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 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2042577C1 RU2042577C1 RU9393010568A RU93010568A RU2042577C1 RU 2042577 C1 RU2042577 C1 RU 2042577C1 RU 9393010568 A RU9393010568 A RU 9393010568A RU 93010568 A RU93010568 A RU 93010568A RU 2042577 C1 RU2042577 C1 RU 2042577C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- cruising
- catalyst
- combustion chamber
- hydrogen
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
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 for creating thrust of a hypersonic aircraft (GLA) in cruising atmospheric flight mode.
Известен способ создания тяги ГЛА, основанный на использовании энергетического потенциала водородного топлива [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 ˙ 103К) аномальных термических напряжений приводит к разрушению охлаждаемого объекта.A known method of creating thrust GLA, based on the use of the energy potential of hydrogen fuel [1]
However, thermal protection of an aircraft (LA) during convective cooling of heat-stressed sections of its structure is impossible, since the use of liquid hydrogen as a coolant due to the occurrence of abnormal thermal stresses in the contact area of a cryogenic coolant (20K) with a cooled structure (4 ˙ 10 3 K) leads to the destruction of the cooled object.
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 кДж/кг) и получением свободного водорода (≈ 70 об.). 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. Closest to the proposed method is that in the process of cruising atmospheric hypersonic flight, the initial shock wave and water are mixed, heated and then subjected to high temperature in the presence of water vapor thermocatalytic conversion to a hydrogen-containing fuel mixture [2] Thermocatalytic conversion (steam conversion of hydrocarbons ) is provided due to the heat coming from the parts of the aircraft structure that are heated during flight, and is characterized by a large endothermic effect (≈ 10000 kD w / kg) and obtaining free hydrogen (≈ 70 vol.). The intensity of heat removal from the heated surface due to endothermic processes depends on the magnitude of the thermal effect of the reaction and its speed, the temperature range of the process, and the effective thermal conductivity of the catalyst layer.
Однако при высокотемпературном разложении УВТ происходит существенное зауглероживание катализатора после нескольких часов полета. Рабочий ресурс при этом составляет единицы часов гиперзвукового полета. However, with the high-temperature decomposition of the shock-wave equipment, a significant carbonization of the catalyst occurs after several hours of flight. The working resource in this case is units of 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 which the invention is directed, is to obtain a highly efficient fuel mixture with free hydrogen due to the catalytic decomposition of the initial shock wave while active cooling of the HVA, as well as increasing the life of the HVA.
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 300-400оС, разложении ее на низкотемпературном катализаторе с образованием метансодержащих продуктов, которые затем нагревают до температуры 400оС 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 ионизируют и воздействуют на него магнитным полем.This is achieved by the fact that the method of creating a GLA thrust in cruising atmospheric flight mode is based on mixing part of the shock wave with water, heating the resulting mixture to a temperature of 300-400 о С, decomposing it on a low-temperature catalyst with the formation of methane-containing products, which are then heated to a temperature of 400 о C and decompose on a high-temperature catalyst with the formation of a hydrogen-containing mixture into which the remaining UHT is added before burning in the combustion chamber, while the air flow before burning in the combustion chamber ionizes 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. Для обеспечения оптимального режима горения полученной в полете топливовоздушной смеси на ионизированный воздушный поток воздействуют магнитным полем. The implementation of the method allows you to assimilate part of the kinetic energy of the flowing hypersonic air stream and convert it into the chemical energy used on board the GLA, thereby ensuring the simultaneous active cooling of the GLA and obtaining a highly efficient fuel mixture with free hydrogen. To ensure the optimal combustion mode obtained in flight of the air-fuel mixture, the ionized air flow is exposed to a magnetic field.
Реализация крейсерского гиперзвукового атмосферного полета основана на принципе активного энергетического взаимодействия ЛА с гиперзвуковым воздушным потоком. Тепло от аэродинамического нагрева планера используется в химических реакторах для паровой конверсии УВТ. При этом обеспечиваются получение оптимального вещественного состава топливной смеси и эффективное охлаждение теплонапряженных частей конструкции. Происходит это следующим образом. Часть исходного УВТ и воды разлагают в условиях низкотемпературного нагрева в присутствии катализатора. При этом жидкие углеводороды разлагаются (газифицируются), например, на высокоактивном никель-хромовом катализаторе. The implementation of cruising hypersonic atmospheric flight is based on the principle of active energy interaction of an aircraft with hypersonic air flow. Heat from aerodynamic heating of the airframe is used in chemical reactors for steam conversion of UVT. This ensures the optimal material composition of the fuel mixture and efficient cooling of the heat-stressed parts of the structure. It happens as follows. Part of the initial UHT and water are decomposed under conditions of low-temperature heating in the presence of a catalyst. In this case, liquid hydrocarbons decompose (gasify), for example, on a highly active nickel-chromium catalyst.
Образуется газовая смесь из метана, менее склонного к зауглероживанию катализатора, диоксида углерода и небольшого количества водорода, тормозящего образование углерода. Кроме того, при низкотемпературном нагреве сжигаются вредные примеси. Затем полученную метансодержащую газовую смесь подвергают высокотемпературному эндотермическому разло- жению. Продукты разложения смешивают с исходным УВТ, получается высокоэффективное топливо, обогащенное свободным водородом. A gas mixture is formed of methane, which is less prone to carbonization of the catalyst, carbon dioxide and a small amount of hydrogen that inhibits the formation of carbon. In addition, during low-temperature heating, harmful impurities are burned. Then, the resulting methane-containing gas mixture is subjected to high-temperature endothermic decomposition. Decomposition products are mixed with the initial UHT; a highly efficient fuel enriched with free hydrogen is obtained.
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 the optimal combustion mode (completeness of combustion), the air-fuel mixture is burned in the air stream, which is pre-ionized and braked by acting on it with a magnetic field in the engine air intake.
При торможении ионизированного воздушного потока кинетическая энергия пот ока преобразуется в электрическую. Объемное торможение магнитным полем позволяет создать регулируемый по скорости воздушный поток. When the ionized air stream is inhibited, the kinetic energy is converted into electrical energy. Volumetric magnetic field braking allows you to create a speed-controlled air flow.
Магнитогазодинамическое ускорение потока продуктов сгорания в сопле двигателя увеличивает его кинетическую энергию и обеспечивает разгон ГЛА в полете до первой космической скорости. Magnetogasdynamic acceleration of the flow of combustion products in the nozzle of the engine increases its kinetic energy and ensures acceleration of the UAV in flight to the first space velocity.
Эффективное охлаждение теплонапряженных частей конструкции ГЛА до температур 850-1000оС при крейсерском атмосферном полете осуществляется за счет того, что тепло от аэродинамического нагрева, "впускаемое" внутрь конструкции, расходуется на проведение термохимических реакций.Effective cooling of the heat-stressed parts of the GLA design to temperatures of 850-1000 о С during cruising atmospheric flight is carried out due to the fact that heat from aerodynamic heating, which is "let in" into the structure, is spent on conducting thermochemical reactions.
На чертеже показана схема реализации способа. The drawing shows a diagram of the 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. Двигатель снабжен магнитогазодинамическим (МГД) генератором 8. The
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 300-400оС. Затем перегретый пар конвертируется при указанной температуре практически в автоматическом режиме с образованием смеси, основным компонентом которой является метан (70-80 об.). Низкотемпературный реактор 4 выполняется в виде отдельного блока, который может быть легко заменен после полета в случае закоксованности катализатора. Образовавшаяся газовая смесь подается в высокотемпературный реактор 5, расположенный в теплонапряженных частях планера и двигателя. Продукты реакции, смешиваясь в системе 6 смешения с исходным топливом из бака 2, поступают в камеру 7 сгорания двигателя. Двигатель ГЛА снабжен устройством для ионизации воздуха в набегающем потоке и системами его магнитогазодинамического торможения и ускорения (МГД-генератор 8). На входе двигателя в воздухозаборнике МГД-генератор 8 осуществляет торможение ионизированного воздушного потока, и его кинетическая энергия преобразуется в электрическую. Это обеспечивает оптимальный режим горения топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя.The mixture was UHT and water from
На выходе двигателя МГД-генератор 8 ускоряет поток продуктов сгорания и тем самым увеличивает его кинетическую энергию, обеспечивая разгон ГЛА до первой космической скорости. At the engine output, the
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. The way to create GLA thrust in cruising atmospheric flight mode allows for flight at speeds above 10,000 km / h at an altitude of 30-60 thousand m with a maximum flight range of about 20,000 km.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393010568A 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 |
---|---|---|---|
RU9393010568A 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 RU93010568A (en) | 1996-05-27 |
Family
ID=20137927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9393010568A 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) |
-
1993
- 1993-03-01 RU RU9393010568A patent/RU2042577C1/en active
Non-Patent Citations (2)
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 |
---|---|---|
Gurijanov et al. | AJAX-New directions in hypersonic technology | |
AU2014353052B2 (en) | Supersonic shock wave reactors, and associated systems and methods | |
RU2407586C2 (en) | Device and method of producing hydrogen gas by hydrocarbon fuel dehydrogenation | |
Houseman et al. | On-board hydrogen generator for a partial hydrogen injection internal combustion engine | |
JP2003506300A (en) | Plasma converter for converting fossil fuel to hydrogen-rich gas | |
EP1996679A1 (en) | A method of converting coal into fuels | |
Abashev et al. | Increase in the efficiency of a high-speed ramjet on hydrocarbon fuel at the flying vehicle acceleration up to M= 6+ | |
BR9714653A (en) | Reactor for gasifying material in demotors and unburned hydrocarbons | |
RU2042577C1 (en) | Method of creating thrust of hypersonic flying vehicle in cruising atmosphere flight conditions | |
JPH07284655A (en) | Heat carrying out device | |
RU2011864C1 (en) | Method of chemical regeneration of heat of exhaust gases of power plant | |
Messerle et al. | Hydrogen production by thermal plasma pyrolysis of hydrocarbon gases | |
RU2059537C1 (en) | Hypersonic flying vehicle | |
JPH0250888B2 (en) | ||
RU2524317C1 (en) | Conversion of power with recovery of energy carries in cyclic process of heat engine | |
RU2046203C1 (en) | Method of feeding hydrocarbon fuel in jet engine installation of flying vehicle and jet engine installation of flying vehicle | |
RO115714B1 (en) | METHOD FOR HYDROCARBON FUEL COMBUSTION | |
JPS5584391A (en) | Heating of coke particle | |
GB1063824A (en) | Gaseous phase reaction hydrocarbon cracking methods and apparatus | |
RU93010568A (en) | A METHOD OF CREATING A HYPERSOUND AIRCRAFT DRAFT IN CRUISER ATMOSPHERIC FLIGHT MODE | |
Kuranov et al. | Atmospheric cruise flight challenges for hypersonic vehicles under the Ajax concept | |
Korabelnikov et al. | Thermal protection of hypersonic flight vehicle using chemical heat regeneration | |
Korabelnikov et al. | Thermochemical conversion of hydrocarbon fuel under the concept'Ajax' | |
RU2065987C1 (en) | Method of operation of internal combustion engine | |
Altunin | Elaborating new specific parameters of a jet engine |