Детонация топлива: Детонация топлива | Система зажигания, Топливо

Содержание

Детонация топлива | Система зажигания, Топливо

Детонация — это режим горения топлива, при котором по нему распространяется ударная волна, вызывающая химические реакции горения, в свою очередь, поддерживающие движение ударной волны за счёт выделяющегося в экзотермических реакциях тепла. Комплекс, состоящий из ударной волны и зоны экзотермических химических реакций за ней, распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью и называется детонационной волной. Фронт детонационной волны — это поверхность гидродинамического нормального разрыва.

Явление детонации — ограничивающий фактор для выходной мощности и эффективности двигателя с искровым воспламенением.

Механизм детонации — нарастание внутри цилиндра двигателя волны давления, движущейся с такой скоростью, что ее удар о стенки цилиндра и поршень заставляет стенки цилиндра вибрировать и, таким образом, издавать характерный «звон». Когда искра воспламеняет горючую смесь из топлива и воздуха, ядро пламени растет сначала медленно, а затем быстро ускоряется. По мере того как фронт пламени продвигается, он сжимает перед собой еще не воспламененную смесь. Температура еще не воспламенившейся смеси поднимается за счет сжатия и теплового излучения от продвигающегося пламени, пока остающаяся часть смеси не воспламеняется спонтанным взрывом. Волна давления от этого взрыва проходит через горящую смесь с очень высокой скоростью, и стенки цилиндра испускают звенящий звук удара.

Детонация не представляет опасности при малых скоростях движения, так как водители обычно избегают этого, снижая нагрузку на двигатель при первом же предупреждении. Но на более высоких скоростях, когда уровень шума движения высок, характерный звук детонации часто почти невозможно обнаружить. Детонация — чрезвычайно опасная вещь, которая способна полностью разрушить двигатель.

Высокая температура сжатия и давление способствуют детонации. Кроме того, важна способность несгоревшей смеси поглощать или передавать тепло, излучаемое продвигающимся фронтом пламени. На эту способность влияют скрытая энтальпия (теплосодержание) смеси и конструкция камеры сгорания.

Последняя должна быть устроена соответствующим образом для адекватного охлаждения несгоревшей части смеси, например, размещением ее вблизи хорошо охлаждаемой области вроде клапана входного отверстия.

Путь фронта пламени должен быть максимально сокращен тщательным выбором расположения точки воспламенения. Прочие факторы включают время (и, следовательно, момент зажигания), так как реакция в несгоревшей смеси требует времени для своего развития, степень турбулентности (вообще говоря, более высокая степень турбулентности имеет тенденцию снижать детонацию за счет срыва фронта пламени) и, что наиболее важно, склонность самого топлива к детонации.

Некоторые виды топлива в этом отношении ведут себя чуть лучше других. Чтобы улучшить качество топлива, его можно обработать добавками (например, тетраэтилсвинцом). Однако это усугубляет и без того трудную проблему выбросов. Топливо с хорошими антидетонационными свойствами — это изооктан, а наиболее склонен к детонации обычный гептан.

Чгобы получить октановое число или оценку антидетонационных свойств конкретной смеси топлива, тест выполняют на двигателе, который работает при тщательно контролируемых условиях, и начало детонации сравнивают с теми значениями, которые получены от различных смесей изооктана и обычного гептана. Если работа двигателя идентична, например работе на смеси 90% изооктана и 10% гептана, топливо имеет октановое число 90.

Подмешивание к топливу воды (или метанола и воды) может уменьшить детонацию. Спиртосодержащее топливо, которое позволяет воде удерживаться в растворе, является полезным еще и потому, что благодаря скрытой энтальпии воды дает возможность добиться лучшего использования топлива.

Что делать, когда заправился плохим бензином?

Марки бензина – «девяносто второй», «девяносто пятый» и «девяносто восьмой» – различаются октановым числом. Цифра указывает, насколько большое сжатие внутри двигателя выдержит топливо, прежде чем самовоспламенится. У моторов попроще и степень сжатия меньше. Для них можно использовать 95-й или даже 92-й бензин. У спортивных автомобилей и суперкаров – двигатели с высокой степенью сжатия, и для нормальной работы им требуется бензин с октановым числом 98. Очень важно, чтобы октановое число залитого в бак топлива соответствовало мотору.

Иначе возникнет детонация, и скорое наступление серьезных неприятностей гарантировано!

Но что делать, если пришлось заправиться на сомнительной заправке? Например, в дальней поездке. Последствия заливки некачественного или низкооктанового топлива могут быть плачевными.

Главный признак заправки некачественным топливом или топливом с низким октановым числом – детонация. Она возникает, когда топливо в моторе воспламеняется не от искры, в нужный момент, а самовоспламеняется в процессе такта сжатия. Сгорание топливовоздушной смеси в этом случае происходит не плавно, как задумано, а мгновенно, подобно взрыву. Детонация сопровождается характерным металлическим стуком, исходящим от двигателя. При этом машина теряет мощность и, что называется, не тянет. Чаще всего симптомы появляются сразу после заправки. Иногда через 10–20 километров, когда некачественное топливо смешается с тем, что уже было в баке, и дойдет до топливного насоса.

При детонации выделяется гораздо больше энергии, чем нужно. Поэтому блок цилиндров, ГБЦ, элементы поршневой системы испытывают серьезные ударные нагрузки и при этом мгновенно перегреваются. Эксплуатировать автомобиль с детонацией нельзя, так как двигатель довольно быстро выйдет из строя. Оплавляются и разрушаются поршни, прогорают клапаны и прокладка головки блока цилиндров. В последнем случае внутрь цилиндров начинает попадать антифриз.

Самое разумное действие – предупредить подобную ситуацию, использовав октан-корректор. Этот препарат увеличивает октановое число бензина и предотвращает неблагоприятные последствия использования некачественного или низкооктанового топлива.

Если залить в бензобак «Октан-корректор» Hi-Gear HG3309, двигателю будет проще переварить низкокачественный бензин, будет устранена детонация, восстановится динамика, расход топлива уменьшится. Одна «порция» «Октан-корректора» рассчитана на 40–60 литров топлива. Добавили препарат в топливный бак и о детонации можно не беспокоиться! Серьезная экономия на дорогостоящем ремонте обеспечена.

Кстати, синтетический кондиционер металла SMT2, который входит в состав препарата, дополнительно уменьшит износ деталей цилиндропоршневой группы.

А «Супероктан-корректор» Hi-Gear HG3306 делает все то же самое, но еще эффективнее. Состав способен ощутимо увеличить отдачу двигателя даже при использовании качественного топлива. Оба этих препарата безопасны для катализаторов и пригодны для двигателей с турбонаддувом.

Отправляетесь в дальнюю поездку? Высока вероятность, что придется заправляться на неизвестной заправке с топливом сомнительного качества. Чтобы не встать вдалеке от дома с отказавшим двигателем, положите в багажник «Октан-корректор» Hi-Gear. Если после заправки почувствуете, что двигатель работает хуже, чем обычно, или появилась детонация, просто залейте его в бак, и через некоторое время симптомы пропадут.

Пара банок октан-корректора в багажнике добавит вам уверенности и спокойствия, что совсем не лишнее в дальней дороге. Конечно, ведь легче провести профилактику, чем дорогостоящий ремонт!

Бензин как причина поломки — журнал «АБС-авто»

Без сомнений, некачественное топливо – одна из самых часто встречающихся причин поломки автомобильного двигателя. Но при этом и одна из самых сложных для выявления. Так, с одной стороны, кажется, что «выловить» такую причину и принять меры «по недопущению» совсем нетрудно. Но с другой стороны, поскольку это часто встречающаяся проблема, то на некачественное топливо нередко пытаются «списать» почти все поломки и неисправности мотора. Что превращает эту проблему в источник большого числа спекуляций.

Ни для кого не секрет, что у нас в стране бензин не везде и не всегда «правильный». Поэтому после проведения анализа топлива при экспертизе неисправности двигателя нередко выясняется, что в бензине есть отклонения некоторых параметров от предписываемых стандартами значений.

В таких случаях многие эксперты с криками «Эврика!» спешат объявить виновником плохое топливо. И даже пытаются подвести под свои выводы некую наукообразную теоретическую базу. Хотя самая примитивная логика говорит: да, действительно, у топлива есть какие-то минимальные отклонения – в каком-то знаке после запятой. Но все они не имеют никакого отношения к данной поломке.

То есть топливо бывает с отклонениями, и часто – но на нем среднестатистический двигатель может прекрасно работать. Простейшим подтверждением чему служат тысячи и тысячи автомобилей вокруг, включая и сотни тех, которые были заправлены тем же самым «неправильным» топливом – скорее всего, ни один из них не сломался, в противном случае большинство топливных компаний давно бы разорились.

Другое дело, когда топливо-то в баке отличное, а вот двигатель взял и сломался… Тогда ищи не ищи лишнюю молекулу, а если ее нет, то причину нахрапом не взять – тут думать надо…

Дело «мастера» боится?

Причин у любой поломки двигателя может быть много – и в том числе из-за топлива. Только, к примеру, не того, которое в баке сейчас, а того, что было залито давно. Когда прошло несколько заправок качественным бензином, и машина проехала сотни, а то и тысячи километров, «плохой» бензин из бака уже выработался. Но для двигателя полученной когда-то порции «бензинового зелья» вполне могло хватить, чтобы через многие километры вдруг взять и «умереть» в одночасье.

Очевидно, связать некачественное топливо и поломку в таком случае очень сложно. А может ли топливо вообще привести к таким последствиям? И как оно должно при этом сгорать, чтобы так повредить поршень? Тут у исследователей причин повреждения полет фантазии становится поистине безграничным. Иногда кажется, что «бред сивого мерина в лунную ночь» при сравнении с некоторыми их заключениями – просто скучная истина. Потому что «заморачиваться» серьезным исследованием причин и последствий поломки обычно никто не хочет – сложно, долго, а потому дорого. И если возникает какая-то непонятная ситуация, то обычно говорят: «Все понятно! Это некачественный бензин!».

