Аэрозольный генератор с пульсирующей камерой сгорания и принудительной системой подачи реагента
Предлагаемая полезная модель относится к аэрозольной технике, может быть использована в наземных аэрозольных генераторах, применяемых как в народном хозяйстве, так и в оборонной промышленности и предназначена улучшить технико-экономические и расходные параметры аэрозольных установок. Технический результат - повышение производительности аэрозольного генератора и улучшение его технических характеристик. Для этого в аэрозольный генератор с пульсирующей камерой сгорания и принудительной системой подачи реагента, содержащий баки с горючим (1) и окислителем (2), камеру сгорания (3), клапаны горючего (4) и окислителя (5), систему зажигания (6), теплообменники системы горючего (9) и окислителя (10), размещенные на камере сгорания (3), ресиверы горючего (7) и окислителя (8), трубопровод отбора газообразных продуктов сгорания (15), обратный клапан (13), соединительный трубопровод (18), поршни баков горючего (11) и окислителя (12), теплообменник охлаждения горячих газов (14), трубопроводы системы наддува баков горючего (16) и окислителя (17), введены бак с реагентом (19), поршень бака реагента (20), трубопровод подачи реагента (21), жаровая труба (24), распыляющая форсунка (22) и трубопровод наддува бака (23).
Предлагаемая полезная модель относится к аэрозольной технике, может быть использована в наземных аэрозольных генераторах, применяемых как в народном хозяйстве, так и оборонной промышленности и предназначена улучшить технико-экономические и расходные параметры аэрозольных установок.
Аэрозольный генератор с пульсирующей камерой сгорания и принудительной системой подачи реагента выполнен на основе пульсирующего детонационного однокамерного ракетного двигателя.
Известен пульсирующий детонационный однокамерный ракетный двигатель по патенту на полезную модель 
40081, опубликованный 27.08.2004 г. Работа его основана на том, что воспламенение поданных в камеру сгорания компонентов топлива и их выброс под высоким давлением происходит периодически в результате микровзрыва (детонации).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является пульсирующий детонационный однокамерный ракетный двигатель на жидких компонентах топлива водорода и кислорода по патенту на полезную модель 43315 опубликованному 10.01.2005 г., принятый за прототип.
Схема прототипа показана на фиг.1, где обозначено:
1 - бак с горючим;
2 - бак с окислителем;
3 - камера сгорания;
4 - клапан горючего;
5 - клапан окислителя;
6 - система зажигания;
7 - ресивер газообразного горючего;
8 - ресивер газообразного окислителя;
9 - теплообменник системы горючего;
10 - теплообменник системы окислителя;
11 - поршень бака горючего;
12 - поршень бака окислителя;
13 - обратный клапан;
14 - теплообменник охлаждения горячих газов;
15 - трубопровод отбора газообразных продуктов горения;
16 - трубопровод наддува бака горючего;
17 - трубопровод наддува бака окислителя;
18 - соединительный трубопровод;
19 - сопло Лаваля.
Пульсирующий детонационный однокамерный ракетный двигатель с принудительной системой подачи топлива содержит баки горючего 1 и окислителя 2, камеру сгорания 3, на корпусе которой установлены клапаны горючего 4 и окислителя 5, сопло Лаваля 19, теплообменники 9 и 10, а также система зажигания 6, закрепленная в торцевой части корпуса. На цилиндрической части камеры устанавливается трубопровод отбора газообразных продуктов горения 15, связанный с теплообменником охлаждения горячих газов 14, расположенным на магистрали подачи жидкого горючего (водорода). Теплообменник охлаждения горячих газов 14 соединен с обратным клапаном 13, к которому подведен соединительный трубопровод 18, связанный с трубопроводами бака горючего 16 и бака окислителя 17. Трубопроводы 16 и 17 подсоединены к бакам со стороны поршней 11 и 12 соответственно. Топливные баки 1 и 2 трубопроводами подсоединены к теплообменникам 9 и 10, которые в свою очередь соединены с ресиверами 7 и 8, которые соединены трубопроводами с клапанами 4 и 5, расположенными на камере сгорания 3.
Двигатель работает следующим образом. При возникновении разряжения в камере сгорания 3 жидкие горючее и окислитель из баков 1 и 2 поступают в теплообменники 9 и 10, расположенные на камере сгорания 3, где компоненты топлива нагреваются и испаряются. Испаряющиеся газы накапливаются в ресиверах 7 и 8. Далее газообразные продукты поступают в камеру сгорания 3 через клапаны 4 и 5. Клапаны 4 и 5 закрываются, включается система зажигания 6, топливная смесь детонирует. На фазе превышения давления в камере сгорания над давлением в баках 1 и 2, часть истекающих продуктов сгорания поступает по трубопроводу отбора газообразных продуктов горения 15 в теплообменник 14, где охлаждается до уровня, безопасного для конструкции баков 1 и 2. Далее охлажденные газы, минуя обратный клапан 13 через соединительный трубопровод 18, проходят в баки 1 и 2 со стороны поршней 11 и 12 по трубопроводам 16 и 17 и создают давление на компоненты топлива (давление наддува). Основная часть продуктов сгорания истекает из камеры сгорания 3 через сопло Лаваля 19 и создает разряжение в конце фазы истечения. Клапаны 4 и 5 открываются под действием разряжения и давления компонентов топлива, и процесс повторяется. В предлагаемом двигателе происходит принудительный наддув баков с горючим 1 и окислителем 2 охлажденными газообразными продуктами горения, отбираемыми из камеры сгорания 3.
Недостатками прототипа являются:
- невозможность перевода жидкого реагента в газообразное с помощью сопла Лаваля, а так же его эффективного распыления;
- невозможность подачи реагента из бака в систему.
Предлагаемое техническое решение позволяет устранить недостатки прототипа.
Задачей предлагаемой полезной модели является осуществление перевода жидкого реагента в газообразное, подача его из бака в систему и повышение эффективности распыления реагента. Для решения поставленной задачи в аэрозольный генератор дополнительно введены жаровая труба и бак реагента с поршнем, соединенный трубопроводом подачи реагента с распыляющей форсункой, которая установлена в жаровой трубе.
Технический результат заключается в повышении производительности аэрозольного генератора и улучшении его технических характеристик.
Для устранения указанных недостатков в аэрозольный генератор с пульсирующей камерой сгорания и принудительной подачей реагента, содержащий баки с горючим и окислителем, камеру сгорания, клапаны горючего и окислителя, систему зажигания, теплообменники систем горючего и окислителя, размещенные на камере сгорания, ресиверы горючего и окислителя, трубопровод отбора газообразных продуктов сгорания, обратный клапан, поршни баков горючего и окислителя, теплообменник охлаждения горячих газов, соединительный трубопровод, трубопроводы наддува баков горючего и окислителя, согласно полезной модели, дополнительно введены жаровая труба, бак реагента с поршнем, соединенный трубопроводом подачи реагента с распыляющей форсункой, которая установлена в жаровой трубе.
Схема предлагаемого аэрозольного генератора с пульсирующей камерой сгорания и принудительной подачей реагента показан на фиг.2, где обозначено:
1 - бак с горючим;
2 - бак с окислителем;
3 - камера сгорания;
4 - клапан горючего;
5 - клапан окислителя;
6 - система зажигания;
7 - ресивер газообразного горючего;
8 - ресивер газообразного окислителя;
9 - теплообменник системы горючего;
10 - теплообменник системы окислителя;
11 - поршень бака горючего;
12 - поршень бака окислителя;
13 - обратный клапан;
14 - теплообменник охлаждения горячих газов;
15 - трубопровод отбора газообразных продуктов горения;
16 - трубопровод наддува бака горючего;
17 - трубопровод наддува бака окислителя;
18 - соединительный трубопровод;
19 - бак с реагентом;
20 - поршень бака реагента;
21 - трубопровод подачи реагента в жаровую трубу;
22 - форсунка реагента;
23 - трубопровод наддува бака с реагентом;
24 - жаровая труба.
Аэрозольный генератор с пульсирующей камерой и принудительной системой подачи реагента содержит баки горючего 1 и окислителя 2, камеру сгорания 3, на корпусе которой установлены клапаны горючего 4 и окислителя 5, теплообменники 9 и 10, систему зажигания 6, закрепленную в торцевой части корпуса. На цилиндрической части камеры устанавливается трубопровод отбора газообразных продуктов горения 15, связанный с теплообменником охлаждения горячих газов 14, расположенным на магистрали подачи жидкого горючего (водорода). Теплообменник охлаждения горячих газов 14 соединен с обратным клапаном 13, к которому подведен соединительный трубопровод 18, связанный с трубопроводами бака горючего 16 и бака окислителя 17. Трубопроводы 16 и 17 подсоединены к бакам со стороны поршней 11 и 12 соответственно. Топливные баки 1 и 2 трубопроводами подсоединены к теплообменникам 9 и 10, которые в свою очередь соединены с ресиверами 7 и 8, которые соединены трубопроводами с клапанами 4 и 5, расположенными на камере сгорания 3.
Бак с реагентом 19 содержит, поршень 20 и через трубопровод 21 подачи реагента соединен с жаровой трубой 24, где установлена распыляющая реагент форсунка 22. Бак с реагентом соединен с трубопроводом бака 17 трубопроводом наддува бака 23.
Длина жаровой трубы Lж рассчитывается по формуле:
Lж=k м·dж,
где dж - диаметр жаровой трубы; dж=dkp, d кр - диаметр критического сечения камеры сгорания, к м - безразмерный коэффициент, определяемый опытным путем, kм=20-25.
Работает предлагаемый аэрозольный генератор с пульсирующей камерой сгорания и принудительной системой подачи реагента следующим образом. При возникновении разряжения в камере сгорания 3 жидкие горючее и окислитель из баков 1 и 2 поступают в теплообменники 9 и 10, расположенные на камере сгорания 3, где компоненты топлива нагреваются и испаряются. Испаряющиеся газы накапливаются в ресиверах 7 и 8. Далее газообразные продукты поступают в камеру сгорания 3 через клапаны 4 и 5. Клапаны 4 и 5 закрываются, включается система зажигания 6, топливная смесь детонирует. На фазе превышения давления в камере сгорания над давлением в баках 1 и 2, часть истекающих продуктов сгорания поступает по трубопроводу отбора газообразных продуктов горения 15 в теплообменник 14, где охлаждается до уровня, безопасного для конструкции баков 1, 2 и 19. Далее охлажденные газы, минуя обратный клапан 13 через соединительный трубопровод 18, проходят в баки 1, 2 и 19 со стороны поршней 11, 12 и 20 по трубопроводам 16, 17, а также 23 и создают давление (давление наддува) на компоненты топлива и реагента, соответственно. Основная часть продуктов сгорания истекает из камеры сгорания 3 через жаровую трубу 24 и создает разряжение в конце фазы истечения. Клапаны 4 и 5 открываются под действием разряжения и давления компонентов топлива, и процесс повторяется. В предлагаемом двигателе происходит принудительный наддув баков с горючим 1, окислителем 2 и жидким реагентом 19 охлажденными газообразными продуктами горения, отбираемыми из камеры сгорания 3.
Бак с реагентом 19, содержит поршень 20, из которого вытесняется жидкий реагент и через трубопровод 21 подается в жаровую трубу 24, где форсунка 22 распыляет жидкость в горячем газовом потоке.
Проведенный технический анализ предложенного аэрозольный генератор с пульсирующей камерой сгорания и принудительной системой подачи реагента по сравнению с прототипом показал, что:
- с помощью жаровой трубы жидкий реагент эффективно переводится в газообразное состояние, смешиваясь с горячими продуктами сгорания камеры;
- установлена система подачи реагента из бака в жаровую трубу.
Следовательно, предложенное техническое решение позволяет повысить технико-экономические параметры аэрозольного генератора с пульсирующей камерой сгорания и принудительной системой подачи реагента и повысить его производительность.
1. Аэрозольный генератор с пульсирующей камерой сгорания и принудительной системой подачи реагента, содержащий баки с окислителем и горючим, камеру сгорания, клапаны окислителя и горючего, систему зажигания, теплообменники систем горючего и окислителя, размещенные на камере сгорания, ресиверы горючего и окислителя, трубопровод отбора газообразных продуктов сгорания, обратный клапан, поршни баков горючего и окислителя, теплообменник охлаждения горячих газов, соединительный трубопровод, трубопроводы наддува баков горючего и окислителя, отличающийся тем, что дополнительно введены жаровая труба, бак реагента с поршнем, соединенный трубопроводом подачи реагента с распыляющей форсункой, которая установлена в жаровой трубе.
2. Аэрозольный генератор по п.1, отличающийся тем, что длина жаровой трубы Lж рассчитывается по формуле:
Lж=км·dж ,
где Lж - длина жаровой трубы; dж - диаметр жаровой трубы; dж=dкр, d кр - диаметр критического сечения камеры сгорания, к м - безразмерный коэффициент, определяемый опытным путем, к=20-25.
3. Аэрозольный генератор по п.1, отличающийся тем, что диаметр трубопровода системы подачи реагента (d реаг) в жаровую трубу рассчитывается по формуле:
,
где Lреаг - длина трубопровода реагента; dреаг - диаметр трубопровода реагента; к1 - безразмерный коэффициент, определяемый опытным путем, к 1=0,2-0,25, 
реаг - плотность реагента, Мт - масса истекающего газа из камеры сгорания.
