Система запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя Российский патент 2023 года по МПК F02K7/12 

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к прямоточным воздушно-реактивным двигателям (ПВРД) и может найти применение в силовых установках летательных аппаратов (ЛА), использующих кислород воздуха в качестве окислителя.

В современных ПВРД большое внимание уделяется процессу запуска двигателя и устройств его реализации, если иметь ввиду, что оптимальные характеристики ЛА реализуются при протекании горения с дозвуковой скоростью потока в камере сгорания (КС) при М=4 полета ЛА. Далее, при увеличении числа М (до 6 и более), для сохранения высокой эффективности рабочего процесса необходим переход к сверхзвуковому течению в КС и созданию определенных условий, обеспечивающих надежность воспламенения и горения [3]. На это оказывает влияние также и конструктивное исполнение устройства запуска двигателя, учитывая, что после установления стационарного режима горения в КС дальнейшая необходимость функций устройства отпадает. Таким образом возникает возможность улучшения массотяговых характеристик ПВРД за счет отделения устройства запуска после стабилизации горения в КС.

Известны различные устройства воспламенения и поддержания процесса горения в КС ПВРД ЛА, улучшающие массогабаритные характеристики и топливную эффективность двигателя, а также устройства, содержащие механизмы фиксации от произвольного разделения и программное разделение объектов при задействовании пиромеханических или других устройств:

1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель и способ организации горения. [1. Пат. RU 2511921 С1, МПК F02K 7/12 Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель и способ организации горения / Л.В. Носачев - Опубл. 10.04.2014, Бюл. №10], содержащий камеру сгорания, воспламенитель с отверстиями, электрически соединенный с системой управления двигателя.

Недостатки устройства следующие:

- сложная система воспламенения и поддержания горения подготовленной топливо-воздушной смеси с генерирующими устройствами частоты;

- оставшееся после запуска двигателя и обеспечения стабильного горения топлива в КС оборудование ухудшает массотяговые характеристики двигателя и ЛА.

2. Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель [1. Пат. RU 2279562 С1, МПК F02K 7/02. Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель / Е.В. Брытков, А.3. Красильников - Опубл. 10.07.2006, Бюл. №19], содержащий камеру сгорания, систему подачи топлива с форсунками, а также узел зажигания с электронным блоком управления. Недостаток устройства:

- оставшиеся после запуска двигателя устройства запуска двигателя снижают массотяговые характеристики двигателя и ЛА.

3. Ближайшее техническое устройство, выбранное в качестве прототипа, описано в патенте на изобретение [3. Пат. RU 2651016 С1, МПК F02K 7/02. Сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с пульсирующим режимом запуска (СПВРД с ПРЗ) и способ его работы / П.К. Третьяков, А.Н. Прохоров - Опубл. 18.04. 2018 Бюл. №11], содержащий сверхзвуковую камеру сгорания, состоящую из участка постоянного сечения и расположенных за ним несколько участков переменного сечения, несколько поясов подачи топлива и расположенный в конце участка постоянного сечения генератор импульсов инициирования режима горения, отключаемый после установления стационарного режима горения по всему каналу камеры сгорания.

Прототип обладает следующими недостатками:

- сложная схема подачи топлива и воспламенения при запуске двигателя;

- остающиеся после запуска двигателя устройства запуска снижают массотяговые характеристики двигателя и ЛА.

Целью предлагаемого технического решения является сохранение стационарного режима горения по всему каналу камеры сгорания при сверхзвуковой скорости потока, упрощение устройства запуска двигателя и улучшение массотяговых характертстик ЛА в целом.

Осуществление поставленной цели достигается тем, что система запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя выполнена на отделяемой раме, содержащей сферическую наружную поверхность, диаметр которой равен диаметру цилиндра выходного участка постоянного сечения камеры сгорания, при этом отделяемая рама крепится к корпусу камеры сгорания фиксирующим устройством, содержащим топливную магистраль для подачи расчетного количества топлива для запуска и конструктивные элементы, блокирующие подачу топлива в систему запуска в момент срабатывания.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен узел системы запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя ЛА в рабочем положении, содержащий отделяемую раму 1 со сферической наружной поверхностью 2, закрепленную на выходном участке цилиндрической поверхности 3 камеры сгорания 4, одного диаметра со сферической наружной поверхностью рамы 1, фиксирующими устройствами 5, равномерно расположенными по сопрягаемой поверхности рамы 1 и камеры сгорания 4. Фиксирующее устройство 5 аналогично известному [4], и содержит топливную магистраль 6 с каналами 7 и 8, питающие горючим карбюраторный коллектор 9 и стабилизаторы горения топлива 10 посредством форсунок 11 и 12. Карбюраторный коллектор 9 и стабилизаторы горения топлива 10 содержат каналы 13 и 14, поступления воздуха для смешения топлива. Шток 15 фиксирующего устройства 5 связан с плунжер-упором 16 и отделяемой рамой 1 рвущейся при срабатывании кольцевой шейкой 17. Плунжер-упор 16 и крышка 18 содержат коническую проточку 19 и цилиндр-ловушку 20, взаимодействующие при срабатывании узла и являющиеся одновременно и уплотнением, блокирующим подачу топлива в систему запуска при отделении устройства запуска двигателя. Полости штока 15 и плунжер-упора 16 разделены уплотнениями 21 и 22. Фиксирующее устройство содержит топливный коллектор 23 для подачи топлива в систему запуска двигателя и коллектор 24 подачи давления в поршневой привод фиксирующего устройства от любого источника. На отделяемой раме 1 установлено также устройство запуска двигателя 25 с выходом пламепроводов 26 в карбюраторный коллектор 9, предпочтительно диаметрально расположенных при организации попутных потоков продуктов горения из памепроводов. Карбюраторный коллектор 9 содержит топливные форсунки 27, расположенные по периметру коллектора 28. Подача тока на устройство запуска 25 производится по кабелю 29, срезаемому кромкой 30 торца рамы 1 при отделении.

На фиг. 2 показано взаимодействие элементов конструкции узла в отстыкованном положении отделяемого объекта.

Принцип действия устройства. Исходное положение соответствует фиг. 1. Из топливного коллектора 23 по магистрали 6, каналам 7 и 8, форсункам 11 и 12 горючее подается в карбюраторный коллектор 9 и стабилизатор горения топлива 10. Смешение топливной смеси обеспечивается поступлением воздуха через каналы 13 14. Далее подготовленное смешением топливо поступает в зоны зажигания топлива карбюраторного коллектора 9 и стабилизатора горения топлива 10. Зажигание топлива обеспечивается устройством запуска 25 подачей пламени через пламепровод в карбюраторный коллектор 9. Сопротивлением конструкции устройства обеспечивается стабильное давление в КС и оптимальные условия для зажигания топлива, после чего дальнейшая необходимость функций устройства отпадает и задействуется процесс его отделения.

Отделение устройства происходит следующим образом. От давления (способ не указывается) через коллектор 24 плунжер-упоры 16 одновременно перемещаются до упора в ловушки 20 крышки 18 коническими проточками 19, соединяются по развальцовке, освобождая при этом крепление отделяемого объекта вследствие перемещения штока 15 при обрыве по предельной кольцевой шейке 17. Соединением плунжер-упора 16 по крышке 18 одновременно блокируется подача горючего в систему запуска двигателя. Кабель 29, питающий устройство запуска 25, срезается кромкой 30 рамы 1 при ее отделении.

Предлагаемое изобретение позволит обеспечить:

- надежный, простой запуск двигателя и сохранение эффективности процесса горения при переходе в режим сверхзвукового течения в камере сгорания;

- улучшение массотяговых характеристик ЛА.

Предлагаемое устройство может быть выполнено с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «промышленная применимость».

Источники, принятые во внимание.

1. Пат. RU 251921 С1, МПК F02K 7/12. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель / Л.В. Носачев - Опубл. 10.04.2014, Бюл. №10.

2. Пат. RU 2279562 С1, МПК F02K 7/02. Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель / Е.В. Брытков, А.3. Красильников - Опубл. 10.07.2006 Бюл. №19.

3. Пат. RU 2651016 С1, МПК F02K 7/02. Сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с пульсирующим режимом запуска (СПВРД С ПРЗ) и способ его работы / П.К. Третьяков, А.Н. Прохоров - Опубл. 18.04.2018 Бюл. №11.

4. Пат. RU 2641532 С2, МПК F42B 15/10, 15/36. Фиксатор разделяемых объектов летательных аппаратов. А.Ф. Ивашин, Ю.И. Михайлов, Г.А. Леонтьев, В.А. Голочанов. - Опубл. 18.01.2018 Бюл. №2.

5. Пат. RU 2628282 С1, МПК B64G 1/00. Узел стыковки разделяемых объектов летательных аппаратов./ А. Д. Горбачев, Ю.И. Михайлов, А Ф. Ивашин.- Опубл. 15.08.2017 Бюл. №23.

6. Пат. RU 2196712 С2, МПК B64G 1/64, F16B 2/16. Устройство для разделения элементов космического аппарата / Д.Д. Самусев, С.Н. Штукатуркин. - Опубл. 20.01.2003.

Изобретение относится к ракетной технике и может найти применение в силовых установках летательных аппаратов (ЛА), использующих кислород воздуха в качестве окислителя. Система запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя выполнена на отделяемой раме, содержащей наружную сферическую поверхность, диаметр которой равен диаметру цилиндра выходного участка постоянного сечения камеры сгорания, при этом отделяемая рама крепится к корпусу камеры сгорания фиксирующим устройством, содержащим топливную магистраль для подачи расчетного количества топлива для запуска и конструктивные элементы, блокирующие подачу топлива в систему запуска в момент срабатывания. Отделение рамы и освобождение камеры сгорания от устройства запуска двигателя обеспечивается одновременной подачей давления от любого источника в поршневые приводы фиксирующих устройств, которые освобождают крепление рамы. Перемещение рамы сферической поверхностью по цилиндрическому корпусу камеры сгорания обеспечивает ее безударное отделение от ЛА. Изобретение обеспечивает сохранение стационарного режима горения по всему каналу камеры сгорания при сверхзвуковой скорости потока, упрощение устройства запуска двигателя и улучшение массотяговых характеристик ЛА в целом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя, расположенная на выходном участке постоянного сечения камеры сгорания, отключаемая после установления стационарного режима горения по всему каналу камеры сгорания, отличающаяся тем, что она выполнена на отделяемой раме, содержащей сферическую наружную поверхность, диаметр которой равен диаметру цилиндра выходного участка постоянного сечения камеры сгорания.

2. Система запуска двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что отделяемая рама крепится к корпусу камеры сгорания фиксирующим устройством, содержащим топливную магистраль для подачи расчетного количества топлива для запуска.

3. Система запуска двигателя по п. 2, отличающаяся тем, что фиксирующее устройство содержит конструктивные элементы, блокирующие подачу топлива в систему запуска в момент срабатывания.