Известно, что классические импульсные детонационные источники энергии представляют собой длинные трубы (детонационные камеры), по которым с небольшой частотой следуют ударные волны. В таких двигателях труба заполняется смесью топлива/окислителя, а затем инициируется детонационное горение с формированием ударной волны .
Слабым звеном в такой цепочке выступает форсунка формирования топливовоздушной смеси в объёме трубы детонационного горения.
Распылительная форсунка с закрытого торца классической детонационной трубы формирует топливовоздушную смесь со скоростями потоков, при которых ещё возможна инициация детонационного горения не во всём объёме детонационной трубы. Необходимо учесть, что высокие скорости формирования топливовоздушной смеси вызывают неполное сгорание, снижая устойчивость детонационной волны, снижая эффективность самого источника детонационной энергии.
Уменьшить скоростные характеристики формирования топливовоздушной смеси возможно путём ввода компонентов непосредственно и одновременно в весь объём трубы детонационного горения.
Для этих целей предлагается изменить способ подвода топливовоздушной смеси с одно форсуночного на много форсуночный по всей поверхности трубы детонационного горения с механической регулировкой формирования топливовоздушной смеси непосредственно во всём объёме трубы детонационного горения.
Таким образом, непосредственно во всём объёме трубы детонационного горения будет формироваться готовая топливовоздушная смесь.
Это может быть обеспечено с помощью специальной механической вращающейся высокоскоростной клапанной системы.
Сама идея механической высокоскоростной клапанной системы опубликованы в 2008 году в статье: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9155.html
Геометрия такой скоростной механической клапанной системы представлена на рис. № 7.9.1.
Рис. № 7.9.1. Цилиндрическая механическая много клапанная система формирования высоко скоростного волнового фронта среды.
Закон, по которому определяется направление подвода воздуха к каждой диафрагме (геометрия размещения диафрагм) определяет способ движения волны или волн детонационного горения и основывается на высокоскоростной механической клапанной системе.
Работа системы клапанов основывается на том, что в открытом положении, когда диафрагмы обоих цилиндров совпадают — формируются полно проходные отверстия в детонационную трубу. Труба детонационного горения заполняется топливовоздушной смесью. После смещения внешнего шторчатого цилиндра на пол длинны между диафрагмами –последние закрываются и происходит инициация детонационного горения. Затем цикл повторяется с частотой, пропорциональной частоте вращения внешнего шторчатого цилиндра скоростной клапанной системы.
В этом случае продувка детонационной трубы от остатков неполного сгорания топлива предыдущего цикла детонационного горения осуществляется одновременно с последовательным высокоскоростным заполнением детонационной трубы от заглушенной торцевой части к соплу топливовоздушной смесью.
Внешний вид предлагаемого конструктивного решении выглядит согласно рис. № 7.9.2
Рис. № 7.9.2. Вариант установки цилиндрической много клапанной системы по всей поверхности трубчатого детонационного источника энергии.
В конструктивном плане сверхвысокоскоростная механическая клапанная система представляет собой наружный полый вращающийся цилиндр со шторами (диафрагмами) — сквозными отверстиями прямоугольной формы, размещённые по диаметру.
Такой внешний цилиндр принудительно вращается коаксиально снаружи внутреннего неподвижной трубы детонационного горения. Сама труба детонационного горения также в конструктивном плане имеет множество сквозных отверстий (диафрагм), которые выполняют роль форсунок формирования топливовоздушной смеси в объёме трубы детонационного горения.
Закон чередования открытия / закрытия определяется геометрическим расположением отверстий (диафрагм) по спирали.
Механическая много клапанная скоростная система управляет работой открытия закрытия диафрагм, через которые вводится воздух внутрь заявленного детонационного источника энергии.
В свою очередь топливо подводится непрерывно с заданным значением по давлению и расходу к каждой диафрагме через радиальное отверстие согласно рис. № 7.9.3.
Рис. № 7.9.3. Подвод топлива в механическую много клапанную систему формирования сверх высокоскоростного волнового фронта.
Такая механическая система клапанов при относительно низкой частоте вращения формирует внутри трубы детонационного горения скоростную бегущую волну топливовоздушной смеси скоростного заполнения всего объёма.
ПРИМЕР (см. рис. № 7.9.4).
Труба детонационного горения длинной 0.5 метра, диаметр 0,05 м.
Рис. № 7.9.4. Конструкция цилиндрической много клапанной системы формирования сверх высокоскоростного волнового фронта.
Диафрагмы диаметром 3 мм в количестве 20 штук размещены через равные промежутки по диаметру и 15 штук по длине трубы.
Общее число диафрагм на всей поверхности детонационной трубы 225.
С такими начальными геометрическими условиями при принудительном совершении внешним клапанным узлом одного полного оборота за одну секунду( 1 об/сек) детонационная труба будет заполняться 20 раз. Т.е. частота следования детонационных волн при скорости вращения клапанной системы со скоростью 1 Гц составит 20 Гц.
При скорости вращения клапанной системы с частотой 50 об/сек частота следования волн детонационного горения в такой системе составит 1 кГц.
ДОСТОИНСТВА:
— Частота следования волн детонационного горения – более 1000 Гц.
— квазинепрерывная работа источника детонационной энергии, которая приближается к непрерывной за счет высокочастотных волн детонационного горения.
— Высокий КПД единичного импульса.
— Высокий общий КПД системы.
НЕДОСТАТКИ:
— Недолговечность работы.
— Механическая система клапанов подвержена истиранию.
— Необходима синхронизация работы свечи зажигания с моментом, когда все диафрагмы механически закрыты.