Детонация вызывает развитие ударной волны в цилиндре — именно ее и слышит водитель. Или не слышит…

Поразительно, но настоящие «мастера своего дела» могут назначить бензин виновником поломки вообще без каких-либо исследований – на то они и «мастера». Например, если бензин долго хранился в неисправном автомобиле, то параметры его изменились, и исследование бессмысленно, так так невозможно установить, что было в баке на момент поломки. Вот и хорошо – значит, бензин был некачественный! Или наоборот, будем исследовать бензин в баке через добрую пару лет хранения автомобиля после поломки и, найдя повышенное содержание смол (а как ему не быть повышенным – при таком длительном хранении?), не моргнув глазом назначим его же виновником. В зависимости от мастерства и фантазии. Все же и так понятно…

Хотя на самом деле – ничего не понятно. Но «списывается» все на топливо, поскольку сложности мало кому интересны.

Действительно, огромное количество повреждений и поломок двигателя никакого отношения к топливу не имеют. Оно просто не может создать именно такие поломки именно в этом месте данной детали – как говорят в таких случаях, признаки поломки противоречат предполагаемой причине. Но для некоторых «специалистов» это – не факт. Коленвал сломался? Топливо виновато, шибко горело! Вкладыш коленвала провернулся? Опять же оно, родимое – знаем-знаем, там же детонацией «настучало»!

Собственно, для того чтобы «отделить зерна от плевел», и стоит рассмотреть основные ситуации, когда топливо (а сегодня мы говорим только о бензине) может повредить двигатель, а когда не может. И что оно может действительно повредить.

Эта ужасная детонация

Самый распространенный на практике случай: залитый на АЗС бензин имел низкое октановое число и вызвал в двигателе детонацию.

Детонация – вроде бы известный, но на самом деле сложный в физическом смысле процесс. Попробуем в нем разобраться, чтобы понять его опасность и последствия.

Итак, при движении поршня к верхней мертвой точке за счет роста давления в объеме цилиндра растет и температура смеси. Плюс к этому идет подогрев смеси от горячих стенок цилиндра. В этот момент срабатывает свеча – начинает распространяться фронт пламени, температура и давление в цилиндре быстро возрастают. Однако при нагреве в процессе сжатия может оказаться, что на периферии цилиндра, в районе пристеночных слоев, температура смеси оказывается слишком высока – выше, чем температура самовоспламенения топлива.

В результате почти одновременно со «штатным» и сравнительно медленным сгоранием, обусловленным нормальным распространением фронта пламени от свечи зажигания, происходит взрыв перегретой смеси в наиболее удаленной от свечи зажигания зоне. Этот взрыв имеет объемный характер и инициирует распространение ударной волны навстречу фронту пламени, что в свою очередь вызывает воспламенение смеси при повышении давления и температуры во фронте ударной волны. Далее, проходя по камере сгорания, ударная волна несколько раз отражается от стенок цилиндра, что и вызывает тот самый приметный стук в цилиндре.

А вот и «классика» детонации — рухнувшие перемычки на поршне

Но самое главное, ударная волна, действуя вместе со своими отраженными волнами, резко увеличивает нагрузку на детали двигателя, создавая в них нерасчетные дополнительные нагрузки – в основном на поршень (на его края), на поршневые кольца и перемычки между ними. А поскольку в этих местах (между первым и вторым кольцами) сечения сравнительно тонкие, именно там чаще всего и происходит поломка.

Но сама поломка от детонации отличается своей собственной «хитростью». Для того чтобы что-то сломалось, усилия от одиночного взрыва смеси не хватит – таких взрывов потребуются десятки и сотни тысяч. За это время произойдет накопление дефектов в микроструктуре материала, образование и развитие усталостной трещины и, наконец, усталостная поломка как финальный аккорд длинного (сотни и тысячи километров пробега) процесса разрушения. Вследствие такой большой продолжительности и будет разорвана во времени прямая связь между причиной (топливо, вызвавшее детонацию) и последствиями (поломка), сильно осложнив жизнь «мастерам»-экспертам.

Если же поломка поршня в результате воздействия детонации не произошла (такое встречается), то это совсем не значит, что повезло – детонационные взрывы на периферии камеры могут здорово перегреть поверхность поршня на краях вплоть до плавления и выгорания там металла.

Без детонации – никак?

Но если для поломки от детонации требуются десятки или даже сотни тысяч ударов и оборотов коленвала, то вполне очевидно, что пара-тройка одиночных ударов никак не смогут повредить поршень. То есть детонация – это не кувалда, которая ломает двигатель с одного удара. Ломает его количество ударов. Тогда надо понимать, что детонация – это никакая не «чума» для двигателя внутреннего сгорания, в чем совершенно убеждены наши «мастера»-эксперты, а вполне нормальный рабочий процесс. Важно только правильно им управлять.

Сказано – сделано. Именно так, «по детонации», и работает система управления двигателем. Как это происходит? При появлении детонации характерный стук регистрируется датчиком детонации – и происходит автоматическая регулировка угла опережения зажигания, длительности импульса на форсунку и другие действия, чтобы на следующем обороте коленвала «убрать» этот нежелательный для двигателя эффект.

Вот и получается, что наличие детонации является не вредным и фатальным, а напротив, совершенно необходимым условием работы системы управления современным двигателем. Разумеется, если это делается правильно. Более того, если детонация исчезает, то система управления просто «слепнет», не понимая, что ей делать. И начинает двигать угол опережения на более раннее зажигание – до тех пор пока детонация не появится или не сработают какие-то другие программные ограничения.

То есть сама по себе детонация не является причиной поломки, поскольку нормальный двигатель рассчитан на ее появление. Скажем больше – в нормально работающем двигателе она просто должна быть. И точка.

так выгладит не вполне характерный пример разрушения поршня в результате детонации — каверны буквально «съели» металл на краях

Но что происходит, если в бак залить низкооктановый бензин? Сразу появляется детонация? Ничего, это – вполне нормальное явление, и система управления начинает в штатном режиме уменьшать угол опережения зажигания. Но через несколько оборотов коленвала угол становится «на упор»: уменьшить его уже нельзя, поскольку программных возможностей нет. А детонация остается – и вот это является опасным режимом работы двигателя. Который даже фиксируется в памяти блока управления – там записывается соответствующий код ошибки.

Возможно, кто-то услышит эту детонацию. А возможно, и не услышит: сегодня звукоизоляция автомобилей находится на довольно высоком уровне. И вот здесь кроется вся сложность и опасность ситуации: например, водитель приглушил музыку в салоне, услышал стук – и принял меры. Но оказалось, что уже поздно: усталость металла сделала свое «черное дело», и какой-то из поршней уже сломан. Причем до момента наступления поломки ничто, как говорится, «не предвещало»…

Иногда на краях поршня, там, где и возникают детонационные взрывы, может появиться эрозия – и поверхность будет буквально «изъедена» кавернами. Такой эффект наблюдается чаще на турбированных двигателях. На «атмосферниках» эрозия не успевает проявиться: раньше рушатся перемычки колец, двигатель теряет компрессию, резко возрастает расход масла, и эксплуатацию такого двигателя прекращают, потому что он уже явно неисправен.

Некоторые «мастера»-эксперты убеждены: детонация настолько зла, что рушит все подряд, даже свечи зажигания. Аргумент, надо сказать, «так себе» – как бедной свече повредиться, если детонация возникает в самом дальнем «углу» камеры, наиболее удаленном от свечи? И нужны уникальные условия, чтобы такое повреждение все-таки произошло…

Та же история и с клапанами: во время возникновения детонации они закрыты и, как говорится, «и в ус себе не дуют», лежат спокойно в седле. Конечно, если они не герметичны, то их может «пристукнуть» и даже «прижечь», но в ином случае им ничего такого явно «детонационного» не грозит.

Вкладыши коленвала, конечно, тоже испытывают некие удары от детонации, однако она «бьет» через большое количество деталей: поршень, палец, шатун. И чтобы повредить вкладыш, необходим удар такой зубодробительной силы, который впору сравнить с ударом кувалды даже не по, а через наковальню – такой разрушил бы всю шатунно-поршневую группу, прежде чем смог бы достать до вкладыша. Возможен ли такой удар на практике, предоставим решить читателю самостоятельно в качестве «домашнего задания».

«Чума» XXI века – масляная?

Как известно, при работе двигателя попадание топлива в масло совершенно неизбежно. И ничего удивительного в этом нет: когда топливо-воздушная смесь впрыскивается во впускной коллектор (в двигателе с распределенным впрыском) или попадает сразу в цилиндры (в двигателе с непосредственным впрыском), то часть неиспаренного топлива в виде небольшого количества мелких капель неизбежно останется на стенках цилиндра. А поскольку цилиндры имеют не идеальную зеркальную поверхность, а заданную шероховатость с рисками (так называемый «хон»), то кольца при движении поршня вверх пропустят мимо себя часть топлива – и на последующем ходе поршня вниз оно теми же кольцами будет сброшено в картер.

Этот процесс может развиваться крайне быстро: при скорости 60 км/ч всего 1 км пробега за 1 мин – и 3000 оборотов двигатель сделал. А допустим, автомобиль проехал 100 км, тогда двигатель совершил уже 300 тыс. оборотов! И если за один оборот коленвала в картер попадают (в виде капель, паров) какие-то доли миллиграмма топлива, то после такой не слишком длительной эксплуатации разговор может идти уже о граммах и даже килограммах…

Разрушение поршневых колец — еще один явный признак низкого качества топлива

И все бы ничего, поскольку бензин быстро испаряется и выходит из картера через систему вентиляции туда, куда ему и положено – обратно во впускную систему и цилиндры двигателя. Если бы не одно «но» – взаимодействие топлива с моторным маслом при определенных условиях может запустить целую цепочку «нештатных» химических реакций и оказаться для этого масла фатальным. То есть попадание топлива в масло может в конечном счете привести к поломке двигателя. Почему?

В течение многих лет эффект очевидного и неизбежного попадания топлива в масло не вызывал никаких проблем. Однако в последние годы с повышением степени сжатия в цилиндрах современных двигателей и изменением рецептуры масел появилась проблема, которая напрямую связана с качеством бензина и его взаимодействием с моторными маслами. Это критическое изменение свойств моторного масла вплоть до загустевания масла и превращения в мазеобразную, иногда практически резиновую, субстанцию, быстро получило в народе заслуженное прозвище – масляная «чума».

…Однако более подробно об этой проблеме мы здесь говорить не будем – о ней можно прочитать, перевернув еще одну страницу.

  • Александр Хрулев, канд. техн. наук, директор фирмы «АБ-Инжиниринг»

«Юбилейный» октан — Журнал «Сибирская нефть» — №152 (июнь 2018)

«Газпром нефть» начала продажи в России бензина под брендом G-Drive с октановым числом 100. Отличительная особенность нового топлива — его производят исключительно из собственных высокооктановых компонентов на Омском нефтеперерабатывающем заводе, что гарантирует стопроцентное качество продукта и стабильность эксплуатации автомобильных двигателей. О том, каковы перспективы нового топлива на отечественном рынке и с какими мифами предстоит бороться производителю, — в материале «Сибирской нефти»

Вслед за Новосибирском весной 2018 года бензин G-Drive 100 появился также на заправках в Москве, Санкт-Петербурге и Нижнем Новгороде, а до конца 2018 года начнутся его продажи в других регионах, где представлена сеть АЗС «Газпромнефть».

Строго говоря, на зарубежных рынках сотый бензин активно присутствует уже многие годы. Несколько лет он представлен и на Балканах — на заправках сербской «дочки» «Газпром нефти» — компании «НИС» («Нефтяная индустрия Сербии»). Что же подтолкнуло компанию именно сейчас начать экспансию на отечественный рынок нового продукта премиального класса? «Долгое время топовым в линейке бензинов на АЗС „Газпромнефть“ был G-Drive 98. В прошлом году был проведен целый ряд исследований, потребительских опросов и тестов, показавших, что эволюция автопарка и изменения в предпочтениях автомобилистов подготовили рынок России к технологическому рывку. Это дает возможность лидерам отрасли предлагать наиболее совершенные виды топлив», — отмечает начальник департамента маркетинга блока логистики, переработки и сбыта «Газпром нефти» Илья Иванов.

Процесс от начала разработки рецептуры до промышленного производства нового G-Drive 100 был завершен в рекордно короткие сроки — и занял около полугода.

Технологическое лидерство

В России сегодня лишь несколько нефтеперерабатывающих заводов, на которых автономно, без закупок компонентов со стороны, может быть произведен бензин с октановым числом 100. Крупнейший среди них — «Газпромнефть-ОНПЗ».

«Набор технологических процессов, который позволяет нам производить бензины с октановым числом 100, отличает Омский НПЗ от многих в России, — говорит Дмитрий Храпов, главный технолог „Газпромнефть-ОНПЗ“. — У нас выпускается довольно редкий компонент, который многие предприятия вынуждены покупать — метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ, см. глоссарий). Вместе с алкилбензином и толуолом, которые также производятся не на каждом заводе, он составляет основу G-Drive 100».

В состав G-Drive 100 входят только продукты нефтепереработки, и он не содержит октаноповышающих присадок. Точности соблюдения рецептуры нефтепереработчики достигают за счет совершенствования процесса смешения — новая автоматическая станция была построена на заводе в рамках программы модернизации.

«Промышленный выпуск бензина с октановым числом 100 без использования октаноповышающих присадок — очередное подтверждение технологического лидерства Омского НПЗ. Оснащение предприятий самым современным оборудованием в рамках масштабной программы модернизации позволяет „Газпром нефти“ обеспечивать российский рынок продукцией высочайшего качества», — подчеркнул заместитель генерального директора «Газпром нефти» по логистике, переработке и сбыту Анатолий Чернер.

Весной прошлого года бензин марки G-Drive 100 успешно прошел стендовые квалификационные испытания во Всероссийском научно-исследовательском институте по переработке нефти (ВНИИ НП) и получил положительное заключение на соответствие требованиям технического регламента Таможенного союза к топливам экологического класса К5 (соответствующего «Евро-5»). Топливо также получило подтверждение соответствия европейским требованиям к качеству топлив в международной лаборатории SGS.

Впрочем, в рабочих условиях G-Drive 100 тоже испытывали, причем условия эти были максимально жесткими. «Мы протестировали новое топливо G-Drive 100 на болидах в гоночных условиях и на обычных автомобилях, и оно подходит для всех современных бензиновых двигателей, — отметил директор по региональным продажам „Газпром нефти“ Александр Крылов. — Уже три года сотый G-Drive продается на наших станциях в Восточной Европе, где он приобрел высокую популярность. Я рад, что теперь и российские автомобилисты смогут оценить это высокотехнологичное топливо, почувствовать всю мощь своего автомобиля и получить максимум удовольствия от вождения».

Метод Эдгара

В 1926 году американский химик Грэхем Эдгар предложил измерять способность бензина противостоять детонации октановым числом по предложенной им шкале. В основу он положил характеристики двух углеводородов, входящих в состав бензина, — очень низкие анти детонационные свойства гептана (октановое число 0) и очень высокие — изооктана (октановое число 100). Например, октановое число 93 означает, что бензин детонирует при тех же условиях, что и смесь из 93% (по массе) изооктана и 7% гептана. В те годы октановое число, которое удавалось получить, колебалось от 40 до 60, но двигатели имели малую литровую мощность, и этого было достаточно.

Споры о высоком

Среди автомобилистов бытует мнение, что бензин с высоким октановым числом подходит исключительно для профессиональных гонок, дорогих спорткаров, а обычным автомобилям может даже навредить.

«Вокруг высокооктановых бензинов существует множество мифов, — говорит Илья Иванов. — Часть из них связаны с тем, что недобросовестными производителями зачастую используются сомнительные октаноповышающие присадки, которые могут повредить топливной системе автомобиля. В результате потребитель не только не получает заявленных преимуществ, но и видит существенное ухудшение работы мотора. Кроме того, многие автомобилисты вообще уверены в том, что более высокий октан сам по себе является фактором дополнительного риска. В этой связи хочу отметить, что маркировка на лючке бензобака „92+“, „95+“ или „98“ вовсе не означает невозможность использования топлива с октановым числом 100. Чтобы преодолеть подобные предрассудки, мы стараемся не просто предлагать клиентам АЗС „Газпромнефть“ самый высокотехнологичный бензин 100-го октана, но и доносить до потребителей максимально полную и достоверную информацию о данном продукте».

Снять все сомнения в совместимости нового топлива и двигателей различных автомобилей, в том числе отечественных марок, поможет ряд эксплуатационных испытаний, которые «Газпром нефть» проводит в настоящее время в российских и европейских лабораториях. Те же, кто уже пробует новое топливо, чаще всего отмечают, что наилучшие результаты от повышенного октана можно получить в современных двигателях с маркировкой «95+», а также если мотор турбирован. Улучшение ходовых качеств, сокращение времени разгона замечают в первую очередь автомобилисты с динамичной манерой вождения.

При этом, по мнению экспертов, совсем не обязательно, чтобы сам мотор был новым, иногда даже наоборот — сотый октан может вернуть двигателю с пробегом былую напористость. «Уловить разницу между RON98 и RON100 (см. глоссарий) без специальных приборов довольно сложно. Тем не менее высокооктановый бензин очень стоек к детонации, и она возникает реже или вообще не возникает в тех режимах, когда она возникала раньше, — говорит эксперт крупнейшего европейского испытательного центра APL Павел Карташов. — Для двигателей с пробегом, в камере сгорания которых имеются отложения, предпочтителен бензин с более высоким октаном. Это связано с тем, что отложения негативно влияют на теплообмен рабочей топливно-воздушной смеси: свежая смесь дольше нагревается в цилиндрах, а продукты сгорания медленнее охлаждаются. Так как детонация чаще возникает при повышении температуры и давления в самом конце горения, то отложения приводят к более высокой температуре и повышают вероятность детонации. Именно поэтому для двигателей с отложениями в камере сгорания рекомендуется использовать бензин с повышенным (до 5 единиц) октановым числом».

До конца года «Газпром нефть» планирует полностью заменить G-Drive 98 на своих заправках топливом с октановым числом 100. В компании уверены, что новый высокотехнологичный продукт по достоинству оценят не только постоянные покупатели брендированного бензина премиум-класса, но и закоренелые скептики.

Глоссарий

Октановое число
Октановое число — показатель, который характеризует способность топлива противостоять детонации в процессе горения. Детонация вызывает перегрев, мощные ударные нагрузки, повышенный износ и местные разрушения двигателя, сопровождается падением мощности и ухудшением состава выхлопа.

RON
RON (research octane number) — исследовательский метод определения октанового числа топлива. Существует также т. н. моторный метод — MON (motor octane number). Суть обоих методов — поиск состава смеси изооктана и н-гептана (октановые числа 100 и 0 соответственно), детонирующей так же, как и испытуемое топливо. Испытания по MON проводятся при более жестких условиях, способствующих детонации, и обычно дают более низкий показатель октанового числа.

Метил-трет-бутиловый эфир
Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) производится из углеводородного сырья, в частности из бутан-бутиленовой фракции. Применяется в качестве компонента моторных топлив, повышающего октановое число бензинов (антидетонатор). Максимально допустимая законодательно объемная доля МТБЭ в бензинах в ЕС и в России — 15%.

Алкилбензин
Алкилбензин состоит из изооктана (именно его октановое число принято приравнивать к 100 единицам) и других изомеров октана. Получают его в результате алкилирования изобутана бутиленами — химического процесса, в результате которого происходит реакция соединения изобутана и бутиленов и получается новый изомер изобутана — изооктан, обладающий высокими антидетонационными свойствами.

