RU16526U1 - Камера пульсирующего двигателя детонационного горения - Google Patents

Abstract

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения, содержащая расположенные в корпусе сверхзвуковое сопло и расположенный соосно с ним резонатор, выполненный в виде трубки, обращенный открытым концом в сторону истечения рабочего тела, отличающаяся тем, что в резонаторе, являющемся частью активной излучающей накладки ультразвукового преобразователя, выполнено сквозное отверстие, проходящее через весь ультразвуковой преобразователь, центральная ось которого совпадает с центральной осью устройства, в которое установлен клапан, выполненной, например, в виде грибка и закрывающий днище трубки резонатора с возможностью перемещения его вдоль оси, обращенной плоским концом в сторону истечения рабочего тела, причем клапан с внутренней стороны активной излучающей накладки жестко связан с пружиной, размещенной в ее полости и обеспечивающей его возвратно-поступательное перемещение от усилия F>F, а длина клапана выбрана равной 5/4nλ, где: n=1, 2, 3, ..., λ - длина ультразвуковой волны; F - усилие, воздействующее на клапан; F- усилие сжатия пружины.

Description

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения

Полезная модель относится к пульсирующим воздушно реактивным двигателям.

Известны газоструйные генераторы Гартмана, работающие на пульсирующем режиме течения рабочего тела и нашедшие в настоящее время применение в качестве мощных акустических излучателей. С обнаружением эффекта повышения температуры на дне резонатора за доли секунды, они стали применятся для поджига горючих топливных смесей, а также тогда, когда нужны высоко - температурные источники тепла (Ляхов В.Н., Подлубной В.В., Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкции. - М.: Машиностроение, 1989, 392 с.). Однако в патенте РФ № 2084675, 1997 предложено новое направление использования устройств, выполненных на основе генератора Гортмана. Сила тяги в них создается в результате сгорания топлива - воздушной смеси. Устройство содержит расположенные в едином корпусе сверхзвуковое сопло и резонатор, выполненный в виде трубки, обращенной открытым концом в сторону истечения рабочего тела.

Наиболее близким к заявляемому устройству как по принципу действия, так и по техническому исполнению является Камера пульсирующего двигателя детонационного горения (свидетельство на полезную модель № 6841, от 07.05.97 г.). Для нее характерна интенсификация образование ударной волны в резонаторе. Данная задача решается за счет предания резонатору ультразвуковых колебаний заданной частоты и амплитуды. Однако недостатком данной конструкции является низкая надежность детонационного горения смеси, обусловленная сохранением части продуктов детонации в районе дна резонатора. Эти продукты приводят к преждевременному воспламенению рабочей смеси, что исключает детонационный процесс. Задачей полезной модели является надежность прохождения детонационного процесса в резонаторе.

Решить данную задачу можно за счет продувки (вентиляции) внутренней полости резонатора после каждого детонационного цикла.

Поставленная задача в заявленном устройстве достигается тем, что в резонаторе, являющемся частью активной излучающей накладки ультразвукового преобразователя, выполнено сквозное отверстие, проходящее через весь ультразвуковой преобразователь, центральная ось которого совпадает с центральной осью устройства. В это отверстие устанавливается клапан, выполненной, например, в виде грибка и закрывающий днище резонатора с возможностью перемещения активной изучающей накладки жестко связан с пружиной, размещенной в ее полости и обеспечивающей ее возвратно - поступательное перемещение.

МПК F 02K 7/02

На чертеже представлена камера пульсирующего двигателя детонационного горения, который состоит из корпуса 1 и размещенных в нем сверхзвукового сопла 2 и резонатора 3.

Корпус 1 предназначен для установки сверхзвукового сопла 2 резонатора 2, для сообщения полости в камеры двигателя с окружающей средой и для подвода компонентов рабочей смеси в полости а камера смещения.

Сверхзвуковое сопло 2 предназначено для разгона рабочей смеси до скоростей с и направления ее во внутрь резонатора 1, а также для разгона продуктов детонации, истекающей из полости резонатора 3.

Резонатор 3 предназначен для создания ударных волн возбуждения детонационного горения. Он выполнен в виде трубки цилиндрической (слабо конической) формы, замкнутой с одного конца и обращенной открытым концом в сторону сопла.

При этом глубина резонатора выбирается равной не более п А, / 2, при длине активной излучающей накладки п А,, а длина клапана - 5/4 п А,, где п 1,2,3... А, - длина ультразвуковой волны.

Настройку камеры двигателя на заданный режим ее работы осуществляется путем площади критического сечения. Это достигается посредством подбора толщены прокладки, установленной между фланцами корпуса 1 и сверхзвукового сопла 2, которые скрепляются между собой болтами.

Работает камера пульсирующего двигателя детонационного горения следующим образом.

При подаче компонентов топлива в смесительную камеру а, в ней осуществляется процесс смещения. Образовавшаяся рабочая смесь, истекая через критическое сечение приобретает сверхзвуковую скорость на срезе сопла 2. Характерной особенностью конструкции является сопло внешнего расширения, режим которого не зависит от давления окружающей среды, т.е. всегда работает на установившемся режиме. Это объясняется тем, что давление в полости в равно давлению окружающей среды за счет сообщения с ней через окна, выполненные в корпусе.

Разогнанная до скорости М 2 рабочая смесь попадает во внутреннюю полость б резонатора, в которой возбуждается колебательный процесс с образованием детонационных волн.

При этом образовавшийся детонационный пик давления на днище резонатора. При достижении усилия, воздействующего на нормально открытый клапан 4, равного , он закрывается, образуя плоское днище резонатора. Продукты детонации воздействуя на него, создают основную составляющую тяги. При этом ультразвуковые колебания воздействуют на торец клапана с максимальной амплитудой, а в месте его крепления с минимальной. Длина штока 5 клапана выбирается равной 5/4 п А,. В процессе истечения продуктов детонации из внутренней полости

UwJVO f W

резонатора, давление в ней подает. При достижение усилия, воздействующего на клапан, равного F Fnp, он открывается, что приводит к сбросу остаточного давления продуктов детонации.

Этот процесс необходимо осуществить, чтобы исключить возможность самопроизвольного возгорания новой порции рабочей смеси. Воспламенение и частичное сгорание смеси приводит к уменьшению размеров детонационной волны. При воспламенении всей порции рабочей смеси детонация вообще не возникает. По этому необходимо после прохождение каждой детонационной волны удалять остатки продуктов детонации из полости резонатора.

Образовавшаяся детонационная волна, отражаясь от донной части резонатора 3, устремляется к его выходу, перекрывая путь поступающей рабочей смеси. Детонационная волна, встречаясь со сверхзвуковым потоком рабочей смеси, образует скачок уплотнения, т.е. газовый затвор, который преграждает путь движения сверхзвукового потока рабочей смеси в резонатор 3. При выравнивании полных давлений продуктов детонации и рабочей смеси на срезе сопла происходит открытие газового замка и детонационная волна через полость 2 устремляется наружу. Рабочая смесь устремляется в резонатор 3 и процесс повторяется в новь.

Сила тяги создается за счет взаимодействия детонационной волны с дном резонатора (тяговой стенкой), а также за счет реактивной силы, образованной истекающей через сопло газовой сверхзвуковой струей. Суммарный импульс тяги пульсирующего двигателя детонационного горения прямо пропорционален частоте пульсаций и величине давления, воздействующего на дно резонатора.

Таким образом, наличие клапана в резонаторе приводит к надежному детонационному процессу в камере двигателя.

Claims (1)

1. Камера пульсирующего двигателя детонационного горения, содержащая расположенные в корпусе сверхзвуковое сопло и расположенный соосно с ним резонатор, выполненный в виде трубки, обращенный открытым концом в сторону истечения рабочего тела, отличающаяся тем, что в резонаторе, являющемся частью активной излучающей накладки ультразвукового преобразователя, выполнено сквозное отверстие, проходящее через весь ультразвуковой преобразователь, центральная ось которого совпадает с центральной осью устройства, в которое установлен клапан, выполненной, например, в виде грибка и закрывающий днище трубки резонатора с возможностью перемещения его вдоль оси, обращенной плоским концом в сторону истечения рабочего тела, причем клапан с внутренней стороны активной излучающей накладки жестко связан с пружиной, размещенной в ее полости и обеспечивающей его возвратно-поступательное перемещение от усилия F>F_пр, а длина клапана выбрана равной 5/4nλ, где: n=1, 2, 3, ..., λ - длина ультразвуковой волны; F - усилие, воздействующее на клапан; F_пр - усилие сжатия пружины.