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Rotating Detonation Engine旋轉爆震發動機 + 脈衝爆炸引擎
2021-10-25 18:43:51 *
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作者 主題: Rotating Detonation Engine旋轉爆震發動機 + 脈衝爆炸引擎  (閱讀 1995 次)
peter
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« 於: 2019-03-26 12:41:03 »

 Rotating Detonation Engine 旋轉爆震發動機
==

https://blog.xuite.net/tpdtype93/twblog/156023784-Pulse+Detonation+Engines%28PDE%29%E8%84%88%E8%A1%9D%E7%88%86%E7%82%B8%E5%BC%95%E6%93%8E

V1火箭  pulsejet engine(脈衝噴射引擎)的原理是Martin Wiberg在1900年初就發明了,然後被應用在德軍V1火箭  

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%84%89%E5%86%B2%E5%96%B7%E6%B0%94%E5%BC%8F%E5%8F%91%E5%8A%A8%E6%9C%BA


Pulse Detonation Engines(PDE)脈衝爆炸引擎

不過Pulse Detonation Engines(PDE)雖然基本原理承繼pulsejet engine卻沒那麼簡單,
pulsejet engine是使混合燃氣進行次音速爆燃(deflagration),
而Pulse Detonation Engines(PDE)卻必需使混合燃氣在超音速情況下爆炸(detonation)!
一般使用混合燃氣爆燃(deflagration)的效率約30%,但混合燃氣爆炸(detonation)的效率卻高達50%,
而pulsejet engine的脈衝大約是每秒二三百次,Pulse Detonation Engines(PDE)卻高達每秒幾千次,使得振動效應減少,並提高效率!
Pulse Detonation Engines(PDE)缺點是爆炸聲音大,較難克服!

美國軍方,NASA,P&W及GE都在積極地開發Pulse Detonation Engines(PDE),而要能使混合燃氣在超音速情況下爆炸需要特殊的進氣及點火方式,可能是使用特殊的閥或特殊的氣動現象及特殊的燃燒室,這都是這些研究單位的超級機密科技!尖端中的尖端科技!美國有試驗引擎出爐了,特別是聽說美國軍方已經有裝置Pulse Detonation Engines(PDE)的實驗飛機,並且在1992年便可能就被軍迷發現了!
雖然沒有任何研究單位宣稱成功的Pulse Detonation Engines(PDE),但版主說(現代的技術不可能做到的......),我可不敢說,或許已經成功了,只是要嚴守機密!




https://en.wikipedia.org/wiki/Rotating_detonation_engine

https://www.researchgate.net/figure/Rotating-Detonation-Engine-4_fig2_271199030




https://www.cnbeta.com/articles/science/831063.htm


它不仅可以在大气中呼吸空气,而且可以以超音速燃烧进入的空气。如果可以投入使用,旋转爆震发动机(RDE)有望使太空发射更便宜、更高效。旋转爆震发动机基于一种非常古老的技术,但却是在火箭上的潜在重大进步。在第二次世界大战期间,纳粹德国的秘密武器之一是复仇兵器第1号(Vergeltungswaffe 1),更为人所知的是V1飞行炸弹。1944年和1945年,纳粹德国向英国及其他欧洲城市发射近10000枚V1,这是战斧巡航导弹(Tomahawk)等的祖先。

V1的关键是推动它的脉冲引擎。简而言之,这是一个喷气发动机,由一个圆形箱体组成,一端有排气管,前面有弹簧安装板条。在操作中,空气将流过板条,与燃料混合并点燃。这形成了一个脉冲爆炸,推动板条关闭一秒钟并推动导弹前进。

这是一种非常简单的发动机,价格便宜且易于制造,但由于脉冲爆震是间歇性的,并且还有很大一部分未燃烧的燃料从排气中排出,因此效率非常低。

RDE是该发动机的更高级版本,但燃料和空气被注入开放的圆形通道并点燃。燃烧脉冲在通道周围流动并变得自持,因为它产生的波在热气体通过通道的开口端被推出时不断循环。RDE的一个优点是它既可以作为喷气机也可以作为火箭。在低层大气中,空气可以被吸入并被送入通道,但是在太空的真空中,这可以用液氧或一些其他氧化剂代替。

另一个优点是,与其他吸气式发动机不同,RDE可以维持超音速燃烧。大多数其他超音速或高超音速发动机必须在将空气送入燃烧室之前将其减速至亚音速,但在RDE中,空气可以更快的速度进入,从而实现更简单的设计。