Детонационные двигатели сэкономят топливо ВМС США: Наука и техника: Lenta.ru

ВМС США намерены в перспективе модернизировать газотурбинные силовые установки на своих кораблях и самолетах, заменив обычные двигатели внутреннего сгорания с циклом Брайтона на ротационные детонационные двигатели. Благодаря этому военные рассчитывают экономить на топливе до 400 миллионов долларов в год. Впрочем, говорить о скором серийном использовании новой технологии, еще пока до конца не изученной, не приходится — по самым смелым оценкам, первые детонационные двигатели появятся на флоте через десять лет.

Разработкой ротационного, или спинового, детонационного двигателя (Rotating Detonation Engine, RDE) занимается Научно-исследовательская лаборатория (NRL) ВМС США. По предварительным расчетам лаборатории, RDE будет на десять процентов мощнее и на 25 процентов экономичнее используемых сегодня обычных газотурбинных двигателей. Правда, общий принцип работы силовых установок останется неизменным — поток газов от сгоревшего топлива будет по-прежнему вращать лопасти газовой турбины.

По данным NRL, даже в отдаленном будущем, когда все корабли ВМС США будут приводиться в движение электричеством, выработку энергии все равно будут обеспечивать газовые турбины, может быть, конструктивно немного измененные. В настоящее время американский флот использует 430 газотурбинных двигателей на 129 кораблях. Ежегодно они потребляют топлива на два миллиарда долларов. В перспективе обычные двигатели внутреннего сгорания на кораблях будут заменены новыми RDE, то есть речь идет о модернизации. Тем не менее принципы работы перспективных силовых установок и современных двигателей будут значительно отличаться.

Детонация

Сегодня двигатели внутреннего сгорания работают по циклу Брайтона. Упрощенно его суть заключается в последовательном смешивании топлива и окислителя, сжатии смеси, ее поджоге и горении с последующим расширением разогретых продуктов горения. Такое расширение, как раз и используемое для выполнения механической работы (движение, вращение турбины, перемещение поршней), дает постоянное давление. Фронт горения в топливной смеси перемещается на дозвуковой скорости; такой процесс называется дефлаграцией.

В новых двигателях ученые намерены использовать детонацию, взрывное горение топливной смеси, при котором реакция распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью. Явление детонации пока изучено не полностью, однако достоверно известно, что при таком горении по веществу распространяется ударная волна, за которой следует химическая реакция в топливной смеси с выделением большого количества тепла. При прохождении ударной волны через вещество оно нагревается и может детонировать.

В RDE будут использованы наработки, полученные в ходе создания пульсирующего детонационного двигателя (Pulse Detonation Engine, PDE). Принцип его работы заключается в том, что в камеру сгорания впрыскивается предварительно сжатая топливная смесь, происходит ее поджог, после чего смесь детонирует. В сопле происходит расширение продуктов горения, которые и выполняют механическую работу. Затем весь цикл повторяется. Недостаток PDE заключается в относительно малой величине пульсаций (частоте повторения циклов).

Кроме того, конструкция таких двигателей с увеличением частоты пульсаций становится сложнее. В частности, необходимо синхронизировать работу клапанов, ответственных за впрыск топливной смеси, с самими циклами детонации. Сам пульсирующий детонационный двигатель крайне шумен, потребляет много топлива, а для его работы требуется постоянная дозированная подача топлива и инициация каждого цикла детонации. Проще говоря: в камеру сгорания попало топливо, его подожгли, оно детонировало, затем все повторяется.

Спиновая детонация (слева) и плоская детонация. Фото с сайта ras.ru

Lenta.ru

Принцип работы ротационных детонационных двигателей несколько отличается от PDE. В нем реализована возможность постоянной незатухающей детонации топливной смеси в кольцевой камере сгорания. Впервые такое явление, получившее название спиновой, или вращающейся, детонации, в 1956 году описал советский ученый Богдан Войцеховский. Само явление было открыто в 1926 году в Великобритании — было замечено, что в некоторых системах вместо ожидаемой плоской детонационной волны возникала ярко светящаяся «голова», вращающаяся по спирали.

Благодаря фоторегистратору собственного изобретения Войцеховскому удалось сфотографировать фронт ударной волны, движущейся в топливной смеси в кольцевой камере сгорания. В отличие от плоской детонации, в спиновой детонации возникает единственная поперечная ударная волна, за которой следует слой непрореагировавшего нагретого газа, а затем зона химической реакции. Такая волна «обегает» кольцевую камеру сгорания. Марлен Топчиян, профессор Института гидродинамики имени Лаврентьева, в котором долгое время работал Войцеховский, описал эту камеру как «сплющенный бублик».

Для получения вращающейся детонации в кольцевую камеру сгорания радиально подается топливная смесь (причем топливо и окислитель могут поступать раздельно, а их смешивание и сжатие обеспечивает детонационная волна). В интервью газете «Наука в Сибири» Топчиян рассказал, что, пока детонационная волна «обегает» кольцевую камеру сгорания, топливная смесь за ней успевает обновиться — «и каждый раз перед волной оказывается свежая смесь». Таким образом и обеспечивается стационарность детонации.

Компьютерная модель движения «головы» детонационной волны, распределения давления и массовой концентрации топлива в ротационном детонационном двигателе.

В отличие от цикла Брайтона, при котором давление в системе после сгорания топлива остается величиной постоянной, при детонации за время химического горения смеси давление в камере сгорания не успевает значительно измениться, но затем возрастает скачкообразно в разы и может превышать сто атмосфер. Что интересно, к ротационным детонационным двигателям вполне применимы технологии двигателей, работающих по циклу Брайтона. В частности, использование в RDE компрессора увеличивает эффективность и мощность системы в целом.

Детонационные двигатели, к слову, уже использовались. В частности, один из вариантов такой силовой установки — пульсирующий воздушно-реактивный двигатель — использовался на немецких крылатых ракетах «Фау-1» в конце Второй мировой войны. Он был прост в производстве, неприхотлив, однако не очень надежен для решения более серьезных задач.

В 2008 году первый полет совершил экспериментальный самолет Rutang Long-EZ с пульсирующим детонационным двигателем. Двигатель работал в течение десяти секунд, самолет летел на высоте 30 метров. PDE на экспериментальном самолете состоял из четырех трубок, в которых происходили циклы детонации с частотой 80 герц. Силовая установка смогла развить тягу в 890 ньютонов. Для сравнения, каждый двигатель истребителя МиГ-29 развивает тягу в 81,4 килоньютона.

Двигатели будущего

Экспериментальный образец RDE, созданный Научно-исследовательской лабораторией ВМС США, представляет собой кольцевую конусообразную камеру сгорания, диаметр которой со стороны впрыска топливной смеси составляет 140 миллиметров, а со стороны сопла — 160 миллиметров. Расстояние между стенками камеры сгорания составляет десять миллиметров при длине «трубки» 177 миллиметров.

В качестве топлива используется стехиометрическая смесь водорода и воздуха (в ней окислителя содержится ровно столько, сколько необходимо для полного сгорания топлива). Топливная смесь подается в камеру сгорания под давлением в десять атмосфер, а сама смесь предварительно прогревается до 27,9 градуса Цельсия. Смесь водорода и кислорода считается наиболее удобной для изучения спиновой детонации, однако, по утверждению NRL, в перспективных двигателях можно будет использовать обычное горючее в смеси с воздухом.

Предварительные испытания RDE, созданного NRL, показали коэффициент полезного действия одного цикла детонации на уровне 30 процентов (КПД цикла Брайтона был принят за ноль процентов). При добавлении в систему компрессора КПД цикла Брайтона можно увеличить; причем это правило работает и для систем, построенных на цикле детонации. Износостойкость RDE по сравнению с PDE выше, поскольку в них детонационная волна «идет» вдоль стенок камеры сгорания и ее ударное влияние на них существенно ниже.

Карта температур (сверху) и давления в RDE. Фото NRL.

A — детонационная волна; B — задний фронт ударной волны; C — зона смешения свежих и старых продуктов горения; D — область заполнения топливной смесью; E — область несдетонировавшей сгоревшей топливной смеси; F — зона расширения со сдетонировавшей сгоревшей топливной смесью; G, H, I — зоны подачи топлива с заблокированными, частично открытыми и открытыми форсунками; J — вторичная ударная волна. Движение детонации — слева направо.

По данным NRL, процесс сгорания топливной смеси в RDE неоднороден, в нем присутствуют и области дефлаграции, однако их доля в общем процессе горения составляет всего 14 процентов. Оптимизация конструкции двигателя и подбор подходящих диаметров кольцевой камеры сгорания и просвета между стенками может уменьшить этот показатель. К достоинствам перспективного двигателя NRL относит существенную экономию топлива (для инициации нового цикла детонации горючей смеси требуется меньше).

Расширяющиеся в сопле продукты горения впоследствии можно, благодаря эффекту Коанда, собирать при помощи конуса в единую газовую струю и направлять ее в турбину. Истекающие из сопла газы будут вращать ее; часть работы турбины можно будет использовать для движения кораблей, а часть — для выработки энергии, необходимой для корабельных систем и оборудования.

Сами спиновые детонационные двигатели могут быть собраны вообще без каких-либо подвижных частей, благодаря чему упрощается конструкция и снижается конечная стоимость силовой установки в целом. Тем не менее, прежде чем всерьез говорить о перспективах серийного использования ротационных двигателей, ученым предстоит решить еще несколько задач, самой сложной из которых является подбор термостойких и прочных материалов.

В RDE стабильность детонации можно поддерживать до окончания горючего и прогрева конструкции до стадии разрушения. В последнем случае могут быть также использованы технологии, успешно применяющиеся для охлаждения лопаток турбин, например, в воздушно-реактивных двигателях. Со временем новые двигатели можно будет устанавливать не только на корабли, но и на перспективные летательные аппараты. Так, из архивов может быть возвращен к жизни проект Blackswift — аппарат, способный развивать скорость до шести чисел Маха (около семи тысяч километров в час).

