Глава 6. Приложение идд

ИДД имеют множество потенциальных приложений в авиации и ракетостроении, что обуславливается рядом преимуществ. Во-первых, топливо в детонационной волне сжигается почти при постоянном объеме, так как на фронте волны происходит разрыв основных термодинамических потенциалов. Это приводит к тому, что КПД ИДД значительно превышает КПД аналогов. Во-вторых, использование труб в качестве камер сгорания значительно упрощает конструкцию двигателя, уменьшает количество слабых узлов, а вместе с тем и вероятность поломки. Более того, это приводит к легкости охлаждения двигателя, простоте масштабирования путем изменения количества труб и не сложному управлению вектором тяги, за счет изменения фазировки подачи топлива в разные камеры сгорания. В общем и целом, такая конструкция позволяет преодолевать ряд трудностей, которые не могут быть устранены в других видах двигателей. В-третьих, потенциально возможно добиться почти полного сгорания топлива в детонационной волне, а значит уменьшить эмиссию в атмосферу по сравнению с теми же форсажными камерами.

Одной из основных задач современной военной авиационной промышленности является достижение истребителем крейсерской сверхзвуковой скорости и эффективность двигателя на всех режимах полета: от дозвуковых (число Маха 0,75—0,85) до сверхзвуковых (число Маха от 2). Предположительно ИДД помогут решить эти проблемы. Идея заключается в том, чтобы заменить существующие форсажные камеры турбореактивных двигателей летательных аппаратов (ЛА) на трубчато-кольцевые камеры ИДД.  На форсажных режимах потребление топлива резко возрастает, тогда как использование эффективных ИДД позволит существенно сэкономить запасы топлива. За счет уменьшения веса топливных баков увеличится грузоподъемность самолета, а соответственно существенно расширятся маневренные показатели и увеличится дальность полета. Другим потенциальным приложением ИДД в авиации является использование его в силовой установке (совокупности устройств и агрегатов, обеспечивающих подъемную силу и силу тяги для полета и ускорения ЛА). Это было реализовано ВВС США в 2008 г., когда были проведены летные испытания одноместного самолета с воздушно-реактивным ИДД, работающем на пропане.

К силовым установкам ЛА предъявляются крайне высокие требования по уровням экономичности, устойчивости и долговечности, а также накладывают жесткие весовые и габаритные ограничения. Вследствие этого помимо требований высоких тяговых характеристик к ИДД предъявляют целый ряд других требований. В соответствии с ними одной из наиболее подходящих конфигурации ИДД считается связка труб, имеющая длину 1-2 м, диаметр 70-100 мм, единый воздухозаборник и общее сопло.

В ракетной технике воздушно-реактивными ИДД предполагается заменить дорогостоящие малогабаритные газотурбинные двигатели. Разрабатывают схемы ИДД для ракетоносителей.

Также существуют разработки по использованию ИДД в энергетике. Энергетические установки (ЭУ), основанные на детонационном сгорании топлива, в настоящее время отсутствуют, хотя имеются фундаментальные обоснования возможности их реализации. Однако существуют аналоги: ЭУ на основе поршневых двигателей, паровых и газовых турбин. Потенциальная энергетическая установка на основе ИДД превосходит аналоги повышенным термическим КПД, простотой конструкции и масштабирования (перехода от модели к серийному производству). Одна из наиболее перспективных областей использования подобных ЭУ – покрытие пиковых нагрузок в электроэнергетических сетях. Более того, установки с импульсным детонационным сгоранием топлива можно использовать для создания автономных источников энергии, имеющих множество приложений: судовые ЭУ, автономные электростанции и т.д.; разработки можно применить для замены существующих горелочных устройств, так как пульсирующий высокоскоростной поток продуктов детонации обеспечивает высокую теплопередачу. Американская фирма Android финансирует разработку ЭУ, работающих на циклическом сжигании природного газа в детонационной волне. В проекте предусмотрено использование предетонатора, для использования которого необходимы дополнительные окислитель (кислород) и топливо (водород). Другим вариантом является организация перехода горения в детонацию (ПГД), достигающаяся добавлением в топливо активной добавки, повышающей детонационную способность смеси, для получения детонационной волны в камере сгорания ЭУ. Минусом ПГД является то, что для его организации необходимы камеры длинные: длина должна превышать 100 диаметров в случае, если труба гладкая. Другим способом организации ПГД является установка препятствий камеры сгорания, но за счет этого ощутимо увеличиваются потери кинетической энергии детонационной волны, также возрастает продолжительность заполнения камеры смесью. Все это приводит к низкой частоте работы ИДД и необходимости увеличения количества камер сгорания. Однако проблема габаритов не является основополагающей для стационарных ЭУ, потому успех на пути создания подобной установке следует рассматривать как технологический прорыв.