alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.08.059-073alternative-2468Research ArticleII. НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭКОНОМИКА. 10. Взрывная энергетика. 10-7-0-0 Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волныII. NONRENEWABLE ENERGY. 10. Explosion energy. 10-7-0-0 Extremal state of matter. Detonation. Shock wavesИсследование способов воздействия на процесс горения в эжекторном пульсирующем воздушно-реактивном двигателе с целью улучшения его удельных показателейIn an ejector pulse jet engine in order to improve its specific performanceМигалинК. В.MigalinK. V.

Мигалин Константин Валентинович - кандидат технических наук, генеральный директор НПФ «Ротор».

445143, Самарская обл., Тольятти, Ставропольский р-н, с. Подстёпки, ул. Родины, 32

Konstantin V. Migalin - Ph. D. of Engineering Sciences, General Manager SPC «Rotor».

445143, Samara region, Tolyatti, Stavropol microdistrict, village Podstepki, Rodiny str., 32

БойчукИ. П.BoychukI. P.

Бойчук Игорь Петрович - кандидат технических наук, доцент, генеральный директор ООО «Сигматек».

191119, Санкт-Петербург, ул. Днепропетровская, дом 33, литера А

Igor P. Boychuk - Ph. D. of Engineering Sciences, Associate Professor, General Manager LLC «Sigmatek».

191119, St. Petersburg, Dnepropetrovskaya str., building 33 A

ГринекА. В.GrinekA. V.

Гринек Анна Владимировна – кандидат технических наук, доцент, инженер-конструктор ООО «Сигматек».

191119, Санкт-Петербург, ул. Днепропетровская, дом 33, литера А

Anna V. Grinek - Ph. D. of Engineering Sciences, Associate Professor, Design Engineer LLC «Sigmatek».

191119, St. Petersburg, Dnepropetrovskaya str., building 33 A

Научно-производственная фирма «РОТОР»РоссияResearch and production company «ROTOR»Russian FederationОбщество с ограниченной ответственностью «Сигматек»РоссияLimited Liability Company «Sigmatek»Russian Federation202425082024085973Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20242024Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2468

Проблема исследования рабочего цикла пульсирующего воздушно-реактивного двигателя важна в контексте возникновения вибрационного горения, а также перехода горения в детонацию. Характеристики ПуВРД с детонационным горением должны быть значительно выше характеристик воздушно-реактивных двигателей. В статье представлены результаты поиска способов повышения удельных показателей бесклапанного эжекторного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. Приводятся результаты огневых испытаний двигателей с частичной конверсией исходного топлива и генерацией в процессе рабочего цикла пероксидов и активных центров, получаемых во время протекания холоднопламенных реакций. В результате экспериментов получено смещение зон горения в двигателе вниз по течению в область рециркуляционной зоны. Проведенное численное моделирование показало приемлемое для инженерных расчетов совпадение с экспериментом. Получено увеличение реактивной тяги двигателя за счет частичной конверсии топлива и сдвига зоны воспламенения. Переход горения в детонацию приводит к значительному снижению ресурса двигателя. Обсуждаются полученные результаты и новый метод воздействия на рабочий процесс, основанный на сдвиге зоны горения. Показано, что увеличение скорости горения топливовоздушной смеси приводит к смене механизма акустической обратной связи.

The problem of studying the operating cycle of a pulse jet engine is important in the context of the occurrence of vibration combustion, as well as the transition of combustion to detonation. The characteristics of a detonation-combustion pulse jet engine should be significantly higher than the characteristics of air-breathing jet engines. The article presents the results of a search for ways to increase the specific performance of a valveless ejector pulse jet engine. The results of fire tests of engines with partial conversion of the original fuel and generation during the operating cycle of peroxides and active centers obtained during cold-flame reactions are presented. As a result of the experiments, a displacement of the combustion zones in the engine downstream into the region of the recirculation zone was obtained. The numerical modeling performed showed agreement with experiment acceptable for engineering calculations. An increase in engine jet thrust was obtained due to partial fuel conversion and a shift in the ignition zone. The transition of combustion to detonation leads to a significant reduction in engine life. The results obtained and a new method of influencing the work process based on a shift in the combustion zone are discussed. It is shown that an increase in the combustion rate of the air-fuel mixture leads to a change in the acoustic feedback mechanism.

