RU2042577C1 - Method of creating thrust of hypersonic flying vehicle in cruising atmosphere flight conditions - Google Patents

Method of creating thrust of hypersonic flying vehicle in cruising atmosphere flight conditions

Info

Publication number
RU2042577C1
RU2042577C1 RU93010568A RU93010568A RU2042577C1 RU 2042577 C1 RU2042577 C1 RU 2042577C1 RU 93010568 A RU93010568 A RU 93010568A RU 93010568 A RU93010568 A RU 93010568A RU 2042577 C1 RU2042577 C1 RU 2042577C1
Authority
RU
Grant status
Grant
Patent type
Prior art keywords
mixture
cruising
method
combustion chamber
sfa
Prior art date
Application number
RU93010568A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93010568A (en )
Inventor
В.Л. Фрайштадт
В.Н. Исаков
А.В. Корабельников
Е.Г. Шейкин
В.В. Кучинский
Original Assignee
Государственное научно-исследовательское предприятие гиперзвуковых систем
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Grant date

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation
    • Y02T90/44Hydrogen as fuel in aeronautics

Abstract

FIELD: aeronautical and space engineering. SUBSTANCE: method of creating thrust of hypersonic flying vehicle in cruising atmosphere flight conditions is based on mixing part of hydrocarbon fuel with water, heating this mixture to t= 300-400 C and decomposition of it by catalyst accompanied by forming of methane-containing products which are than heated to t> 400 C and are subjected to decomposition by catalyst accompanied by forming of hydrogen-containing mixture to which remaining hydrocarbon fuel is added before burning in combustion chamber; before burning the fuel in the combustion chamber, air flow is ionized and is acted on by magnetic field. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к авиационно-космической технике, в частности к способу создания тяги гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА) в крейсерском атмосферном режиме полета. The invention relates to aerospace engineering, in particular to a method of creating thrust hypersonic aircraft (SFA) in cruising flight mode atmospheric.

Известен способ создания тяги ГЛА, основанный на использовании энергетического потенциала водородного топлива [1] Known is a method of creating thrust SFA based on the use of the energy potential of the hydrogen fuel [1]
Однако тепловая защита летательного аппарата (ЛА) при конвективном охлаждении теплонапряженных участков его конструкции невозможна, так как использование жидкого водорода в качестве теплоносителя из-за возникновения в области контакта криогенного теплоносителя (20К) с охлаждаемой конструкцией (4 ˙ 10 3 К) аномальных термических напряжений приводит к разрушению охлаждаемого объекта. However, the thermal protection of the aircraft (LA) for convective cooling of thermally stressed regions of its construction is not possible, since the use of liquid hydrogen as coolant due to occurrence of a contact area of a cryogenic coolant (20K) with the cooled structure (4 ˙ March 10 K) of anomalous thermal stress It leads to the destruction of the object to be cooled.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в том, что в процессе крейсерского атмосферного гиперзвукового полета исходное УВТ и воду смешивают, подогревают и затем подвергают при высокой температуре в присутствии паров воды термокаталитическому превращению в водородсодержащую топливную смесь [2] Термокаталитическое превращение (паровая конверсия углеводородов) обеспечивается за счет тепла, поступающего от нагревающихся в полете частей конструкции ЛА, и характеризуется большим эн- дотермическим эффектом (≈ 10000 кД The closest to the proposed is a method which consists in that during cruising atmospheric hypersonic flight starting UHT and water are mixed, heated and then subjected at high temperature in the presence of water vapor thermocatalytic conversion into a hydrogen-containing fuel mixture [2] thermocatalytic conversion (steam reforming of hydrocarbons ) is provided by the heat supplied from hot parts in flight aircraft construction, and has a large effect dotermicheskim en- (≈ 10,000 kD ж/кг) и получением свободного водорода (≈ 70 об.). w / kg) and produce free hydrogen (≈ 70 vol.). Интенсивность отвода тепла от нагреваемой поверхности за счет эндотермических процессов зависит от величины теплового эффекта реакции и ее скорости, температурного диапазона протекания процесса, эффективной теплопроводности слоя катализатора. The intensity of heat removal from the heated surface by endothermic processes depends on the magnitude of the thermal effect and its reaction speed, the process flow of the temperature range, the effective thermal conductivity of the catalyst layer.

Однако при высокотемпературном разложении УВТ происходит существенное зауглероживание катализатора после нескольких часов полета. However, when high-temperature expansion UHT catalyst coking occurs substantially after several hours of flight. Рабочий ресурс при этом составляет единицы часов гиперзвукового полета. Working life at the same time is a few hours of hypersonic flight.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение высокоэффективной топливной смеси со свободным водородом за счет каталитического разложения исходного УВТ при одновременном активном охлаждении ГЛА, а также увеличение ресурса ГЛА. The problem to be solved by the invention is to provide a high performance fuel mixture with a free hydrogen by the catalytic decomposition starting UHT while active cooling SFA and SFA also increase resource.

Это достигается тем, что способ создания тяги ГЛА в крейсерском атмосферном режиме полета основан на смешивании части УВТ с водой, нагреве полученной смеси до температуры 300-400 о С, разложении ее на низкотемпературном катализаторе с образованием метансодержащих продуктов, которые затем нагревают до температуры 400 о С и разлагают на высокотемпературном катализаторе с образованием водородсодержащей смеси, в которую перед сжиганием в камере сгорания добавляют оставшееся УВТ, при этом воздушный поток перед сжиганием в камере сгорания иониз This is achieved in that the process of creating thrust atmospheric SFA in cruising flight mode based on the mixing part UHT with water, heating the resulting mixture to a temperature of 300-400 ° C, decomposition at its low-temperature catalyst to form a methane product, which is then heated to a temperature of about 400 C and decomposed at high temperature to form a hydrogen-catalyst mixture, which prior to combustion in the combustion chamber is added the remaining UHT, the airflow prior to combustion in the combustion chamber is ionized руют и воздействуют на него магнитным полем. ruyut and act on it by a magnetic field.

Реализация способа позволяет ассимилировать часть кинетической энергии обтекающего гиперзвукового воздушного потока и преобразовать ее в используемую на борту ГЛА химическую энергию, обеспечивая тем самым одновременное активное охлаждение ГЛА и получение высокоэффективной топливной смеси со свободным водородом. Implementation of the method allows to assimilate some of the kinetic energy of the airflow flowing around hypersonic and transform it into usable on board SFA chemical energy, thereby simultaneously active cooling SFA and obtaining high performance of the fuel mixture with free hydrogen. Для обеспечения оптимального режима горения полученной в полете топливовоздушной смеси на ионизированный воздушный поток воздействуют магнитным полем. To ensure optimal combustion mode resulting in flight fuel mixture in the ionized air flow affects the magnetic field.

Реализация крейсерского гиперзвукового атмосферного полета основана на принципе активного энергетического взаимодействия ЛА с гиперзвуковым воздушным потоком. Implementation cruising hypersonic atmospheric flight is based on the principle of active energy cooperation with LA hypersonic air flow. Тепло от аэродинамического нагрева планера используется в химических реакторах для паровой конверсии УВТ. Heat from aerodynamic heating glider used in chemical reactors for steam reforming UHT. При этом обеспечиваются получение оптимального вещественного состава топливной смеси и эффективное охлаждение теплонапряженных частей конструкции. In this provides optimum material composition of the fuel mixture and effective cooling of thermally stressed parts of the structure. Происходит это следующим образом. This occurs as follows. Часть исходного УВТ и воды разлагают в условиях низкотемпературного нагрева в присутствии катализатора. Part of the original water and UHT decomposed under conditions of low-temperature heating in the presence of a catalyst. При этом жидкие углеводороды разлагаются (газифицируются), например, на высокоактивном никель-хромовом катализаторе. Wherein liquid hydrocarbons are decomposed (gasified), for example, the high activity nickel-chromium catalyst.

Образуется газовая смесь из метана, менее склонного к зауглероживанию катализатора, диоксида углерода и небольшого количества водорода, тормозящего образование углерода. Formed gas mixture of methane, less prone to coking of the catalyst, carbon dioxide and a small amount of hydrogen, retarding the formation of carbon. Кроме того, при низкотемпературном нагреве сжигаются вредные примеси. Furthermore, during low-temperature heating incinerated contaminants. Затем полученную метансодержащую газовую смесь подвергают высокотемпературному эндотермическому разло- жению. Then, the resulting methane-containing gas mixture is subjected to a high endothermic decomposition zheniyu. Продукты разложения смешивают с исходным УВТ, получается высокоэффективное топливо, обогащенное свободным водородом. The decomposition products are mixed with the starting UHT, obtained highly enriched fuel free hydrogen.

Для обеспечения оптимального режима горения (полноты сгорания) топливовоздушную смесь сжигают в воздушном потоке, который предварительно ионизируют и затормаживают, воздействуя на него магнитным полем в воздухозаборнике двигателя. To ensure optimal combustion mode (combustion efficiency) fuel mixture is combusted in the air stream, which is pre-ionize and inhibit, by acting on it by a magnetic field in the motor air inlet.

При торможении ионизированного воздушного потока кинетическая энергия пот ока преобразуется в электрическую. When braking, the ionized air flow kinetic energy of eye sweat converted into electrical energy. Объемное торможение магнитным полем позволяет создать регулируемый по скорости воздушный поток. Volumetric braking magnetic field creates adjustment of air flow rate.

Магнитогазодинамическое ускорение потока продуктов сгорания в сопле двигателя увеличивает его кинетическую энергию и обеспечивает разгон ГЛА в полете до первой космической скорости. Magnetogasdynamic accelerated flow of combustion products in the nozzle of the engine increases its kinetic energy and acceleration SFA provides in-flight to the first space velocity.

Эффективное охлаждение теплонапряженных частей конструкции ГЛА до температур 850-1000 о С при крейсерском атмосферном полете осуществляется за счет того, что тепло от аэродинамического нагрева, "впускаемое" внутрь конструкции, расходуется на проведение термохимических реакций. Effective cooling of thermally stressed parts HVA structure to temperatures of 850-1000 C at atmospheric cruising flight performed due to the fact that heat from aerodynamic heating, "intake" inside the structure, costs of the thermochemical reactions.

На чертеже показана схема реализации способа. The drawing shows a circuit implementation of the method.

Топливные баки 1 и 2 с водой УВТ соответственно через систему 3 подачи топлива соединены с низкотемпературным химическим реактором 4, который связан с высокотемпературным химическим реактором 5. Система 6 смешения связана с баком 2 с УВТ и с высокотемпературным химическим реактором 5. Система 6 смешения соединяется с камерой 7 сгорания двигателя. Fuel tanks 1 and 2 with water UHT respectively through the fuel supply system 3 are connected to low-temperature chemical reactor 4, which is associated with a high chemical reactor 5. The mixing tank 2 is connected with the engine 6 and UHT high temperature chemical reactor 5. The mixing system 6 is connected to the 7 of the combustion chamber of the engine. Двигатель снабжен магнитогазодинамическим (МГД) генератором 8. The engine is provided with a magneto-hydrodynamic (MHD) generator 8.

Смесь УВТ и воды из баков 1 и 2 поступает в систему 3, а оттуда в низкотемпературный реактор 4 с катализатором, расположенный в тех частях обшивки планера, где смесь нагревается, испаряется и перегревается до температуры 300-400 о С. Затем перегретый пар конвертируется при указанной температуре практически в автоматическом режиме с образованием смеси, основным компонентом которой является метан (70-80 об.). The mixture was UHT and water from tanks 1 and 2 into the system 3, and then to the low-temperature reactor with catalyst 4 disposed in those parts of the airframe skin, wherein the mixture is heated, vaporized and superheated to a temperature of 300-400 C. The superheated steam is then converted with substantially the same temperature in the automatic mode to form a mixture, the main component of which is methane (70-80 vol.). Низкотемпературный реактор 4 выполняется в виде отдельного блока, который может быть легко заменен после полета в случае закоксованности катализатора. Low-temperature reactor 4 is carried out in a separate unit which can be easily replaced after the flight for catalyst coking. Образовавшаяся газовая смесь подается в высокотемпературный реактор 5, расположенный в теплонапряженных частях планера и двигателя. The resulting gas mixture is fed into a high temperature reactor 5 disposed in thermally stressed parts of the airframe and engine. Продукты реакции, смешиваясь в системе 6 смешения с исходным топливом из бака 2, поступают в камеру 7 сгорания двигателя. The reaction products, mixing system 6 in mixing with starting fuel from the tank 2 into the engine combustion chamber 7. Двигатель ГЛА снабжен устройством для ионизации воздуха в набегающем потоке и системами его магнитогазодинамического торможения и ускорения (МГД-генератор 8). SFA engine provided with a device for the ionization of the air in the incoming stream and its systems magnetogasdynamic braking and acceleration (MHD-generator 8). На входе двигателя в воздухозаборнике МГД-генератор 8 осуществляет торможение ионизированного воздушного потока, и его кинетическая энергия преобразуется в электрическую. In the engine air intake inlet to the MHD generator 8 carries out braking of ionized air flow, and its kinetic energy is converted into electrical energy. Это обеспечивает оптимальный режим горения топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя. This provides an optimum combustion air-fuel mixture in the engine combustion chamber.

На выходе двигателя МГД-генератор 8 ускоряет поток продуктов сгорания и тем самым увеличивает его кинетическую энергию, обеспечивая разгон ГЛА до первой космической скорости. The motor output MHD-generator 8 accelerates the flow of combustion products and thereby increase its kinetic energy, providing acceleration SFA to the first space velocity.

Способ создания тяги ГЛА в крейсерском атмосферном режиме полета позволяет обеспечить полет со скоростями, выше 10000 км/ч, на высоте 30-60 тыс. м при максимальной дальности полета около 20000 км. A method of creating thrust atmospheric SFA in cruising flight mode allows flight at speeds above 10,000 km / h at a height of 30-60 thousand. M at a maximum range of about 20,000 km.

Claims (2)

1. Способ создания тяги гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА) в крейсерском атмосферном режиме полета, основанный на смешении углеводородного топлива (УВТ) и воды, нагреве смеси с использованием тепла аэродинамического нагрева элементов конструкции ГЛА и разложении в присутствии катализатора с получением водородсодержащей смеси и последующем сжигании ее в воздушном потоке в камере сгорания, отличающийся тем, что для смешения с водой отбирают часть УВТ, полученную смесь дополнительно нагревают до 300-400 o С и разлагают на катализаторе 1. A process for generating thrust hypersonic aircraft (SFA) in cruising flight mode atmospheric, based on the mixture of hydrocarbon fuel (UHT) and water, heating the mixture using heat aerodynamic heating elements SFA construction and expansion in the presence of a catalyst to produce a hydrogen-containing mixture and the subsequent combustion it into the air stream in the combustion chamber, characterized in that for mixing with the water collecting part of the UHT, the resulting mixture was further heated to 300-400 o C and decomposed on the catalyst с образованием метансодержащих продуктов, а водородсодержащую смесь получают при разложении на катализаторе метансодержащих продуктов разложения после нагрева их до температуры > 400 o С, при этом перед сжиганием в камере сгорания в полученную водородсодержащую смесь добавляют оставшееся УВТ. to form a methane product, and a hydrogen-containing mixture is prepared by the decomposition of methane to catalyst decomposition products after heating to a temperature> 400 o C, wherein prior to combustion in the combustion chamber in the hydrogen-containing mixture obtained was added the remaining UHT.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздушный поток перед сжиганием в камере сгорания ионизируют и воздействуют на него магнитным полем. 2. The method of claim. 1, characterized in that the air stream prior to combustion in the combustion chamber is ionized and act on it by a magnetic field.
RU93010568A 1993-03-01 1993-03-01 Method of creating thrust of hypersonic flying vehicle in cruising atmosphere flight conditions RU2042577C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93010568A RU2042577C1 (en) 1993-03-01 1993-03-01 Method of creating thrust of hypersonic flying vehicle in cruising atmosphere flight conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93010568A RU2042577C1 (en) 1993-03-01 1993-03-01 Method of creating thrust of hypersonic flying vehicle in cruising atmosphere flight conditions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2042577C1 true RU2042577C1 (en) 1995-08-27
RU93010568A true RU93010568A (en) 1996-05-27

Family

ID=20137927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93010568A RU2042577C1 (en) 1993-03-01 1993-03-01 Method of creating thrust of hypersonic flying vehicle in cruising atmosphere flight conditions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2042577C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. О разработке перспективного гиперзвукового разведывательного самолета. Экспресс-информация, 1990, N 20, США, Зарубежные системы авиационного вооружения. *
2. Авторское свидетельство СССР N 167694, кл. F 02K 11/00, F 02K 7/16, 1981. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5437250A (en) Plasmatron-internal combustion engine system
US4444158A (en) Alcohol dissociation process for automobiles
US6397790B1 (en) Octane enhanced natural gas for internal combustion engine
US3909299A (en) Fuel cell system including reform reactor
US5232672A (en) Endothermic fuel system
Edelman et al. A quasi-global chemical kinetic model for the finite rate combustionof hydrocarbon fuels with application to turbulent burning and mixing in hypersonic engines and nozzles
Guo et al. Radiation extinction limit of counterflow premixed lean methane-air flames
US2706210A (en) Process suitable for converting primary hydrocarbons to secondary hydrocarbons
US5687560A (en) Steam raising apparatus for performance enhanced gas turbine powerplants
US5133180A (en) Chemically recuperated gas turbine
US6314919B1 (en) Method for preparing an air-fuel mixture for an internal combustion engine, device for realizing the same and heat-exchanger
US4841723A (en) Multiple-propellant air vehicle and propulsion system
US4840025A (en) Multiple-propellant air vehicle and propulsion system
US5207053A (en) Method and system for staged rich/lean combustion
Jackson et al. High speed propulsion: Performance advantage of advanced materials
US5896738A (en) Thermal chemical recuperation method and system for use with gas turbine systems
US4825650A (en) Hot gas generator system
Li et al. Chemistry of JP-10 ignition
JPH05332152A (en) Ammonia combustion engine
US2955420A (en) Jet engine operation
JP2001214757A (en) Gas turbine facility
Kravchik et al. Numerical modeling of spark ignition and flame initiation in a quiescent methane-air mixture
John Recent advances in electric arc plasma generation technology
RU2011864C1 (en) Method of chemical regeneration of heat of exhaust gases of power plant
US5899175A (en) Hybrid electric-combustion power plant