Способ повышения реактивной тяги бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя



Способ повышения реактивной тяги бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя
Способ повышения реактивной тяги бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя

 


Владельцы патента RU 2429367:

Мигалин Константин Валентинович (RU)
Сиденко Алексей Ильич (RU)
Мигалин Кирилл Константинович (RU)

Изобретение относится к бесклапанным пульсирующим воздушно-реактивным двигателям, в частности к двигателям беспилотных летательных аппаратов. Способ повышения реактивной тяги бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя включает, в частности, циклический выброс продуктов сгорания и всасывание атмосферного воздуха. На входе в резонаторную трубу на цикле выброса продуктов сгорания осуществляют генерацию кольцевого вихря. Генерация кольцевого вихря в начальной части резонаторной трубы приводит к последующему росту разряжения внутри камеры сгорания во время цикла продувки и, как следствие, к большему наполнению ее атмосферным воздухом, что позволяет увеличить реактивную тягу бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. 2 ил.

 

Изобретение относится к бесклапанным пульсирующим воздушно-реактивным двигателям, в частности к двигателям беспилотных летательных аппаратов.

Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (далее ПуВРД) немецкой крылатой ракеты времен Второй мировой войны Фау-1 (см. Г.Б.Синярев, М.В.Добровольский Жидкостные ракетные двигатели. - Оборонгиз, 1957, с.19, 20). Он представляет собой открытый с обоих торцов канал круглого поперечного сечения, включающий последовательно расположенные входной диффузор, клапанную решетку, камеру сгорания и выходное устройство, состоящее из конфузора и выхлопной трубы, а также систему топливоподачи и систему зажигания с электрозапалом, установленным в камере сгорания.

Клапанная решетка представляет собой конструкцию из несущих элементов - поперечных стержней, подвижных элементов - плоских упругих пластин постоянной толщины, прикрепленных к боковым граням стержней попарно параллельно друг другу на расстоянии, равном толщине стержня, и опорных проставок, размещенных посредине между парами пластин параллельно им. В каждой паре между пластинами имеется глухой зазор, обращенный назад. Пластины и проставки образуют продольные каналы для прохода воздуха.

Набегающий на двигатель поток проходит через воздухозаборник и клапанную решетку в камеру сгорания. Туда же подается легкоиспаряющееся топливо, после чего топливовоздушная смесь воспламеняется искрой электрозапала. Быстро расширяющиеся во все стороны продукты сгорания, попадая в глухой зазор между пластинами, тормозятся, в результате чего давление там возрастает. Это вызывает изгиб пластин в стороны до контакта с опорными проставками или боковыми стенками. Воздушные каналы клапанной решетки оказываются перекрытыми. Продукты сгорания истекают через сопло в атмосферу, а их давление на закрытую клапанную решетку создает импульс тяги двигателя.

После падения давления пластины клапанной решетки под действием своей упругости, а также разрежения, создаваемого в камере инерцией истекающих газов, возвращаются в исходное положение. В камеру поступает очередная порция воздуха и цикл повторяется.

Клапанная решетка служит основным, но не единственным элементом узла, создающего тягу пульсирующего двигателя и включающего также боковые стенки, детали крепления и др. Кроме того, функцию создания тяги в таком двигателе могут выполнять и другие устройства.

Достоинствами ПуВРД с механическими клапанными решетками являются простота и дешевизна, небольшой вес, надежность. Их недостаток - плохие тяговые характеристики, а именно низкая удельная и лобовая тяга, высокий удельный расход топлива, импульсный характер тяги, но главное - низкий ресурс клапанов.

Так же известны конструкции ПуВРД, использующие аэродинамические клапаны, "Нестационарное распространение пламени"./Под ред. Дж.Г.Маркштейна, М., МИР, 1968, с.401-407. Кроме того, ПуВРД, в которых осуществлена замена механических клапанов на аэродинамические, которые описаны в патентах США №2796735, 1957; №2796734, 1957; №2746529, 1956; №2822037, 1958; 2812635, 1957.

К недостаткам таких ПуВРД следует отнести низкую амплитуду пульсаций давления и, соответственно, низкий термодинамический КПД (коэффициент полезного действия).

В качестве прототипа принят способ создания реактивной тяги бесклапанным ПуВРД, описанный в патенте США №3035413, НКИ 60-35.6 от 22.05.1962. Суть рассматриваемого способа заключается в периодическом взрываний топливо-воздушной смеси в камере сгорания и всасывании новой порции воздуха через впускной клапан при выбросе продуктов сгорания через резонаторную трубу. Причем характерно то, что процесс всасывания воздуха должен сопровождаться генерацией воздушного кольцевого вихря. Для этого впускной патрубок снабжается профилированной впускной частью, заканчивающейся уступом в начале впускного клапана, см. прототип, фиг.1, 2, 3 и 5. Достоинством данного способа создания реактивной тяги является техническая простота его реализации. Недостатком же такого способа создания реактивной тяги является низкая амплитуда пульсаций давления и, следовательно, низкая реактивная тяга.

Характерной особенностью рабочего цикла ПуВРД является невысокая степень наполнения камеры сгорания атмосферным воздухом.

Таким образом, воздействовать на рост амплитуды пульсации давления и, следовательно, увеличить реактивную тягу ПуВРД можно путем увеличения циклового наполнения камеры сгорания.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение реактивной тяги ПуВРД.

Достижение технического результата возможно за счет увеличения степени наполнения камеры сгорания за счет увеличения разряжения в камере сгорания, происходящего на цикле продувки в случае генерации в резонаторной трубе кольцевого вихря.

Для достижения технического результата, в известном способе повышения реактивной тяги бесклапанного ПуВРД, включающем, в частности, циклический выброс продуктов сгорания и всасывание атмосферного воздуха, на входе в резонаторную трубу на цикле выброса продуктов сгорания осуществляют генерацию кольцевого вихря.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из следующего детального описания конкретного устройства ПуВРД, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие практическую реализацию предлагаемого способа повышения реактивной тяги бесклапанного ПуВРД. На фиг.1 показана известная схема газохода ПуВРД (прототип). На фиг.2 показана схема газохода ПуВРД, в котором реализуется заявляемый способ.

ПуВРД содержит камеру сгорания 1 с впускным клапаном 2, с профилированной впускной частью 3, заканчивающейся уступом и резонаторную трубу 4, которая в зоне стыковки с камерой сгорания 1 имеет профилированную вставку 5, заканчивающуюся уступом внутри резонаторной трубы 4.

Осуществляется заявляемый способ следующим образом. При взрыве топливо-воздушной смеси в камере сгорания 1 продукты сгорания начинают выбрасываться через резонаторную трубу 4 и впускной клапан 2. Далее наступает процесс всасывания, при котором продукты сгорания, движущиеся по резонаторной трубе 4, начинают всасывать атмосферный воздух через впускной клапан 2 в камеру сгорания 1. Увеличение объема всасываемого воздуха может быть достигнуто увеличением разряжения в камере сгорания 1. Для этого предлагается перевести характер течения в резонаторной трубе 4 из пульсирующего трубного течения в пульсирующее струйное течение. То есть сформировать из продуктов сгорания при каждом цикле выброса газа кольцевой вихрь внутри резонаторной трубы 4. Имея устойчивую гидродинамическую структуру кольцевой вихрь, при движении в резонаторной трубе 4, приведет к большему разряжению в камере сгорания 1 и, соответственно, к большему наполнению. Подобное явление исследовалось на примере работы газового эжектора (см. "О работе газового эжектора в пульсирующем режиме", С.Ю.Крашенинников, В.К.Ляхов, К.В.Мигалин. Известия ВУЗов "Авиационная техника", 1990, №1, с.40-43, Казань) и показало, что формирование кольцевого вихря в канале смесителя эжектора способно в несколько раз увеличить коэффициент эжекции, а следовательно, в данном случае, и разряжение внутри камеры сгорания 1.

Таким образом, генерация кольцевого вихря в начальной части резонаторной трубы 4 приводит к последующему росту разряжения внутри камеры сгорания 1 во время цикла продувки и, как следствие, к большему наполнению ее атмосферным воздухом, что позволяет увеличить реактивную тягу бесклапанного ПуВРД.

Разумеется, предлагаемый способ не ограничивается приведенным примером его осуществления, показанным на прилагаемой фигуре 2. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.

Способ повышения реактивной тяги бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя, включающий, в частности, циклический выброс продуктов сгорания и всасывание атмосферного воздуха, отличающийся тем, что на входе в резонаторную трубу на цикле выброса продуктов сгорания осуществляют генерацию кольцевого вихря.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бесклапанным пульсирующим воздушно-реактивным двигателям, в частности к двигателям беспилотных летательных аппаратов. .

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в двигателях различного назначения. .

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в двигателях различного назначения. .

Изобретение относится к авиации и может быть использовано в двигателестроении летательных аппаратов. .

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в аппаратах вертикального взлета, использующих пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (далее ПуВРД).

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, и может быть использовано для создания тяги на летательных аппаратах, других транспортных средствах, а также в энергетических установках.

Изобретение относится к области авиастроения и может быть использовано при проектировании летательных аппаратов различного назначения, в двигателестроении самолетов.

Изобретение относится к двигателестроению, а точнее к импульсному детонационному ракетному двигателю

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в качестве источника электроэнергии как непосредственно, так и в составе приводов различных транспортных средств

Изобретение относится к установкам, где рабочее тело используется для создания реактивной струи, а также к устройствам для сжигания топлива

Изобретение относится к авиационной технике, воздушно-реактивным двигателям для беспилотных летательных аппаратов, летающих мишеней, малых летательных аппаратов и может быть применено в качестве двигателя привода ротора реактивных вертолетов

Изобретение относится к камерам сгорания прерывистого действия, таким как камеры пульсирующего горения для сжигания газообразных и жидких топлив, а также к камерам сгорания пульсирующих воздушно-реактивных двигателей

