Способ организации детонационного режима горения в камере сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя


 


Владельцы патента RU 2520784:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)

Способ организации детонационного режима горения в камере сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя включает сжатие воздуха в системе внешних и внутренних скачков уплотнения, возникающих на фиксированных и регулируемых элементах фюзеляжа и силовой установки, подачу топлива за внешней системой скачков перед камерой сгорания, формирование на ее входе детонационной волны. Детонационное горение топливовоздушной смеси осуществляют в камере сгорания, регулируя положения детонационной волны в камере сгорания в зависимости от числа Маха потока на входе в камеру сгорания посредством изменения геометрических параметров камеры сгорания и химического состава поступающей топливовоздушной смеси. Осуществляют последующее расширение продуктов горения в сопле. Топливовоздушную смесь создают на основе нанодисперсного топлива, содержащего углеродные нанотрубки с капсулированным в них водородом, которое вводят перед камерой сгорания через отверстия игольчатой топливной форсунки навстречу набегающему потоку. Генерируют в зоне горения пульсирующее электрическое поле напряженностью более 20 В/см. Изобретение направлено на повышение скорости горения топлива, улучшение полноты сгорания и топливной эффективности двигателя. 1 ил

 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателям (ГПВРД), и может быть использовано в силовых установках гиперзвуковых летательных аппаратов, использующих кислород воздуха в качестве окислителя.

Организация детонационного режима горения топлива в ГПВРД направлена на существенное увеличение скорости горения топлива, что позволяет улучшить полноту его сгорания, топливную эффективность и массогабаритные характеристики двигателя.

Известен способ организации детонационного режима горения в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя (патент RU №2101536, МПК F02К 7/10, 1998), включающий сжатие воздуха в системе внешних и внутренних скачков уплотнения, возникающих на фиксированных и регулируемых элементах фюзеляжа и силовой установки, подачу топлива за внешней системой скачков перед камерой сгорания, формирование на ее входе детонационной волны, детонационное горение топливовоздушной газовой смеси и последующее расширение продуктов горения в сопле.

Недостатком известного способа организации детонационного режима горения в камере сгорания двигателя является достаточно протяженная камера сгорания.

Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому способу организации детонационного режима горения в камере сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя является принятый за прототип способ организации детонационного режима горения в камере сгорания сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (патент RU №2285143, МПК F02К 7/10, 2006), включающий сжатие воздуха в системе внешних и внутренних скачков уплотнения, возникающих на фиксированных и регулируемых элементах фюзеляжа и силовой установки, подачу топлива за внешней системой скачков перед камерой сгорания, формирование на ее входе детонационной волны, детонационное горение топливовоздушной смеси в камере сгорания, регулирование положения детонационной волны в камере сгорания в зависимости от числа Маха потока на входе в камеру сгорания посредством изменения геометрических параметров камеры сгорания и химического состава поступающей топливовоздушной смеси и последующее расширение продуктов горения в сопле.

Недостатком известного технического решения является отсутствие эффективной подготовки топливовоздушной смеси.

Задачей заявленного изобретения является повышение эффективности смешения топлива с потоком воздуха и образования топливовоздушной смеси.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в улучшении полноты сгорания топлива и повышении топливной эффективности двигателя.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе организации детонационного режима горения в камере сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, включающем сжатие воздуха в системе внешних и внутренних скачков уплотнения, возникающих на фиксированных и регулируемых элементах фюзеляжа и силовой установки, подачу топлива за внешней системой скачков перед камерой сгорания, формирование на ее входе детонационной волны, детонационное горение топливовоздушной смеси в камере сгорания, регулирование положения детонационной волны в камере сгорания в зависимости от числа Маха потока на входе в камеру сгорания посредством изменения геометрических параметров камеры сгорания и химического состава поступающей топливовоздушной смеси и последующее расширение продуктов горения в сопле, топливовоздушную смесь создают на основе нанодисперсного топлива, содержащего углеродные нанотрубки с капсулированным в них водородом, которое вводят перед камерой сгорания через отверстия игольчатой топливной форсунки навстречу набегающему потоку и генерируют в зоне горения пульсирующее электрическое поле напряженностью более 20 В/см.

