Детонационный двигатель внутреннего сгорания
Кратко к вопросу о детонационых двигателях
В связи с непонятками у народа по детонационным двигателям, решил малость поумничать простым языком, чисто от себя и даже без ссылок на авторитеты.
Детонационными называются двигатели в штатном режиме которых используются детонационное сгорание топлива. Сам двигатель может быть (теоретически) любым , — двс, реактивным, да хоть паровым. Теоретически. Однако, до настоящего времени все известные коммерчески приемлемые двигатели таких режимов сгорания топлива, в простонародье именуемого «взрывом», не использовали в силу их … м-м-м…. коммерческой неприемлемости..
Что дает применение детонационного сгорания в двигателях? Сильно упрощая и обобщая, примерно следующее:
1.Замена обычного горения детонационным за счет особенностей газодинамики фронта ударной волны, увеличивает теоретическую предельно достижимую полноту сгорания смеси, что позволяет повысить КПД двигателя, и снизить расход, примерно на 5-20%. Это актуально для всех типов двигателей, как ДВС, так и реактивных.
2. Скорость сгорания порции топливной смеси увеличивается примерно в 10-100 раз, значит теоретически можно для ДВС увеличить литровую мощность (или удельную тягу на килограмм массы для реактивных двигателей) примерно в такое же количество раз. Этот фактор актуален тоже для всех типов двигателей.
3. Фактор актуальный только для реактивных двигателей всех типов: так как процессы горения идут в камере сгорания на сверхзвуковых скоростях, а температуры и давления в камере сгорания возрастают в разы, то появляется отличная теоретическая возможность многократно увеличить и скорость истечения реактивной струи из сопла. Что в свою очередь ведет к пропорциональному росту тяги, удельного импульса, экономичности, и/или снижению массы двигателя и требуемого топлива.
Все эти три фактора очень важны, но носят не революционный, а так сказать эволюционный характер. Революционными являются четвертый и пятый фактор, и относятся они только к реактивным двигателям:
4. Только применение детонационных технологий позволяет создать прямоточный (а значит, — на атмосферном окислителе!) универсальный реактивный двигатель приемлемой массы, размеров и тяги, для практического и широкомасштабного освоения диапазона до-, сверх-, и гиперзвуковых скоростей 0-20Мах.
5.Только детонационные технологии позволяют выжать из химических ракетных двигателей (на паре топливо-окислитель) скоростные параметры требуемые для их широкого применения в межпланетных перелетах.
П.4 и 5. теоретически открывают нам а) дешевую дорогу в ближний космос, и б)дорогу к пилотируемым пускам к ближайшим планетам, без необходимости делать монструозные сверхтяжелые ракетоносители массой over 3500 tonnes.
Недостатки детонационных двигателей вытекают из их достоинств:
1. Скорость горения настолько высока, что чаще всего эти двигатели удается заставить работают лишь циклически: впуск-горение-выпуск. Что как минимум втрое снижает максимально достижимую литровую мощность и/или тягу, иногда лишая смысла саму затею.
2. Температура, давление и скорости их нарастания в камере сгорания детонационных двигателей таковы, что исключают прямое применение большинства известных нам материалов. Все они слишком слабы для построения простого, дешевого и эффективного двигателя. Требуется либо целое семейство принципиально новых материалов, либо применение пока неотработанных конструкторских ухищрений. Материалов у нас нет, а усложнение конструкции опять таки часто лишает смысла всю затею.
Однако есть область в которой без детонационных двигателей не обойтись. Это экономически оправданный атмосферный гиперзвук с диапазоном скоростей 2-20 Max. Поэтому битва идет по трем направлениям:
1. Создание схемы двигателя с непрерывной детонацией в камере сгорания. Что требует суперкомпьютеров и нетривиальных теоретических подходов для расчета их гемодинамики. В этой области проклятые ватники как всегда вырвались вперед, и впервые в мире теоретически показали, что непрерывная детогация вообще возможна. Изобретение, открытие, патент, — все дела. И приступили к изготовлению практической конструкции из ржавых труб и керосина.
2. Создание конструктивных решений делающих возможными применение классических материалов. Проклятые ватники с пьяными медведями и тут первыми придумали и сделали лабораторный многокамерный двигатель, который уже работает сколь угодно долго. Тяга как у двигателя Су27, а вес такой, что его в руках держит 1 (один!) дедушка. Но так как водка была паленая, то двигатель получился пока пульсирующий. Зато, сволочь работает настолько чисто, что его можно включать даже на кухне (где ватники его собственно и запилили в промежутках между водкой и балалайкой)
3. Создание суперматериалов для будущих двигателей. Эта область наиболее тугая и наиболее секретная. О прорывах в ней информации я не имею.
Исходя из вышеозвученного рассмотрим перспективы детонационного, поршневого ДВС. Как известно, нарастание давления в камере сгорания классических размеров, при детонации в ДВС происходит быстрее скорости звука. Оставаясь в том же конструктиве, не существует способа заставить механический поршень, да ещё со значительными связанными массами, двигаться в цилиндре с примерно такими же скоростями. ГРМ классической компоновки тоже не может работать на таких скоростях. Поэтому прямая переделка классического ДВС на детонационный с практической точки зрения бессмысленна. Нужно заново разработать двигатель. Но как только мы этим начинаем заниматься, то оказывается что поршень в этой конструкции просто лишняя деталь. Поэтому ИМХО, поршневой детонационный ДВС — это анахронизм.
Детонационный ДВС: очередной кунштюк или революция?
Каждый водитель знает это явление, когда двигатель автомобиля при глушении дергается. Зажигание выключено, на свечах искры нет, а движок работает — стукотит хаотично. Это детонация. Она, как пишут ученые, происходит, когда пламя, возникавшее от свечи зажигания, не выжгло всю смесь в цилиндре, и невыгоревшая остаточная смесь затем спонтанно взрывается, вызывая ударную волну в стенках цилиндра и поршне. Явление сие присуще как бензиновым двигателям, так и дизелям. Зависит детонация от температуры двигателя и состава самой смеси. Обедненная смесь начинает детонировать быстрее, чем обогащенная.
Это явление тридцать лет назад молодой автоинженер Николай Павлович Тоскин захотел сделать управляемым.
Бывая на Севере, Тоскин видел не раз, как пытаются в большой мороз запустить дизель. Мучаются долго, а толку нет. И тогда какой-нибудь умелец достает пузырек с эфиром и капает 5-6 капель в «воздухан». Раздается сильнейший хлопок, и валит черный дым, если дизель запустился. Получается, что несколько капель эфира выделяют огромную энергию. Если эту энергию уменьшить, то получится слабее толчок при взрыве, а в работе расходуется топлива намного меньше. Так Николай Тоскин пришел к концепции нового двигателя, который назвал «детонационным».
На Западе такой двигатель окрестили двигателем XXI века. Только в США над программой его создания работают даже ядерные центры с 70-х годов, и он там получил название HCCI — двигатель с самовоспламенением однородной топливной смеси. А у нас ахтырский самородок с помощниками уже переделал серийный дизельный двигатель Д-21 в этот самый HCCI мотор и ездит на нем по Абинскому району.
В 1995 году он подал во ВНИИГПЭ заявку на детонационный поршневой ДВС, а через два года получил патент на его изобретение за № 2095597 (Описание патента) . После публикации его разработок в бюллетене «Изобретения» к Тоскину приезжали представители BMW с предложением передачи его разработок в монопольное право фирме. Он ничего не дал немцам, предложил свои услуги Горьковскому автозаводу и Ярославскому моторному. Но там ему ответили отказом. А Тоскину хочется, чтобы первые детонационные двигатели были не только запатентованы, но и выпущены серийно в России.
А в 1973 году Николай Тоскин создал экспериментальный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с плавающей головкой. В роли головки был верхний поршень. Мощность такого двигателя была на 30% больше, чем у обычного. Этой разработке в НАМИ (Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте) была дана положительная оценка.
В 1980 году Тоскин начал эксперименты по созданию поршневого ДВС, работающего на всех видах жидкого топлива. Тоскин хотел на дизеле вместо топливной аппаратуры поставить устройство для приготовления обедненной топливно-воздушной смеси вне цилиндров (типа карбюратора), а также регулятор степени сжатия, который бы мог выполнять функции системы зажигания, то есть управлять процессом самовоспламенения. — В моем изобретении все просто, -говорит Николай Павлович. — В обычном дизеле в цилиндр топливным насосом через форсунки подается распыленная солярка и там соединяется с воздухом, образуя рабочую смесь. На нашем Д-21 обедненная топливо-воздушная смесь создается вне цилиндров, а подается в цилиндр готовая, где вспыхивает от сжимания поршнем.
Но если в обычном дизеле соотношение воздуха и топлива 15 к одному, то в нашем детонационном двигателе соотношение получается другое: 50 к одному. Это и есть суперобедненная топливная смесь для детонационного двигателя. Вот откуда экономия.
Мы ее пытались сначала получить за счет автомобильного карбюратора, который установили на воздушном коллекторе, но потом от него отказались, потому что под разные виды топлива нужно подбирать свои жеклеры, а это непрактично. На одном виде топлива, той же солярке, это возможно, но наш двигатель прекрасно работает, кроме солярки, на газолине, керосине, бензине, отработке автотракторных масел, ацетоне, самогонке (даже самой слабой), спирте, подсолнечном или рапсовом масле, сырой нефти, краске — в общем, на всем, что способно в суперобедненной смеси взорваться в цилиндре.
Но лучше всего двигатель Тоскина работает на подсолнечном масле и потому, как считает изобретатель, что в нем присутствует вода. Она помогает горению и обеспечивает мягкость работы мотора. Рапсовое масло чуть хуже, но тоже хорошо подходит. А вообще для этих двигателей надо добавлять 15-20% воды к топливу. Будет ли «тянуть» трактор на такой смеси, где мизер топлива? Тянет, да еще как! Ибо при детонации топлива расходуется именно «мизер», оно в самой верхней точке сжимается до разрыва молекулярных связей и выделяет такую энергию (взрыв!), которую не дает обычный дизельный двигатель. (Помните 5-6 капель эфира в воздухан?).
Какой КПД мы точно не знаем ,-говорит Тоскин, потому что это двигатель фактически новой конструкции, тепло в нем не используется. Зимой мы его заводили, так на коллекторе снег даже не растаял. Холостые обороты настолько малы — 60-80 в минуту, и он совсем не греется. Но при форсаже обороты бешеные, однако максимальный нагрев 70-80 градусов. При 16 лошадях двигателя «дэвэшенка» можно развить мощность в 320 лошадей. Обороты увеличить в 50 раз! Но делать этого нельзя на серийном двигателе — разлетится. Поэтому ахтырцы отрегулировали такие обороты своему двигателю — как на обычном тракторе, чтоб нормально тянул.
«Бешеные» обороты будут на разработанном Тоскиным детонационном дисковом двигателе (вот там не будет коленвала), но патент он на него еще не получил, и потому о нем пока распространяться не будем.
Итак, в двигателе Тоскина отсутствуют форсунки, топливный насос, система охлаждения. Что же есть?
1. Пневмогидравлический регулятор степени сжатия, или как его называют сами создатели — перепускной клапан, который позволяет одновременно регулировать зажигание — раньше или позже взрываться топливной смеси. Некий маленький рычажок — ноу-хау тоскинцев, он очень прост по конструкции и потому от посторонних глаз заварен в коробок.
2. Пневмораспылитель топлива, который распыляет любое топливо в нужном соотношении с воздухом до получения суперобедненной смеси. Это тоже ноу-хау. Получается так: заливается любое топливо в бак, который выше двигателя, стартер крутит маховик, натягивается рычажок перепускного клапана, изменяющий его хитроумную длину, готовая смесь поступает в цилиндры, и поршень сам подбирает себе необходимый «столб» смеси для сжатия. Момент запуска является подобранным самим двигателем для данного топлива зажиганием. Лишнюю смесь клапан перепустит назад в бак. Двигатель начинает работать и работает, как обычный. На холостых оборотах их Д-21 почти не слышен. О нагреве уже сказано: 70-80 градусов — полный нагрев двигателя без турбины.
Когда же в поле? Действительно, раз Т-16 работает, то может работать на детонационном взрыве любой другой трактор. Его легко переделать в обычной мастерской, где есть фрезеровщик — выточить перепускной клапан и пневмораспылитель, стоимость которых уложится в десять тысяч рублей, переоборудовать, и работай, колхозный трактор, на горючем, выращенном на собственном поле. С экономией этого горючего в разы! Я понимаю, что могут быть возражения по поводу изобретения Николая Тоскина разного рода «технарей». И будут говорить, что в домашнем гараже невозможно все точно рассчитать и проверить. Но рассчитывайте, господа, проверяйте, флаг вам в руки! Однако не забывайте, что трактор Т-16 с движком Д-21, переделанный Тоскиным и группой сподвижников в детонационный, работает. На любом жидком горючем или его смесях Ра-бо-та-ет.
ЗЫ. Камрады, наткнулся на эту статью случайно, насколько соответствует реальности — понятия не имею, ибо не спец по ДВС. Поэтому сугубо в Блоги. Прошу прокомментировать, бред это, очередная разводка лохов или действительно стОящая разработка.
В Сети имеется полное описание изобретения с указанием номера патента и автора. Про роторные ДВС слышал ещё в начале 90-х, во время учебу в вузе даже демонстрировался работающий образец такого мотора, правда, с обычной схемой сгорания.
В некоторых источниках утверждается, что КПД детонационно-роторного ДВС может доходить до 75 %, т.е. расход топлива втрое ниже, чем в обычных ДВС аналогичной мощности, причём использоваться может любая горючая жидкость, вплоть до подсолнечного масла и олифы. Есть и ещё информация по детонационно-ротационным движкам, которыми, как утверждается здесь, чрезвычайно заинтересовался Пентагон.
Детонационный двигатель — будущее российского двигателестроения
В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания.
Интересно, что ещё в 1940 году советский физик Я.Б. Зельдович предложил идею детонационного двигателя в статье «Об энергетическом использовании детонационного сгорания». С тех пор над перспективной идеей работали многие учёные из разных стран, вперёд выходили то США, то Германия, то наши соотечественники.
Летом, в августе 2016 года российским учёным удалось создать впервые в мире полноразмерный жидкостный реактивный двигатель, работающий на принципе детонационного сгорания топлива. Наша страна наконец-то за многие постперестроечные годы установила мировой приоритет в освоении новейшей техники.
Чем же так хорош новый двигатель? В реактивном двигателе применяется энергия, выделяемая при сжигании смеси при постоянном давлении и неизменным пламенном фронте. Газовая смесь из топлива и окислителя при горении резко повышает температуру и столб пламени, вырывающийся из сопла, создаёт реактивную тягу.
При детонационном горении продукты реакции не успевают разрушиться, потому что этот процесс в 100 раз быстрее дефларгации и давлении при этом стремительно увеличивается, а объём остаётся неизменным. Выделение такого большого количества энергии действительно может разрушить двигатель автомобиля, поэтому такой процесс часто ассоциируется со взрывом.
В действительности вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания, образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В такой волне сжатия детонируют топливо и окислитель, этот процесс, с точки зрения термодинамики повышает КПД двигателя на порядок, благодаря компактности зоны сгорания. Поэтому специалисты так рьяно и приступили к разработке этой идеи.В обычном ЖРД, по сути, являющейся большой горелкой, главное не камера сгорания и сопло, а топливный турбонасосный агрегат (ТНА), создающий такое давление, чтобы топливо проникло в камеру. К примеру, в российском ЖРД РД-170 для ракет-носителей «Энергия» давление в камере сгорания 250 атм и насосу, подающему окислитель в зону сгорания приходиться создавать давление в 600 атм.
В детонационном двигателе давление создаётся самой детонацией, представляющую бегущую волну сжатия в смеси топлива, в которой давление без всякого ТНА уже в 20 раз больше и турбонасосные агрегаты являются лишними. Чтобы было понятно, у американского «Шаттла» давление в камере сгорания 200 атм, а детонационному двигателю в таких условиях надо всего лишь 10 атм для подачи смеси — это как велосипедный насос и Саяно-Шушенская ГЭС.
Двигатель на основе детонации в таком случае не только более простой и дешёвый на целый порядок, но гораздо мощнее и экономичнее, чем обычный ЖРД.На пути внедрения проекта детонационного двигателя встала проблема совладения с волной детонации. Это явление непросто взрывная волна, которая имеет скорость звука, а детонационная, распространяющаяся со скоростью 2500 м/сек, в ней нет стабилизации фронта пламени, за каждую пульсацию обновляется смесь и волна вновь запускается.
Ранее русские и французские инженеры разрабатывали и строили реактивные пульсирующие двигатели, но не на принципе детонации, а на основе пульсации обычного горения. Характеристики таких ПуВРД были низкими и когда двигателестроители разработали насосы, турбины и компрессоры, наступил век реактивных двигателей и ЖРД, а пульсирующие остались на обочине прогресса. Светлые головы науки пытались объединить детонационное горение с ПуВРД, но частота пульсаций обычного фронта горения составляет не более 250 в секунду, а фронт детонации обладает скоростью до 2500 м/сек и частота его пульсаций достигает несколько тысяч в секунду. Казалось невозможным воплотить на практике такую скорость обновления смеси и при этом инициировать детонацию.
В СЩА удалось построить такой детонационный пульсирующий двигатель и испытать его в воздухе, правда, проработал он всего 10 секунд, но приоритет остался за американскими конструкторами. Но уже в 60-х годах прошлого века советскому учёному Б.В. Войцеховскому и практически в то же время и американцу из университета в Мичигане Дж. Николсу пришла идея закольцевать в камере сгорания волну детонации.
Как работает детонационный ЖРД
Такой ротационный двигатель состоял из кольцевой камеры сгорания с форсунками, размещёнными по её радиусу для подачи топлива. Волна детонации бегает как белка в колесе по окружности, топливная смесь сжимается и выгорает, выталкивая продукты сгорания через сопло. В спиновом двигателе получаем частоту вращения волны в несколько тысяч в секунду, работа его подобна рабочему процессу в ЖРД, только более эффективно, благодаря детонации смеси топлива.
В СССР и США, а позже в России ведутся работы по созданию ротационного детонационного двигателя с незатухающей волной, пониманию процессов, происходящих внутри, для чего была создана целая наука физико-химическая кинетика. Для расчёта условий незатухающей волны нужны были мощные ЭВМ, которые создали лишь в последнее время.
В России над проектом такого спинового двигателя работают многие НИИ и КБ, среди которых двигателестроительная компания космической промышленности НПО «Энергомаш». На помощь в разработке такого двигателя пришёл Фонд перспективных исследований, ведь финансирование от Министерства обороны добиться невозможно — им подавай только гарантированный результат.
Тем не мене на испытаниях в Химках на «Энергомаше» был зафиксирован установившийся режим непрерывной спиновой детонации — 8 тысяч оборотов в секунду на смеси «кислород — керосин». При этом детонационные волны уравновешивали волны вибрации, а теплозащитные покрытия выдержали высокие температуры.
Но не стоит обольщаться, ведь это лишь двигатель-демонстратор, проработавший весьма непродолжительное время и о характеристиках его ещё пока ничего не сказано. Но основное в том, что доказана возможность создания детонационного горения и создан полноразмерный спиновой двигатель именно в России, что останется в истории науки навсегда.
Детонационный двигатель внутреннего сгорания
Группа: Участник
Сообщений: 174
Спасибо: 51
Авто: Lexus LX-450, Honda CR-V
Ежели баян, то прошу не пинать.
"Детонационный" двигатель внутреннего сгорания Николая Тоскина
Каждый водитель знает это явление, когда двигатель автомобиля при глушении дергается. Зажигание выключено, на свечах искры нет, а движок работает — стукотит хаотично. Это детонация. Она, как пишут ученые, происходит, когда пламя, возникавшее от свечи зажигания, не выжгло всю смесь в цилиндре, и невыгоревшая остаточная смесь затем спонтанно взрывается, вызывая ударную волну в стенках цилиндра и поршне. Явление сие присуще как бензиновым двигателям, так и дизелям. Зависит детонация от температуры двигателя и состава самой смеси. Обедненная смесь начинает детонировать быстрее, чем обогащенная.
Это явление тридцать лет назад молодой автоинженер Николай Павлович Тоскин захотел сделать управляемым.
Бывая на Севере, Тоскин видел не раз, как пытаются в большой мороз запустить дизель. Мучаются долго, а толку нет. И тогда какой-нибудь умелец достает пузырек с эфиром и капает 5-6 капель в «воздухан». Раздается сильнейший хлопок, и валит черный дым, если дизель запустился. Получается, что несколько капель эфира выделяют огромную энергию. Если эту энергию уменьшить, то получится слабее толчок при взрыве, а в работе расходуется топлива намного меньше. Так Николай Тоскин пришел к концепции нового двигателя, который назвал «детонационным».
На Западе такой двигатель окрестили двигателем XXI века. Только в США над программой его создания работают даже ядерные центры с 70-х годов, и он там получил название HCCI — двигатель с самовоспламенением однородной топливной смеси. А у нас ахтырский самородок с помощниками уже переделал серийный дизельный двигатель Д-21 в этот самый HCCI мотор и ездит на нем по Абинскому району.
В 1995 году он подал во ВНИИГПЭ заявку на детонационный поршневой ДВС, а через два года получил патент на его изобретение за № 2095597. После публикации его разработок в бюллетене «Изобретения» к Тоскину приезжали представители BMW с предложением передачи его разработок в монопольное право фирме. Он ничего не дал немцам, предложил свои услуги Горьковскому автозаводу и Ярославскому моторному. Но там ему ответили отказом. А Тоскину хочется, чтобы первые детонационные двигатели были не только запатентованы, но и выпущены серийно в России.
А в 1973 году Николай Тоскин создал экспериментальный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с плавающей головкой. В роли головки был верхний поршень. Мощность такого двигателя была на 30% больше, чем у обычного. Этой разработке в НАМИ (Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте) была дана положительная оценка.
В 1980 году Тоскин начал эксперименты по созданию поршневого ДВС, работающего на всех видах жидкого топлива. Тоскин хотел на дизеле вместо топливной аппаратуры поставить устройство для приготовления обедненной топливно-воздушной смеси вне цилиндров (типа карбюратора), а также регулятор степени сжатия, который бы мог выполнять функции системы зажигания, то есть управлять процессом самовоспламенения. — В моем изобретении все просто, -говорит Николай Павлович. — В обычном дизеле в цилиндр топливным насосом через форсунки подается распыленная солярка и там соединяется с воздухом, образуя рабочую смесь. На нашем Д-21 обедненная топливо-воздушная смесь создается вне цилиндров, а подается в цилиндр готовая, где вспыхивает от сжимания поршнем.
Но если в обычном дизеле соотношение воздуха и топлива 15 к одному, то в нашем детонационном двигателе соотношение получается другое: 50 к одному. Это и есть суперобедненная топливная смесь для детонационного двигателя. Вот откуда экономия.
Мы ее пытались сначала получить за счет автомобильного карбюратора, который установили на воздушном коллекторе, но потом от него отказались, потому что под разные виды топлива нужно подбирать свои жеклеры, а это непрактично. На одном виде топлива, той же солярке, это возможно, но наш двигатель прекрасно работает, кроме солярки, на газолине, керосине, бензине, отработке автотракторных масел, ацетоне, самогонке (даже самой слабой), спирте, подсолнечном или рапсовом масле, сырой нефти, краске — в общем, на всем, что способно в суперобедненной смеси взорваться в цилиндре.
Но лучше всего двигатель Тоскина работает на подсолнечном масле и потому, как считает изобретатель, что в нем присутствует вода. Она помогает горению и обеспечивает мягкость работы мотора. Рапсовое масло чуть хуже, но тоже хорошо подходит. А вообще для этих двигателей надо добавлять 15-20% воды к топливу. Будет ли «тянуть» трактор на такой смеси, где мизер топлива? Тянет, да еще как! Ибо при детонации топлива расходуется именно «мизер», оно в самой верхней точке сжимается до разрыва молекулярных связей и выделяет такую энергию (взрыв!), которую не дает обычный дизельный двигатель. (Помните 5-6 капель эфира в воздухан?).
Какой КПД мы точно не знаем ,-говорит Тоскин, потому что это двигатель фактически новой конструкции, тепло в нем не используется. Зимой мы его заводили, так на коллекторе снег даже не растаял. Холостые обороты настолько малы — 60-80 в минуту, и он совсем не греется. Но при форсаже обороты бешеные, однако максимальный нагрев 70-80 градусов. При 16 лошадях двигателя «дэвэшенка» можно развить мощность в 320 лошадей. Обороты увеличить в 50 раз! Но делать этого нельзя на серийном двигателе — разлетится. Поэтому ахтырцы отрегулировали такие обороты своему двигателю — как на обычном тракторе, чтоб нормально тянул.
«Бешеные» обороты будут на разработанном Тоскиным детонационном дисковом двигателе (вот там не будет коленвала), но патент он на него еще не получил, и потому о нем пока распространяться не будем.
Итак, в двигателе Тоскина отсутствуют форсунки, топливный насос, система охлаждения. Что же есть?
1. Пневмогидравлический регулятор степени сжатия, или как его называют сами создатели — перепускной клапан, который позволяет одновременно регулировать зажигание — раньше или позже взрываться топливной смеси. Некий маленький рычажок — ноу-хау тоскинцев, он очень прост по конструкции и потому от посторонних глаз заварен в коробок.
2. Пневмораспылитель топлива, который распыляет любое топливо в нужном соотношении с воздухом до получения суперобедненной смеси. Это тоже ноу-хау. Получается так: заливается любое топливо в бак, который выше двигателя, стартер крутит маховик, натягивается рычажок перепускного клапана, изменяющий его хитроумную длину, готовая смесь поступает в цилиндры, и поршень сам подбирает себе необходимый «столб» смеси для сжатия. Момент запуска является подобранным самим двигателем для данного топлива зажиганием. Лишнюю смесь клапан перепустит назад в бак. Двигатель начинает работать и работает, как обычный. На холостых оборотах их Д-21 почти не слышен. О нагреве уже сказано: 70-80 градусов — полный нагрев двигателя без турбины.
Когда же в поле? Действительно, раз Т-16 работает, то может работать на детонационном взрыве любой другой трактор. Его легко переделать в обычной мастерской, где есть фрезеровщик — выточить перепускной клапан и пневмораспылитель, стоимость которых уложится в десять тысяч рублей, переоборудовать, и работай, колхозный трактор, на горючем, выращенном на собственном поле. С экономией этого горючего в разы! Я понимаю, что могут быть возражения по поводу изобретения Николая Тоскина разного рода «технарей». И будут говорить, что в домашнем гараже невозможно все точно рассчитать и проверить. Но рассчитывайте, господа, проверяйте, флаг вам в руки! Однако не забывайте, что трактор Т-16 с движком Д-21, переделанный Тоскиным и группой сподвижников в детонационный, работает. На любом жидком горючем или его смесях Ра-бо-та-ет!!!
Детонационный двигатель внутреннего сгорания
Сообщение [Страница 1 из 1]
1 «Детонационный» двигатель внутреннего сгорания Николая Тоскина Ср Апр 13, 2011 4:04 am
Admin
Каждый водитель знает это явление, когда двигатель
автомобиля при глушении дергается. Зажигание выключено, на свечах искры нет, а движок работает — стукотит хаотично. Это детонация. Она, как пишут ученые, происходит, когда пламя, возникавшее от свечи зажигания, не выжгло всю смесь в цилиндре, и невыгоревшая остаточная смесь затем спонтанно взрывается, вызывая ударную волну в стенках цилиндра и поршне. Явление сие присуще как бензиновым двигателям, так и дизелям. Зависит детонация от температуры двигателя и состава самой смеси. Обедненная смесь начинает детонировать быстрее, чем обогащенная.
Это явление тридцать лет назад молодой автоинженер Николай Павлович Тоскин захотел сделать управляемым.
Бывая на Севере, Тоскин видел не раз, как пытаются в большой мороз запустить дизель. Мучаются долго, а толку нет. И тогда какой-нибудь умелец достает пузырек с эфиром и капает 5-6 капель в «воздухан». Раздается сильнейший хлопок, и валит черный дым, если дизель запустился. Получается, что несколько капель эфира выделяют огромную энергию. Если эту энергию уменьшить, то получится слабее толчок при взрыве, а в работе расходуется топлива намного меньше. Так Николай Тоскин пришел к концепции нового двигателя, который назвал «детонационным».
На Западе такой двигатель окрестили двигателем XXI века. Только в США над программой его создания работают даже ядерные центры с 70-х годов, и он там получил название HCCI — двигатель с самовоспламенением однородной топливной смеси. А у нас ахтырский самородок с помощниками уже переделал серийный дизельный двигатель Д-21 в этот самый HCCI мотор и ездит на нем по Абинскому району.
В 1995 году он подал во ВНИИГПЭ заявку на детонационный поршневой ДВС, а через два года получил патент на его изобретение за № 2095597 (Описание патента) . После публикации его разработок в бюллетене «Изобретения» к Тоскину приезжали представители BMW с предложением передачи его разработок в монопольное право фирме. Он ничего не дал немцам, предложил свои услуги Горьковскому автозаводу и Ярославскому моторному. Но там ему ответили отказом. А Тоскину хочется, чтобы первые детонационные двигатели были не только запатентованы, но и выпущены серийно в России.
А в 1973 году Николай Тоскин создал экспериментальный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с плавающей головкой. В роли головки был верхний поршень. Мощность такого двигателя была на 30% больше, чем у обычного. Этой разработке в НАМИ (Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте) была дана положительная оценка.
В 1980 году Тоскин начал эксперименты по созданию поршневого ДВС, работающего на всех видах жидкого топлива. Тоскин хотел на дизеле вместо топливной аппаратуры поставить устройство для приготовления обедненной топливно-воздушной смеси вне цилиндров (типа карбюратора), а также регулятор степени сжатия, который бы мог выполнять функции системы зажигания, то есть управлять процессом самовоспламенения. — В моем изобретении все просто, -говорит Николай Павлович. — В обычном дизеле в цилиндр топливным насосом через форсунки подается распыленная солярка и там соединяется с воздухом, образуя рабочую смесь. На нашем Д-21 обедненная топливо-воздушная смесь создается вне цилиндров, а подается в цилиндр готовая, где вспыхивает от сжимания поршнем.
Но если в обычном дизеле соотношение воздуха и топлива 15 к одному, то в нашем детонационном двигателе соотношение получается другое: 50 к одному. Это и есть суперобедненная топливная смесь для детонационного двигателя. Вот откуда экономия.
Мы ее пытались сначала получить за счет автомобильного карбюратора, который установили на воздушном коллекторе, но потом от него отказались, потому что под разные виды топлива нужно подбирать свои жеклеры, а это непрактично. На одном виде топлива, той же солярке, это возможно, но наш двигатель прекрасно работает, кроме солярки, на газолине, керосине, бензине, отработке автотракторных масел, ацетоне, самогонке (даже самой слабой), спирте, подсолнечном или рапсовом масле, сырой нефти, краске — в общем, на всем, что способно в суперобедненной смеси взорваться в цилиндре.
Но лучше всего двигатель Тоскина работает на подсолнечном масле и потому, как считает изобретатель, что в нем присутствует вода. Она помогает горению и обеспечивает мягкость работы мотора. Рапсовое масло чуть хуже, но тоже хорошо подходит. А вообще для этих двигателей надо добавлять 15-20% воды к топливу. Будет ли «тянуть» трактор на такой смеси, где мизер топлива? Тянет, да еще как! Ибо при детонации топлива расходуется именно «мизер», оно в самой верхней точке сжимается до разрыва молекулярных связей и выделяет такую энергию (взрыв!), которую не дает обычный дизельный двигатель. (Помните 5-6 капель эфира в воздухан?).
Какой КПД мы точно не знаем ,-говорит Тоскин, потому что это двигатель фактически новой конструкции, тепло в нем не используется. Зимой мы его заводили, так на коллекторе снег даже не растаял. Холостые обороты настолько малы — 60-80 в минуту, и он совсем не греется. Но при форсаже обороты бешеные, однако максимальный нагрев 70-80 градусов. При 16 лошадях двигателя «дэвэшенка» можно развить мощность в 320 лошадей. Обороты увеличить в 50 раз! Но делать этого нельзя на серийном двигателе — разлетится. Поэтому ахтырцы отрегулировали такие обороты своему двигателю — как на обычном тракторе, чтоб нормально тянул.
«Бешеные» обороты будут на разработанном Тоскиным детонационном дисковом двигателе (вот там не будет коленвала), но патент он на него еще не получил, и потому о нем пока распространяться не будем.
Итак, в двигателе Тоскина отсутствуют форсунки, топливный насос, система охлаждения. Что же есть?
1. Пневмогидравлический регулятор степени сжатия, или как его называют сами создатели — перепускной клапан, который позволяет одновременно регулировать зажигание — раньше или позже взрываться топливной смеси. Некий маленький рычажок — ноу-хау тоскинцев, он очень прост по конструкции и потому от посторонних глаз заварен в коробок.
2. Пневмораспылитель топлива, который распыляет любое топливо в нужном соотношении с воздухом до получения суперобедненной смеси. Это тоже ноу-хау. Получается так: заливается любое топливо в бак, который выше двигателя, стартер крутит маховик, натягивается рычажок перепускного клапана, изменяющий его хитроумную длину, готовая смесь поступает в цилиндры, и поршень сам подбирает себе необходимый «столб» смеси для сжатия. Момент запуска является подобранным самим двигателем для данного топлива зажиганием. Лишнюю смесь клапан перепустит назад в бак. Двигатель начинает работать и работает, как обычный. На холостых оборотах их Д-21 почти не слышен. О нагреве уже сказано: 70-80 градусов — полный нагрев двигателя без турбины.
Когда же в поле? Действительно, раз Т-16 работает, то может работать на детонационном взрыве любой другой трактор. Его легко переделать в обычной мастерской, где есть фрезеровщик — выточить перепускной клапан и пневмораспылитель, стоимость которых уложится в десять тысяч рублей, переоборудовать, и работай, колхозный трактор, на горючем, выращенном на собственном поле. С экономией этого горючего в разы! Я понимаю, что могут быть возражения по поводу изобретения Николая Тоскина разного рода «технарей». И будут говорить, что в домашнем гараже невозможно все точно рассчитать и проверить. Но рассчитывайте, господа, проверяйте, флаг вам в руки! Однако не забывайте, что трактор Т-16 с движком Д-21, переделанный Тоскиным и группой сподвижников в детонационный, работает. На любом жидком горючем или его смесях Ра-бо-та-ет.
Детонационные двигатели. Успехи и перспективы
В конце января появились сообщения о новых успехах российской науки и техники. Из официальных источников стало известно, что один из отечественных проектов перспективного реактивного двигателя детонационного типа уже прошел стадию испытаний. Это приближает момент полного завершения всех требуемых работ, по результатам которых космические или военные ракеты российской разработки смогут получить новые силовые установки с повышенными характеристиками. Более того, новые принципы работы двигателей могут найти применение не только в сфере ракет, но и в других областях.
В последних числах января вице-премьер Дмитрий Рогозин рассказал отечественной прессе о последних успехах научно-исследовательских организаций. Среди прочих тем он затронул процесс создания реактивных двигателей, использующих новые принципы работы. Перспективный двигатель с детонационным горением уже был доведен до испытаний. По словам вице-премьера, применение новых принципов работы силовой установки позволяет получить значительный прирост характеристик. В сравнении с конструкциями традиционной архитектуры наблюдается рост тяги порядка 30%.
Схема детонационного ракетного двигателя
Современные ракетные двигатели разных классов и типов, эксплуатируемые в различных областях, используют т.н. изобарический цикл или дефлаграционное горение. В их камерах сгорания поддерживается постоянное давление, при котором происходит медленное горение топлива. Двигатель на дефлаграционных принципах не нуждается в особо прочных агрегатах, однако ограничен в максимальных показателях. Повышение основных характеристик, начиная с определенного уровня, оказывается неоправданно сложным.
Альтернатива двигателю с изобарическим циклом в контексте повышения характеристик – система с т.н. детонационным горением. В таком случае реакция окисления горючего происходит за ударной волной, с высокой скоростью перемещающейся по камере сгорания. Это предъявляет особые требования к конструкции двигателя, но при этом дает очевидные преимущества. С точки зрения эффективности сгорания топлива детонационное горение на 25% лучше дефлаграционного. Также отличается от горения с постоянным давлением увеличенной мощностью тепловыделения с единицы площади поверхности фронта реакции. В теории, возможно повышение этого параметра на три-четыре порядка. Как следствие, скорость реактивных газов можно увеличить в 20-25 раз.
Таким образом, детонационный двигатель, отличаясь повышенным коэффициентом полезного действия, способен развивать большую тягу при меньшем расходе топлива. Его преимущества перед традиционными конструкциями очевидны, однако до недавнего времени прогресс в этой области оставлял желать лучшего. Принципы детонационного реактивного двигателя были сформулированы еще в 1940 году советским физиком Я.Б. Зельдовичем, но готовые изделия подобного рода все еще не дошли до эксплуатации. Главные причины отсутствия реальных успехов – проблемы с созданием достаточно прочной конструкции, а также сложность запуска и последующего поддержания ударной волны при применении существующих топлив.
Один из последних отечественных проектов в области детонационных ракетных двигателей стартовал в 2014 году и разрабатывается в НПО «Энергомаш» им. академика В.П. Глушко. Согласно доступным данным, целью проекта с шифром «Ифрит» являлось изучение основных принципов новой техники с последующим созданием жидкостного ракетного двигателя, использующего керосин и газообразный кислород. В основу нового двигателя, названного по имени огненных демонов из арабского фольклора, укладывался принцип спинового детонационного горения. Таким образом, в соответствии с основной идеей проекта, ударная волна должна непрерывно перемещаться по кругу внутри камеры сгорания.
Головным разработчиком нового проекта стало НПО «Энергомаш», а точнее созданная на его базе специальная лаборатория. Кроме того, к работам привлекли несколько других научно-исследовательских и проектных организаций. Программа получила поддержку Фонда перспективных исследований. Совместными усилиями все участники проекта «Ифрит» смогли сформировать оптимальный облик перспективного двигателя, а также создать модельную камеру сгорания с новыми принципами работы.
Для изучения перспектив всего направления и новых идей несколько лет назад была построена т.н. модельная детонационная камера сгорания, соответствующая требованиям проекта. Такой опытный двигатель с сокращенной комплектацией должен был использовать в качестве горючего жидкий керосин. В качестве окислителя предлагался газообразный кислород. В августе 2016 года начались испытания опытной камеры. Важно, что впервые в истории проект подобного рода удалось довести до стадии стендовых проверок. Ранее отечественные и зарубежные детонационные ракетные двигатели разрабатывались, но не испытывались.
В ходе испытаний модельного образца удалось получить весьма интересные результаты, показывающие правильность использованных подходов. Так, за счет использования правильных материалов и технологий получилось довести давление внутри камеры сгорания до 40 атмосфер. Тяга опытного изделия достигла 2 т.
Модельная камера на испытательном стенде
В рамках проекта «Ифрит» были получены определенные результаты, но отечественный детонационный двигатель на жидком топливе пока еще далек от полноценного практического применения. Перед внедрением такого оборудования в новые проекты техники конструкторам и ученым предстоит решить целый ряд самых серьезных задач. Только после этого ракетно-космическая отрасль или оборонная промышленность смогут приступить к реализации потенциала новой техники на практике.
В середине января «Российская газета» опубликовала интервью с главным конструктором НПО «Энергомаш» Петром Левочкиным, темой которого стало текущее положение дел и перспективы детонационных двигателей. Представитель предприятия-разработчика напомнил об основных положениях проекта, а также затронул тему достигнутых успехов. Кроме того, он рассказал о возможных сферах применения «Ифрита» и подобных ему конструкций.
К примеру, детонационные двигатели могут использоваться в гиперзвуковых летательных аппаратах. П. Левочкин напомнил, что двигатели, сейчас предлагаемые для применения на такой технике, используют дозвуковое горение. При гиперзвуковой скорости аппарата полета поступающий в двигатель воздух необходимо затормозить до звукового режима. Однако энергия торможения должна приводить к дополнительным тепловым нагрузкам на планер. В детонационных двигателях скорость горения топлива достигает, как минимум, М=2,5. Благодаря этому появляется возможность повысить скорость полета летательного аппарата. Подобная машина с двигателем детонационного типа сможет разгоняться до скоростей, в восемь раз превышающих скорость звука.
Впрочем, реальные перспективы ракетных двигателей детонационного типа пока не слишком велики. По словам П. Левочкина, мы «только приоткрыли дверь в область детонационного горения». Ученым и конструкторам предстоит изучить множество вопросов, и только после этого можно будет заниматься созданием конструкций с практическим потенциалом. Из-за этого космической отрасли еще долго предстоит использовать жидкостные двигатели традиционной конструкции, что, однако, не отменяет возможности их дальнейшего совершенствования.
Интересен тот факт, что детонационный принцип горения находит применение не только в сфере ракетных двигателей. Уже существует отечественный проект авиационной системы с камерой сгорания детонационного типа, работающей по импульсному принципу. Опытный образец такого рода был доведен до испытаний, и в будущем может дать старт новому направлению. Новые двигатели с детонационным горением могут найти применение в самых разных сферах и частично заменить газотурбинные или турбореактивные двигатели традиционных конструкций.
Отечественный проект детонационного авиационного двигателя разрабатывается в ОКБ им. А.М. Люльки. Информация об этом проекте впервые была представлена на прошлогоднем международном военно-техническом форуме «Армия-2017». На стенде предприятия-разработчика присутствовали материалы по различным двигателям, как серийным, так и находящимся на стадии разработки. Среди последних был перспективный детонационный образец.
Суть нового предложения заключается в применении нестандартной камеры сгорания, способной осуществлять импульсное детонационное горение топлива в воздушной атмосфере. При этом частота «взрывов» внутри двигателя должна достигать 15-20 кГц. В перспективе возможно дополнительное увеличение этого параметра, в результате чего шум двигателя уйдет за пределы диапазона, воспринимаемого человеческим ухом. Такие особенности двигателя могут представлять определенный интерес.
Первый запуск опытного изделия "Ифрит"
Однако главные преимущества новой силовой установки связаны с повышенными характеристиками. Стендовые испытания опытных изделий показали, что они примерно на 30% превосходят традиционные газотурбинные двигатели по удельным показателям. Ко времени первой публичной демонстрации материалов по двигателю ОКБ им. А.М. Люльки смогло получить и достаточно высокие эксплуатационные характеристики. Опытный двигатель нового типа смог без перерыва проработать 10 минут. Суммарная наработка этого изделия на стенде на тот момент превысила 100 часов.
Представители предприятия-разработчика указывали, что уже сейчас можно создать новый детонационный двигатель с тягой 2-2,5 т, пригодный для установки на легкие самолеты или беспилотные летательные аппараты. В конструкции такого двигателя предлагается использовать т.н. резонаторные устройства, отвечающие за правильный ход горения топлива. Важным преимуществом нового проекта является принципиальная возможность установки таких устройств в любом месте планера.
Специалисты ОКБ им. А.М. Люльки работают над авиационными двигателями с импульсным детонационным горением более трех десятилетий, но пока проект не выходит из научно-исследовательской стадии и не имеет реальных перспектив. Главная причина – отсутствие заказа и необходимого финансирования. Если проект получит необходимую поддержку, то уже в обозримом будущем может быть создан образец двигателя, пригодный для использования на различной технике.
К настоящему времени российские ученые и конструкторы успели показать весьма примечательные результаты в области реактивных двигателей, использующих новые принципы работы. Существует сразу несколько проектов, пригодных для применения в ракетно-космической и гиперзвуковой областях. Кроме того, новые двигатели могут применяться и в «традиционной» авиации. Некоторые проекты пока находятся на ранних стадиях и еще не готовы к проверкам и другим работам, тогда как в иных направлениях уже были получены самые примечательные результаты.
Исследуя тематику реактивных двигателей с детонационным горением, российские специалисты смогли создать стендовый модельный образец камеры сгорания с желаемыми характеристиками. Опытное изделие «Ифрит» уже прошло испытания, в ходе которых было собрано большое количество разнообразной информации. С помощью полученных данных развитие направления будет продолжаться.
Освоение нового направления и перевод идей в практически применимую форму займет немало времени, и по этой причине в обозримом будущем космические и армейские ракеты в обозримом будущем будут комплектоваться только традиционными жидкостными двигателями. Тем не менее, работы уже вышли из чисто теоретической стадии, и теперь каждый тестовый запуск опытного двигателя приближает момент строительства полноценных ракет с новыми силовыми установками.
