В магнитном поле взрыв сильнее

Принципиальная схема пульсирующего детонационного двигателя (рис. с сайта ihed.ras.ru)

Интересное открытие сделали физики из Института теплофизики экстремальных состояний РАН и МИФИ. Оказывается, интенсивность детонации и силу взрывной волны можно повысить магнитным полем определенного направления. Таким способом ученые предлагают увеличить КПД и уменьшить размер двигателей внутреннего сгорания.

Горючую газовую смесь поджигают электрическим разрядом — «искрой». Ударная волна от разряда, движущаяся со сверхзвуковой скоростью, сжимает и нагревает газовую смесь, которая воспламеняется. Выделяющаяся энергия поддерживает ударную волну, которая и обеспечивает самораспространение процесса. Этим детонация отличается от горения. Ученые обнаружили, что если создать внешнее магнитное поле, совпадающее с полем искрового разрядника, то взрывная волна ускоряется на 50 м/с, а преддетонационное расстояние от него в газовой смеси сокращается в 5 раз. Напротив, если магнитные поля разрядника и внешнее поле противоположны по направлению, взрывная волна замедляется на 100 м/с, а детонация и вовсе не происходит, так как фронт пламени отстает от ударной волны.

Свои опыты физики поставили в детонационной камере сгорания. Это труба длиной 2,5 метра и диаметром 8 сантиметров. Вблизи одного из торцов камеры расположен искровой разрядник. Перед каждым экспериментом из камеры откачивали воздух и заполняли ее водородно-воздушной смесью. Во время испытаний скорость ударной волны в приборе фиксируют датчики давления, а распространение фронта пламени — фотодатчики, расставленные внутри по всей длине камеры.

Схема экспериментальной детонационной камеры сгорания переменного сечения: 1 — коллектор подвода горючего и окислителя, 2 — блок поджига, 3 — форкамера, 4 — переходник, 5 — основная камера, 6 — узел усиления, 7 — канал пересжатой детонации, a-l — датчики (рис. с сайта ihed.ras.ru)

Внешнее магнитное поле исследователи создавали с помощью двух катушек индуктивности, расположенных вне камеры на уровне разрядника. По расчетам, если векторы внешнего и собственного магнитных полей совпадают, то магнитная индукция внутри разрядника возрастает на треть, а если противоположно направлены — на столько же уменьшается. В детонационной камере с воздухом без газовой смеси в первом случае скорость ударной волны выше на 50 м/с, а во втором — на 100 м/с ниже, чем без магнитного поля снаружи.

Максимальные удельные мощности энерговыделения в камерах сгорания различных двигателей (рис. с сайта ihed.ras.ru)

Ученые исследовали, как протекает взрыв под действием внешнего магнитного поля с разными векторами. Если их направления совпадают, то фронт пламени не отстает от ударной волны, в то время как без магнитного поля вовне фронт пламени в детонационной камере на 100 микросекунд отставал от ударной волны, и детонации не происходило. При разнонаправленных магнитных полях первичная ударная волна медленнее на 100 м/с, а значит, горение в камере сменится детонацией позже. Чем быстрее первичная ударная волна, тем ближе к разряднику наступит детонация. Так что если, к примеру, создать двигатель с «быстрой» первичной волной, то можно хорошо сэкономить на его размере.

<< Назад