Непрерывно-детонационные двигатели тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.17, кандидат наук Иванов, Владислав Сергеевич

• Иванов, Владислав Сергеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Иванов, Владислав Сергеевич

Оглавление

Введение

1. Обзор литературы

1.1. Введение

1.2. Математическое моделирование непрерывной детонации

1.3. Экспериментальные исследования непрерывной детонации

1.4. Основные выводы к Главе 1

2. Математическая модель течения

2.1. Физико-математическая модель турбулентного двухфазного реагирующего течения

2.1.1. Уравнения сохранения для контрольного объема

2.1.2. Усредненные уравнения сохранения

2.1.3. Модель турбулентности

2.1.4. Турбулентный перенос

2.1.5. K-s модель турбулентности

2.1.6. Граничные условия

2.1.7. Численное решение усредненных уравнений течения

2.1.8. Физико-математическая модель двухфазного течения

2.1.9. Подмодель прогрева и испарения капли

2.1.10. Подмодель дробления капель WAVE

2.2. Моделирование химических реакций окисления топлива

2.2.1. Введение

2.2.2. Алгоритм метода частиц

2.2.3. Реализация метода частиц

2.3. Глобальные кинетические механизмы

2.3.1. Кинетика окисления водорода

2.3.2. Кинетика окисления метана

2.4. Основные выводы к Главе 2

3. Расчетные и экспериментальные исследования непрерывно-

детонационного горения в ракетных двигателях

3.1. Введение

3.2. Камеры сгорания и экспериментальный стенд

3.3. Математическое моделирование рабочего процесса и тяговых характеристик ракетного двигателя, работающего на смеси природный газ -кислород

3.4. Экспериментальные исследования и оценка тяговых характеристик непрерывно-детонационного ракетного двигателя, работающего на смеси водород-кислород

3.5. Экспериментальные исследования и оценка тяговых характеристик непрерывно-детонационного ракетного двигателя, работающего на смеси природный газ -кислород

3.5.1. Введение

3.5.2. Результаты испытаний для смеси газообразных природного газа и кислорода

3.5.3. Результаты испытаний для смеси сжиженного природного газа и кислорода

3.5.4. Выводы

3.6. Основные выводы к Главе 3

4. Расчетные и экспериментальные исследования непрерывно-

детонационного горения топливно-воздушных смесей

4.1. Математическое моделирование рабочего процесса и тяговых характеристик водородно-воздушной детонационной камеры сгорания ИГиЛ СО РАН

4.1.1. Введение

4.1.2. Постановка задачи

4.1.3. Результаты расчетов

4.1.4. Выводы

4.2. Математическое моделирование рабочего процесса водородно-воздушной непрерывно-детонационной камеры сгорания с повышением полного давления

4.2.1. Введение

4.2.2. Постановка задачи

4.2.3. Результаты расчетов

4.2.4. Выводы

4.3. Камера сгорания ИХФ РАН

4.3.1. Экспериментальный стенд

4.3.2. Камера сгорания КНД400

4.3.3. Система регистрации

4.4. Математическое моделирование рабочего процесса и тяговых характеристик водородно-воздушной непрерывно-детонационной камеры сгорания ИХФ РАН

4.4.1. Введение

4.4.2. Постановка задачи

4.4.3. Сравнение с экспериментом

4.4.4. Исследование влияния геометрии камеры сгорания и состава смеси на тяговые характеристики

4.4.5. Выводы

4.5. Экспериментальные исследования водородно-воздушной непрерывно-детонационной камеры сгорания

4.5.1. Результаты экспериментов для НДКС со смесителем А

4.5.2. Измерения тяги

4.5.3. Результаты экспериментов со смесителем Б

4.5.4. Выводы

4.6. Результаты экспериментов водород-жидкий пропан-воздух

4.7. Основные выводы к Главе 4

5. Расчетные и экспериментальные исследования непрерывно -

детонационного прямоточного воздушно-реактивного двигателя

5.1. Численное проектирование облика детонационного прямоточного воздушно-реактивного двигателя

5.1.1. Введение

5.1.2. Постановка задачи

5.1.3. Результаты расчетов

5.1.4. Тяговые характеристики: определения

5.1.5. Влияние конфигурации двигателя

5.1.6. Влияние расчетной сетки

5.1.7. Влияние конечного времени смешения

5.1.8. Выводы

5.2. Экспериментальные исследования рабочего процесса и тяговых характеристик непрерывно-детонационного прямоточного воздушно-реактивного двигателя в аэродинамической трубе «Транзит-М»

5.2.1. Введение

5.2.2. Описание установки

5.2.3. Результаты испытаний

5.2.4. Выводы

5.3. Экспериментальные исследования рабочего процесса и тяговых характеристик непрерывно-детонационного прямоточного воздушно-реактивного двигателя в аэродинамической трубе АТ-303

5.3.1. Введение

5.3.2. Описание установки

5.3.3. Результаты испытаний

5.3.4. Выводы

5.4. Основные выводы к Главе 5

Основные результаты и выводы

Список сокращений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Непрерывно-детонационные двигатели»

Введение

Актуальность темы исследования. В настоящее время сильно возрос интерес к использованию детонационного горения в энергетических установках различного направления. В частности, использование непрерывно-детонационных камер сгорания (НДКС) рассматривается как один из возможных путей повышения эффективности газотурбинных, ракетных и прямоточных двигателей. Активно ведется разработка вычислительных методик, позволяющих существенно сократить затраты при проектировании силовых установок с НДКС и определить перспективные области применения НДКС в силовых установках нового поколения. Также ведется широкий спектр экспериментальных работ по решению фундаментальных и конструкторских проблем, возникающих при создании таких КС.

Цели и задачи исследования. Основной целью исследования являлось теоретическое и экспериментальное доказательство энергоэффективности НДКС в ракетных, турбореактивных и прямоточных двигателях. Для этого было необходимо разработать прогностическую трехмерную математическую модель с учетом смешения компонент топливной смеси. После проверки математической модели путем сравнения результатов расчетов с известными экспериментальными данными использовать модель для проектирования и оптимизации непрерывно-детонационных двигателей. Исследование включало следующие задачи:

(1) Разработать и проверить на известных экспериментальных данных модель горения с учетом смешения компонент горючей смеси для моделирования процессов горения в НДКС;

(2) Спроектировать экспериментальный стенд и образцы НДКС для испытаний образцов детонационных ракетных двигателей (ДРД). Экспериментально доказать энергоэффективность детонационного цикла сжигания топлива

(цикла Зельдовича) по сравнению с традиционным циклом сжигания при постоянном давлении. С использованием разработанной математической модели провести оптимизацию образцов ДРД для получения максимальных тяговых характеристик.

(3) Спроектировать экспериментальный стенд и макет-демонстратор НДКС для турбореактивного двигателя. Теоретически и экспериментально исследовать влияние непрерывно-детонационного рабочего процесса на входе и выходе камеры сгорания.

(4) С использованием трехмерной физико-математической модели разработать облик прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) с НДКС. Разработать и испытать экспериментальный образец ПВРД в аэродинамических трубах со свободным обдувом сверхзвуковым потоком и получить тяговые характеристики двигателя.

