Прямоточный воздушно-реактивный двигатель с газогенератором открытого типа и регулируемым расходом твердого топлива

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в гиперзвуковых крылатых ракетах с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, предназначенных для полетов на больших высотах. В частности, изобретение относится к прямоточному воздушно-реактивному двигателю с газогенератором открытого типа и регулируемым расходом твердого топлива. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, систему подачи твердого топлива в камеру сгорания, газогенератор, камеру сгорания и установленный на выходе из камеры сгорания профилированный сопловой насадок. Газогенератор выполнен в виде барабана со сквозными продольными каналами, в которых размещены с возможностью перемещения в камеру сгорания заряды твердого топлива. При этом барабан соединен с кольцевой перфорированной решеткой, отверстия которой направляют воздушный поток на поверхность зарядов твердого топлива. Изобретение направлено на увеличение полноты сгорания твердого топлива в воздушном потоке. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в гиперзвуковых крылатых ракетах с прямоточными воздушно-реактивными двигателями (ПВРД), предназначенных для полетов на больших высотах. В частности, изобретение относится к прямоточному воздушно-реактивному двигателю с газогенератором открытого типа и регулируемым расходом твердого топлива (ТТ).

В настоящее время интенсивно ведутся исследования и разработка ПВРД на высококалорийных твердых топливах. Совершенствованием существующих ПВРД является применение систем регулирования расхода продуктов сгорания твердого топлива, что позволяет оптимизировать расход твердого топлива в соответствии с траекторией полета летательного аппарата.

Известен прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий воздухозаборник, систему подачи твердого топлива в камеру сгорания, содержащую привод для выдавливания топлива в камеру сгорания, газогенератор с порошкообразным твердым топливом в виде полого цилиндра, камеру сгорания и установленный на выходе из камеры сгорания профилированный сопловой насадок (Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах (Основы теории и расчета) / Александров В.Н., Быцкевич В.М., Верхоломов В.К. и др. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. - 343 с. - прототип). К недостаткам схемы прототипа можно отнести следующее: в условиях длительного хранения во внутренней полости газогенератора происходит когезия (сцепление) частиц порошка твердого топлива, что влечет за собой образование неоднородной по размерам частиц структуры. Такая структура не позволяет осуществить равномерную подачу топлива. Крупные сцепившиеся частицы не успевают полностью сгореть, что приводит к снижению полноты сгорания и, как следствие, снижению удельного импульса двигателя. Рассмотренная схема не позволяет организовать эффективное регулирование расхода продуктов сгорания твердого топлива в воздушном потоке из-за несовершенства конструкции газогенератора и системы подачи твердого топлива в камеру сгорания.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение удельного импульса ПВРД на твердом топливе.

Технический результат изобретения состоит в увеличении полноты сгорания твердого топлива в воздушном потоке.

Для решения этой задачи и достижения технического результата предлагается прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий воздухозаборник, систему подачи твердого топлива в камеру сгорания, газогенератор, камеру сгорания и установленный на выходе из камеры сгорания профилированный сопловой насадок. При этом газогенератор выполнен в виде барабана со сквозными продольными каналами, в которых размещены с возможностью перемещения в камеру сгорания заряды твердого топлива. Барабан соединен с кольцевой перфорированной решеткой, отверстия которой направляют воздушный поток на поверхность зарядов твердого топлива.

Система подачи твердого топлива в камеру сгорания содержит автономные блоки, каждый из которых предназначен для перемещения одного заряда в камеру сгорания. Каждый автономный блок включает поршень, кинематически связанный с задним торцом заряда твердого топлива, и устройство, создающее продольно-вращательное перемещение поршня с зарядом.

Устройство, создающее продольно-вращательное перемещение поршня с зарядом, может представлять собой пневматический или гидравлический привод.

Сквозные продольные каналы имеют цилиндрическую форму.

Оси отверстий перфорированной решетки могут быть наклонены под углом 30÷90 градусов к продольной оси двигателя.

Воздухозаборник выполняется осесимметричным или боковым.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой конструкции ПВРД.

На фиг. 2 представлено сечение газогенератора.

На фиг. 3 показано рабочее положение заряда, когда один заряд находится в процессе движения.

На фиг. 4 показано рабочее положение заряда, когда один заряд полностью выдвинут.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник 1, систему подачи 2 твердого топлива 3 в камеру сгорания 4, газогенератор 5, камеру сгорания 4 и установленный на выходе из камеры сгорания профилированный сопловой насадок 6. При этом газогенератор 5 выполнен в виде неподвижного барабана со сквозными продольными каналами, в которых размещены с возможностью перемещения в камеру сгорания 4 заряды твердого топлива 3. Барабан изготавливают путем выполнения сквозных продольных каналов в цельной цилиндрической заготовке из металла или композиционного материала. На внутреннюю поверхность каналов нанесено теплозащитное покрытие 7. Барабан соединен с кольцевой перфорированной решеткой 8, отверстия которой направляют воздушный поток из воздухозаборника на поверхность зарядов твердого топлива 3.

Заряды твердого топлива 3 располагаются в продольных цилиндрических каналах барабана. Размеры и количество каналов газогенератора непосредственно связаны с режимом регулирования и коэффициентом заполнения поперечного сечения газогенератора εƒ. Для каналов одинакового диаметра коэффициент заполнения поперечного сечения газогенератора определяется по формуле:

, где

n - количество каналов, dk - диаметр канала, dг - диаметр газогенератора.

При этом стараются достигнуть максимального значения εƒ.

Система подачи 2 твердого топлива в камеру сгорания 4 содержит автономные блоки 10, каждый из которых предназначен для перемещения каждого заряда в камеру сгорания. Каждый автономный блок 10 включает поршень 11, который кинематически связан с задним торцом заряда твердого топлива 3, и устройство 12, создающее продольно-вращательное перемещение поршня с зарядом, в виде пневматического или гидравлического привода. Система подачи 2 твердого топлива в камеру сгорания 4 параллельно перемещает по продольным каналам барабана заряды ТТ в камеру сгорания 4, обеспечивая при этом регулирование расхода продуктов сгорания твердого топлива. Для более глубокого регулирования расхода и необходимого закона изменения расхода заряды могут иметь различную длину и площадь поперечного сечения. Воздушный поток, движущийся в кольцевом канале воздухозаборника, попадает в камеру сгорания через отверстия кольцевой перфорированной решетки. Решетка выполняет функции стабилизации (выравнивания) скоростного поля воздушного потока, идущего из воздухозаборника. Она разделяет поток на воздушные струи и направляет его под заданным углом (30÷90 градусов к продольной оси двигателя) на поверхность зарядов твердого топлива, выступающую из барабана в камеру сгорания. Струи, ударяясь друг о друга и соприкасаясь с торцевой и боковой поверхностями зарядов твердого топлива, образуют зоны обратных токов, в которых происходят интенсивные тепломассообмен и процесс горения, обеспечивая повышение полноты сгорания твердого топлива в воздухе.

В двигателе используется твердотопливный газогенератор открытого типа, то есть отсутствует устройство, создающее критический перепад давлений между зоной воспламенения и горения ТТ и камерой сгорания.

Предлагаемый ПВРД работает следующим образом.

Атмосферный воздух затекает в воздухозаборник 1, сжимается в нем и через отверстия в кольцевой перфорированной решетке 8 подается в зону воспламенения и горения твердого топлива 3.

В результате взаимодействия открытых поверхностей зарядов твердого топлива и воздушных струй происходит горение и образуются продукты сгорания. Соотношение компонентов в образовавшейся смеси продуктов сгорания регулируется с помощью системы подачи 2 твердого топлива 3 в камеру сгорания 4. Продукты сгорания догорают в камере сгорания 4 и истекают из профилированного сопла 6, создавая тягу.

Изобретение позволяет повысить удельный импульс за счет повышения полноты сгорания твердого топлива в воздушном потоке путем регулирования расхода твердого топлива и интенсификации процесса смешения и горения.

1. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий воздухозаборник, систему подачи твердого топлива в камеру сгорания, газогенератор, камеру сгорания и установленный на выходе из камеры сгорания профилированный сопловой насадок, отличающийся тем, что газогенератор выполнен в виде барабана со сквозными продольными каналами, в которых размещены с возможностью перемещения в камеру сгорания заряды твердого топлива, при этом барабан соединен с кольцевой перфорированной решеткой, отверстия которой направляют воздушный поток на поверхность зарядов твердого топлива.

2. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система подачи твердого топлива в камеру сгорания содержит автономные блоки, каждый из которых предназначен для перемещения одного заряда в камеру сгорания.

3. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель по п. 2, отличающийся тем, что каждый автономный блок включает поршень, кинематически связанный с задним торцом заряда твердого топлива, и устройство, создающее продольно-вращательное перемещение поршня с зарядом.

4. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель по п. 3, отличающийся тем, что устройство, создающее продольно-вращательное перемещение поршня с зарядом, представляет собой пневматический или гидравлический привод.

5. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что сквозные продольные каналы имеют цилиндрическую форму.

6. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что оси отверстий перфорированной решетки наклонены под углом 30÷90 градусов к продольной оси двигателя.

7. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что воздухозаборник выполнен осесимметричным или боковым.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к прямоточному воздушно-реактивному двигателю, включающему детонационную камеру, и к летательному аппарату, содержащему такой прямоточный реактивно-воздушный двигатель.

Изобретение относится к гиперзвуковой авиации, а именно к гиперзвуковым летательным аппаратам с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. В передней части гиперзвукового летательного аппарата сформировано углубление, объем которого заполняется горючим газом через отверстия, распределенные по поверхности углубления.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в камере сгорания гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя. Генератор акустических колебаний для камеры сгорания гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя содержит свечу зажигания, топливные сопла, профилированную геометрию проточной части, камеру смешения, вихревую камеру, выходной диффузор, лопаточное закручивающее устройство, сверхзвуковой диффузор.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению и предназначено для прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом горючем содержит воздухозаборник, газогенератор с зарядом твердого горючего в отдельном корпусе, камеру дожигания и сопло.