В настоящее время RDE считаются наиболее перспективным типом двигателей внутреннего сгорания. Их разработкой, в частности, занимается Техасский университет в Арлингтоне. Создаваемая им силовая установка получила название «двигателя непрерывной детонации» (Continous Detonation Engine, CDE). Ученые из этого университета также проводят эксперименты с разными диаметрами кольцевых камер сгорания и с различными топливными смесями, в которых присутствуют водород, а также кислород или воздух в разных пропорциях.

Двигатель непрерывной детонации. Показана работа двигателя с топливной смесью водорода-воздуха и водорода-кислорода в разных пропорциях.

В марте 2011 года управляющий директор НПО «Сатурн» Илья Федоров рассказал, что Научно-технический центр имени Люльки (входит в состав научно-производственного объединения) занимается созданием пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. Тип двигателя Федоров не уточнил. В настоящее время известны три вида пульсирующих двигателей: клапанные, бесклапанные и детонационные. Наконец, французская компания MBDA совместно с Институтом гидродинамики имени Лаврентьева занимается изучением вращающейся детонации и созданием спинового детонационного двигателя.

Однако в настоящий момент можно сделать вывод, что RDE (пусть уже и существующие в виде экспериментальных образцов), как и «рельсотрон», являются технологией завлекательной, но пока мало реализуемой в промышленных масштабах. И все же время, в котором самолеты будут быстрее, а орудия — убойнее и дальнобойнее, уже обретает свои очертания.

Разбираемся в причинах возникновения детонации на моторах Toyota D4

Детонация на моторах Toyota D4-причины и устранение.

Информация о материале
Автор: Владимир Бекренёв
Просмотров: 14410

На возникновение детонации в моторе влияют несколько простых факторов. Первый – это уменьшение подачи впрыскиваемого топлива (бедная топливная смесь), второй — наличие нагаров в камере сгорания, третий неправильное питание двигателя воздухом — загрязнение впускного коллектора и впускных клапанов. Четвертый — затруднение выхлопа из-за оплавления или загрязнения катализаторов. И пятый – неисправности в системе зажигания и некачественное топливо.

При диагностике мотора на предмет детонации следует первым долгом провести газоанализ в обычном режиме работы мотора. По количеству кислорода в выхлопе можно оценить загрязнение топливной системы и инжекторов.

  

При переобеднении смеси, как правило, владелец замечает изменение запаха выхлопа автомобиля. Присутствие запаха сероводорода (тухлых яиц) указывает на переобеднение. Косвенно на переобеднении смеси будет указывать и отсутствие нагара на свечах. Свечи без сажевого налета – говорят о бедной смеси.

 

Устранение проблемы бедной смеси решается заменой топливного фильтра, заменой приемной сетки бензонасоса и промывкой топливной системы проточным методом или промывкой инжекторов в ультразвуке.

Пример загрязнений сопел инжекторов


Также нужно проконтролировать давление, создаваемое топливным насосом в баке. При давлении ниже 3.5 кг насос следует заменить. В отдельных случаях промывка инжекторов не приносит достойного результата – в этом случае необходима замена инжекторов. Проточная промывка производится по формуле 5-7 минут интенсивной работы мотора на промывочной жидкости, и затем 20 минут остывание. Таких циклов можно провести 4-5. После промывки и очистки двигателя (10 минутный прогон автомобиля на скорости) нужен обязательный контроль выхлопа газоанализатором.
Нагары в камере сгорания образуются в основном при изношенных маслосъёмных колпачках. Масло при работе мотора с изношенными колпачками протекает по клапану на поршень. Первым признаком износа колпачков является появление дыма из выхлопной трубы при первом утреннем запуске. Дым появляется на 10-15 секунд. Также при износе колпачков — при проверке видны нагары на свечах.


При нагарах на поршне больше 1мм – неизбежно возникает детонация при разгонах. Оценить нагар можно при использовании эндоскопа.

Визуальный осмотр камеры сгорания реально покажет наличие нагаров в камере и наличие масла на клапанах.Проблема снимается заменой маслосъемных колпачков, и удалением нагара на поршнях. Для удаления нагара производят «раскоксовку» камеры сгорания. Хорошие результаты получаются при использовании жидкости для раскоксовки «ЛАВР» или «ХАДО».Также нагар частично убирается и при проточной промывке топливной системы.
Загрязнение впускного тракта мотора происходит неизбежно из-за полного сгорания топлива. Если топливо правильно очищено, то процесс загрязнения достаточно долгий. Если в топливе много примесей – то загрязнение быстрое. Также на загрязнение влияет состояние мотора и расход масла в моторе. Износ маслосъемных колпачков и колец усиливают загрязнение в разы. Проверку загрязнения правильно оценивать эндоскопом при осмотре камеры сгорания. Очистка впускного коллектора процедура достаточно сложная, но вполне выполнима подготовленными механиками. При очистке особое внимание нужно уделять клапанам и заслонкам впускного коллектора.
Загрязнение катализаторов происходит по причине эксплуатации мотора с большим расходом масла. Соты катализатора постепенно забиваются продуктами сгорания.


Также затруднение выхлопа может произойти по причине оплавления катализаторов. Оплавление катализатора происходит при окислении топлива из-за негерметичных инжекторов, или при неисправной системе зажигания. Катализатор спекается. Контролировать состояние выхлопа можно фактически манометром через порт датчиков кислорода. Давление не должно превышать 0.3кг. Или используя мотортестер, сняв диаграмму давления на каждом банке.

.


Неисправности в системе зажигания почти всегда очевидны. При отказе катушек (отсутствие обратного импульса) фиксируется ошибка. Проблемы контроля системы зажигания возникают при пробоях в резинках (наконечниках) катушек или при пробое трансформатора катушки на корпус. В этом случае ошибки не фиксируются, а искра пробивает вне цилиндра.

Отсутствие искры приводит к потере мощности и окислению топлива в катализаторе. В такой ситуации может сильно пострадать цилиндр с неисправной катушкой. Несгоревшее топливо смывает масляную пленку и разрушает цилиндр. Контролировать работу катушек можно мотортестером.


Или производить проверку визуально, проверяя работу свечей и катушек на стенде. Но демонтаж всех катушек всегда требует времени.
Качество используемого для работы мотора топлива очень сильно влияет на возникновение детонации. Если после смены заправки детонация исчезла, то вывод очевиден — используемое топливо низкого качества. Если детонация становится меньше или пропадает при использовании бензина с большим октановым числом, то этот факт говорит о нагарах в камере сгорания. Качество бензинов можно косвенно проконтролировать по нагару на свечах.

Красный налет на керамике свечки говорит о большом количестве в топливе присадок. Загрязнение керамики свечи приводит к нарушению искрообразования и возникновению детонации и потере мощности двигателем.
Вот вкратце об основных проблемах, которые способствуют возникновению детонации при работе двигателя. Чтобы предупредить неправильную работу мотора необходимо регулярно проходить комплексную диагностику автомобиля, и выявлять проблемные места.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.У вас нет прав оставлять комментарии.

Детонация дизельного топлива в двигателе: давление детонации, причины и скорость детонации ДТ

Детонация дизельного топлива — это чрезмерно быстрое (взрывное) и неконтролируемое сгорание в цилиндрах двигателя топливо-воздушной смеси. Происходит оно по разным причинам, но основными специалисты считают некачественное топливо, низкое цетановое число и нарушения впрыска его в цилиндры.

Отчего возникает детонация топлива в двигателе?

Явление детонации присуще, в своём большинстве, бензиновым двигателям, но не лишены этой беды и дизели. При работе поршневой группы степень сжатия воздуха в дизелях составляет от 14:1 до 25:1. В процессе сжатия воздух разогревается, и, когда происходит впрыск топлива, последнее воспламеняется.

Сгорая, оно увеличивает давление и температуру в камере. Но происходит всё это в объёме камеры сгорания неодинаково. Чтобы сгорание было равномерным, нужно чтобы воздух был одинаково перемешан с топливом во всех точках объёма, то есть смесь должна быть в виде мелкодисперсного тумана с равномерной концентрацией обоих компонентов.

Чтобы добиться этого, производители дизелей длительными экспериментами ищут оптимальное положение впрыскивающего инжектора, применяют индукционные клапаны, камеры предварительного сгорания и другие устройства. Целью этих поисков является увеличение интенсивности завихрения смеси для улучшения поджига и качества сгорания.

При впрыске топлива в разогретый до температуры его воспламенения воздух горение начинается вблизи сопла инжектора. Сфера огня затем распространяется по объёму, сжимая и увеличивая температуру оставшейся смеси. В этот момент и возникает детонационное сгорание топлива в дальних углах камеры.

В них топливо не поджигается фронтом распространения огня, а детонирует — взрывается в один момент с резким увеличением давления и температуры. Возникает сильная ударная волна, которая бьет по поршню, стенкам цилиндра и клапанам.

Скорость нормального распространения пламени в камере сгорания составляет 20-40 м/сек. Скорость распространения огня при детонации топлива — в сто раз больше (2-4 км/сек).

В целом детонация представляет большую угрозу для двигателя. Взрывное сгорание топлива при длительном воздействии повреждает в той или иной степени и цилиндропоршневую группу, и кривошипно-шатунный механизм, и ведёт к неминуемому дорогостоящему ремонту.

Детонация дизельного топлива может быть двух видов:

  1. малозаметной или допустимой;
  2. критической, возникающей при высоких нагрузках или на холостом ходу.

Причинами детонации топлива у дизельных двигателей могут быть:

  • низкое качество топлива;
  • неправильная установка момента впрыска топлива;
  • подтекание форсунок;
  • неправильный выбор толщины прокладки под головку блока цилиндров;
  • конструктивные особенности.

Низкое качество топлива проявляется в процессе детонации в том, что скорость горения его ниже норматива. Поэтому дальние уголки камеры, пока до них не дошло пламя, перегреваются, что приводит к их взрывному воспламенению. Одним из способов борьбы с детонацией является введение в топливо присадок, увеличивающих скорость горения (которая всегда остаётся намного ниже детонационной скорости).

