DE102016009629A1 - "Arrangement of a valve of a detonation combustion chamber" - Google Patents

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Abstract

Pulsdetonationsbrennkammer, dadurch gekennzeichnet, dass das Detonationsbrennkammer Gehäuse (7) der Detonationsbrennkammer (1) wenigstens zwei koaxial oder radial dazu angeordnete Ringzündkammern (3n) mit wenigstens drei um jeweils 120° zueinander versetzten Oxydationsmittelzufuhren (2n) und Brennstoffzufuhren (5n) aufweist, wobei wenigstens jeweils drei um 120° versetzte Zündelemente (4n) am Außenrand der Ringzündkammern (3n) platziert sind und die Ringzündkammern (3n) dieselben mechanischen Dimensionen und Abstände zueinander aufweisen oder auch davon abweichende Dimensionen und dass das Detonationsbrennkammer Gehäuse (7) die Reaktandenzufuhr (9) und wenigstens ein Zündelement (10n) aufweist.Pulse detonation combustion chamber, characterized in that the detonation combustion chamber housing (7) of the detonation combustion chamber (1) at least two coaxial or radial annular ignition chambers (3n) with at least three mutually offset by 120 ° Oxydationsmittelzufuhren (2n) and fuel supply (5n), wherein at least in each case three ignition elements (4n) offset by 120 ° are placed on the outer edge of the annular ignition chambers (3n) and the annular ignition chambers (3n) have the same mechanical dimensions and distances from one another or also deviating dimensions, and that the detonation combustion chamber housing (7) supplies the reactant (9) and at least one ignition element (10n).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pulsdetonationsbrennkammer zum Betreiben eines Flugtriebwerks. Detonationstriebwerke „Pulse Detonation Engines” – kurz auch PDE – sind wegen ihres geringeren Treibstoffverbrauchs gegenüber Turbojets oder Turbofans Gegenstand theoretischer und experimenteller Forschung. Man unterscheidet insbesondere zwischen „Impuls Detonations Engine (IDT)” und „Spin Detonations Engine (SPE)”, wobei bei den IDT impulsartige Detonationen und bei den SPE kontinuierliche Detonationswellen provoziert werden. Eine Variante sind „Pulsed Detonation Rocket Engine (PDRE)” die wie bei herkömmlichen Flüssigtreibstoffraketen Oxidator und Brennstoff mischen und diese pulsweise zur Detonation bringen. Ein Problem stellt hierbei die Länge des Detonationsrohres, die sogenannte Hochlauflänge, dar. Um Gemisch bedingte effektive Detonationen in diesem Rohr zu provozieren, liegt das optimale Verhältnis Rohrlänge zum Durchmesser des Detonationsrohres (L/D) bei ca. 1/100. Aus Bauraum- und Gewichtsgründen wir aber ein wesentlich kleineres LID Verhältnis bis herab von 1/30 und kleiner gewünscht, wobei die Zündgeschwindigkeit und Gemischbildung möglichst gesteigert werden sollen. Teilweise wird versucht, dies durch mechanische Hindernisse innerhalb des Detonationsrohres zu erreichen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkammer für eine Pulsdetonationsbrennkammer nach den Merkmalen des Anspruchs 1 zur Verfügung zu stellen.The present invention relates to a pulse detonation combustion chamber for operating an aircraft engine. Detonation Engines "Pulse Detonation Engines" - PDEs for short - are the subject of theoretical and experimental research because of their lower fuel consumption compared to turbojets or turbofans. In particular, a distinction is made between "Impulse Detonation Engine (IDT)" and "Spin Detonation Engine (SPE)", in which IDT generates pulse-like detonations and, in the case of SPE, continuous detonation waves. A variant are "Pulsed Detonation Rocket Engine (PDRE)" which mix like conventional liquid fuel rockets oxidizer and fuel and bring them pulsating detonation. One problem here is the length of the detonation tube, the so-called run-up length. In order to provoke mixture-related effective detonations in this tube, the optimum tube length to diameter of the detonation tube (L / D) is approximately 1/100. For space and weight reasons, but we wanted a much smaller LID ratio down to 1/30 and smaller, with the ignition speed and mixture formation should be increased as possible. Partial attempts are made to achieve this by mechanical obstacles within the detonation tube. The object of the present invention is to provide an ignition chamber for a pulse detonation combustion chamber according to the features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wandung des Detonationsbrennkammer Gehäuses mit mehreren zueinander beabstandeten koaxialen Ringzündkammern umgeben ist denen ein Oxydationsmittel und Brennstoff zugeführt werden, wobei in den Ringzündkammern das zündfähige Gemisch mittels mehrerer Zündelemente gezündet wird und so in einem ersten Verfahren die über die Reaktanden Zufuhr des Detonationsrohres zugeführten Reaktanden zündet oder auch selbst Detonationswellen im Detonationsraum auslösen können.According to the invention, this object is achieved in that the wall of the detonation combustion chamber housing is surrounded with a plurality of coaxial annular ignition chambers spaced apart which an oxidant and fuel are supplied, wherein in the annular ignition chambers the ignitable mixture is ignited by means of several ignition elements and in a first method over the Reactants supply the detonation tube supplied reactants ignites or even trigger detonation waves in the detonation space.

In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung einer Zeichnung beschrieben.In the following the invention will be described with reference to a preferred embodiment in conjunction with a drawing.

Dabei zeigt:Showing:

1. eine vereinfachte Schnittzeichnung der Pulsdetonationsbrennkammer (1) mit den Ringzündkammern (3n). 1 , a simplified sectional drawing of the pulse detonation combustion chamber ( 1 ) with the ring ignition chambers ( 3n ).

Erfindungsgemäß weist die Wandung des Detonationsbrennkammer Gehäuses (7) die koaxial dazu platzierten Ringzündkammern (3n) auf, deren Durchmesser und Breiten so ausgelegt sind, dass nach Zündung durch das Zündelement (4n) eine maximale Zündenergie für die über die Reaktandenzufuhr (9) zugeführten Reaktanden geliefert wird. Hierzu werden über die Oxydationsmittelzufuhr (2n, 6n) und die Brennstoffzufuhr (5n) die jeweiligen Reaktanden in die Ringzündkammer (3) verbracht. Die Zündung erfolgt über das Zündelement (4n), wobei in einer ersten Ausführungsform vorteilhafterweise jeweils drei um 120° zueinander versetzte Zündelemente (4n) in jeder Ringzündkammer (3n) platziert sind. Hierzu können die Ringzündkammern (3n) dieselben Dimensionen und dieselben Abstände zueinander aufweisen oder auch davon abweichende Dimensionen. Zur Beeinflussung der Ausbreitung der Flammenfront können alle Ringzündkammern (3n) die Blenden (11n) aufweisen oder auch nur einzelne davon. Der Durchmesser des mit Ringzündkammern (3n) und dem Zündelement (10) besetzten Teils des Detonationsbrennkammer Gehäuses (7) kann einen größeren oder auch kleineren Durchmesser aufweisen als der sich daran anschließende Teil des Detonationsbrennkammer Gehäuses (7). Die Ringzündkammern (3n) können auch endseitig radial zum Detonationsbrennkammer Gehäuse (7) angeordnet werden. Folgende Betriebsverfahren sind denkbar:

  • 1. Die Ringzündkammern (3n) wirken über die darin zugeführten Reaktanden als Zündmittel für die über die Reaktandenzufuhr (9) in den Detonationsraum (8) zugeführten Reaktanden und werden gleichzeitig oder auch nicht gleichzeitig gezündet.
  • 2. Die Ringzündkammern (3n) sind so ausgelegt und werden zeitlich so gezündet, dass sie selbst im Detonationsraum (8) Detonationswellen erzeugen, wobei die Reaktandenzufuhr (9) dann ersatzlos entfallen kann oder auch nicht.
  • 3. Die Erzeugung von Detonationswellen im Detonationsraum (8) kann auch alternierend als Zündmittel der über die Reaktandenzufuhr (9) im Detonationsraum (8) zugeführten Reaktanden als auch selbst Detonationswellen in den Detonationsraum (8) einbringend wirken.
  • 4. Die Ringzündkammern (3n) können jeweils H2 und/oder O2 liefern und die Brennstoffzufuhr (9) entsprechend O2 und/oder H2, wobei die Zündung dann über das Zündelement (10) erfolgt.
  • 5. Zur physikalischen Trennung nach jeweils erfolgter Detonation bzw. Detonationswellen kann eine der Ringzündkammern (3n) oder auch mehrere davon ein inertes Gas in den Detonationsraum (8) liefern.
  • 6. Zur Strömungsbeeinflussung der Flammenfront können die Ringzündkammern (3n) ganz oder teilweise als Blenden (11n) mit gleichgroßen oder unterschiedlich großen Durchmessern ausgebildet sein.
According to the invention, the wall of the detonation combustion chamber housing ( 7 ) the coaxially placed ring ignition chambers ( 3n ) whose diameters and widths are designed so that, after being ignited by the ignition element ( 4n ) a maximum ignition energy for via the Reaktandenzufuhr ( 9 ) supplied reactants. For this purpose, via the oxidant supply ( 2n . 6n ) and the fuel supply ( 5n ) the respective reactants in the ring ignition chamber ( 3 ) spent. Ignition takes place via the ignition element ( 4n ), wherein in a first embodiment advantageously each three offset by 120 ° to each other ignition elements ( 4n ) in each ring ignition chamber ( 3n ) are placed. For this purpose, the ring ignition chambers ( 3n ) have the same dimensions and the same distances from each other or even different dimensions. To influence the propagation of the flame front, all ring ignition chambers ( 3n ) the apertures ( 11n ) or even only one of them. The diameter of the ring ignition chambers ( 3n ) and the ignition element ( 10 ) occupied part of the detonation combustion chamber housing ( 7 ) may have a larger or smaller diameter than the adjoining part of the detonation combustion chamber housing ( 7 ). The ring ignition chambers ( 3n ) can also end radially to the detonation combustion chamber housing ( 7 ) to be ordered. The following operating methods are conceivable:
  • 1. The ring ignition chambers ( 3n ) act via the reactants supplied therein as ignition means for the via the Reaktandenzufuhr ( 9 ) into the detonation room ( 8th ) and are ignited simultaneously or not at the same time.
  • 2. The ring ignition chambers ( 3n ) are designed and ignited in time so that they themselves in the detonation space ( 8th ) Generate detonation waves, whereby the Reaktandenzufuhr ( 9 ) can then be omitted without replacement or not.
  • 3. The generation of detonation waves in the detonation space ( 8th ) can also be used alternately as ignition means of the Reaktandenzufuhr ( 9 ) in the detonation room ( 8th ) Reactants and even detonation waves in the detonation space ( 8th ) contribute.
  • 4. The ring ignition chambers ( 3n ) can each supply H2 and / or O2 and the fuel supply ( 9 ) corresponding to O2 and / or H2, the ignition then being ignited via the ignition element ( 10 ) he follows.
  • 5. For the physical separation after each successful detonation or detonation waves, one of the ring ignition chambers ( 3n ) or several of them an inert gas in the detonation space ( 8th ) deliver.
  • 6. For influencing the flow of the flame front, the ring ignition chambers ( 3n ) in whole or in part as diaphragms ( 11n ) be formed with the same size or different diameters.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
PulsdetonationsbrennkammerPulse detonation combustor
22
OxydationsmittelzufuhrOxydationsmittelzufuhr
33
RingzündkammerRingzündkammer
44
Zündelementigniter
55
Brennstoffzufuhrfuel supply
66
OxydationsmittelzufuhrOxydationsmittelzufuhr
77
Pulsdetonationsbrennkammer GehäusePulse detonation combustion chamber housing
88th
Detonationsraumdetonation chamber
99
Reaktandenzufuhrreactant
1010
Zündelementigniter
1111
Blendecover

Claims (6)

Pulsdetonationsbrennkammer, dadurch gekennzeichnet, dass das Detonationsbrennkammer Gehäuse (7) der Detonationsbrennkammer (1) wenigstens zwei koaxial oder radial dazu angeordnete Ringzündkammern (3n) mit wenigstens drei um jeweils 120° zueinander versetzten Oxydationsmittelzufuhren (2n) und Brennstoffzufuhren (5n) aufweist, wobei wenigstens jeweils drei um 120° versetzte Zündelemente (4n) am Außenrand der Ringzündkammern (3n) platziert sind und die Ringzündkammern (3n) dieselben mechanischen Dimensionen und Abstände zueinander aufweisen oder auch davon abweichende Dimensionen und dass das Detonationsbrennkammer Gehäuse (7) die Reaktandenzufuhr (9) und wenigstens ein Zündelement (10n) aufweist.Pulse detonation combustion chamber, characterized in that the detonation combustion chamber housing ( 7 ) of the detonation combustion chamber ( 1 ) at least two coaxially or radially arranged ring ignition chambers ( 3n ) with at least three by 120 ° to each other staggered Oxydationsmittelzufuhren ( 2n ) and fuel supplies ( 5n ), wherein at least each three offset by 120 ° ignition elements ( 4n ) on the outer edge of the ring ignition chambers ( 3n ) and the ring ignition chambers ( 3n ) have the same mechanical dimensions and distances from each other or deviating dimensions and that the detonation combustion chamber housing ( 7 ) the reactant feed ( 9 ) and at least one ignition element ( 10n ) having. Pulsdetonationsbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktanden in den Ringzündkammern (3n) ein Gemisch bereitstellen, welches die über die Reaktandenzufuhr (9) gelieferten Reaktanden im Detonationsraum (8) sicher zündet.Pulse detonation combustion chamber according to claim 1, characterized in that the reactants in the ring ignition chambers ( 3n ) provide a mixture, which the via the Reaktandenzufuhr ( 9 ) supplied reactants in the detonation space ( 8th ) safely ignites. Pulsdetonationsbrennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Ringzündkammern (3n) bereitgestellte Gemisch darin Detonationswellen provoziert die sich im Detonationsraum (8) fortpflanzen, wobei über die Reaktandenzufuhr (9) weitere Reaktanden zugeführt werden können oder auch nicht.Pulsed detonation combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that in the annular ignition chambers ( 3n ) provided mixture in detonation waves provoked in the detonation space ( 8th ), whereby via the Reaktandenzufuhr ( 9 ) or other reactants can be supplied. Pulsdetonationsbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ringzündkammer (3n) ein inertes Gas in den Detonationsraum (8) liefert, was zur physikalischen Trennung der Detonationswellen führt.Pulse detonation combustion chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one annular ignition chamber ( 3n ) an inert gas into the detonation space ( 8th ), resulting in the physical separation of the detonation waves. Pulsdetonationsbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle oder nur einige Ringzündkammern (3n) die koaxialen Blenden (11n) mit denselben oder auch davon abweichenden Durchmessern aufweisen.Pulse detonation combustion chamber according to one of claims 1 to 4, characterized in that all or only a few annular ignition chambers ( 3n ) the coaxial diaphragms ( 11n ) with the same or deviating diameters. Pulsdetonationsbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Ringzündkammern (3n) und dem Zündelement (10) belegte Teil des Detonationsbrennkammer Gehäuses (7) denselben Durchmesser aufweist wie der sich daran anschließende Teil des Detonationsbrennkammer Gehäuses (7) oder auch einen größeren bzw. kleineren Durchmesser.Pulse detonation combustion chamber according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ring ignition chambers ( 3n ) and the ignition element ( 10 ) occupied part of the detonation combustion chamber housing ( 7 ) has the same diameter as the adjoining part of the detonation combustion chamber housing ( 7 ) or a larger or smaller diameter.
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