РЕГУЛИРУЕМАЯ ДЕТОНАЦИОННАЯ КАМЕРА ПУЛЬСИРУЮЩЕГО РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02K7/04 F23R7/00 

Изобретение относится к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям с резонансными камерами сгорания.

Известны детонационные двигатели детонационного горения (способ получения тяги и устройство для получения тяги).

Наиболее близким к изобретению как по принципу действия, так и по техническому исполнению является двигатель, в котором детонационная камера содержит плоскую или специальную форму передней стенки, переходящую в цилиндрическую форму, а противоположный (задний) конец камеры открыт и снабжен обычным соплом типа сопла ракетного двигателя. Уровень тяги такого двигателя пропорционально зависит от объема детонационной камеры и рабочей частоты происходящего в ней процесса. Если, например, частота внутрикамерных процессов будет увеличена в 5 раз, а объем камеры увеличится в 2 раза, то новый двигатель будет развивать тягу в 10 раз больше исходного уровня.

Задача изобретения состоит в увеличении скорости летательного аппарата за счет усовершенствования конструкции и работы двигателя.

Решение поставленной задачи осуществляется изменением тяги двигателя в широких пределах за счет изменения частоты внутрикамерных процессов.

Поставленная задача достигается тем, что воспламенительные устройства детонационных трубок, количество которых выбирается из условия соотношения времен заполнения полости резонатора и срабатывания детонационной трубки, закоммутированы с системой управления модулем вектора тяги двигателя как минимум соосно-попарно в заданной последовательности.

На чертеже представлена регулируемая детонационная камера.

Она состоит из корпуса 1, резонатора 2 и детонационных трубок 3. Корпус 1 регулируемой детонационной камеры предназначен для размещения и крепления на нем резонатора 2 и детонационных трубок 3. Резонатор 2 предназначен для создания силы тяги за счет воздействия ударных волн на заднюю стенку его внутренней поверхности. Детонационные трубки 3 предназначены для инициирования первичных детонационных волн
Работает регулируемая детонационная камера следующим образом. Рабочая смесь из газогенератора поступает в полость Б, образованную между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью резонатора 2. Из полости Б, истекая через кольцевую щель, рабочая смесь образует плоскую кольцевую струю, являющуюся затвором устройства. При этом она разделяется на две составляющие:одна из составляющих заполняет полость А резонатора, а вторая истекает из камеры. В момент полного заполнения полости А происходит инициирование рабочей смеси с помощью сходящихся в фокусе F детонационных волн, излучаемых детонационными трубками 3. Зародившийся в фокусе F процесс детонации распространяется на весь объем рабочей смеси, находящейся в полости А резонатора 2. При этом в полости А происходит резкое повышение давления, которое воздействует на внутренние поверхности резонатора 2. Кроме того, происходит резкое повышение температуры и выделение большого количества тепла, что также приводит к детонационному горению рабочей смеси. При разрушении затвора возникает равнодействующая силы тяги, направленная в сторону задней стенки резонатора 2.

Величина этой силы состоит из следующих составляющих:
во-первых, она зависит от скорости и массы продуктов детонации, истекающих через открытый конец резонатора 2;
во-вторых, когда детонационная волна достигнет внутренней поверхности задней (тяговой) стенки резонатора 2, взаимодействуя с ней, создает основную составляющую силы тяги;
в-третьих, после разрушения затвора истекающие продукты детонации за счет своей высокой температуры воспламеняют и полностью дожигают вторую составляющую потока рабочей смеси, которая дополнительно разгоняется отраженной детонационной волной.

После полного истечения продуктов детонации из полости А резонатора 2 происходит в нем падение давления, что вновь приводит к появлению плоской кольцевой струи. Образуется затвор, сопровождающийся заполнением полости А резонатора 2 и процесс детонационного горения и истечения повторяется вновь.

Для изменения модуля вектора тяги необходимо изменить частоту следования детонационных импульсов. Однако частота инициирования существующих детонационных трубок ограничена их конструкцией, что не позволяет изменить величину тяги в широких пределах. Это объясняется тем, что детонационные трубки выдают инициирующий импульс с временной задержкой Т, связанной с транспортным запаздыванием. Величина этой задержки определяется конструктивными особенностями детонационных трубок 3.

В свою очередь время заполнения Т₁ полости резонатора 2 для пульсирующих двигателей детонационного горения (ПДДГ) составляет (0,1.1,0)• 10^-3 с. Следовательно, частота следования инициирующих импульсов F значительно меньше частоты заполнения полости резонатора f₁. Для получения оптимальных параметров, обеспечивающих наиболее экономичный режим работы ПДДГ, целесообразно проектировать его таким образом, чтобы f=f₁, что соответствует его работе на резонансном режиме. Следовательно, для увеличения модуля вектора тяги, а также для повышения экономичности работы двигателя на форсированном режиме необходимо установить дополнительные пары детонационных трубок 3. Количество пар трубок подбирается таким образом, чтобы каждая пара обеспечивала бы выдачу детонационного импульса по мере заполнения полости А резонатора 2. Число пар трубок n определяется из соотношения

На чертеже представлена детонационная камера с 4-мя парами детонационных трубок.

Работает система управления модулем вектора тяги следующим образом. В первоначальный момент времени сигнал на выдачу детонационных импульсов подается только на одну пару детонационных трубок, например 1-1. Для увеличения модуля вектора тяги ПДДГ необходимо изменить частоту следования детонационных импульсов в резонаторе 2. Это достигается тем, что в промежутке между срабатыванием пары детонационных трубок 1-1 и подготовкой их к выдаче очередных детонационных импульсов подается команда от системы управления модулем вектора тяги на другие пары детонационных трубок. При этом общее время последовательного срабатывания всех промежуточных детонационных трубок (2-2. 4-4) не должно превышать время подготовки к работе исходной детонационной пары (1.1). Максимальное значение модуля вектора тяги достигается при последовательном срабатывании всех пар детонационных трубок, а минимальное значение -при срабатывании всех трубок. Другие варианты срабатывания детонационных трубок соответствуют промежуточным значениям модуля вектора тяги.

Таким образом, введение в конструкцию камеры дополнительных пар детонационных трубок с подачей на них в определенной последовательности управляющих сигналов от системы управления позволяет изменять величину модуля вектора тяги ПДДГ.

Использование: в пульсирующих воздушно-реактивных двигателях с резонансными камерами сгорания. Сущность изобретения: детонационная камера состоит из корпуса, резонатора и детонационных трубок. Рабочая смесь, истекая через кольцевую щель из газогенератора, поступает в полость резонатора и образует плоскую кольцевую струю, являющуюся затвором устройства. В момент полного заполнения полости резонатора только на одну пару детонационных трубок подается сигнал на выдачу детонационных импульсов. Для увеличения модуля вектора тяги необходимо изменить частоту следования детонационных импульсов в резонаторе. Для этого в промежутке между срабатыванием исходной пары детонационных трубок и подготовкой их к выдаче очередных детонационных импульсов подается команда от системы управления модулем вектора тяги на другие пары детонационных трубок. Максимальное значение модуля вектора тяги достигается при последовательном срабатывании всех пар детонационных трубок, а минимальное значение - при срабатывании только одной пары. Таким образом, введение в конструкцию камеры дополнительных пар детонационных трубок с подачей на них в определенной последовательности управляющих сигналов от системы управления позволяет изменить величину модуля вектора тяги. 1 ил.

Регулируемая детонационная камера пульсирующего реактивного двигателя, содержащая корпус, резонатор и детонационные трубки с воспламенительными устройствами, отличающаяся тем, что детонационные трубки размещены радиально и равномерно по периметру резонатора, при этом воспламенительные устройства соединены через коммутатор с системой управления модулем вектора тяги двигателя по меньшей мере соосно-попарно в заданной последовательности, а количество детонационных трубок определяется отношением времени заполнения полости резонатора к времени срабатывания детонационной трубки.