Газодинамическая система инициирования детонационного двигателя
Газодинамическая система инициирования детонационного двигателя относится к устройствам инициирования, предназначенным для взрывной техники, в частности, для двигателей детонационного горения, а также может быть использована в металлургии, горном деле, физике плазмы и других областях техники, требующих создания высоких импульсных давлений и температур. Задачей полезной модели является разработка однокамерного детонационного двигателя, обеспечивающего максимальную экономичностью его работы. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в организации непрерывного цикла работы энергосиловых установок, работающих на детонационном принципе преобразования энергии топ-ливно-воздушной рабочей смеси. Поставленная задача достигается тем, что газодинамическая система инициирования детонационного двигателя состоит из блока управления, детонационной камеры, чувствительного элемента и системы инициирования. При этом введено новое устройство для дополнительного впрыска горючего, подаваемого в детонационную камеру, внутренняя полость которой через датчики положения детонационной волны и давления связана с входом блока управления, выход которого соединен как с системой инициирования, так и с устройством дополнительного впрыска горючего. Возможны следующие режимы работы газодинамической системы инициирования: режим запуска, рабочий режим и выключения. Кроме того, устройство работоспособно при аварийных ситуациях, а также в случаях незапуска или несанкционированного выключения двигателя. В этом случае блок управления будет выдавать импульсные электрические сигналы на инициатор и на систему топливоподачи до тех пор, пока детонационный двигатель не запустится. Таким образом, предложенная газодинамическая система инициирования обеспечивает высокую экономичность работы однокамерного детонационного двигателя за счет организации непрерывного детонационного процесса. Кроме того, реализация данного цикла работы детонационного двигателя способствует упрощению его конструкции, уменьшению габаритов и массы. При этом может обеспечиваться как автоматический, так и автономный режимы работы, достигается максимальная частота внут-рикамерных процессов, что в конечном итоге приводит к увеличению тяги двигателя. 1 илл.
Полезная модель относится к устройствам инициирования, предназначенным для взрывной техники, в частности, для двигателей детонационного горения, а также может быть использована в металлургии, горном деле, физике плазмы и других областях техники, требующих создания высоких импульсных давлений и температур.
Одним из новых направлений в развитии ракетодвигателестроения является разработка детонационных двигателей, которые могут найти широкое применение как для космических, так и военных целей, как для нужд транспорта, так и для развития высоких технологий.
В связи с тем, что к настоящему времени ни одна страна пира не отработала двигатель детонационного горения с непрерывным, автоматическим и устойчивым детонационным процессом, то, следовательно, не отработано и устройство для создания детонационных импульсов к нему.
Известны различные способы возбуждения детонационных процессов и устройства для их реализации. Например, Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ - М,: Оборонгиз, 1960 - С.263...338 (Глава V. Возбуждение горения к детонации взрывчатых веществ. Начальный импульс и чувствительность ВВ). Однако большинство из них не может быть использовано для детонирования газо-воздушной рабочей среды и практически все они не могут обеспечить автоматическую и непрерывную подачу детонационных импульсов, т.е. выработку детонационных импульсов в момент времени когда детонационная камера заполнена рабочей смесью и подготовлена к второму детонационному импульсу.
Частично эти недостатки устранены в «Устройстве электрического взрывания зарядов» (авторское свидетельство СССР №1710984, МПК F 42 D 1/05, 1992 г.) Все его основные составные элементы можно свести к блоку управления, чувствительному элементу и усилительно- преобразующему устройству, Блок управления содержит источник питания, электронный ключ, преобразователь напряжения и два генератора взрывных импульсов. Чувствительный элемент представляет собой датчик контроля вещества, образующего пламягасящую среду и предназначен для выработки сигнала в момент перекрытия светового потока. Усилительно-преобразующее устройство предназначено для преобразования сигнала, поступающего с датчика контроля вещества на подрыв рабочих зарядов.
Решить данную задачу можно за счет разработки газодинамической системы инициирование
Наиболее близким к заявленному устройству как по принципу действия, так и по техническому исполнению является «Газодинамическая система инициирования двигателя детонационного горения» (патент РФ на полезную модель №8798, МПК F 42 D 1/04, 1998 года).
Принцип действия противопоставленного устройства может быть полностью использован при разработке заявленного устройства, но его схема может быть взята только за основу, т.к. она не может обеспечить автоматический и непрерывный режим работы однокамерного детонационного двигателя применительно к ракетам и реактивным снарядам. Это объясняется тем, что в противопоставленном устройстве газодинамический контур будет работать в непрерывном режиме только в том случае, если к началу подачи второго импульса должен полностью закончиться процесс после подачи первого импульса и детонационная камера подготовится к подаче очередного импульса. В свою очередь это возможно при наличии многосекционной конструкции детонационной камеры.
Задачей полезной модели является разработка однокамерного детонационного двигателя, обеспечивающего максимальную экономичностью его работы.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в организации непрерывного цикла работы энергосиловых установок, работающих на детонационном принципе преобразования энергии топливно-воздушной рабочей смеси.
Поставленная задача достигается тем, что газодинамическая система инициирования детонационного двигателя состоит из блока управления, детонационной камеры, чувствительного элемента и системы инициирования. При этом введено новое устройство для дополнительного впрыска горючего, подаваемого в детонационную камеру, внутренняя полость которой через датчики положения детонационной волны и давления связана с входом блока управления, выход которого соединен как с системой инициирования, так и с устройством дополнительного впрыска горючего.
На рисунке представлена блок-схема газодинамической системы инициирования детонационным двигателем. К ее основным элементам относятся:
1 - блок управления,
2 - система топливоподачи,
3 - устройство задержки,
4 - устройство усиления,
5 - инициатор,
6 - детонационная камера,
7 - датчик давления,
8 -датчик положения детонационной волны,
9 - устройство дополнительного впрыска горючего.
Устройство задержки 3, устройство усиления 4 и инициатор 5 образуют систему инициирования. Возможны следующие режимы работы газодинамической системы инициирования: режим запуска, рабочий режим и режим выключения. Рассмотрим последовательно каждый из них.
Режим запуска осуществляется путем подачи команда от блока управления 1 в виде единичного импульсного электрического сигнала одновременно как в систему системы топливоподачи 2, так и в систему инициирования. Компоненты топливно-воздушной смеси в заданном соотношении компонентов топлива, с заданными значениями расхода и давления подаются во внутреннюю полость детонационной камеры.
При этом электрический сигнал в виде U зап через устройство временной задержки 3 U
поступает на устройство усиления 4 выполняемое, как правило, в виде автомобильной катушки зажигания, и виде сигнала Uвых поступает в исполнительное устройство 5, представляющее собой инициатор.
Одновременно электрический сигнал Uзап обеспечивает подачу топливно-воздушной смеси в детонационную камеру 6. К моменту заполнения детонационной камеры 6 смесью подается детонационный импульс, который детонирует ее.
В результате детонирования топливно-воздушной смеси давление повышается, что фиксируется датчиком давления 7. Сигнал о запуске двигателя поступает в виде Up с датчика давления 7 непосредственно в блок управления 1, что сигнализирует о завершении режима запуска.
Рабочий режим является продолжением режима запуска. Дальнейшая работа двигателя осуществляется следующим образом.
На рабочем режиме компоненты топливно-воздушной смеси постоянно подаются в детонационную камеру 6. Продукты детонации, истекая из камеры 6, создают тягу, которая приводит в движение летательный аппарат. Сведения о работе двигателя передаются в блок управления 1 через датчик давления 7 и датчик положения детонационной волны 8. Этому положению соответствует квазиустановившееся положение детонационной волны.
В случае отклонения детонационной волны от установившегося положения под действием влияния каких-либо внешних или внутренних факторов, срабатывает один из датчиков положение детонационной волны 8. При этом сигнал в виде Uoc поступает в блок
управления 1, который формирует сигнал на устройство дополнительного впрыска горючего 9. Эта порция приводит к изменению параметров детонационной волны, в том числе и скорости ее перемещения вдоль детонационной камеры 6. Количество этого горючего определяется таким образом, чтобы компенсировать перемещение детонационной волны и вернуть ее в исходное положение. Сигнал U 1 приводит к перемещению детонационной волны в сторону выхода продуктов детонации, а сигнал U2 - в сторону переднего днища детонационной камеры 6.
В случае выхода детонационной волны за пределы детонационной камеры 6, схема работает в соответствии с режимом запуска, который описан выше.
Режим выключения осуществляется по командам блока управления 1. При этом отключаются система топливоподачи 2 и система инициирования, обеспечивая прекращение процессов заполнения детонационной камеры топливно-воздушной смесью и ее инициирование.
При аварийных ситуаций, а также в случаях незапуска или несанкционированного выключения двигателя сигналы с датчика давления U p и обратной связи Uoc в блок управления 1 не поступают, что сигнализирует об отсутствии детонационных процессов в камере 6. В этом случае блок управления 1 будет выдавать импульсные электрические сигналы на инициатор 5 и на систему топливоподачи до тех пор, пока детонационный двигатель запустится и появится сигнал Up.
Таким образом, предложенная газодинамическая система инициирования обеспечивает высокую экономичность работы однокамерного детонационного двигателя за счет организации непрерывного детонационного процесса. Кроме того, реализация данного цикла работы детонационного двигателя способствует упрощению его конструкции, уменьшению габаритов и массы. При этом может обеспечиваться как автоматический, так и автономный режимы работы, достигается максимальная частота внутрикамерных процессов, что в конечном итоге приводит к увеличению тяги двигателя.
Газодинамическая система инициирования детонационного двигателя, состоящая из блока управления, детонационной камеры, чувствительного элемента и системы инициирования, отличающаяся тем, что введено устройство дополнительного впрыска горючего, подаваемого в детонационную камеру, внутренняя полость которой через датчики положения детонационной волны и давления связана с входом блока управления, выход которого соединен как с системой инициирования, так и с устройством дополнительного впрыска горючего.