Научная новизна. В диссертации (1) разработана уникальная физико-математическая модель сжимаемого двухфазного реагирующего течения, основанная на методе Монте-Карло для описания турбулентно-молекулярного смешения компонент горючей смеси и химических реакций. Модель проверена путем прямого сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными для НДКС различной конструкции. Разработанная модель успешно используется для проектирования и оптимизации камер сгорания нового типа, работающих на разных горючих; (2) спроектированы изготовлены и испытаны экспериментальные образцы НДКС для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), турбореактивных и прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ТРД и ПВРД), работающие на топливных парах водород-кислород, природный газ-кислород, сжиженный природный газ-кислород, водород-воздух, водород-жидкий пропан-воздух; (3) впервые экспериментально доказано, что термодинамический цикл Зельдовича с непрерывно-детонационным горением является более эффективным, чем термодинамический цикл с непрерывным

горением той же смеси при прочих равных условиях; (4) впервые экспериментально получен высокий удельный импульс тяги ДРД на земле (до 270 с) при давлении в камере сгорания, вдвое меньшем, чем в традиционном ЖРД; (5) впервые доказано, что НДКС можно использовать в турбореактивных и турбовальных двигателях, предусмотрев простые устройства-изоляторы для предотвращения влияния пульсаций параметров течения на компрессор и турбину; (6) на основе многовариантных трехмерных расчетов доказана возможность создания детонационного ПВРД со сверхзвуковым горением водорода в НДКС оригинальной конструкции. Такой детонационный ПВРД может иметь высокую положительную эффективную тягу при скорости полета с числом Маха 5 на высоте 20 км; (7) впервые в мире проведены испытания детонационного ПВРД в условиях обдува воздухом с числом Маха от 4 до 8 и с температурой торможения 300 и 1500 К. Доказана возможность реализации устойчивого НД процесса в камере сгорания такого двигателя и достижения положительной эффективной тяги при удельном импульсе не менее 3300 с по топливу.

Теоретическая и практическая значимость работы. Созданная в диссертации физико-математическая модель позволяет значительно снизить затраты на проектирование традиционных и детонационных камер сгорания ЖРД, ТРД и ПВРД. Разработаны схемы энергоэффективных детонационных камер сгорания, доказывающих перспективность использования детонационного горения, при проектировании реактивных двигателей следующего поколения. Показана возможность создания энергоэффективного ПВРД с НДКС оригинальной конструкции позволяющего обеспечивать полет с числом Маха до 8 с положительной эффективной тягой. Результаты работы стали основой широкой научно-технической кооперации с предприятиями промышленности АО «ОДК-Климов», ОКБ им. А. Люльки, ГНЦ ФГУП

«ЦИАМ им П.И. Баранова, ПАО ТМКБ «Союз», ИТПМ СО РАН и др. организациями АО «ОДК» и АО «КТРВ».

Методы исследования. В основе физико-математической модели лежат фундаментальные уравнения сохранения массы, количества движения и энергии для вязкого, сжимаемого турбулентного реагирующего течения. Уравнения дополнены подсеточной моделью горения, основанной на методе Монте-Карло и включающую модельные уравнения химической кинетики. Для экспериментального исследования НДКС и образцов двигателей с НДКС созданы экспериментальные стенды и образцы двигателей с оригинальной системой регистрации рабочего процесса, основанной на использовании ионизационных зондов, датчиков пульсаций давления и оптических методов регистрации.

Положения, выносимые на защиту.

(1) Физико-математическая модель с учетом конечных скоростей молекулярного смешения и скорости химических превращений;

(2) Результаты расчетов рабочего процесса в НДКС ДРД, работающего на топливной паре «природный газ-кислород»;

(3) Результаты испытаний НДКС ДРД, работающего на топливной паре «водород-кислород», доказывающие энергоэффективность детонационного цикла сжигания топлива;

(4) Результаты испытаний ДРД, работающего на топливной паре «природный газ-кислород» и «сжиженный природный газ-кислород», показывающие возможность создания ЖРД оригинальной конструкции с высокими тяговыми характеристиками при значительном уменьшении давления в КС по сравнению с ЖРД традиционной конструкции;

(5) Результаты трехмерных расчетов по оптимизации геометрии водородно-воздушной НДКС;

(6) Результаты испытаний крупномасштабной НДКС, работающей на топливной паре «водород-воздух» и тройной смеси «водород-жидкий пропан-воздух»;

(7) Результаты трехмерных расчетов по созданию облика ПВРД с НДКС оригинальной конструкции с оценкой его тяговых характеристик;

(8) Результаты испытаний ПВРД с НДКС в аэродинамических трубах со свободным обдувом сверхзвуковым потоком с числом Маха от 4 до 8 с температурой торможения 300 и 1500К и регистрацией тяговых характеристик.

Степень достоверности полученных результатов. Физико-математическая модель проверена путем прямого сравнения расчетных и экспериментальных данных, в том числе полученных в исследованиях, представленных в этой работе. Результаты экспериментов и испытаний НДКС различной конструкции подтверждены известными в литературе данными. Экспериментальные данные, полученные с использованием новых методик регистрации, проверены независимыми методами регистрации, в том числе визуальными методами с использованием высокоскоростных видеокамер. Измерения тяги экспериментальных образцов двигателей проводились после калибровки тяговых столов с использованием аттестованного датчика усилия.

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинарах и научных конференциях отдела горения и взрыва ИХФ РАН (2012-2018 г. Москва); на научных сессиях НИЯУ МИФИ (20122015, г. Москва); на УП-Х Международных коллоквиумах по импульсной и непрерывной детонации ICPCD (2010, 2016 г. Санкт - Петербург, Россия; 2012, г. Будва, Республика Черногория; 2014, г. Пушкин, Россия); на Симпозиуме по горению и взрыву СОМВЕХ (2013, г. Рамзау, Австрия); на Минских международных коллоквиумах по физике ударных волн, горения и детонации

(2013 и 2015, г. Минск, Беларусь), XXV конференции «Высокоэнергетические процессы в механике сплошной среды» (2017 г., Новосибирск, Россия).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 72 печатных работ. Статей, опубликованных в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК - 24.

Личный вклад автора. Соискатель принимал непосредственное участие в разработке физико-математической модели, постановке задач, проведении расчетов, их обработке и анализе результатов. Лично автором разработаны стенды и экспериментальные образцы НДКС, проведены их испытания, обработка и анализ экспериментальных данных.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, формулировки основных результатов и выводов, списка сокращений и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 288 страницах и содержит 183 рисунка, 22 таблицы и библиографию из 153 наименований.

1. Обзор литературы

В данной главе приведен анализ отечественной и зарубежной литературы по численным методикам расчета непрерывной детонации и по экспериментальным исследованиям непрерывно-детонационного горения, в том числе в составе газотурбинных двигателей и прямоточных воздушно -реактивных двигателей.

1.1. Введение

Существует два режима распространения фронта реакции горения в пространстве. Реакция, вызванная небольшим местным источником зажигания в условиях, далеких от условий самовоспламенения горючей смеси, распространяется в режиме медленного горения: самоподдерживающегося непрерывного процесса распространения пламени со скоростью ип, который также называют дефлаграцией. Скорость ип много меньше скорости звука, поэтому такое горение происходит почти при постоянном давлении.

Наряду с дефлаграционным горением существует и механизм быстрого распространения фронта реакции называемой детонацией. Маляр и Ле-Шателье (1881), а также Бертело и Вьей (1881) открыли явление детонации, причем это произошло гораздо позже начала исследований медленного горения. Детонация в трубе, заполненной реакционноспособной смесью, обычно возникает, если организовать быстрое местное выделение достаточно большого количества энергии. Фронт детонационной волны (ДВ) представляет собой сильную ударную волну, нагревающую газ до высокой температуры, при которой в очень узкой зоне протекает химическая реакция с выделением теплоты. За этой зоной продукты реакции постепенно расширяются.

В 1940 г. Я. Б. Зельдович предложил использовать в энергетических установках быстрое детонационное горение [1] в качестве альтернативы обычному медленному горению и показал, что термодинамическая

эффективность цикла с детонационным горением превышает эффективность не только цикла с горением при постоянном давлении, но и эффективность цикла горения при постоянном объеме.

Сегодня известны две основные схемы организации детонационного сжигания горючей смеси: в периодических детонационных волнах, бегущих вдоль камеры сгорания (КС) (импульсно-детонационные КС) [2]-[8], и в ДВ, непрерывно циркулирующих в КС (непрерывно-детонационные камеры сгорания - НДКС).

Схема с импульсно-детонационными КС в настоящее время рассматривается при разработке энергоэффективных энергетических установок ([9], [10]), ПВРД ([11]-[14]) и ракетных двигателей малой тяги ([15]-[20]). По оценкам, полученным в расчетных и экспериментальных работах [21]-[27], воздушно-реактивные двигатели с импульсно-детонационными КС имеют максимальную эффективность для дозвуковых скоростей полета, однако и для условий сверхзвукового полета возможно достижение положительной эффективной тяги.