Способ организации воспламенения и горения топлива в гиперзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе высокоскоростного летательного аппарата, содержащего камеру сгорания, заключается в подаче горючего со сверхзвуковой скоростью через систему пилонов, обтекаемых кислородом, например, в составе воздуха.

Изобретение может быть использовано в космической и оборонной отрасли. Высокоскоростной прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) содержит последовательно расположенные воздухозаборное устройство, камеру сгорания (КС) и выходное сопло.

Изобретение может быть использовано в космической и оборонной отрасли. Способ воспламенения топливной смеси заключается в том, что в камеру сгорания двигателя подают высокоскоростной поток воздуха, обеспечивают торможение потока, образуют в камере сгорания топливную смесь и воспламеняют ее.

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит сверхзвуковой воздухозаборник, сверхзвуковую камеру сгорания, выходное сверхзвуковое сопло, обечайку, регулятор давления подачи топлива, устройство подачи топлива в двигатель, источник лазерного излучения и оптическую систему.

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) содержит корпус, воздухозаборник с центральным телом, внутри которого установлена топливная форсунка в виде газоструйного резонатора с острой передней кромкой, соединенной пилонами с воздухозаборником, камеру сгорания, воспламенитель, сопло, систему управления и твердотопливный картридж для стартового разгона.

Аппарат для взаимодействия с воздухом или газом, способный выполнять функцию компрессора или детандера, содержит корпус, вал для передачи крутящего момента, ротор.

Изобретение относится к области ракетной техники, созданию прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) для крылатых ракет (КР) и управлению КР. В случаях неисправности датчиков командных давлений выдается команда для выполнения резервного алгоритма управления ПВРД. Достигается заранее заданная высота КР и поддерживается скорость КР, соответствующая высоте полета КР. При этом регулирование расхода топлива осуществляется по параметрам скорости и высоты КР, а высота и скорость движения КР измеряются с помощью аппаратуры спутниковой навигации. Техническим результатом решения является повышение надежности работы ПВРД и, как следствие, повышение живучести КР и безопасности полета КР. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам управления обтеканием летательного аппарата при дозвуковых и околозвуковых скоростях полета. Импульсный плазменный тепловой актуатор эжекторного типа содержит подводной канал с обратным клапаном, разрядную камеру со встроенными игольчатыми электродами, сопло эжектора, камеру смешения, полость разрежения со щелью, соединяющей полость разрежения с поверхностью крыла, выходной диффузор. Актуатор позволяет без перегрева рабочей области создавать истекающую из сопла высокоскоростную пульсирующую струю газа в одной области течения и одновременно осуществлять отсос пограничного слоя в другой. Изобретение направлено на расширение возможности управления обтеканием крыла летательного аппарата. 2 ил.

Изобретение относится к области аэрокосмической техники и может быть использовано для подачи горючего в высокоскоростной поток воздуха в перспективных прямоточных воздушно-реактивных двигателях внутриатмосферных летательных аппаратов. Блиск охлаждаемых пилонов подачи горючего в высокоэнтальпийный воздушный поток внутри камеры сгорания с круглым поперечным сечением. Причём в каждом пилоне выполнены по три заглушенных с одной стороны канала, открытые концы двух из этих каналов закрыты заглушками, каналы соединены отверстиями, а в центральном канале расположена заслонка с несколькими отверстиями. Изобретение позволяет исключить возможность прогара пилонов при высоких тепловых нагрузках, тем самым повысить надежность блиска подачи горючего, а также позволяет расширить режимный диапазон по расходу горючего при практически неизменном перепаде давления на форсунках для улучшения эффективности горения смеси горючего с воздухом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель, состоящий из входного устройства, диффузора, камеры сгорания, выходного устройства. На гиперзвуковых скоростях полета (М>5) в проточную часть подается вода. Вода подается через коллекторы, которые расположены внутри диффузора, температура паровоздушной смеси не более 2000 К. Достигается повышение скорости полета ПВРД до семи-восьми чисел Маха. ПВРД может быть использован при создании гиперзвуковых летательных аппаратов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в гиперзвуковых крылатых ракетах с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, предназначенных для полетов на больших высотах. В частности, изобретение относится к прямоточному воздушно-реактивному двигателю с газогенератором открытого типа и регулируемым расходом твердого топлива. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, систему подачи твердого топлива в камеру сгорания, газогенератор, камеру сгорания и установленный на выходе из камеры сгорания профилированный сопловой насадок. Газогенератор выполнен в виде барабана со сквозными продольными каналами, в которых размещены с возможностью перемещения в камеру сгорания заряды твердого топлива. При этом барабан соединен с кольцевой перфорированной решеткой, отверстия которой направляют воздушный поток на поверхность зарядов твердого топлива. Изобретение направлено на увеличение полноты сгорания твердого топлива в воздушном потоке. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх