DE102010037173A1 - Pulsdetonationseinlasssteuersystem - Google Patents

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DE102010037173A1
DE102010037173A1 DE102010037173A DE102010037173A DE102010037173A1 DE 102010037173 A1 DE102010037173 A1 DE 102010037173A1 DE 102010037173 A DE102010037173 A DE 102010037173A DE 102010037173 A DE102010037173 A DE 102010037173A DE 102010037173 A1 DE102010037173 A1 DE 102010037173A1
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Ross Hartley Waterford Kenyon
Adam Glenville Rasheed
James Frederic Clifton Park Wiedenhoefer
Narendra Digamber Schenectady Joshi
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Abstract

Es ist eine Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) geschaffen, die einen feststehenden Ventilteil (103) mit einem Einlass (108, 208) und einen hin- und hergehenden Ventilteil (104) enthält. Die Ventilanordnung (100, 200, 300) ist mit einem Pulsdetonationsbrenner (112) gekoppelt. Der hin- und hergehende Ventilteil (104) ist außerhalb des feststehenden Ventilteils (103) angeordnet und zu dem feststehenden Ventilteil (103) cooxial ausgerichtet. Der hin- und hergehende Ventilteil (104) ist eingerichtet, um sich in Bezug auf den feststehenden Ventilteil (103) hin und her zu bewegen, um den Einlassfluss durch den Einlass (108, 208) der Ventilanordnung (100, 200, 300) zu steuern.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Mit der Entwicklung von Pulsdetonationsbrennern (PDCs, Pulse Detonation Combustors) und – maschinen (PDEs, Pulse Detonation Engines) wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um diese Technologie in praktischen Anwendungen zu nutzen. Ein Beispiel für eine derartige praktische Anwendung ist die Entwicklung eines „Hybrid”-Triebwerks, das eine Kombination aus sowohl herkömmlicher Gasturbinentriebwerkstechnologie als auch PDE-Technologie verwendet, um den Betriebswirkungsgrad zu maximieren. Andere Beispiele umfassen die Verwendung in Flugzeugen, Flugkörpern und Raketen.
  • Pulsdetonationsbrenner werden beispielsweise in Pulsdetonationstriebwerken verwendet. In Pulsdetonationstriebwerken wird Schub durch die Überschalldetonation von Brennstoff in einer Detonationskammer erzeugt. Die Überschalldetonation erhöht den Druck und die Temperatur in der Detonationskammer, bis diese druckentlastet wird, was zum Schub führt. Der Detonationsprozess ist effizient, weil die gesamte Ladung verbrannt wird, während sie sich im Inneren der Detonationskammer befindet. Wie bei jeder Maschine bzw. jedem Triebwerk, die bzw. das Luft ansaugt, stellt die Einlassstabilität einen wichtiger Aspekt bei der Aufrechterhaltung eines ordnungsgemäßen Betriebs einer Pulsdetonationsmaschine bzw. eines Pulsdetonationstriebwerks dar. Dies stellt bei Pulsdetonationsmaschinen bzw. -triebwerken, die offene Einlassrohre verwenden, eine besondere Herausforderung dar.
  • Der Betrieb von Pulsdetonationsmaschinen bzw. -triebwerken erzeugt extrem hohe Druckspitzen und -schwankungen innerhalb des Brenners, die sich zu stromaufwärtigen Komponenten ausbreiten können, und erzeugt starke Hitze in dem Brenner und den umgebenden Komponenten, was eine Beschädigung und Fehlfunktion der stromaufwärtigen Komponenten zur Folge haben kann. Demgemäß sind verschiedene Ventilsteuertechniken entwickelt worden, um eine Einlasssteuerung zu erzielen und die Hochdruckspitzen am Vordringen zu den stromaufwärtigen Komponenten zu hindern.
  • Aus diesen und weiteren Gründen besteht ein Bedarf nach der vorliegenden Erfindung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Pulsdetonationsbrennerventilanordnung geschaffen, die einen feststehenden Ventilteil mit einem Einlass und einen hin- und hergehenden Ventilteil enthält. Die Ventilanordnung ist mit einem Pulsdetonationsbrenner gekoppelt. Der hin- und hergehende Ventilteil ist außerhalb des feststehenden Ventilteils angeordnet und zu dem feststehenden Ventilteil co oxial ausgerichtet. Der hin- und hergehende Ventilteil ist eingerichtet, um sich in Bezug auf den feststehenden Ventilteil hin und her zu bewegen, um den Einlassfluss durch den Einlass der Ventilanordnung zu steuern.
