BRPI1105011A2

BRPI1105011A2 - cÂmara de detonaÇço para um combustor de detonaÇço pulsada e combustor de detonaÇço pulsada

Info

Publication number: BRPI1105011A2
Application number: BRPI1105011-0A
Authority: BR
Inventors: Justin Thomas Brumberg; Dustin Wayne Davis; Adam Rasheed
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-03-26
Also published as: US8539752B2; US20120131899A1; ITMI20112139A1

Abstract

CÂMARA DE DETONAÇçO PARA UM COMBUSTOR DE DETONAÇçO PULSADA E COMBUSTOR DE DETONAÇçO PULSADA. Trata-se de uma câmara de detonação e um combustor de detonação pulsada incluindo uma câmara de detonação, em que a câmara de detonação inclui uma pluralidade de obstáculos de iniciação e pelo menos um injetor em comunicação de fluxo de fluído com cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação. A pluralidade de obstáculos de iniciação é posicionada em pelo menos uma parte de uma superfície interior da câmara de detonação com cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação definindo uma região de baixa pressão em uma borda posterior. A pluralidade de obstáculos de iniciação é configurada para acentuar uma turbulência de um fluxo de fluído e a aceleração de chama através da câmara de detonação. O pelo menos um injetor fornece um fluxo de fluído refrigerante a cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação, em que o fluxo de fluído refrigerante é um dentre um combustível, uma combinação de combustível, ar, ou uma mistura de combustível/ar.

Description

"CÂMARA DE DETONAÇÃO PARA UM COMBUSTOR DE DETONAÇÃO PULSADA E COMBUSTOR DE DETONAÇÃO PULSADA" Antecedentes Da Invenção

A presente revelação se refere em geral a combustores cíclicos de detonação pulsada (PDCs) e mais particularmente, aprimorar o processo de transição deflagração-detonação (DDT) ao integrar um fluxo de fluido refrigerante com os obstáculos de iniciação.

Em um combustor de detonação pulsada comum, combustível e oxidante (por exemplo, gás que contém oxigênio como ar) são admitidos em uma câmara de detonação alongada em uma extremidade de entrada a montante. Um ignitor é utilizado para iniciar a este processo de combustão. A seguir a uma transição bem-sucedida para detonação, uma onda de detonação se propaga em direção à saída em velocidade supersônica causando combustão substancial da mistura de combustível/ar antes da mistura poder ser substancialmente impulsionada pela saída. O resultado da combustão é elevar rapidamente a pressão dentro do combustor antes de gás substancial poder escapar através do escape de combustor. O efeito deste confinamento inercial é produzir combustão quase constante de volume. Tais dispositivos podem ser utilizados para produzir puro impulso ou pode ser integrado em um motor de turbina a gás. O primeiro é geralmente chamado de um dispositivo produtor de puro impulso e o último é chamado de um motor de turbina de detonação pulsada. Um dispositivo produtor de puro impulso é amiúde utilizado em um sistema subsônico ou supersônico de propulsão de veículo como foguetes, mísseis e pós-combustor de um motor de turbojato. As turbinas a gás industriais são amiúde utilizadas para fornecer potência de saída para impulsionar um gerador elétrico ou motor. Outros tipos de turbinas a gás podem ser utilizados como motores de aeronaves, geradores de força locais e suplementais, e para outras aplicações. O processo de deflagração para detonação (DDT) começa quando uma mistura de combustível-ar em uma câmara é inflamada por uma faísca ou outra fonte de ignição. A chama subsônica gerada a partir da faísca acelera à medida que viaja ao longo do comprimento da câmara devido a vários produtos químicos e mecânica de fluxo. À medida que a chama alcança velocidades fundamentais, "hot spots" são criados que criam explosões localizadas, eventualmente transformando a chama em uma onda de detonação supersônica. O processo de DDT pode tomar diversos metros do comprimento da câmara, e esforços foram realizados para reduzir a distância exigida para DDT ao utilizar obstáculos de iniciação internos no fluxo. O problema com obstáculos para dispositivos de detonação cíclica é que eles criam uma queda de pressão dentro da câmara durante o processo de preenchimento e exige resfriamento dos obstáculos para garantir longa duração. Os obstáculos de iniciação que incluem um sistema de resfriamento integrado e minimiza quedas de pressão durante o processo de preenchimento são desejáveis.

Como utilizado nesta invenção, um "combustor de detonação pulsada" é compreendido como qualquer dispositivo ou sistema que produz aumento de pressão, aumento de temperatura e aumento de velocidade a partir de uma série de detonações repetidas ou quase-detonações dentro do dispositivo. Uma "quase-detonação" é um processo de combustão turbulento supersônico que produz aumento de pressão, aumento de temperatura e elevação de velocidade maior do que aumento de pressão, aumento de temperatura e elevação de velocidade produzida por uma onda de deflagração. Realizações de combustores de detonação pulsada incluem um sistema de injeção de combustível, um sistema de fluxo de oxidante, um meio de inflamar uma mistura de combustível/oxidante, e uma câmara de detonação, na qual frentes de onda de pressão iniciaram pelo processo de ignição convergem para produzir uma onda de detonação ou quase-detonação. Cada detonação ou quase-detonação é iniciada por ignição externa, como descarga de faísca ou pulso de laser, ou por processos dinâmicos de gás, como focalização de choque, auto-ignição ou por outra detonação (fogo cruzado). Como utilizado nesta invenção, uma detonação significa uma detonação ou quase-detonação. A geometria do combustor de detonação é tal que o aumento de pressão da onda de detonação expele produtos de combustão para fora do escapamento de combustor de detonação pulsada para produzir uma força de impulso. A combustão de detonação pulsada pode ser realizada vários tipos de câmaras de detonação, incluindo tubos de choque, cavidades ressonantes de detonação e combustores tubulares / tuboanulares / anulares. Como utilizado nesta invenção, o termo "câmara" inclui dutos que têm seções transversais circulares ou não-circulares com área transversal constante ou variante. Câmaras exemplificativas incluem tubos cilíndricos, assim como tubos que têm seções transversais poligonais, por exemplo, tubos hexagonais.

Descrição Resumida De forma breve, de acordo com uma realização, uma câmara de detonação para um combustor de detonação pulsada é fornecido. A câmara de detonação inclui uma pluralidade de obstáculos de iniciação posicionada em pelo menos uma parte de uma superfície interior da câmara de detonação, cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação que define uma região de baixa pressão em uma borda posterior. O combustor de detonação pulsada inclui ainda pelo menos um injetor em comunicação de fluxo de fluido com cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação. A pluralidade de obstáculos de iniciação acentua uma turbulência de um fluxo de fluido e aceleração de chama através da câmara de detonação. O pelo menos um injetor fornece um fluxo de fluido refrigerante através de cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação. De acordo com outra realização, uma câmara de detonação para um combustor de detonação pulsada é fornecida. A câmara de detonação inclui uma pluralidade de obstáculos de iniciação posicionada em pelo menos uma parte de uma superfície interior da câmara de detonação e que define uma região de baixa pressão em uma borda posterior de cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação. A pluralidade de obstáculos de iniciação é configurada para acentuar uma turbulência de um fluxo de fluido e aceleração de chama através da câmara de detonação. A câmara de detonação pulsada inclui ainda uma entrada e uma saída, em que a pluralidade de obstáculos de iniciação é posicionada entre a entrada e a saída e pelo menos um injetor em comunicação de fluxo de fluido com cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação, em que o pelo menos um injetor fornece um fluxo de fluido refrigerante a cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação. O fluxo de fluido refrigerante passa através de cada um dos obstáculos de iniciação e para a câmara de detonação na borda posterior de cada um dos obstáculos de iniciação.

De acordo com outra realização, um combustor de detonação pulsada é fornecido. O combustor de detonação pulsada inclui pelo menos uma câmara de detonação; uma seção fornecedora de oxidante para fornecer um oxidante para a câmara de detonação; uma seção fornecedora de combustível para fornecer um combustível para a câmara de detonação; e um ignitor para inflamar uma mistura do gás e do combustível na câmara de detonação. A câmara de detonação compreende ainda uma pluralidade de obstáculos de iniciação posicionada em uma superfície interior da câmara de detonação e que define uma região de baixa pressão em uma borda posterior de cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação, em que a pluralidade de obstáculos de iniciação é configurada para acentuar uma turbulência de um fluxo de fluido e aceleração de chama através da câmara de detonação; e pelo menos um injetor em comunicação de fluxo de fluido com cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação, em que o pelo menos um injetor fornece um fluxo de fluido refrigerante através de cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação.

Estas e outras vantagens e recursos serão mais bem

compreendidos a partir da seguinte descrição detalhada das realizações preferidas da invenção que é fornecida junto com os desenhos em anexo.

Breve Descrição Dos Desenhos

Os aspectos, recursos, e vantagens acima e outros da presente revelação tornar-se-ão mais aparentes à luz da descrição detalhada subsequente quando tomada junto com os desenhos em anexo, em que elementos semelhantes são numerados igualmente nas diversas Figuras, e nas quais:

A Figura 1 é uma vista esquemática que ilustra uma estrutura de um sistema híbrido de motor de turbina de detonação pulsada;

A Figura 2 é uma vista esquemática que ilustra uma estrutura de uma única câmara de detonação do combustor de detonação pulsada da Figura 1;

A Figura 3 é uma vista esquemática que ilustra um combustor aprimorado de detonação pulsada de acordo com realizações exemplificativas;

A Figura 4 é uma vista esquemática que ilustra um combustor aprimorado de detonação pulsada de acordo com realizações exèmplificativas;

A Figura 5 é uma vista esquemática que ilustra um combustor aprimorado de detonação pulsada de acordo com realizações exemplificativas; A Figura 6 é uma vista esquemática que ilustra um combustor

aprimorado de detonação pulsada de acordo com realizações exemplificativas; e

A Figura 7 é uma vista esquemática que ilustra um combustor aprimorado de detonação pulsada de acordo com realizações exemplificativas.

Descrição Detalhada Em referência, agora, aos desenhos, um ou mais realizações específicas da presente revelação serão descritas abaixo. Em um esforço para fornecer uma descrição concisa destas realizações, nem todos os recursos de uma implantação real são descritas na especificação. Ilustrado nas Figuras 1 e 2, estão vários sistemas de motor de detonação pulsada 10 que convertem energia cinética e térmica dos produtos de combustão que escoam em força motriz necessária para propulsão e/ou gerar energia elétrica. Ilustrada na Figura 1 está uma realização exemplificativa de um combustor de detonação pulsada 14 em um conceito de motor de turbina de detonação pulsada 10. Ilustrada na Figura 2 está uma realização exemplificativa de um combustor de detonação pulsada 14 em um veículo de propulsão supersônica pura. O combustor de detonação pulsada 14, mostrado na Figura 1 ou Figura 2, inclui uma câmara de detonação 16 que tem uma seção fornecedora de oxidante (por exemplo, uma admissão de ar) 30 para fornecer um oxidante (por exemplo, oxidante como ar) para a câmara de detonação 16, uma seção fornecedora de combustível (por exemplo, uma válvula de combustível) 28 para fornecer um combustível para a câmara de detonação 16, e um ignitor (por exemplo, uma vela de ignição) 26 pela qual uma mistura de oxidante combinada com o combustível na câmara de detonação 16 é inflamada.