Изобретение относится к области двигателей и движителей и может быть использовано для перемещений различных объектов, например летательных аппаратов, а также наземных или водных транспортных средств, в строительстве, при погрузоразгрузочных работах, в военной технике. Способ получения тяги заключается в подаче топливной смеси в камеру, осуществлении детонационного процесса сжигания топлива в пульсирующем режиме. Наружную стенку камеры закрывают микропористой пластиной, располагают ее между двумя перфорированными металлическими пластинами. Микропористую пластину выполняют в несколько слоев из разных материалов и разной пористости, с извилистыми капиллярами, топливную смесь подают под давлением. Детонационный процесс сжигания топлива осуществляют вблизи наружной стенки, например, лазерным лучом. Способ значительно упрощает и удешевляет процесс создания тяги, дает возможность создания универсальных устройств. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ организации детонационно-дефлаграционного горения в воздушно-реактивном двигателе для высоких скоростей полета заключается в том, что набегающий высокоскоростной сверхзвуковой поток воздуха тормозят в криволинейном пространстве воздухозаборника, по мере продвижения, в зоне образования скорости, меньшей, чем скорость детонационной волны, возникающей при горении, но большей, чем скорость ударной волны, возникающей при гашении детонационной волны. Через топливные сопла непрерывно подают топливо, смешивают его с воздухом и создают непрерывный поток горючей смеси, имеющей зону недостаточного смешения в зоне топливных сопел и зону хорошо перемешанной горючей смеси, расположенную ниже по течению потока. Воспламеняют хорошо перемешанную горючую смесь. Образующуюся при этом детонационную волну, движущуюся против потока, гасят в зоне недостаточного смешения с образованием ударной волны и очагов дефлаграционного горения, сносимых потоком вниз по течению. Воспламеняют хорошо перемешанную горючую смесь указанными очагами дефлаграционного горения, и инициируют новую детонационную волну, распространяющуюся против потока, реализуя тем самым переход от дефлаграционного горения к детонационному. В результате обеспечивается процесс детонационно-дефлаграционного горения с частотой пульсаций, определяемой скоростями детонационной волны и сверхзвукового потока. Изобретение направлено на упрощение конструкции и функционирование пульсаций детонационной волны без механических или газодинамических клапанов при непрерывной подаче топлива. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ сжигания топливовоздушной смеси для создания реактивной тяги в прямоточном воздушно-реактивном двигателе со спиновой детонационной волной заключается в том, что набегающий высокоскоростной поток тормозят до чисел Маха в диапазоне от 3 до 4 в сверхзвуковом двухступенчатом воздухозаборнике с затупленным центральным телом. Далее подают в поток топливо, закручивают образующийся топливовоздушный поток хорошо перемешанной горючей смеси, тормозят до дозвуковой осевой компоненты скорости, инициируют воспламенение закрученной хорошо перемешанной топливовоздушной смеси и сжигают в спиновой детонационной волне. Детонационные и ударные волны, распространяющиеся против потока, гасят набегающим сверхзвуковым потоком топливовоздушной смеси. Образующиеся при сжигании продукты сгорания направляют на создание реактивной тяги двигателя. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель со спиновой детонационной волной для высокоскоростных полетов содержит сверхзвуковой двухступенчатый воздухозаборник с затупленным центральным телом, систему слива энтропийного и пограничных слоев, топливные пилоны с соплами для подачи топлива в набегающий воздушный поток, венцы которых выполнены и расположены так, что продолжают торможение и закручивают образующийся топливовоздушный поток, кольцевой решеточный гаситель детонационных и ударных волн, осесимметричное кольцевое сопло, имеющее расширяющуюся внешнюю обечайку и центральное тело с донным срезом. Кольцевой решеточный гаситель детонационных и ударных волн содержит кольцевые решетчатые перегородки, образующие каналы, для торможения и поворота топливовоздушного потока до дозвуковой осевой компоненты скорости с сохранением сверхзвуковой скорости в каналах гасителя. На выходе гасителя расположена кольцевая детонационная камера сгорания, начальный внутренний радиус которой меньше внутреннего радиуса колец гасителя. На выходе камеры сгорания расположена кольцевая решетка, спрямляющая выходящий поток. Изобретение направлено на интенсификацию скорости химических реакций горения и энерговыделения за счет спинового детонационного горения хорошо перемешанной топливовоздушной смеси. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к бесклапанному многотрубному двигателю с импульсной детонацией. Двигатель содержит несколько детонационных труб, причем каждая детонационная труба имеет независимое разгрузочное выпускное отверстие, несколько детонационных труб соединены друг с другом в общем отверстии впуска воздушно-топливной смеси, при этом воздушно-топливная смесь детонирует в детонационных трубах одновременно, и общее отверстие впуска воздушно-топливной смеси минимизирует обратное давление, вызванное детонацией воздушно-топливной смеси, направляя несколько обратных ударных волн друг на друга, эффективно используя обратные давления как реактивные фронты друг для друга и эффективно снижая воздействие ударных волн, распространяющихся назад, в направлении вверх по потоку. Детонационные трубы могут быть непрямолинейными. Обеспечивается более равномерная подача энергии на турбину. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх