Pohonné systémy budúceho detonačného motora

dr. eng. Ionuț Porumbel
Kleopatra Florentina CUCIUMITA
Dr. Eng. Constantin Eusebiu HRITCU

Prvý let v histórii ľudstva poháňal motor, ktorý navrhol a vyrobil Charles Taylor a dvaja vynálezcovia lietadla, bratia Wrightovci: šesťvalcový piestový štvorvalcový motor s gravitačným vstrekovaním, vodou chladený, ktorého blok motora bol odliaty z hliníka s hmotnosťou spolu s kľukovou skriňou 69 kg. Motor poháňa dve protibežné vrtule pomocou reťazí ...

Odvtedy uplynulo takmer 121 rokov a vývoj lietadiel a ich pohonných systémov bol pôsobivý, ale najväčšou výzvou, ktorej musel motor Taylor/Wright čeliť, a to pomerom výkonu k hmotnosti motora, zostáva. z mála vecí, ktoré sa dodnes nezmenili.

V prípade moderných leteckých turbomotorov predstavuje asi 25% hmotnosti turbína. Prítomnosť lopatiek turbíny v prúde spalín zo spaľovacej komory turbomotora navyše drasticky obmedzuje ich maximálnu teplotu. Aby sa zvýšila táto teplota a tým aj výkon motora, musí byť turbína, sama o sebe zložité a drahé zariadenie, ochladená, čo nielen zvyšuje zložitosť a celkové náklady na motor, ale tiež úplne nevyrieši problém, teplotu maximum zostávajúcich spalín obmedzené dostupnou hmotnosťou chladiaceho vzduchu.

Odpoveď rumunského výskumu

Tím vedcov Národného ústavu pre výskum a vývoj Turbomotors COMOTI navrhuje radikálne riešenie problému: úplnú elimináciu turbíny. Tento prístup zahrnuje použitie zachovania impulzu plynov opúšťajúcich spaľovaciu komoru, ktoré sú smerované do nadzvukových reakčných dýz umiestnených v uhle k osi otáčania motora, takže tangenciálna zložka reakčnej sily otáča celé spaľovacie komory a kompresor umiestnený v proti prúdu, na rovnakom hriadeli, zatiaľ čo osová zložka poskytuje hnaciu silu lietadla, ktorým je nový motor vybavený.

Okrem zníženia hmotnosti, nákladov a rozmerov motora umožňuje eliminácia turbíny aj podstatné zvýšenie teploty a rýchlosti spalín, čo otvára cestu pre použitie procesu nadzvukového spaľovania, takzvanej detonácie, oveľa účinnejšej a schopnejšej zabezpečiť rýchlosť a tlak spalín. oveľa lepšie ako klasické spaľovanie, známe ako deflagration.

Okrem toho, že detonačné spaľovanie takmer zdvojnásobuje termodynamickú účinnosť cyklu motora, omnoho vyššia rýchlosť tohto spaľovacieho procesu významne znižuje čas strávený molekulami dusíka vo vzduchu vo vysokoteplotnej zóne (tzv. Doba zdržania), čo je očakáva sa zníženie výroby škodlivých látok v motore, pričom tento jav striktne koreluje s časom dostupným na disociáciu dusíka, ktorý sa potom oxiduje na produkty reakcie znečisťujúcich látok.

Proces detonácie je kmitavý pri veľmi vysokých frekvenciách rádovo stoviek Hertzov v tu uvedenom prístupe, ktorý zvyšuje špecifický impulz motora a zmenšuje veľkosť detonačných komôr. Na dosiahnutie týchto vysokých frekvencií je však potrebné navrhnúť detonačnú komoru bez mechanických ventilov, v ktorej je nasávanie a výfuk vzduchu a paliva riadené výlučne aerodynamickými silami.