Содержание
Датчик детонации гранта 8 клапанов признаки неисправности — АвтоТоп
Пропустить и перейти к содержимому
Авто-ТОП Автоваз
Содержание
- Детонация в двигателе
- Принцип работы датчика детонации
- Симптомы неисправности и проверка датчика
- Видео о датчике детонации
- Что такое и для чего нужен датчик детонации?
- Из каких основных элементов состоит датчик детонации?
- Где» находится датчик детонации?
- Особенности установки детали
- Замена датчика на Ваз, видео:
- Особенности установки детали
- Работа датчика
- Как проверить датчик детонации?
-
- Проверка датчика детонации, видео:
-
- Симптомы неисправности датчик
- Замена датчика детонации
- Почему так важен исправный сенсор детонации
- Местонахождение датчика детонации
- Несколько советов как проверить датчик детонации
- Снимаем и проверяем работоспособность датчика детонации
Датчик детонации сегодня устанавливается на большинство автомобилей, топливом для которых выступает бензин или сжиженный газ. В этой статье мы рассмотрим основные признаки неисправности датчика детонации, его предназначение, принцип работы и способы проверки работоспособности.
Детонация в двигателе
Под детонацией в автомобильном двигателе подразумевают, самопроизвольное воспламенение воздушно-топливной смеси без участия электрической искры. Это явление очень вредное для двигателя и собственно датчик детонации призван бороться с этой проблемой.
Возникает детонация топливно-воздушной смеси при достаточно высоком давлении. Характерно, что чем ниже октановое число бензина, тем меньшее давление требуется для детонации. Но не только октановое число может стать причиной возникновения детонации в моторе. Бывает, что у двигателя есть предрасположенность к подобной проблеме из-за конструктивных особенностей. Температурный режим и другие факторы эксплуатации мотора, так же могут приводить к возникновению детонации.
Детонация негативно влияет не только на саму работу двигателя, но и на состояние поршневой группы и других частей силового агрегата. Поэтому конструкторы и инженеры стараются это явление всячески минимизировать или вообще избежать его появления. Именно для этого и был придуман датчик детонации.
Принцип работы датчика детонации
Датчик детонации на ВАЗ
Датчик детонации – устройство очень даже простое. В основе его, лежит пьезоэлектрический эффект. Суть этого эффекта заключается в том, что пьезокристалл, при механическом воздействии, генерирует разность электрических потенциалов, или проще говоря, электрическое напряжение. Таким образом, датчик, который крепится на блоке цилиндров, улавливает вибрацию, неизбежно возникающую при появлении детонации, и дает знать о ней электронному блоку управления двигателей. А уже ЭБУ принимает необходимые меры для устранения появившейся детонации. Это может быть, изменение состава топливно-воздушной смеси, подстройка угла опережения зажигания, или другая команда исполнительным механизмам автомобиля.
Выделяют два основных типа датчиков детонации:
- широкополосные датчики детонации;
- резонансные датчики детонации;
Широкополосные датчики детонации отслеживают работу мотора не только после отключения зажигания и на малых оборотах, но и в рабочих режимах. Они способны генерировать электрические сигналы в широком диапазоне частот. Отсюда и название. Датчик жестко крепится к корпусу мотора, так как ослабленное крепление, является достаточно серьезным препятствием для работы датчика.
Резонансные датчики используют явления резонанса, возникающие на малых оборотах работы мотора. Такие датчики генерируют достаточно мощный импульс, а потому в их конструкцию входит специальный защитный резистор. Датчики детонации резонансного типа, способны отфильтровывать посторонние механические воздействия, с детонацией никак не связанные. Такие датчики крепятся на собственное резьбовое соединение, не столь жесткое как у своих широкополосных собратьев.
Читайте также: Признаки неисправности датчика распредвала .
Симптомы неисправности и проверка датчика
Собственно основным признаком выхода из строя датчика детонации, является появление самой детонации. Но, это не единственный симптом описываемой проблемы. Помимо этого, могут возникать рывки в работе мотора, обороты начинают плавать, может расти потребление топлива. Тем не менее, в целом ряде случаев, выход из строя датчика детонации, может долгое время никак не сказываться на работе автомобиля. Более того, даже компьютерная диагностика, не всегда способна определить поломку датчика детонации.
Есть способы проверить работу датчика детонации, прямо в собственном гараже. Но для этого, у вас должны быть определенные навыки, а так же мультиметр.
- Первый способ заключается в том, что при заведенном двигателе, работающем на холостом ходу, по датчику детонации постукивают чем-то металлическим. Если мотор отзывается на это повышением оборотов, значит с датчиком все в порядке. Если же нет, прибор вероятно поврежден или почему-либо не работает.
- Второй способ проверки датчика детонации, требует демонтажа этого прибора. Для чего, будет не лишним отсоединить минусовый провод от аккумулятора. Снятый датчик подключают к мультиметру в режиме измерения напряжения. Далее, по нему опять-таки начинают постукивать. Датчик должен ответить на эти постукивания электрическими импульсами, которые и регистрируются мультиметром.
Такой метод, хотя и более сложный, но менее опасный. Но в любом случае, начать следует с тщательного осмотра крепления и подключения датчика детонации.