бесклапанный эжекторный ПуВРДпульсирующее горениеконверсия топливавибрационное горениеакустическая обратная связьvalveless ejector pulse jet enginepulsating combustionfuel conversionvibration combustionacoustic feedbackReferencesРаушенбах Б. В. Вибрационное горение. – Москва: Физматгиз, 1961.Rauschenbach B. V. Vibrational Combustion. – Moscow: Fizmatgiz, 1961.Неустойчивость горения в ЖРД / под ред. Д. Т. Харрье и Ф. Г. Рирдона. – Москва: Мир, 1975.Combustion Instability in Liquid Rocket Engines / edited by D. T. Harrier and F. G. Reardon. - Moscow: Mir, 1975.Нестационарное распространение пламени / под ред. Дж. Г. Маркштейна. – Москва: Мир 1968.Non-stationary Flame Propagation / edited by J. G. Markshteyn. – Moscow: Mir 1968.Stonik O. G.; Geshele V. D.; Kovalev S. A. et al. Vibratory Combustion, Problems and Investigation Methods. J Eng Phys Thermophy, 2022, 95, 1282-1289. https://doi.org/10.1007/s10891-022-02595-8Stonik O. G.; Geshele V. D.; Kovalev S. A. et al. Vibratory Combustion, Problems and Investigation Methods. J Eng Phys Thermophy, 2022, 95, 1282-1289. https://doi.org/10.1007/s10891-022-02595-8Mothilal T., Raj Kamal M. D., Ragothaman G., Sanjeevi D. Design of Compound Pulse – Jet Engine, International Research Journal ofAutomotive Technology, 2018, 1(2), 16-21.Mothilal T., Raj Kamal M. D., Ragothaman G., Sanjeevi D. Design of Compound Pulse - Jet Engine, International Research Journal of Automotive Technology, 2018, 1(2), 16-21.Buyakofu, V.; Matsuoka, K.; Matsuyama, K. Flight Demonstration of Pulse Detonation Engine Using Sounding Rocket S-520-31 in Space. Journal of Spacecraft and Rockets. 2022, 60. 1-9. http://dx.doi.org/10.2514/1.A35394.Buyakofu, V.; Matsuoka, K.; Matsuyama, K. Flight Demonstration of Pulse Detonation Engine Using Sounding Rocket S-520-31 in Space. Journal of Spacecraft and Rockets. 2022, 60. 1-9. http://dx.doi.org/10.2514/1.A35394.Фролов С. М., Аксенов В. С., Иванов В. С., Шамшин И. О., Набатников С. А. Бросковые испытания беспилотного летательного аппарата с прямоточным воздушно-реактивным импульсно-детонационным двигателем // Горение и взрыв. – 2019. – Т. 12, № 1. – С. 63-72.Frolov S. M., Aksenov V. S., Ivanov V. S., Shamshin I. O., Nabatnikov S. A. Throw tests of an unmanned aerial vehicle with a ramjet pulse-detonation engine // Combustion and Explosion. – 2019. – Vol. 12, No. 1. – Pp. 63-72.Прямоточные воздушно-реактивные двигатели. Бондарюк М. М., Ильяшенко С. М. Оборонгиз, 1958. – 391 с.Ramjet engines. Bondaryuk M. M., Ilyashenko S. M. Oborongiz, 1958. – 391 p.Инициирование детонации в смеси природного газа с воздухом в трубе с фокусирующим соплом. Фролов С. М., Аксёнов В. С., Скрипник А. А. ДАН, Физическая химия, 2011, Т. 436, № 3, С. 346-350.Initiation of detonation in a mixture of natural gas with air in a pipe with a focusing nozzle. Frolov S. M., Aksenov V. S., Skripnik A. A. DAN, Physical Chemistry, 2011, T. 436, No. 3, P. 346-350.Bhatt Meet, Jani Dharmarth, Dhaval Padsala, Patel Dhaval. A Review on Pulse Detonation Engine. JETIR, 2017, 4 (7), 150-153.Bhatt Meet, Jani Dharmarth, Dhaval Padsala, Patel Dhaval. A Review on Pulse Detonation Engine. JETIR, 2017, 4 (7), 150-153.Li Ch., Hu Ch., Xin X., Li Yu., Sun H. Experimental study on the operation characteristics of aluminum powder fueled ramjet. Acta Astronautica, 2016, 129, 74-81. http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.08.032Li Ch., Hu Ch., Xin X., Li Yu., Sun H.Experimental study on the operation characteristics of aluminum powder fueled ramjet. Acta Astronautica, 2016, 129, 74-81. http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.08.032Ikeda D., Iwamoto J. A Pulsating Flow in a Pipe and the Visualized Flow Pattern of the Jet from the Pipe. Proceedings of ESDA 2006 8th Biennial ASME Conference on Engineering Systems Design and Analysis, 2006, July 4-7, 1-8.Ikeda D., Iwamoto J. A Pulsating Flow in a Pipe and the Visualized Flow Pattern of the Jet from the Pipe. Proceedings of ESDA 2006 8th Biennial ASME Conference on Engineering Systems Design and Analysis, 2006, July 4-7, 1-8.Gitan A. A., Zulkifli R., Sopian K., Abdullah Sh. Twin Pulsating Jets Impingement Heat Transfer for Fuel Preheating in Automotives, Applied Mechanics and Materials, 2014, 663, 322-328. Doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.663.322Gitan A. A., Zulkifli R., Sopian K., Abdullah Sh. Twin Pulsating Jets Impingement Heat Transfer for Fuel Preheating in Automotives, Applied Mechanics and Materials, 2014, 663, 322-328. Doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.663.322Gong Jishuang; Ma Hu. Experimental Study on Pulse Detonation Engine with Two-Phase Inhomogeneous Mixture. International Journal of Aerospace Engineering, 2020, 8816807, https://doi.org/10.1155/2020/8816807Gong Jishuang; Ma Hu. Experimental Study on Pulse Detonation Engine with Two-Phase Inhomogeneous Mixture. International Journal of Aerospace Engineering, 2020, 8816807, https://doi.org/10.1155/2020/8816807Gieras M., Trzeciak A. A new approach to the phenomenon of pulsed combustion, ExperimentalThermal and Fluid Science, 2023, 144, 110845. ISSN 0894-1777, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2023.110845.Gieras M., Trzeciak A. A new approach to the phenomenon of pulsed combustion, Experimental Thermal and Fluid Science, 2023, 144, 110845. ISSN 0894-1777, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2023.110845.Welch C., Illmann L., Schmidt M., Böhm B. Experimental characterization of the turbulent intake jet in an engine flow bench. Experiments in Fluids, 2023, 64, 91. https://doi.org/10.1007/s00348-023-03640-9Welch C., Illmann L., Schmidt M., Böhm B. Experimental characterization of the turbulent intake jet in an engine flow bench. Experiments in Fluids, 2023, 64, 91. https://doi.org/10.1007/s00348-023-03640-9Falcao C. E. G., Soriano B. S., Rech Ch., Vielmo H. A. Numerical study of an internal combustion engine intake process using a low Mach number preconditioned density-based method with experimental comparison. Proc IMechE Part D: J Automobile Engineering, 1-15. DOI: 10.1177/0954407015572234Falcao C. E. G., Soriano B. S., Rech Ch., Vielmo H. A. Numerical study of an internal combustion engine intake process using a low Mach number preconditioned density-based method with experimental comparison. Proc IMechE Part D: J Automobile Engineering, 1-15. DOI: 10.1177/0954407015572234Egoryan A. Comparison of Air-breathing Jet Engines with Slow and Detonation Combustion. Computational Mechanics and Modern Applied Software Systems (CMMASS’2019) AIP Conf. Proc., 2019, 2181, 020024-1-020024-7; https://doi.org/10.1063/1.5135684Egoryan A.Comparison of Air-breathing Jet Engines with Slow and Detonation Combustion. Computational Mechanics and Modern Applied Software Systems (CMMASS’2019) AIP Conf. Proc., 2019, 2181, 020024-1-020024-7; https://doi.org/10.1063/1.5135684Smirnov N. N., Betelin V. B., Nikitin V. F., Phylippov Yu. G., Koo Jaye. Detonation engine fed by acetylene-oxygen mixture, Acta Astronautica, 2014, 104 (1), 134-146, https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.07.019.Smirnov N. N., Betelin V. B., Nikitin V. F., Phylippov Yu. G., Koo Jaye. Detonation engine fed by acetylene-oxygen mixture, Acta Astronautica, 2014, 104 (1), 134-146, https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.07.019.Åkerblom A., Pignatelli F., Fureby Ch. Numerical Simulations of Spray Combustion in Jet Engines. Aerospace, 2022, 9, 838. https://doi.org/10.3390/aerospace9120838Åkerblom A., Pignatelli F., Fureby Ch. Numerical Simulations of Spray Combustion in Jet Engines. Aerospace, 2022, 9, 838. https://doi.org/10.3390/ aerospace9120838 Migalin K. V., Egorov A. G., Sidenko K. A. Detonation of combustion in a dual-circuit ejector pulsating jet engine, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2020, 919, 062001. Doi:10.1088/1757-899X/919/6/062001 Migalin K. V., Boichuk I. P., Sidenko K. A. Inner Separation Area Precession as a Source for Initiating the Detonation or Quasi-Detonation Combustion in an Ejector Pulsejet Engine. Russian Aeronautics, 2021, 64(3), 481-487.Migalin K. V., Egorov A. G., Sidenko K. A. Detonation combustion in a dual-circuit ejector pulsating jet engine, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2020, 919, 062001. Doi:10.1088/1757-899X/919/6/062001Migalin K. V., Boychuk I. P. On the Possibility of Creating Small Detonation Aero Engines Based on Jet Initialization of Detonation, 2021 International Scientific and Technical Engine Conference (EC), Samara, Russian Federation, 2021, 1-6. http://dx.doi.org/10.1109/EC52789.2021.10016814.Migalin K. V., Boichuk I. P., Sidenko K. A. Inner Separation Area Precession as a Source for Initiating the Detonation or Quasi-Detonation Combustion in an Ejector Pulsejet Engine. Russian Aeronautics, 2021, 64(3), 481-487.Migalin K. V., Boichuk I. P., Sidenko K. A. Inner Separation Area Precession as a Source for Initiating the Detonation or Quasi-Detonation Combustion in an Ejector Pulsejet Engine. Russian Aeronautics, 2021, 64(3), 481-487.Migalin K. V., Boychuk I. P. On the Possibility of Creating Small Detonation Aero Engines Based on Jet Initialization of Detonation, 2021 International Scientific and Technical Engine Conference (EC), Samara, Russian Federation, 2021, 1–6. http://dx.doi.org/10.1109/EC52789.2021.10016814.Migalin K. V., Boychuk I. P. On the Possibility of Creating Small Detonation Aero Engines Based on Jet Initialization of Detonation, 2021 International Scientific and Technical Engine Conference (EC), Samara, Russian Federation, 2021, 1-6. http://dx.doi.org/10.1109/EC52789.2021.10016814.Kiverin A., Yakovenko I. Mechanism of transition to detonation in unconfined volumes, Acta Astronautica, 2016, 10. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.02.013Kiverin A., Yakovenko I. Mechanism of transition to detonation in unconfined volumes, Acta Astronautica, 2016, 10. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.02.013Liberman M. A., Ivanov M. F., Kiverin A. D., Kuznetsov M. S., Chukalovsky A. A., Rakhimova T. V. Deflagration-to-detonation transition in highly reactive combustible mixtures, Acta Astronautica, 2010, 67, 688-701. Doi: 10.1016/j.actaastro.2010.05.024Liberman M. A., Ivanov M. F., Kiverin A. D., Kuznetsov M. S., Chukalovsky A. A., Rakhimova T. V. Deflagration-to-detonation transition in highly reactive combustible mixtures, Acta Astronautica, 2010, 67, 688-701. Doi: 10.1016/j.actaastro.2010.05.024Стабилизация пламени в высокоскоростной камере сгорания за счёт термохимической конверсии топлива. Серманов В. Н., Зосимов С. А., Николаев А. А., Носков Г. П. Десятая Международная школа-семинар «Модели и методы аэродинамики». ЦАГИ им. проф. Н. Е. Жуковского, Жуковский. – С. 155-156.Flame stabilization in a high-speed combustion chamber due to thermochemical fuel conversion. Sermanov V.N., Zosimov S.A., Nikolaev A.A., Noskov G.P. Tenth International School-Seminar «Models and Methods of Aerodynamics». TsAGI named after. prof. N. E. Zhukovsky, Zhukovsky. – Рp. 155-156.Мехтиев С. Д., Камбаров Ю. Г. Олефиновые углеводороды и их применение в нефтехимической промышленности. – Баку: Азербайджанское гос. изд-во, 1962.Mehdiev S. D., Kambarov Yu. G. Olefin hydrocarbons and their application in the petrochemical industry. – Baku: Azerbaijan State. publishing house, 1962.Антонов В. Н., Лапидус А. С. Производство ацетилена. М.: Химия 1970. – 415 с.Antonov V. N., Lapidus A. S. Acetylene production. M.: Chemistry 1970. – 415 p.Крашенинников С. Ю., Ляхов В. К., Мигалин К. В., Русаков М. М., Ряпосов В. Б. О работе газового эжектора в пульсирующем режиме // Изв. вузов. Авиационная техника. – 1990. – № 1. – С. 40-43.Krasheninnikov S. Yu., Lyakhov V. K., Migalin K. V., Rusakov M. M., Ryaposov V. B. On the operation of a gas ejector in pulsating mode // Izv. universities Aviation technology. – 1990. – No. 1. – Pр. 40-43.Соколик А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. – М.: Изд-во АН СССР, 1960.Sokolik A. S. Self-ignition, flame and detonation in gases. – M.: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1960.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.