RU2078974C1

RU2078974C1 - Adjustable detonation chamber of pulsejet engine

Info

Publication number: RU2078974C1
Application number: RU93055659A
Authority: RU
Inventors: В.А. Поршнев; О.Н. Федорец; В.Н. Сорокин; В.В. Кутайцев
Original assignee: Саратовская научно-производственная фирма "Растр"
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1997-05-10

Abstract

FIELD: pulsejet engines with resonance combustion chambers. SUBSTANCE: detonation chamber has housing, resonator and detonation tubes. Mixture flowing from gas generator through circular slit enters resonator chamber forming flat circular jet which is used as lock for device. At moment of complete filling of resonator chamber, signal for delivery of detonation pulses is fed only to one pair of detonation tubes. To increase modulus of thrust vector, detonation pulse repetition frequency in resonator shall be changed. To this end, command is fed from thrust vector control system to other pairs of detonation tubes at interval between operation of starting pair of detonation tubes and preparation of them for delivery of next detonation pulses. Maximum magnitude of thrust vector modulus is obtained at subsequent operation of all pairs of detonation tubes and minimum magnitude is obtained at operation of one pair only. EFFECT: possibility of change of thrust vector modulus due to introduction of additional pairs of detonation tubes and delivery of signals from control system in definite sequence. 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 (способ получения тяги и устройство для получения тяги). Known detonation engines of detonation combustion (a method of producing traction and a device for receiving traction).

Наиболее близким к изобретению как по принципу действия, так и по техническому исполнению является двигатель, в котором 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. Уровень тяги такого двигателя пропорционально зависит от объема детонационной камеры и рабочей частоты происходящего в ней процесса. Если, например, частота внутрикамерных процессов будет увеличена в 5 раз, а объем камеры увеличится в 2 раза, то новый двигатель будет развивать тягу в 10 раз больше исходного уровня. Closest to the invention both in principle of operation and in technical design is an engine 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 such as a rocket engine nozzle . The thrust level of such an engine is proportionally dependent on the volume of the detonation chamber and the operating frequency of the process occurring in it. If, for example, the frequency of in-chamber processes is increased by 5 times, and the chamber volume increases by 2 times, then the new engine will develop traction 10 times more than the initial level.

Задача изобретения состоит в увеличении скорости летательного аппарата за счет усовершенствования конструкции и работы двигателя. The objective of the invention is to increase the speed of the aircraft by improving the design and operation of the engine.

Решение поставленной задачи осуществляется изменением тяги двигателя в широких пределах за счет изменения частоты внутрикамерных процессов. The solution of this problem is carried out by changing the engine thrust in a wide range due to changes in the frequency of in-chamber processes.

Поставленная задача достигается тем, что воспламенительные устройства детонационных трубок, количество которых выбирается из условия соотношения времен заполнения полости резонатора и срабатывания детонационной трубки, закоммутированы с системой управления модулем вектора тяги двигателя как минимум соосно-попарно в заданной последовательности. The task is achieved in that the ignition devices of the detonation tubes, the number of which is selected from the condition of the ratio of the cavity filling times to the response of the detonation tube, are switched at least coaxially in pairs in a predetermined sequence with the engine thrust vector module control system.

На чертеже представлена регулируемая детонационная камера. The drawing shows an adjustable detonation chamber.

Она состоит из корпуса 1, резонатора 2 и детонационных трубок 3. Корпус 1 регулируемой детонационной камеры предназначен для размещения и крепления на нем резонатора 2 и детонационных трубок 3. Резонатор 2 предназначен для создания силы тяги за счет воздействия ударных волн на заднюю стенку его внутренней поверхности. Детонационные трубки 3 предназначены для инициирования первичных детонационных волн
Работает регулируемая детонационная камера следующим образом. 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. 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 давления, 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.It consists of a housing 1, a resonator 2 and detonation tubes 3. A housing 1 of an adjustable detonation chamber is designed to accommodate and fasten a resonator 2 and detonation tubes 3 on it. The resonator 2 is designed to create traction due to the impact of shock waves on the back wall of its inner surface . Detonation tubes 3 are designed to initiate primary detonation waves
The adjustable detonation chamber operates as follows. 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, expiring through the annular gap, the working mixture forms a flat ring jet, which is the shutter of the device. In this case, 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. 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 towards the rear wall of the resonator 2.

Величина этой силы состоит из следующих составляющих:
во-первых, она зависит от скорости и массы продуктов детонации, истекающих через открытый конец 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.The magnitude of this force consists of the following components:
firstly, it depends on the speed and mass of detonation products flowing 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.

