Всем известно, что детонация в атмосферу от одного источника детонационного горения представляет собой взрыв, в котором взрывная волна распространяется со скоростью 2000-3000 м/с, температура горения достигает 3000 С.
Согласитесь – довольно заманчивые температурные и скоростные характеристики для целей использования в промышленном производстве.
Считается, что детонационная труба, это безальтернативный вариант. Что в такой трубе для определённых геометрических характеристик достаточно сформировать определённую стехиометрическую топливовоздушную смесь, инициировать высокоэнергетическую волну детонационного горения, повторить процесс и это предел развития.
Оказывается, что все намного сложнее, заманчивее и интереснее. Предлагается подробное исследование в области источников управляемых волн детонационного горения для промышленности, основанное на многолетних авторских разработках и экспериментах.
Детально рассматриваются сами источники волн детонационного горения, их классификация, конструктивные особенности, достоинства и недостатки.
Накопленный эмпирический материал и теоретические изыскания легли в основу предлагаемой рациональной классификации детонационных источников энергии, охватывающей как существующие, так и потенциальные будущие разработки. В книге представлены оригинальные конструктивные решения и результаты опытно-конструкторских работ, выходящие за рамки общепринятых представлений о детонационных устройствах.
1. Начало.
В 80-х годах прошлого века обратил внимание на одну интересную идею полусферического реактивного двигателя, автором которой являлся руководитель авиамодельного кружка дворца пионеров г. Благовещенска Попов Николай Иванович. Такой двигатель он планировал применить для привода лопастей вертолёта в качестве альтернативы прямоточному реактивному двигателю, который на относительно малых скоростях мало эффективен и не экономичен.
Схематически такой полусферический реактивный двигатель представлен на рис. № 1.
Рис. № 1. Полусферический реактивный двигатель, предложен Поповым Николаем Ивановичем.
Основа двигателя – стальная полусфера. Полусфера по диаметру окружена кольцевым соплом, которое заканчивается воздухозаборником. Посредине полусферы – топливная форсунка.
На основании идеи Попова Николая Ивановичя, в 1999 году компании МАККИНЗИ была предложена простейшая конструкция дозвуковой дефлаграционной радиально-аксиальной горелки согласно рис. № 2 для проведения опытно-конструкторских работ (ОКР) в нагревательном оборудовании.
МАККИНЗИ в те времена занималась оптимизацией, в том числе и нагревательного оборудования одной металлургической компании РФ.
Рис. № 2. Полусферическая дефлаграционная газовая горелка
Предполагалось, что такая конструкция горелки более эффективно будет сжигать топливовоздушную смесь. Уменьшится расход газа.
Такое заключение основывалось на простом явлении, которое известно, но до конца не объяснено. Если взять обычный баллон со сжатым воздухом и пустить через кольцевое сопло в фокус полусферы, то на выходе энергетические характеристики потока вырастут процентов на 10.
Предположительно это связано с следующими друг за другом волнами сжатия и разряжения. На крутильных весах этот эффект проявляется небольшим увеличение силы тяги.
В конструктивном плане основа горелки, это стальная полусфера. Полусфера по диаметру окружена кольцевым соплом, которое заканчивается воздухозаборником. Посредине полусферы – газовая форсунка. В такой схеме прослеживается простая зависимость эффективности работы горелки от:
– расхода газа,
– расхода воздуха,
– проходного сечения сопла.
Опытно-конструкторские работы по проверке идеи можно было достаточно просто организовать.
Газ смешивается с воздухом в полусфере в момент его радиального сжатия в фокус. Происходит поджог готовой топливовоздушной смеси. Формируется направленная дозвуковая волна дефлаграционного горения топливовоздушной смеси. При покидании полусферы в ней формируется разряжение, в которое подаётся газ и воздух. Далее цикл повторяется.
Предположения:
1. Предполагалось, что за счёт вышепоименованного явления тепловая эффективность горелки увеличится на 10%.
2. Предполагалось, что за счёт пульсирующего сгорания газа его потребление снизится минимум на 10 %.
К сожалению заявленная идея в 1999 году не получила дальнейшего развития, т.к. МАККИНЗИ сочла идею – околонаучным бредом!
Дальнейшие опытно-конструкторские работы проводились уже собственными силами для целей подтверждения заявленных выше предположений.
Рис. № 3. Внешний вид дефлаграционной полусферической горелки.
Тестировалась