Камера пульсирующего двигателя детонационного горения

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения относится к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям с резонансными камерами сгорания, а также к устройствам для сжигания топлива. Задачей полезной модели является повышение надежности работы детонационной камеры. Техническим результатом предложенной камеры пульсирующего двигателя детонационного горения является дополнительный подвод энергии к рабочей смеси в момент ее сжатия и исключения соприкосновения рабочей смеси и продуктов детонации. Поставленная задача достигается тем, что камера пульсирующего двигателя детонационного горения содержит расположенные в корпусе сверхзвуковое сопло и расположенный с ним соосно резонатор в виде трубки, обращенной одним открытым кольцом в сторону истечения рабочего тела. При этом в донной части резонатора установлен инициатор, а сверхзвуковое сопло выполнено таким образом, что сечение его входной части размещено в плоскости перехода внутренней цилиндрической поверхности резонатора в коническую. Постановка инициатора в районе донной части резонатора вызывает дополнительный подвод энергии к рабочей смеси в момент ее сжатия и генерацию мощной ударной волны, а размещение резонатора и сверхзвукового сопла определенным образом исключает возможность соприкосновения рабочей смеси и продуктов детонации. Все это приводит к повышению надежности работы камеры пульсирующего двигателя детонационного горения. Сила тяги создается за счет взаимодействия детонационной волны с дном резонатора (тяговой стенкой), а также за счет реактивной силы, образованной истекающей через сопло газовой сверхзвуковой струей. Суммарный импульс тяги пульсирующего двигателя детонационного горения прямо пропорционален частоте пульсации и величине давления на дно резонатора. Изменяя эти параметры можно осуществлять регулирование модуля вектора тяги.

Полезная модель относится к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям с резонансными камерами сгорания, а также к устройствам для сжигания топлива.

Известны газоструйные генераторы Гартмана, работающие на пульсирующем режиме течения рабочего тела и нашедшие в настоящее время применение в качестве мощных акустических излучателей. С обнаружением эффекта повышения температуры на дно резонатора за доли секунды они стали применяться для поджига горючих топливных смесей, а также тогда, когда нужны высокотемпературные источники тепла (Ляхов В.Н. Подлубный В.В. Титаренко В.В. Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкций. М. Машиностроение, 1989, 392 с.). Одним из вариантов конструктивного воплощения этого эффекта является прямоточный воздушно-реактивный двигатель (заявка ФРГ N 4139338, МПК F 02 К 1/04 и F 02 К 7/10,1982). Он создает тягу за счет импульсного (пульсирующего) режима истечения рабочего тела, получаемого в результате сгорания топливно-воздушной смеси. Данный режим работы реализуется в резонансной трубе, создающей разрежение благодаря колебаниям столба рабочего тела, а подвод воздуха осуществляется через кольцевые щели. Несмотря на то, что данное устройство имеет много общего с заявляемым, оно не может реализовать детонационный режим горения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Камера пульсирующего двигателя детонационного горения» (патент РФ №2084675, МПК F 02 K 15/02,1998.). Она состоит из состоит из резонатора и сверхзвукового сопла, установленных в едином корпусе. В основу разработки данной детонационной камеры положен принцип работы генератора Гартмана.

При этом резонатор выполняется в виде трубки, замкнутой с одной стороны, а между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью сопла образована полость, являющаяся камерой смещения, выходная часть которой представляет критическое сечение с дальнейшим переходом в сверхзвуковое сопло внешнего расширения с усеченным центральным телом.

Однако данному устройству присущ существенный недостаток, заключающийся в низкой надежности устройства. Это объясняется существованием области соприкосновения между продуктами детонации и рабочей смесью. В свою очередь это вызывает воспламенение рабочей смеси, что исключает ее детонацию. Кроме того, если в первоначальный

момент времени детонация не возбудится, то в дальнейшем она уже не возникнет. Для устранения данного недостатка необходимо повысить вероятность ее возникновения в первоначальный момент работы камеры.

Задачей полезной модели является повышение надежности работы детонационной камеры.

Техническим результатом предложенной камеры пульсирующего двигателя детонационного горения является дополнительный подвод энергии к рабочей смеси в момент ее сжатия и исключения соприкосновения рабочей смеси и продуктов детонации.

Поставленная задача достигается тем, что камера пульсирующего двигателя детонационного горения содержит расположенные в корпусе сверхзвуковое сопло и расположенный с ним соосно резонатор в виде трубки, обращенной одним открытым кольцом в сторону истечения рабочего тела. При этом в донной части резонатора установлен инициатор, а сверхзвуковое сопло выполнено таким образом, что сечение его входной части размещено в плоскости перехода внутренней цилиндрической поверхности резонатора в коническую.

На чертеже показана схема блок рулевого привода летательного аппарата,

где: 1 - резонатор;

2 - сверхзвуковое сопло;

3 - корпус;

4 - прокладка;

5 - болты;

6 - окно в корпусе.

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения состоит из резонатора 1 и сверхзвукового сопла 2, установленных в едином корпусе 3.

Резонатор 1 предназначен для создания ударных волн и возбуждения детонационного горения. Он выполнен в виде трубки цилиндрической (слабо конической) формы, замкнутой с одного конца и обращенной открытым концом в сторону сопла.

Сверхзвуковое сопло 2 предназначено для разгона рабочей смеси до скоростей с М>2 и направления ее во внутрь резонатора 1, а также для разгона газов, истекающих из полости резонатора. Сверхзвуковое сопла 2 выполнено таким образом, что сечение его входной части размещено в плоскости перехода внутренней цилиндрической поверхности резонатора в коническую.

Резонатор 1 и сверхзвуковое сопло 2 установлены в корпусе 3 соосно и таким образом, что между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью сопла образована полость, являющаяся камерой смешения "а", предназначенной для создания рабочей

смеси. Выходная часть камеры смешения "а" является кольцевым критическим сечением. На торцевой и боковой поверхностях корпуса 3 равномерно размещены подводящие каналы для окислителя (газ) и горючего (газ или жидкость). Причем оси симметрии каналов для лучшего смесеобразования пересекаются. Выход рабочей смеси из камеры "а" осуществляется через критическое сечение сопла внешнего расширения.

Настройка камеры двигателя на заданный режим ее работы осуществляется путем изменения площади критического сечения. Это достигается посредством подбора толщины прокладки 4, установленной между фланцами корпуса 3 и сверхзвукового сопла 2, которые скрепляются между собой болтами 5.

Работает камера пульсирующего двигателя детонационного горения следующим образом.

При подаче компонентов топлива в смесительную камеру "а", в ней происходит процесс смешения. Образовавшаяся рабочая смесь, истекая через критическое сечение, приобретает сверхзвуковую скорость. Камера всегда работает на установившемся режиме. Это объясняется тем, что давление в полости "а" равно давлению окружающей среды за счет сообщения с ней окнами 6.

Разогнанная до скорости М>2 рабочая смесь попадает во внутреннюю полость "б" резонатора 1, в которой возбуждается колебательный процесс с образованием ударных волн (эффект Гартмана), которые в свою очередь генерируют детонационные волны. При столкновении этих волн с замкнутым торцом резонатора образуются отраженные ударные волны. При этом происходит резкое повышение температуры и давления (эффект Шпрингера). Параметры резонатора рассчитываются таким образом, чтобы рабочая смесь, находящаяся в районе донной части, сдетонировала. Для повышения надежности работы камеры в момент столкновения рабочей смеси с донной частью резонатора, срабатывает инициатор 7, вызывая ее надежную детонацию за счет дополнительного подвода энергии и генерации мощной ударной волны.

Возникшая детонационная волна, отражаясь от донной части резонатора 1, устремляется к его выходу, перекрывая путь поступающей рабочей смеси. Детонационная волна, встречаясь со сверхзвуковым потоком рабочей смеси, образует "газовый затвор", который преграждает путь сверхзвуковому потоку рабочей смеси в резонатор 1. В дальнейшем продукты детонации, истекая через кольцевой зазор, образованный между соплом 2 и резонаторов 1, расширяются, что приводит к уменьшению давления. При выравнивании давлений продуктов детонация и рабочей смеси на срезе сопла происходит открытие "газового замка" и детонационная волна через полость "г" устремляется наружу. Надежная работы камеры обеспечивается разделением продуктов детонации и рабочей смеси стенками

сверхзвукового сопла 2. Новая порция рабочей смеси устремляется в резонатор 1 и процесс повторяется вновь.

Сила тяги создается за счет взаимодействия детонационной волны с дном резонатора (тяговой стенкой), а также за счет реактивной силы, образованной истекающей через сопло газовой сверхзвуковой струей. Суммарный импульс тяги пульсирующего двигателя детонационного горения прямо пропорционален частоте пульсации и величине давления на дно резонатора. Изменяя эти параметры можно осуществлять регулирование модуля вектора тяги.

Таким образом, постановка инициатора в районе донной части резонатора вызывает дополнительный подвод энергии к рабочей смеси в момент ее сжатия и генерацию мощной ударной волны, а размещение резонатора и сверхзвукового сопла определенным образом исключает возможность соприкосновения рабочей смеси и продуктов детонации. Все это приводит к повышению надежности работы камеры пульсирующего двигателя детонационного горения.

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения, содержащая расположенные в корпусе сверхзвуковое сопло и расположенный с ним соосно резонатор в виде трубки, обращенной одним открытым кольцом в сторону истечения рабочего тела, отличающаяся тем, что в донной части резонатора установлен инициатор, а сверхзвуковое сопло выполнено таким образом, что сечение его входной части размещено в плоскости перехода внутренней цилиндрической поверхности резонатора в коническую.