Для изменения модуля вектора тяги необходимо изменить частоту следования детонационных импульсов. Однако частота инициирования существующих детонационных трубок ограничена их конструкцией, что не позволяет изменить величину тяги в широких пределах. Это объясняется тем, что детонационные трубки выдают инициирующий импульс с временной задержкой Т, связанной с транспортным запаздыванием. Величина этой задержки определяется конструктивными особенностями детонационных трубок 3. To change the thrust vector module, it is necessary to change the repetition rate of detonation pulses. However, the frequency of initiation of existing detonation tubes is limited by their design, which does not allow changing the thrust value over a wide range. This is due to the fact that detonation tubes give an initiating pulse with a time delay T associated with the transport delay. The magnitude of this delay is determined by the design features of the detonation tubes 3.

В свою очередь время заполнения Т₁ полости резонатора 2 для пульсирующих двигателей детонационного горения (ПДДГ) составляет (0,1.1,0)• 10^-3 с. Следовательно, частота следования инициирующих импульсов F значительно меньше частоты заполнения полости резонатора f₁. Для получения оптимальных параметров, обеспечивающих наиболее экономичный режим работы ПДДГ, целесообразно проектировать его таким образом, чтобы f=f₁, что соответствует его работе на резонансном режиме. Следовательно, для увеличения модуля вектора тяги, а также для повышения экономичности работы двигателя на форсированном режиме необходимо установить дополнительные пары детонационных трубок 3. Количество пар трубок подбирается таким образом, чтобы каждая пара обеспечивала бы выдачу детонационного импульса по мере заполнения полости А резонатора 2. Число пар трубок n определяется из соотношения

На чертеже представлена детонационная камера с 4-мя парами детонационных трубок.In turn, the filling time T _{1 of the} cavity of the resonator 2 for pulsating detonation combustion engines (PDDG) is (0.1.1.0) • 10 ^-3 s. Therefore, the repetition rate of the initiating pulses F is much less than the frequency of filling the cavity of the resonator f ₁ . To obtain the optimal parameters that provide the most economical mode of operation of the PDDG, it is advisable to design it in such a way that f = f ₁ , which corresponds to its operation in the resonant mode. Therefore, to increase the thrust vector module, as well as to increase the efficiency of the engine in forced mode, it is necessary to install additional pairs of detonation tubes 3. The number of pairs of tubes is selected so that each pair provides a detonation pulse as the cavity A of cavity 2 is filled. Number pairs of tubes n are determined from the relation

The drawing shows a detonation chamber with 4 pairs of detonation tubes.

Работает система управления модулем вектора тяги следующим образом. В первоначальный момент времени сигнал на выдачу детонационных импульсов подается только на одну пару детонационных трубок, например 1-1. Для увеличения модуля вектора тяги ПДДГ необходимо изменить частоту следования детонационных импульсов в резонаторе 2. Это достигается тем, что в промежутке между срабатыванием пары детонационных трубок 1-1 и подготовкой их к выдаче очередных детонационных импульсов подается команда от системы управления модулем вектора тяги на другие пары детонационных трубок. При этом общее время последовательного срабатывания всех промежуточных детонационных трубок (2-2. 4-4) не должно превышать время подготовки к работе исходной детонационной пары (1.1). Максимальное значение модуля вектора тяги достигается при последовательном срабатывании всех пар детонационных трубок, а минимальное значение -при срабатывании всех трубок. Другие варианты срабатывания детонационных трубок соответствуют промежуточным значениям модуля вектора тяги. The thrust vector module control system operates as follows. At the initial time, the signal for issuing detonation pulses is supplied to only one pair of detonation tubes, for example, 1-1. To increase the PDDG thrust vector module, it is necessary to change the repetition rate of detonation pulses in resonator 2. This is achieved by the fact that in the interval between the operation of a pair of detonation tubes 1-1 and their preparation for issuing next detonation pulses, a command is sent from the control system of the thrust vector module to other pairs detonation tubes. In this case, the total time of successive operation of all intermediate detonation tubes (2-2. 4-4) should not exceed the preparation time for operation of the initial detonation pair (1.1). The maximum value of the thrust vector module is achieved with the successive operation of all pairs of detonation tubes, and the minimum value with the operation of all tubes. Other detonation tube response options correspond to intermediate values of the thrust vector module.

Таким образом, введение в конструкцию камеры дополнительных пар детонационных трубок с подачей на них в определенной последовательности управляющих сигналов от системы управления позволяет изменять величину модуля вектора тяги ПДДГ. Thus, the introduction of additional pairs of detonation tubes into the chamber design with the supply of control signals from the control system to them in a certain sequence allows changing the magnitude of the PDDG thrust vector module.

Claims

An adjustable detonation chamber of a pulsating jet engine comprising a housing, a resonator and detonation tubes with igniter devices, characterized in that the detonation tubes are arranged radially and uniformly along the perimeter of the resonator, while the ignition devices are connected at least in alignment with the control system of the engine thrust vector module pairwise in a given sequence, and the number of detonation tubes is determined by the ratio of the cavity filling time is resonant pa to the response time of the detonation tube.