RU2315193C1 - Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution - Google Patents

Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution Download PDF

Info

Publication number
RU2315193C1
RU2315193C1 RU2006112407/06A RU2006112407A RU2315193C1 RU 2315193 C1 RU2315193 C1 RU 2315193C1 RU 2006112407/06 A RU2006112407/06 A RU 2006112407/06A RU 2006112407 A RU2006112407 A RU 2006112407A RU 2315193 C1 RU2315193 C1 RU 2315193C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
combustion chamber
propellant
combustion
engine
Prior art date
Application number
RU2006112407/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006112407A (en
Inventor
Михаил Семенович Тарарышкин
Авенир Васильевич Кудрявцев
Владимир Алексеевич Степанов
Вячеслав Пантелеймонович Митрохин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
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
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority to RU2006112407/06A priority Critical patent/RU2315193C1/en
Publication of RU2006112407A publication Critical patent/RU2006112407A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2315193C1 publication Critical patent/RU2315193C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: rocketry.
SUBSTANCE: proposed ramjet engine contains air intake, generator with propellant combustion chamber with fuel unit and exit nozzle. Propellant carrying sections with nozzles for efflux of propellant jets from inner spaces of sections into inner space of combustion chamber are installed in combustion chamber and connected to control unit. Nozzles in each propellant carrying section are distributed over perimeter of combustion chamber, and their axes are pointed at angle of 90°>β>0° to axis of combustion chamber. Propellant charges differing in chemical composition and aggregative state are arranged in different propellant carrying sections. One or several propellant carrying sections are installed in narrowing (subsonic) part of engine exit nozzle.
EFFECT: improved mixing of propellant components providing complete combustion of propellant, improved stability of burning process in combustion chamber of ramjet engine.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к прямоточным воздушно-реактивным двигателям (ПВРД), и может быть использовано в двигательных установках летательных аппаратов (ЛА) больших скоростей полета. К их числу относятся комбинированные прямоточные воздушно-реактивные двигатели (КПВРД) и ракетно-прямоточные двигатели (РПД).The invention relates to aircraft engine manufacturing, and in particular to ramjet engines, and can be used in propulsion systems of aircraft (high-speed aircraft). These include combined ramjet engines (ATRMs) and ramjet rocket engines (RPDs).

Проблема создания эффективной двигательной установки для работы в широком диапазоне высот и скоростей полета связана с разработкой ПВРД и РПД. Возросшие требования к современным ПВРД и их элементам определяются широким диапазоном высот (Н=0...40 км) и скоростей применения (М=2÷8) ЛА. На повестку дня встали вопросы, связанные с разработкой многорежимных ПВРД с регулируемыми по расходу газогенераторами, работающими на высокоэнергетических топливах. Такие ПВРД содержат в продуктах первичного горения в газогенераторе большое количество мелкодисперсной твердой высокоэнергетической фазы (>30% по массе). Возникает необходимость решения новых задач для их эффективного сжигания в камере сгорания. Так, при скорости полета, соответствующей числу М=7, температура дозвукового воздушного потока, поступающего в воздушную камеру, достигает ТВ≈2100 К. Исследования показывают, что высокая температура воздушного потока улучшает горение высокоэнергетических частиц твердой фазы, находящейся в спутных (с воздушным потоком) газогенераторных струях, но снижает эффективность горения газовой фазы.The problem of creating an effective propulsion system for operation in a wide range of altitudes and flight speeds is associated with the development of ramjet and RPD. Increased requirements for modern ramjet and their elements are determined by a wide range of heights (N = 0 ... 40 km) and application speeds (M = 2 ÷ 8) of the aircraft. On the agenda were issues related to the development of multi-mode ramjet rams with flow-controlled gas generators operating on high-energy fuels. Such ramjet engines contain in the primary combustion products in the gas generator a large amount of finely divided solid high-energy phase (> 30% by weight). There is a need to solve new problems for their efficient combustion in the combustion chamber. So, at a flight speed corresponding to the number M = 7, the temperature of the subsonic air stream entering the air chamber reaches T B ≈ 2100 K. Studies show that a high temperature of the air stream improves the combustion of high-energy particles of the solid phase located in the entangled (with the air flow) gas-generating jets, but reduces the combustion efficiency of the gas phase.

Как известно, эффективность процессов смешения и горения в диффузионном режиме зависит от приведенной длины камеры сгорания Хпр:As you know, the efficiency of the processes of mixing and combustion in the diffusion mode depends on the reduced length of the combustion chamber X pr :

Figure 00000002
Figure 00000002

где Lкс - длина камеры сгорания;where L cc is the length of the combustion chamber;

Dкс - диаметр камеры сгорания;D x - the diameter of the combustion chamber;

КС - количество сопел газогенератора;To With - the number of nozzles of the gas generator;

α - коэффициент избытка воздуха;α is the coefficient of excess air;

ТВ - температура воздуха на входе в камеру.T B - air temperature at the inlet to the chamber.

Ухудшение диффузионного процесса горения газовой фазы при высокой температуре спутного воздушного потока связано с увеличением длин диффузионных струй и факелов (Sosounov V.A. Some problems Concerning Optimal Ducted Rocket Engine with secondary Burning // Procedings of the 2rd ISABE Conf. 1974). Наоборот, при малых скоростях полета (число Маха М≈2) и, соответственно, низких температурах воздушного потока, улучшается горение газовой фазы, но резко ухудшается горение твердых частиц.The deterioration of the diffusion process of combustion of the gas phase at a high temperature of the satellite air stream is associated with an increase in the lengths of diffusion jets and flares (Sosounov V.A. Some problems Concerning Optimal Ducted Rocket Engine with secondary Burning // Procedings of the 2rd ISABE Conf. 1974). On the contrary, at low flight speeds (Mach number M≈2) and, accordingly, low air flow temperatures, the combustion of the gas phase improves, but the combustion of solid particles sharply worsens.

Известен ракетно-прямоточный двигатель на твердом топливе (РПДТ) (Зенитные ракетные комплексы ПВО СВ. Техника и вооружения, №5-6, 1999), который имеет цилиндрический газогенератор с зарядом, горящим по торцу. Переобогащенные горючими веществами топливные струи через сопла истекают из газогенератора в воздушную камеру, где смешиваются и догорают в спутном воздушном потоке, поступающем из воздухозаборника. Особенностью рабочего процесса в двигателе являлся сосредоточенный (локализованный) в начале воздушной камеры подвод воздуха из воздухозаборника и топлива из газогенератора. В двигателе, благодаря большой длине камеры и низкому значению коэффициента стехиометрии топлива L0 в зависимости от коэффициента избытка воздуха α, была получена высокая полнота сжигания η=0.87÷0.95 топлива малой теплотворной способности Hu<5000 ккал/кг в спутном воздушном потоке. Невысокие значения температуры торможения воздушного потока ТВ≤500 К, поступающего в воздушную камеру, также способствовали хорошему смешению спутных топливных струй с воздушным потоком и их дожиганию.Known solid-propellant rocket-propelled engine (RPDT) (Anti-aircraft missile systems air defense SV. Technique and armament, No. 5-6, 1999), which has a cylindrical gas generator with a charge burning at the end. Re-enriched with combustible substances fuel jets through nozzles flow from the gas generator into the air chamber, where they are mixed and burned out in a satellite air stream coming from the air intake. A feature of the working process in the engine was concentrated (localized) at the beginning of the air chamber air supply from the air intake and fuel from the gas generator. Due to the large chamber length and low value of the fuel stoichiometry coefficient L 0 depending on the air excess coefficient α, a high completeness of burning η = 0.87 ÷ 0.95 of low calorific value fuel Hu <5000 kcal / kg in a satellite air flow was obtained. The low values of the braking temperature of the air flow T B ≤500 K entering the air chamber also contributed to a good mixing of the propellant fuel jets with the air flow and their afterburning.

Недостатками данного РПД являются узкий диапазон скоростей применения, соответствующих числу Маха М≈2, низкая калорийность топлива РПД и низкие удельные параметры двигателя.The disadvantages of this RPM are a narrow range of application speeds corresponding to the Mach number M≈2, low calorific value of RPD fuel and low specific engine parameters.

Возможности улучшения процессов смешения и горения газогенераторных струй в спутном потоке воздуха, как это выполнено в камере сгорания этого двигателя (Зенитные ракетные комплексы ПВО СВ. Техника и вооружения, №5-6, 1999), ограничены по двум причинам. Во-первых, смешение всех топливных струй (всего расхода топлива), истекающих из газогенератора в камеру, с воздушным потоком, втекающим в нее из воздухозаборного устройства (ВЗУ), начинается в одном месте, в передней части камеры. Вследствие этого увеличиваются толщина факела, длина слоя смешения и потребная длина камеры, которая ограничена общей длиной двигательной установки (ДУ) и необходимостью размещения газогенератора с топливом. Во-вторых, существуют ограничения по максимальному количеству сопел газогенератора и их суммарной площади. Специфика регулируемого газогенератора в том, что количество сопел и величина их площади, при условии соблюдения в них сверх или критического перепада давления, должны быть согласованы с площадью поверхности топливного заряда, выгорающего по закону:The possibilities of improving the processes of mixing and combustion of gas-generating jets in a satellite air stream, as is done in the combustion chamber of this engine (anti-aircraft missile systems air defense SV. Technique and armament, No. 5-6, 1999), are limited for two reasons. Firstly, the mixing of all fuel jets (total fuel consumption) flowing from the gas generator into the chamber, with the air flow flowing into it from the air intake device (VZU), begins in one place, in front of the chamber. As a result, the thickness of the flame, the length of the mixing layer and the required length of the chamber, which is limited by the total length of the propulsion system and the need to place a gas generator with fuel, increase. Secondly, there are restrictions on the maximum number of gas generator nozzles and their total area. The specificity of the controlled gas generator is that the number of nozzles and the size of their area, provided that they exceed or exceed a critical pressure drop, must be consistent with the surface area of the fuel charge that burns out according to the law:

UT=U0·Pν,U T = U 0 · P ν ,

где UT - скорость горения топлива;where U T is the burning rate of the fuel;

U0 - коэффициент скорости;U 0 is the speed coefficient;

Р - давление в газогенераторе;P is the pressure in the gas generator;

ν - показатель степени в законе горения.ν is an exponent in the law of combustion.

В случае докритического перепада давления в соплах газогенератора их количество Кс ограничено возможным слиянием факелов и ухудшением смешения. Кроме того, при высоком давлении в газогенераторе, в случае применения выходных сопел малого диаметра, увеличивается вероятность их зашлаковки. Поэтому существуют максимум КC и минимум диаметра критического сечения выходного сопла dс.кр, за пределами которых совместная работа газогенератора (с твердым топливом) и камеры сгорания затруднительна. Из-за ограничений на КC преимущества от применения прямоугольных и других форм форсунок не велики.In case subcritical pressure drop in the nozzles of the gas generator the number K with limited possibility of merging flames and deterioration mixing. In addition, at high pressure in the gas generator, in the case of using output nozzles of small diameter, the likelihood of slagging increases. Therefore, there is a maximum of K C and a minimum of the diameter of the critical section of the outlet nozzle d c.cr , beyond which the combined operation of the gas generator (with solid fuel) and the combustion chamber is difficult. Due to limitations on K C, the benefits of using rectangular and other nozzle shapes are not great.

Современный уровень значений параметров регулируемых газогенераторов и их топлив определяет интервал Кс=3÷16 и минимум dc.кр>4÷6 мм. Расчеты показывают, что в РПДТ, имеющем приведенную длину камеры Хпр>20 (КC=8÷10) и 50% твердой фазы в топливных струях, полнота сгорания топлива в камере не превышает значений 0.6÷0.7 при температуре воздуха, равной TB≈800 K (Аннушкин Ю.М., Свердлов Е.Д. Закономерности изменения длины диффузионного пламени газообразующих топлив в спутном потоке воздуха. Физика горения взрыва, №3, 1984 г., стр.256-268. Захаров В.М., Клячко Л.А., Репников А.А., Строкин В.Н. Процессы диффузионнного и гетерогенного горения в реактивных двигателях (применительно к РПДТ). Монография ЦИАМ. Москва, 1969 г. стр.327). При таком большом недожоге топлива тяга РПД, например, в условиях полета на Н=10 км и М=4.85 может быть в два раза (и более) меньше тяги РПД, в котором процесс горения идет с полнотой η=0.87. Следует отметить, что рост энергетики твердых топлив (ТТ) ПВРД неизбежно ведет к увеличению количества высокоэнергетической твердой фазы в продуктах первичного горения в газогенераторе. Поэтому описанные выше недостатки рабочего процесса, присущие этой схеме двигателя, носят принципиальный характер и ограничивают ее применение в современных условиях.The current level of parameter values of controlled gas generators and their fuels determines the interval K c = 3 ÷ 16 and a minimum of d c.kr > 4 ÷ 6 mm. Calculations show that in RPDT having a reduced chamber length X pr > 20 (K C = 8 ÷ 10) and 50% of the solid phase in the fuel jets, the completeness of fuel combustion in the chamber does not exceed 0.6 ÷ 0.7 at an air temperature equal to T B ≈800 K (Annushkin Yu.M., Sverdlov E.D. Patterns of change in the length of the diffusion flame of gas-generating fuels in a satellite air stream. Explosion Combustion Physics, No. 3, 1984, pp. 256-268. V. Zakharov, Klyachko LA, Repnikov AA, Strokin VN Diffusion and heterogeneous combustion processes in jet engines (in relation to RPTT). TsIAM.Moscow, 1969 p. 327). With such a large underburning of fuel, the RPM thrust, for example, under flight conditions at H = 10 km and M = 4.85, can be two times (or more) less than the RPM thrust, in which the combustion process proceeds with fullness η = 0.87. It should be noted that an increase in the energy of solid fuels (TT) ramjet inevitably leads to an increase in the amount of high-energy solid phase in the primary combustion products in the gas generator. Therefore, the above-described disadvantages of the working process inherent in this engine design are fundamental in nature and limit its use in modern conditions.