目前,没有正常运行的RDE,但美国海军、NASA、Aerojet Rocketdyne、俄罗斯的NPO Energomash公司,以及悉尼大学和国防承包商DefendTex等合作伙伴都致力于构建实际发动机所需的理论模型。悉尼大学的清洁燃烧小组以及DefendTEx和其他国际合作伙伴正在根据澳大利亚政府拨款资助的国际响应空间项目开展工作,为该国的航天工业开发RDE。

在副教授Matthew Cleary的带领下,悉尼大学团队正在研究燃烧在RDE中的工作原理,特别强调计算流体动力学模拟以确定发动机的效率。希望RDE将允许更小、更轻、更便宜的火箭,这些火箭可以将更大的有效载荷发射到轨道,并可能为澳大利亚的第一个主权太空发射能力提供动力。

“自项目启动以来,我们与合作者一起开发了新的计算方法来研究超音速燃烧,这是一个称为爆炸的过程,”Cleary说。“我们对模型旋转爆震发动机模拟的初步结果已经引发了一些关于环形通道中爆炸稳定性的有趣发现,特别是关于设计燃烧室几何形状的重要性,使得爆炸稳定并且火箭推力可以这些信息正在向我们的合作者提供信息,他们现在开始对发动机进行地面测试。

 
« 最後編輯時間: 2021-09-03 15:10:24 由 peter » 已記錄

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« 回覆文章 #1 於: 2019-03-26 12:44:17 »

脈衝爆震發動機:未來航空發動機

https://kknews.cc/zh-tw/military/ov8lmpq.html

包括吸氣式脈衝爆震發動機(PDE)和脈衝爆震火箭發動機(PDRE)兩種類型。

它們的基本工作原理是相同的,區別是

吸氣式PDE從空氣中獲得氧化劑,適用於大氣層內飛行;

而PDRE自帶氧化劑,適用於外層空間飛行

旋轉閥多燃燒室PDE結構示意圖

基於爆震燃燒的發動機可以不用傳統的壓氣機和渦輪部件就能達到對氣體進行壓縮的目的。與一般噴氣發動機相比,它具有以下特點和優點:

(1)由於沒有壓氣機、渦輪等轉動部件,結構簡單、重量輕、推重比大(大於20),是新一代高推重比軍用發動機的理想方案;

(2)等容燃燒(燃燒時容積不變、壓力升高),熱循環效率高,耗油率低,在民用發動機領域也大有用武之地;

(3)工作範圍寬,可在馬赫數0~10、高度0~50公里範圍內飛行;推力可調,推力範圍0.5~5000公斤力。

(4)與衝壓發動機不同,可以在地面靜止狀態起動;

(5)可以使用空氣中的氧氣或自帶氧化劑,能分別以吸氣式發動機或火箭發動機方式工作,可以實現空天往返飛行;

(6)由於採用間歇式循環,壁溫不高,可採用普通材料,製造成本較低。


爆震燃燒的研究最早可追溯到20世紀40年代。但由於這種燃燒過程的非穩態特性的理解以及理論計算和實驗診斷手段的欠缺,因此一直沒能取得突破性進展。20世紀80年代中期,隨著燃燒計算方法和實驗診斷技術的發展,使人們研究實用的PDE推進系統成為可能,PDE的概念進入了實質性發展階段

原文網址:https://kknews.cc/zh-tw/military/ov8lmpq.html

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« 回覆文章 #2 於: 2020-02-19 18:33:21 »

https://technews.tw/2020/02/19/rotating-detonation-engine-spacecraft-rocket-vergeltungswaffe-1/
每發射一次火箭都需要大量燃料,比如過去 NASA 發射一艘太空梭就用了超過 350 萬磅燃料。近年來,有種稱為旋轉爆震發動機的理論火箭發動機,比目前最常見的噴氣發動機還要更省燃料、重量更輕、構造更簡單,而現在,華盛頓大學團隊首次開發出模型來測試這種發動機的性能
旋轉爆震發動機(Rotating Detonation Engine)其實是基於德國二次世界大戰中所研發生產的 V-1(復仇兵器第 1 號,德語:Vergeltungswaffe 1)火箭之升級改良版 

V-1 火箭關鍵在於其後端的脈衝噴射發動機,由一個圓筒組成,一端為排氣管,前面裝了彈簧板,發射過程中空氣流過前緣縫翼(slat)與燃料混合點燃形成脈衝爆震波,前緣縫翼關閉 1 秒鐘後再將導彈向前推進,構造非常簡單,成本也便宜且容易製造,只是脈衝爆震波屬間歇性,因此效率非常低落。

旋轉爆震發動機便因此改良而生,其本質是個薄而空心的氣缸(更具體來說,是 2 個同心氣缸之間的空隙),推進劑在縫隙間流動、並在點火後迅速釋放熱量形成衝擊波猛烈撞擊分子使其壓縮、爆炸,然後衝擊波於環形引擎內無限循環,發動機在更高壓環境下以更高速率燃燒燃料,代表能產生更大推力。

為了理解發動機的工作原理,研究團隊開發了一個實驗性旋轉爆震發動機,雖然測試實驗在 0.5 秒內就完成了,但研究人員利用高速攝影機,以每秒 240,000 幀的速度記錄了整個燃燒過程。

接著研究人員開發了首個數學模型,來模擬旋轉爆震發動機的複雜動力學,可以用來評估相關引擎的性能。雖然這種新型發動機要走出實驗室還有段很長的路,但現在科學家已經有了初步模型,可以分析該如何製造更高效的旋轉爆震發動機。

新論文發表在《物理評論 E》(Physical Review E)期刊。
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« 回覆文章 #3 於: 2020-05-06 09:05:29 »

https://newatlas.com/space/rotating-detonation-engine-ucf-hydrogen-oxygen/
World-first "impossible" rotating detonation engine fires up

https://www.cnbeta.com/articles/science/975147.htm 

佛罗里达一个跟美国空军合作的团队日前宣布,他们已经建立并测试了一个旋转爆震火箭引擎的实验模型,据悉,该引擎利用环形通道内的旋转爆炸来产生超级高效的推力。绝大多数引擎都是通过燃烧而非爆炸来实现其输出目标的。然而燃烧是一个相对缓慢、受控的过程,它由燃料和氧气在高温下的反应产生,作为一种技术,它已经被很好地理解并且已经发展成熟。

而爆炸虽然快速却非常混乱的且很难预测。当需要大范围破坏时,爆炸是一个非常好的选择,但需要精准控制的时候可能就要另当别论了。

不过考虑到当飞船摆脱地球引力进入太空之后,每一克的重量都会让事情变得更加困难和昂贵。跟燃烧相比,爆震能够以更少的燃料释放出更多的能量。因此,60多年来,火箭科学家一直在研究旋转爆震火箭,希望将其作为一种潜在的减轻重量和增加推力的解决方案。
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« 回覆文章 #4 於: 2021-09-03 15:09:28 »

世界第一個「不可能的」旋轉爆震發動機模型測試成功了  https://hssszn.com/archives/71212

他們已經製造並測試了旋轉爆震火箭發動機(rotating detonation rocket engine)的實驗模型,該發動機模型利用環形通道內部的旋轉爆炸來產生超高效推力。大部分的發動機都使用燃燒而不是爆炸來實現輸出。 燃燒是一個相對緩慢且可控的過程,它是由燃料和氧氣在高溫下的反應所導致的,這是一種已廣為人知且成熟的技術。另一方面,爆炸是快速和混亂的,並且難以預測。 爆炸是將炸藥分子的化學鍵分裂(無論是電能還是動能),從而釋放出巨大的能量,以衝擊波的形式破壞那些分子的穩定。 當你要破壞東西時爆炸是很好的選項,但要維持精確的控制就困難得多。不過,當你需要打破地球重力的束縛並進入太空時,每克的重量會使事情變得更加艱鉅和昂貴。 爆炸所釋放的能量遠比燃燒所釋放的能量多,而且使用的燃料也較少許多,因此60多年來,火箭科學家一直致力於將旋轉爆震火箭作為減輕重量和增加推力的潛在方法。

基本上,這樣的裝置是一個圓柱體在另一個更大的圓柱體中,在它們之間有一個間隙和一些小孔或狹縫,爆破燃料混合物可以透過這些小孔或狹縫推動。 某種形式的點燃會在該環形間隙中產生爆震,這會產生將氣體從環形通道的一端推出以產生相反方向推力的氣體。 但它還會產生一個衝擊波,該衝擊波以大約音速五倍的速度在通道周圍傳播,如果在正確的時間與正確的位置添加燃料,該衝擊波可用於維持自我旋轉的方式點燃更多的爆炸。

