Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Rotating detonation: History, results, problems

Vasil`ev Anatoly

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 4 (261)

48--60

EN

Among of modern papers devoted to numerical modeling of rotated waves the greater part of papers are based on assumption that such wave propagates with velocity equals to the Chapman-Jouguet velocity of ideal detonation model with plane front. But the experimental velocities of rotated detonation waves, as a rule, are less (and even much less) the velocity of ideal Chapman-Jouguet detonation. Such regimes are named as low-velocity detonation or quasi-detonation and its characteristics are practically not investigated carefully. Moreover, similar to the spinning detonation, the strong connection of velocity of rotated transverse waves with the acoustic waves of reaction products was observed. So the new model with an allowance for the losses of impulse and energy must be used at numerical modeling of RDE and new experimental investigations of regimes with understated velocity must be carried out. In given paper some important aspects of rotated detonation waves and new experimental results are analyzed: the multifront system of rotated waves; correlation of rotation velocity of waves with acoustic characteristics of reaction products; streak-records trajectory of rotated waves on moving film; pressure and temperature profiles of rotating waves; velocity deficit and energy-release.

PL

Wśród współczesnych prac poświęconych numerycznemu modelowaniu fal rotacyjnych większość prac opiera się na założeniu, że fala ta rozchodzi się z prędkością równą prędkości idealnego modelu detonacji z czołem płaskim Chapmana-Jougueta. Ale eksperymentalne prędkości wirujących fal detonacyjnych z reguły są mniejsze (a nawet znacznie mniejsze) od prędkości idealnej detonacji Chapmana-Jougueta. Takie działania nazywane są detonacją z małą prędkością lub quasi-detonacją, a ich charakterystyka nie jest dokładnie zbadana. Ponadto, podobnie jak w przypadku wirującej detonacji, zaobserwowano silny związek prędkości fal poprzecznych z falami akustycznymi produktów reakcji. Tak więc nowy model z uwzględnieniem strat impulsu i energii musi być zastosowany do modelowania numerycznego RDE i należy przeprowadzić nowe badania eksperymentalne o zaniżonej prędkości. W artykule przeanalizowano kilka ważnych aspektów wirujących fal detonacyjnych oraz nowe wyniki eksperymentalne: wieloczłonowy układ fal rotacyjnych; korelacja prędkości rotacji fal z charakterystyką akustyczną produktów reakcji; smuga rejestrująca trajektorię fal wirujących na poruszającej się kliszy; profile ciśnienia i temperatury fal wirujących; deficyt prędkości i uwolnienie energii.

2

Review on the rotating detonation engine and its typical problems

Xie Qiaofeng, Ji Zifei, Wen Haocheng, Ren Zhaoxin, Wolanski Piotr, Wang Bing

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 4 (261)

107--163

EN

Detonation is a promising combustion mode to improve engine performance, increase combustion efficiency, reduce emissions, and enhance thermal cycle efficiency. Over the last decade, significant progress has been made towards the applications of detonation mode in engines, such as standing detonation engine (SDE), Pulse detonation engine (PDE) and rotating detonation engine (RDE), and the understanding of the fundamental chemistry and physics processes in detonation engines via experimental and numerical studies. This article is to provide a comprehensive overview of the progress in the knowledge of rotating detonation engine from the different countries. New observations of injection, ignition, and geometry of combustor, pressure feedback, and combustion modes of RDE have been reported. These findings and advances have provided new opportunities in the development of rotating detonation for practical applications. Finally, we point out the current gaps in knowledge to indicate which areas future research should be directed at.

PL

Detonacja jest obiecującym sposobem spalania w celu poprawy wydajności silnika, zwiększenia wydajności spalania, redukcji emisji i polepszenia wydajności cyklu termicznego. W ostatniej dekadzie dokonano znacznego postępu w kierunku aplikacji trybów detonacji w silnikach, takich jak silnik detonacji stojącej (SDE), pulsacyjny silnik detonacyjny (PDE) i rotacyjny silnik detonacyjny (RDE), a także w celu zrozumienia fundamentalnych procesów chemicznych i fizycznych zachodzących w silnikach detonacyjnych poprzez badania numeryczne i eksperymentalne. Celem niniejszego artykułu jest dostarczenie obszernego przeglądu postępu wiedzy dotyczącej rotacyjnego silnika detonacyjnego z różnych krajów. Przedstawiono nowe obserwacje dotyczące wtrysku paliwa, zapłonu oraz geometrii komory spalania, sprzężenia zwrotnego ciśnienia, sposobów spalania w rotacyjnym silniku detonacyjnym RDE. Odkrycia te oraz postęp w badaniach dostarczyły nowych możliwości w opracowaniu wirującej detonacji dla praktycznych zastosowań. Na koniec wskazaliśmy istniejące obecnie luki w wiedzy w celu wykazania obszarów, na jakie przyszłe badania powinny być ukierunkowane.