На фигуре 1 показана схема камеры сгорания двигателя, интегрированного с фюзеляжем летательного аппарата, реализующая предложенный способ организации детонационного режима горения в камере сгорания ГПВРД. Здесь камера сгорания 1 имеет на входе воздухозаборник смешанного сжатия 2 и на выходе регулируемое сопло 3. Воздухозаборник 2 образован фиксированной поверхностью 4 фюзеляжа 5 и регулируемой поверхностью 6. Сечение проточной части камеры сгорания 1 и ее конфигурацию регулируют подвижными стенками 6, 7 и 8. Перед камерой сгорания 1 установлена игольчатая топливная форсунка 9.

Способ осуществляют следующим образом. В поток воздуха, сжатый воздухозаборником 2, вводят через отверстия игольчатой топливной форсунки 9 навстречу набегающему потоку нанодисперсное топливо, содержащее углеродные нанотрубки с капсулированным в них водородом, и создают на входе камеры сгорания 1 топливовоздушную смесь. Игольчатая топливная форсунка 9 формирует также систему взаимодействующих наклонных ударных волн и инициирует в проточной части камеры сгорания 1 пересжатую детонационную волну, в которой происходит быстрое сгорание подготовленной топливовоздушной смеси с последующим расширением продуктов горения в сопле 3. Управление двигателем осуществляют регулировкой геометрических параметров элементов камеры сгорания 1, воздухозаборника 2 и сопла 3 в зависимости от числа Маха потока и состава топливовоздушной смеси на входе камеры сгорания 1. Для повышения устойчивости работы ГПВРД организуют пульсирующий режим детонационного горения топливовоздушной смеси с наложением пульсирующего электрического поля напряженностью более 20 В/см.

Выполненный анализ и расчеты, представленные авторами изобретения, взятого за прототип, подтверждают возможность реализации предложенного способа организации детонационного режима горения в камере сгорания и создания компактной камеры сгорания перспективного ГПВРД, обеспечивающих высокую полноту сгорания топлива и хорошие массогабаритные характеристики двигателя.

Способ организации детонационного режима горения в камере сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, включающий сжатие воздуха в системе внешних и внутренних скачков уплотнения, возникающих на фиксированных и регулируемых элементах фюзеляжа и силовой установки, подачу топлива за внешней системой скачков перед камерой сгорания, формирование на ее входе детонационной волны, детонационное горение топливовоздушной смеси в камере сгорания, регулирование положения детонационной волны в камере сгорания в зависимости от числа Маха потока на входе в камеру сгорания посредством изменения геометрических параметров камеры сгорания и химического состава поступающей топливовоздушной смеси и последующее расширение продуктов горения в сопле, отличающийся тем, что топливовоздушную смесь создают на основе нанодисперсного топлива, содержащего углеродные нанотрубки с капсулированным в них водородом, которое вводят перед камерой сгорания через отверстия игольчатой топливной форсунки навстречу набегающему потоку, и генерируют в зоне горения пульсирующее электрическое поле напряженностью более 20 В/см.



 

Похожие патенты:

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, топливную форсунку, расположенную в носовой части перед воздухозаборником по его оси и соединенную с ним пилонами, камеру сгорания, воспламенитель и сопло.

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник с центральным телом, камеру сгорания, топливную форсунку, соединенную пилонами с воздухозаборником, и систему управления.

Изобретение относится к энергетике. Способ организации горения в гиперзвуковом воздушно-реактивном двигателе, заключающийся в том, что подают воздух и первичное горючее в камеру сгорания и обеспечивают образование первичной горючей смеси, подают окислитель и вторичное горючее в камеру сгорания и обеспечивают образование вторичной горючей смеси, причем камеру сгорания формируют в виде последовательно расположенных и газодинамически связанных между собой основной и дополнительной камер сгорания, обеспечивают горение первичной горючей смеси в основной камере сгорания, а вторичной горючей смеси - в дополнительной камере сгорания, при этом в качестве первичного горючего используют водород, в качестве вторичного горючего - неоксидированные наночастицы алюминия, и используют продукты сгорания, образующиеся в основной камере сгорания в качестве окислителя для наночастиц алюминия. Изобретение позволяет форсировать двигатель, увеличить его высотность при сохранении габаритных размеров гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх