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.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
переход горения в детонацию, двухфазная пузырьковая водная среда, гидрореактивная струя, импульсно-детонационное горение, ударная волна, детонационная волна, продукты детонации.

Цель проекта:
Реализация проекта направлена на решение проблемы 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. 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 (ГДД) для водных транспортных средств, обеспечивающего повышение их скоростных, энергетических и экологических характеристик.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Проведено численное исследование процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.
2. Показано, что при передаче импульса от ударной волны к газосодержащей водной среде возможны динамические эффекты, при которых импульс, переданный газосодержащей водной среде, значительно превышает импульс, переданный чистой жидкости, при прочих равных условиях. Указанные динамические эффекты можно использовать для создания энергоэффективных импульсных гидрореактивных движителей.
3. Разработана ЭКД и изготовлена лабораторная установка для проведения экспериментальных исследований процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой с объёмным газосодержанием от 1 до 30 %, которая позволяет измерять амплитуду ударной волны с избыточным давлением от 0.5 до 5 атм в газосодержащей среде, скорость ударной волны в диапазоне от 100 до 1000 м/с и скорости самой газосодержащей среды до 100 м/с (при помощи скоростной видеосъёмки).
4. Разработана программа и методики экспериментальных исследований процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой.
5. Выполнена экспериментальная проверка результатов численного исследования процесса взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с газосодержащей водной средой. Показано, что используемые вычислительные программы адекватно описывают процессы взаимодействия детонационных волн и продуктов детонации с газосодержащей водной средой.
6. Проведены патентные исследования по направлениям: способы и устройства для создания гидрореактивной тяги, способы и устройства для инициирования детонации газов и газокапельных смесей на базе жидких топлив в современных энергетических установках.
7. Показано, что наибольший рост регистрируемых патентов приходится на 2009–2014 г., что подтверждает актуальность выполняемой ПНИ; среди стран лидируют Россия и США; новизна разрабатываемой научно-технической продукции, гарантирует ее патентную чистоту.
8. Проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса передачи количества движения от импульсных газовых струй к инертной и активной газосодержащей водной среде, направленные на определение условий, необходимых для достижения наибольшей эффективности передачи количества движения от импульсных газовых струй к газосодержащей водной среде.
9. Показано, что при разработке технологии создания гидрореактивной тяги в водомётных двигателях высокоскоростных водных транспортных средств для обеспечения эффективной передачи количества движения от высокоскоростных струй продуктов импульсно-детонационного горения штатных моторных топлив к водной среде объёмное содержание газа в водной среде должно быть не менее 20-25%, а частота генерирования импульсных газовых струй не должна превышать 5 кГц.
10. Разработана ЭКД стендового демонстрационного образца ГДД.
11. Разработана ЭКД и РКД испытательного стенда ГДД и запланировано его изготовление.
12. Запланировано изготовление стендового демонстрационного образца ГДД и проведение его испытаний.
13. Запланирована разработка лабораторного технологического регламента создания гидрореактивной тяги в водомётных двигателях высокоскоростных водных транспортных средств.
14. Запланирована разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка и изготовление опытного образца гидрореактивного импульсно-детонационного двигателя (ГДД) для высокоскоростных водных транспортных средств».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Стендовый демонстрационный образец ГДД, который должен отвечать следующим требованиям:
- масса - не более 10 кг;
- длина - не более 800 мм;
- ширина габаритная - не более 200 мм;
- высота габаритная - не более 400 мм;
- топливо - штатное моторное (пропан-бутан, бензин, керосин, дизельное топливо, метан, водород)
- окислитель – кислород;
- частота работы – не менее 20 Гц;
- удельный импульс (отношение тяги к секундному весовому расходу топливной смеси) - не менее 200 с.

Патентные исследования, проведённые по направлениям: способы и устройства для создания гидрореактивной тяги, способы и устройства для инициирования детонации газов и газокапельных смесей на базе жидких топлив в современных энергетических установках, показали, что новизна разрабатываемой научно-технической продукции, гарантирует ее патентную чистоту.

Анализ современных работ в области, связанной с технологией создания гидрореактивной тяги, показал, что наиболее перспективными являются импульсно-детонационные гидрореактивные двигатели, в которых в качестве горючего и окислителя используются штатное углеводородное топливо и атмосферный воздух, а рабочее тело – механическая смесь воды с пузырьками отработавших газов газогенератора. Однако основная проблема при реализации данной технологии – организация эффективной передачи количества движения водной газосодержащей среде от высокоскоростных струй газообразных продуктов детонации топливно-воздушной смеси на данный момент не решена.

Заявленные в проекте результаты будут достигнуты в ходе решения следующих научно-исследовательских задач: (1) расчётно-теоретическое исследование процессов взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив с водной средой; (2) расчётно-теоретическое определение условий, необходимых для достижения максимальной эффективности передачи количества движения от импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив к газосодержащей водной среде; (3) экспериментальное исследование по определению условий, необходимых для достижения максимальной эффективности передачи количества движения от импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации штатных моторных топлив к газосодержащей водной среде; (5) выбор наиболее перспективной схемы стендового демонстрационного образца ГДД; (6) разработка РКД для изготовления стендового демонстрационного образца ГДД; (7) изготовление стендового демонстрационного образца ГДД и проведение его испытаний.
Решение описанных выше научно-технических задач облегчается возможностью трехмерного математического моделирования процессов быстрого горения и детонации, а также процессов взаимодействия импульсных газовых струй продуктов быстрого горения и детонации с водной газосодержащей средой с помощью имеющегося математического и программного аппарата, что существенно сократит трудозатраты, связанные с проведением экспериментальных исследований.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты, полученные в ходе выполнения настоящей ПНИ, могут быть использованы для проектирования быстроходных надводных и подводных транспортных средств с гидрореактивными движителями, работающими в режиме импульсной детонации. На основе ПНИ будет разработан проект технического задания на ПНИЭР, цель которого – создание экспериментального образца водометного импульсно-детонационного двигателя и проведения натурных испытаний.

Наиболее вероятный способ коммерциализации результатов работы либо передача заинтересованным в производстве ГДД заводам неисключительного права на использование интеллектуальной собственности (права ограничиваются по территории, по направлению использования, по времени), либо заинтересовавшиеся заводы организуют выпуск ГДД под авторским контролем НП «Центр ИДГ» и его продажу на внутреннем и внешнем рынках Российской Федерации и оплачивают лицензионные платежи: роялти, рассчитываемые как договорной процент к объему продаж, паушальный платеж, минимальный гарантированный плате.

Текущие результаты проекта:
1. Проведены расчётно-экспериментальные исследования, направленные на определение условий, необходимых для достижения наибольшей эффективности передачи количества движения от импульсных газовых струй к инертной и активной газосодержащей водной среде.
2. Показано, что наибольшая эффективность передачи количества движения от импульсных газовых струй к инертной и активной газосодержащей водной среде достигается при объёмном газосодержании водной среды 20%–25%, а при газосодержаниях от 25% до 40% количество движения, переданное газосодержащей водной среде, выходит на «насыщение».
3. Проведены экспериментальные исследования воздействия регулярной последовательности импульсных газовых струй на инертную и активную газосодержащую водную среду с разным начальным объемным газосодержанием (до 16%).
4. Показано, что при высоких частотах генерации импульсных газовых струй волны, проникающие в газосодержащую среду, с одной стороны, быстро сливаются друг с другом, подпитывая друг друга и увеличивая скорость газосодержащей среды. С другой стороны, с ростом частоты ударно-волновых импульсов возрастает давление среды у выхода из детонационной трубки, что приводит к снижению начального газосодержания для каждой последующей волны и, соответственно, к снижению эффективности передачи количества движения газосодежащей среде. При низких частотах генерации импульсных газовых струй волны, проникающие в пузырьковую жидкость, ведут себя как независимые одиночные возмущения.
5. Показано, что при разработке технологии создания гидрореактивной тяги в водомётных двигателях высокоскоростных водных транспортных средств для обеспечения эффективной передачи количества движения от высокоскоростных струй продуктов импульсно-детонационного горения штатных моторных топлив к газосодержащей водной среде объёмное содержание газа в водной среде должно быть не менее 20-25%, а частота генерирования импульсных газовых струй не должна превышать 5 кГц.
6. Разработана ЭКД на функциональные блоки стендового демонстрационного образца ГДД
7. Разработана ЭКД для изготовления стендового демонстрационного образца ГДД.
8. Разработана ЭКД и РКД на испытательный стенд для проведения испытаний стендового демонстрационного образца ГДД.