Известен ИПВРД комбинированного цикла (патент США USP №4441312, 22.06.79), содержащий воздухозаборник, газогенератор с топливом РПД, камеру сгорания с размещенными в ней зарядом ТТ разгонного двигателя (РД) и зарядом твердого горючего ПВРД и выходное сопло, причем на режиме прямоточного двигателя осуществляется совместный процесс дожигания газогенераторных топливных струй и распределенный по длине заряда твердого горючего тепломассоподвод в пограничном слое на его поверхности.Known IPVRD combined cycle (US patent USP No. 4441312, 06.22.79), containing an air intake, a gas generator with fuel RPD, a combustion chamber with a charge of a boost acceleration engine (RD) and a charge of solid fuel ramjet and an output nozzle, and in direct-flow mode The engine carries out a joint process of afterburning gas-generating fuel jets and distributed along the charge of solid fuel heat and mass supply in the boundary layer on its surface.

Недостатком данного технического решения, принятого за прототип, является то, что эффективное смешение и дожигание горючих компонентов, накопленных в пограничном слое, требует большой длины камеры, что может быть серьезным недостатком при габаритных ограничениях на конструкцию.The disadvantage of this technical solution adopted for the prototype is that the effective mixing and afterburning of combustible components accumulated in the boundary layer requires a large chamber length, which can be a serious drawback with overall design restrictions.

Задачей данного изобретения является обеспечение эффективности рабочего процесса двигателя при до- и сверхзвуковых скоростях воздушного потока в камере.The objective of the invention is to ensure the efficiency of the engine workflow at supersonic and supersonic air flow rates in the chamber.

Технический результат заключается в улучшении смешения топливных струй с воздушным потоком, увеличении полноты сгорания топлива, возможности управления расходом топлива и энтальпией продуктов сгорания.The technical result consists in improving the mixing of fuel jets with the air flow, increasing the completeness of fuel combustion, the ability to control fuel consumption and the enthalpy of combustion products.

Решение технической задачи достигается тем, что весь или часть запаса топлива прямоточной ступени размещается в N-изолированных, расположенных в камере сгорания, топливонесущих секциях (ТС), в т.ч. газогенераторных, с соплами, направленными под углом к газовоздушному потоку.The solution to the technical problem is achieved by the fact that all or part of the fuel supply of the direct-flow stage is located in N-insulated fuel-carrying sections (TS) located in the combustion chamber, incl. gas generating, with nozzles directed at an angle to the gas flow.

Технический результат достигается тем, что в прямоточном воздушно-реактивном двигателе (ПВРД), содержащем воздухозаборник, газогенератор с топливом, камеру сгорания с блоком горючего (топлива) и выходное сопло двигателя, в камере сгорания установлены подсоединенные к блоку управления топливонесущие секции с соплами для истечения топливных струй из внутренних полостей секций во внутреннее пространство камеры сгорания, причем в каждой топливонесущей секции сопла распределены по периметру камеры сгорания, а их оси направлены под углом 90°≥β>0° к оси камеры сгорания.The technical result is achieved by the fact that in a ramjet engine (ramjet) containing an air intake, a gas generator with fuel, a combustion chamber with a fuel unit (fuel) and an engine outlet nozzle, fuel-carrying sections with nozzles for flowing out connected to the control unit are installed in the combustion chamber fuel jets from the internal cavities of the sections into the internal space of the combustion chamber, and in each fuel-carrying section of the nozzle are distributed around the perimeter of the combustion chamber, and their axes are directed at an angle of 90 ≥β> 0 ° to the axis of the combustion chamber.

Технический результат достигается также тем, что в разных топливонесущих секциях размещаются заряды топлив, различные по химическому составу и агрегатному состоянию.The technical result is also achieved by the fact that in different fuel-carrying sections are placed fuel charges, different in chemical composition and state of aggregation.

Кроме того, технический результат достигается тем, что одна или несколько топливонесущих секций могут быть установлены в сужающейся (дозвуковой) части выходного сопла двигателя.In addition, the technical result is achieved in that one or more fuel-carrying sections can be installed in the tapering (subsonic) part of the output nozzle of the engine.

На различных режимах работы двигателя определены следующие его достоинства:At various modes of engine operation, the following advantages are defined:

- эффективное смешение топливных струй с набегающим воздушным потоком и высокая полнота сгорания топлива в камере сгорания;- effective mixing of fuel jets with the oncoming air flow and high completeness of combustion of fuel in the combustion chamber;

- изменение энтальпии продуктов сгорания путем включения секций с топливами разного химического состава;- change in the enthalpy of combustion products by including sections with fuels of different chemical composition;

- эффективная работа двигателя при до- и сверхзвуковых скоростях воздушного потока в камере.- effective engine operation at supersonic and supersonic air flow rates in the chamber.

На фиг.1 показан двигатель в продольном разрезе.Figure 1 shows the engine in longitudinal section.

На фиг.2 показано поперечное сечение двигателя А-А.Figure 2 shows the cross section of the engine aa.

