Идея способа заключается в изменении направления распространения сформированной детонационной волны горения топливовоздушной смеси с прямолинейного на тангенциальное (центробежное) вихревое. При вихревом распространении волны детонационного горения в центральной аксиальной зоне формируются сверхвысокие температуры, согласно рис. № 8.5.1.
Особенности классического детонационного горения и способы формирования волны детонационного горения подробно изложены в отдельных статьях (ссылка), поэтому останавливаться на них не будем.
При этом известно, что прямолинейная детонация в атмосферу от одного источника детонационного горения представляет собой взрыв, в котором взрывная волна распространяется со скоростью 2000-3000 м/си сверхвысоким давлением, а температура горения достигает 3000-3500 °С.
Дополнительной особенностью прямолинейного распространения волны детонационного горения на выходе из источника является конусное расширение фронта за счёт силы детонационных сил.
А теперь рассмотрим вихревое (тангенциальное) распространение волны детонационного горения в полузамкнутом цилиндрическом объёме.
Для этого был собран испытательный стенд в виде трубчатого источника волн детонационного горения , тангенциально соединённого с цилиндром, в котором будет распространяться тангенциально волна детонационного горения, см. рис. № 8.5.2.
Рис. № 8.5.2. Испытательный стенд в виде трубчатого источника волн детонационного горения, тангенциально соединённого с цилиндром, в котором будет распространяться тангенциально волна детонационного горения.
В этом случае проявляются интересные свойства, связанные с резким повышением температуры в центральной зоне аксиального вихревого распространения детонационной волны. При вихревом тангенциальном центробежном распространении детонационной волны со скоростями порядка 2000-3000 м/с и сверхвысоким давлением, последняя претерпевает центростремительное сжатие в так называемом аксиальном центре вихря.
Это обусловлено тем, что центробежная сила тангенциального движения детонационного фронта горения намного меньше силы детонационного расширения фронта продуктов детонационного горения.
Иными словами, при классическом тангенциальном центробежном распространении любого воздушного потока, например, в тангенциальных завихрителях за счёт центробежных сил происходит увеличение площади воздушного потока. Ни о каком-либо дополнительном нагреве в так называемом вихревом центре не может вестись и речи. Сила расширения фронта распространения воздушного потока пренебрежимо мала по сравнению с центробежной силой.
Ситуация кардинально меняется при тангенциальном распространении волны детонационного горения. В этом случае сила расширения волны детонационного горения будет на много превышать центробежную силу. Площадь фронта тангенциального распространения детонационной волны в такой вращающейся вихревой системе будет всегда ограничена радиусом вращения. Благодаря такому ограничению происходит адиабатическое сжатие уменьшением объёма термодинамической вихревой системы в центре вращения без обмена теплотой с окружающей средой.
Таким образом сверхвысокая скорость и давление во фронте сформированной волны детонационного горения при изменении направления распространения (с прямолинейного на тангенциальное) формируют центростремительное сжатие (имплозию) детонационной волны в центе оси распространения (аксиально).
При этом в центральной оси вихревого вращения образуется зона сверхвысокой температуры более 2000 градусов, в которой возможны термохимические реакции синтеза/разложения любых химических и минеральных веществ.