ПРЯМОТОЧНЫЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F02K7/75 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к воздушно-реактивным двигателям, и может быть использовано для установки на летательных аппаратах.

Известные конструкции прямоточных и ракетно-прямоточных воздушно-реактивных двигателей как тепловых машин представляет собой механизм, состоящий из диффузора, камеры сгорания и сопла. Тяговое усилие в них создается за счет реакции окисления углеводородов, окислителя (воздуха) и выделяемой при этом энергии. [1]
Данное техническое решение предполагает наличие ускорителей и работу двигателя при определенной скорости потока воздуха. При различных режимах работы в них в условиях умеренных сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях имеет место неполнота сгорания топлива, неустойчивое горение. При сверхзвуковой скорости потока возможны проблемы с запуском двигателя.

Известен пульсирующий двигатель детонационного горения, содержащий в едином корпусе две силовые установки - пульсирующий и прямоточный двигатели. [2]
Однако данное решение достаточно сложно по конструкции и реализации процессов управления системами.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке устройства прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД), обеспечивающего автоматический процесс детонационного горения топливной смеси за счет создания режима однонаправленного перемещения детонационной волны при любых условиях запуска и полета, при простоте конструкции, обычной аналогичной схеме ПВРД.

Поставленная задача решается за счет того, что в прямоточном воздушно-реактивном двигателе, содержащем систему взаимосвязанных агрегатов прямоточных воздушно-реактивных двигателей, содержащем диффузор, сопло, центральное тело диффузора с расположенной в нем камерой сгорания, имеющей топливные коллекторы, заслонки, детонационные каналы, клапаны и детонатор, а камеры сгорания системы агрегатов соединены детонационными каналами, обеспечивающими детонацию топливной смеси в каждой камере сгорания, согласно изобретению каждый из системы агрегатов прямоточных воздушно-реактивных двигателей содержит диффузор, сопло, центральное тело диффузора, камеры сгорания расположены в последнем и имеют заслонки и жалюзи, детонатор содержит цилиндр, поршень, энергоаккумулятор, при этом камера сгорания одного агрегата прямоточного воздушно-реактивного двигателя соединена с детонатором посредством канала с клапаном, детонационные каналы снабжены клапанами, а детонация обеспечивается последовательно в каждой камере в одном направлении по замкнутому циклу.

Технический результат - запуск, прогрев и работа двигателя в любых условиях, автоматический процесс детонационного горения топлива за счет распределения энергии взрыва по агрегатам двигателя. Суммарная мощность всех агрегатов равна общей мощности ПВРД. Мидель равен сумме миделей всех агрегатов двигателя, также и по другим его параметрам.

На фиг.1 изображен общий вид ПВРД; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг.1; на фиг.4 изображен детонатор; на фиг.5 изображена камера сгорания во время приготовления топливной смеси; на фиг.6 - камера сгорания во время взрыва; на фиг.7 - камера сгорания во время ее продувки.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит детонатор 1, агрегаты двигателя 2, центральное тело 3, диффузор 4, камеру сгорания 5, сопло 6, клапаны 7, 8 детонационных каналов 9, детонационный канал 10 детонатора 1 и клапан 11 детонационного канала 10.

Детонатор 1 содержит цилиндр 12, клапаны 13, 15, 18, 19, 21, 22, 23, амортизатор 14, энергоаккумулятор 16, поршень 17, клапан 20 детонационного канала 9 детонатора 1.

В камере сгорания 5 установлены воздушная заслонка 24, жалюзи 25.

Запуск и прогрев ПВРД осуществляется посредством детонатора 1 (фиг.1), от которого детонация передается к одному из агрегатов двигателя 2 по детонационному каналу 10 детонатора 1 (фиг.3, 4), что приводит к воспламенению топливной смеси в камере сгорания 5 одного из агрегатов ПВРД (фиг.2). Энергия взрыва находит выход через открытые жалюзи 25 (фиг.6). Остаточные отработанные газы удаляются из камеры сгорания 5 продувкой через воздушную заслонку 24 при открытых жалюзи 25 (фиг.7). Далее при закрытых жалюзи 25 и открытой воздушной заслонки 24 поступившее топливо от форсунок топливного коллектора смешивается с воздухом (фиг.5), воздушная заслонка 24 закрывается, камера сгорания 5 готова к новому рабочему циклу.

Часть энергии детонации из камеры сгорания 5 первого агрегата (фиг.3) передается по детонационному каналу 9 камеры сгорания 5 в направлении открытых клапанов 7 и 8 к другой камере сгорания 5 агрегата ПВРД, где топливная смесь детонирует и происходят вышеописанные процессы. В зависимости от заданного количества агрегатов (два и более) данный механизм преобразований идет от камеры сгорания 5 к камере сгорания 5 агрегатов ПВРД в направлении открытых клапанов 7 и 8 по детонационным каналам 9 камер сгорания 5 к камерам сгорания 5 по замкнутому циклу в автоматическом режиме.

Детонатор 1 (фиг.1) функционирует до полного прогрева и установившегося режима работы всех агрегатов ПВРД и всей системы прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Его включают в работу в случаях перебоев или прекращения работы всей системы агрегатов ПВРД.

Детонатор 1 (фиг.1) обеспечивает детонационной волной и другими составляющими взрыва камеру сгорания 5 (фиг.2, 3) агрегата ПВРД. Поршень 17 (фиг. 4) сжимает в цилиндре 12 до детонирования топливную смесь и энергия взрыва через открытый клапан 20 канала 10 детонатора 1 и открытый клапан 11 канала 10 детонатора 1(фиг. 3, 4) по детонационному каналу 10 поступает в камеру сгорания 5 (фиг.3) агрегата ПВРД. Импульс силы на поршне 17 (Фиг.4) сглаживается и поглощается энергоаккумулятором 16 и амортизатором 14. Автоматический процесс работы механизма обеспечивается клапанами 13, 15, 18, 19, 21, 22, 23 во взаимодействии с клапанами 20 и 11 детонатора 1 (фиг.4, 3).

Недостатком в предложенном механизме работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя является незначительно большие гидравлические потери, уменьшить которые возможно различными инженерными решениями по исполнению деталей двигателя.

К преимуществам относится многократное увеличение мощности двигателя за счет детонационного сгорания топлива, при котором идет увеличение температуры и давления по сравнению с обычным ПВРД. Это результат химических факторов полного окисления углеводородов, а также действия механической энергии в виде детонационной волны. Отработанные газы экологически чисты. Работа двигателя устойчива при любых режимах, надежный пуск в любых условиях и на большой высоте. За счет расположения камеры сгорания в центральном теле уменьшается длина и вес двигателя.

Источники информации
1. В.С.Зуев, В.С.Макарон Теория прямоточных и ракетно-прямоточных двигателей, М., 1971 г.

2. Патент RU 2142058, кл. F 02 К 7/20, 1999 г.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий систему взаимосвязанных агрегатов прямоточных воздушно-реактивных двигателей, содержит диффузор, сопло, центральное тело диффузора с расположенной в нем камерой сгорания, имеющей топливные коллекторы, заслонки, детонационные каналы, клапана и детонатор. Камеры сгорания системы агрегатов соединены детонационными каналами, обеспечивающими детонацию топливной смеси в каждой камере сгорания. Каждый из системы агрегатов прямоточных воздушно-реактивных двигателей содержит диффузор, сопло, центральное тело диффузора. Камеры сгорания расположены в последнем и имеют заслонки и жалюзи. Детонатор содержит цилиндр, поршень, энергоаккумулятор. Камера сгорания одного агрегата прямоточного воздушно-реактивного двигателя соединена с детонатором посредством канала с клапаном. Детонационные каналы снабжены клапанами, а детонация обеспечивается последовательно в каждой камере в одном направлении по замкнутому циклу. Изобретение позволяет увеличить мощность. 7 ил.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий систему взаимосвязанных агрегатов прямоточных воздушно-реактивных двигателей, содержащий диффузор, сопло, центральное тело диффузора с расположенной в нем камерой сгорания, имеющей топливные коллекторы, заслонки, детонационные каналы, клапаны и детонатор, а камеры сгорания системы агрегатов соединены детонационными каналами, обеспечивающими детонацию топливной смеси в каждой камере сгорания, отличающийся тем, что каждый из системы агрегатов прямоточных воздушно-реактивных двигателей содержит диффузор, сопло, центральное тело диффузора, камеры сгорания расположены в последнем и имеют заслонки и жалюзи, детонатор содержит цилиндр, поршень, энергоаккумулятор, при этом камера сгорания одного агрегата прямоточного воздушно-реактивного двигателя соединена с детонатором посредством канала с клапанами, детонационные каналы снабжены клапанами, а детонация обеспечивается последовательно в каждой камере в одном направлении по замкнутому циклу.