  • KURZE BEZEICHNUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verstanden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen übereinstimmende Teile.
  • 1A1C zeigen Querschnittsansichten einer beispielhaften Ausführungsform einer Pulsdetonationsbrennerventilanordnung;
  • 2A2C zeigen Querschnittsansichten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Pulsdetonationsbrennerventilanordnung;
  • 3A und 3B zeigen eine Querschnittsansicht einer noch weiteren Ausführungsform einer Pulsdetonationsbrennerventilanordnung;
  • 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform von Dichtungselementen;
  • 5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform zur Brennstoffinjektion;
  • 6 zeigt die Arbeitsphasen einer beispielhaften Ausführungsform einer Pulsdetonationsbrennerventilanordnung;
  • 7 zeigt die Arbeitsphasen einer beispielhaften Ausführungsform einer Pulsdetonationsbrennerventilanordnung; und
  • 8 zeigt einen beispielhaften Arbeitszyklus einer Pulsdetonationsbrennerventilanordnung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In dem hier verwendeten Sinne wird ein „Pulsdetonationsbrenner” (PDC, Puls Detonation Combustor) derart verstanden, dass er jede beliebige Vorrichtung oder jedes beliebige System bedeutet, die bzw. das anhand einer Reihe wiederholten Detonationen oder Quasi-Detonationen innerhalb der Vorrichtung sowohl einen Druckanstieg als auch eine Geschwindigkeitserhöhung erzeugt. Eine „Quasi-Detonation” ist ein turbulenter Überschall-Verbrennungsprozess, der einen Druckanstieg und eine Geschwindigkeitssteigerung herbeiführt, die höher sind als der Druckanstieg und die Geschwindigkeitssteigerung, die durch eine Deflagrationswelle erzeugt werden. Ausführungsformen von PDCs enthalten eine Einrichtung zur Zündung eines Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisches, z. B. eines Brennstoff/Luft-Gemisches, und eine Detonationskammer, in der durch den Zündprozess ausgelöste Druckwellenfronten sich verbinden, um eine Detonation oder Quasi-Detonation herbeizuführen. Jede Detonation oder Quasi-Detonation wird entweder durch Fremdzündung, wie beispielsweise durch Funkenentladung oder einen Laserimpuls, oder durch gasdynamische Prozesse, wie beispielsweise Schockfokussierung, Selbstzündung oder durch eine weitere Detonation (d. h. Kreuzfeuer) ausgelöst. PDCs werden z. B. in Pulsdetonationsmaschinen (PDEs, Puls Detonation Engines) verwendend. In dem hierin verwendeten Sinne bedeutet „Maschine” jede Vorrichtung, die verwendet wird, um Schub und/oder Leistung zu erzeugen. In dem hierin verwendeten Sinne umfasst „Detonation” sowohl Detonationen als auch Quasi-Detonationen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun in weiteren Einzelheiten erläutert, indem auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende gleiche Teile kennzeichnen. Die Zeichnungen beschränken den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise.
  • 1A1C zeigen eine Pulsdetonationsbrennerventilanordung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 100 enthält einen ortsfesten bzw. feststehenden Ventilteil 103 und ein hin- und hergehenden bzw. hin- und herbewegenden Ventilteil 104. Der feststehende Ventilteil 103 enthält einen feststehendes Basiselement 101 und eine feststehende Endkappe 102, wie sie in 1B veranschaulicht sind. In der veranschaulichten Ausführungsform sind das feststehende Basiselement 101 und die feststehende Endkappe 102 axial zueinander ausgerichtet. Der hin- und hergehende Ventilteil 104 bewegt sich hin und her in Bezug auf den feststehenden Ventilteil 103, um einen Einlass 108 periodisch zu verschließen. Zwischen dem feststehenden Ventilteil und dem hin- und hergehenden Ventilteil 104 sind Dichtungselemente, wie beispielsweise in 4 veranschaulichte Labyrinthdichtungen, angeordnet. Die Dichtungselemente können ein beliebiges geeignetes Dichtungselement sein, das die gewünschte Abdichtung schafft. Der Einlass 108 ermöglicht den Durchfluss eines Oxidationsmittels, wie beispielsweise Luft, durch die Anordnung. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, den Durchfluss eines Oxidationsmittels zu steuern. Die Ventilanordnung kann auch verwendet werden, um den Durchfluss von Brennstoff oder eines Gemisches aus Brennstoff und Oxidationsmittel durch den Einlass zu steuern.
  • Der feststehende Ventilteil 103 ist zu dem hin- und hergehenden Ventilteil 104 axial ausgerichtet. Die Gestalt und Größe des feststehenden Ventilteils 103 und des hin- und hergehenden Ventilteils 104 können auf der Basis der gewünschten Leistungsverhaltenseigenschaften und der Anwendung bestimmt werden. In der beispielhaften Ausführungsform sind der feststehende. Ventilteil 103 und der hin- und hergehende Ventilteil 104 Zylinder, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Außerdem wird Brennstoff in Axialrichtung von einem Brennstoffinjektor 110 über einen Kanal 102a zugeführt, der in dem feststehenden Ventilteil 103 eingerichtet ist. 1A zeigt die Ventilanordnung 100, wenn der hin- und hergehende Ventilteil 104 offen ist, und 1C veranschaulicht die Ventilanordnung 100, wenn der hin- und hergehende Ventilteil 104 geschlossen ist und so den Einlass 108 versperrt.
  • In den 1A1C ist der Einlass 108 durch eine ringförmige Anordnung des feststehenden Basiselementes 101 und der feststehenden Endkappe 102 gebildet. Jedoch kann der Einlass 108 auch in Form von Löchern, Schlitzen oder beliebigen sonstigen geeigneten Öffnungen in dem feststehenden Basiselement 101 ausgebildet sein. An dem Einlass kann eine (nicht veranschaulichte) fluidische Vorrichtung vorgesehen sein, um durch Vermeidung einer Strömungsablösung den Druckabfall an dem Einlass 108 zu reduzieren.
  • Eine Betätigung bzw. ein Antrieb des hin- und hergehenden Ventilteils 104 kann durch eine beliebige geeignete Vorrichtung, einschließlich mechanischer (Nocken-, Kreuzschubkurbel-, Feder-Masse-Dämpfer-Systeme), pneumatischer, elektromagnetischer, hydraulischer, etc. Einrichtungen bewerkstelligt werden. Für die Zwecke der Erläuterung sind Schubstangen 106 als ein Teil einer beispielhaften Betätigungsvorrichtung bzw. Antriebsvorrichtung veranschaulicht. Die Ventilanordnung 100 kann durch jede beliebige geeignete Haltestruktur gehaltert sein.
  • In den 1A1C wird Brennstoff von dem Brennstoffinjektor 110 in Axialrichtung eingespritzt. Jedoch kann der Brennstoff durch eine Öffnung eingespritzt werden, die an der Seite des feststehenden Basiselementes 101 angeordnet ist. Der Brennstoff kann stromabwärts von dem Einlass 108 oder stromaufwärts von dem Einlass 108 eingespritzt werden. Der Brennstoff kann entweder Flüssigbrennstoff oder gasförmiger Brennstoff sein.
  • 2A und 2B zeigen eine weitere Ausführungsform einer Ventilanordnung für einen Pulsdetonationsbrenner. Die Anordnung 200 enthält den feststehenden Ventilteil 103, den hin- und hergehenden Ventilteil 104, einen Einlasskanal 202 und einen Einlass 208. Wie bei der vorherigen Ausführungsform wird Brennstoff von dem Brennstoffinjektor 110 über einen Kanal 102a in dem feststehenden Ventilteil 103 zugeführt. In dieser Ausführungsform enthält das feststehende Basiselement 101 eine Aufnahme 101a. Die Aufnahme 101a ist in dem feststehenden Basiselement 101 dem hin- und hergehenden Ventilteil 104 gegenüberliegend angeordnet. Die Aufnahme 101a nimmt während der Ventilbetätigung den hin- und hergehenden Ventilteil 104 auf, um einen Durchfluss durch den Einlass 208 zu verhindern.
  • Der hin- und hergehende Ventilteil 104 bewegt sich hin und her in Bezug auf die Aufnahme 101b in dem feststehenden Basiselement 101, um den Einlass 208 periodisch zu verschließen, um den Durchfluss durch die Ventilanordnung zu steuern. In 2A ist der hin- und hergehende Ventilteil 104 in der Offenstellung veranschaulicht, während in 2B der hin- und hergehende Ventilteil 104 in der geschlossenen Stellung veranschaulicht ist. Eine Betätigung des hin- und hergehenden Ventilteils 104 kann durch jede beliebige geeignete Einrichtung bewerkstelligt werden, wie sie im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben ist. Für die Zwecke der Erläuterung sind Schubstangen 106 als ein Teil einer beispielhaften Betätigungsvorrichtung veranschaulicht.
  • Jede der in den 1A1C und 2A2B veranschaulichten Ventilanordnungen kann in einer beliebigen Vorrichtung verwendet werden, die eine Ventilbetätigung zur Steuerung eines Einlassflusses erfordert. Z. B. können die Ventilanordnungen in einer beliebigen Verbrennungs/Detonations-Vorrichtung verwendet werden. In einem spezielleren Beispiel ist die Ventilanordnung mit einem Pulsdetonationsbrenner 112 gekoppelt, wie in 1A veranschaulicht ist. Das feststehende Basiselement 101 der Anordnung 100 kann durch jedes beliebige geeignete Mittel, wie beispielsweise durch Flansche, Schweißen etc., an dem Pulsdetonationsbrenner angebracht sein. Alternativ kann das feststehende Basiselement 101 der Ventilanordnung als ein einstückiger, integraler Bestandteil eines Pulsdetonationsbrenners 112 ausgebildet sein. Insbesondere können das feststehende Basiselement 101 und der Pulsdetonationsbrenner 112, wie in 2C veranschaulicht, in Form einer kontinuierlichen, durchgehenden Struktur ausgebildet sein. Die Funktionsweise der Ventilanordnung in 2C ist die gleiche wie in den 2A und 2B.
  • 3A und 3B veranschaulichen eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform verjüngt sich das feststehende Basiselement 101 zu einem aerodynamischen Element 101b, das die Aufnahme 101a enthält. Außerdem ist der Einlasskanal 202 durch einen Ringkanal oder Einlasskanal 302 ersetzt, der gekrümmt ist, um dem aerodynamischen Element 101b des feststehenden Basiselement 101b zu entsprechen. Außerdem enthält die feststehende Endkappe 102 des feststehenden Ventilteils 103 in dieser Ausführungsform einen gekrümmten Abschnitt 102b. Der gekrümmte Abschnitt 102b setzt die Krümmung bzw. Kurve des Einlasskanals 302 fort. Der gekrümmte Abschnitt 102b entspricht auch der Krümmung bzw. Kurve des aerodynamischen Elementes 101b. wie bei den vorherigen Ausführungsformen bewegt sich der hin- und hergehende Ventilteil 104 hin und her in Bezug auf den feststehenden Ventilteil 103, um den Einlasskanal 302 periodisch zu verschließen. Der hin- und hergehende Ventilteil 104 ist in 3A geöffnet und in 3B geschlossen.
  • Der Einlasskanal 302 ist nicht auf eine kreisringförmige Struktur beschränkt und kann auf jede beliebige Weise geformt sein, wie sie für den Anmeldegegenstand geeignet ist. Ferner kann der Einlasskanal 302 eine oder mehrere Leitschaufeln 304 enthalten. Die Leitschaufeln 304 bieten dem Einlasskanal 302 strukturellen Halt bzw. Festigkeit und können eingerichtet sein, um dem ankommenden Luftstrom einen Drall zu verleihen. Der Drall dient gemeinsam mit dem aerodynamischen Element 101b und dem gekrümmten Abschnitt 102b dazu, eine Strömungsablösung zu verhindern und auf diese Weise aerodynamische Verluste zu reduzieren. Die Menge an Drall und die Geometrie des aerodynamischen Elementes 101b können angepasst werden, um die Brennstoff-Luft-Vermischung zu verbessern und effizientere Detonationen zu fördern.
  • Bezug nehmend auf 4 sind Dichtungselemente 402a und 402d vorgesehen, um die Aufnahme 101a bzw. den Raum 404 abzudichten, in dem der hin- und hergehende Ventilteil 104 hin- und herläuft. In der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform sind die Dichtungselemente 402a und 402b Labyrinthdichtungen. Jedoch können beliebige geeignete Dichtungselemente eingesetzt werden, die sicherstellen, dass der Druckanstieg in dem Pulsdetonationsbrenner hinreichend aufrechterhalten wird. Die Dichtungselemente 402a und 402b stellen einen passenden Durchfluss des Oxidationsmittels durch den Einlasskanals sicher, so dass der Fluss nicht in dem Zwischenraum 404 oder in der Aufnahme 101a verloren geht. Die Dichtungselemente verhindern, dass der Druckanstieg zu irgendwelchen stromaufwärtigen Komponenten durchdringt. Die Lage der Dichtungselemente ist nicht auf die in 4 veranschaulichten Stellen beschränkt. Die können an einer beliebigen geeigneten Stelle positioniert sein, um die Abdichtungsergebnisse zu erzielen.
  • In den vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen ist der Brennstoffinjektor 110 mit dem feststehenden Ventilteil 103 und dem hin- hergehenden Ventilteil 104 axial ausgerichtet. Jedoch kann Brennstoff auch stromabwärts von dem hin- und hergehenden Ventilteil 104 mittels Injektoren 502 zugeführt werden, die in dem Einlasskanal 302 angeordnet sind, wie dies in 5 veranschaulicht ist. Natürlich kann Brennstoff auf jede beliebige, für die spezielle Struktur und Anwendung geeignete Art injiziert werden. Alternativ kann der Brennstoff in den Pulsdetonationsbrenner 112 injiziert werden.
  • Wie vorstehend erwähnt, kann der Betätigungs- bzw. Antriebsmechanismus für jede der beschriebenen Ausführungsformen aus einer beliebigen Anzahl von bekannten Aktuatoren ausgewählt werden. Ferner können der hin- und hergehende Ventilteil 104 und der feststehende Ventilteil 103 zylindrisch oder über einen Teilabschnitt ihrer Längserstreckung zylindrisch ausgebildet sein. Jedoch sind Ausführungsformen der Erfindung nicht auf einen Zylinder beschränkt, so dass die Ventilanordnung eine beliebige, für die Anwendung geeignete Gestalt aufweisen kann.
  • Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sorgen für die Hin- und Herbewegung des hin- und hergehenden Ventilteils 104, um die Strömung durch den Einlass bei sehr geringem Druckabfall zu modulieren. Das aerodynamische Element 101b verhindert eine Strömungsablösung und minimiert aerodynamische Verluste.
  • Der hin- und hergehende Ventilteil 104 und der feststehende Ventilteil 103 gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung reduzieren die Kräfte und Belastungen, denen stromaufwärtige Komponente ausgesetzt sind, wesentlich, was den Betrieb vereinfacht und die Betriebslebensdauer des Systems verlängert. Die Ventilanordnung ermöglicht es, die Detonationsbelastung radial auszugleichen. In Axialrichtung werden sehr geringe Kräfte, wenn überhaupt, erfahren. Folglich werden die mit der Ventilanordnung gekoppelten Komponenten (z. B. ihr Antriebsmechanismus) gegenüber den schädigenden Druckschwankungen abgeschirmt.
  • Die Ventilanordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht dem Einlasskanal, schnell geöffnet und geschlossen zu werden. Im Betrieb durchläuft der hin- und hergehende Ventilteil eine verhältnismäßig kurze axiale Strecke. Jedoch können der hin- und hergehende Ventilteil und der feststehende Ventilteil eine verhältnismäßig große Öffnung aufweisen. Folglich ändert sich die physikalische räumliche Öffnung der Ventilanordnung schnell bei kleiner Hin- und Herbewegung. Infolge dessen kann der Durchfluss durch die Ventilanordnung optimiert werden.