Em realizações exemplificativas, o ar fornecido a partir de uma ventoinha de entrada 20 e/ou um compressor 12, que é impulsionada por uma turbina 18, é alimentada na câmara de detonação 16 através de uma admissão 30. Ar fresco é preenchido na câmara de detonação 16, após depurar gases de combustão remanescentes na câmara de detonação 16 devido à detonação da mistura de combustível-ar a partir do ciclo anterior. Após depurar o combustor de detonação pulsada 16, combustível fresco é injetado no combustor de detonação pulsada 16. Em seguida, o ignitor 26 inflama a mistura de combustível-ar que forma uma chama, que acelera a câmara de detonação 16, finalmente transformando-se em uma onda de detonação ou uma quase-onda de detonação. Devido à liberação de calor de combustão de detonação, os gases que saem do combustor de detonação pulsada 14 estão em condições de alta temperatura, alta pressão e alta velocidade, que se expandem pela turbina 18, localizada a jusante do combustor de detonação pulsada 16, logo gerando trabalho positivo. Para a aplicação de motor de turbina de detonação pulsada com o propósito de gerar de força, a turbina acionada por detonação pulsada 18 é mecanicamente acoplada a um gerador (por exemplo, um gerador de força) 22 para gerar produção de força. Para uma aplicação de motor de turbina de detonação pulsada com propósito de propulsão (como os presentes motores de aeronave), o eixo de turbina é acoplado à ventoinha de entrada 20 e o compressor 12. Em uma aplicação de motor de detonação pulsada puro do combustor de detonação pulsada 14 mostrada na Figura 2, que não contém quaisquer partes giratórias como uma ventoinha ou compressor/turbina/gerador, a energia cinética dos produtos de combustão e as forças de pressão que agem nas paredes do sistema de propulsão, geram a força de propulsão para impelir o sistema. Agora, em relação às Figuras 3 a 7, vistas esquemáticas ilustram

realizações alternativas de um combustor aprimorado de detonação pulsada. As vistas esquemáticas ilustram um interior de uma câmara de detonação aprimorada, geralmente similar à câmara de detonação 16 da Figura 2, ao remover os 50% superiores da câmara, ou tubo, superfície. Mais especificamente, ilustrado na Figura 3 está um combustor aprimorado de detonação pulsada, geralmente representado como 40, similar ao combustor de detonação pulsada 14 das Figuras 1 e 2. O combustor aprimorado de detonação pulsada 40 é ilustrado com uma câmara de detonação 41 definida por paredes laterais 47. A câmara de detonação aprimorada 41 inclui uma entrada 42 e uma saída 44, através da qual um fluido flui a partir da posição a montante em direção à jusante, com indicado pelas setas direcionais 43. A câmara de detonação aprimorada 41 também inclui uma pluralidade de obstáculos de iniciação 46 para a transição deflagração-detonação. Os obstáculos de iniciação 46 podem ser posicionados em uma superfície interior 32 da câmara de detonação aprimorada 41 e se estenderem para a câmara de detonação 41. De forma alternativa, os obstáculos iniciais 46 podem ser formados integralmente com as paredes laterais da câmara de detonação 47. O combustor de detonação pulsada 40 pode incluir ainda próximo à entrada 42 da câmara de detonação 41, uma válvula de admissão de ar 52.

Na realização representada na Figura 3, cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação 46 inclui um injetor integrado 54 configurado para a injeção de um fluxo de fluido refrigerante 49 para a câmara de detonação 41. Nesta realização exemplificativa, é fornecida uma pluralidade de injetores 54 configurados para auxiliar no fornecimento de uma mistura de combustível-ar apropriada para a câmara de detonação 41. Cada um da pluralidade de injetores 54 fornece a injeção de combustível através do obstáculo de iniciação 46 ao qual este é integrado. Ao integrar a injeção, e logo fornecimento, de combustível com os obstáculos de iniciação 46, o combustível pode ser utilizado como o fluxo de fluido refrigerante 49 para manter uma temperatura apropriada de cada obstáculo de iniciação 46. A integração da injeção do fluxo de fluido refrigerante 49 com os obstáculos de iniciação 46 minimiza a necessidade de uma via de fluxo de ar refrigerante secundária dedicada aos obstáculos de iniciação 46 e ao mesmo tempo cria locais viáveis de injeção de combustível para a câmara de detonação 46. A injeção do combustível exigido para o processo de combustão através dos obstáculos de iniciação 46 fornece resfriamento dos obstáculos de iniciação 46 para aumentar longevidade e reduzir ciclos de manutenção. Em adição, ao injetar o combustível através de cada um dos obstáculos de iniciação 46, o combustível é espalhado sobre todo um comprimento "L" da câmara de detonação 41. Os obstáculos de iniciação 46 criam turbulência no fluxo, então ao injetar o combustível nestes locais, o combustível é introduzido em locais de alta mistura.

