Традиционные импульсные детонационные источники энергии представляют собой длинные трубы, по которым с небольшой частотой следуют ударные волны. Из-за низкой частоты следования ударных волн время, в течение которого происходит сжигание топлива, по сравнению с характерным временем цикла, мало. В результате, несмотря на высокий КПД собственно детонационного сжигания — общий КПД таких конструкций низкий.
Рассмотрим классический импульсный детонационный источник энергии цилиндрической формы согласно рис. № 7.1.1.
Рис. № 7.1.1. Детонационный источник энергии цилиндрической формы, бесклапанный.
Известно, что при горении любой топливно-кислородной смеси в трубе происходит переход горения в детонацию. В этом случае перед фронтом пламени движется исходная смесь, которая турбулизируется стенками трубы, что приводит к увеличению поверхности горения, т. е., в конечном счете, к непрерывному ускорению фронта пламени. Ускоряющееся пламя образует перед собой ударную волну, которая при достижении соответствующих параметров возбуждает детонацию не сгоревшей смеси.
При этом детонация в атмосферу от одного источника детонационного горения представляет собой взрыв, в котором взрывная волна распространяется со скоростью 2000-3000 м/с, а температура горения достигает 3000-3500 °С.
Особенность цилиндрических источника в том, что из-за низкой частоты следования ударных волн время, в течение которого происходит сжигание топлива, по сравнению с характерным временем цикла, мало. В результате, несмотря на высокий КПД собственно детонационного сжигания — общий КПД таких конструкций низкий.
В конструктивном плане традиционный импульсный детонационный источник энергии представляет собой трубчатую полость, открытую с обеих сторон, см. рис. № 7.1.2. На входе монтируется инжекционный конусный смеситель (4), далее стабилизатор (7) и после него – камера быстрого горения/детонации (11).
Принцип работы схож с принципом работы пульсирующего бесклапанного реактивного двигателя за одним исключением — в трубе распространяется волна детонационного горения.
Рис. № 7.1.2. Импульсный детонационный источник энергии трубчатой формы.
Где:
1 – патрубок подвода газа.
2 – вход воздуха.
3 – газовая форсунка.
4 – инжекционный смеситель (эжектор).
5 – конфузор смесителя.
6 – диффузор смесителя.
7 – стабилизатор (сетка из нержавейки).
8- Электроискровая свеча зажигания.
9 – труба (корпус).
10- оптимальное расстояние установки свечи для инициации
быстрого горения.
11- камера быстрого горения (детонации).
12 – камера смешивания топливовоздушной смеси.
Корпус устройства разделён на две зоны.
- Зона подготовки топливовоздушной смеси (12).
- Зона горения (11).
В зоне подготовки топливовоздушной смеси происходит смешивание горючего газа и окислителя (воздуха) с помощью классического инжекционного смесителя (эжектора).
В инжекционном смесителе горючий газ, который истекает из сопла с большой скоростью обладает большим запасом кинетической энергии. За счет энергии газа в эжектор засасывается воздух и осуществляется процесс смесеобразования. Это одно из наиболее совершенных смесительных устройств, обеспечивающих полное выравнивание полей концентраций горючего и окислителя.
Стабилизатор, который отделяет зону подготовки топливовоздушной смеси и зону быстрого горения обеспечивает устойчивое полное предварительное смешивание воздуха и газа.
Для инициации быстрого горения используется классическая свеча зажигания.
Характеристики работы, поддержание его автоколебательного режима детонации топливовоздушной смеси осуществляется путём изменения частоты пробоя искрового разряда свечи зажигания с частотой до единиц Гц.
Исходя из выше изложенного были проведены практические работы в области конструкций традиционного импульсного детонационного источника энергии, связанные с различными длинами труб, места инициации детонации, способа подвода и способы подготовки топливовоздушной смеси.
Опытным путём установлено, что детонация возможно только, если свеча зажигания устанавливается на длине не более L (длинна трубы) /4 от начала. Было подтверждено, что из-за низкой частоты следования ударных волн (единицы Гц) время, в течение которого происходит сжигание топлива, по сравнению с характерным временем цикла, мало. В результате, несмотря на высокий КПД собственно детонационного сжигания — общий КПД таких конструкций низкий.
ДОСТОИНСТВА:
— Высокая энергетика единичного детонационного горения.
— Простота конструктивного исполнения.
НЕДОСТАТКИ:
— Низкая частота следования волн детонационного горения (1 Гц).
— Общий КПД такой конструкций низкий, несмотря на высокий КПД единичного детонационного импульса.