Разработка методологических основ, технических решений и элементов технологий в обеспечение создания отечественных двигателей, энергетических и технологический установок, использующих пересжатые детонационные волны

Мероприятие 1.3, очередь 09, Лот №1

Тема проекта: Разработка методологических основ, технических решений и элементов технологий в обеспечение создания отечественных двигателей, энергетических и технологический установок, использующих пересжатые детонационные волны.

Сроки проведения работ: 2017-2019 гг

Соглашение № 14.577.21.0277 от «26» сентября 2017 г. на период 2017 - 2020 гг.
ПНИЭР осуществляется при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации

Общий объем бюджетного финансирования: 54 млн. руб.

Уникальный идентификатор ПНИЭР: RFMEFI57717X0277

Цели и задачи проекта:
Получение значимых научных результатов по созданию элементов двигателей летательных аппаратов,
в том числе гиперзвуковых, отличающихся от сегодняшних образцов:

  • уменьшением массы и количества деталей – не менее, чем на 20%;
  • увеличением удельного импульса – на 12-15%;
  • снижением удельного расхода топлива на соответствующих режимах – на 25-30%;
  • стабильной энергетически эффективной работой на скоростях полета до М=6-8.

Ожидаемые результаты проекта:
В результате выполнения ПНИЭР планируется разработать алгоритмы, математические модели, методики проектирования и расчета целого семейства технологий и узлов перспективных детонационных двигателей.
В том числе будут разработаны:

  1. Концепция системы принудительного инициирования детонации в детонационном двигателе со сверхзвуковым горением.
  2. Концепция системы многоочагового розжига стримерным СВЧ разрядом камеры сгорания с дозвуковым горением.
  3. Экспериментальный стенд, предназначенный для проведения исследовательских испытаний элементов и узлов системы инициирования детонации.
  4. Экспериментальный стенд, предназначенный для экспериментальных исследований взаимодействия ударных волн в реагирующей среде с элементами конструкций и металлическими поверхностями.
  5. Экспериментальный образец лабораторного макета газогенератора с многоочаговым розжигом стримерным СВЧ разрядом камеры сгорания с дозвуковым горением.
  6. Экспериментальный образец лабораторного макета камеры сгорания с многоочаговым розжигом.
  7. Экспериментальный образец технологической детонационной установки.

Перспективы практического использования

  1. Возможность освоить выпуск принципиально новой продукции, которая не производится нигде в мире:
    • Детонационные ракетные двигатели ориентации для космических аппаратов.
    • Детонационные воздушно-реактивные двигатели для разгонных блоков средств выведения спутников на орбиту.
    • Детонационные камеры сгорания ГТД.
  2. Улучшение потребительских свойств существующей продукции. Будут разработаны СВЧ системы, которые могут быть применены для улучшения потребительских качеств:
    • форсирование авиационных ДВС по частоте вращения за счет применения объемного многоочагового СВЧ зажигания.
    • доработка камер сгорания ДВС и ГТД с целью придания им свойств малоэмиссионных.
    • доработка камер сгорания и форсажных камер авиационных ГТД и вспомогательных силовых установок с целью придания им возможности работы с экстремально бедными топливными смесями.

Индустриальные партнеры:

Московский радиотехнический институт Российской академии наук
ООО «Альфа-стил»
ООО «ВНХ-Механика»

Проект поддержан технологической платформой «Авиационная мобильность и авиационные технологии»

Проект поддержан предприятиями промышленности:

ПАО «Туполев»
Концерн радиостроения «Вега»

Подробная информация о результатах проекта содержится на странице НИЛ "ГЭК" в Facebook


1.3DD 1

Научно-исследовательская лаборатория «Ударно-волновых и взрывных процессов» приняла участие в Международной конференции по физике и химии горения (ConfPhysChem'18), которая прошла на базе Самарского университета с 24 - 28 июля.

На конференции был представлен доклад «О стабилизации фронта горения в сверхзвуковом потоке при помощи присоединенного СВЧ разряда», посвященный одному из возможных способов - создание стационарного фронта горения в сверхзвуковом потоке путем поджигания смеси присоединенным СВЧ разрядом. Разряды создаются на резонаторе при помощи импульсного источника квазиоптического СВЧ излучения. Выполненные в течение последних 20 лет в МРТИ РАН подробные исследования подобных разрядов показали, что упомянутый выше способ на один - два порядка превосходит с точки зрения энергетических затрат иные способы, в том числе коронный разряд и искровое зажигание. При этом требующаяся для создания разряда напряженность электрического поля существенно меньше критического поля пробоя воздуха, т.е. разряды являются подкритическими.

В настоящей работе выполнено полуэмпирическое и численное моделирование развития присоединенного к поверхности диэлектрика подкритического стримерного разряда и глубоко подкритического присоединенного диффузного разряда. Расчеты показали, что скорость распространения стримеров составляет несколько км/с, поэтому они не сдуваются сверхзвуковым потоком. Аналогичные расчеты для диффузного разряда демонстрируют, что разряд не сдувается потоком, по крайней мере, до скорости 1 км/с. Проведены эксперименты по поджиганию потока смеси пропана с воздухом различными разрядами на скоростях вплоть до превышающей скорость звука в два раза. Во всех случаях эксперименты подтвердили устойчивое горение топлива, что контролировалось по замерам температуры и давления торможения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства Образования и науки Российской Федерации (соглашение № 14.577.21.0277, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57717X0277).


1.3DD 2

Научно-исследовательская лаборатория «Ударно-волновых и взрывных процессов» приняла участие на 8-ом Международном симпозиуме «Неравновесные процессы, плазма, горение и атмосферные явления» (NEPCAP 2018), который проходил с 1 по 5 октября 2018 г. в Сочи.

С докладом «О механизме поддержания пересжатой детонации в ротационном детонационном двигателе» выступил младший научный сотрудник Владимир Упырев. В ходе выступления были представлены результаты работ по теме «Разработка методологических основ, технических решений элементов технологий в обеспечение создания отечественных двигателей, энергетических установок, использующих пересжатые детонационные волны» (Соглашение №14.577.21.0277 от 26 сентября 2017 г.).

В настоящей работе в рамках модели идеального газа численно исследовалась пересжатая детонация, скорость распространения фронта которой больше vCJ, соответственно, больше и интенсивность лидирующей ударной волны. Для создания пересжатой детонации за ударной волной, которая задавалась разрывом параметров в начальных условиях, помещалось препятствие (стенка или подвод энергии). Препятствие перемещалось за ударной волной со скоростью несколько меньше vCJ. Выполнялось сравнение результатов с установившейся детонацией Чепмена-Жуге.

В ходе исследований было выявлено, что при пересжатой детонации ударный фронт близок к прямой ударной волне и детонация происходит по всей её длине. При детонации Чепмена-Жуге фронт сразу же распадается на несколько тройных ударно-волновых конфигураций, и детонация происходит только на ножках Маха. Устойчивая пересжатая детонация существует в пределах от v ≈ 1.1 vCJ до v ≈ 1.4 vCJ. При дальнейшем увеличении степени пересжатия процесс горения затухает и фронт детонации превращается в обычную ударную волну. Проведенные исследования могут быть использованы в проектировании перспективных газотурбинных установках с детонационной камерой, подборе оптимальных параметров конструкции. Данные результаты будут полезны при разработке камер сгорания с альтернативным способом инициации и поддержания детонационного горения.

1.3DD 3   1.3DD 4

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства Образования и науки Российской Федерации (соглашение № 14.577.21.0277, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57717X0277).