Сотрудники Томского научного центра СО РАН в кооперации с коллегами из Пекинского технологического университета провели численные и экспериментальные исследования процессов смесеобразования и сжигания топливно-воздушной смеси, необходимые для разработки отечественных роторно-поршневых двигателей различного назначения. Результаты получены в ходе реализации гранта РНФ № 21-79-00170 и опубликованы в журнале первого квартиля Fuel.

«Сейчас одной из актуальных задач является создание отечественных передовых роторно-поршневых двигателей разного назначения, преимуществами которых являются простота конструкции, компактные размеры, меньшая масса, низкий уровень шума и вибраций. В этом проекте в качестве топлива был использован синтез-газ, который можно производить из различного сырья, являющийся переходным звеном на пути к водородной энергетике», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории физической активации ТНЦ СО РАН Сергей Замбалов.

Как поясняют авторы исследования, традиционно выделяют два способа инжекторной подачи топлива: внешний и внутренний. При внешнем способе топливо поступает во впускной коллектор, смешивается с воздухом и подается в камеру сгорания. При непосредственном впрыске топливо сразу поступает в камеру в определенном количестве с минимальной задержкой.

Учёные исследовали новую концепцию двойного впрыска топлива, смысл которой заключается в объединении преимуществ обоих методов: одна часть топлива подается в впускной коллектор на такте впуска, другая часть поступает непосредственно в камеру сгорания на такте сжатия. Использование такой технологии в роторно-поршневых двигателях требует оптимизации для выбранного вида топлива.

Численное моделирование процессов смесеобразования, воспламенения и горения смеси проводилось с использованием синтез-газа, состоящего из водорода и монооксида углерода в соотношении один к одному. Согласно полученным результатам, оптимальная стратегия двойного впрыска топлива для заданных условий заключается в подаче основной части топлива во впускной коллектор (75–90 %). Такая стратегия позволяет увеличить эффективность преобразования топлива до 5–7 % и снизить удельное потребление на 4–6 %, по сравнению с использованием только одного из видов впрыска.

«Расчётные данные получили экспериментальное подтверждение со стороны китайских коллег. Группа ученых под руководством профессора Чангвэй Джи из Пекинского технологического университета является одной из самых авторитетных в мире в области исследований технологических аспектов перспективных двигателей и сжигания различных видов топлива. Наше сотрудничество началось чуть более года назад, когда наши публикации вызвали интерес и получили отклик. Помимо научных публикаций, мы планируем реализацию совместных проектов по линии различных грантовых конкурсов и программ Министерств науки и высшего образования России и Китая», — отметил Сергей Доржиевич.

Исследования и разработки учёных ТНЦ СО РАН могут быть востребованы в при создании отечественных роторно-поршневых компактных двигателей мощностью до 20 лошадиных сил, необходимых для малых беспилотных летательных аппаратов, садовой техники, лодочных моторов, генераторов электричества. На прошедшем Международном военно-техническом форуме «Армия–2023» наметились перспективы контактов с заинтересованными промышленными партнерами.

Источник: ТНЦ СО РАН.