Листал я как-то сайт WinGD в поисках интересного и набрел на небольшую заметку о том, как в исследовательском центре WinGD в Швейцарии развивается процесс изучения горения различных видов топлива в цилиндре. Увидел фото (Рисунок 1), заинтересовался. Оригинальная заметка на САЙТЕ весьма скупа на подробности; решил, что нужно искать информацию по этой "гравицапе" где-то еще... нашел🧐.
🔥ВВЕДЕНИЕ
Процесс горения топлива в цилиндре ДВС всегда был прикрыт пеленой предположений и гипотиз из-за отсутствия данных, полученных эмпирическим путем. Можно сколько угодно строить очень точные математические модели, визуализировать процессы, происходящие в цилиндре, но практика может сильно отличаться от даже идеально скомпонованной теории. Испытательный стенд Геркулес 3 дает возможность не просто заглянуть внутрь, а получить исчерпывающее количество данных о процессе горения топлива в цилиндре.
Кстати, почему Геркулес 3? Где первые два? Обо всем по порядку...
🔥КРАТКАЯ ИСТОРИЯ
Изучение процессов, протекающих в цилиндре ДВС не прекращалось никогда. Строились гепотизы, конструировались экспериментальные установки, проводились специфические тесты. Стенд Геркулес был одним из испытательных и представлял собой камеру згорания с примитивными устройствами оптического контроля. Инженеры, получавшие эмпирические данные о распыле и горении в камере Геркулеса, пришли к выводу, что просто замкнутое пространство с подогревателем - это совсем не камера сгорания реального ДВС. Начались модификации.
На первой версии (Рисунок 3), ровно как и на второй (Геркулес 2 визуально не отличался от Геркулеса 1) не было такого количества измерительной аппаратуры, а сама конструкция была увешена технологическими заглушками; видимо, задел на будущее был с самого начала. Смотри на Рисунок 3, система подачи топлива - "коммон рейл" (желный аккумулятор и устройство впрыска из нержавеющей стали). Смотреть на факел разработчикам быстро наскучило и фокус исследований перешел на процесс истечения струи из сопел форсунки, что, как выяснилось, является ключевым параметром формирования факела. Оптический контроль факела дополнился лазерным, что позволило прояснить некоторые аспекты диффузионного горения. Началась серьезная и действительно важная работа, ведь, момент начала глубокого анализа процесса сгорания топлива совпал с планами по зеленому переходу и появления такого понятия, как этапы перехода TIER I, TIER II, TIER III. Нашли что-то интересное?
🔥ГЕРКУЛЕС 3
Тестовые стенды изобретались и до Геркулеса 3, но он существенно отличается от своих предшественников. Помимо камеры сгорания стенд имеет системы нагрева, изменения давления и направления движения сред в камере, состава свежего заряда, а это уже дает возможность изменять каждый параметр отдельно, что невозможно на реальном двигателе, в цилиндре которого все параметры взаимосвязаны. В чем смысл? В том, что Геркулес 3 позволяет вывести параметры впрыска топлива и его горения за известные пределы и заглянуть "за привычный горизонт" в поисках чего-то нового.
🟢Баллон высокого давления
Свежий заряд закачивается в баллон компрессором. Это может быть воздух или смесь азота и кислорода в разных пропорциях, что позволяет имитировать работу системы РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ. Набор клапанов быстрого действия позволяет варьировать скорость поднятия давления в камере в пределах от 150 до 1000 миллисекунд.
🟢Регенератор
Не совсем понимаю почему в оригирале это устройство именуется регенератором ("regenerator" - источник), ведь принцип его работы соответствует электрическому нагревателю с довольно большой теплообменной площадью. Нагревать свежий заряд регенератор может в диапазоне от 300 до 940 градусов по шкале Кельвина.
🟢Камера сгорания
По своей геометрии практически идентична реальной камере сгорания малооборотного крейцкопфного ДВС среднего диаметра (как я понимаю - 400~900 миллиметров). Две торцевые крышки могут поворачиваться друг относительно друга с шагом 15 градусов под нужнды конкретного эксперимента.
Оптическая аппаратура. Три порта с возможностью как примитивного визуального контроля, так и установки измерительной и фиксирующей аппаратуры. Диаметр смотровых стекол 100 мм, это довольно много.
Расположены они так, что видна практически вся камера сгорания, поэтому зафиксировать можно весь процесс формирования струи.
🟢Форсунки
Стандартные форсунки WinGD, но вот распылители имеют всего одно отверстие, что облегчает контроль, а игла оснащена датчиком высоты подъёма. Форсунки можно установить в трех позициях (смотри Рисунок 5), что позволяет получить исчерпывающие данные о впрыске.
Проблема первых двух моделей стенда Геркулес заключалась еще и в том, что струя топлива вписывалась в область обзора не со всех ракурсов, что вынуждало персонал менять позицию измерительного оборудования, поворачивать крышки камеры, чистить стекла. Около 20 минут уходило на очистку стекол и перезарядку баллона, а вот на вращение крышек и центрального диска весом 500 кг, могло уйти пол дня. Так Геркулес 3 получил сразу три смотровых окна с сапфировыми стеклами и теперь всю струю можно уместить в несколько последовательных снимков с последующим их объёдинением. Такой метод используют для составление карт местности из спутниковых фотографий.
Давай проясним Рисунок 7. Синими кружками обведены области обзора установок Геркулес 1 и 2 при последовательном смещении крышек на 15 градусов. Чтобы сделать 4 снимка нужно затратить 2 дня...
Зеленым указана область обзора одного окна установки Геркулес 3, при том, что таких окон три штуки. Скорость получения данных увеличилась в разы.
Кстати, третья модификация Геркулеса может создавать и теневые изображения при помощи 640 нанометрового лазера и специального оптического фильтра. Дело в том, что при сгорании традиционных видов топлива несгораемые частицы, что потом в виде сажы иседают везде в выпускном тракте, сильно нагреваются и засвечивают снимок. В общем, смотри Рисунок 8.
🔥РАЗВИТИЕ
Сам процесс любого исследования иногда процентов на 90 состоит именно из доработки оборудования, поэтому со временем Геркулес 3 стал практически полностью повторять тестовый двигатель RTX-6.
Результат... Вот несколько последовательных снимков впрыска, снятые через центральное смотровое окно.
🔥ЗАЧЕМ ВСЕ ЭТО
Физические тесты нужны для закрепления теорий и предположений. Чем качественнее и детальнее тесты, тем быстрее разработчики становятся на верный путь в развитии техники. На сегодняшний день это особенно актуально, так как все эти снижения выбросов и зеленый переход так и остаются на острее глобальной повестки. Геркулес 3 позволяет произвести весь необходимый спектр исследований любых возможных видов топлива во всевозможных состояниях и комбинациях, что значительно сокращает цикл разработки и доработки ДВС. На этом стенде проходили тесты и метаноловые модели и аммиачные. Ждем прорывных новостей от специалистов-дизелистов, возможно, выйдет что-то, способное пошатнуть фундаментальные знания о дизелях... Не думаю. если честно😅.
Подписывайся и читай интересные статьи по судовой и не только энертегике.
