Уважаемые коллеги!
Я просил бы прокомментировать изложенное ниже техническое решение — разновидность форкамерного ДВС. В обычных двигателях оно не применяется и в обычной учебной литературе не встречается. Если таковые есть, дайте ссылку. Скорее всего, за полтора века существования ДВС такое решение предлагалось. Может быть, стоит его реализовать в настоящее время на базе современных материалов и технологий?
Известны разделенные камеры сгорания: форкамерные (предкамерные) или вихрекамерные. А если полностью разделить процесс горения и процесс расширения? Т.е. форкамеру сделать собственно камерой сгорания, где процесс близок к изохорическому, а расширение (рабочий ход) проводить в надпоршневом пространстве по мере истечения газов из форкамеры. Потерь при сжатии можно избежать, устроив обратный клапан, который можно совместить с соплом, (рисунок по ссылке).
Тогда в надпоршневом пространстве характер процесса будет зависеть от текущего перепада давлений, т.е. в итоге от площади сечения профилированного сопла. Если ограничиться критическим перепадом давлений, то давление над поршнем будет примерно вдвое ниже, чем в форкамере, а температура ниже примерно на 20 процентов от абсолютной в форкамере. Импульс от струи можно использовать. Это даст до 10 процентов дополнительного усилия на поршень. Если же принять соотношение давлений 10 : 1, то температура газов на выходе из сопла будет примерно вдвое ниже от абсолютной, а дополнительный импульс возрастет до 30 процентов.
Таким образом, в форкамере можно создавать максимально технически допустимое давление и температуру, в то время как на поршень и цилиндр будут действовать умеренные и более равномерно распределенные механические нагрузки и температуры. Например, в конце расширения давление в цилиндре может сравняться с атмосферным (плюс дополнительный импульс от струи) и, следовательно, выхлоп будет почти бесшумным. Детонация, если и возникнет, то ограничится малым объемом форкамеры и не будет влиять на цилиндр и поршень.
Недостатком ДВС с разделенными камерами сгорания считается увеличенная площадь теплоотдачи и, соответственно, более низкий термический КПД. Но! Наоборот, следует теплоизолировать форкамеру и выполнить ее из термостойкого материала, т.е. фактически превратить ее в миниатюрную камеру сгорания пульсирующего реактивного двигателя.
Таким образом, переходя от обычного форкамерного ДВС к указанному пределу, мы получим двигатель с увеличенным термическим КПД, более благоприятной индикаторной диаграммой на стадии рабочего хода, более низкими температурой и уровнем шума.
Для испытаний в простейшем случае можно подобрать предкамерный двигатель, например, заменив предкамеру собственной конструкцией с соплом и клапаном и удалив камерное пространство над поршнем.
https://fotki.yandex.ru/next/users/krylovkarel/album/29040/view/883393
Я просил бы прокомментировать изложенное ниже техническое решение — разновидность форкамерного ДВС. В обычных двигателях оно не применяется и в обычной учебной литературе не встречается. Если таковые есть, дайте ссылку. Скорее всего, за полтора века существования ДВС такое решение предлагалось. Может быть, стоит его реализовать в настоящее время на базе современных материалов и технологий?
Известны разделенные камеры сгорания: форкамерные (предкамерные) или вихрекамерные. А если полностью разделить процесс горения и процесс расширения? Т.е. форкамеру сделать собственно камерой сгорания, где процесс близок к изохорическому, а расширение (рабочий ход) проводить в надпоршневом пространстве по мере истечения газов из форкамеры. Потерь при сжатии можно избежать, устроив обратный клапан, который можно совместить с соплом, (рисунок по ссылке).
Тогда в надпоршневом пространстве характер процесса будет зависеть от текущего перепада давлений, т.е. в итоге от площади сечения профилированного сопла. Если ограничиться критическим перепадом давлений, то давление над поршнем будет примерно вдвое ниже, чем в форкамере, а температура ниже примерно на 20 процентов от абсолютной в форкамере. Импульс от струи можно использовать. Это даст до 10 процентов дополнительного усилия на поршень. Если же принять соотношение давлений 10 : 1, то температура газов на выходе из сопла будет примерно вдвое ниже от абсолютной, а дополнительный импульс возрастет до 30 процентов.
Таким образом, в форкамере можно создавать максимально технически допустимое давление и температуру, в то время как на поршень и цилиндр будут действовать умеренные и более равномерно распределенные механические нагрузки и температуры. Например, в конце расширения давление в цилиндре может сравняться с атмосферным (плюс дополнительный импульс от струи) и, следовательно, выхлоп будет почти бесшумным. Детонация, если и возникнет, то ограничится малым объемом форкамеры и не будет влиять на цилиндр и поршень.
Недостатком ДВС с разделенными камерами сгорания считается увеличенная площадь теплоотдачи и, соответственно, более низкий термический КПД. Но! Наоборот, следует теплоизолировать форкамеру и выполнить ее из термостойкого материала, т.е. фактически превратить ее в миниатюрную камеру сгорания пульсирующего реактивного двигателя.
Таким образом, переходя от обычного форкамерного ДВС к указанному пределу, мы получим двигатель с увеличенным термическим КПД, более благоприятной индикаторной диаграммой на стадии рабочего хода, более низкими температурой и уровнем шума.
Для испытаний в простейшем случае можно подобрать предкамерный двигатель, например, заменив предкамеру собственной конструкцией с соплом и клапаном и удалив камерное пространство над поршнем.
https://fotki.yandex.ru/next/users/krylovkarel/album/29040/view/883393
