RU2066426C1

RU2066426C1 - Detonation chamber

Info

Publication number: RU2066426C1
Application number: RU93055657A
Authority: RU
Inventors: В.А. Поршнев; О.Н. Федорец; В.Н. Сорокин; Д.Ю. Смирнов
Original assignee: Саратовская научно-производственная фирма "Растр"
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1996-09-10

Abstract

FIELD: jet engine plants; pulsejet engines with resonance combustion chambers. SUBSTANCE: detonation chamber consists of housing 1, resonator 2 and detonation tubes 3. Detonation tubes are evenly arranged over perimeter of housing and their axial lines are intersected at point F which is geometric focus of inner surface of resonator rear wall. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям с резонансными камерами сгорания. The invention relates to pulsating jet engines with resonant combustion chambers.

Известны детонационные двигатели детонационного горения, в которых детонационная камера содержит плоскую или специальную форму передней стенки, переходящую в цилиндрическую форму, а противоположный (задний) конец камеры открыт и снабжен обычным соплом типа сопла ракетного двигателя (Мелькумов Т. М. и др. Ракетные двигатели. М. Машиностроение, 1976, с. 244, фиг. 13.2, с. 247, 256). Known detonation combustion engines in which the detonation chamber contains a flat or special shape of the front wall, turning into a cylindrical shape, and the opposite (rear) end of the chamber is open and equipped with a conventional nozzle type nozzle of a rocket engine (Melkumov T.M. et al. Rocket engines M. Engineering, 1976, p. 244, Fig. 13.2, p. 247, 256).

Наиболее близким по принципу работы и техническому исполнению к заявляемому изобретению является камера сгорания со сверхзвуковой скоростью истечения продуктов сгорания (патент Великобритании N 1541408 от 12.08.86 г. МКИ F 02 К 7/10). The closest in principle of operation and technical execution to the claimed invention is a combustion chamber with a supersonic velocity of the expiration of combustion products (UK patent N 1541408 from 08/12/86, MKI F 02 K 7/10).

Задача изобретения состоит в повышении надежности и эффективности работы системы инициирования детонационной камеры пульсирующего двигателя детонационного горения (ПДДГ). The objective of the invention is to increase the reliability and efficiency of the initiation system of the detonation chamber of a pulsating detonation combustion engine (PDDG).

Решение поставленной задачи осуществляется за счет более полного (ударного) дожигания продуктов сгорания топлива в детонационной камере ПДДГ и создания более благоприятных условий для возникновения детонации. The solution of this problem is carried out due to a more complete (shock) afterburning of the combustion products of the fuel in the detonation chamber of the PDDG and the creation of more favorable conditions for the occurrence of detonation.

Поставленная задача решается тем, что детонационные трубки расположены в корпусе устройства равномерно и таким образом, что их осевые линии пересекаются в одной точке, являющейся геометрическим фокусом задней стенки резонатора. The problem is solved in that the detonation tubes are located uniformly in the device body and so that their axial lines intersect at one point, which is the geometric focus of the back wall of the resonator.

На чертеже представлена предлагаемая детонационная камера. The drawing shows the proposed detonation chamber.

Камера состоит из корпуса 1, резонатора 2 и детонационных трубок 3, установленных под углом α к оси резонатора. The camera consists of a housing 1, a resonator 2 and detonation tubes 3 mounted at an angle α to the axis of the resonator.

Корпус 1 детонационной камеры предназначен для размещения и крепления на нем резонатора 2 и детонационных трубок 3. The housing 1 of the detonation chamber is designed to accommodate and mount on it the resonator 2 and detonation tubes 3.

Резонатор 2 предназначен для создания силы тяги за счет воздействия ударных волн на заднюю стенку его внутренней поверхности. The resonator 2 is designed to create traction due to the impact of shock waves on the back wall of its inner surface.

Детонационные трубки 3 предназначены для инициирования первичных детонационных волн. Detonation tubes 3 are designed to initiate primary detonation waves.

Работает детонационная камера следующим образом. The detonation chamber operates as follows.

Рабочая смесь из газогенератора поступает в полость Б, образованную между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью резонатора 2. Из полости Б истекая через кольцевую щель рабочая смесь образует плоскую кольцевую струю, являющуюся затвором устройства. При этом она разделяется на две составляющие. Одна из составляющих заполняет полость А резонатора, а вторая истекает из камеры. The working mixture from the gas generator enters the cavity B, formed between the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the resonator 2. From the cavity B, the working mixture flowing out through the annular gap forms a flat ring jet, which is the shutter of the device. At the same time, it is divided into two components. One of the components fills the cavity A of the resonator, and the second flows out of the chamber.

