ПОРОХОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ-2 (С РЕСИВЕРОМ)

judbarovski@gmail.com
[585] -2009/11/03, [586]-2009/11/05

Эта статья родилась с подачи Макарова А.Ф. (Кемерово) – автора концепции Пороховых двигателей для наземного транспорта. Главной их проблемой был в разы больший топливный бак в сравнении с углеводородными топливами, и технологические проблемы связанные с неравномерностью горения и недожёгом, но в решении этих проблем автор концепции продвинулся. А.Ф. Макаров также, на мой взгляд, не учитывал в своих расчётах топливного бака «чистое расширение» газов сгорания, а только тепловой эффект реакции горения, при этом сам термин «чистое расширение» им неоднокрано применялся как неучтённый им фактор энергетики пороховых ДВС.
В этой статье предлагается способ сделать недоговариваемый фактор чистого расширения – совершенно явным фактором работы порохового двигателя, при этом явным путём ликвидировать проблемы неравномерности сгорания порохового горючего и его недожёга в цилидрах ДВС, и всё это просто за счёт отказа от принципа ДВС, отказом от ДВС, а вместо этого применяется газовый двигатель чистого расширения и перед ним горячий ресивер, в который впрыскивается порох, и теплом ресивера порох автоматически термически раслагается, с выделением тепла, идущего на самоподдержание термического разложения последующих порций пороха, и огромного объёма газов, поддерживающих высокое давление в ресивере. Т.е. одним выстрелом убиваем сразу двух зайцев, обе проблемы. А теплопотери подавляются пеноизоляцией и теплоотражающей фольгой поверх её.
Подача пороха в ресивер синхронизирована с отбором газов высокого давления и температуры из ресивера в двигатель с обеспечением оптимальных параметров газов, поступающих в двигатель – это рутинная задача автоматического регулирования, но может быть эффективнее и недорого, если применить интеллектуальное управление с микропроцессорами.
Прежде чем приводить энерго-массовые и экономические оценки этого способа, не претендующие на название «расчёты», на которые автор способа не способен, предлагая сделать их профессионалам, а только приблизительные оценки, отмечу что в качестве порохового двигателя после ресивера можно применить всё что угодно, от турбины до поршневого пневмодвижка, турбина позволит применить более высокие параметры рабочего тела, т.е. использовать больше энергии чистого расширения, чем поршневой пневмодвигатель, но у турбины будет вдвое меньший КПД, и она в разы дороже поршневого пневмодвигателя, во всяком случае по нынешним ценам, завышенным потому что такие автомобильной мощности турбины производятся не серийно, а как штучный товар, хотя потребность в них велика, может быть в миллиардах штук, не только для автомобилей и другого транспорта, но и для малой солнечной тепловой электроэнергетики.
Для простоты, пусть порох – это КАС-эвтоника А.Ф. Макарова, т.е. сгорание каждых 20 грамм которой даст 1 моль газов, или влизи точки росы это 28,5 литров при атмосферном давлении на 20 грамм, или при выхлопе двигателя объёмом цилиндра 1,5 литра в 1,4 атмосферы, это на эти 1, 5 литра газов сжигается 1, 5 грамма КАС. Если начальное давление в ресивере и чистого расширения 700 атм с температурой 1000 К, а на выхлопе 1,4 атм при 100 С, то эти 1, 5 литра газов на выхлопе – это результат расширения 8 миллилитров сжатого газа в рессивере весом 1,5 грамма ( 1,5 * 1,4 * 1000 /(700 * 373) = 8 мл), при этом полезная работа расширения, принимая расширение адиабатическим, равна
А = (1,4/0,4) * 700 * 8 * (1 – (1,4 /700)^(0,4/1,4)) = 16270 дж на 1,5 грамма КАС, или 2700 ккал на грамм КАС, что в 3,4 раза лучше чем по расчёту только на тепловой эффект реакции!, а это значит, что и соответсвующий топливный бак будет в 3,4 раза легче, и с учётом, например, вдвое большего КПД у поршневого пневмодвижка, чем у бензинового ДВС, такой топливный бак уступает бензиновому лишь в 1, 8 раза по весу и почти равен по объёму, без каких дибо дополнительных ухищрений с добавками в КАС. При том что КАС принципиально в разы дешевле, чем углеводородное топливо, и несравненно лучше по экологичности.
700 атмосфер при 1000 К для газов в ресивере принято мной от фонаря, т.е. «из инженерных соображений», при таких параметрах вполне можно делать бак из дешёвой углеродистой стали, притом что бак всего в поллитра объёмом содержит 30-кратный запас газов в сравнении с их расходом на один цикл движка, и такого запаса вполне достаточно для стабильности входных параметров рабочего тела при переменной нагрузке. В принципе, эти параметры рабочего тела в ресивере можно принять более высокими – например, если рутинные сплавы на основе железа и никеля, никеля и кобальта, - до 1200 град и до 1000 атм, тогда полезная работа расширения в пересчёте будет А = (1,4/0,4) * 1000 *10 * (1 – (1,4/1000)^(0,4/1,4)) = 30000 дж на 1,5 грамма КАС или 5000 ккал на кг, что с учётом, если вдвое больше КПД, сравняется с бензиновыми ДВС. Учитывая, что размеры бака и движка достаточно миниатюрны, можно, не опасаясь перерасхода на цену, применять и более изощрённые металлы и сплавы, молибден, титан, вольфрамм и т.д., что даст ещё более высокие экономические показатели пороха как топлива, главное, чтобы мировое призводство не превысило огромных потребностей на призводство миллиардов штук автомобилей, например, никель уже сейчас производится на пределе потребностей в нём.