ИСТИНА

Со ссылкой на работу Я.Б. Зельдовича 1940 года считается, что в импульсных двигателях (ИД) сжигание топлива в детонационной волне Чепмена-Жуге более эффективно, чем при постоянном объеме. В действительности в статье показано, что термодинамический цикл с детонацией Чепмена-Жуге энергетически более эффективен, чем цикл Хамфри. Это следствие того, что энтропия продуктов детонации Чепмена-Жуге меньше, чем у продуктов горения при постоянном объеме. Строго говоря, сравнение термодинамических циклов Хамфри и Зельдовича не имеет прямого отношения к эффективности ИД. Во-первых, оба термодинамических цикла предполагают обратимость процесса расширения. В ИД расширение происходит в процессе истечения продуктов горения с конечной скоростью, то есть в процессе, который не является обратимым, а цикл Зельдовича (его также называют циклом Фикетта-Якобса) неявно предполагает полное использование кинетической энергии продуктов горения. В ИД часть кинетической энергии уносится в окружающее пространство вместе с продуктами детонационного горения. Кроме того, в ИД работа продуктов горения идет не только на перемещение летательного аппарата (ЛА), но и на вытеснение воздуха из рабочего тракта двигателя. Поэтому наряду с работой интерес представляет импульс давления, который определяет приращение скорости ЛА. В работе решается задача истечения продуктов горения из ИД в постановке, которая используется при анализе энергетической эффективности термодинамических циклов. Считается, что в начальный момент камера сгорания уже заполнена продуктами горения при постоянном объеме или продуктами детонации Чепмена-Жуге. В первом случае, условно в «постановке Хамфри», в камере сгорания мгновенно формируется однородное распределение газодинамических параметров. Во втором случае, условно в «постановке Зельдовича», в качестве начального распределения используется точное решение автомодельной задачи о распространении в трубе бесконечно тонкой детонации Чепмена-Жуге. За детонационным фронтом идет центрированная волна разрежения, а у торцевой стенки образуется область постоянных параметров с нулевой скоростью. Задача решается численно. Расчеты выполняются на примере сгорания стехиометрической водородовоздушной смеси. Истечение продуктов горения в окружающее пространство происходит через расширяющееся осесимметричное сопло или трубу, а также через сопло Лаваля при неизменной длине цилиндрической камеры сгорания. При истечении через сопло Лаваля часть продуктов детонации Чепмена-Жуге проходит через ударную волну, отраженную от стенок конвергентной секции сопла, что приводит к росту энтропии газа. Из камеры, таким образом, происходит истечение продуктов некоторого промежуточного режима между горением в детонационной волне Чепмена-Жуге и горением при постоянном объеме. Показано, что в ИД горение при постоянном объеме превосходит детонацию Чепмена-Жуге по импульсу давления и практически не проигрывает по КПД. Оценка эффективности ИД по КПД термодинамического цикла является неинформативной из-за необратимости истечения продуктов горения. Наибольший импульс давления обеспечивает ИД с соплом Лаваля на выходе. Работа выполнена при финансовой поддержке Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 20-51-00003 (Бел_а)).