Как устранить детонацию дизельного топлива?

Специалисты предлагают слить топливо из бака, заправить машину заведомо качественным, с гарантированным цетановым числом в диапазоне 51-55. И непременно поменять АЗС, не экономить, покупая дешёвую солярку в сомнительных местах. Если эти действия не решают проблему, нужно обращаться в СТО для проведения комплексной компьютерной диагностики.

Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7

Двигатели с непрерывной детонацией

Двигатели с непрерывной детонацией
Было разработано несколько типов двигателей, использующих детонационные волны, из которых импульсный детонационный двигатель (PDE) получил наиболее широкое развитие. Другие типы могут быть отнесены к двигателям непрерывного действия с детонацией (CDE). Одна конкретная концепция CDE известна как двигатель с наклонной детонационной волной (ODWE), в котором впускной канал и камера сгорания используют фиксированный наклонный удар, который нагревает топливно-воздушную смесь, поэтому она немедленно взрывается.Этот двигатель может работать на гиперзвуковых скоростях, но не на низких сверхзвуковых скоростях, потому что набегающий поток должен быть достаточно быстрым, чтобы создать наклонный удар и, кроме того, препятствовать распространению волны детонации вверх по потоку и из системы впуска двигателя. Еще одно относительно неисследованное (до недавнего времени) понятие — двигатель с вращающейся детонационной волной (RDWE). В этом двигателе используется кольцевое пространство, расположенное перпендикулярно впускному отверстию и системе сопла, посредством чего волна детонации непрерывно распространяется вокруг и детонирует поступающие порохы для создания осевой тяги.Исследования этих концепций с упором на RDWE в настоящее время продолжаются за счет финансирования LSAMP. Ниже приведены несколько изображений испытаний первого RDWE, а дополнительная информация будет представлена ​​на конференции в 2010 году. Благодаря тщательному выбору последовательности зажигания двигатель смог произвести вращающуюся волну, хотя и всего на несколько оборотов.
Изображение первого RDWE в начале тестирования, когда последовательность зажигания имеет решающее значение. Изображение первого RDWE в конце теста, где горение — это дефлаграция.
В тестируемой в настоящее время версии используются водород и воздух / кислород для инициирования волны детонации в кольцевой камере. Этот двигатель меньше и легче своего предшественника, в нем используется предварительное смешивание топлива и окислителя с некоторыми новыми подходами к впрыску. Двигатель также можно легко переоборудовать для использования различных видов топлива и окислителей из-за его модульной конструкции, и в настоящее время он ожидает стендовых испытаний.Ниже показано видео некоторых первоначальных испытаний двигателя на разных видах топлива. Мы испробовали несколько топливных комбинаций с различными соотношениями в смеси, а также со свободным или слегка заблокированным концом. Некоторые из этих тестов приводят к дефлаграции, хотя некоторые выглядят более многообещающими.
Изображение второго RDWE во время испытания на водород / кислород при выхлопе в атмосферные условия. Видео первоначальных испытаний второго RDWE на различных газовых смесях.

Спецификации детонации для автомобильного топлива в JSTOR

Abstract

ТЕНДЕНЦИЯ к детонации, вероятно, самый важный фактор в определении пригодности топлива для двигателей внутреннего сгорания. Хотя можно с помощью различных средств более или менее точно измерить относительные детонационные характеристики топлива, до сих пор не было найдено способа оценки топлива, который не зависел бы от некоторых произвольных невоспроизводимых условий и измерений.Принятые общие методы заключались в сравнении одного топлива с другим, но абсолютного стандарта не существовало. Детонация является функцией нескольких переменных, детонационные характеристики которых были найдены путем сохранения определенного числа из них постоянным, в то время как некоторые другие изменяются, таким образом оценивая их с точки зрения нагрузки, опережения зажигания, необходимой для возникновения детонации, положения дроссель, при котором начинается детонация, и т.п. Второй метод заключается в поддержании постоянных всех эксплуатационных факторов и сравнении топлива с точки зрения некоторого некетонационного топлива, такого как бензол, или некоторого антидетонационного топлива, такого как тетраэтилсвинец, который необходимо добавлять к более бедному из двух видов топлива, чтобы сделать его более низким. Детонационные характеристики идентичны характеристикам лучшего.Для составления характеристик детонации топлива необходимо разработать воспроизводимое первичное стандартное топливо и согласовать методы сравнения видов топлива. Состав бензина настолько сложен, а детонационные характеристики его различных компонентов настолько разнообразны, что возникли большие трудности при обнаружении одного или нескольких углеводородов, чистоту которых можно было бы точно установить путем испытаний и которые, таким образом, были бы абсолютно воспроизводимы. Приведены два углеводорода, которые кажутся идеально подходящими для стандартных эталонных топлив, а именно чистый нормальный гептан C7h26 и чистый октан C8h28, который получают синтетически из третичного бутилового спирта.Говорят, что путем смешивания этих двух углеводородов в разных пропорциях можно дублировать детонационные характеристики любого коммерческого топлива в пределах 60 процентов гептана и 40 процентов октана, 40 процентов гептана и 60 процентов октана. . Эти углеводороды также считаются почти идентичными по летучести, химическому составу и другим физическим свойствам, и, следовательно, не следует опасаться отклонений. Чтобы сделать возможным составление характеристик детонации автомобильного топлива, необходимо только указать, что детонационные характеристики топлива для данной цели должны быть эквивалентны характеристикам смеси любых желаемых соотношений гептана и октана, о которых идет речь, и согласовать один метод тестирования или один из множества методов, которые могут быть удовлетворительными.Обсуждение, следующее за документом, сосредоточено на химической разнице между двумя стандартными видами топлива и на том, что объясняет разницу в их детонационных свойствах; по теории свойств моторного топлива, указывающих на его склонность к детонации; и о влиянии смесей гептана и толуола, октана и толуола.

Информация для издателей

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности.Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

Наддув топливной смеси для вращающегося детонационного ракетного двигателя

Исследователи экспериментально подтвердили топливную смесь для вращающегося детонационного ракетного двигателя, что позволило разгонным ракетам стать легче, двигаться дальше и гореть более чисто.

(Кредит: Pixabay)

Аванс от исследователя из Университета Центральной Флориды (UCF) и его команды подробно описан в Combustion and Flame .

БОЛЬШЕ ИЗ AEROSPACE

«В исследовании впервые представлены экспериментальные свидетельства безопасного и действующего детонационного взрыва водорода и кислорода во вращающемся детонационном ракетном двигателе», — сказал Карим Ахмед, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники UCF, руководивший исследованием. .

Согласно UCF, вращающиеся детонации являются непрерывными, взрывы со скоростью 5 Махов вращаются вокруг внутренней части ракетного двигателя, а взрывы поддерживаются за счет подачи водорода и кислорода в систему.

Утверждается, что эта система повышает эффективность ракетных двигателей, так что вырабатывается больше энергии при меньшем расходе топлива, чем при использовании традиционных ракетных энергоносителей.

Взрывы со скоростью

Маха 5 создают всплески энергии, которые перемещаются от 4500 до 5600 миль в час и содержатся в корпусе двигателя, изготовленном из меди и латуни.

Технология изучается с 1960-х годов, но не увенчалась успехом из-за используемых химических пропеллентов или способов их смешивания.

«Мы должны настроить размеры струй, выпускающих пропелленты, чтобы улучшить перемешивание локальной водородно-кислородной смеси», — говорится в заявлении Ахмеда. «Итак, когда вращающийся взрыв происходит для этой свежей смеси, она все еще продолжается. Потому что, если у вас немного нечеткая смесь, она будет иметь тенденцию сгорать или медленно гореть, вместо того, чтобы взорваться.”

Чтобы зафиксировать свидетельство своего открытия, команда ввела индикатор в поток водородного топлива и количественно измерила волны детонации с помощью высокоскоростной камеры.

Соавтор Уильям Харгус (William Hargus) — специалист по спектроскопии продвинутых двигателей и руководитель Программы вращающихся детонационных ракетных двигателей Исследовательской лаборатории ВВС США.

«Эти результаты исследования уже находят отклик в международном исследовательском сообществе», — сказал он. «В настоящее время несколько проектов пересматривают детонационное сгорание водорода во вращающихся детонационных ракетных двигателях из-за этих результатов.Я очень горжусь тем, что участвую в этом высококачественном исследовании ».

ДЕТОНАЦИЯ — 2-ТАКТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

ДЕТОНАЦИЯ ЧТО ВЫЗЫВАЕТ ДЕТОНАЦИЮ 2-ТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ?

ДЕТОНАЦИЯ — 2-ТАКТНЫЙ E NGINES

Нормальное сгорание
В фазе сгорания любого двухтактного или четырехтактного двигателя существует требование, чтобы все механические, электрические и топливные системы были согласованы в нужное время.Любой из следующих пунктов, которые не соответствуют их конкретным требованиям, окажет какое-либо негативное влияние на процесс горения. Одним из основных эффектов является детонация, также известная как детонация двигателя, которую можно определить как грохот шариков внутри двигателя в условиях более высокой нагрузки, таких как холмы или резкое ускорение.

Следующие элементы и процессы играют роль в создании этого явления детонации:

Топливо — Неправильное октановое число или загрязненное топливо по отношению к степени сжатия.Неправильное соотношение топлива и воздуха

Зажигание — Неправильная установка угла опережения зажигания или кривая опережения в зависимости от степени сжатия, типа топлива, фаз газораспределения или клапанов и давления в коллекторе

Компрессия — Обычно чрезмерно по отношению к опережения зажигания и типу топлива или октановому числу

Давление в коллекторе — Чрезмерное количество по отношению к способности порта или фаз газораспределения сжигать и выпускать вист при сжатии

Температура и влажность окружающего воздуха — Чрезмерные изменения температуры индукции и горения при колебаниях количества кислорода

Неблагоприятное возгорание

Когда что-либо из вышеперечисленного влияет на нормальную подачу распыленного топлива, вызывая детонацию, вы причиняете вред своему двигателю.Это один из тех предметов, которые необходимо исправить, особенно на 2-тактном ходу. Выявление детонации в четырехтактных двигателях, как правило, немного легче, поскольку мраморный звук можно услышать и обычно ощущать при дросселировании, но двухтактный двигатель имеет тенденцию скрывать процесс внутри вибрации и шума выхлопной системы.