В момент полного заполнения полости А происходит инициирование рабочей смеси с помощью сходящихся в фокусе F детонационных волн, излучаемых детонационными трубками 3. Зародившийся в фокусе F процесс детонации распространяется на весь объем рабочей смеси, находящейся в полости А резонатора 2. При этом в полости А происходит резкое повышение давление, которое воздействует на внутренние поверхности резонатора 2. Кроме того, происходит резкое повышение температуры и выделение большого количества тепла, что также приводит к детонационному горению рабочей смеси. При разрушении затвора возникает равнодействующая силы тяги, направленная в сторону задней стенки резонатора 2. Величина этой силы состоит из следующих составляющих:
во-первых, она зависит от скорости и массы продуктов детонации, истекающих через открытый торец резонатора 2;
во-вторых, когда детонационная волна достигнет внутренней поверхности задней (тяговой) стенки резонатора 2, взаимодействуя с ней, создает основную составляющую силы тяги;
в-третьих, после разрушения затвора истекающие продукты детонации за счет своей высокой температуры воспламеняют и полностью дожигают вторую составляющую потока рабочей смеси, которая дополнительно разгоняется отраженной детонационной волной.At the moment of the complete filling of the cavity A, the working mixture is initiated using the detonation waves converging at the focus F emitted by the detonation tubes 3. The detonation process originating at the focus F extends to the entire volume of the working mixture located in the cavity A of the resonator 2. At the same time, the cavity A a sharp increase in pressure, which affects the internal surfaces of the resonator 2. In addition, there is a sharp increase in temperature and the release of a large amount of heat, which also leads to detonation eniyu working mixture. When the shutter is destroyed, a resultant traction force arises directed toward the rear wall of the resonator 2. The magnitude of this force consists of the following components:
firstly, it depends on the speed and mass of detonation products flowing out through the open end of the resonator 2;
secondly, when the detonation wave reaches the inner surface of the rear (traction) wall of the resonator 2, interacting with it, creates the main component of the traction force;
thirdly, after the shutter is destroyed, the expiring detonation products ignite and completely burn out the second component of the flow of the working mixture due to its high temperature, which is additionally accelerated by the reflected detonation wave.

После полного истечения продуктов детонации из полости А резонатора 2 происходит в нем падение давления, что вновь приводит к появлению плоской кольцевой струи. Образуется затвор, сопровождающийся заполнением полости А резонатора 2 и процесс детонационного горения и истечения повторяется вновь. After the complete expiration of the detonation products from the cavity A of the resonator 2, a pressure drop occurs in it, which again leads to the appearance of a flat annular jet. A shutter is formed, accompanied by the filling of the cavity A of the resonator 2 and the process of detonation combustion and outflow is repeated again.

Угол установки детонационных трубок a подбирается таким образом, чтобы обеспечить наилучшие условия для инициирования детонации и максимальную эффективность работы детонационной камеры. В свою очередь, угол a зависит от многих факторов, к числу которых в первую очередь относятся форма внутренней поверхности резонатора, химический состав и параметры рабочей смеси, характер истечения продуктов детонации и продуктов полного сгорания рабочей смеси. The installation angle of the detonation tubes a is selected in such a way as to provide the best conditions for initiating detonation and the maximum efficiency of the detonation chamber. In turn, the angle a depends on many factors, which primarily include the shape of the inner surface of the resonator, the chemical composition and parameters of the working mixture, the nature of the outflow of detonation products and the products of complete combustion of the working mixture.

Для разработанной конструкции характерна более высокая надежность работы. Это объясняется тем, что инициирование детонационного процесса обеспечивается за счет создания результирующей ударной волны (скачков уплотнения) резонаторе, как результат сходящихся в фокусе F детонационных волн, излучаемых детонационными трубками. Параметры результирующей ударной волны (температура и давление) в разработанном устройстве значительно выше, чем аналогичные параметры, создаваемые одной детонационной трубкой. Это объясняется тем, что при соударении детонационных волн происходит суммирование их кинетических энергий с дальнейшим превращением в дополнительное повышение температуры и давления рабочей смеси. The developed design is characterized by higher reliability. This is because the initiation of the detonation process is ensured by the creation of the resulting shock wave (shock waves) in the cavity, as a result of the detonation waves converging at the focus F emitted by the detonation tubes. The parameters of the resulting shock wave (temperature and pressure) in the developed device are significantly higher than similar parameters created by a single detonation tube. This is due to the fact that upon the collision of detonation waves, their kinetic energies are added together with a further transformation into an additional increase in temperature and pressure of the working mixture.

В свою очередь это приводит к увеличению вероятности возникновения детонационных процессов, а, следовательно, к увеличению надежности работы устройства. In turn, this leads to an increase in the likelihood of detonation processes, and, consequently, to an increase in the reliability of the device.

Кроме того, создание очага инициирования детонации в фокусе F резонатора обеспечивает одинаковый путь прохождения детонационных волн в рабочей смеси до внутренней поверхности резонатора 2. В результате этого равнодействующая сил давления (силы тяги) направлена вдоль оси симметрии резонатора, что значительно уменьшает потери тяги на ее эксцентриситет. В свою очередь, это приводит к повышению эффективности работы детонационной камеры. In addition, the creation of a detonation initiation zone at the focus F of the resonator provides the same path for detonation waves in the working mixture to reach the inner surface of resonator 2. As a result, the resultant of the pressure forces (traction forces) is directed along the symmetry axis of the resonator, which significantly reduces the thrust loss on its eccentricity . In turn, this leads to an increase in the efficiency of the detonation chamber.

Claims

A detonation chamber comprising a housing, a resonator, and detonation tubes, characterized in that the detonation tubes are arranged uniformly in the housing, while their axial lines intersect at one point, which is the geometric focus of the inner surface of the rear wall of the resonator.