Основные ограничения импульсно-детонационных КС связаны с наличием в них подвижных частей и ограничений, связанных со скважностью рабочего процесса. Схема с НДКС лишена данных недостатков ввиду непрерывного рабочего процесса и в настоящее время считается наиболее перспективной для дальнейшего совершенствования ГТД, ЖРД и ПВРД.

В 1959 г. Б.В. Войцеховский впервые показал возможность организации сжигания горючей смеси в непрерывно-детонационном режиме в плоском кольцевом канале [28] (плоскорадиальная НДКС). В работах [28] и [29] фронт детонационной волны непрерывно распространялся в одном направлении вдоль окружности кольцевого канала 1 (см. Рис. 1). Свежая газовая смесь поступала в КС в радиальном направлении, а продукты детонации удалялись из КС через внешний кольцевой канал. Регистрация детонации в кольцевом зазоре

производилась через верхнюю стеклянную стенку КС. После прохождения фронта ДВ мимо одной из точек кольца сгоревшая смесь немедленно начинает оттесняться вновь поступающей смесью, которая занимает область кольцевого клина с вершиной за фронтом и с основанием, совпадающим с тем же фронтом в случае одноголовой детонации и с фронтом, распространяющимся позади первого, при наличии нескольких фронтов, идущих в одном направлении. Диаметр канала подбирался таким, чтобы за время одного оборота ДВ или группы волн смесь успевала обновляться.

1

Стекло /

(1 ¥ 1= 1т1- )

1

> г > /

Свежая смесь Продукты детонации

Рис. 1 . Принципиальная схема установки по наблюдению непрерывной

детонации [28] и [29].

Плоскорадиальная конструкция НДКС, имеет ряд конструктивных ограничений, поэтому в настоящее время в основном рассматриваются кольцевые цилиндрические НДКС. Чтобы понять, как работает цилиндрическая камера сгорания, рассмотрим принципиальную схему ГТД с НДКС (Рис. 2). Камера сгорания представляет собой кольцевой канал, образованный стенками двух коаксиальных цилиндров одинаковой длины. Подача компонентов горючего в кольцевой зазор осуществляется через форсуночную головку, ограничивающая камеру сгорания с одной стороны. Продукты детонации выходят с другой стороны КС и попадают на лопатки направляющего аппарата и турбины.

Рис. 2. Непрерывно-детонационная камера сгорания.

Организовать горение в такой камере сгорания можно по схеме Войцеховского, когда смесь сгорает в детонационных волнах, бегущих в одном (тангенциальном) направлении вдоль днища кольцевого канала. В этом случае ДВ сжигает горючую смесь, вновь поступившую в камеру сгорания в «хвосте» за передней волной или за время своего оборота по окружности кольцевого канала.

В детонационной волне горение топливной смеси происходит в режиме самовоспламенения. Так как сжигание топливной смеси происходит за фронтом лидирующей ударной волны при повышенном давлении, термодинамический КПД цикла повышается на 10-15% по сравнению с циклом горения при постоянном давлении [1]. В настоящее время активно ведется разработка детонационных камер сгорания для повышения энергетической эффективности воздушно-реактивных, ракетных двигателей и промышленных силовых установок.

Впервые режим детонационного сгорания в кольцевой цилиндрической КС был получен в работе [30]. Камера сгорания была изготовлена из оргстекла,

имела длину L = 100 мм и вклеенную внутрь камеры кварцевую трубку диаметром d = 40 мм (см. Рис. 3). В экспериментах использовалась ацетилено-кислородная или метанокислородная смесь. В [30] было обнаружено, что число ДВ в установившемся режиме росло с увеличением расхода газа, а количество волн устанавливалось самопроизвольно. Скорость ДВ в кольцевом зазоре была меньше скорости ДВ, распространяющейся в трубе, например, в эксперименте с метанокислородной смесью, видимая скорость детонации составила D = 14001900 м/с. Пониженная скорость детонации в цилиндрическом зазоре объяснялась боковой разгрузкой детонационной волны в полуограниченном пространстве камеры сгорания.

В статье [31] было исследовано влияние геометрии НДКС на режимы непрерывно-детонационного сжигания ацетилено-, метано- и пропано-кислородных смесей. Было показано, что пересжатие кольцевого зазора на выходе из КС с уменьшением площади выходного сечения в 4 раза приводило к затуханию ДВ в метанокислородной смеси и переходу рабочего процесса в КС к режиму с акустическим вибрационным горением. В экспериментах с ацетиленокислородной смесью наблюдался процесс с несколькими встречными ДВ, периодически отражавшимися друг от друга. Отметим, что максимальная длительность экспериментов в [31] составляла 0.3 с.

р>

¡1

Рис. 3. Схема цилиндрической камеры сгорания для исследования непрерывной детонации [30].

В работе [32] предложена принципиальная схема ТРД, изображенная на Рис. 4, и проведен качественный анализ использования детонации в ТРД. Для повышения эффективности ТРД предлагалось использовать детонацию для дополнительного сжатия ТВС, а тепловые потоки, идущие из камеры 4 в 3 (см. Рис. 4) использовать для повышения эффективности цикла Брайтона, на котором работает камера 3. В результате, после тщательного теоретического исследования, автор [32] пришел к выводу, что использование детонации в ТРД нецелесообразно.

1 - Вход 5 - Смесительная камера

2 - Компрессор 6 - Турбина

3 - Камера сгорания 7 - Сопло

4 - Детонационная камера

Рис. 4. Схема турбореактивного двигателя [32].

В работе [33] ИГиЛ СО РАН впервые реализован устойчивый непрерывно-детонационный процесс сжигания ТВС в камере дискообразной формы. В непрерывно-детонационном режиме сжигались смешанные с воздухом водород, метан и распылы жидких керосина и дизельного топлива. Однако, непрерывную детонацию керосин - воздух и дизельное топливо -воздух удалось реализовать только при обогащении воздуха кислородом. В [33] было показано, что за счет вращательного движения топливной смеси можно значительно повысить давление на периферии камеры сгорания при этом снижая порог возбуждения детонации.

На Рис. 5 показана схема непрерывно-детонационной КС [34]. Геометрия этой камеры использовалась для проверки математической модели,

разработанной в этой диссертационной работе. Кольцевая камера сгорания представляла собой канал диаметром с1с = 3 06 мм, длиной Ьс = 65 5 мм и шириной Л = 2 3 мм . Воздух поступал в КС из коллектора через кольцевую щель шириной 5 = 1, 2, 3 или 10 мм, а ацителен - через форсунку с равномерно расположенными по окружности НДКС попарно встречными каналами общей площадью см на расстоянии мм вниз по потоку от щели подачи

воздуха под углом 45°. Увеличение расхода компонентов смеси повышало давление в камере и расширяло область существования непрерывной детонации. Детонационные волны с большей скоростью возникали при истечении воздуха в камеру сгорания через щели 5 = 2 и 3 мм, а структура ДВ практически не нарушалась даже при дозвуковом истечении воздуха. Подача воздуха через зазоры с 5 = 1 и 10 мм не обеспечивали достаточной степени перемешивания и скорость ДВ уменьшалась.

Рис. 5. Схема цилиндрической КС для исследований непрерывной

детонации ТВС [34].

В [35] (см. Рис. 6) проведены эксперименты, в которых определена область существования непрерывной детонации ацетилено-воздушной и водородно-воздушной смесей в зависимости от давления в коллекторе воздуха, давления в КС и противодавления. Вблизи пределов существования непрерывно-детонационного режима горения начинали проявляться нерегулярность ДВ и их ослабление, а также возрастала роль выгорания смеси в турбулентном пламени на контактной границе между свежей смесью и

продуктами горения. В ряде экспериментов показано, что при хорошем смесеобразовании наблюдалась стабильность скорости ДВ и их структуры в широком диапазоне составов топливной смеси. Непрерывно-детонационный рабочий процесс в смесях пропан - воздух и керосин - воздух удалось реализовать в данной КС только при обогащении воздуха кислородом в массовом соотношении [02]:[№] = 1:1.

