Гимназия 6 Проект
 Скачать 78.34 Kb.
|
|
Гимназия №6 Проект “Преимущество использования ИДД” Работа выполнена учеников 11 "Б' Субботина Екатерина Преподаватель Бурнос Н.А. Содержание Титульный лист…………………………………………………………1 Содержание……………………………………………………………...2 Вступление………………………………………………………………3 История…………………………………………………………………..4 Физические принципы…………………………………………………4-5 Новые возможности……………………………………………………6-7 Сложности и преимущества…………………………………………...7-8 Заключение……………………………………………………………....8 Литература……………………………………………………………….8 Вступление Тепловые машины (в основном, паровые) с момента появления отличались большими габаритами и это было обусловлено в значительной степени применением внешнего сгорания (требовались котлы, конденсаторы, испарители, теплообменники, тендеры, насосы, водяные резервуары и др.). В то же время основная (функциональная) часть паровой машины (поршень и цилиндр) сравнительно невелика. Поэтому мысль изобретателей всё время возвращалась к возможности совмещения топлива с рабочим телом двигателя. Облегчение двигателей позволило устанавливать их на транспорте, в том числе даже на самолёт. Современные самолёты (кроме небольшого количества на электромоторах) комплектуются исключительно двигателями внутреннего сгорания - реактивными, турбореактивными или поршневыми. Многие ученые и инженеры внесли свой вклад в разработку двигателей внутреннего сгорания. В 1791 году Джон Барбер изобрел газовую турбину. В 1794 году Томас Мид запатентовал Джон Барби создал оранжевый и газовый двигатель. В том же 1794 году Роберт Стрит запатентовал двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе и построил рабочий прототип. В 1807 году французский инженер Нисефор Ньепс запустил экспериментальный твердотопливный двигатель внутреннего сгорания, который использовал в качестве топлива измельченный в порошок пиреолофор. В 1807 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз построил первый поршневой двигатель, называемый часто двигателем де Риваз Именно с этих изобретений можно считать, что ДВС начали своё существование. Однако, их производительность остаётся на низком уровне по сей день. История ИДД изучаются уже более 70 лет. Вопрос об использовании детонационного горения в энергетике и реактивных двигателях впервые поставлен Я.Б. Зельдовичем еще в 1940 г. По его оценкам прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД), использующие детонационное сгорание топлива, должны иметь максимально возможную термодинамическую эффективность. Основные проблемы: быстрое и эффективное перемешивание топлива и окислителя, предотвращение самовозгорания, интеграция сопла и воздухозаборника. Серийно не производились, но несколько тестовых двигателей демонстрировались на низкоскоростных самолётах в 2008 году. Физические принципы В существующих и эксплуатируемых двигателях на жидком топливе используется дозвуковое горение или дефлаграция. Химическая реакция с участием топлива и окислителя образует фронт, перемещающийся по камере сгорания с дозвуковой скоростью. Такое горение ограничивает количество и скорость реактивных газов, истекающих из сопла. Соответственно, ограничивается и максимальная тяга. Альтернативой является детонационное горение. В этом случае фронт реакции перемещается со сверхзвуковой скоростью, образуя ударную волну. Подобный режим горения увеличивает выход газообразных продуктов и обеспечивает повышенную тягу. Детонационный двигатель может быть выполнен в двух вариантах. Одновременно разрабатываются импульсные или пульсирующие двигатели (ИДД / ПДД) и ротационные / вращающиеся. Их отличие заключается в принципах горения. Ротационный двигатель поддерживает постоянную реакцию, а импульсный работает за счет последовательных  Сравнение литровой мощности современных двигателей Новые возможности В настоящее время отрасль переживает этап выработки новых приоритетов развития. Например: Решение задач материаловедения Улучшение эксплуатационной технологичности Внедрение новых алгоритмов управления двигателем Улучшение термодинамики традиционных двигателей Внедрение принципиально новых узлов Разработка комбинированных двигателей, сочетающих в одной конструкции машины, работающие в соответствии