Теперь вы поняли, что дребезжащий звук, исходящий из верхней части вашего двигателя во время взлета в гору, не является незакрепленным выхлопом или капотом радиатора, а «детонацией», и вы можете начать понимать, почему и что происходит.

Просто происходит то, что входящий распыленный топливный заряд взрывается небольшими неконтролируемыми взрывами, вызывая локальный рост давления вместо плавных контролируемых фронтов пламени, что дает полное сгорание и постепенное повышение и падение давления, что приводит к настраиваемому созданию мощности. Это постепенное контролируемое сжигание топлива позволяет добиться максимальной мощности и экономии топлива во время комбинированного процесса сгорания, например; сосать, бах, дуть. Момент зажигания и синхронизация портов критически связаны с этим процессом сгорания и его заданной степенью сжатия.

Когда эти системы неисправны и приводят к повреждению двигателя «детонацией». Это просто зависит от того, насколько сильна детонация и как долго двигатель должен выдерживать условия детонации, меняется ли уровень повреждения двигателя.

Различный углеродный узор на головке поршня может указывать на слабую детонацию. Небольшие ямочки на головке поршня и в камере сгорания будут указывать на более высокие уровни и более длительные периоды детонации. Конечными могут быть разбитые кольца или поршни, которые были обнаружены во время разрушения верхнего конца после долгой прогулки домой.

Детонационное лечение

Отверждение «Детонации» может быть достигнуто обращением или уменьшением одного или всех из 5 требований к основным процессам горения, изложенных в начале этого чтения

Топливо с более высоким октановым числом и регулируемым временем воспламенения может использоваться из-за его способности оставаться стабильным при более высоком давлении. Метанол является отличным примером этого с большими требованиями к продвижению и сжатию, чтобы заставить его эффективно сгорать по сравнению с обычным бензином с более низким октановым числом, который гораздо более взрывоопасен, летуч и имеет ограниченную способность справляться с опережением зажигания, снижая его способность создавать мощность

Повторное изменение соотношения топливо / воздух до более богатой настройки добавляет дополнительное топливо в смесь, которая может иметь охлаждающий эффект, когда распыленное топливо достигает области сгорания в головке блока цилиндров.Изменения впрыска могут быть изолированы от переменной скорости вращения, которая раскрывает состояние «Детонации». Вы также можете попробовать добавить масло в свою топливно-масляную смесь. На самом деле это уловка от производителей дизельных двигателей.

Смена зубчатой ​​передачи позволяет использовать частоту вращения, чтобы снизить трудозатраты в нагруженной зоне, где возможна детонация. Детонация часто происходит в областях низких и средних оборотов, когда входящее давление является самым высоким. Давление можно уменьшить, закрыв дроссельную заслонку и / или уменьшив компрессию.Уменьшение сжатия также приведет к снижению температуры и давления сгорания, что снова будет влиять на снижение детонации. Также стоит отметить, что при обнаружении детонации также обратите внимание на температуру окружающей среды, потому что, если ваш общий двигатель / индукционная система близка к своей способности справляться с нагрузкой без детонации в холодную погоду, вы можете заранее подготовиться к этой поездке в жаркую погоду. месяцев с небольшими изменениями, упомянутыми здесь.

На 2-тактных двигателях зону сжатия в камере сгорания можно изменить для увеличения внешнего угла и ширины сжатия, изменяя скорость и объем сжатия газового заряда в наиболее изменчивый момент.Это решение может быть наиболее полезным для двухтактных двигателей с большим диаметром цилиндра, например, с объемом цилиндра 400 куб. См и выше, где эффект завихрения и частота вращения ограничиваются такими большими размерами диаметра цилиндра.

Отсутствие в вашем 2-тактном двигателе накопления углерода может значительно снизить детонацию и преждевременное зажигание. Обратите особое внимание на коллекторную трубу, так как в этой области накапливается много горячего углерода. В 2-тактных двигателях большая часть газов направляется обратно в зону сгорания, а не выходит из выхлопной трубы. Это может привести к тому, что горячий уголь выбросит топливный заряд несвоевременно, поскольку частицы угля оторвутся и будут оттянуты обратно к входной стороне поршня в отрицательном импульсе.

Принять к сведению

Очень важно убедиться, что основное состояние настройки и механические функции являются известным фактором при работе с детонацией. Обратитесь к разделу «Жиклер» карбюратора и динамометрической настройке в нашем информационном разделе. Только когда эти вопросы будут решены, вы сможете серьезно заняться изменениями в борьбе с устойчивой детонацией путем изменения формы камеры сгорания, зон сжатия, объема и переназначения кривой зажигания.

Детонация и возгорание

Детонация и возгорание

г. высвобождение энергии (энергия, чрезвычайно полезная для военных целей) фундаментальные для обоих этих явлений. Как при детонации, так и при горении энергия выделяется, когда сложная молекула разбита на более простые составные части; однако, как будет Как поясняется ниже, горение — это гораздо более медленный процесс.Низкие взрывчатые вещества (например, черный порох) полагаются при сгорании для выработки энергии.

Горение

Горение образуется в результате реакции кислорода и какого-либо топлива при высокой температуры. В результате ставка реакции сгорания ограничивается как количеством топлива, так и количество кислорода, с которым он контактирует. Если бы реакция зависела от кислорода, собираемого из окружающей среды атмосфере, это будет очень медленно. Вместо этого большинство взрывчатых веществ слабого действия включают в себя как топливо, так и окислитель. который выделяет кислород при нагревании.

Рассмотрим для примера черный порох, самая примитивная форма пороха и типичное слабое взрывчатое вещество. В черном порохе, древесном угле и сере являются топливом, а нитрат калия (KNO3) — окислителем.

Детонация (Обычная бомба)

Детонация это процесс внутримолекулярного распада. Он полагается только на наличие единственного подходящего взрывчатого материала. и достаточно энергии, чтобы стимулировать это расстройство. Например, октанитрокубан (a недавно разработанное в армии США взрывчатое вещество) высвобождает большое количество энергии, когда сильно напряженные углерод-углеродные связи разрываются в ответ на ударная волна. Потому что взрывчатка не требуют кислорода (или любого другого сореагента), они разрушаются гораздо больше быстро и гораздо более универсальны, чем горючие материалы.

Бризантные взрывчатые вещества, как правило, не могут быть взорваны при нагревании в одиночку и поэтому требует, чтобы детонатор доставил либо ударную волну, либо электрический обвинять.Первое взрывчатое вещество, нитроглицерин был упакован вместе с детонатором как динамит. Динамит взрывается при зажигании простой шнур-предохранитель, который переносит пламя на небольшой колпачок из взрывоопасного черного пудра; воспламенение черного пороха вызывает распространение ударной волны через нитроглицерин — инициирование детонации.

Другие известные взрывчатые вещества:

· Пикриновая кислота — первое военное взрывчатое вещество, продемонстрирована Францией в 1885 году. Общеизвестно изменчивый и сложный в обращении.

· TNT — разработан Альфредом Нобелем в 1860-х годах, Впервые использовался в военных целях в 1902 году (Германией). TNT чрезвычайно прост в обращении в производственный процесс; он широко использовался во время Первой мировой войны.

· RDX — разработан британцами в 1899 году, но не введен в эксплуатацию до окончания Первой мировой войны. Аббревиатура расшифровывается как «Research Отдел взрывоопасных веществ ». RDX — это так же прост в обращении, как TNT, но обладает гораздо большей взрывоопасностью.

Огненные бомбы

Огненные бомбы сочетают в себе фугасное и зажигательное воздействие.Бризантные взрывчатые вещества высвобождают большое количество энергии на большой площади, в зажигательных бомбах они также выпускают большое количество легковоспламеняющийся материал (гелеобразно-топливные смеси, магний, белый фосфор и т. д.), который немедленно воспламеняется. Очевидно, что цель зажигательной бомбы — разжечь пожар взрывоопасным образом. В результате зажигательные бомбы часто более эффективны при уничтожении цели. чем простая взрывчатка; все, что не разлетелось первоначальной детонацией могут быть уничтожены возникшим огнем.

Огненные бомбы также могут иметь разрушающее воздействие:

— В подземных установках и герметичных бункерах, огонь быстро поглощает весь доступный кислород, удушая любой потенциальный выжившие враги.

— Наличие активных огней отвлекает противника ресурсов для их тушения, и затрудняет противнику маневрировать, общаться и собирать разведывательные данные в районе бомбежки сайт.

— Во время крупномасштабных атак с зажигательной смесью пожар создает восходящий воздушный поток (за счет конвекции), который заставляет воздух устремляться к огню со всех сторон; это быстро распространяющееся воздух обеспечивает огонь количеством свежего кислорода, увеличивая размер огонь и, в свою очередь, скорость воздушного потока.Этот цикл положительной обратной связи (обычно известный как огненный шторм) создает очень большие и интенсивные пожары.

Зажигательный Материалы Главная Исторические зажигательные устройства в Война

Простой экономичный ракетный двигатель может сделать космический корабль более дешевым и легким — ScienceDaily

Чтобы запустить что-то в космос, нужно много топлива.Для отправки космического корабля НАСА на орбиту потребовалось более 3,5 миллионов фунтов топлива, что примерно в 15 раз тяжелее синего кита.

Но новый тип двигателя — вращающийся детонационный двигатель — обещает сделать ракеты не только более экономичными, но и более легкими и менее сложными в конструкции. Есть только одна проблема: сейчас этот двигатель слишком непредсказуем, чтобы его можно было использовать в реальной ракете.