В [36] реализованы режимы непрерывной спиновой и радиальной пульсирующей детонации угольно-воздушной смеси с добавками водорода в плоскорадиальной НДКС (менее 5% к расходу угля и 1% к расходу воздуха).

Анализ экспериментальных работ [28]-[36] и других работ по исследованию непрерывно-детонационного горения в кольцевых и дисковых НДКС [37]-[56] показывает, что для применения таких КС в практических энергопреобразующих устройствах нет никаких фундаментальных ограничений. Например, в [38] показано, что использование НДКС вместо обычной КС с дефлаграционным горением, позволяет увеличить удельный импульс детонационного ракетного двигателя (ДРД) по сравнению с обычным ЖРД на 13%-15%. При этом снижаются требования к давлению за турбонасосным агрегатом и уменьшаются размеры камеры сгорания и сопла.. Отметим, что автор диссертации выполнял часть расчетных работ, представленных в [38], а результаты этих расчетов будут описаны в главе 3.

Горючее . Электродетонатор

Рис. 6. Схема осесимметричной цилиндрической КС для исследований непрерывной детонации ТВС [9].

Несмотря на термодинамическое преимущество детонационного цикла сжигания топлива остается большое количество вопросов связанных с переходными режимами горения и стабилизацией непрерывно-детонационного режима горения в различных горючих смесях. Для выделения определяющих устойчивость непрерывно-детонационного горения факторов и выхода на практические рекомендации по проектированию таких камер сгорания, необходимо привлечение самых современных численных методов решения задач газовой динамики, включающих модели микросмешения компонент горючей смеси и современных подходов к описанию химических реакций.

1.2.Математическое моделирование непрерывной детонации

Первые вычислительные модели, для исследования рабочего процесса в кольцевых НДКС были основаны на двумерных уравнениях течения невязкого нетеплопроводного реагирующего газа [57]. В этих расчетах кольцевая камера сгорания «разрезается» по образующей, параллельной оси камеры, и «разворачивается» на плоскость (см. Рис. 7), а на образованных боковых границах (у = 0, 1) используются периодические граничные условия. Двумерное приближение существенно упрощает картину течения, исключая из рассмотрения дифракцию ДВ на искривленных поверхностях камеры сгорания и многие другие эффекты, связанные с конструкцией входных устройств. Однако такие вычислительные методики позволяют исследовать структуру ДВ, изучить основные закономерности рабочего процесса в НДКС, выделить определяющие параметры процесса и оценить тяговые характеристики реактивного двигателя. В настоящее время двумерные расчеты, как правило, используются для экспресс-анализа перспективности использования НДКС выбранной геометрии и для поиска путей снижения термодинамических потерь. Например, в [58] с помощью двумерных невязких расчетов доказано, что рабочий процесс в НДКС соответствует термодинамическому циклу Я.Б. Зельдовича.

Современные вычислительные технологии основаны на трехмерных уравнениях течения в НДКС. В [59]-[88] разработаны вычислительные методики, основанные на трехмерных уравнениях Эйлера. В [59] использован эффективный метод динамического сгущения расчетной сетки в областях с большими градиентами параметров течения. Основной недостаток технологий [59]-[68] - это использование уравнений течения невязкого нетеплопроводного газа, что исключает возможность моделирования процессов смешения топливных компонентов и горения вещества на контактной границе свежей смеси с продуктами детонации. Например, в [57] расчеты проводятся на основе уравнений Эйлера для гомогенных газовых смесей.

(а) (б)

Рис. 7. Схема кольцевой камеры сгорания (а) и область численного

решения задачи (б) [57].

В [67], как и в [57], приведены результаты двумерных расчетов с периодическими граничными условиями (Рис. 8). Следует иметь в виду, что периодические граничные условия могут порождать «паразитные» (имеющие численную природу) решения, что впервые показано С.А. Жданом в ИГиЛ СО РАН [52].

В другой расчетной работе [68] потоки массы, количества движения и энергии интегрировались по пространству методом WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory - Взвешенный Существенно Монотонный) пятого порядка, а по времени - методом Рунге-Кутта второго порядка. В [68] в своих расчетах авторы использовали структурированную сетку с очень большим количеством расчетных ячеек (несколько миллионов).

Рис. 8. Расчетная область [67].

В расчетно-экспериментальной работе [89] авторы исследовали влияние кривизны канала на структуру и распространение детонации. На Рис. 9 показаны результаты расчетов [89] где видно, что размер детонационной ячейки в окрестности внешней стенки меньше, чем в окрестности внутренней стенки. Таким образом, было показано, что кривизна канала имеет существенное влияние на устойчивость детонационной волны. В работе [90] показано, что кривизна канала НДКС должна обязательно учитываться. На Рис. 10 ([90]) отчетливо видна дифракция ДВ на внутренней и внешней стенках кольцевого зазора.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Иванов, Владислав Сергеевич, 2018 год

Список литературы

[1] Зельдович Я.Б. К вопросу об энергетическом использовании

детонационного горения // Журнал технической физики. - 1940. - Т. 10. -N. 17. - C. 1453-1461.

[2] Kailasanath K. Review of Propulsion Applications of Detonation Waves // The

American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal. - 2000. - V. 38. -N. 9. - P. 1698-1708.

[3] Kailasanath K., Recent Developments in the Research on Pulse Detonation

Engines // The American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal. -2003. - V. 41. - N. 2. - P. 145-159.

[4] Bazhenova T.V., Golub V.V. Use of Gas Detonation in a Controlled Frequency

Mode (Review) // Combustion, Explosion, and Shock Waves. - 2003. - V. 39. -N. 4. - P. 365-381.

[5] Nikolaev Yu.A., Vasil'ev A.A., Ul'yanitskii B.Yu. Gas Detonation and its

Application in Engineering and Technologies (Review) // Combustion, Explosion, and Shock Waves. - 2003. - V. 39. - N. 4. - P. 382-410.

[6] Roy G.D, Frolov S.M., Borisov A.A., Netzer D.W. Pulse Detonation Propulsion:

Challenges, Current Status, and Future Perspective // Progress in Energy Combustion Science. - 2004. - V. 30. - N. 6. - P. 545-672.

[7] Kasahara J., Matsuo A., Endo T. // Nagare. - 2007. - V. 26. - P. 205-213.

[8] Kailasanath K. Research on Pulse Combustion Systems - A Status Report // 47th

AIAA Aerospace Sciences Meeting. - 2009. - N. AIAA 2009-631.

[9] Frolov S.M. Natural-gas-fueled pulse-detonation combustor // Journal of

Propulsion and Power. - 2014. - V. 30. - N. 1. - P. 41-46.

[10] Фролов С.М., Аксенов В.С., Авдеев К.А., Борисов А.А., Иванов В.С., Коваль А.С., Медведев С.Н., Сметанюк В.А., Фролов Ф.С., Шамшин И.О. Циклический переход горения в детонацию в проточной камере сгорания

импульсно-детонационного горелочного устройства // Химическая физика.

- 2013. - Т. 32. - N. 3. - С. 39-43.

[11] Frolov S.M. Liquid-fueled air-breathing pulse detonation engine demonstrator // Journal of Propulsion and Power. - 2006. - N. 6. - P. 1162-1169.

[12] Remeev N.Kh, Vlasenko V.V., Khakimov R.A. Numerical and experimental investigation of detonation initiation in a cylindrical duct / Deflagrative and Detonative Combustion. Ed. By G. Roy, S. Frolov // Moscow: Torus Press, 2010.

- P. 313-328. - 520 P.

[13] Фролов С.М., Аксенов В.С. Переход горения в детонацию в керосино-воздушной смеси // Доклады академии наук. - 2007. - Т. 416. - N. 3. -С. 356-359.

[14] Зангиев А.Э., Иванов В.С., Фролов С.М. Тяговые характеристики воздушно-реактивного импульсного детонационного двигателя в условиях сверхзвукового полета на разных высотах // Химическая физика. - 2013. -Т. 32. - N. 5. - С. 1-14.