Os injetores 54 são dispostos para injetar um fluxo de fluido 49, que nesta realização particular é combustível, em uma borda posterior 48 de cada obstáculo 46 onde uma região de baixa pressão é criada durante um processo de preenchimento. A injeção de combustível na borda posterior 48 dos obstáculos 46 habilita a região de baixa pressão de ser reduzida durante o processo de preenchimento. Ao reduzir esta região de baixa pressão, as perdas de preenchimento na câmara de detonação 41 são reduzidos.

Para garantir a mistura de combustível e ar apropriada na câmara de detonação 41, a injeção do fluxo de fluido 49 através dos obstáculos 46 deverá ser controlada, incluindo, mas não limitada a, instituição de estágios da injeção, sincronicidade da injeção e duração a injeção. Em uma realização exemplificativa, a injeção de o fluxo de fluido 49 será pulsada e sincronizada com a freqüência de operação de combustor (válvula de ar, fonte de ignição, etc.). Para aplicações pulsadas, os injetores 54 podem ser sincronizados, receber estágios, ou operados individualmente para atingir a mistura

combustível-ar desejada.

A pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 e injetores 54 é posicionada na superfície interior 32 da câmara de detonação aprimorada 41 para acentuar e acelerar a velocidade de chama turbulenta, enquanto limita a perda total de pressão no combustor de detonação pulsada 40 e fornece resfriamento para os obstáculos de iniciação 46 por durabilidade. A pluralidade de obstáculos de iniciação 46 também acentua área de superfície de chama de turbulência ao fornecer turbulência aumentada que permite a frente de chama se expandir até uma taxa maior comparada à área de superfície de chama em uma câmara de combustor com paredes finas. A pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 axial e circunferencialmente espaçados e injetores 54 foram definidos como necessários nas realizações ilustradas para afetar a transição da chama turbulenta acelerada em uma onda de detonação 58.

Como anteriormente descrito, a realização representada na Figura 3, integra um único injetor 54 com cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação 46. Em referência agora à Figura 4, é ilustrada uma realização alternativa de um combustor aprimorado de detonação pulsada, geralmente representado como 50, e similar ao combustor de detonação pulsada 40 da Figura 3. Para facilidade de ilustração, os mesmos numerais podem ser utilizados para indicar elementos similares nas figuras. Nesta realização exemplificativa, e em contraste com a realização da Figura 3, o combustor de detonação pulsada 40 inclui um único modulador de combustível, ou injetor, 55 que é integrado com dois ou mais dos obstáculos de iniciação 46. Mais especificamente, como ilustrado um único injetor 55 é integrado e em comunicação de fluido por linhas de fluido 56 com pelo menos dois ou mais da pluralidade de obstáculos de iniciação 46. De forma alternativa, mais de um injetor 55 pode ser incluído em que cada um é integrado com dois ou mais obstáculos de iniciação 46. Os obstáculos de iniciação 46 e injetor 55 são integrados como previamente descrito com relação à Figura 3 para fornecer um fluxo de fluido refrigerante 49 em uma borda posterior 48 de cada um dos obstáculos de iniciação 46 e opera de uma maneira similar. A integração de um único injetor/modulador 55, ou mais de um obstáculo de iniciação 46 por injetor 55, fornece um combustor de detonação pulsada 40 no qual menos componentes de sistema são exigidos.

Em referência agora à Figura 5, é ilustrada uma realização alternativa de um combustor aprimorado de detonação pulsada, geralmente representado 60, e similar ao combustor de detonação pulsada 40 da Figura 3. Na realização ilustrada na Figura 5, o obstáculo de iniciação integrado e sistema injetor de combustível garante a injeção de um fluxo de fluido 49 que inclui combustível e ar. Mais especificamente, em contraste à realização anteriormente revelada, é fornecida a injeção de um fluxo de fluido 49 que inclui um fluxo 51 de ar e combustível. O fluxo 51 é injetado através de uma pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 e uma pluralidade de injetores 62 por comunicações de fluido 56. Deve ser notado que, é ilustrada uma pluralidade de injetores 62 configurado em comunicação de fluido com um primeiro conjunto de obstáculos de iniciação 53 e um segundo conjunto de obstáculos de iniciação 57. De forma alternativa, a injeção do fluxo 51 de combustível e ar pode ser realizado por um número menor ou maior de injetores, como configurações similares às realizações descritas ilustrados nas Figuras 3 e 4.

A pluralidade de injetores 62 é configurada para injetar o fluxo 51

da mistura de combustível e ar na câmara de detonação 41 em uma borda posterior 48 de cada obstáculo de iniciação 46. Nesta realização exemplificativa, os fluxo individuais do combustível e ar podem ser configurados em circuitos separados ou injetados em um configuração de atomização de rajada de aspersão. Ao injetar o combustível e ar em circuitos separados, a razão de equivalência-pode ser construída sob medida ao longo do comprimento da câmara de detonação 41 (por exemplo: phi=1 na extremidade de cabeça —> phi=0,7 em aft) ao mudar a sincronicidade/duração de injeção para cada injetor 62 individual. A rajada de aspersão permite a criação do tamanho de gotícula apropriado para combustíveis líquidos e, portanto, pode ser vantajoso. Em uma realização alternativa, os obstáculos de iniciação integrados 46 e injetores 62 podem ser configurados para injetar mais de um tipo de combustível através de um único injetor 62. A injeção de mais de um tipo de combustível, como um combustível gasoso e um combustível líquido, pode facilitar na detonação.

Em referência, agora, à Figura 6, é ilustrada uma realização alternativa de um combustor aprimorado de detonação pulsada, e mais particularmente um obstáculo de iniciação integrado e injetor de fluido refrigerante, geralmente representado como 70. O sistema 70 é geralmente similar ao combustor de detonação pulsada 40 da Figura 3. Na realização ilustrada na Figura 6, a câmara de detonação 41 é rodeada por um duto aquecedor 72 que fornece um fluxo de ar 78 para a câmara de detonação 41. Mais especificamente, o duto aquecedor 72 fornece o fluxo de ar 78 para a câmara de detonação 41 por uma pluralidade de aberturas 74 formadas na parede lateral 47 da câmara de detonação 41. A fluxo de fluido refrigerante 49, como um combustível gasoso e/ou líquido, é injetado através de uma pluralidade de obstáculos iniciados integrados 46 e injetores 75, similares à realização ilustrada na Figura 3. Deve ser notado que, enquanto uma pluralidade de injetores 75 é ilustrada, com cada injetor 75 integrado com um único obstáculo de iniciação 46, um número menor de injetores/moduladores cada um configurado integralmente com dois ou mais obstáculos de iniciação 46, como ilustrado nas Figuras 4 e 5, é antecipado. A pluralidade de injetores 75 é configurada para injetar o fluxo de

fluido refrigerante 49 na câmara de detonação _41 em uma borda posterior 48 de cada obstáculo de iniciação 46. A injeção do fluxo de ar 78 pelo duto aquecedor 72 e aberturas 74, é distribuído substancialmente igual ao longo de toda uma superfície da câmara de detonação 41 com o fluxo de fluido refrigerante 49 sendo injetado simultaneamente ao longo da câmara 41. A injeção de fluxo de ar 78 distribuída por aberturas 74 fornece um preenchimento mais rápido da câmara 41 para reduzir o tempo de preenchimento e permitir maior operação de freqüência do combustor de detonação pulsada 70.

Em referência, agora, à Figura 7, é ilustrada uma realização alternativa de um combustor aprimorado de detonação pulsada, geralmente representado como 80. Em contraste com os combustores de detonação pulsada previamente revelados nos quais o fluxo de fluido refrigerante 49 incluiu combustível ou uma mistura de combustível/ar, nesta realização exemplificativa apenas ar é injetado através de uma pluralidade de obstáculos iniciados integrados 46 e injetores 82. Deve ser notado que, é ilustrada uma pluralidade de injetores 82 cada um configurado em comunicação de fluido e integralmente com um único obstáculo de iniciação 46. De forma alternativa, a injeção do ar pode ser realizada por um número menor ou maior de injetores, como configurações similares às realizações descritas ilustradas nas Figuras 3 e 4.

A pluralidade de injetores 82 é configurada para injetar ar na câmara de detonação 41 em uma borda posterior 48 de cada obstáculo de iniciação 46. Nesta realização exemplificativa, o ar pode ser pulsado ou estacionário e opera para resfriar os obstáculos de iniciação 46. A injeção de combustível para a câmara de detonação 41 ocorreria separada dos injetores 82.

Em cada uma das realizações ilustradas nas Figuras 3 a 7, a

pluralidade de obstáculos de iniciação 46 pode ser disposta como representada e posicionada em qualquer número de linhas e colunas. Mais especificamente, as colunas podem ser espaçadas axialmente ao longo da câmara de detonação aprimorada 41, e as linhas podem ser espaçadas circunferencialmente ao longo da câmara de detonação aprimorada 41. De forma adicional, o número de linhas e colunas o espaçamento entre cada uma pode ser variado para atingir detonações ou quase-detonações em sistemas variados de combustível-ar. Em outras realizações exemplificativas, a pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 e injetores pode ser posicionada em um número de linhas e colunas e que tem disposição escalonada ou contínua ao longo da direção axial. Em realizações exemplificativas adicionais, a pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 e injetores pode ter densidade variada na superfície interior 32 da câmara de detonação 41. Nas realizações exemplificativas ilustradas nas Figuras 3 a 7, a pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 e injetores é posicionada em um ou mais arranjos circunferenciais 90 (Figura 3), cada um incluindo a pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 e injetores em que cada arranjo circunferencial 90 é axialmente espaçado como indicado em "A", relativo ao outro arranjo circunferencial 90, ao longo de pelo menos uma parte da superfície interior 32 da câmara de detonação 41 a partir da entrada 42 até a saída 44. A pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 e injetores pode ter várias configurações possíveis dentro da câmara de detonação 41, incluindo ainda números ímpares assim como pares do mesmo; desigual assim como espaçamento circunferencial igual; e desigual assim como tamanho, geometria, e posição igual dos obstáculos de iniciação 46 em torno da superfície interior 32 da câmara de detonação 41 como desejado para acentuar a transição deflagração-detonação (DDT), minimizar a perda de desempenho aerodinâmico e fornecer um sistema de resfriamento integrado aos obstáculos de iniciação 46.

Ainda em referência às Figuras 3 a 7, a pluralidade de obstáculos de iniciação integrados 46 e injetores pode ser posicionada em um ampla variedade de disposições na superfície interior 32 da câmara de detonação 41, entre a entrada 42 e a saída 44. Nas realizações exemplificativas, os obstáculos de iniciação 46 são dispostos em linhas correspondentes na câmara de detonação 41 em planos únicos ao longo de um comprimento da câmara de detonação 41. A câmara de detonação aprimorada 41 pode ser construída em uma variedade de maneiras incluindo, mas não limitada a, fundir, soldar ou moldar obstáculos de iniciação 46 para formar as estruturas salientes da superfície 32 da câmara de detonação 41 e que têm integrados em si os injetores. A pluralidade de obstáculos de iniciação 46 pode ser formada como geometrias de DDT como espirais, placas de obstáculo regularmente espaçadas, ou como paredes conformadas normalmente utilizadas. Estas várias configurações são mostradas nas Figuras como um expediente de apresentação apenas, e o uso e desenho real dos vários obstáculos de iniciação 46 dependerá do real desenho de combustor e ciclos aerodinâmicos.

Desta forma, pela introdução de obstáculos de iniciação relativamente simples e pequenos em uma superfície interior da câmara de detonação entre a entrada e a saída e que têm integrado em si pelo menos um injetor para a injeção de fluxo de fluido refrigerante, como um combustível, uma combinação de combustíveis, uma mistura de combustível/ar, ou ar, fornece: (i) significativo melhoria na turbulência do fluxo de fluido dentro da câmara de detonação; (ii) melhoria da transição deflagração-detonação; (iii) resfriamento dos obstáculos de iniciação; (iv) minimização de quedas de pressão durante o processo de preenchimento; e (v) cria locais viáveis para injeção de combustível na câmara de detonação. Os obstáculos de iniciação integrados e injetores podem ter várias configurações representadas por vários permutações dos vários recursos descritos acima como exemplos.

Embora a revelação tenha sido descrita com relação a uma realização exemplificativa, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser realizadas e equivalentes pode ser substituídos por elementos dos mesmos sem fugir do escopo da revelação. Em adição, muitas modificações podem ser realizadas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da revelação sem fugir do escopo essencial dos mesmos. Portanto, é pretendido que a revelação não seja limitada à realização particular revelada como o melhor modo contemplado para executar esta revelação, mas que a revelação incluirá todas as realizações que recaem dentro do escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. CÂMARA DE DETONAÇÃO (16) PARA UM COMBUSTOR DE DETONAÇÃO PULSADA (14), que compreende: uma pluralidade de obstáculos de iniciação (46) posicionada em pelo menos uma parte de uma superfície interior (32) da câmara de detonação (16), sendo que cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação (46) define uma região de baixa pressão em uma borda posterior (48); pelo menos um injetor (54, 55, 62, 75, 82) em comunicação de fluxo de fluido com cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação (46), em que a pluralidade de obstáculos de iniciação (46) acentua uma turbulência de um fluxo de fluido (43) e a aceleração de chama através da câmara de detonação (16); e em que o pelo menos um injetor (54, 55) fornece um fluxo de fluido refrigerante (49, 51) através de cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação (46).

2. CÂMARA DE DETONAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende, ainda, uma entrada (42) e uma saída (44), em que a pluralidade de obstáculos de iniciação (46) é posicionada em pelo menos uma parte de uma superfície interior (32) da câmara de detonação (16) entre a entrada (42) e a saída (44).

3. CÂMARA DE DETONAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, em que o fluxo de fluido refrigerante (49, 51) entra na câmara de detonação (16) na borda posterior (48) de cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação (46).

4. CÂMARA DE DETONAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende, ainda, uma pluralidade de aberturas (74) formada em uma parede lateral (76) da câmara de detonação (16) e configurada para proporcionar a passagem através da mesma de um fluxo de ar (78).

5. CÂMARA DE DETONAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, em que o fluxo de fluido refrigerante (49, 51) é um dentre um fluxo de combustível, um fluxo de ar ou um fluxo de uma mistura de combustível e ar.

6. CÂMARA DE DETONAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, em que o pelo menos um injetor (54, 55, 62, 75, 82) inclui uma pluralidade de injetores, cada um configurado em comunicação de fluxo de fluido com pelo menos um obstáculo de iniciação (46).

7. CÂMARA DE DETONAÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, em que cada um dentre a pluralidade de injetores (54, 55, 62, 75, 82) é configurado em comunicação de fluxo de fluido com dois ou mais da pluralidade de obstáculos de iniciação (46).

8. CÂMARA DE DETONAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, em que o pelo menos um injetor inclui (54, 55, 62, 75, 82) uma pluralidade de injetores, em que cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação (46) forma uma peça única com um dentre a pluralidade de injetores (54, 55, 62, 75, 82).

9. CÂMARA DE DETONAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, em-que o pelo menos um injetor (54, 55, 62, 75, 82) está em comunicação de fluxo de fluido com a pluralidade de obstáculos de iniciação (46) através de uma linha de fluxo de fluido (56).

10. COMBUSTOR DE DETONAÇÃO PULSADA (14), que compreende: pelo menos uma câmara de detonação (16); uma seção fornecedora de oxidante (30) para fornecer como alimento um oxidante à câmara de detonação (16); uma seção fornecedora de combustível (28) para fornecer como alimento um combustível à câmara de detonação (16); e um ignitor (26) para inflamar uma mistura do gás e do combustível em que a dita câmara de detonação (16) compreende: uma pluralidade de obstáculos de iniciação (46) posicionada em uma superfície interior (32) da câmara de detonação (16) e que define uma região de baixa pressão em uma borda posterior (48) de cada um da pluralidade de obstáculos de iniciação (46), em que a pluralidade de obstáculos de iniciação (46) é configurada para acentuar uma turbulência de um fluxo de fluido (43) e a aceleração de chama através da câmara de detonação (16); e pelo menos um injetor (54, 55, 62, 75, 82) em comunicação de fluxo de fluido com cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação (46), em que o pelo menos um injetor (54, 55, 62, 75, 82) fornece um fluxo de fluido refrigerante (49, 51) através de cada um dentre a pluralidade de obstáculos de iniciação (46).