institute. 34 (1): 125—158. doi:10.1016/j.proci.2012.10.005.
- ↑ Cao, Huan; Wilson, Donald (2013). Parametric Cycle Analysis of Continuous Rotating Detonation Ejector-Augmented Rocket Engine. 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. doi:10.2514/6.2013-3971. ISBN 978-1-62410-222-6.
- ↑ Schwer, Douglas; Kailasanath, Kailas (25 вересня 2010). Numerical Investigation of the Physics of Rotating Detonation Engines. Proceedings of the Combustion Institute. Elsevier, Inc. 33 (2): 2195—2202. doi:10.1016/j.proci.2010.07.050.
- ↑ Pressure Gain Combustion Program Committee - Resources. AIAA Pressure Gain Combustion Program Committee. Архів оригіналу за 1 січня 2017. Процитовано 30 грудня 2016.
- ↑ How the Rotating Detonation Engine Works. HowStuffWorks. 8 березня 2013. Процитовано 9 листопада 2015.
- ↑ US Navy developing rotating detonation engine. Physics Today. 6 листопада 2012. doi:10.1063/PT.5.026505. ISSN 0031-9228.
- ↑ How the Rotating Detonation Engine Works. HowStuffWorks. 8 березня 2013. Процитовано 21 жовтня 2015.
- ↑ Navy Researchers Look to Rotating Detonation Engines to Power the Future - U.S. Naval Research Laboratory. www.nrl.navy.mil. Архів оригіналу за 27 жовтня 2015. Процитовано 9 листопада 2015.
- ↑ Claflin, Scott. Recent Advances in Power Cycles Using Rotating Detonation Engines with Subcritical and Supercritical CO2 (PDF). Southwest Research Institute. Архів оригіналу (PDF) за 20 березня 2017. Процитовано 20 березня 2017.
- ↑ Daniel E. Paxson - Controls and Dynamics Branch Personnel. www.grc.nasa.gov. Архів оригіналу за 20 лютого 2020. Процитовано 20 лютого 2020.
- ↑ UCSB Full Bib - External Link. pegasus.library.ucsb.edu. Процитовано 9 листопада 2015.
{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з параметром url-status, але без параметра archive-url (посилання) - ↑ Facebook post, in Russian
- ↑ Blain, Loz. World-first "impossible" rotating detonation engine fires up. New Atlas. New Atlas. Процитовано 6 травня 2020.
- ↑ Schwer, Douglas; Kailasanath, Kailas (1 січня 2011). Numerical investigation of the physics of rotating-detonation-engines. Proceedings of the Combustion Institute. 33 (2): 2195—2202. doi:10.1016/j.proci.2010.07.050.
- ↑ Strickler, Jordan (19 лютого 2020). New detonating engine could make space travel faster and cheaper. ZME Science (амер.). Процитовано 20 лютого 2020.
- ↑ GE’s Breakthrough In ‘Detonating’ Hypersonic Propulsion Is A Big Deal. The War Zone. The Drive. 14 грудня 2023.