[15] Morris C.I. Numerical Modeling of Singe-Pulse Gasdynamics and Performance of Pulse Detonation Rocket Engines // Journal of Propulsion and Power. - 2005.

- V. 21. - N. 3. - P. 527-538.

[16] Kasahara J., Hirano M., Matsuo A., Daimon Y., Endo T. Thrust Measurement of a Multicycle partially Filled Pulse Detonation Rocket Engine // Journal of Propulsion and Power. - 2009. - V. 25. - N. 6. - P. 1281-1290.

[17] Kasahara J., Hasegawa A., Nemoto T., Yamaguchi H., Yajima T., Kojima T. Performance Validation of a Single-Tube Pulse Detonation Rocket System // Journal of Propulsion and Power. - 2009. - V. 25. - N. 1. - P. 173-180.

[18] Morozumi T., Sakamoto R., Kashiwazaki T., Matsuoka K., Takagi S., Kasahara J., Matsuo A., Funaki I. Study on a Rotary-Valved Four-Cylinder Pulse Detonation Rocket: Thrust Measurement by Ground Test // 52nd AIAA Aerospace Sciences Meeting. - 2014. - N. AIAA 2014-1317.

[19] Matsuoka K., Takagi S., Kasahara J., Morozumi T., Kashiwazaki T., Fujiwara Y., Matsuo A., Funaki I. A Study of Hollow Cathode Discharge Characteristics // 52nd AIAA Aerospace Sciences Meeting. - 2014. - N. AIAA 2014-1319.

[20] Фролов С. М., Аксенов В. С., Иванов В. С. Экспериментальная демонстрация рабочего процесса в импульсно-детонационном жидкостном ракетном двигателе // Химическая физика. - 2011. - Т. 30. - N. 8. - С. 58-61.

[21] Endo T., Kasahara J., Matsuo A., Inaba K., Sato S., Fujiwara T. Pressure History at the Thrust Wall of a Simplified Pulse Detonation Engine // The American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal. - 2004. - V. 42. - N. 9. -P. 1921-1930.

[22] Schauer F., Stutrud J., Bradley R. Detonation initiation studies and performance results for pulsed detonation engine applications // 39th AIAA Aerospace Sciences Meeting - 2011. - N. AIAA 2001-1129.

[23] Talley D.G., Coy E.B. Constant Volume Limit of Pulsed Propulsion for a Constant у Ideal Gas // Journal of Propulsion and Power. - 2002. - V. 18. - N. 2.

- p. 400-406.

[24] Wintenberger E., Shepherd J.E. Model for the Performance of Airbreathing Pulse-Detonation Engines // Journal of Propulsion and Power. - 2006. - V. 22. -N. 3. - P. 593-603.

[25] Harris P.G., Stowe R.A. Ripley R.C., Guzik S.M. Pulse Detonation Engine as a Ramjet Replacement // Journal of Propulsion and Power. - 2006. - V. 22. - N. 2.

- P. 462-473.

[26] Ma F., Choi J.-Y., Yang V. Propulsive Performance of Airbreathing Pulse Detonation Engines // Journal of Propulsion and Power. - 2006. - V. 22. - N. 6.

- P. 1188-1203.

[27] Kojima, T., Kobayashi H. // Uchu-Gizyutsu. - 2005. - V. 4. - P. 35-42.

[28] Войцеховский Б.В. Стационарная детонация // Доклады Академии наук СССР. - 1959. - Т. 129. - N. 6. - С. 1254-1256.

[29] Войцеховский Б.В. Спиновая стационарная детонация // Журнал прикладной механики и технической физики. - 1960. - Т. 1. - N. 3. - С. 157164.

[30] Быковский Ф.А., Клопотов И.Д., Митрофанов В.В. Спиновая детонация газов в цилиндрической камере // Доклады Академии наук СССР. - 1975. -Т. 224. - N. 5. - C. 1038-1041.

[31] Быковский Ф.А., Митрофанов В.В. Детонационное сжигание газовой смеси в цилиндрической камере // Физика горения и взрыва. - 1980. - Т. 16. - N. 5.

- С. 107-117.

[32] Wortman A. Detonation Wave Compression in Gas Turbines // Final contactor report. NASA-CR-179557. - 1986. - 77 P.

[33] Быковский Ф.А., Митрофанов В.В., Ведерников Е.Ф. Непрерывное детонационное сжигание топливно-воздушных смесей // Физика горения и взрыва. - 1997. - Т. 33. - N. 3. - C. 120-131.

[34] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Спиновая детонация топливно-воздушной смеси в цилиндрической камере // Доклады Академии наук. - 2005. - Т. 400. - N. 3. - С. 1-3.

[35] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Непрерывная спиновая детонация топливно-воздушных смесей // Физика горения и взрыва. - 2006.

- Т. 42. - N. 4. - С. 1-9.

[36] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф., Жолобов Ю.А. Непрерывная и пульсирующая детонация угольно-воздушной смеси // Доклады Академии наук. - 2010. - Т. 431. - N. 2. - С. 188-190.

[37] Аксенов В. С., Гусев П. А., Иванов В. С., Фролов С. М., Шамшин И. О. Экспериментальные исследования непрерывного детонационного горения водорода в кольцевой камере сгорания / Третий Минский международный коллоквиум по физике ударных волн, горения и детонации. Тезисы докладов // Минск: ИТМО НАН Беларуси, 2013. - С. 7.

[38] Чванов В.К., Фролов С.М., Стернин Е.Л. Жидкостный детонационный ракетный двигатель // Труды НПО Энергомаш. - 2012. - N. 29. - С. 4-14.

[39] Фролов С.М., Аксенов В.С., Гусев П.А., Иванов В.С., Медведев С.Н., Шамшин И.О. Экспериментальное доказательство энергоэффективности термодинамического цикла Зельдовича // Доклады Академии наук. - 2014. - Т. 459. - N. 6. - С. 711-716.

[40] Фролов С.М., Аксенов В.С., Иванов В.С. Экспериментальная демонстрация рабочего процесса в импульсно-детонационном жидкостном ракетном двигателе // Химическая физика. - 2011. - Т. 30. - N. 8. - С. 58-61.

[41] Фролов С.М., Аксенов В.С., Дубровский А.В., Зангиев А.Э., Иванов В.С., Медведев С.Н., Шамшин И.О. Хемиионизационная и акустическая диагностика рабочего процесса в непрерывно-детонационных и импульсно-детонационных камерах сгорания // Доклады Академии наук. - 2015. -Т. 465. - N. 1. - С. 62-67.

[42] Аксенов В.С., Гусев П.А., Иванов В.С., Медведев С.Н., Фролов С.М., Шамшин И.О. Экспериментальные исследования непрерывного детонационного горения водорода в кольцевой камере сгорания / Горение и взрыв. Под ред. С.М. Фролова. Вып. 7. // Москва: Торус Пресс, 2014. -С. 121-128. - 504 С.

[43] Фролов С.М., Аксёнов В.С., Дубровский А.В., Иванов В.С., Шамшин И.О. Энергоэффективность непрерывно-детонационных камер сгорания // Физика горения и взрыва. - 2015. - Т. 51. - N. 2. - С. 102-117.

[44] Михайлов В.В., Топчиян М.Е. К исследованиям непрерывной детонации в кольцевом канале // Физика горения и взрыва. - 1965. - Т. 2. - N. 4. - С. 2023.

[45] Фролов С.М., Аксенов В.С., Гусев П. А., Иванов В.С., Медведев С.Н., Шамшин И.О. Экспериментальные исследования стендовых образцов малоразмерных ракетных двигателей с непрерывно-детонационными

камерами сгорания // Физика горения и взрыва. - 2015. - Т. 8. - N. 1. -С. 151-163.

[46] Frolov S.M., Aksenov V.S., Ivanov V.S., Shamshin I.O. Large-scale hydrogen-air continuous detonation combustor // International Journal of Hydrogen Energy. - 2015. - V. 40. - P. 1616-1623.

[47] Hishida M., Fujiwara T., Wolanski P. Fundamentals of rotating detonations // Shock Waves. - 2009. - V. 19. - N. 1. - P. 1-10.

[48] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Реализация и моделирование непрерывной спиновой детонации водородокислородной смеси в камерах проточного типа 1. Камеры кольцевой цилиндрической геометрии // Физика горения и взрыва. - 2009. - Т. 45. - N. 5. - С. 111-123.

[49] Быковский Ф. А., Ведерников Е. Ф. Исследование непрерывной спиновой детонации водородокислородных смесей. 3. Методики измерения параметров потока и структура течения в камерах сгорания различной геометрии // Физика горения и взрыва. - 2008. - Т. 44. - N. 4. - С. 87-97.

[50] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Реализация и моделирование непрерывной спиновой детонации водородокислородной смеси в камерах проточного типа. 2. Камеры с расширением кольцевого канала // Физика горения и взрыва. - 2009. - Т. 45. - N. 6. - С. 1-14.

[51] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Непрерывная детонация в режиме автоколебательной подачи окислителя. 1. Окислитель-кислород // Физика горения и взрыва. - 2010. - Т. 46. - N. 3. - С. 116-124.

[52] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Реактивная тяга при непрерывной детонации в режиме эжекции воздуха // Физика горения и взрыва. - 2013. - Т. 49. - N. 2. - С. 71-79.

[53] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Непрерывная детонация в режиме нестационарной эжекции окислителя // Доклады Академии наук. -2009. - Т. 424. - N. 1. - С. 40-42.

[54] Быковский Ф. А., Ждан С. А., Ведерников Е. Ф. Непрерывная детонация в режиме автоколебательной подачи окислителя. 2. Окислитель - воздух // Физика горения и взрыва. - 2011. - Т. 47. - N. 2. - С. 1-9.

[55] Wang Y. H., Wang J. P., Shi T. Y., Liu Y. S., Li Y. S., Li Y. Discovery of breathing phenomena in continuously rotating detonation // Procedia Engineering. - 2013. - V. 67. - P. 188-196.

[56] Быковский Ф. А., Ждан С. А., Ведерников Е. Ф. Непрерывная детонация в режиме эжекции воздуха. Область существования // Физика горения и взрыва. - 2011. - Т. 47. - N. 3. - С. 1-6.

[57] Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Математическое моделирование вращающейся волны детонации в водородно-кислородной смеси // Физика горения и взрыва. - 2007. - Т. 43. - N. 4. - C. 90-101.

[58] Kailasanath K., Schwer D.A. Towards modeling exhaust gas emissions from rotating detonation engines / Transient combustion and detonation phenomena: Fundamentals and applications. Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov // Moscow: Torus Press, 2014. - P. 436-441. - 696 P.

[59] Eude Yo., Davidenko D. Simulation of Continuous Detonation in H2-O2 Mixture Using Adaptive Mesh Refinement / Transient combustion and detonation phenomena: Fundamentals and applications. Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov // Moscow: Torus Press, 2014. - P. 454-463. - 696 P.

[60] Wolanski P. Detonative propulsion // Proceedings of The Combustion Institute. - 2013. - V. 34. - N. 1. - P. 125-158.

[61] Dan W., Yan L., Yusi L., Jianping W. Numerical investigations of the restabilization of hydrogen-air rotating detonation engines // International Journal of Hydrogen Energy. - 2014. - V. 39. - N. 28 - P. 15803-15809.

[62] Uemuraa Yu., Hayashi A.K., Asahara A., Tsuboi N.,Yamada E. Transverse wave generation mechanism in rotating detonation // Proceedings of The Combustion Institute. - 2013. - V. 34. - N. 2. - P. 1981-1989.

[63] Davidenko D.M., Gokalp I., Kudryavtsev A.N. Numerical simulation of continuous detonation in a layer of hydrogen-oxygen mixture with periodic conditions / Deflagrative and Detonative Combustion. Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov // Moscow: Torus Press, 2010. - P. 27-36. - 520 P.

[64] Davidenko D.M., Gokalp I., Kudryavtsev A.N. Numerical study of the continuous detonation wave rocket engine // 15th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. - 2008. -N. AIAA 2008-2680.

[65] Kindracki J., Wolanski P., Gut Z. Experimental research on the rotating detonation in gaseous fuels-oxygen mixtures // Shock Waves. - 2011. -V. 21. -N. 2. - P. 75-84.

[66] Schwer D.A., Kailasanath K. Numerical investigation of the physics of rotating-detonation-engines // Proceedings of The Combustion Institute. - 2010. - V. 33.

- N. 2. - P. 2195-2202.

[67] Hishida M., Fujiwara T., Wolanski P. Fundamentals of rotating detonations // Shock Waves. - 2009. - V. 19. - N. 1. - P. 1-10.

[68] Ye-Tao S., Meng L., Jian Ping W. Numerical investigation of rotating detonation engine propulsive performance // Combustion Science and Technology. - 2010.

- V. 182. - N. 11-12. - P. 1586-1597.

[69] Фролов С.М., Дубровский А.В., Иванов В.С. Трехмерное численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания с непрерывной детонацией // Химическая физика. - 2012. - Т. 31. - N. 3. - С. 32-45.

[70] Фролов С.М., Дубровский А.В., Иванов В.С. Трехмерное численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания с непрерывной детонацией при раздельной подаче горючего и окислителя // Химическая физика. - 2013. - Т. 32. - N. 2. - С. 56-65.

[71] Frolov S.M., Dubrovskii A.V., Ivanov V.S. Three-dimensional numerical simulation of a continuously rotating detonation in the annular combustion

chamber with a wide gap and separate delivery of fuel and oxidizer // 5TH European conference for aeronautics and space sciences. Munich. Germany. -2013. - N. 197.

[72] Дубровский А. В., Иванов В. С., Фролов С. М. Трехмерное численное моделирование рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания с раздельной подачей водорода и воздуха // Химическая физика. -2015. - Т. 34. - N. 2. - С. 65-81.

[73] Kailasanath K., Schwer D.A. Towards modeling exhaust gas emissions from rotating detonation engines // 25th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. - 2015. - N. 75.

[74] Folusiak M., Swiderski K., Kindracki J., Kobiera A., Lukasik B., Wolanski P. Improving accuracy and performance of rotating detonation engine simulations // 5TH European conference for aeronautics and space sciences. Munich. Germany.

- 2013. - N. 525.

[75] Zhou R., Wan J.P. Numerical investigation of shock wave reflections near the head ends of rotating detonation engines // Shock Waves. - 2013. - V. 23. - N. 5.

- p. 461-472.

[76] Shi-Jie L., Zhi-Yong L., Wei-Dong L., Wei L. and Ming-Bo S. Experimental and three-dimensional numerical investigations on H2/air continuous rotating detonation wave // Proceesings of the Institution of Mechanical Engineers Part G: Journal of Aerospace Engineering. - 2012. - V. 227. - N. 2. - P. 326-341.

[77] Shi-Jie L., Zhi-Yong L., Ming-Bo S., Wei-Dong L. Thrust Vectoring of a Continuous rotating detonation engine by changing the local injection pressure // Chinese Physics Letters. - 2011. - V. 28. - N. 9. - P. 094704.

[78] Lu F. K., Braun E. M., Massa L., Wilson D. R. Rotating detonation wave propulsion: experimental challenges, modeling, and engine concepts // Journal of Propulsion and Power. - 2014. - V. 30. - N. 5. - P. 1125-1142.

[79] Pan Z., Fan B., Zhang X., Gui M., Dong G. Wavelet pattern and self-sustained mechanism of gaseous detonation rotating in a coaxial cylinder // Combustion and Flame. - 2011. - V. 158. - N. 11. - P. 2220-2228.

[80] Driscoll R., Aghasi P., George A., Gutmark E. J. Three-dimensional numerical investigation of reactant injection variation in a H2/air rotating detonation engine // International Journal of Hydrogen Energy. - 2016. - V. 41. - N. 9. - P. 51625175.

[81] Gaillard T., Davidenko D., Dupoirieux F. Numerical optimisation in non-reacting conditions of the injector geometry for a continuous detonation wave rocket engine // Acta Astronautica. - 2015. - V. 111. - P. 334-344.

[82] Schwer D., Kailasanath K. Fluid dynamics of rotating detonation engines with hydrogen and hydrocarbon fuels // Proceedings of the Combustion Institute. -2013. - V. 34. - N. 2. - P. 1991-1998.

[83] George A. St., Randall S., Anand V., Driscoll R., Gutmark E. Characterization of initiator dynamics in a rotating detonation combustor // Experimental Thermal and Fluid Science. - 2016. - V. 72. - P. 171-181.

[84] Rui Z., Dan W., Jianping W. Progress of continuously rotating detonation engines // Chinese Journal of Aeronautics. - 2016. - V. 29. - N. 1. - P. 15-29.

[85] Driscoll R., George A. St., Gutmark E. J. Numerical investigation of injection within an axisymmetric rotating detonation engine // International Journal of Hydrogen Energy. - 2016. - V. 41. - N. 3. - P. 2052-2063.

[86] Xin-Meng T., Jianping W., Ye-Tao S. Three-dimensional numerical investigations of the rotating detonation engine with a hollow combustor // Combustion and Flame. - 2015. - V. 162. - N. 4. - P. 997-1008.

[87] Meng L., Shuang Z., Jianping W., Yifeng C. Parallel three-dimensional numerical simulation of rotating detonation engine on graphics processing units // Computers & Fluids. - 2015. - V. 110. - P. 36-42.

[88] Tsuboi N., Watanabe Y., Kojima T., Hayashi A.K. Numerical estimation of the thrust performance on a rotating detonation engine for a hydrogen-oxygen mixture // Proceedings of the Combustion Institute. - 2015. - V. 35. - N. 2. -P. 2005-2013.

[89] Xudong Z., Baochun F., Zhenhua P., Mingyue G. Experimental and Numerical Study on Detonation Propagating in an Annular Cylinder // Combustion Science and Technology. - 2012. - V. 184. - N. 10. - P. 1708-1712.

[90] Yetao S., Meng L., Jianping W. Continuous Detonation Engine and Effects of Different Types of Nozzle on Its Propulsion Performance // Chinese Journal of Aeronautics. - 2010. - V. 23. - N. 6. - P. 647-652.

[91] Ждан С.А. Математическое моделирование непрерывной спиновой детонации в кольцевой камере сгорания при сверхзвуковой скорости потока // Физика горения и взрыва. - 2008. - Т. 44. - N. 6. - С. 83-91.

[92] Ждан С.А., Рыбников А.И. Непрерывная детонация в сверхзвуковом потоке водородокислородной смеси // Физика горения и взрыва. - 2014. -Т. 50. - N. 5. - С. 63-74.

[93] Kojima T. Research on HST and Hypersonic Engine in JAXA // Proceedings ICDP. - 2012.

[94] Фудживара Т., Хишида, М. Киндрацки Ж., Волански П. Стабилизация детонации при любом входящем числе Маха // Физика горения и взрыва. -2009. - Т. 45. - N. 5. - С. 108-110.

[95] Shijie L., Weidong L., Luxin J., Zhiyong L. Propagation characteristics of continuous rotating detonation wave under different temperature air // 25th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. - 2015. - N. 157.

[96] Chao W., Weidong L., Shijie L., Luxin J., Zhiyong L. // 25th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. - 2015. -N. 154.

[97] Быковский Ф.А., Ждан С.А. Современное состояние исследований непрерывной детонации топливовоздушных смесей // Физика горения и взрыва. - 2015. - Т. 51. - N. 1. - С. 31-46.

[98] Быковский Ф.А., Ждан С.А. Непрерывная спиновая детонация // Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013. - 423 C.

[99] Nicholls J.A., Cullen R.E. The Feasibility of a Rotating Detonation Wave Rocket Motor // Report N. RPL-TDR-64-113, The University of Michigan, 1964.

[100] Zitoun R., Gamezo V., Guerraud C., Desbordes D. Experimental Study on the Propulsive Efficiency of Pulsed Detonation // 21st International Symposium on Shock Waves. - 1997. - N. 8292.

[101] Wilson D.R., Lu F.K. Summary of Recent Research on Detonation Wave Engines at UTA // International Workshop on Detonation for Propulsion, Pusan, Korea, November 14-15, 2011.

[102] Kobiera A., Srwiderski K., Folusiak M., Wolanski P. Reflops - a New Parallel CFD code for Reactive Euler Flow Simulation // Archivum Combustionis. -2009. - V. 29. - N. 3-4. - P. 111-152.

[103] Nicholls J.A., Cullen R.E., Ragland K.W. Feasibility studies of a rotating detonation wave rocket motor // Journal of Spacecraft and Rockets. - 1966. -V. 3. - N. 6. - P. 893-898.

[104] Wolanski P. Development of the continuous rotating detonation engines / Deflagrative and Detonative Combustion. Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov // Moscow: Torus Press, 2010. - P. 395-406. - 520 P.

[105] Kindracki J., Fujiwara T., Wolanski P. An experimental study of small rotating detonation engine / Pulsed and Continuous Detonations. Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov, J. Sinibaldi // Moscow: Torus Press, 2006. - P. 332-338. - 376 P.

[106] Kindracki J., Kobiera A., Wolanski P. Experimental and numerical research on rotating detonation in small rocket engine model // Combustion Engines. - 2009. - N. 2009-SC2.

[107] Wolanski P. Detonation engines // Journal of Kones. - 2011. - N. 3. - P. 515521.

[108] Kindracki J., Kobiera A., Wolanski P., Gut Z., Folusiak M., Swiderski K. Experimental and numerical study of the rotating detonation engine in hydrogen-air mixture / Progress in Propulsion Physics. Ed. by L. DeLuca, C. Bonnal, O. Haidn, S. Frolov // Moscow: Torus Press, 2011. - V. 2. - P. 555582. - 864 P.

[109] Kindracki J., Wolanski P., Gut Z. Experemental research on the rotating detonation in gaseous fuels-oxygen mixtures // Shock Waves. - 2011. - V. 21 N. 2. - P. 75-84.

[110] Falempin F., Daniau E., Getin N., Bykovskii F.A., Zhdan S. Toward a Continuous Detonation Wave Rocket Engine Demonstrator // 14th AIAA/AHI Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. - 2006. -N. AIAA 2006-7956.

[111] Davidenko D., Jouot F., Kudryavtsev A., Dupre G., Gokalp I., Daniau E., Falempin F. Continuous detonation wave engine studies for space application / Progress in Propulsion Physics. Ed. by L.T. DeLuca, C. Bonnal, O. Haidn, S.M. Frolov // Moscow: Torus Press, 2009. - V. 1. - P. 353-366. - 172 P.

[112] Zitoun R., Desbordes D. PDE and RDE Studies at PPRIME // Detonation Wave Propulsion Workshop. - 2011.

[113] Le Naour B., Falempin F., Miquel F. Recent Experimental Results Obtained on Continuous Detonation Wave Engine // Detonation Wave Propulsion Workshop. - 2011.

[114] Bracken R. Pressure Gain Combustor Development at United Technologies // Detonation Wave Propulsion Workshop. - 2011.

[115] Davidenko D.M., Gokalp I., Kudryavtsev A.N. Numerical Study of the Continuous Detonation Wave Rocket Engine // 15th AIAA International Space

Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. - 2008. -N. AIAA 2008-2680.

[116] Davidenko D., Eude Y., Gokalp I., Falempin F. Theoretical and Numerical Studies on Continuous Detonation Wave Engines // Detonation Wave Propulsion Workshop. - 2011.

[117] Daniau E., Falempin F., Getin N., Bykovskii F.A., Zhdan S.A. Detonative propulsion / Deflagrative and Detonative Combustion. Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov // Moscow: Torus Press, 2010. - P. 445-456. - 520 P.

[118] Falempin F. Continuous detonation wave engine // Lecture Series held at the von Karman Institute. - 2007. - N. RT0-EN-AVT-150.

[119] Braun E.M., Lu F.K., Wilson D.R., Camberos J.A. Airbreathing Rotating Detonation Wave Engine Cycle Analysis // 46th AIAA/ASME/SAE/ ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. - 2010. - N. AIAA 2010-7039.