3

Numerical modeling of RDE

Folusiak Michal, Swiderski Karol, Wolanski Piotr

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 4 (261)

13--47

EN

The idea of using the phenomenon of rotating detonation to propulsion has its roots in fifties of the last century in works of Adamson et al. and Nicholls et al. at the University of Michigan. The idea was recently reinvented and experimental research and numerical simulations on the Rotating Detonation Engine (RDE) are carried in numerous institutions worldwide, in Poland at Warsaw University of Technology (WUT) since 2004. Over the period 2010-2014 WUT and Institute of Aviation (IOA) jointly implemented the project under the Innovative Economy Operational Programme entitled ‘Turbine engine with detonation combustion chamber’. The goal of the project was to replace the combustion chamber of turboshaft engine GTD-350 with the annular detonation chamber. This paper is focused on investigation of the influence of a geometry and flow conditions on the structure and propagation stability of the rotating detonation wave. Presented results are in majority an outcome of the aforementioned programme, in particular authors’ works on the development of the in-house code REFLOPS USG and its application to simulation of the rotating detonation propagation in the RDE.

PL

Pomysł wykorzystania zjawiska wirującej detonacji do napędu był po raz pierwszy rozważany w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku przez zespoły badawcze Adamsona i Nichollsa na Uniwersytecie Michigan. Badania nad silnikiem z detonacyjną komorą spalania zostały wznowione po blisko 40 latach i dziś prace prowadzone są w wielu jednostkach naukowych na świecie, a w Polsce na Politechnice Warszawskiej od 2004 roku. W latach 2010-2014 Instytut Lotnictwa oraz Politechnika Warszawska wspólnie realizowały projekt w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka ‘Silnik Turbinowy z detonacyjną komorą spalania’. Projekt zakłada zastąpienie komory spalania turbowałowego silnika GTD-350 pierścieniową komorą detonacyjną. Artykuł skupia się na badaniach numerycznych wpływu geometrii oraz parametrów przepływu na strukturę i stabilność propagacji wirującej detonacji. Przedstawione wyniki są w większości wynikiem prac autorów nad rozwojem kodu REFLOPS USG w czasie trwania projektu i koncentruje się na rozwoju i implementacji wysokowydajnych metod symulacji silnika z detonacyjną komorą spalania oraz ich zastosowaniu w symulacjach numerycznych propagacji wirującej fali detonacyjnej w silniku RDE.

4

Temperature measurements in the detonation chamber supplied by air from centrifugal compressor and gaseous hydrogen

Kindracki J.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2017

|

Nr 3 (248)

7--23

EN

In this paper, the experimental results of a detonation chamber fed by air from a centrifugal compressor are presented. The detonation chamber was equipped with many different sensors, mostly thermocouples, which were placed in 11 different positions. The distribution of temperature changes along the chamber and radial temperature profile at the outlet are provided. The results here confirm the existence of high mixture stratification. Such mixture stratifications and temperature profiles may be used as an additional chamber wall cooling method. The experiments performed, address key issues regarding the chamber choking problem caused by turbines. The relationship between the turbine performance and detonation chamber are crucial for proper control of turbine jet engine.

PL

Artykuł przedstawia wyniki eksperymentalne badania komory detonacyjnej zasilanej powietrzem ze sprężarki odśrodkowej. Komora badawcza wyposażona była w liczne czujniki pomiarowe, głównie temperatury, która mierzona była aż w 11 punktach. Dzięki temu możliwe było uzyskanie informacji o zmianach temperatury zachodzących wzdłuż komory a także informację o profilu promieniowym na jej wylocie. Pomiary temperatury potwierdziły istnienie silnego rozwarstwienia mieszaniny w komorze oraz konsekwencji z tego wynikających a także możliwości zastosowania tego faktu, jako uzupełniającą metodę chłodzenia ścianek. Wykonano także badania wpływu dławienia komory poprzez imitator turbiny, co pozwoliło na wyciągnięcie szeregu cennych wniosków przed podłączeniem komory do rzeczywistej turbiny spalinowej. Przeprowadzone badania, a zwłaszcza wyznaczenie temperatury w funkcji współczynnika ekwiwalencji może być bardzo użyteczne przy projektowaniu układu sterowania komorą w sytuacji zainstalowania jej w turbinie spalinowej.

5

Recent research on the rotating detonation at Warsaw University of Technology

Kindracki J.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2016

|

Nr 4 (245)

37--45

EN

The paper describes the recent experimental investigation of detonation in a heterogeneous mixture of kerosene and oxidizer. Research was carried out in two different stands. For research on detonation limits, a number of short test tubes of differing inner diameter were used. Various mixtures of oxygen and nitrogen were used as an oxidant, from pure oxygen to the composition of air. The main goal of the study was to determine the minimum tube diameter required for direct initiation of detonation. From measurements, the pressure courses were obtained for three cases: direct initiation, initiation behind reflected wave and without initiation. The second part of the paper describes experimental research into the initiation and propagation of rotating detonation for heterogeneous kerosene and air mixtures. The research facility with main subsystems and exemplary results are shown and described.

