Способ получения тяги и устройство для его осуществления

 

Способ получения тяги и устройство для его осуществления относятся к двигателестроению. Способ получения тяги заключается в том, что в полузамкнутую детонационную резонансную камеру тягового устройства подают топливо и воздух (горючую смесь) с коэффициентом избытка окислителя (воздуха) α₂= 0,8-1,2 и осуществляют детонационный процесс сжигания топлива в пульсирующем режиме. Топливо и воздух (окислитель) подают в детонационную резонансную камеру двумя потоками: потоком воздуха и потоком активированного топлива (горючей смеси), полученного путем окисления топлива воздухом с коэффициентом избытка окислителя α₁<0,1. Устройство для получения тяги содержит детонационную резонансную камеру, камеру формирования потока горючей смеси с элементами подачи смеси в детонационную резонансную камеру и камеру формирования воздушного потока. Камера формирования горючей смеси и детонационная резонансная камера размещены внутри камеры формирования воздушного потока соосно ей с образованием щели, в которой размещено кольцевое сопло для подачи воздуха в детонационную резонансную камеру. Изобретения позволяют улучшить технико-экономические характеристики двигательных установок. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для создания тяги как на летательных аппаратах, так и на других транспортных средствах, а также в стационарных энергоустановках для создания крутящего момента.

Известен способ получения тяги, заключающийся в сжигании горючего с избытком окислителя, последующей подаче горючего в полученные продукты сгорания, получении смеси, способной к детонации. Для получения детонирующей смеси осуществляют пиролиз горючего и замораживание продуктов пиролиза. Тягу получают посредством периодически повторяющегося процесса детонации, при этом подачу горючего в продукты сгорания осуществляют до достижения суммарного значения коэффициента избытка окислителя, равного 0,1-0,9, а сжигание горючего с окислителем проводят с коэффициентом избытка окислителя, равным 1-4 (см. Патент РФ N 2034996 МКИ F 02 K 3/08 от 11.10.93).

Известному способу присущи недостатки, заключающиеся в том, что значительная часть горючего сжигается до детонационной резонансной камеры в устройстве для осуществления пиролиза горючего и замораживания продуктов пиролиза, что связано со значительными затратами энергии на проведение пиролиза горючего, для осуществления которого необходима высокая температура. Горючее, сжигаемое до детонационной резонансной камеры, уже не участвует в высокоэффективном детонационном пульсирующем процессе создания тяги, кроме того, горючее сжигается при низком постоянном давлении в менее экономичном цикле. Таким образом, значительная часть энергии горючего преобразуется в тягу с очень низким коэффициентом полезного действия, что значительно снижает экономичность этого способа получения тяги.

Известен также способ получения тяги, заключающийся в том, что в детонационную резонансную камеру тягового устройства подают топливо и воздух (горючую смесь) с коэффициентом избытка окислителя (воздуха) α₂ = 0,8-1,2 и осуществляют детонационный процесс сжигания топлива в пульсирующем режиме.

Способ осуществляется в устройстве, содержащем полузамкнутую детонационную резонансную камеру, камеру формирования потока смеси с элементами подачи смеси в детонационную камеру и элементы подачи топлива и воздуха в камеру формирования потока горючей смеси (Патент РФ N 1672933 МКИ F 02 K 7/00 от 30.11.89 г. ).

Этому известному способу получения тяги присущи недостатки, заключающиеся в том, что из полузамкнутой камеры, в которой происходит детонация, детонация может распространиться в камеру формирования потока горючей смеси, что вызовет в ней взрыв, который может привести к разрушению устройства.

Кроме того, расположение инициатора детонации на внутренней поверхности детонационной резонансной камеры приведет к детонации на стенке, что создает меньшее давление на стенку в сравнении с отраженной детонационной волной.

Задача состоит в повышении экономичности способа и энергетической эффективности способа получения тяги двигательной установки и обеспечении взрывобезопасности способа.

Эта задача решается путем создания способа получения тяги, заключающегося в том, что в детонационную резонансную камеру тягового устройства подают топливо и воздух (горючую смесь) с коэффициентом избытка окислителя (воздуха) α₂ = 0,8-1,2 и осуществляют детонационный процесс сжигания топлива в пульсирующем режиме. При этом топливо и воздух (окислитель) подают в детонационную резонансную камеру двумя потоками: потока воздуха и потока активированного топлива (горючей смеси), полученного путем окисления топлива воздухом с коэффициентом избытка окислителя α₁ < 0,1.

Поток воздуха, нагретого до температуры 200-500^oC, подают при давлении более 0,2 МПа.

Окисление топлива воздухом для получения потока активированного топлива осуществляют при температуре воздуха t = 200-450^oC и давлении выше атмосферного.

В поток воздуха вводят топливо, при этом коэффициент избытка окислителя α₃ > 2,2.

Способ осуществляется в устройстве для получения тяги, содержащем полузамкнутую детонационную резонансную камеру, камеру формирования потока горючей смеси с элементом подачи смеси в детонационную резонансную камеру и элементы подачи топлива и воздуха в камеру формирования потока горючей смеси. При этом устройство снабжено камерой формирования воздушного потока, камера формирования горючей смеси и детонационная резонансная камера размещены внутри камеры формирования воздушного потока соосно ей с образованием щели, в которой размещено кольцевое сопло для подачи воздуха в детонационную резонансную камеру.

Внутри камеры формирования потока воздуха может быть установлен элемент подачи топлива.

Внутри детонационной камеры на ее оси может быть установлен инициатор детонации, отстоящий от ее стенки.

На прилагаемых чертежах схематично представлены устройства, в которых реализуется предлагаемый способ получения тяги: на фиг. 1 - схема устройства для осуществления заявляемого способа; на фиг. 2 - схема устройства для осуществления способа с добавлением топлива; на фиг. 3 - схема устройства для осуществления способа с инициатором детонации.

В соответствии с фиг. 1 устройство для получения тяги представляет собой резонансную детонационную камеру 1 с тяговой стенкой 2, устройство для формирования горючей смеси 3 с элементом подачи воздуха 4 в камеру 3, устройство для подачи топлива 5 в камеру 3, устройство для подачи горючей смеси 6 из камеры 3 в детонационную резонансную камеру 1, камеры формирования воздушного потока 7 с элементом подачи в нее воздуха 8 и щели 9 для подачи воздушного потока в резонансную детонационную камеру 1.

В соответствии с фиг. 2 внутрь камеры формирования воздушного потока 7 установлено устройство подачи топлива 10.

В соответствии с фиг. 3 внутри резонансной детонационной камеры 1 на ее оси установлен инициатор детонации 11, отстоящий от тяговой стенки 2.

Таким образом, в соответствии с фиг. 1 устройство для получения тяги образовано двумя контурами и детонационной камерой: - первый контур является камерой формирования потока воздуха 7 с элементами его подачи 8, кольцевой щелью 9 с возможностью ее регулирования, которая представляет собой кольцевое сверхзвуковое сопло, направленное к оси устройства; - второй контур является камерой формирования (подготовки) горючей смеси 3 к детонации с тяговой стенкой 2, осесимметрично установленной внутри камеры 7, с элементами подачи воздуха 4, топлива 5, элементами подачи готовой горючей смеси 6 в детонационную камеру 1; - детонационная камера 1 представляет собой полузамкнутую полость с и "тяговую стенку" 2.

В соответствии с фиг. 2 топливо 10 подается в первый контур - камеру формирования воздушного потока 7 с коэффициентом избытка окислителя α₃ > 2,2 (бедная, невзрывоопасная смесь).

В соответствии с фиг. 3 детонация на выходе из детонационной камеры возбуждается инициатором детонации 11.

Описываемое устройство для получения тяги работает следующим образом: Воздух с давлением P > 0,2 МПа, нагретый до t = 200 - 500^oC, поступает в камеру формирования воздушного потока 7 и через щель 9 попадает в детонационную резонансную камеру 1. Второй поток воздуха, нагреваемый до t = 200 - 450^oC для образования холодных пламен, поступает в камеру формирования потока горючей смеси 3, куда подается горючее с коэффициентом избытка окислителя (воздуха) α₁ < 0,1. При этом в камере формирования подготовки смеси возникают холодные пламена и образуются активные центры, способные вызывать детонацию.

Подготовленная к детонации горючая смесь через сопла 6 попадает в детонационную камеру 1, где смешивается с воздухом, подающимся из камеры формирования потока воздуха 7 с коэффициентом избытка окислителя в диапазоне α₂ = 0,8-1,2. В детонационной резонансной камере 1 вследствие столкновения сверхзвукового потока воздуха, истекающего из щелевого сопла 9, направленного к оси устройства, возникает ударная волна с интенсивностью М = 2-3, что ведет к повышению давления за ней в 3-4 раза и температуры в 2-3 раза. При рабочем давлении перед щелевым соплом P= 0,6-1,2 МПа и температуре 500-600K за ударной волной возникают условия, достаточные для инициирования детонации горючей смеси. Детонационная волна, отражаясь от тяговой стенки 2, создает тягу.

В соответствии с фиг. 3 при меньшей интенсивности ударной волны (М < 2) детонация на выходе из детонационной камеры 2 возбуждается инициатором детонации 11, расположенным на расстоянии от тяговой стенки на выходе открытой части детонационной камеры 1.

Предложенные способ и устройство получения тяги позволяют существенно улучшить технико-экономические и другие характеристики двигательных установок с использованием данного способа и устройства с обеспечением их взрывобезопасности.

Формула изобретения

1. Способ получения тяги, заключающийся в том, что в детонационную резонансную камеру тягового устройства подают топливо и воздух (горючую смесь) с коэффициентом избытка окислителя (воздуха) α₂= 0,8-1,2 и осуществляют детонационный процесс сжигания топлива в пульсирующем режиме, отличающийся тем, что топливо и воздух (окислитель) подают в детонационную резонансную камеру двумя потоками: потоком воздуха и потоком активированного топлива (горючей смеси), полученным путем окисления топлива воздухом с коэффициентом избытка окислителя α₁<0,1.

oС при давлении более 0,2 МПа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окисление топлива воздухом для получения потока активированного топлива осуществляют при температуре воздуха t= 200-450^oС и давлении выше атмосферного.

4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в поток воздуха вводят топливо, при этом коэффициент избытка окислителя α₃>2,2.

5. Устройство для получения тяги, содержащее полузамкнутую детонационную резонансную камеру, камеру формирования потока горючей смеси с элементом подачи смеси в детонационную резонансную камеру и элементы подачи топлива и воздуха в камеру формирования потока горючей смеси, отличающееся тем, что устройство снабжено камерой формирования воздушного потока, камера формирования горючей смеси и детонационная резонансная камера размещены внутри камеры формирования воздушного потока соосно ей с образованием щели, в которой размещено кольцевое сопло для подачи воздуха в детонационную резонансную камеру.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что внутри камеры формирования потока воздуха установлен элемент подачи топлива.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что внутри детонационной камеры на ее оси установлен инициатор детонации, отстоящий от ее стенки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3