[120] Braun E.M., Lu F.K., Wilson D.R., Camberos J.A. Detonation Engine Performance Comparison Using First and Second Law Analyses // 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. - 2010. -N. AIAA 2010-7040.

[121] Yamada T., Hayashi A.K., Yamada E., Tsuboi N., Tangirala V.E., Fujiwara T. Numerical Analysis of Threshold of Limit Detonation in Rotating Detonation Engine // 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace. - 2010. - N. AIAA 2010-153.

[122] Schwer D.A., Kailasanath K. Numerical Study of the Effects of Engine Size on Rotating Detonation Engines // 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. - 2011. -N. AIAA 2011-581.

[123] Lu F.K., Braun E.M., Massa L., Wilson D.R. Rotating Detonation Wave Propulsion: Experimental Challenges, Modeling, and Engine Concepts // 47th

AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. - 2011. -N. AIAA 2011-6043.

[124] Braun E.M., Dunn N.L., Lu F.K. Testing of a Continuous Detonation Wave Engine with Swirled Injection // 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. - 2010. -N. AIAA 2010-146.

[125] Tsuboi N., Yamada T., Hayashi A.K., Yamada E. Three-Dimensional Simulation on a Rotating Detonation Engine: Three-Dimensional Shock Structure // 4th International Symposium on Energetic Materials and their Applications. - 2011.

[126] Uemura Y., Hayashi A.K., Asahara M., Tsuboi N., Yamada E. Transverse wave generation mechanism in rotating detonation // Proceedings Combustion Institute. - http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2012.06.184.

[127] Chao Wang, Weidong Liu, Shijie Liu, Luxin Jiang, Zhiyong Lin. Experimental Verification of Air-breathing Continuous Rotating Detonation Fueled by Hydrogen // International Journal of Hydrogen Energy. - 2015. - V. 40. - N. 30. - P. 9530-9538.

[128] Shijie Liu, Weidong Liu, Yi Wang, Zhiyong Lin. Free jet test of continuous rotating detonation ramjet engine // 21st AIAA International Space Planes and Hypersonics Technologies Conference. - 2017. - N. AIAA-2017-2282.

[129] FIRE Users Manual Version v2008 // Graz: AVL List GmbH, 2008.

[130] Иванов В.С. Математическое моделирование перехода горения в детонацию во взрывчатых газовых смесях / Диссертация кандидата физико-математических наук // Москва: Институт Химической Физики им. Н.Н. Семенова РАН. - 2011.

[131] Dukowicz, J.K. Quasi-steady droplet change in the presence of convection // Report Los Alamos Scientific Laboratory. - 1979. - N. LA7997-MS.

[132] Lee C.H., Reitz R.D. An experimental study of the effect of gas density on the distortion and breakup mechanism of drops in high speed gas stream // International Journal of Multiphase Flow. - 2000. - V. 26. - N. 2. - P. 229-244.

[133] Ranz W.E., Marshall, W.R. Evaporation from droplets, parts I & II // Chemical Engineering Progress. - 1952. - V. 48. - N. 4. - P. 173-180.

[134] Reitz R.D. Mechanism of Atomization Processes in High Pressure Vaporizing Spray // Atomization and Spray Technology. - 1987. - V. 3. - N. 4. - P. 309-337.

[135] Иванов В.С., Фролов С.М. Математическое моделирование распространения пламени в гладких трубах и трубах с регулярными препятствиями // Пожаровзрывобезопасность. - 2010. - Т. 19. - N. 1. -C. 14-19.

[136] Frolov S.M., Ivanov V.S. Combined Flame Tracking - Particle method for numerical simulation of deflagration-to-detonation transition / Deflagrative and Detonative Combustion. Ed. G. Roy, S. Frolov. // Moscow: Torus Press, 2010. -P. 133-156. - 520 P.

[137] Иванов В.С., Басевич В.Я., Фролов С.М. Модель горения газов с выделением фронта пламени / В сб. XIV Симпозиум по горению и взрыву. Тезисы докладов // Черноголовка: Из-во ИПХФ РАН, 2008. - C. 73.

[138] Беляев А.А., Басевич В.Я., Фролов Ф.С., Фролов С.М., Басара Б., Суффа М. База данных для характеристик ламинарного горения н-гептана / Горение и взрыв. Под ред. С.М. Фролова. // Москва: Торус Пресс, 2010. -N. 3. - С. 30-37. - 344 С.

[139] Басевич В.Я., Беляев А.А., Фролов С.М. «Глобальные» кинетические механизмы ламинарных пламен для моделирования турбулентных реагирующих течений. Ч.1. Основной химический процесс тепловыделения // Химическая физика. - 1998. - T. 17. - N. 9. - С. 112-128.

[140] Rose M., Roth P., Frolov S.M., Neuhaus M.G., Klemens R. Lagrangian approach for modeling two-phase turbulent reactive flows / Advanced

Computation & Analysis of Combustion. Ed. By G.D. Roy, S.M. Frolov, P. Givi // Moscow: ENAS Publ., 1997. - Р. 175-195.

[141] Басевич В.Я., Фролов С.М. Кинетика «голубых» пламен при газофазном окислении и горении углеводородов и их производных // Успехи химии. -2007. - Т. 76. - N. 9. - C. 927-944.

[142] Левин В., Коробейников В. Сильный взрыв в горючей смеси газов // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. - 1969. -N. 6. - С. 48-48.

[143] Басевич В.Я., Беляев А.А., Посвянский В.С., Фролов С.М. Механизмы окисления и горения нормальных парафиновых углеводородов: переход отС1-С10 к C11-C16 // Химическая физика. - 2013. - Т. 32. - N. 4. - С. 1-10.

[144] Pope S.B. CEQ: A Fortran library to compute equilibrium compositions using Gibbs function continuation // 2003. - http://eccentric.mae.cornell.edu/ -pope/CEQ.

[145] Басевич В.Я., Фролов С.М. Глобальные кинетические механизмы для моделирования многостадийного самовоспламенения углеводородов в реагирующих течениях // Химическая физика. - 2006. - Т. 25. - N. 6. -C. 54-62.

[146] Фролов С.М., Дубровский А.В., Иванов В.С. Трехмерное численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания с непрерывной детонацией // Химическая физика. - 2012. - Т. 31. - N. 3. - С. 32-45.

[147] Иванов В.С., Аксёнов В.С., Фролов С.М., Шамшин И.О. Экспериментальные исследования стендового образца ракетного двигателя с непрерывно-детонационным горением смеси природного газа с кислородом // Горение и взрыв. - 2016. - Т. 9. - N. 2. - C. 51-64.

[148] Белов, Е.А., Богушев В.Ю., Клепиков И.А., Смирнов A.M. Результаты экспериментальных работ в НПО Энергомаш по освоению метана как компонента топлива для ЖРД // Труды НПО Энергомаш имени Академика

В.П. Глушко. Москва: НПО Энергомаш имени Академика В.П. Глушко. -2000. - Т. 18. - С. 86-89.

[149] Flemming W.J. // Institute of Electrical and Electronics Engineers Sensors Journal. - 2001. - V. 1. - N. 4. - P. 296-308.

[150] Lee JHS, Knystautas R, Freiman A. High speed turbulent deflagrations and transition to detonation in H2 air mixtures // Combustion and Flame. - 1984. -V. 56. - N. 2. - P. 227-239.

[151] Zel'dovich Ya.B., Borisov A.A., Gelfand B.E., Frolov S.M., Mailkov A.E. Nonideal detonation waves in rough tubes // Progress in Austronautics and Aeronautics Series. - 1988. - V. 114. - P. 211-231.

[152] Звегинцев В.И. Газодинамические установки кратковременного действия. Часть 1. Установки для научных исследований // Новосибирск: Издательство Параллель, 2014. - 552 C.

[153] Vlasenko V.V., Shiryaeva A.A. Numerical simulation of nonstationary propagation of combustion along a duct with supersonic flow of a viscid gas // Journal Aerospace Engineering. - 2012. - V. 227. - N. 3. - P. 480-492.