На фиг.3 представлен N-секционный топливный модуль (в т.ч. газогенератор) с ТС круглого и прямоугольного поперечного сечения.Figure 3 presents the N-section fuel module (including a gas generator) with a vehicle of circular and rectangular cross section.

На фиг.4 показан продольный разрез одной секции с зарядом твердого топлива, выгорающим по окружности со скоростью UT, истекающей топливной струей с расходом GT.Figure 4 shows a longitudinal section of one section with a charge of solid fuel burning around the circumference with a speed U T flowing out of a fuel stream with a flow rate G T.

На фиг.5 изображена схема течения в сносящем газовоздушном потоке с расходом GB.Figure 5 shows a flow diagram in a carrying gas stream with a flow rate G B.

Предлагается двигательная установка с многосекционным топливным модулем (МТМ) твердого (или любого другого агрегатного состояния) топлива, который выполнен в виде кольцевого цилиндра. Внутренняя поверхность цилиндра является составной частью обечайки камеры сгорания, в которую воздух поступает из воздухозаборного устройства (ВЗУ), а топливные струи вдуваются из отверстий в топливных секциях (ТС), снабженных соплами и размещенных на обечайке камеры сгорания или выходного сопла двигателя. Сопла ТС распределены по длине и окружности камеры сгорания и направлены под углом к газовоздушному потоку так, что реализуется распределенный по длине тепломассоподвод и горение с высокой полнотой (η>0.8) сгорания топлива. Топливо размещено во внутренней полости каждой секции, расположенной по периметру внутри камеры сгорания и представляющей собой канал круглого (овального) или прямоугольного поперечного сечения. Известно, что наибольшее давление выдерживает круглая трубка. При толщине стенки δ=1 мм стальная трубка с внутренним диаметром d=10 мм выдерживает давление Р≈300 кг/см2.A propulsion system with a multi-section fuel module (MTM) of solid (or any other aggregate state) fuel is proposed, which is made in the form of an annular cylinder. The inner surface of the cylinder is an integral part of the shell of the combustion chamber, into which air enters from the air intake device (VZU), and the fuel jets are blown from the openings in the fuel sections (TS), equipped with nozzles and placed on the shell of the combustion chamber or engine exhaust nozzle. The nozzles of the vehicle are distributed along the length and circumference of the combustion chamber and are directed at an angle to the gas flow so that heat and mass distribution and combustion with a high degree of completeness (η> 0.8) of fuel combustion are realized. Fuel is placed in the inner cavity of each section, located around the perimeter inside the combustion chamber and representing a channel of round (oval) or rectangular cross section. A round tube is known to withstand the greatest pressure. With a wall thickness of δ = 1 mm, a steel tube with an inner diameter of d = 10 mm withstands a pressure of P≈300 kg / cm 2 .

Особенность предлагаемой схемы двигательной установки (ДУ) с многосекционным топливным модулем состоит в том, что расход топлива, который вырабатывает каждая ТС, составляет 10-30 г/с. При этом уровень давления не превышает Р=30 кг/см2. Поэтому для получения максимального заполнения топливом МТМ и уменьшения его длины предпочтительнее использовать топливонесущие секции прямоугольного сечения.A feature of the proposed scheme of a propulsion system (DU) with a multi-section fuel module is that the fuel consumption that each vehicle produces is 10-30 g / s. The pressure level does not exceed P = 30 kg / cm 2 . Therefore, in order to obtain the maximum filling with MTM fuel and reduce its length, it is preferable to use fuel-carrying sections of rectangular cross section.

К преимуществам МТМ можно отнести большое количество сопел ТС для впрыска топлива. Так, например, для ТС с внутренним диаметром d=120 мм и площадью (по топливу) прямоугольного сечения ST=10 см2 (шириной b=2.8 см, высотой h=3.57 см, см. фиг.3), масса топлива Мт=23 кг, с плотностью ρт=1.3 г/см3, размещается в 36 секциях (торах). Соответственно, количество сопел ТС Nтс=36. В случае применения топливных секций с горением по двум торцам количество сопел ТС удваивается, увеличиваются приведенная длина камеры сгорания (Хпр>80) и полнота сгорания.The advantages of MTM include a large number of vehicle nozzles for fuel injection. So, for example, for a vehicle with an inner diameter of d = 120 mm and an area (by fuel) of rectangular cross section S T = 10 cm 2 (width b = 2.8 cm, height h = 3.57 cm, see FIG. 3), fuel mass M t = 23 kg, with a density ρ t = 1.3 g / cm 3 , is located in 36 sections (tori). Accordingly, the number of nozzles TC N mc = 36. In the case of using fuel sections with combustion at two ends, the number of nozzles of the vehicle doubles, the reduced length of the combustion chamber (X pr > 80) and the completeness of combustion increase.

Ожидаемый прирост полноты сгорания связан не только с увеличением числа сопел ТС. Характерной особенностью и преимуществом поперечного вдува топливных струй в воздушный поток является быстрое их смешение с воздухом. При поперечном вдуве факел становится коротким. Известно (Г.Н.Абрамович, М.Т.Бортников и др. Под редакцией Б.П.Лебедева. Камеры сгорания авиационных газотурбинных двигателей /МАП СССР / Институт им. П.И.Баранова. Москва. 1957 г.), что длина факела может быть в пределах 1-2 калибров диаметра выходного отверстия. Кроме того, как видно из фиг.3, 5, под воздействием сносящего воздушного потока топливная струя разворачивается и приобретает подковообразную форму, внутри которой находится вихревая структура, способствующая процессам стабилизации и горения. Форма струи и глубина ее проникновения (отношение Y/X, фиг.3) зависят от соотношения скоростных напоров воздушного потока и топливной струи, а также диаметра сопла ТС и угла между сносящим потоком и струей, вытекающей из сопла.The expected increase in the completeness of combustion is associated not only with an increase in the number of nozzles of the vehicle. A characteristic feature and advantage of the transverse injection of fuel jets into the air stream is their rapid mixing with air. With transverse blowing, the torch becomes short. It is known (G.N. Abramovich, M.T. Bortnikov and others. Edited by B.P. Lebedev. Combustion chambers of aircraft gas turbine engines / MAP USSR / Institute named after P.I. Baranov. Moscow. 1957) that the length of the torch can be within 1-2 calibers of the diameter of the outlet. In addition, as can be seen from Figs. 3 and 5, under the influence of a blowing air stream, the fuel jet unfolds and acquires a horseshoe shape, inside which there is a vortex structure that contributes to stabilization and combustion processes. The shape of the jet and its penetration depth (Y / X ratio, FIG. 3) depend on the ratio of the high-pressure heads of the air flow and the fuel jet, as well as the diameter of the nozzle TC and the angle between the drift stream and the jet flowing from the nozzle.

Важным преимуществом МТМ является отсутствие необходимости в регуляторе расхода топлива. Ступенчатое увеличение расхода топлива, как и его уменьшение (обнуление) обеспечиваются количеством и порядком включения секций.An important advantage of MTM is the lack of a fuel consumption regulator. The stepwise increase in fuel consumption, as well as its decrease (zeroing) are provided by the number and order of switching sections.

Суммарная длина L такого МТМ, в зависимости от толщины перегородок между ТС, колеблется в пределах 1045 мм<L<1200 мм и на 200-300 мм больше длины моноблочного газогенератора (МГ) вместе с регулятором. Однако длина проточной части камеры сгорания ПВРД (РПД) с ТС также увеличивается и, в случае полной замены моноблочного газогенератора, становится равной длине всего двигателя. При этом, как показывают оценки, количество топлива разгонной ступени (на чертеже не показана) остается неизменным.The total length L of such an MTM, depending on the thickness of the partitions between the vehicles, varies within 1045 mm <L <1200 mm and is 200-300 mm longer than the length of a monoblock gas generator (MG) together with a regulator. However, the length of the flow path of the ramjet (RPD) combustion chamber with the vehicle also increases and, in the event of a complete replacement of the monoblock gas generator, becomes equal to the length of the entire engine. At the same time, as estimates show, the amount of fuel of the booster stage (not shown in the drawing) remains unchanged.

Предлагаемый КПВРД, схематично изображенный на чертеже (фиг.1), содержит моноблочный газогенератор (МГ) 1 с соплами МГ 2, многосекционный топливный модуль с топливом 3, выполненный в виде кольцевого цилиндра. Внутренняя поверхность цилиндра является обечайкой камеры сгорания 4, в которую поступает воздух из ВЗУ 5, а топливные струи вдуваются из сопел ТС 6 (фиг.1, 3, 4), размещенных на внутренней поверхности ТС, распределенных по длине и окружности камеры и направленных под углом к воздушному потоку так, что реализуется распределенный по длине тепломассоподвод с высокой полнотой (η>0.8) сгорания топлива. Топливный заряд размещен во внутренних полостях секции (фиг.1, 2, 3, 4), предпочтительно, прямоугольного поперечного сечения. Другая часть топлива прямоточной ступени двигателя размещена в газогенераторе 1 и в блоке горючего 7. Порядок включения всех топливных зарядов (ТЗ) определяется блоком управления ТЗ 9, который подсоединен к бортовой ЭВМ. В конце камеры установлено выходное сопло двигателя 8, в сужающейся (дозвуковой) части которого также могут быть размещены одна или несколько ТС.The proposed HPLC, schematically shown in the drawing (Fig. 1), contains a monoblock gas generator (MG) 1 with nozzles MG 2, a multi-section fuel module with fuel 3, made in the form of an annular cylinder. The inner surface of the cylinder is the side of the combustion chamber 4, into which air enters from the VZU 5, and the fuel jets are blown from the nozzles of the vehicle 6 (Figs. 1, 3, 4) located on the internal surface of the vehicle, distributed along the length and circumference of the chamber and directed under angle to the air flow so that a heat and mass distribution distributed along the length with high completeness (η> 0.8) of fuel combustion is realized. The fuel charge is placed in the internal cavities of the section (FIGS. 1, 2, 3, 4), preferably of a rectangular cross section. Another part of the direct-flow fuel of the engine stage is located in the gas generator 1 and in the fuel unit 7. The order of switching on all fuel charges (TK) is determined by the control unit TK 9, which is connected to the onboard computer. At the end of the chamber, an output nozzle of the engine 8 is installed, in the narrowing (subsonic) part of which one or several vehicles can also be placed.

Заявляемый комбинированный прямоточный воздушно-реактивный двигатель с распределенным по длине тепломассоподводом, который схематично изображен на чертеже, работает следующим образом.The inventive combined ramjet engine distributed along the length of the heat and mass supply, which is schematically shown in the drawing, operates as follows.

При выходе летательного аппарата с КПВРД на скорости полета, соответствующие расчетному режиму работы воздухозаборника 5, в одной или нескольких (всех) топливонесущих секциях 3, по команде от бортовой ЭВМ блок управления ТЗ 9 инициирует процесс подачи топлива. Также по команде инициируется процесс подачи топлива из моноблочного газогенератора 1. Газифицированные продукты горения, выгорающие по поверхности со скоростью Up заряда твердого топлива в ТС 3 (фиг.3, 4), подаются в сопло ТС 6 и затем в виде богатой горючими компонентами струи направляются в камеру сгорания 4 (фиг.1). Под воздействием скоростного напора воздушного потока, поступающего в камеру 4 из воздухозаборного устройства (ВЗУ) 5, высокотемпературная струя горючего деформируется (фиг.5) и интенсивно перемешивается с воздухом, топливными струями, истекающими из сопел 2 моноблочного газогенератора 1, и сгорает в камере сгорания 4. Далее, горящая газовоздушная смесь попадает в канал камеры сгорания, где находится блок горючего 7, и способствует его эффективному сгоранию. Продукты сгорания топлива КПВРД истекают из выходного сопла ДУ 8, создавая тяговое усилие.When the aircraft leaves the ramjet engine at the flight speed corresponding to the calculated operating mode of the air intake 5 in one or more (all) fuel-carrying sections 3, upon a command from the on-board computer, the TK 9 control unit initiates the fuel supply process. Also, on command, the process of supplying fuel from the monoblock gas generator 1 is initiated. Gasified combustion products burning up on the surface with a solid fuel charge rate Up in TS 3 (Figs. 3, 4) are fed to the nozzle of the TS 6 and then sent in the form of a jet rich in combustible components into the combustion chamber 4 (figure 1). Under the influence of the high-pressure head of the air flow entering the chamber 4 from the air intake device (VZU) 5, the high-temperature fuel jet is deformed (Fig. 5) and is intensively mixed with air, fuel jets flowing from the nozzles 2 of the monoblock gas generator 1, and burns in the combustion chamber 4. Further, the burning gas-air mixture enters the channel of the combustion chamber, where the fuel unit 7 is located, and contributes to its efficient combustion. The combustion products of the fuel injection valve expire from the output nozzle of the remote control 8, creating traction.

Оценки показывают, что эффект от увеличения полноты сгорания топлива при поперечном вдуве струй со скоростью Wc под углом 0°<β≤90°, (фиг.5), в большинстве случаев, компенсирует увеличение потерь полного давления в камере сгорания по сравнению со спутной подачей топливных струй. Направление вектора скорости Wc совпадает с осью сопла ТС ОС, а ось X параллельна оси камеры сгорания 4. Для компенсации излишне больших потерь полного давления можно перераспределить массу топлива в сторону моноблочного газогенератора 1 со спутной подачей топлива.Estimates show that the effect of increasing the completeness of combustion of fuel with transverse injection of jets at a speed of W c at an angle of 0 ° <β≤90 °, (Fig. 5), in most cases, compensates for the increase in total pressure loss in the combustion chamber compared to the satellite supply of fuel jets. The direction of the velocity vector W c coincides with the axis of the nozzle TC О С , and the X axis is parallel to the axis of the combustion chamber 4. To compensate for excessively large losses in total pressure, the mass of fuel can be redistributed towards the monoblock gas generator 1 with a satellite fuel supply.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет существенно улучшить смешение топлива с воздухом, обеспечивая высокую полноту сгорания. Кроме того, использование заявляемого технического решения позволяет помещать в секциях топлива разного агрегатного состояния - твердые, жидкие, сыпучие, пастообразные.Thus, the proposed technical solution can significantly improve the mixing of fuel with air, providing high completeness of combustion. In addition, the use of the proposed technical solution allows you to put in the fuel sections of different state of aggregation - solid, liquid, bulk, pasty.

Claims (3)

1. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), содержащий воздухозаборник, газогенератор с топливом, камеру сгорания с блоком горючего (топлива) и выходное сопло, отличающийся тем, что в камере сгорания установлены подсоединенные к блоку управления топливонесущие секции с соплами для истечения топливных струй из внутренних полостей секций во внутреннее пространство камеры сгорания, причем в каждой топливонесущей секции сопла распределены по периметру камеры сгорания, а их оси направлены под углом 90°>β>0° к оси камеры сгорания.1. A ramjet engine (ramjet) containing an air intake, a gas generator with fuel, a combustion chamber with a fuel (fuel) unit and an output nozzle, characterized in that fuel-carrying sections with nozzles for expelling fuel jets connected to the control unit are installed from the internal cavities of the sections into the internal space of the combustion chamber, moreover, in each fuel-carrying section the nozzles are distributed along the perimeter of the combustion chamber, and their axes are directed at an angle of 90 °> β> 0 ° to the axis of the combustion chamber. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в разных топливонесущих секциях размещены заряды топлив, различные по химическому составу и агрегатному состоянию.2. The engine according to claim 1, characterized in that fuel charges of different chemical composition and state of aggregation are placed in different fuel-carrying sections. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что одна или несколько топливонесущих секций установлены в сужающейся (дозвуковой) части выходного сопла двигателя.3. The engine according to claim 1, characterized in that one or more fuel-carrying sections are installed in the tapering (subsonic) part of the engine output nozzle.
RU2006112407/06A 2006-04-14 2006-04-14 Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution RU2315193C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112407/06A RU2315193C1 (en) 2006-04-14 2006-04-14 Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112407/06A RU2315193C1 (en) 2006-04-14 2006-04-14 Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006112407A RU2006112407A (en) 2007-10-20
RU2315193C1 true RU2315193C1 (en) 2008-01-20

Family

ID=38925134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006112407/06A RU2315193C1 (en) 2006-04-14 2006-04-14 Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2315193C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565131C1 (en) * 2014-07-14 2015-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Ramjet engine running on solid propellant and method of its operation
RU2615889C1 (en) * 2015-11-19 2017-04-11 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Rocket-ramjet engine with adjustable flow rate of solid fuel
RU2706870C1 (en) * 2019-02-25 2019-11-21 Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" Air-jet detonation engine on solid fuel and method of its operation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565131C1 (en) * 2014-07-14 2015-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Ramjet engine running on solid propellant and method of its operation
RU2615889C1 (en) * 2015-11-19 2017-04-11 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Rocket-ramjet engine with adjustable flow rate of solid fuel
RU2706870C1 (en) * 2019-02-25 2019-11-21 Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" Air-jet detonation engine on solid fuel and method of its operation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006112407A (en) 2007-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9816463B2 (en) Ramjet including a detonation chamber and aircraft comprising such a ramjet
US5513489A (en) Rotary valve multiple combustor pulse detonation engine
EP1445465B1 (en) Combination of core engine with ramjet engine incorporating swirl augmented combustion
US6895756B2 (en) Compact swirl augmented afterburners for gas turbine engines
US6820411B2 (en) Compact, lightweight high-performance lift thruster incorporating swirl-augmented oxidizer/fuel injection, mixing and combustion
US7168236B2 (en) Compact lightweight ramjet engines incorporating swirl augmented combustion with improved performance
US7669406B2 (en) Compact, low pressure-drop shock-driven combustor and rocket booster, pulse detonation based supersonic propulsion system employing the same
US8539752B2 (en) Integrated deflagration-to-detonation obstacles and cooling fluid flow
US3535881A (en) Combination rocket and ram jet engine
US20070180814A1 (en) Direct liquid fuel injection and ignition for a pulse detonation combustor
US6662550B2 (en) Method and apparatus for improving the efficiency of pulsed detonation engines
RU2565131C1 (en) Ramjet engine running on solid propellant and method of its operation
US5224344A (en) Variable-cycle storable reactants engine
CN109028150A (en) For rotating the effervesce atomization structure and operating method of pinking propulsion system
RU2315193C1 (en) Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution
US11898757B2 (en) Rotating detonation propulsion system
US20200191398A1 (en) Rotating detonation actuator
US3355891A (en) Ram jet engine and fuel injection system therefor
US20130145746A1 (en) Vortex cannon with enhanced ring vortex generation
US20220252004A1 (en) Radial pre-detonator
RU2726835C2 (en) Rocket engine of solid fuel
GB2404952A (en) Air-breathing reaction propulsion engine
Bykovskii et al. Continuous spin and pulse detonation of hydrogen-air mixtures in supersonic flow generated by a detonation wave
RU2238420C1 (en) Experimental hypersonic ramjet engine
RU2799263C1 (en) Integrated direct-flow air-jet engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210415