旋轉爆震發動機是在1950年代由密西根大學的工程師所發想的,它從機械角度講非常簡單,但是事實證明,這種自我傳播的爆炸波很難實現和維持。直到現在, 中佛羅里達大學的一個團隊與美國空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory)的「旋轉爆震火箭發動機」計劃,聲稱已經建立並測試了能運作的實驗室模型。 這是一台3英寸的銅製試驗台,使用氫和氧的混合物作為燃料,這是用於高級火箭引擎的最高性能火箭燃料。

 中佛羅里達大學的機械與航空航天工程學系助理教授Kareem Ahmed表示:「這項研究首次展示了實驗證據,證明旋轉爆震火箭發動機中可以有安全且有效的氫和氧推進劑爆炸。爆炸持續不斷,直到你切斷燃料為止。我們已經測試了200 lbf,而推力會隨著推進劑質量流率線性增加。」

Ahmed表示秘密其實是簡單的調整:「我們必須調整釋放推進劑的射流大小,以增強內部氫氧混合物的混合。因此,當這種新鮮混合物發生旋轉爆炸時,它仍會持續。因為如果成分混合物稍稍掉下,它將容易爆燃或緩慢燃燒而不是引爆。就在幾個月前,許多美國火箭引擎專家公開宣布氫氧爆炸發動機是不可能的。但是,該論文提供了實驗證據,毫無疑問地證明了旋轉爆震火箭發動機中正在發生氧和氫的爆炸。」

該研究的合著者,美國空軍研究實驗室的旋轉爆震火箭發動機計劃負責人William Hargus表示:「這些研究結果已經在國際研究界產生了影響。由於這些結果,現在有幾個計畫正在重新檢查旋轉爆震火箭發動機內的氫爆燃燒。我很榮幸能參與這項高品質的研究。」

Ahmed表示,該發動機的設計正在被評估中,看是否可以取代Aerojet Rocketdyne的RL-10火箭。這目前正在為Atlas V和Delta IV火箭上半部的現代版本而生產中,還有其他版本為了太空探索而開發中,例如OmegA和Vulcan火箭的研發,不過,經過驗證的旋轉爆震火箭發動機可能會改變這一切。美國空軍的目標是在2025年以前進行火箭發射飛行測試,該團隊正在努力實現這目標。

雖然太空推進器是這項研究的主要動力,但高功率和低燃料消耗在其他產業也可能會造成巨大的影響,它在地球上也有潛在的用途。 美國海軍研究實驗室(United States Naval Research Laboratory)在2012年估計,如果旋轉爆震發動機能取代海軍100多艘大型艦船的燃氣渦輪發動機,則每年可為海軍節省20%的燃油費用,即節省15%至20%的費用。 它也可能用於超高音速和超音速飛行,甚至用於發電,Ahmed表示,該設計也有可能作為增壓段發動機,但會需要不同類型的推進劑。
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« 回覆文章 #5 於: 2021-09-03 15:11:04 »

https://technews.tw/2020/02/19/rotating-detonation-engine-spacecraft-rocket-vergeltungswaffe-1/


V-1 火箭關鍵在於其後端的脈衝噴射發動機,由一個圓筒組成,一端為排氣管,前面裝了彈簧板,發射過程中空氣流過前緣縫翼(slat)與燃料混合點燃形成脈衝爆震波,前緣縫翼關閉 1 秒鐘後再將導彈向前推進,構造非常簡單,成本也便宜且容易製造,只是脈衝爆震波屬間歇性,因此效率非常低落。

旋轉爆震發動機便因此改良而生,其本質是個薄而空心的氣缸(更具體來說,是 2 個同心氣缸之間的空隙),推進劑在縫隙間流動、並在點火後迅速釋放熱量形成衝擊波猛烈撞擊分子使其壓縮、爆炸,然後衝擊波於環形引擎內無限循環,發動機在更高壓環境下以更高速率燃燒燃料,代表能產生更大推力。

為了理解發動機的工作原理,研究團隊開發了一個實驗性旋轉爆震發動機,雖然測試實驗在 0.5 秒內就完成了,但研究人員利用高速攝影機,以每秒 240,000 幀的速度記錄了整個燃燒過程。

接著研究人員開發了首個數學模型,來模擬旋轉爆震發動機的複雜動力學,可以用來評估相關引擎的性能。雖然這種新型發動機要走出實驗室還有段很長的路,但現在科學家已經有了初步模型,可以分析該如何製造更高效的旋轉爆震發動機。

新論文發表在《物理評論 E》(Physical Review E)期刊。
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