  • Es wird nun die Funktionsweise der Ventilanordnung wird anschließend in größeren Einzelheiten erläutert. Wie in den 6 und 7 veranschaulicht, ist die gesamte Hublänge durch a + b + c gekennzeichnet. Die Hublänge aus den Parametern a, b und c kann eingestellt werden, um die Ventilzeitsteuerung zu verändern und die Ventilöffnungszeit zu vergrößern/verringern. Es können Elemente mit veränderlicher Geometrie in den Betätigungsmechanismus eingebaut werden, um den Zeitablauf jederzeit, fliegend anzupassen, falls dies gewünscht ist. In der veranschaulichten Ausführungsform läuft der hin- und hergehende Ventilteil von dem oberen Totpunkt (TDC, Top Death Center), zu dem unteren Totpunkt (BDC, Bottom Death Center) hin und her.
  • Während des Aufwärtshubs beginnt der hin- und hergehende Ventilteil zu öffnen, wenn die Spitze aus der Aufnahme austritt. Die Ventilanordnung ist vollständig offen, wenn die Spitze die Einlassöffnung freigegeben hat, und bleibt vollständig geöffnet für die Zeitdauer, bis die Spitze des hin- und hergehenden Ventilteils den Einlass zu verschließen beginnt, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Wenn der hin- und hergehende Ventilteil bei dem Abwärtshub in die Aufnahme eintritt, wird er als vollständig geschlossen angesehen. Die Ventilanordnung ist für die Dauer der Zeit vollständig geschlossen, in der der hin- und hergehende Ventilteil sich innerhalb der Aufnahme befindet, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann die Öffnung der Ventilanordnung im Vergleich zu dem axialen Abstand b, der von dem hin- und hergehenden Ventilteil durchlaufen wird, relativ groß sein. Dies ermöglicht einen kleineren axialen Hub und geringere Belastungen oder Anforderungen an den Betätigungsmechanismus zur Erreichung des optimalen Leistungsverhaltens.
  • Wie vorstehend erläutert und in 8 veranschaulicht, erreicht die Ventilanordnung schnell die vollständig geöffnete und vollständig geschlossene Stellung. Dies ermöglicht eine maximierte Offenzeit.
  • Außerdem kann die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung des hin- und hergehenden Ventilteils in Abhängigkeit von dem gewünschten Betriebsverhalten konstant sein, oder sie kann auf der Basis verschiedener Leistungs- und Betriebsanforderungen veränderbar sein. Ferner kann die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung verändert oder angepasst werden, um das Füllprofil des Brenners oder einer anderen Vorrichtungskammer, die gefüllt werden soll, zu verändern, um die gewünschte Betriebsweise zu erreichen. Die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung kann durch jede beliebige bekannte Einrichtung, wie beispielsweise durch die Verwendung eines Computersteuersystems, von Schrittmotoren und dergleichen, gesteuert sein.
  • Wie hierin beschrieben, sorgen Ausführungsformen der Einrichtung der Ventilanordnung und des Einlasskanals für eine effiziente Füllphase mit sehr geringem Druckabfall, was die Maschinenleistung und/oder -effizienz steigert. Die Ventilanordnung gleicht auch mechanische Belastungen aufgrund von Brennerdruck aus. Die Symmetrie des Systems gewährleistet sehr feste Komponenten bei geringem Gewicht.
  • Es ist zu beachten, dass die vorstehenden Ausführungsformen in Bezug auf einen einzigen Pulsdetonationsbrenner (oder eine einzige Vorrichtungskammer) veranschaulicht und beschrieben worden sind. Jedoch ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf Ausführungsformen mit lediglich einem einzigen Pulsdetonationsbrenner beschränkt.
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend im Zusammenhang mit Flugzeug- und Energieerzeugungsanwendungen beschrieben worden sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und in einer beliebigen ähnlichen Detonations-Deflagrationsvorrichtung enthalten sein kann, in der die Vorteile der vorliegenden Erfindung erwünscht sind.
  • Während die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die Erfindung in dem Rahmen und Schutzumfang der Ansprüche mit Modifikationen umgesetzt werden kann.
  • Es ist eine Pulsdetonationsbrennerventilanordnung 100, 200, 300 geschaffen, die einen feststehenden Ventilteil 103 mit einem Einlass 108, 208 und einen hin- und hergehenden Ventilteil 104 enthält. Die Ventilanordnung 100, 200, 300 ist mit einem Pulsdetonationsbrenner 112 gekoppelt. Der hin- und hergehende Ventilteil 104 ist außerhalb des feststehenden Ventilteils 103 angeordnet und zu dem feststehenden Ventilteil 103 cooxial ausgerichtet. Der hin- und hergehende Ventilteil 104 ist eingerichtet, um sich in Bezug auf den feststehenden Ventilteil 103 hin und her zu bewegen, um den Einlassfluss durch den Einlass 108, 208 der Ventilanordnung 100, 200, 300 zu steuern.
  • Bezugszeichenliste
  • 100
    Pulsdetonationsbrennerventilanordnung
    101
    feststehendes Basiselement
    101a
    Aufnahme
    101b
    aerodynamisches Element
    102
    feststehende Endkappe
    103
    feststehendes Ventilteil
    104
    hin- und hergehender Ventilteil
    106
    Schubstangen
    108
    Einlass
    110
    Brennstoffinjektor
    112
    Pulsdetonationsbrenner
    200
    Pulsdetonationsbrennerventilanordnung
    202
    Einlasskanal
    208
    Einlass
    300
    Pulsdetonationsbrennerventilanordnung
    302
    Einlasskanal
    304
    Leitschaufeln
    402a, 402b
    Dichtungselemente
    404
    Raum
    502
    Brennstoffinjektoren

Claims (10)

  1. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300), die aufweist: einen feststehenden Ventilteil 103, der eine Aufnahme (101a) und einen Einlass (108, 208) aufweist; einen hin- und hergehenden Ventilteil (104), der zu dem feststehenden Ventilteil (103) koaxial ausgerichtet und eingerichtet ist, um sich in Bezug auf dem feststehenden Ventilteil (103) hin und her zu bewegen, wobei die Aufnahme 101a eingerichtet ist, um während eines hin- und hergehenden Betriebs den hin- und her gehenden Ventilteil (104) aufzunehmen; und einen Pulsdetonationsbrenner (112), der mit dem feststehenden Ventilteil gekoppelt ist.
  2. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 1, wobei der feststehende Ventilteil (103) und der hin- und hergehende Ventilteil (104) Zylinder sind und konzentrisch angeordnet sind.
  3. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 1, wobei der feststehende Ventilteil (103) ein feststehendes Basiselement (101) und eine feststehende Basiskappe (102) aufweist.
  4. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 3, wobei der Einlass (108, 208) einen Ringraum aufweist, der durch das feststehende Basiselement 101 und die feststehende Kappe 102 des feststehenden Ventilteils 103 gebildet ist.
  5. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 1, die ferner einen Einlasskanal (202, 302) aufweist, der mit dem Einlass (108, 208) verbunden ist, wobei der Einlasskanal (202, 302) wenigstens ein Leitelement (304) aufweist.
  6. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 1, wobei der feststehende Ventilteil (103) und der Pulsdetonationsbrenner (112) eine einzige, kontinuierliche Struktur aufweisen.
  7. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 1, wobei der feststehende Ventilteil (103) einen sich aerodynamisch verjüngenden Abschnitt in der Nähe des Einlasses (108, 208) aufweist.
  8. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 7, die ferner einen gekrümmten Einlasskanal (302) aufweist, der mit dem feststehenden Ventilteil (103) gekoppelt ist und einen gekrümmten Abschnitt aufweist, der dem aerodynamischen Abschnitt des feststehenden Ventilteils (101) entspricht.
  9. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 7, wobei der feststehende Ventilteil (103) ein feststehendes Basiselement (101) und eine feststehende Endkappe (102) aufweist und wobei das feststehende Basiselement (101) den aerodynamischen Abschnitt aufweist und wobei die feststehende Endkappe (102) einen gekrümmten Abschnitt aufweist, der dem aerodynamischen Abschnitt des feststehenden Basiselementes (101) entspricht.
  10. Pulsdetonationsbrennerventilanordnung (100, 200, 300) nach Anspruch 8, wobei der gekrümmte Einlasskanal (302) wenigstens ein Leitelement (304) aufweist.
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