Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии создания гидрореактивной тяги в водомётных двигателях высокоскоростных водных транспортных средств и создание стендового демонстрационного образца гидрореактивного импульсно-детонационного двигателя.

Докладчик: Аксёнов Виктор Серафимович

Должность: Главный конструктор

Цель проекта:
1. Реализуемый проект направлен на решение проблемы повышения эффективности передачи количества движения от высокоскоростных струй газообразных продуктов детонации топливно-воздушной смеси к водной среде. При выполнении проекта будет необходимо решить ряд научно-исследовательских задач, направленных на разработку энергетически эффективного способа передачи количества движения от регулярной последовательности импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив потоку воды. Должны быть решены следующие задачи: (1) должно быть проведено теоретическое исследование процессов взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с водной средой. Для решения этой задачи должно быть проведено трехмерное численное моделирование процессов взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с водной средой, в том числе содержащей пузырьки химически инертного (воздух) или химически активного (топливно-воздушная смесь) газа, при разной организации течения водной среды (без водовода, с водоводом) и разных схемах подачи газовых струй (одна или несколько соосных/расходящихся/сходящихся струй и др.). С учётом полученных результатов должны быть выполнены параметрические расчёты, направленные на исследование влияния характеристик импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив, а также теплофизических и химических свойств газа в пузырьках, объемной доли газовой фазы, характерного размера пузырьков, пространственного распределения пузырьков в водоводе и гидростатического давления на взаимодействие импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с пузырьковой инертной/активной водной средой. (2) Должны быть теоретически определены условия, необходимые для достижения максимальной эффективности передачи количества движения от импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив водной среде. Для решения этой задачи должны быть проведены трехмерные параметрические расчеты процессов взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив и пузырьковой инертной/активной водной средой, направленные на определение условий, необходимых для достижения наибольшей эффективности передачи количества движения от при наименьшей эмиссии вредных веществ в окружающее пространство. (3) Должны быть экспериментально определены условия, необходимые для достижения максимальной эффективности передачи количества движения от импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив водной среде. Для решения этой задачи должны быть проведены экспериментальные исследования, направленные на поиск условий, необходимых для достижения максимальной эффективности передачи количества движения от импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив к пузырьковой инертной/активной водной среде при наименьшей эмиссии вредных веществ в окружающее пространство. Для проведения экспериментальных работ должна быть разработана и изготовлена экспериментальная установка, а также программа и методики экспериментальных исследований параметров процессов взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с водной средой, содержащей пузырьки химически инертного (воздух) или химически активного (топливно-воздушная смесь) газа. 2. Цель реализуемого проекта - разработка технологии создания гидрореактивной тяги в водомётных двигателях высокоскоростных водных транспортных средств, основанной на эффективной передаче количества движения от высоконапорных струй продуктов импульсно-детонационного горения штатных моторных топлив к водной среде, для создания принципиально нового гидрореактивного импульсно-детонационного двигателя для водных транспортных средств, обеспечивающего повышение их скоростных, энергетических и экологических характеристик.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные планируемые результаты проекта включают:
(1) Результаты численного исследования процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.
(2) Лабораторную установку для экспериментальной проверки результатов численного исследования взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой, а также программу и методики экспериментальных исследований процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.
(3) Экспериментальную проверку численного исследования процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.
(4) Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса передачи количества движения от импульсных газовых струй к инертной газосодержащей водной среде, направленных на определению условий, необходимых для достижения максимальной эффективности передачи количества движения от одиночных импульсных газовых струй к инертной газосодержащей водной среде, а также от их регулярной последовательности.
(5) Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса передачи количества движения от импульсных газовых струй к активной газосодержащей водной среде, направленных на определению условий, необходимых для достижения максимальной эффективности передачи количества движения от одиночных импульсных газовых струй к активной газосодержащей водной среде, а также от их регулярной последовательности.
(6) Конструкторскую документацию (КД) стендового демонстрационного образца гидрореактивного импульсно-детонационного двигателя (ГДД).
(7) Рабочую конструкторскую документацию (РКД) испытательного стенда ГДД.
(8) Стендовый демонстрационный образец ГДД.
(9) Испытательный стенд для проведения испытаний стендового демонстрационного образца ГДД, а также программу и методики его испытаний.
(10) Результаты испытаний стендового демонстрационного ГДД и уточненную КД стендового демонстрационного образца ГДД.
2. В проекте должна быть теоретически и экспериментально доказана возможность существенного повышения эффективности передачи количества движения водной среде от продуктов детонационного горения путем повышения сжимаемости водяного заряда в водоводе двигателя.
3. В результате реализации проекта будут созданы научные основы проектирования энергоэффективных и экологически чистых водомётных импульсно-детонационных двигателей для высокоскоростных водных транспортных средств.
4. Поставленные в проекте задачи являются новыми. Их успешное решение предопределит мировой уровень в данной области науки и техники.
5. Решение описанных выше научно-технических задач облегчается возможностью трехмерного математического моделирования процессов смешения, горения и детонации с помощью имеющегося математического и программного аппарата, что существенно сократит трудозатраты, связанные с проведением экспериментальных исследований. В имеющемся математическом и программном аппарате процесс импульсно-детонационного сгорания топливной смеси и передачи количества движения пузырьковой жидкости моделируется численно в трехмерном или в двумерном осесимметричном приближении с использованием осредненных по Рейнольдсу уравнений сохранения массы, количества движения и энергии для нестационарного, двухфазного, сжимаемого, турбулентного, реагирующего течения. Турбулентные потоки вещества, количества движения и энергии моделируются с помощью двух- и трехпараметрических моделей турбулентности. При моделировании химических источников при турбулентном горении и переходе горения в детонацию учитываются вклады фронтального горения и объемных предпламенных реакций. Оба метода разработаны в Центре ИДГ ИХФ РАН. Система определяющих уравнений замыкается калорическими и термическими уравнениями состояния жидкости и газа, а также начальными и граничными условиями. Все теплофизические параметры среды считаются переменными. Для численного решения используется метод, основанный на конечно-объемной дискретизации уравнений c первым порядком аппроксимации по пространству и по времени. Чтобы избежать чрезмерного сгущения сетки к твердым поверхностям с прилипанием потока, в расчетах используется стандартный метод пристеночных функций.
При выполнении данного проекта будут использованы технические решения вариантов экспериментальных образцов импульсно-детонационных устройств, базирующихся на собственных ноу-хау и зарегистрированных изобретениях. Центр ИДГ располагает материально-технической базой, необходимой для выполнения всех работ, предусмотренных настоящим проектом, в полном объеме и с высоким качеством, включая приборное обеспечение и вычислительные ресурсы.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, могут быть использованы для проектирования быстроходных надводных и подводных транспортных средств, оснащённых гидрореактивными движителями, работающими в режиме импульсной детонации.
2. Потенциальными потребителями новых научных результатов будут научно-исследовательские и проектные организации Российской Федерации (проектно-конструкторские бюро Объединенной судостроительной корпорации и др.) – производители высокоскоростных водных транспортных средств, а также силовых установок для них.
3. Успешная реализация проекта приведет к возникновению нового научно-технического и технологического направления в области энергоэффективных и экологически чистых силовых установок водного транспорта.

Текущие результаты проекта:
1. Проведено численное исследование процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.
2. Создана лабораторная установка для экспериментальной проверки результатов численного исследования взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.
3. Разработаны программа и методики экспериментальных исследований процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.
4. Проведена экспериментальная проверка численного исследования процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.