PL

W artykule przedstawiono wybrane badania eksperymentalne wirującej detonacji, prowadzone na Politechnice Warszawskiej. Przedstawiono dwa stanowiska badawcze, na których prowadzono badania procesu detonacji: granic występowania zjawiska detonacji dla mieszaniny ciekłej nafty i utleniacza oraz inicjacji wirowania detonacji w komorze osiowosymetrycznej. Na pierwszym stanowisku, wyznaczono zakres detonacyjności mieszaniny z wykorzystaniem różnych utleniaczy, zaczynając od czystego tlenu a kończąc na powietrzu. Uzyskane wyniki podzielono na trzy zakresy: bezpośredniej inicjacji fali detonacyjnej, inicjacji za falą uderzeniową, odbitą i brak detonacji, jako funkcję składu utleniacza oraz geometrii komory (rury detonacyjnej). W drugiej części opisano proces inicjacji wirującej detonacji w specjalnie zaprojektowanej walcowej, osiowosymetrycznej komorze detonacyjnej, z powietrzem, jako utleniaczem. Pokazano przykładowe eksperymenty oraz potwierdzono występowanie deficytu prędkości, który wynosił nawet 25%.

6

Możliwości rozwoju silników turbinowych z detonacyjną komorą spalania

Wolański P., Kalina P., Balicki W., Rowiński A., Perkowski W., Kawalec M., Łukasik B.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2016

|

Nr 3 (244)

202--214

PL

W artykule zaprezentowano obszerne badania zastosowania wirującej detonacji w silniku turbinowym. Stanowisko badawcze umożliwiało dostarczenie powietrza o wydatku 2,5 kg/s i ciśnieniu 2,5 bara z możliwością jego podgrzewania do ponad 100°C. Wykonano układ zasilania stanowiska paliwem podgrzewanym do 170°C oraz dodatkowo gazowym wodorem. Stanowisko badawcze wyposażone było w układy pomiarowe i sterowania: wydatkiem powietrza i paliwa oraz w system akwizycji danych w tym szybkozmiennych przebiegów cisnień w komorze spalania. Szeroko zakrojone badania wirującej detonacji realizowane były na otwartych i zdławionych komorach spalania oraz po dołączeniu ich do turbowałowego silnika GTD-350. Przedstawiono warunki uzyskania stabilnej detonacji. Stwierdzono, że w przypadku wirującej detonacji w silniku zasilanym gazowym wodorem sprawność cieplna może być podwyższona o 5-7 % w porównaniu do sprawności silnika z deflagracyjną komorą spalania.

EN

Extensive and complex studies of the application of continuously rotating detonation (CRD) to gas turbine are presented. Special installation of high pressure preheated air supply system was constructed which allows to supply air at rate of a few kg/s, preheated to more than 100°C and at initial pressure up to 2,5 bar. Supply system for Jet-A fuel which could be preheated to 170°C was also constructed. Additionally gaseous hydrogen supply system was added to the installation. Also measuring system for controlling air flow and measurements of detonation parameters was installed and data acquisition and control system implemented. Extensive research of conditions in which CRD could be established and supported in open flow detonation chambers, throttled chambers and finally in detonation chambers attached to the GTD-350 gas turbine engine where conducted. Condition for which stable detonation was achieved are presented. It was found that for conditions when the GTD-350 engine was supplied by gaseous hydrogen, thermal efficiency of the engine could be improved even by 5-7% as compare to the efficiency of the base engine.

7

Zintegrowany silnik rakietowo-strumieniowy

Wolański P., Kalina P., Kawalec M.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2014

|

Nr 1 (234) March 2014

104--108

PL

W artykule przedstawiono unikatową koncepcję budowy zintegrowanego silnika rakietowostrumieniowego. Proponowany system napędowy łączy różne tryby pracy tj.: rakietowy, rakietowo-strumieniowy, strumieniowy. Odpowiedni tryb pracy jest włączany w zależności od warunków lotu i realizowanej misji w celu optymalnego wykorzystania zalet poszczególnych układów wytwarzających siłę ciągu. Silnik rakietowy służy do przyspieszenia obiektu do prędkości okołodźwiekowej. Dla zakresu prędkości 1-2 Ma napęd przechodzi w tryb rakietowo-strumieniowy. Następnie układ napędowy przechodzi stopniowo na napęd strumieniowy. Silnik wyposażono w pierścieniową komorę spalania wykorzystującą efekt wirującej detonacji. Silnik taki ma prostą i zwartą konstrukcję dzięki wyeliminowaniu ciężkiego i skomplikowanego zespołu silnika turbinowego.

EN

The article presents a unique concept for the construction of integrated rocket-ramjet engine. The proposed power system combines following operation modes of engine: rocket, rocket-ramjet and ramjet. The appropriate mode of operation is activated depending on flight conditions and undertaken mission in order to optimal utilization of advantages of particular thrust generating systems. Rocket engine is used to accelerate an object to the circum-sound speed. For object speed in range of 1 to 2 Ma the drive changes mode of operation to rocket-ramjet one. Then the driving system gradually undergoes to ramjet mode. Engine is equipped with toroidal combustion chamber which uses effect of rotating detonation. Thanks to elimination of heavy and complex turbine engine assembly the presented engine is distinguished by simple and compact structure.