с разными термодинамическими схемами По расчетам ученых, их мощность будет в 10 тыс. раз больше, чем мощность существующих ракетных двигателей. При этом они будут потреблять гораздо меньше топлива, а их производство отличится низкой стоимостью и рентабельностью. Все дело в реакции окисления горючего. Если в современных ракетах используется процесс дефлаграции – медленное (дозвуковое) горение топлива при постоянном давлении, то детонационный ракетный двигатель функционирует за счет взрыва, детонации горючей смеси. Она сгорает со сверхзвуковой скоростью с выделением огромного количества тепловой энергии одновременно с распространением ударной волны.  Решив эти задачи, удастся создать детонационный ракетный двигатель, который по своим техническим характеристикам обгонит время. При этом ученые называют такие его преимущества: Способность развивать скорости в дозвуковом и гиперзвуковом диапазонах. Исключение из конструкции многих движущихся частей. Более низкая масса и стоимость силовой установки. Высокая термодинамическая эффективность. Сложности и преимущества Главным преимуществом ИДД является теоретическая возможность получения повышенных характеристик, обеспечивающих превосходство над существующими и перспективными ПВРД и ЖРД. Так, при той же тяге импульсный двигатель получается компактнее и легче. Соответственно, в тех же габаритах можно создать более мощную установку. Кроме того, такой двигатель проще по своей конструкции, поскольку не нуждается в части приборного оснащения. ИДД работоспособен в широком диапазоне скоростей, от нулевых (при старте ракеты) до гиперзвуковых. Он может найти применение в ракетно-космических системах и в авиации – в гражданских и военных областях. Во всех случаях его характерные особенности позволяют получить те или иные преимущества перед традиционными системами. В зависимости от потребностей, возможно создание ракетного ИДД, использующего окислитель из бака, или воздушно-реактивного, принимающего кислород из атмосферы. Впрочем, имеются существенные недостатки и затруднения. Так, для освоения нового направления приходится проводить различные достаточно сложные исследования и опыты на стыке разных наук и дисциплин. Специфический принцип работы предъявляет особые требования к конструкции двигателя и ее материалам. Ценой высокой тяги оказываются повышенные нагрузки, способные повредить или разрушить конструкцию двигателя.  Сложной задачей является обеспечение высокой скорости подачи топлива и окислителя, соответствующей необходимой частоте детонаций, а также выполнение продувки перед подачей топлива. Кроме того, отдельной инженерной проблемой является запуск ударной волны при каждом цикле работы. Следует отметить, что к настоящему времени ИДД, несмотря на все усилия ученых и конструкторов, не готовы к выходу за пределы лабораторий и полигонов. Конструкции и технологии нуждаются в дальнейшей отработке. Поэтому пока не приходится говорить о внедрении новых двигателей в практику. Заключение В процессе создания проекта было выявлено что, детонационные двигатели представляют большой интерес с точки зрения применения в разных областях и сферах. За счет ожидаемого прироста основных характеристик они могут, как минимум, потеснить системы существующих классов. Однако сложность теоретической и практической разработки пока не позволяет им дойти до использования на практике. Впрочем, в последние годы наблюдаются положительные тенденции. Детонационные двигатели в целом, в т.ч. импульсные, все чаще появляются в новостях из лабораторий. Развитие этого направления продолжается, и в будущем сможет дать желаемые результаты, хотя сроки появления перспективных образцов, их характеристики и области применения пока остаются под вопросом. Однако сообщения последних лет позволяют смотреть в будущее с оптимизмом. Литература - УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО ДЕТОНАЦИОННО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Макеев Д.А.1, Келарев В.И.2 Макеев Дмитрий Александрович - Импульсный детонационный двигатель материал из Википедии — свободной энциклопедии -Детонационные реактивные двигатели. Часть II - конструктивные особенности. Константин Николаевич Волков |