Камера пульсирующего горения с форкамерной системой подачи топлива

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности, к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям. Техническим результатом является увеличение скорости сгорания горючей смеси в камере сгорания, а также повышение экономичности за счет полного сгорания топлива в камере сгорания. Камера пульсирующего горения с форкамерной системой подачи топлива содержит камеру сгорания, систему запуска, резонансную трубу, форкамеру, соединенную с воздухозаборником и баллоном с газом. Камера сгорания соединена с одной стороны с форкамерой, с другой - с резонансной трубой. Система запуска включает в себя свечу зажигания, установленную в форкамере, нагнетатель, соединенный через напорную трубку с аэродинамическим клапаном, установленным частично в камере сгорания. Содержит блок управления, соединенный со свечой зажигания и нагнетателем.

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности, к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям.

Известна конструкция реактивного двигателя с камерой пульсирующего горения (заявка ФРГ 2517947, МПК F23R 1/12, 1976), содержащая камеру пульсирующего горения с коаксиальным цилиндрическим клапаном, имеющим расположенные радиально выпускные отверстия, вращающуюся заслонку, приводимую в действие механизмом, снабженным регулятором скорости вращения, и устройство для входа воздуха через открытую лобовую часть двигателя.

Недостатком данной конструкции является наличие механического клапана, содержащего вращающуюся заслонку, так как это снижает надежность и долговечность работы двигателя.

Известна также конструкция двигателя, содержащая камеру пульсирующего горения, аэродинамический клапан, резонансную трубу, изогнутую таким образом, что импульс реактивной силы продуктов сгорания из резонансной трубы и аэродинамического клапана направлен в одну сторону (Патнэм А.А. Вибрационное горение с точки зрения практики. С.379-410 в книге: Маркштейн Дж.Г. Нестационарное распространение пламени, М. 1968).

Недостатком данной конструкции является недостаточно полное использование энергии сжигаемого топлива, большой расход топлива, вследствие малой химической активности используемого топлива.

Известен комбинированный воздушно-ракетный двигатель с прямоточной камерой пульсирующего горения, форкамерой и системой воздушного запуска (патент РФ 114343, МПК F02K 9/78, опубл. 20.03.2012), ближайший по технический сущности и принятый за прототип, содержащий баки с окислителем и горючим, камеру сгорания, сопло Лаваля, клапаны окислителя и горючего, систему зажигания, резонансную трубу, установленную в закритической части сопла Лаваля, в него введены форкамера с обратным воздушно-кислородным клапаном, установленная под углом 90° к оси камеры сгорания и соединенная с воздухозаборником с дроссельной заслонкой, баллон с азотом, соединенный трубопроводом системы воздушного запуска через установленный в нем кран пуска азота и обратный клапан системы воздушного запуска с воздухозаборником, а трубопровод системы воздушного запуска соединен с баком окислителя через наддувающий трубопровод и кран пуска окислителя, в бак окислителя установлен трубопровод подачи окислителя, соединенный через теплообменник, установленный на резонансной трубе через клапан окислителя, с обратным воздушно-кислородным клапаном форкамеры, бак с горючим соединен с форкамерой, трубопроводом отбора газообразных продуктов горения с обратным клапаном и трубопроводом подачи горючего через клапан горючего с топливной форсункой, установленной в форкамере, при этом трубопровод системы воздушного запуска после обратного клапана системы воздушного запуска соединен трубопроводом наддува с трубопроводом отбора газообразных продуктов горения после обратного клапана.

Недостатком известного устройства является наличие бака с окислителем, который увеличивает вес двигателя, кроме того хранение и заправка двигателя горючим и окислителем требует повышенных мер пожарной безопасности.

Принципиальное отличие заявляемого устройства заключается в отсутствии бака с окислителем, соответственно, и обратного воздушно-кислородного клапана и т.д., что ведет к снижению веса конструкции, повышению надежности.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является снижение удельного расхода топлива.

Техническим результатом полезной модели является увеличение скорости сгорания горючей смеси в камере сгорания, а также повышение экономичности за счет полного сгорания топлива в камере сгорания.

Технический результат достигается тем, что в камере пульсирующего горения с форкамерной системой подачи топлива, содержащей камеру сгорания, систему запуска, резонансную трубу, форкамеру, соединенную с воздухозаборником и баллоном с газом, новым является то, что камера сгорания соединена с одной стороны с форкамерой, с другой - с резонансной трубой, система запуска включает в себя свечу зажигания, установленную в форкамере, нагнетатель, соединенный через напорную трубку с аэродинамическим клапаном, установленным частично в камере сгорания, дополнительно одержит блок управления, соединенный со свечой зажигания, с камерой сгорания и аэродинамическим клапаном.

В качестве воздухозаборника используют вентилятор, соединенный через расходомер воздуха с форкамерой посредством воздушной магистрали.

Форкамера соединена с баллоном с газом через электромагнитный клапан подачи газа и расходомер газа посредством топливной магистрали.

Электромагнитный клапан дополнительно соединен с блоком управления.

Баллон с газом содержит вентиль.

На внешней поверхности камеры сгорания установлен фотодатчик, соединенный с блоком управления.

На фиг.1. приведена схема камеры пульсирующего горения с форкамерной системой подачи топлива.

Здесь 1 - форкамера, 2 - свеча зажигания, 3 - фотодатчик, 4 - камера сгорания, 5 - аэродинамический клапан, 6 - напорная трубка, 7 - баллон с газом, 8 - вентиль, 9 - расходомер газа, 10 - электромагнитный клапан подачи газа, 11 - топливная магистраль, 12 - нагнетатель, 13 - вентилятор, 14 - воздушная магистраль, 15 - расходомер воздуха, 16 - резонаторная труба, 17 - блок управления.

Камера пульсирующего горения содержит камеру сгорания 4, соединенную с одной стороны с форкамерой 1, а с противоположной - с резонансной трубой 16, и установленный в ней частично аэродинамический клапан 5, систему подачи горючего, включающую в себя форкамеру 1, баллон с газом 7 с вентилем 8, расходомер газа 9, электромагнитный клапан подачи газа 10, топливную магистраль 11, содержит систему запуска, включающую в себя свечу зажигания 2, нагнетатель 12, напорную трубку 6, содержит систему управления и контроля, включающую фотодатчик 3, блок управления 17, также содержит систему подачи воздуха, включающую вентилятор 13, воздушную магистраль 14, расходомер воздуха 15.

Вентилятор 13 и расходомер воздуха 15 соединены последовательно с форкамерой 1 через воздушную магистраль 14.

Вентилятор 13 служит для подачи воздуха в форкамеру 1, где воздух смешивается с газом и участвует в горении.

Баллон с газом 7, вентиль 8, расходомер газа 9 и электромагнитный клапан подачи газа 10 соединены последовательно с форкамерой 1 через топливную магистраль 11.

Обычно баллон с газом 7 содержит сжиженный газ.

Нагнетатель 12 соединен с аэродинамическим клапаном 5 через напорную трубку 6. Нагнетатель 12 предназначен для наполнения камеры сгорания 4 пусковым воздухом и организации пульсирующего режима горения.

Блок управления 17 соединен со свечой зажигания 2, с фотодатчиком 3, с расходомером воздуха 15, с нагнетателем 12 и электромагнитным клапаном подачи газа 10.

Фотодатчик 3 установлен на внешней поверхности камеры сгорания 4.

Устройство работает следующим образом.

Включают вентилятор 13, по показаниям расходомера воздуха 15, устанавливают необходимый расход газа в воздушной магистрали 14.

По команде с блока управления 17 включается свеча зажигания 2, открывается электромагнитный клапан подачи газа.

Открывают вентиль 8 на баллоне со сжиженным газом 7 и по показаниям расходомера газа 9 устанавливают необходимый расход газа в топливной магистрали 11.

Коэффициент избытка воздуха устанавливают 50% (согласно научному открытию "Явление высокой химической активности продуктов неполного сгорания богатой углеводородной смеси", сделанному 1952 г. доктором технических наук Л.А.Гуссаком (Институт химической физики АН СССР)).

Воздух и газ поступают в форкамеру 1 по топливной 11 и воздушной 14 магистрали соответственно, где они смешиваются, образуя газо-воздушную смесь, которая воспламеняется с помощью свечи зажигания 2. После воспламенения газо-воздушной смеси свеча зажигания 2 отключается.

После поджига газо-воздушная смесь превращается в нестабильные химически, активные свободные радикалы и атомы (согласно открытию д.т.н. Гуссака Л.А.). Продукты неполного сгорания из форкамеры 1 под давлением свежей порции смеси истекают в камеру сгорания 4.

Одновременно, с помощью нагнетателя 12 через аэродинамический клапан 5, по напорной трубке 6 в камеру сгорания 4 подают пусковой воздух. Горение в камере сгорания 4 приобретает пульсирующий характер.

Продукты сгорания из камеры сгорания 4 истекают через резонаторную трубу 16.

Горение в камере сгорания 4 контролируется фотодатчиком 3. При исчезновении пламени фотодатчик 3 подает сигнал в блок управления 15, который автоматически перекрывает электромагнитный клапан 10.

1. Камера пульсирующего горения с форкамерной системой подачи топлива, содержащая камеру сгорания, систему запуска, резонансную трубу, форкамеру, соединенную с воздухозаборником и баллоном с газом, отличающаяся тем, что

камера сгорания соединена с одной стороны с форкамерой, с другой - с резонансной трубой,

система запуска включает в себя свечу зажигания, установленную в форкамере, нагнетатель, соединенный через напорную трубку с аэродинамическим клапаном, установленным частично в камере сгорания,

дополнительно содержит блок управления, соединенный со свечой зажигания и нагнетателем.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что в качестве воздухозаборника используют вентилятор, соединенный через расходомер воздуха с форкамерой посредством воздушной магистрали, причем расходомер воздуха соединен с блоком управления.

3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что форкамера соединена с баллоном с газом через электромагнитный клапан подачи газа и расходомер газа посредством топливной магистрали.

4. Камера по п.3, отличающаяся тем, что электромагнитный клапан подачи газа соединен с блоком управления.

5. Камера по п.3, отличающаяся тем, что баллон с газом содержит вентиль.

6. Камера по п.1, отличающаяся тем, что на внешней поверхности камеры сгорания установлен фотодатчик, соединенный с блоком управления.