УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F23D11/34 

Изобретение относится к любой отрасли промышленности, использующей несамовоспламеняющиеся газообразные или газожидкостные топлива, и может быть использовано для организации их воспламенения, а также реакции разложения монотоплива.

Известны ракетные двигатели, работающие на несамовоспламеняющихся газообразных компонентах, например на газообразных кислороде и водороде, запуск которых осуществляется с помощью катализатора (см. отчет NASA N CR-120859, т. 1, 1973).

Для конструкции подобных двигателей характерны задержки воспламенения, низкая технологичность и большая стоимость. Указанные недостатки устранены в двигателях, зажигание в которых осуществляется с помощью устройств с акустическим излучателем.

Известная двухкомпонентная форсунка, которая имеет эллиптический концентратор, в одном из фокусов которого расположен газоструйный излучатель Гартмана, а во втором огневое днище с пористым поглотителем в центре. Акустические колебания генерируются потоком протекающего через излучатель газообразного компонента топлива, а поглощаются пористым поглотителем, вызывая его разогрев. Подача второго компонента на поверхность поглотителя обеспечивает воспламенение топливной смеси.

КПД данного устройства в основном зависит от КПД газоструйного излучателя (энергии генерируемых потоком акустических колебаний) и КПД поглотителя (количества поглощенной акустической энергии). В поглотителе практически невозможно обеспечить полное поглощение энергии акустических колебаний, что снижает быстродействие запуска двигателя и, кроме того, он работает в сложных теплонапряженных условиях, что снижает надежность работы всего изделия. Инерционность процессов теплопередачи в области пористого поглотителя также снижает быстродействие запуска двигателя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение КПД и надежности, улучшение быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем, что в двухкомпонентной форсунке с газоструйным акустическим излучателем, имеющей систему подвода компонентов, излучатель Гартмана, концентратор и пористый поглотитель, закрепленный в огневом днище с радиальными каналами подвода второго компонента, в огневом днище установлена проходная резонансная трубка, внутри которой происходит разогрев компонента и ее стенок (особенно дна) как за счет поглощения энергии акустических колебаний, генерируемых потоком, протекающего через излучатель газообразного компонента, так и за счет возникновения периодических колебаний газового объема в полости резонансной трубки, вызываемых пульсациями в струе от излучателя. Подвод второго компонента через каналы в резонансной трубке вблизи ее дна вызывает воспламенение топлива.

Устранение пористого поглотителя и замена его на охлаждаемую вторым компонентом резонансную трубку снижает опасность перегрева деталей устройства и обеспечивает снижение задержки воспламенения за счет дополнительного нагрева компонента в резонансной трубке.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство имеет газоструйный излучатель Гартмана 1, эллиптический концентратор 2, коллектор окислителя 3 и огневое днище 4 с проходной резонансной трубкой 5, срез которой расположен во втором фокусе (F₂) концентратора.

Воспламенение топлива в данном устройстве происходит следующим образом. После открытия топливных клапанов один из компонентов (газообразный) топлива, например горючее, проходит через излучатель Гартмана 1, концентратор 2, резонансную трубку 5 и отверстия в огневом днище в окружающую среду. Генерируемые излучателем колебания (ультразвук) распространяются в эллиптическом концентраторе. Область генерации колебаний расположена в одном из фокусов (F₁) этого эллипсоида, поэтому в другом фокусе (F₂) происходит концентрация акустической энергии, которая частично поглощается компонентом, заполнившим резонансную трубку, вызывая его разогрев, и одновременно при прохождении серии акустических волн через полость резонансной трубки в ней возникают колебания (резонансные) газового объема, которые также вызывают дополнительный нагрев компонента и стенок резонансной трубки (особенно дна, см. МЖГ N 5, 1977, с. 104-111 и МЖГ N 3, 1971 г. с. 8-18). При подаче окислителя из коллектора 3 через отверстия 7 в выходной канал 6 в дне резонансной трубки происходит воспламенение организованной топливной смеси на выходе резонансной трубки в виде факела. Дополнительное топливо, поступающее через каналы огневого днища, воспламеняется от факела. Таким образом, разогрев газообразного компонента в полости резонансной трубки за счет поглощения им акустических колебаний, возникающих в газоструйном излучателе, и дополнительно от колебаний газового объема в резонансной трубке повышает надежность и быстродействие воспламенения в широком диапазоне по составу топливной смеси, а простота организации наружного охлаждения резонансной трубки позволяет увеличить ресурс работы устройства. Замена промежуточного твердого поглотителя на газообразный в резонансной трубе обеспечивает высокое быстродействие устройства.

Проведены огневые испытания модели на газообразных Н₂ и О₂. Устройство показало надежную работу в широком диапазоне входных давлений и расходов как на непрерывных, так и импульсных режимах с временем подачи компонентов до 30 мс.

Использование: в энергомашиностроении для организации воспламенения невоспламеняющихся газообразных или газожидкостных топлив. Сущность изобретения: ультразвуковой воспламенитель содержит корпус 2 в форме эллиптического концентратора с закрепленным в одном из его фокусов газоструйным излучателем Гортмана 1. Во втором фокусе концентратора 2 установлена проходная резонансная трубка 5 с отверстиями для подвода компонентов топлива. 1 ил.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ преимущественно для несамовоспламеняющихся компонентов, содержащий корпус в форме эллиптического концентратора с закрепленным в одном из его фокусов газоструйным излучателем Гартмана и систему подвода компонентов топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, надежности и быстродействия, во втором фокусе концентратора установлена проходная резонансная трубка с отверстиями подвода компонента топлива.