Комбинированная камера пульсирующего двигателя детонационного горения

 

Использование: в реактивных двигательных установках, а также в устройствах управления положением летательного аппарата в воздухе. Сущность изобретения: комбинированная камера состоит из полости, выполненной в центральном теле камеры сгорания, корпуса с насадком, узла подвода продуктов газогенерации и устройства для создания ударных волн, состоящего из струйного ускорителя и твердого обтекаемого тела. 1 ил.

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам, а также к устройствам управления положением летательного аппарата в воздухе.

Известны энергосиловые установки, работающие на детонационном принципе. Одной из проблем, возникающих при их разработке, является трудность регулирования или изменения режима их работы при сохранении прежней экономичности.

Наиболее близким по техническому выполнению к заявляемому изобретению является устройство, предназначенное для выработки рабочего тела, необходимого для раскрутки газовых турбин, работоспособности дизелей и т.д. В нем изменение режима работы осуществляется путем перемещения центрального тела, расположенного на входе устройства. При этом происходит изменение сжатия текучей среды (газа), подаваемой на вход.

Однако такой способ выработки энергии и его использование в двигательном устройстве не являются эффективными применительно к энергосиловым установкам, предназначенным для выработки рабочего тела, необходимого для перемещения летательного аппарата. Это объясняется тем, что изменение расхода одного из компонентов топлива путем перемещения центрального тела, расположенного на входе в устройство, приведет к снижению эффективности его работы, а, следовательно, к уменьшению экономичности работы двигателя (например пульсирующего двигателя детонационного горения (ПДДГ)).

Задача изобретения состоит в разработке устройства изменения режима работы ПДДГ при сохранении прежней экономичности его работы.

Решение поставленной задачи достигается путем осевого перемещения твердого обтекаемого тела, установленного в полости, выполненной в центральном теле камеры сгорания. При этом изменяется путь прохождения ударной волны до стенок, что приводит к изменению частоты детонационных процессов, а следовательно, к изменению силы тяги двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что камера ПДДГ дополнительно снабжена устройством для создания ударных волн, выполненным в виде струйного ускорителя и соосно с ним расположенного твердого обтекаемого тела, закрепленного в насадке и имеющего осевую и угловую степени свободы, задняя профилированная часть которого образует с насадком сопло внешнего расширения, а кольцевой канал подключен к узлу продуктов газогенерации и сфокусирован на передней профилированной части твердого обтекаемого тела.

На чертеже представлена комбинированная камера ПДДГ.

Камера состоит из полости 1, выполненном в центральном теле 2 камеры сгорания, корпуса с насадком 3, узла подвода продуктов газогенерации 4 и устройства для создания ударных волн, выполненного в виде струйного ускорителя 5 и твердого обтекаемого тела 6, образующего с насадком 3 сопло внешнего расширения 7.

Работает ПДДГ с комбинированной камерой горения следующим образом. Одновременно с подачей продуктов газогенерации через узел подвода 4 в детонационную камеру в виде сходящейся к вершине конической сверхзвуковой осесимметричной струи, через струйный ускоритель 5 в нее от внешнего источника подается воздух со сверхзвуковой скоростью. Вершина конической струи находится на поверхности "а" твердого обтекаемого тела 6.

При натекании двух сверхзвуковых потоков: продуктов газогенерации и воздуха на поверхность "а" возникает система скачков уплотнений (ударных волн), в которых происходит резкое повышение температуры, давления и выделение большого количества тепла. Это приводит к детонационному (сверхзвуковому) горению продуктов газогенерации в среде воздуха.

В связи с тем, что скорость распространения детонации значительно больше скорости истечения продуктов газогенерации и воздуха, детонационная волна будет перемещаться навстречу движения потоков и взаимодействовать со стенками камеры. Когда волна достигнет тяговой стенки, находящейся в передней части камеры, она рикошитирует от нее, ускоряя большую часть продуктов детонации в сторону сопла. Отраженная волна, истекая через открытый конец полости 1 и сопло внешнего расширения, образованное насадком 3 и профилированной поверхностью "б" твердого обтекаемого тела 6, приводит к появлению осевой составляющей тяги. После этого цикл повторяется.

Для изменения режима работы ПДДГ необходимо подать команду от системы управления на осевое перемещение твердого обтекаемого тела 6. Например, для увеличения модуля вектора тяги необходимо переместить твердое обтекаемое тело 6 в сторону струйного ускорителя 5. При этом уменьшится путь прохождения ударной волной до ее стенок. В свою очередь это приведет к увеличению частоты детонационных процессов и, следовательно, к пропорциональному увеличению силы тяги.

Наиболее эффективно управлять режимом работы ПДДГ можно при изменении расходов воздуха и продуктов газогенерации совместно с осевым перемещением обтекаемого твердого тела. В этом случае можно достичь плавного изменения тяги в более широких пределах.

Кроме того, отклоняя ось симметрии твердого обтекаемого тела 6 от оси симметрии камеры можно управлять положением летательного аппарата по углам тангажа и рыскания.

Таким образом, путем перемещения твердого обтекаемого тела можно управлять как модулем, так и направлением вектора тяги ПДДГ. Причем это управление связано только с изменением частоты возникновения как симметричных, так и несимметричных скачков уплотнений и не связано с качеством внутрикамерных процессов. Поэтому экономичность работы ПДДГ остается прежней.

Формула изобретения

Комбинированная камера пульсирующего двигателя детонационного горения, состоящая из полости, выполненной в центральном теле камеры сгорания, установленном в корпусе с насадкой с образованием кольцевого канала, и узла подвода продуктов газогенерации, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для создания ударных волн, выполненным в виде струйного ускорителя и соосно с ним расположенного твердого обтекаемого тела, закрепленного в насадке и имеющего осевую и угловую степень свободы, задняя профилированная часть которого образует с насадкой сопло внешнего расширения, а кольцевой канал подключен к узлу продуктов газогенерации и сфокусирован на передней профилированной части твердого обтекаемого тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1