Исследователи из Вашингтонского университета разработали математическую модель, описывающую, как работают эти двигатели.Обладая этой информацией, инженеры могут впервые разработать тесты, чтобы улучшить эти двигатели и сделать их более стабильными. Команда опубликовала эти результаты 10 января в журнале Physical Review E .

«Область вращающихся детонационных двигателей все еще находится в зачаточном состоянии. У нас есть масса данных об этих двигателях, но мы не понимаем, что происходит», — сказал ведущий автор Джеймс Кох, докторант UW по аэронавтике и космонавтике. «Я попытался переработать наши результаты, глядя на формирование паттернов вместо того, чтобы задавать инженерный вопрос — например, как получить наиболее производительный двигатель — а затем бум, оказалось, что это работает.«

Обычный ракетный двигатель работает, сжигая топливо, а затем выталкивая его из задней части двигателя для создания тяги.

«Вращающийся детонационный двигатель использует другой подход к сжиганию топлива», — сказал Кох. «Он состоит из концентрических цилиндров. Пропеллент течет в зазоре между цилиндрами, и после воспламенения быстрое выделение тепла образует ударную волну, сильный импульс газа со значительно более высоким давлением и температурой, который движется со скоростью, превышающей скорость звука. .

«Этот процесс сгорания в буквальном смысле является детонацией — взрывом — но за этой начальной фазой запуска мы видим ряд устойчивых импульсов сгорания, которые продолжают расходовать доступное топливо. Это создает высокое давление и температуру, которые вытесняют выхлоп задняя часть двигателя на высоких оборотах, которая может создавать тягу ».

В обычных двигателях используется множество механизмов для направления и управления реакцией сгорания, так что она генерирует работу, необходимую для приведения в движение двигателя.Но во вращающемся детонационном двигателе ударная волна естественным образом делает все, не нуждаясь в дополнительной помощи со стороны частей двигателя.

«Удары, приводимые в действие сгоранием, естественным образом сжимают поток, когда он движется по камере сгорания», — сказал Кох. «Обратной стороной этого является то, что у этих взрывов есть собственный разум. Как только вы взорвите что-то, оно просто улетучится. Это так жестоко».

Чтобы попытаться описать, как работают эти двигатели, исследователи сначала разработали экспериментальный вращающийся детонационный двигатель, в котором они могли управлять различными параметрами, такими как размер зазора между цилиндрами.Затем они зафиксировали процессы горения высокоскоростной камерой. Каждый эксперимент длился всего 0,5 секунды, но исследователи записали эти эксперименты со скоростью 240000 кадров в секунду, чтобы они могли видеть, что происходит в замедленном темпе.

На основе этого исследователи разработали математическую модель, имитирующую то, что они видели в видеороликах.

«Это единственная модель в литературе, которая в настоящее время способна описать разнообразную и сложную динамику этих вращающихся детонационных двигателей, которые мы наблюдаем в экспериментах», — сказал соавтор Дж.Натан Куц, профессор прикладной математики из Университета штата Вашингтон.

Модель позволила исследователям впервые определить, будет ли двигатель этого типа стабильным или нестабильным. Это также позволило им оценить, насколько хорошо работает конкретный двигатель.

«Этот новый подход отличается от общепринятого мнения в этой области, и его широкое применение и новые идеи стали для меня полной неожиданностью», — сказал соавтор Карл Ноулен, доцент кафедры аэронавтики и астронавтики из Университета штата Вашингтон.

На данный момент модель не совсем готова к использованию инженерами.

«Моей целью здесь было исключительно воспроизвести поведение импульсов, которые мы видели, — убедиться, что выходные данные модели аналогичны нашим экспериментальным результатам», — сказал Кох. «Я определил доминирующую физику и то, как они взаимодействуют. Теперь я могу взять то, что я здесь сделал, и сделать это количественно. Оттуда мы можем поговорить о том, как сделать лучший двигатель».

Мицуру Куросака, профессор аэронавтики и космонавтики из Университета штата Вашингтон, также является соавтором этой статьи.Это исследование финансировалось Управлением научных исследований ВВС США и Управлением военно-морских исследований.

История Источник:

Материалы предоставлены Вашингтонским университетом . Оригинал написан Сарой МакКуэйт. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Сработал первый в мире «невозможный» вращающийся детонационный двигатель

Команда из Флориды, работающая с ВВС США, утверждает, что они построили и испытали экспериментальную модель вращающегося детонационного ракетного двигателя, который использует вращающиеся взрывы внутри кольцевого канала для создания супер -эффективная тяга.

Конечно, в подавляющем большинстве двигателей для достижения своей выходной мощности используется сгорание, а не детонация. Сжигание — это относительно медленный и контролируемый процесс, возникающий в результате реакции между топливом и кислородом при высоких температурах, и это очень хорошо изученная и зрелая технология.

Взрыв, с другой стороны, быстр, хаотичен и гораздо менее предсказуем. Взрыв вместо ожога, это массивный разряд энергии, который вы получаете, когда разрываете химические связи, удерживающие взрывчатую молекулу вместе, давая ей заряд энергии — электрический или кинетический — в виде достаточно мощной ударной волны, чтобы дестабилизировать эти связи.Детонация отлично подходит, когда вы хотите разбить что-то навалом, и ее гораздо труднее поддерживать точным контролем.

Но когда вам нужно разорвать цепи земного притяжения и отправиться в космос, каждый грамм веса делает вещи намного сложнее и дороже. Детонация высвобождает значительно больше энергии при значительно меньшей массе топлива, чем при сгорании, поэтому более 60 лет ученые-ракетчики работали над идеей вращающейся детонационной ракеты как потенциального способа снизить вес и добавить тягу.

Механически простой, вращающийся детонационный двигатель очень сложен с точки зрения динамики и требует точного времени и скорости подачи топлива

Профессор Карим Ахмед, Университет Центральной Флориды

По сути, такое устройство начинается с одного цилиндра внутри другого большего, с зазором между ними и небольшими отверстиями или прорезями, через которые может проталкиваться смесь детонационного топлива. Возгорание в той или иной форме вызывает детонацию в кольцевом зазоре, в результате чего образуются газы, которые выталкиваются из одного конца кольцевого канала, создавая тягу в противоположном направлении.Но он также создает ударную волну, которая распространяется по каналу примерно в пять раз быстрее звука, и эту ударную волну можно использовать для зажигания большего количества взрывов в самоподдерживающемся вращающемся образце, если топливо добавлено в нужных местах в нужное время. .

Созданный инженерами из Мичиганского университета в 1950-х годах, вращающийся детонационный двигатель соблазнительно прост в механическом смысле, но эту самораспространяющуюся детонационную волну оказалось чрезвычайно сложно создать и выдержать.

До сих пор кажется. Команда из Университета Центральной Флориды, работающая вместе с программой вращающегося детонационного ракетного двигателя в Исследовательской лаборатории ВВС, утверждает, что построила и испытала действующую лабораторную модель. Это 3-дюймовый медный испытательный стенд, использующий смесь водорода и кислорода в качестве топлива, которое является самым эффективным ракетным топливом для ракетных двигателей верхней ступени.

«В исследовании впервые представлены экспериментальные доказательства безопасной и работающей детонации водорода и кислорода во вращающемся детонационном ракетном двигателе», — говорит Карим Ахмед, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники UCF, руководивший исследование.«Детонация продолжается до тех пор, пока вы не отключите топливо. Мы протестировали до 200 фунтов силы, но тяга увеличивается линейно с массовым расходом топлива».

Трехдюймовый медный испытательный стенд развил до 200 фунтов силы, но тяга будет линейно увеличиваться по мере добавления топлива

Профессор Карим Ахмед, Университет Центральной Флориды

Секрет, по мнению исследователей, был столь же прост, как настройка.

«Мы должны настроить размеры форсунок, выпускающих пропелленты, чтобы улучшить перемешивание локальной водородно-кислородной смеси», — говорит Ахмед. «Так что, когда вращающийся взрыв происходит для этой свежей смеси, он все еще продолжается. Потому что, если ваша композиция немного отличается от смеси, она будет иметь тенденцию сгорать или медленно гореть, вместо того, чтобы взорваться».

«Всего за несколько месяцев до этого ряд американских экспертов по ракетным двигателям публично заявили, что водородно-кислородные детонационные двигатели невозможны», — сказал Ахмед New Atlas.«Тем не менее, в документе представлены экспериментальные доказательства и без сомнения продемонстрировано, что детонация кислорода и водорода происходит во вращающемся детонационном ракетном двигателе».

«Эти результаты исследования уже находят отклик во всем международном исследовательском сообществе», — говорит Уильям Харгус, руководитель программы вращающихся детонационных ракетных двигателей исследовательской лаборатории ВВС США, который является соавтором исследования. «В настоящее время несколько проектов пересматривают детонационное сгорание водорода во вращающихся детонационных ракетных двигателях из-за этих результатов.Я очень горжусь тем, что участвую в этом высококачественном исследовании ».

Ахмед говорит нам, что эта конструкция двигателя оценивается как возможная замена ракеты Aerojet Rocketdyne RL-10, которая была впервые разработана в 1962 году. Современные версии все еще находятся в разработке. производство верхних ступеней ракет Atlas V и Delta IV, а также разрабатываются другие версии для ракет Exploration, OmegA и Vulcan, но проверенный двигатель с вращающимся детонационным ракетным двигателем может изменить правила игры.

«The U.»S. Air Force нацелены на летные испытания ракеты к 2025 году, — говорит Ахмед, — и мы вносим свой вклад в достижение этой цели».

Несмотря на то, что космические двигательные установки являются ключевой движущей силой этих исследований, они также имеют потенциальное наземное применение в других целях. случаи, когда высокая мощность и низкий расход топлива могут иметь большое значение. В 2012 году Морская исследовательская лаборатория подсчитала, что вращающиеся детонационные двигатели могут сэкономить ВМФ на 15-20 процентов от ежегодного счета за топливо в размере 2 миллиардов долларов США, если они будут модернизированы на месте газотурбинных двигателей, которыми эксплуатируется более 100 крупных судов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *