Пульсирующий гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель

 

Использование: в двигателестроении летательных аппаратов. Сущность изобретения: пульсирующий гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит входное устройство с детонационной камерой, насадок и систему подачи продуктов газогенерации. Двигатель включается в работу после набора скорости полета летательным аппаратом в диапазоне чисел Маха М 3,5-4. Одновременно с поступлением сверхзвукового потока воздуха через проточный канал входного устройства в детонационную камеру подаются продукты газогенерации с избытком горючего. Соударение осевой сверхзвуковой воздушной струи с плоской струей продуктов газогенерации происходит в геометрическом фокусе детонационной камеры. В процессе их соударения возникает система скачков уплотнений, в которых происходят резкое увеличение температуры, давления и выделение большого количества тепла. В свою очередь это приводит к детонационному горению продуктов в среде воздуха. Так как процесс горения происходит в импульсном режиме, то уровень тяги зависит от рабочей частоты внутрикамерных процессов. 1 ил.

Изобретение относится к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям с резонансной камерой сгорания, а также к прямоточно-пульсирующим воздушно-реактивным двигателям.

Наиболее близким по техническому результату к изобретению является двигатель по патенту ФРГ N 1476819, кл. F 02 C 5/10, 1970.

Однако он не обеспечивает разгон летательного аппарата до требуемых скоростей.

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

Решение поставленной задачи заключается в улучшении тяговых характеристик двигателя за счет интенсификации внутрикамерных процессов посредством создания детонационного (сверхзвукового, ударного) горения в пульсирующем режиме. В свою очередь это приводит к увеличению тяги двигателей, а следовательно, и к увеличению скорости летательного аппарата.

Поставленная задача достигается тем, что внутренняя поверхность газоподводящего канала выполнена в виде по меньшей мере одной конической поверхности, переходящей в цилиндрическую перед входом в детонационную камеру.

На чертеже представлен пульсирующий ГПВРД.

Он содержит детонационную камеру 1 с газоподводящим каналом 2 и соосно отводящим насадком 3, установленным с образованием между ним и торцом камеры кольцевой щели, сообщенной с узлом подвода продуктов газогенерации.

Детонационная камера 1 представляет собой полузамкнутую полость, выполненную в выходной части насадка 1, и предназначена для организации процесса импульсного детонационного горения.

Газоподводящий канал 2 представляет собой входное устройство и предназначен для подачи воздуха в детонационную камеру 1 с гиперзвуковой (сверхзвуковой) скоростью. Такое течение воздуха способствует созданию в детонационной камере 1 ударных волн (скачков уплотнения), которые интенсифицируют процесс горения.

Данная задача достигается тем, что устройство выполнено в виде тела вращения с проточным каналом, входная часть которого образована одним или несколькими слабоконическими поверхностями с углами полураскрытия α и β переходящими в цилиндрическую поверхность диаметра d. Выходная часть устройства является частью полузамкнутой полости, образующей детонационную камеру. Углы полураствора α и βвыбираются из условия создания необходимой степени торможения воздушного потока, которая в свою очередь выбирается из соображения получения максимальной эффективности рабочего процесса.

При этом поток не должен тормозиться до М ≅ 1.

Отводящий насадок 3 предназначен для увеличения скорости потока продуктов детонации, а следовательно, для создания дополнительной составляющей силы тяги и представляет собой полое тело вращения с профилированной внутренней поверхностью.

Узел подвода продуктов газогенерации 4 предназначен для подвода продуктов неполного сгорания от газогенератора через кольцевую щель, образованную между торцом детонационной камеры и отводящим насадком во внутренний объем камеры.

Пульсирующий ГПВРД включается в работу после набора скорости полета летательным аппаратом в диапазоне чисел М 3,5-4. При этом в детонационную камеру 1 одновременно подаются через газодинамический канал воздух и через кольцевую щель продукты газогенерации с избытком горючего. Соударение осевой сверхзвуковой воздушной струи с плоской струей продуктов газогенерации происходит в геометрическом фокусе детонационной камеры 1. Одновременно с этим происходит заполнение объема детонационной камеры 1, образованной ее внутренней поверхностью и плоской струей продуктов газогенерации, образующей газодинамический затвор.

В процессе их соударения возникает система скачков уплотнений (ударных волн), т. е. происходят резкое увеличение температуры, давления продуктов детонации и выделение большого количества тепла. В свою очередь это приводит к детонационному горению продуктов газогенерации в среде воздуха. Детонационные волны, распространяясь в газовой среде из фокуса детонационной камеры 1, взаимодействуют с ее стенками по нормали к поверхности и, рекошитируя от нее, пробивают плоскую струю продуктов газогенерации и ускоряют движение большей их части в сторону насадка 3.

При этом основная составляющая силы тяги создается за счет взаимодействия детонационных волн с внутренней поверхностью детонационной камеры 1, а дополнительная ее составляющая за счет ускорения движения продуктов детонации в насадке 3. Таким образом в результате реализации вышеописанного процесса появляется импульс тяги, по окончании действия которого вновь происходит смыкание плоской струи продуктов газогенерации, и процесс вновь повторяется с частотой, определяемой объемом детонационной камеры и суммарным секундным массовым расходом воздуха и продуктов газогенерации.

Формула изобретения

ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ГИПЕРЗВУКОВОЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий детонационную камеру с газоподводящим каналом и соосным отводящим насадком, установленным с образованием между ним и торцом камеры кольцевой щели, сообщенной с узлом подвода продуктов газогенерации, отличающийся тем, что поверхность канала выполнена в виде по меньшей мере одной конической поверхности, переходящей в цилиндрическую перед входом в камеру.

РИСУНКИ

Рисунок 1