Если крепление датчика ослаблено, он может работать неправильно, и тогда, все что от вас требуется, это плотнее закрепить датчик. Так же внимательно осмотрите провод при помощи которого, датчик подключен к бортовой системе. Осмотрите сам провод, его оплетку, а так же места соединения. Часто, именно такие мелочи являются причиной нарушений в работе датчика детонации. Если же датчик все-таки сломался, то его придется менять.
Читайте также: Признаки неисправности датчика положения коленвала .
Видео о датчике детонации
AutoOt.ru » Ремонт авто » Датчик детонации: признаки неисправности, замена.
Из каких основных элементов состоит датчик детонации?
Основные детали этого механизма – это:
- Вибрационная пластина.
- Электрический элемент типа пьезо.
- Сигнальный провод.
- Оплетка.
Где» находится датчик детонации?
В зависимости от марки автомобиля, месторасположение датчика может меняться, но он всегда располагается именно на корпусе двигателя. Сама деталь очень маленькая, размером примерно со спичечный коробок.
Особенности установки детали
Важной особенностью установки датчика является наличие в автомобиле электронной системы зажигания. Если ее нет, то нет и датчика. На моделях старого типа датчик детонации не предусмотрен. Также не устанавливают его и на карбюраторных системах двигателя.
Замена датчика на Ваз, видео:
Работа датчика
На приборной панели автомобиля есть значок «Check» . С английского это переводится как проверка или контроль. Если он не активен, то датчик детонации исправен и работает, как положено.
Принцип работы датчика детонации заключен в пьезомеханизме. Внутри датчика есть пластина с пьезо эффектом . При возникновении детонации, создается напряжение на входе и выходе, а двигатель при этом вибрирует. Иначе это называется созданием разности потенциалов. Если уровень напряжения на одном конце слишком превышен, датчик корректирует этот процесс.
Если по каким-либо причинам датчик сломается, на приборной панели загорится значок «Check» . Это будет означать лишь одно: необходим срочный ремонт или замена элемента.
Если электрическая цепь датчика не разорвана, но поломка существует, значок «Check» не загорится. Поэтому стоит иногда прислушиваться к своему автомобилю.
Как проверить датчик детонации?
К сожалению, датчик детонации тоже может сломаться. При этом человек без специальных знаний заметить это сможет только по горящему индикатору. Никаких других явных признаков замечено не будет. Автомобиль будет продолжать работать в том же режиме, заводиться без каких-либо признаков поломки.
В этот момент необходимо помнить, что этот прибор не является механическим, он часть электронной системы, поэтому и поломка считается электронной.
Неисправность датчика детонации может случиться по ряду различных причин, среди которых:
- Произошла поломка внутри самого датчика.
- Замыкание.
- Оборвался сигнальный провод или экранирующая оплетка.
- Поломка блока управления двигателя.
Таким образом, выявить поломку будет несложно. Для того чтобы определить ее, необходимо провести проверку.
Но те, кто не ищут легких путей, всегда смогут осуществить этот несложный процесс самостоятельно. Проверка самостоятельно происходит по следующей схеме:
- Во-первых, снимаем защиту в гараже. Работать предстоит непосредственно с блоком двигателя.
- Теперь исключаем обрыв сигнального провода и экранизирующей оплетки.
Если он оборван или оборвана оплетка, нужно проверить крепление вилки и розетки датчика. Целостность оплетки нужно проверять обязательно.
- Если обрыв исключен, производят оценку самой розетки. Возможно, что ее соединение неисправно и требует замены.
- Обнаружить неисправности самого прибора можно с помощью вольтметра. При этом машина должна быть заведена и находиться на холостом ходу.
- Также нужно проверить состояние контактов устройства.
Производить проверку самостоятельно можно несколько иначе. Для этого необходим прибор мультиметр . Этот прибор очень часто встречается у автолюбителей.
Проверка датчика детонации мультиметром производится только после того, как он снят с двигателя. При проверке по нему стучат чем-нибудь металлическим. Этот способ является самым простым.
Выставляем диапазон в 200 мВ , положительный и отрицательный провод присоединяем к выводу датчика и к металлическому кольцу соответственно. Не стоит путать массу и сигнальный вывод! Теперь нужно ударить по нему чем-то металлическим, но не сильно. Датчик должен будет детонировать.
Можно проверить датчик другим прибором, который называется осциллограф . Он позволит более качественно изучить сигнал.
Теперь нужно не очень сильно постучать по датчику. Прибор покажет детонацию.
Если датчик детонирует, то он рабочий, и поломку нужно искать в другом месте. Но если определяется низкий уровень сигнала датчика детонации или сигнал отсутствует, то это является неисправностью.
Проверка датчика детонации, видео:
Симптомы неисправности датчик
Можно определить поломку датчика и без приборной панели. Но для этого нужен будет опыт и особый подход к своему автомобилю. Нужно знать его очень хорошо. Перечислим признаки, по которым можно понять, что прибор сломался, отсюда будет сразу ясно, на что влияет датчик детонации:
Если определить поломку самостоятельно, то недалеко и для самостоятельной диагностики датчика, а также замены его своими руками. В принципе, это несложно, но требует некоторого понимания процесса.
Замена датчика детонации
Если он требует замены, то необходимо в кратчайшие сроки приобрести новый прибор и установить его. Всех автолюбителей в первую очередь интересует цена нового устройства. Она невысокая и зависит от марки автомобиля и от того, в какой стране деталь произведена.
Самостоятельно можно проводить замену на остывшем двигателе, отключив минусовую клемму аккумулятора. Нужно добиться максимально удобного доступа к датчику, чтобы была возможность его снять. Дело в том, что это также зависит от модели авто.
Таким образом, датчик детонации – это простой прибор, между тем, очень нужный для электронной системы управления. Определить его неисправность несложно, проверить можно самостоятельно, даже в условиях сел и деревень.
Недорогим будет и произвести замену датчика. Неважно, будет это сделано у специалиста или же самостоятельно.
Детонация является одним из главных пороков двигателя внутреннего сгорания, силу имеет немалую и пренебрегать ее невозможно. Среди десятка разнообразных датчиков, применяемых для оптимизации работы ДВС, датчик детонации непосредственно используется для предупреждения детонационного горения топлива. Процесс детонации топлива можно хорошо контролировать благодаря его основному признаку – появлению высоких и звонких металлических звуков, которые по симптомам иногда принимают за цокающие пальцы цилиндро-поршневой группы. Сила детонации огромна, при неисправности систем предупреждения детонации двигатель выйдет из строя через 5-6 тыс. км пробега.
При отклонении параметров угла зажигания или качества топливно-воздушной смеси от оптимальных значений развивается детонация, резко падает мощность и возрастает температура двигателя. Первое, за что отвечает датчик детонации – своевременно реагировать на признаки нерасчетного сгорания, тем самым дать возможность электронному блоку управления внести коррективы в работу ДВС.
Проверить датчик можно:
- с помощью мультиметра;
- испытание режима ЭБУ на работающем двигателе;
- эквивалентной заменой исправным датчиком.
Первым из признаков неисправности датчика детонации является индикация ошибки на приборной панели. Работоспособность датчика или его неисправность проверяется ЭБУ, и в случае отсутствия контрольного сигнала нужной формы и уровня, микрокомпьютер переходит в режим проверки признака неисправности датчика. Если подстройка не помогает, ЭБУ повышает уровень обогащения топливной смеси, с одновременным уменьшением угла опережения зажигания. Подобный алгоритм продиктован необходимостью предупредить, в первую очередь, неисправность ГРМ и дальнейшее разрушение деталей цилиндро-поршневой группы.
Почему так важен исправный сенсор детонации
Датчик детонации, в случае его неисправности, не может блокировать работу двигателя, поэтому рано или поздно возникает вопрос так на что влияет датчик детонации, если работоспособность двигательной установки сохраняется, зачем в двигателе нужен датчик детонации?
Неисправность делает работу мотора неоптимизированной. Для обеспечения высокой эффективности и экономичности двигателя, основной режим его работы выбран в диапазоне минимального обогащения смеси, при максимальном угле зажигания. Эти, максимально выгодные условия граничат с режимом возникновения и развития детонационного горения. Благодаря контролю детонации, удается максимально близко подойти к отметке, за которой эффективное сжигание топлива перейдет в детонационное горение, с быстрым выходом из строя поршней и колец двигателя. Самая выгодная в плане экономии смесь – та, которая сгорает с небольшим признаком появления детонации. Улавливание детонации датчиком позволяет тонко балансировать состав топливной смеси.
По принципу работы датчик детонации идентичен обычному пьезоэлектрическому микрофону, настроенному на определенную, свойственную только детонации, частоту звуковых колебаний. В работающем двигателе множество деталей, шумящих с конкретной собственной частотой колебаний. Для устранения ошибочной реакции на «чужие» звуки сенсор, как камертон, настраивается на определенную длину звуковой волны детонации. Признак детонации – звук частотой 25-75 Гц. Остальные звуки могут говорить о неисправности пальцев, поршней вкладышей ДВС. Мощные «металлические» стуки, возникающие при первых признаках детонирования воздушно-бензиновой смеси, распространяясь в алюминиевом блоке двигателя, достигают пьезокристалла, вмонтированного в корпус, и заставляют его резонировать в унисон и вырабатывать на контактах слабый электрический потенциал.
Как работает датчик детонации – получая от ЭБУ сигнал несущей частоты и определенного уровня, прибор практически его не изменяет, тем самым подтверждает свою исправность. При срабатывании пьезокристалла уровень сигнала и частота возрастают, что дает микрокомпьютеру основания для изменения параметров работы ДВС. При этом интенсивность сигнала на контактах прямо пропорциональна силе звуковых колебаний.
По конструкции различают два основных типа датчиков детонации: широкополосные и резонансные.
Первый тип воспринимает несколько основных частот сигналов, по которым выдает определенный уровень и частоту сигнала для ЭБУ. Второй тип настроен на определенную конкретную частоту и вырабатывает только в случае совпадения или возникновения резонанса с звуковыми волнами, генерируемыми детонацией в горящей смеси.
Местонахождение датчика детонации
Сенсор крепится на алюминиевом или чугунном блоке цилиндров в районе между вторым и третьим цилиндрами. Это наиболее горячее место в блоке, и наименьшее расстояние сразу к двум цилиндрам. Выбор места, где находится датчик детонации неслучаен, именно в самой разогретой камере сгорания начнется развитие детонации, тогда как в остальных цилиндрах условия только приблизились к границе допустимого. Место крепления датчика всегда имеет ровную плоскую поверхность для исключения возможного акустического сопротивления или искажения звуковых волн. Корпус прибора всегда крепится шпилечным соединением, гарантирующим полноценное плотное прилегание к месту установки.
Несколько советов как проверить датчик детонации
В случае появления на информационной панели световой индикации неисправности или признака выхода из строя датчика автолюбители зачастую игнорируют проблему, сняв на короткое время клеммы с аккумулятора, пытаются таким образом перезагрузить ЭБУ и убрать сообщение, даже не пытаясь проанализировать его содержание. Сообщение дает основания сопоставить возможные признаки неисправности симптомам, появляющимся на работающем двигателе.
Если есть возможность, расшифруйте код для идентификации сообщения. Возможно это признак серьезной неисправности, способной вывести из строя весь двигатель.
Можно проверить симптомы вероятной неисправности на работающем двигателе, но прежде заливают нормальный бензин и прогревают до рабочей температуры. Проверяем характер работы мотора – не появятся ли новые симптомы неисправности. На небольшой скорости до 30-35км/ч, переходим на повышенную передачу, одновременно резко добавляя обороты двигателя педалью газа. При исправном сенсоре на несколько секунд будут слышны звон детонационных стуков, и мгновенно электроника исправит детонационное горение изменением качества топливной смеси. Если признаков детонации не появилось – признак неисправности сенсора детонации косвенно подтверждается.
Для дополнительной проверки возможной неисправности воспользуемся особенностью работы электронного блока управления. В этом случае ЭБУ перейдет на аварийные алгоритмы работы, с меньшим углом зажигания и богатой топливной смесью, позволяющие сохранить возможность работы двигателя при неисправности прибора.
Косвенными симптомами неисправности служат:
- быстрый перегрев двигателя, даже при относительно низкой температуре воздуха;
- появление калильного зажигания и так называемое «троение» двигателя;
- забивание нагаром свечей зажигания, из-за переобогащения топливной смеси;
- значительное увеличение расхода бензина при явно выраженном падении мощности и приемистости двигателя.
Эксплуатировать двигатель с подобными симптомами категорически нельзя, необходимо провести проверку и, в случае необходимости, замену датчика.
Снимаем и проверяем работоспособность датчика детонации
Находим место установки датчика, обычно это центральная часть блока двигателя, между вторым и третьим цилиндрами, но лучше уточнить по руководству по эксплуатации автомобиля тип датчика, его маркировку и внутреннее сопротивление. Крепление легко увидеть по проводу с разъемом. Сначала откручиваем на шпильке гайку на 22 мм или на 13 мм, в зависимости от исполнения сенсора, осторожно отключаем и убираем электрический разъем, снимаем «бублик» датчика со шпильки крепления. Для проверки нам доступны два контакта – масса и сигнальный провод. Помним, что внутри «бублика» находится пьезоэлектрический кристалл, даже с учетом наличия в конструкции специальных компенсаторов, он остается чувствительным к ударам и падениям на бетонный пол. Также не стоит разбирать датчик. Если целостность корпуса нарушена – это тоже признак возможной неисправности.
Для проверки работоспособности датчика необходимо использовать мультиметр с диапазоном измерения в тысячные доли вольта. Постарайтесь не использовать в качестве щупов-проводов старые или имеющие скрутки проводники. Их собственное сопротивление может не соответствовать прибору. Подключив к центральному отверстию датчика минусовый щуп прибора и плюсовый к управляющему разъему, если есть возможность, используйте максимально короткие провода измерительных щупов.
Осторожно, с небольшим усилием «цокаем» металлическим предметом по центральной металлической части датчика. На клеммах исправного датчика мультиметр покажет скачек электрического потенциала в 40-150 мВ. Неисправное устройство всплесков потенциала не выдаст. Если есть возможность, проведите измерения показаний потенциала на других датчиках, желательно бывших в употреблении и обязательно исправных. Таким образом, вы убедитесь, что проводите проверку правильно.
Одним из признаков «проблемного здоровья» будет отсутствие сопротивление или очень высокое внутреннее сопротивление. Для того, чтобы проверить наличие внутреннего контакта цепи измеряем величину сопротивления между клеммами и сравниваем с характеристикой, указанной в описании.
Появление признака легкой детонации подтвердит симптом, старый датчик детонации не работал в схеме. Дополнительно можно установить проблемный сенсор на другой двигатель и провести проверку на появление детонации при резком нажатии педали газа. В итоге нужно сравнить признаки работы исправного и неисправного датчика. Если симптомы проявятся и на втором моторе, в таком случае датчик подлежит окончательной замене.
Заменять датчик можно аналогичной моделью, только при совпадении каталожного номера. Это требование обязательно для обеспечения правильной и безопасной работы ЭБУ. Но есть опасность попасть впросак, если это контрафактное изделие китайского автопрома, по какому признаку можно подтвердить его пригодность – сказать сложно.
Видео о датчике детонации:
>
Признаки неисправности датчика детонации
-
Полезная информация
-
При исправном датчике и системе управления в двигателе этого явления быть не должно. На слух появление детонации можно косвенно определить по металлическому звуку, исходящему из работающего двигателя (стук пальцев).А излишняя во время работы двигателя тряска и рывки — это первое по чем можно определить неисправность датчика детонации.
Снижение мощности двигателя
Проявляется ухудшением разгона, либо излишним повышением оборотов на низких скоростях. Такое происходит, когда при неверном сигнале ДД осуществляется самопроизвольная корректировка угла зажигания.
Затрудненный запуск двигателя
Особенно «на холодную», то есть, при низких температурах после длительного простоя. Хотя вполне возможно такое поведение машины и при теплой температуре окружающего воздуха.
Повышенный расход топлива
Так как угол зажигания нарушен, то и топливно-воздушная смесь не отвечает оптимальным параметрам. Соответственно, возникает ситуация, когда двигатель потребляет большее количество бензина, чем ему нужно.
Причины неисправности датчика детонации
• Нарушение механического контакта между корпусом датчика и блоком двигателя
• Проблемы с проводкой датчика
• Плохой контакт в месте подключения
• Полный выход датчика из строя
• Проблемы с электронным блоком управления
Что будет если отключить датчик детонации полностью?
• Быстрый выход из строя (пробой) прокладки ГБЦ со всеми вытекающими последствиями;
• Ускоренный износ элементов цилиндропоршневой группы;
• Трещина головки блока цилиндров;
• Прогорание (полное или частичное) одного или нескольких поршней;
• Выход из строя перемычек между кольцами;
• Изгиб шатуна;
• Подгорание тарелок клапанов.
22.10.2021 08:48:47
0
5663Исследователь UCF получает награду НАСА за разработку революционной технологии ракетного двигателя
Исследователь из Университета Центральной Флориды получил финансирование НАСА для дальнейшей разработки новой системы ракетного двигателя, которая может произвести революцию в космических путешествиях.
Проект фокусируется на вращающихся детонационных ракетных двигателях (RDRE), которые приводятся в действие непрерывными взрывами со скоростью 5 Маха, которые вращаются внутри двигателя и поддерживаются водородным и кислородным топливом, подаваемым в систему в определенных количествах. НАСА недавно выделило 50 000 долларов на финансирование проекта.
Взрывы со скоростью 5 Махов создают выбросы энергии, которые распространяются со скоростью от 4500 до 5600 миль в час, что более чем в пять раз превышает скорость звука.
Используя эти высокоэнергетические взрывы, можно генерировать больше энергии с меньшим количеством топлива, повышая эффективность двигателя и сокращая расходы на космические путешествия и выбросы.
Карим Ахмед, ведущий исследователь проекта и доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники UCF, много лет занимается исследованиями RDRE. Ахмед и его команда уже опубликовали исследование с доказательствами того, что этот тип двигателя работает, и используют награду НАСА для работы над заменой RDRE для двигателя RL10, который в настоящее время используется во многих космических полетах, включая предстоящие миссии Artemis.
«Мы продемонстрировали технологию, теперь пришло время для разработки», — говорит Ахмед.
Испытание тягового движителя и характеристика вращающегося детонационного ракетного двигателя UCF показаны на этой фотографии. Предоставлено: варианты двигателя UCF
RL10 используются во многих пусковых установках, таких как Atlas V, Vulcan и Orbital ATK OmegA.
По словам Ахмеда, поскольку правительство США является крупнейшим пользователем пусковых услуг в мире, продвижение более дешевой и высокопроизводительной технологии RDRE приведет к значительной экономии средств.
RDRE также могут использоваться в коммерческих целях, способствуя выходу на новые рынки, такие как широко распространенные спутниковые высокоскоростные интернет-услуги, благодаря снижению затрат на запуск. Несколько федеральных агентств, таких как НАСА, Министерство обороны, Национальное разведывательное управление и Национальное управление океанических и атмосферных исследований, используют спутники для выполнения своих основных функций.
При расширении на другие виды транспорта, такие как самолеты, RDRE могли бы даже обеспечить перелеты от побережья до побережья менее чем за тридцать минут и пятиминутные перелеты из Нью-Йорка в Лондон.
Этот проект был одним из двенадцати предложений, отобранных для получения гранта НАСА M-STTR 2022 года, который направлен на развитие партнерских отношений между учреждениями, обслуживающими меньшинства, и малыми предприятиями в рамках подготовки к отправке ими предложений на ежегодный запрос STTR Phase I НАСА.
Ахмед и его команда сотрудничали с малым бизнесом Creare LLC, а также Halo LLC с Aerojet Rocketdyne для перехода к технологии.
Ахмед получил докторскую степень в области машиностроения в Университете Буффало – Университете штата Нью-Йорк. Он работал в Pratt & Whitney Military Engines и Университете Олд Доминион до того, как в 2015 году присоединился к Департаменту машиностроения и аэрокосмической техники UCF, входящего в состав Колледжа инженерии и компьютерных наук UCF. Он является директором Лаборатории исследований двигателей и энергии UCF, факультет член Центра перспективных исследований турбомашин и энергетики UCF, ассоциированный научный сотрудник Американского института аэронавтики и астронавтики и научный сотрудник факультета AFRL.
Колледж инженерии и компьютерных наук
Исследовательская работа
пространство
Кафедра машиностроения и аэрокосмической техники
Центр передовых исследований турбомашин и энергетикиРотационно-детонационные ракетные двигатели (RDRE)
Агентство:
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства
Филиал:
Н/Д
Программа | Фаза | Год:
СБИР |
Фаза I |
2022Запрос:
SBIR_22_P1
Номер темы:
Z10.
05
ПРИМЕЧАНИЕ. Заявки и темы, перечисленные на
этот сайт является копиями различных предложений агентства SBIR и не обязательно
самые свежие и актуальные.
По этой причине вам следует использовать ссылку агентства, указанную ниже, которая приведет вас
непосредственно к
соответствующий сервер агентства, где вы можете прочитать официальную версию этого ходатайства
и скачать соответствующие формы и правила.Официальная ссылка на это обращение:
https://sbir.gsfc.nasa.gov/solicitationsДата выпуска:
06 января 2022 г.
Дата открытия:
06 января 2022 г.
Срок подачи заявки: 20 09003 909002 Март Дата закрытия:
09 марта 2022 г.
Описание:
Ведущий центр: MSFC
Участвующий центр(ы): GRC
Год подачи заявки: 2022
Название предмета
Ротационно-детонационный ракетный двигатель (RDRE) Отклик, восстановление и динамика работы инжектора
Описание предмета
RD требует дальнейшего изучения новых решений для борьбы с серьезными проблемами и решениями для инжекторов RE
RD этот высокопроизводительный цикл двигателя. Необходимы усилия по разработке технологий, чтобы лучше понять, как уменьшить потенциал обратного потока продуктов сгорания, когда детонация высокого давления проходит через отверстия форсунки. Одним из способов достижения этого является высокая импульсная диодичность для элементов инжектора. Динамика восстановления при различных эквивалентных условиях перепада давления может быть ключом к минимизации потерь при дефлаграции. Это особенно касается двухкомпонентных топлив жидкость/газ и жидкость/жидкость.
Хорошо известно, что извлечение пороха для одновременного попадания в камеру и эквивалентного участия в процессе детонации — это то, из чего может быть получено большинство преимуществ детонации. Наконец, желательны новые схемы элементов, которые эффективно защищают детонацию от поверхности инжектора, а также равномерно распределяют и смешивают топливо без потери несгоревшего топлива из критической области. Устранение детонации от поверхности форсунки уменьшит общий градиент давления, который будет испытывать отверстия форсунки, и, таким образом, значительно уменьшит обратный поток. Каждая из этих задач необходима, среди прочего, для снижения общего рабочего давления для удовлетворения более разумных требований к системе жидкостного двигателя.
Необходимо сверхвысокоэффективное решение для инжектора детонации, которое попытается решить эти или аналогичные проблемы. Компьютерное гидродинамическое моделирование (CFD) и анализ в сочетании с испытанием на холодную текучесть и, наконец, испытание на горячее пламя были бы весьма желательны в зависимости от этапа работы.
Решения, решающие эти проблемы, дадут НАСА и отраслевому партнеру реальный путь к радикальному улучшению характеристик устройств сгорания, что позволит реализовать будущие архитектуры миссий, включая Луну и Марс.
В этой подтеме ищутся инновационные инженерные решения проблемы отклика форсунки и динамики детонации в цикле RDRE с соответствующими порохами. Основной интерес представляют фазы жидкостного/газового и жидкостного/жидкого пропеллента, особенно интереса к использованию криогенного пропеллента. Метан, водород, RP-1, гиперголики и их последующие фазы представляют первостепенный интерес для НАСА. Впрыск газообразной фазы неприемлем, если и жидкий кислород, и топливо не находятся в криогенном состоянии и оба не используются для регенеративного охлаждения оборудования.
Фаза I многогранна и может включать несколько путей развития. Необходимо технико-экономическое обоснование, демонстрирующее доказательство концепции для данного приложения. Это может быть выполнено с помощью CFD или другого типа анализа, который показывает, что схемы форсунок с высокой диодностью могут эффективно использоваться в детонационных двигателях.
Потребуется также дальнейшая демонстрация возможности изготовления форсунок сложной геометрии. Одним из способов сделать это было бы изготовление отверстий инжектора меньшего размера, возможно, с использованием технологий аддитивного производства. Обычные методы механической обработки также могут быть использованы для изготовления одноэлементных потоковых образцов различной геометрии. Затем эти отверстия и образцы можно было подвергнуть удару или имитации детонации. Затем будет измерена реакция инжектора и динамика восстановления. Визуализация и измерение обратного потока или сопротивления обратному потоку были бы очень полезны в этом отношении. Испытания на холодную текучесть с использованием воды или воздуха в качестве имитаторов топлива были бы нормой. Новые методы производства, постобработки и эксплуатации отверстий инжектора будут вспомогательными, но важным дополнением к работе, поскольку они продемонстрируют снижение стоимости и сроков разработки оборудования.
Expected TRL or TRL Range at completion of the Project
2 to 5
Primary Technology Taxonomy
Level 1
TX 01 Propulsion Systems
Level 2
TX 01.
4 Advanced Propulsion
Желаемые результаты Фазы I и Фазы II
- Аппаратное обеспечение
- Анализ
- Исследования
- Прототип
Желаемые результаты Описание
Фаза I многогранна и может включать несколько путей развития. Необходимо технико-экономическое обоснование, демонстрирующее доказательство концепции для данного приложения. Это может быть выполнено с помощью CFD или другого типа анализа, который показывает, что схемы форсунок с высокой диодностью могут эффективно использоваться в детонационных двигателях. Потребуется также дальнейшая демонстрация возможности изготовления форсунок сложной геометрии. Одним из способов сделать это было бы изготовление отверстий инжектора меньшего размера, возможно, с использованием технологий аддитивного производства. Обычные методы механической обработки также могут быть использованы для изготовления одноэлементных потоковых образцов различной геометрии. Затем эти отверстия и образцы можно было подвергнуть удару или имитации детонации.
Затем будет измерена реакция инжектора и динамика восстановления. Визуализация и измерение обратного потока или сопротивления обратному потоку были бы очень полезны в этом отношении. Испытания на холодную текучесть с использованием воды или воздуха в качестве имитаторов топлива были бы нормой. Новые методы производства, постобработки и эксплуатации отверстий инжектора будут вспомогательными, но важным дополнением к работе, поскольку они продемонстрируют снижение стоимости и сроков разработки оборудования.
Этап I требует небольшой лабораторной демонстрации с использованием экспериментов с холодным течением и/или усилий по моделированию для подтверждения концепции. Доказательство концепции может включать демонстрацию повышенного потенциала диодности для конкретных геометрических элементов инжектора по сравнению с базовым случаем сравнения. Метрики, по которым можно оценить диодичность, включают геометрию, которая дает диодичность> 1,4. Однако есть схемы, которые могут достигать диодности >10x.
Усилия, чтобы понять скорость восстановления топлива, также имеют решающее значение.
Фаза II будет включать в себя испытания на холодную текучесть с имитацией условий удара/детонации в лабораторных условиях и/или испытания теплоотвода/регенеративного горячего пламени, которые оценивают реакцию форсунки, восстановление и характеристики, такие как C*, тяга и/или визуальная диагностика выбросов при сгорании, позволяющая сделать вывод о полноте сгорания. Также желательны измерения тяги.
Работа Этапа III будет направлена на развитие технологии для продолжительных испытаний с конструкциями форсунок с оптимизированными характеристиками в конкретных расчетных условиях. Потребуется огневая демонстрация такого устройства сжигания.
Современное состояние и критические пробелы
Повышение производительности силовой установки практически остановилось. Фактически, в настоящее время промышленность жертвует производительностью сгорания и улучшением удельного импульса ради технологичности.
RDRE представляют собой потенциал для значительного улучшения простоты производства, конкретных импульсных характеристик устройства сгорания и расширения возможностей доступа в космос в США. Концепции высокоэффективных силовых установок, такие как RDRE, изучаются в Соединенных Штатах, и интерес к ним никогда не был выше. Таким образом, эта работа направлена на радикальное улучшение и расширение возможностей проектирования и испытаний RDRE, чтобы сделать доступ в космос более осуществимым и экономически эффективным.
Релевантность / Научная прослеживаемость
Исследования, запрошенные в этой заявке, имеют отношение ко многим текущим проектам и программам НАСА, в частности, для будущего использования с HLS (Human Landing System), SLS (Космическая система запуска) и с Луны на Марс Архитектура агентства. Существует также прямая применимость к программам RDRE ARDVARC (аддитивная вращающаяся детонационная камера), RAMFIRE (реактивное аддитивное производство для исследовательских систем четвертой промышленной революции), LLAMA (сборка аддитивного производства с длительным сроком службы и ALPACA (сборка аддитивной камеры с улучшенными эксплуатационными характеристиками спускаемого аппарата) в Центр космических полетов НАСА имени Маршалла
Ссылки
- B.
R.Bigler, J.W.Bennewitz, S.A.Danczyk, и W.A.Hargus, «Работоспособность вращающегося детонационного ракетного двигателя при впрыске с переменным перепадом давления», J. Spacecr. Ракеты, стр. 1–10, 2020, doi: 10.2514/1.a34763.
- Д. Лим, «Экспериментальные исследования отклика жидкостного инжектора и теплового потока стенки во вращающемся детонационном ракетном двигателе», Аспирантура Университета Пердью, 2019.
- Г. С. Гилл и У. Х. Нурик, «Инжекторы жидкостных ракетных двигателей», спецификация NASA, публикация SP-8089.. 1976.
- Дж. Хулка, «Проектирование и изготовление аддитивных элементов инжектора для форсажной камеры RS-25», 2019 г.
Область применения Название
Методики улучшения улавливания тяги выхлопных газов вращающегося детонационного ракетного двигателя (РДРД) (оптимизация конструкции сопла) и снижения потерь
Область применения Описание
Область применения Описание для создания идеальной тяги при минимальной массе оборудования.
Традиционная форсунка RDRE обычно включает использование форсунки в виде аэродинамического шипа в центральном корпусе и кожухе или форсунке внешнего корпуса. Не совсем понятно, как оптимально захватить тягу RDRE, учитывая, что выходной поток имеет потери кинетической энергии из-за колебательного выхлопа. Интерес представляют методы, с помощью которых эти потери могут быть возмещены. Кроме того, весьма желательны также способы, с помощью которых можно было бы свести к минимуму колебательный выходной поток.
В дополнение к секции расширения, описанной выше, представляют интерес новые методы проектирования камеры и последующей горловины. Хорошо известно, что резкое сжатие площади оказывает пагубное воздействие на стабильность детонации и, таким образом, вызывает снижение детонационных характеристик, что, как считается, вызывает снижение общей производительности двигателя. Желательны дальнейшие инвестиции в геометрию, которая не ухудшает характеристики детонации, но также увеличивает удельный импульс.
Фаза I требует моделирования вычислительной гидродинамики (CFD) или эквивалентного анализа/экспериментальной работы, демонстрирующей минимизацию потерь и максимизацию тяги в дополнение к попыткам уменьшить общую массу и масштаб оборудования. Основная цель состоит в том, чтобы лучше понять, как спроектировать комбинированную камеру и конфигурацию сопла для RDRE, которые в идеале будут создавать тягу с минимальными потерями. Методологии, которые исследуют и оценивают, как лучше всего достичь этой цели, являются приоритетными. Одним из потенциальных средств, с помощью которых это может быть достигнуто, является создание программы, в которой используется метод характеристик для проектирования конфигурации заглушки/внешнего сопла при конкретных расчетных условиях.
Expected TRL or TRL Range at completion of the Project
2 to 5
Primary Technology Taxonomy
Level 1
TX 01 Propulsion Systems
Level 2
TX 01.
4 Advanced Propulsion
Желаемые результаты Фазы I и Фазы II
- Исследование
- Анализ
- Прототип
- Аппаратное обеспечение
Желаемые результаты Описание
Этап I требует моделирования CFD или эквивалентного анализа/экспериментальной работы, демонстрирующей минимизацию потерь и максимизацию тяги в дополнение к попыткам уменьшить общую массу и масштаб оборудования. Основная цель состоит в том, чтобы лучше понять, как спроектировать комбинированную камеру и конфигурацию сопла для RDRE, которые в идеале будут создавать тягу с минимальными потерями. Методологии, которые исследуют и оценивают, как лучше всего достичь этой цели, являются приоритетными. Одним из потенциальных средств, с помощью которых это может быть достигнуто, является создание программы, в которой используется метод характеристик для проектирования конфигурации заглушки/внешнего сопла при конкретных расчетных условиях.
Этап I требует усилий по моделированию, чтобы продемонстрировать концепцию, и выбор геометрии для производства и тестирования. Доказательство концепции может включать полное моделирование CFD или более простую методологию анализа по сравнению с базовым случаем сравнения. Базовой линией может быть прямолинейное кольцевое пространство стандартной практики с пробковым соплом, рассчитанное с использованием соотношений Быковского [1,2]. Также необходимо будет показать новые методы уменьшения механизмов потерь. Они могут включать геометрию выступающих каналов в кольцевом пространстве, которые могут действовать как статоры.
Фаза II будет предусматривать испытания теплоотвода/регенеративного нагрева горячим огнем, в ходе которых оцениваются такие характеристики, как C*, тяга и/или визуальная диагностика выбросов при сгорании, позволяющая сделать вывод о полноте сгорания.
Современное состояние и критические недостатки
Повышение производительности силовой установки практически остановилось.
Фактически, в настоящее время промышленность жертвует производительностью сгорания и улучшением удельного импульса ради технологичности. RDRE представляют собой потенциал для значительного улучшения простоты производства, конкретных импульсных характеристик устройства сгорания и расширения возможностей доступа в космос в США. Концепции высокоэффективных силовых установок, такие как RDRE, изучаются в Соединенных Штатах, и интерес к ним никогда не был выше. Таким образом, эта работа направлена на радикальное улучшение и расширение возможностей проектирования и испытаний RDRE, чтобы сделать доступ в космос более осуществимым и экономически эффективным.
Актуальность / Научная прослеживаемость
Исследование, запрошенное в этой заявке, имеет отношение к текущим проектам и программам НАСА, в частности, для будущего использования с HLS (Human Landing System), SLS (Космическая система запуска) и агентством Moon to Mars. архитектура. Повышение удельного импульса жидкостной двигательной установки также сильно зависит от конструкции сопла для цикла RDRE.
Ссылки
- К. Гото, Дж. Нисимура, А. Кавасаки, К. Мацуока, Дж. Касахара, А. Мацуо, И. Фунаки, Д. Наката, М. Утиуми и К. Хигасино, « Движительная способность и тепловая среда вращающегося детонационного двигателя с различными соплами // Журн. пропульс. Мощность, об. 35, нет. 2019. Т. 1. С. 213–223..
- Йетао С., Мэн Л. и Цзяньпин В., «Двигатель с непрерывной детонацией и влияние различных типов сопла на его двигательные характеристики», китайский J. Aeronaut., vol. 23, нет. 6, стр. 647–652, 2010.
- М. Фотия, Т. А. Кемминг, Дж. Хок и Ф. Шауэр, «Исследование экспериментальных характеристик вращающегося детонационного двигателя с соплом выхлопного потока», на 53-м заседании AIAA по аэрокосмическим наукам, 2015 г., с. 631.
- Т. Смит, А. Павли и К. Кацински, «Сравнение теоретических и экспериментальных характеристик тяги ракетного сопла с соотношением площадей 1030:1 при давлении в камере 2413 кН/кв. м (350 фунтов на квадратный дюйм)», в 23rd Joint пр.