RU17574U1

RU17574U1 - CAMERA OF A PULSING ENGINE OF DETONATION COMBUSTION

Info

Publication number: RU17574U1
Application number: RU2000125175/20U
Authority: RU
Inventors: О.Н. Федорец; М.К. Касьянов; И.В. Фирсов
Original assignee: Федорец Олег Николаевич
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2001-04-10

Abstract

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения, содержащая камеру смешения, сверхзвуковое сопло и расположенный соосно с ним резонатор, отличающаяся тем, что камера смешения представляет собой торообразный профилированный канал с выходной частью на усеченное тело и выходом на критическое сечение сверхзвукового сопла, причем в корпусе камеры установлена кольцевая ультразвуковая колебательная система, содержащая, например, пьезоэлектрические преобразователи и волноводы, центральные оси которых установлены под углом 60-90к центральной оси устройства, волновой и полуволновой длины, установленных на концентрично расположенной поверхности кольцевого вибратора так, что выходные поверхности пьезоэлектрических преобразователей и волноводов расположены в плоскостях, являющихся касательными к общей для них цилиндрической поверхности, и, кроме того, волноводы волновой длины жестко связаны с усеченным телом, выполненным, например, полуволновой длины, а в торцевой части волноводов полуволновой длины установлены механические форсунки с каналами для подвода компонентов топлива.A chamber of a pulsating detonation combustion engine containing a mixing chamber, a supersonic nozzle and a resonator located coaxially with it, characterized in that the mixing chamber is a toroidal shaped channel with an outlet part to a truncated body and exit to a critical section of a supersonic nozzle, and an annular chamber is installed in the chamber body an ultrasonic oscillatory system containing, for example, piezoelectric transducers and waveguides, the central axis of which are installed at an angle of 60-90k cent the device’s axis, wave and half-wave lengths, mounted on a concentric surface of the annular vibrator so that the output surfaces of the piezoelectric transducers and waveguides are located in planes that are tangent to their common cylindrical surface, and, in addition, the wavelength waveguides are rigidly connected with for example, a body made, for example, of half-wavelength, and mechanical nozzles with channels for supplying components are installed in the end part of waveguides of half-wavelength s fuel.

Description

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 повыщения температуры на дне резонатора за доли секунды, они стали применятся для поджига горючих топливных смесей, а также тогда, когда нужны высокотемпературные источники тепла (Ляхов В.Н., Подлубной В.В., Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкции. - М.: Мащиностроение, 1989, 392 с.). Однако в патенте РФ № 2084675, 1997 предложено новое направление использования устройств, выполненных на основе генератора Гартмана. Сила тяги в них создается в результате сгорания топливовоздушной смеси. Устройство содержит расположенные в едином корпусе сверхзвуковое сопло и резонатор, выполненный в виде трубки, обращенной открытым концом в сторону истечения рабочего тела.The utility model relates to pulsating jet engines. Known gas-jet generators Hartmann, operating in a pulsating mode of flow of the working fluid and are currently used as powerful acoustic emitters. With the discovery of the effect of temperature increase at the bottom of the resonator in a fraction of a second, they began to be used to ignite combustible fuel mixtures, and also when high-temperature heat sources are needed (Lyakhov V.N., Podlubnoy V.V., Impact of shock waves and jets on elements Designs. - M .: Machine-Building, 1989, 392 p.). However, in RF patent No. 2084675, 1997, a new direction for the use of devices based on the Hartmann generator is proposed. The traction force in them is created as a result of the combustion of the air-fuel mixture. The device comprises a supersonic nozzle and a resonator located in a single housing, made in the form of a tube facing the open end towards the outflow of the working fluid.

Наиболее близким к заявляемому устройству как по принципу действия, так и по техническому исполнению является Камера пульсирующего двигателя детонационного горения (свидетельство на полезную модель .f 6841, от 07.05.97 г.). Для нее характерна более высокая надежность детонационного воспламенения рабочей смеси за счет интенсификации образования ударных волн. Эта задача решается за счет придания одной из поверхностей критического сечения камеры ультразвуковых колебаний заданной частоты и амплитуды. Для этого в выходной части камеры установлено, по крайней мере, два ультразвуковых преобразователя, центральные оси которых перпендикулярны центральной оси устройства. При этом активные накладки жестко связаны с кольцом, внутренняя поверхность которого совместно со сверхзвуковым соплом представляет критическое сечение. Все это способствует уменьшению диаметра капель рабочей смеси, подаваемой в резонатор и увеличению скоростей ее истечение через критическое сечение. Одним из недостатков данной конструкции является невозможность регулирования тяги двигателя.Closest to the claimed device, both in principle of operation and in technical design, is a chamber of a pulsating detonation combustion engine (certificate for utility model .f 6841, dated 07.05.97). It is characterized by a higher reliability of detonation ignition of the working mixture due to the intensification of the formation of shock waves. This problem is solved by giving one of the surfaces of the critical section of the camera ultrasonic vibrations of a given frequency and amplitude. For this, at least two ultrasonic transducers are installed in the output part of the chamber, the central axes of which are perpendicular to the central axis of the device. In this case, the active pads are rigidly connected with the ring, the inner surface of which, together with the supersonic nozzle, represents a critical section. All this contributes to a decrease in the diameter of the droplets of the working mixture supplied to the resonator and to an increase in the rates of its outflow through the critical section. One of the disadvantages of this design is the inability to control engine thrust.

Задача полезной модели заключается в расширении технических возможностей устройства.The objective of the utility model is to expand the technical capabilities of the device.

Решить данную задачу можно путем образования в камере вихревой ударной волны.This problem can be solved by the formation of a vortex shock wave in the chamber.

Поставленная задача в заявленном устройстве достигается тем, что камера смешения представляет собой торообразный профилированный канал с выходной частью на усеченное тело и выходом на критическое сечение сверхзвукового сопла. В корпусе камеры установлена кольцевая ультразвуковая колебательная система и волноводы волновой и полуволновой длины.The problem in the claimed device is achieved by the fact that the mixing chamber is a toroidal shaped channel with an output part on a truncated body and exit to a critical section of a supersonic nozzle. An annular ultrasonic oscillating system and waveguides of wave and half-wave length are installed in the camera body.

МПК F 02К 7/02IPC F 02K 7/02

На фиг. 1 представлена камера пульсирующего двигателя детонационного горения, на фиг. 2 - ее сечение в плоскости волноводов, а на фиг. 3 повернутый вид камеры.In FIG. 1 shows a chamber of a pulsating detonation combustion engine, FIG. 2 is a section thereof in the plane of waveguides, and in FIG. 3 rotated camera view.

Корпус 1 предназначен для установки сверхзвукового сопла 2 и резонатора 3 и кольцевой ультразвуковой колебательной системы 4, для сообщения полости камеры с окружающей средой и для подвода компонентов рабочей смеси в полость камеры смешения.The housing 1 is designed to install a supersonic nozzle 2 and a resonator 3 and an annular ultrasonic vibrating system 4, for communicating the chamber cavity with the environment and for supplying the components of the working mixture into the cavity of the mixing chamber.

Сверхзвуковое сопло 2 предназначено для разгона рабочей смеси до сверхзвуковых скоростей и направления ее во внутро резонатора 3, а также для разгона продуктов детонации, истекающих из полости резонатора 3.The supersonic nozzle 2 is designed to accelerate the working mixture to supersonic speeds and direct it into the internal resonator 3, as well as to disperse the detonation products flowing out of the cavity of the resonator 3.

Резонатор 3 предназначен для создания ударных волн и возбуждения детонационного горения.The resonator 3 is designed to create shock waves and the excitation of detonation combustion.

Для разработанной конструкции характерен ряд отличительных особенностей. Первая особенность конструкции заключается в том, что камера смешения представляет собой торообразный профилированный канал с выходной частью на усеченное тело и выходом на критическое сечение сверхзвукового сопла. Вторая особенность конструкции заключается в том, что в корпусе 1 камеры установлена кольцевая ультразвуковая колебательная система 4, содержащая волноводы волновой и полуволновой длины. Волноводы волновой длины 5 жестко связаны с усеченным телом, а в торцевой части волновода полуволновой длины 6 установлены механические форсунки 7 с каналами для подвода компонентов топлива. Волноводы устанавливаются таким образом, чтобы их центральные оси находились под углом 60 - 90 к центральной оси устройства. При этом оси устанавливаются на концентрично расположенной поверхности кольцевого вибратора 8 так, что выходные поверхности преобразователей (например, пьезоэлектрического типа) и волноводов расположенных в плоскостях, являющихся касательными к общей для них цилиндрической поверхности.The developed design is characterized by a number of distinctive features. The first design feature is that the mixing chamber is a toroidal shaped channel with an outlet on a truncated body and exit to a critical section of a supersonic nozzle. The second design feature is that an annular ultrasonic oscillating system 4 is installed in the camera body 1, containing waveguides of wave and half-wave lengths. The waveguides of wavelength 5 are rigidly connected with the truncated body, and mechanical nozzles 7 with channels for supplying fuel components are installed in the end part of the waveguide of half-wavelength 6. The waveguides are installed so that their central axes are at an angle of 60 - 90 to the central axis of the device. In this case, the axes are mounted on the concentric surface of the annular vibrator 8 so that the output surfaces of the transducers (for example, a piezoelectric type) and waveguides located in planes that are tangent to a common cylindrical surface.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче компонентов топлива в отверстие камеры пульсирующего двигателя детонационного горения одновременно подается электрическое напряжение от ультразвукового генератора (на чертеже не показан) на пьезоэлектрические пластины преобразователей.When the fuel components are fed into the chamber opening of the pulsating detonation combustion engine, the electric voltage is simultaneously supplied from the ultrasonic generator (not shown in the drawing) to the piezoelectric plates of the transducers.

В последних возбуждаются механические колебания, которые передаются на кольцевой вибратор 8 и волноводы 5 и 6 в которых устанавливается стоячая волна с кучностями на торцах кольцевого вибратора и волноводов, в том числе на рабочих торцах последних, например, одних волноводов - волновой длины и жестко связанных с ним усеченным телом выполненным полуволновой длины, а также других - полуволновой длины, в торцевой части которых установлены механические форсунки 7.In the latter, mechanical vibrations are excited, which are transmitted to an annular vibrator 8 and waveguides 5 and 6 in which a standing wave is installed with patterns at the ends of the annular vibrator and waveguides, including the working ends of the latter, for example, one waveguide - wavelength and rigidly connected with a truncated body made half wavelength, as well as other half wave lengths, in the end part of which mechanical nozzles 7 are installed.

При прохождении компонентов топлива через каналы волноводов полуволновой длины 6 и установленных в торцевой части их механических форсунок 7, происходит распыление топлива, которое поступает в торообразный профилированный канал с выходной частью на усеченное тело, которое является вWhen the fuel components pass through the channels of the half-wavelength waveguides 6 and the mechanical nozzles 7 installed in the end part of them, the fuel is atomized, which enters the toroidal shaped channel with the outlet part on the truncated body, which is in

свою очередь колебательной системой полуволновой длины и с дальнейшим выходом на критическое сечение сверхзвукового сопла 2.in turn, the half-wavelength oscillation system and with further access to the critical section of the supersonic nozzle 2.

Кольцевая ультразвуковая колебательная система работает на частоте/ ,44 кГц с амплитудой колебаний до 30 мкм.The ring ultrasonic oscillatory system operates at a frequency of /, 44 kHz with an oscillation amplitude of up to 30 μm.

Под дей2ствием ультразвуковых колебаний происходит дополнительное дробление капель, что приводит к улучшению качества смесеобразования рабочей смеси.Under the action of ultrasonic vibrations, additional droplet crushing occurs, which leads to an improvement in the quality of mixture formation of the working mixture.

В критическом сечении рабочая смесь достигает местной скорости звука, а после критического сечения приобретает сверхзвуковую скорость.In the critical section, the working mixture reaches the local speed of sound, and after the critical section acquires supersonic speed.

Разогнанное до скорости М 2 рабочая смесь попадает во внутреннюю полость б резонатора 3, в которой возбуждается колебательный процесс с образованием ударной волны, сопровождаюш;ийся резким повышением температуры и давления, что приводит к возникновению детонационной волны в рабочей смеси и ее детонационному горению.Accelerated to a speed of M 2, the working mixture enters the internal cavity b of resonator 3, in which the oscillatory process is excited with the formation of a shock wave, accompanied by a sharp increase in temperature and pressure, which leads to the appearance of a detonation wave in the working mixture and its detonation combustion.

Образовавшаяся детонационная волна, отражаясь от донной части резонатора 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 превышении полного давления продуктов детонации над полным давлением рабочей смеси на срезе сопла происходит открытие газового замка и детонационная волна через полость устремляется наружу через внутренний канал сопла 2. Рабочая смесь устремляется в резонатор 3 и процесс повторяется вновь.The resulting detonation wave, reflected from the bottom of the resonator rushes to its exit, blocking the path of the incoming working mixture. When a detonation wave encounters a supersonic flow of a working mixture, it forms a shock wave, i.e. gas shutter, which blocks the path of the supersonic flow of the working mixture into the resonator 3. When the total pressure of the detonation products exceeds the total pressure of the working mixture at the nozzle exit, the gas lock opens and the detonation wave rushes out through the cavity through the internal channel of the nozzle 2. The working mixture rushes into resonator 3 and the process is repeated again.

Сила тяги создается за счет взаимодействия детонационной волны с дном резонатора (тяговой стенкой), а также за счет реактивной силы, образованной истекаюш;ей через сопло газовой сверхзвуковой струей. Суммарный импульс тяги пульсируюш;его двигателя детонационного горения прямо пропорционален частоте пульсаций и величине давления, воздействуюш,его на дно резонатора.The traction force is created due to the interaction of the detonation wave with the bottom of the resonator (traction wall), as well as due to the reactive force formed by expire; to it through the nozzle by a gas supersonic jet. The total thrust impulse is pulsating; its detonation combustion engine is directly proportional to the pulsation frequency and the magnitude of the pressure acting on the bottom of the resonator.

Таким образом, образовавшаяся вихревая ударная волна способствует интенсификации процесса детонационного горения. Кроме того, изменяя расход компонентов топлива через форсунки, можно регулировать давления в критическом сечении сверхзвукового сопла, а следовательно и величину тяги, создаваемой камерой двигателя.Thus, the resulting vortex shock wave contributes to the intensification of the detonation combustion process. In addition, by changing the flow rate of the fuel components through the nozzles, it is possible to adjust the pressure in the critical section of the supersonic nozzle, and therefore the amount of thrust generated by the engine chamber.

Claims

A chamber of a pulsating detonation combustion engine containing a mixing chamber, a supersonic nozzle and a resonator located coaxially with it, characterized in that the mixing chamber is a toroidal shaped channel with an outlet part to a truncated body and exit to a critical section of a supersonic nozzle, and an annular chamber is installed in the chamber body an ultrasonic oscillatory system containing, for example, piezoelectric transducers and waveguides, the central axis of which are installed at an angle of 60-90 ^o to the price the device’s axial axis, wave and half-wave lengths, mounted on a concentric surface of the annular vibrator so that the output surfaces of the piezoelectric transducers and waveguides are located in planes that are tangent to their common cylindrical surface, and, in addition, the wavelength waveguides are rigidly connected with the truncated for example, a body made, for example, of half-wavelength, and mechanical nozzles with channels for supplying a component are installed in the end part of waveguides of half-wavelength Comrade fuel.