RU2316668C1 - Method of and device to cut off and control thrust of solid-propellant ramjet engines - Google Patents

Method of and device to cut off and control thrust of solid-propellant ramjet engines Download PDF

Info

Publication number
RU2316668C1
RU2316668C1 RU2006115303/06A RU2006115303A RU2316668C1 RU 2316668 C1 RU2316668 C1 RU 2316668C1 RU 2006115303/06 A RU2006115303/06 A RU 2006115303/06A RU 2006115303 A RU2006115303 A RU 2006115303A RU 2316668 C1 RU2316668 C1 RU 2316668C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flame stabilizer
flame
inert gas
thrust
stabilizer
Prior art date
Application number
RU2006115303/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006115303A (en
Inventor
В чеслав Кириллович Верхоломов (RU)
Вячеслав Кириллович Верхоломов
Владимир Алексеевич Скибин (RU)
Владимир Алексеевич Скибин
Леонид Самойлович Яновский (RU)
Леонид Самойлович Яновский
Валерий Михайлович Кашин (RU)
Валерий Михайлович Кашин
Валерий Борисович Рютин (RU)
Валерий Борисович Рютин
Валентин Данилович Немыкин (RU)
Валентин Данилович Немыкин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
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 институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2006115303/06A priority Critical patent/RU2316668C1/en
Publication of RU2006115303A publication Critical patent/RU2006115303A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2316668C1 publication Critical patent/RU2316668C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Engines (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

FIELD: aircraft industry.
SUBSTANCE: according to proposed method of cut off and control of thrust of solid-propellant ramjet engines, inert gas is delivered into circulating flow zone with stabilized flame formed after flame stabilizer. Inert gas is delivered in form of ring jet between air flow getting through hole of flame stabilizer and stabilized flame, or in form of assembly of jets between air flow getting through hole of flame stabilizer and stabilized flame. Proposed device to cut off and control thrust of solid-propellant ramjet engines has flame stabilizer, ring manifold with ring channel and pipeline to deliver inert gas, and igniter. Flame stabilizer is made hollow, and it accommodates manifold in its space. Device has at least igniters. Walls of ring channel adjoin lower wall of flame stabilizer space, and igniters are arranged in flame stabilizer space. Lower wall of flame stabilizer forms wall of ring channel. According to second design version, output of ring channel is provided with ring member with holes to form jet assembly.
EFFECT: provision of cutoff and control of thrust at considerably low consumption of inert gas.
6 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к способам и устройствам отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе (твердом горючем).The present invention relates to mechanical engineering, and in particular to methods and devices for cutting and regulating the thrust of ramjet engines using solid fuel (solid fuel).

В настоящее время на летательных аппаратах (ЛА) различного назначения находят применение прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердом несамогорящем топливе (ПВРДТ). Серьезными недостатками, ограничивающими применение ПВРДТ, являются трудности отсечки и регулирования тяги таких двигателей при сохранении расхода воздуха через двигатель, высокой полноты сгорания, равномерной скорости газификации по длине заряда твердого горючего и приемлемых габаритно-массовых характеристиках.At present, on aircrafts (aircraft) for various purposes, ramjet engines using solid non-self-burning fuel (PVRDT) are used. Serious drawbacks limiting the use of ramjet engines are the difficulty of cutting off and regulating the thrust of such engines while maintaining air flow through the engine, a high degree of combustion, a uniform gasification rate along the length of the solid fuel charge, and acceptable overall mass characteristics.

Известен способ регулирования и отсечки тяги ПВРДТ (см. патент США №3844118, 1973 г., МКИ F02K 7/10 - аналог), основанный на регулировании поступающего в канал заряда горючего первичного воздушного потока с помощью подвижного клапана на входе в канал. Клапан может приводится в движение гидравлическим или пневматическим приводом по сигналу от системы управления полетом ЛА. Однако в общем случае на входе в канал заряда горючего размещается стабилизатор пламени, за которым создается зона циркуляционного течения, необходимая для поддержания горения. При этом для каждого вида твердого горючего существует некоторое критическое значение параметра стабилизации fст=Ар/Ai, где Ар - начальная площадь канала заряда горючего, Ai - площадь отверстия стабилизатора пламени, ниже которого происходит срыв горения. Для существенного снижения критического параметра стабилизации fст и, следовательно, повышения коэффициента заполнения камеры сгорания твердым горючим (например, полистиролом), а также уменьшения потерь полного давления на стабилизаторе пламени в отверстии стабилизатора пламени коаксиально размещают специальную трубку (инжектор) (см., например, патент США №4031698, 1976 г). Через кольцевой проход между инжектором и отверстием стабилизатора пламени в зону циркуляционного течения поступает первичный воздушный поток для стабилизации горения, а остальной воздух поступает в канал через инжектор. Понятно, что при наличии инжектора в стабилизаторе пламени работа подвижного клапана в рассматриваемом способе сопряжена с значительными трудностями и практически невозможно осуществить полную отсечку тяги.A known method of regulating and cutting off the thrust of the ramjet engine (see US patent No. 3844118, 1973, MKI F02K 7/10 - analogue), based on the regulation of the charge of the primary primary air flow entering the channel using a movable valve at the channel inlet. The valve may be driven by a hydraulic or pneumatic actuator upon a signal from an aircraft flight control system. However, in the general case, a flame stabilizer is placed at the entrance to the fuel charge channel, behind which a circulation flow zone is created, which is necessary to maintain combustion. In this case, for each type of solid fuel, there is a certain critical value of the stabilization parameter f article = Ap / Ai, where Ap is the initial area of the channel of the fuel charge, Ai is the area of the flame stabilizer opening, below which combustion breaks down. To significantly reduce the critical stabilization parameter f article and, consequently, increase the fill factor of the combustion chamber with solid fuel (for example, polystyrene), as well as reduce the total pressure loss on the flame stabilizer, a special tube (injector) is coaxially placed in the hole of the flame stabilizer (see, for example U.S. Patent No. 4,031,698, 1976). Through the annular passage between the injector and the hole of the flame stabilizer, primary air flow enters the circulation zone to stabilize combustion, and the rest of the air enters the channel through the injector. It is clear that in the presence of an injector in the flame stabilizer, the operation of the movable valve in the considered method is fraught with considerable difficulties and it is practically impossible to completely cut off the thrust.

Известен также способ отсечки тяги двигателя, основанный на подаче в камеру сгорания жидкого хладоагента (см. В.Е.Алемасов, А.Ф.Дрегалин, А.П.Тишин "Теория ракетных двигателей". - М.: Машиностроение, 1980, стр.462 - аналог). При подаче в камеру сгорания жидкого хладоагента, например воды, происходит ее распыливание и образующиеся капли, испаряясь, отбирают тепло от продуктов сгорания, в результате чего осуществляется резкое снижения давления в камере двигателя и полная отсечка тяги. Однако в этом способе практически невозможно повторное (после гашения) воспламенение поверхности горения топлива из-за наличия остатков жидкого хладоагента, т.е. потребовалась бы чрезмерно большая масса воспламенительного устройства. Кроме того, возникают значительные трудности при применении жидкого хладоагента в случае эксплуатации ЛА в рабочем диапазоне температур окружающей среды ±50°С.There is also a method of cutting off engine thrust based on the supply of a liquid refrigerant to the combustion chamber (see V.E. Alemasov, A.F. Dregalin, A.P. Tishin "Theory of rocket engines." - M.: Mechanical Engineering, 1980, p. .462 - analog). When a liquid refrigerant, such as water, is supplied to the combustion chamber, it is sprayed and droplets formed, evaporating, take away heat from the combustion products, resulting in a sharp decrease in pressure in the engine chamber and complete traction cutoff. However, in this method, it is practically impossible to re-ignite the combustion surface of the fuel due to the presence of residual liquid refrigerant, i.e. an excessively large mass of igniter device would be required. In addition, significant difficulties arise when using a liquid refrigerant in the case of aircraft operation in the operating range of ambient temperatures of ± 50 ° C.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе, заключающийся в том, что в зону циркуляционного течения со стабилизированным пламенем, образующуюся за стабилизатором пламени, осуществляют подачу инертного газа (см. патент США №4137712, 1977 г, МКИ F02K 7/10). Устройство, в котором реализуется этот способ отсечки и регулирования тяги, содержит стабилизатор пламени, кольцевой коллектор с кольцевым каналом и трубопроводом для подачи инертного газа, воспламенительное устройство. При достижении требуемых баллистических характеристик ЛА (например, дальности полета) в зону циркуляционного течения со стабилизированным пламенем осуществляют подачу инертного газа. В результате смешения холодного инертного газа с высокотемпературными продуктами сгорания в зоне циркуляционного течения происходит быстрое охлаждение газовой смеси и при достижении температуры, ниже температуры самовоспламенения, реализуется срыв горения и отсечка тяги двигателя (тяга R=0). Однако соответствующая оценка с помощью уравнения теплового баланса показала, что при использовании в качестве инертного газа, например, холодного азота (Т*≈288К) для отсечки тяги требуется относительно большой его расход: примерно 5% от суммарного расхода воздуха через прямоточный двигатель, что требует большого запаса азота на борту ЛА и громоздкой, тяжелой емкости для его хранения.The closest technical solution chosen for the prototype is a method for cutting off and regulating the thrust of ramjet engines using solid fuel, which consists in supplying an inert gas to the circulation zone with a stabilized flame formed behind the flame stabilizer (see patent US No. 4137712, 1977, MKI F02K 7/10). A device that implements this method of cutting and regulating traction, contains a flame stabilizer, an annular collector with an annular channel and a pipe for supplying inert gas, an ignition device. Upon reaching the required ballistic characteristics of the aircraft (for example, flight range), an inert gas is supplied to the circulation zone with a stabilized flame. As a result of mixing cold inert gas with high-temperature combustion products in the circulation flow zone, the gas mixture is rapidly cooled and, when the temperature reaches below the self-ignition temperature, combustion stall occurs and the engine thrust is cut off (thrust R = 0). However, a corresponding estimate using the heat balance equation showed that when inert gas, for example, uses cold nitrogen (T * ≈ 288K), relatively high flow rate is required to cut off the draft: about 5% of the total air flow through the ram engine, which requires a large supply of nitrogen on board the aircraft and bulky, heavy capacity for its storage.

Решаемой задачей изобретения является снижение расхода инертного газа и уменьшение габаритно-массовых характеристик устройства для его подачи, необходимых для отсечки и регулирования тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя на твердом несамогорящем топливе (ПВРДТ).The object of the invention to be solved is to reduce the inert gas consumption and decrease the overall mass characteristics of the device for supplying it, which are necessary for cutting off and regulating the thrust of a ramjet engine using solid non-self-burning fuel (ramjet fuel).

Технический результат в заявляемом способе отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе и устройстве для его осуществления (варианты) достигается за счет того, что в способе, заключающемся в том, что в зону циркуляционного течения со стабилизированным пламенем, образующуюся за стабилизатором пламени, осуществляют подачу инертного газа, при этом инертный газ подают в виде кольцевой струи между поступающим через отверстие стабилизатора пламени воздушным потоком и стабилизированным пламенем. Причем подачу струи инертного газа осуществляют со скоростью, близкой к скорости воздушного потока, вытекающего из отверстия стабилизатора пламени.The technical result in the inventive method of cutting off and regulating the thrust of ramjet solid fuel engines and a device for its implementation (options) is achieved due to the fact that the method consists in the fact that in the circulation zone with a stabilized flame formed behind the stabilizer of the flame, the inert gas is supplied, while the inert gas is supplied in the form of an annular jet between the air flow coming through the hole of the flame stabilizer and the stabilized flame . Moreover, a jet of inert gas is supplied at a speed close to the speed of the air flow flowing from the hole of the flame stabilizer.

В способе отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе (вариант), заключающемся в том, что в зону циркуляционного течения со стабилизированным пламенем, образующуюся за стабилизатором пламени, осуществляют подачу инертного газа, при этом инертный газ подают в виде совокупности струй между поступающим через отверстие стабилизатора пламени воздушным потоком и стабилизированным пламенем. Причем подачу струи инертного газа осуществляют со скоростью, близкой к скорости воздушного потока, вытекающего из отверстия стабилизатора пламени.In the method of cutting off and regulating the thrust of ramjet engines using solid fuel (option), which consists in the fact that inert gas is supplied to the circulation zone with a stabilized flame formed behind the flame stabilizer, while the inert gas is supplied as a set of jets between the air flow coming through the hole of the flame stabilizer and the stabilized flame. Moreover, a jet of inert gas is supplied at a speed close to the speed of the air flow flowing from the hole of the flame stabilizer.

Устройство для отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе содержит стабилизатор пламени, кольцевой коллектор с кольцевым каналом и трубопроводом для подачи инертного газа, воспламенительное устройство, причем стабилизатор пламени выполнен полым и в его полости размещен коллектор, при этом устройство содержит, по меньшей мере, два воспламенительных устройства, стенки кольцевого канала примыкают к нижней стенке полости стабилизатора пламени, а воспламенительные устройства размещены в полости стабилизатора пламени, причем нижняя стенка стабилизатора пламени образует стенку кольцевого канала.A device for cutting off and regulating the thrust of ramjet engines using solid fuel contains a flame stabilizer, an annular manifold with an annular channel and a pipe for supplying inert gas, an igniter device, the flame stabilizer being hollow and a collector placed in its cavity, the device comprising, at least two ignition devices, the walls of the annular channel are adjacent to the lower wall of the cavity of the flame stabilizer, and the ignition devices are located in Lost flameholder, the flameholder bottom wall forms a wall of the annular channel.

Устройство для отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе (вариант), содержит стабилизатор пламени, кольцевой коллектор с кольцевым каналом и трубопроводом для подачи инертного газа, воспламенительное устройство, причем стабилизатор пламени выполнен полым и в его полости размещен коллектор, при этом устройство содержит, по меньшей мере, два воспламенительных устройства, стенки кольцевого канала примыкают к нижней стенке полости стабилизатора пламени, а воспламенительные устройства размещены в полости стабилизатора пламени, при этом выход кольцевого канала снабжен кольцевым элементом, имеющим отверстия, образующие совокупность струй.A device for cutting off and regulating the thrust of ramjet engines on solid fuel (option), contains a flame stabilizer, an annular manifold with an annular channel and a pipe for supplying inert gas, an igniter device, the flame stabilizer being hollow and a collector placed in its cavity, when this device contains at least two igniter devices, the walls of the annular channel are adjacent to the lower wall of the cavity of the flame stabilizer, and the ignition devices once escheny flameholder in the cavity, wherein the annular outlet channel provided with an annular member having a hole forming the plurality of jets.

На фиг.1 изображена схема течения за стабилизатором пламени во время работы ПВРДТ без подачи инертного газа.Figure 1 shows the flow diagram behind the flame stabilizer during ramjet operation without inert gas supply.

На фиг.2 - схема течения за стабилизатором пламени с подачей инертного газа по предлагаемому способу.Figure 2 - flow diagram for the flame stabilizer with the supply of inert gas according to the proposed method.

На фиг.3 - схема предлагаемого устройства для отсечки и регулирования тяги, стабилизатор пламени которого выполнен полым, и в его полости размещен коллектор, стенки кольцевого канала которого примыкают к нижней стенке полости стабилизатора пламени, а воспламенительные устройства размещены, например, в полости стабилизатора пламени.Figure 3 is a diagram of the proposed device for cutting off and regulating traction, the flame stabilizer of which is hollow, and a collector is placed in its cavity, the walls of the annular channel of which are adjacent to the lower wall of the flame stabilizer cavity, and ignition devices are placed, for example, in the flame stabilizer cavity .

На фиг.4 - схема предлагаемого устройства, в котором нижняя стенка стабилизатора пламени образует стенку кольцевого канала.Figure 4 is a diagram of the proposed device, in which the lower wall of the flame stabilizer forms a wall of the annular channel.

На фиг.5 - схема предлагаемого устройства, в котором выход кольцевого канала снабжен кольцевым элементом, имеющим отверстия, образующие совокупность струй.Figure 5 is a diagram of the proposed device, in which the output of the annular channel is equipped with an annular element having openings forming a plurality of jets.

На фиг.6 изображено сечение А-А кольцевого элемента на фиг.5.Figure 6 shows a section aa of the annular element in figure 5.

На фиг.7 - схема изменения скорости полета ЛА по времени в процессе регулирования тяги прямоточного двигателя.Figure 7 is a diagram of the change in the flight speed of an aircraft over time in the process of regulating the thrust of a ram engine.

Схема течения за стабилизатором пламени и работа ПВРДТ, приведенная на фиг.1, 2, имеет следующие особенности: в камере сгорания 1 размещают заряд 2 твердого горючего (например, полистирола, полиэтилена и др.), имеющего канал 3, на входе в который размещают стабилизатор пламени 4 с отверстием 5. Зона 6 циркуляционного течения, возникающая за стабилизатором пламени 4, заполнена высокотемпературными продуктами сгорания, обогащенными горючим. При срыве с кромок стабилизатора пламени 4 воздушного потока образуется струйный турбулентный пограничный слой, в который с одной стороны поступает воздух, а с другой - обогащенные горючим высокотемпературные продукты сгорания из зоны циркуляционного течения. Благодаря процессам тепло-массопереноса, на некотором расстоянии от кромок стабилизатора пламени вниз по течению возникает диффузионный кольцевой факел - стабилизированное пламя 7 с разделительной линией тока 8. После присоединения струйного турбулентного пограничного слоя со стабилизированным пламенем к поверхности канала 3 заряда 2 в локальной области 9, часть высокотемпературных продуктов сгорания из стабилизированного пламени 7, которая находится между разделительной линией тока 8 и поверхностью канала 3, поступает в зону 6 циркуляционного течения и, обтекая поверхность канала 3 заряда 2 твердого горючего в пределах длины зоны 6 циркуляционного течения Lц.з., осуществляет газификацию горючего. Образующаяся смесь паров горючего и продуктов сгорания притекает к струйному турбулентному пограничному слою. Другая часть струйного турбулентного пограничного слоя и стабилизированного пламени 7 между разделительной линией тока 8 и осью канала 3 способствует возникновению вниз по потоку повторного образующегося турбулентного пограничного слоя 10 с диффузионным пламенем 11. Пары горючего с поверхности канала заряда 2 твердого горючего и воздух из основной области течения с противоположных сторон поступают в турбулентный пограничный слой 10 в зону диффузионного пламени 11.The flow diagram behind the flame stabilizer and the ramjet operation shown in Figs. 1 and 2 have the following features: a charge of 2 solid fuels (for example, polystyrene, polyethylene, etc.), having a channel 3, at the inlet of which is placed, is placed in the combustion chamber 1 flame stabilizer 4 with a hole 5. The zone 6 of the circulation flow that occurs behind the flame stabilizer 4 is filled with high-temperature combustion products enriched with fuel. When disengaging from the edges of the flame stabilizer 4 of the air flow, a jet turbulent boundary layer is formed, into which air enters from one side and high-temperature combustion products enriched with fuel from the circulation flow zone. Due to heat and mass transfer processes, a diffusion annular flame occurs at a certain distance from the edges of the flame stabilizer downstream - a stabilized flame 7 with a dividing current line 8. After connecting a jet turbulent boundary layer with a stabilized flame to the surface of channel 2 of charge 2 in the local region 9, part of the high-temperature combustion products from the stabilized flame 7, which is located between the dividing current line 8 and the surface of the channel 3, enters the circulation zone 6 ion flow and, flowing around the surface of the channel 3 of the charge 2 of solid fuel within the length of the zone 6 of the circulation current Lz.z., carries out gasification of the fuel. The resulting mixture of fuel vapor and combustion products flows to the jet turbulent boundary layer. Another part of the jet turbulent boundary layer and the stabilized flame 7 between the dividing current line 8 and the axis of the channel 3 contributes to the emergence downstream of the re-formed turbulent boundary layer 10 with a diffusion flame 11. Vapors of fuel from the surface of the charge channel 2 of solid fuel and air from the main flow region from opposite sides enter the turbulent boundary layer 10 into the zone of the diffusion flame 11.

Заявляемый способ отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе заключается в том, что в зону 6 циркуляционного течения со стабилизированным пламенем 7, образующуюся за стабилизатором пламени 4, осуществляют подачу инертного газа в виде кольцевой струи 12 между поступающим через отверстие 5 стабилизатора пламени воздушным потоком 13 и стабилизированным пламенем 7. Также в зону 6 циркуляционного течения инертный газ подают в виде совокупности струй 12 (вариант) между поступающим через отверстие 5 стабилизатора пламени 4 воздушным потоком 13 и стабилизированным пламенем 7. Подачу струи 12 или совокупности струй 12 инертного газа осуществляют со скоростью, близкой к скорости воздушного потока 13, вытекающего из отверстия 5 стабилизатора пламени 4.The inventive method of cutting off and regulating the thrust of ramjet engines on solid fuel is that in the zone 6 of the circulating flow with a stabilized flame 7, formed behind the flame stabilizer 4, an inert gas is supplied in the form of an annular jet 12 between the stabilizer supplied through the hole 5 flame by an air stream 13 and a stabilized flame 7. Inert gas is also supplied to the circulation zone 6 in the form of a set of jets 12 (option) between the incoming through the hole 5 tabilizatora flame 4 airflow 13 and 7. The supply of stabilized flame jet or plurality of jets 12, 12 of inert gas is performed at a speed close to the speed of the airflow 13 flowing from the openings 5 flameholder 4.

Заявляемое устройство для отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе (варианты) содержит стабилизатор пламени 4 (фиг.3, 4), кольцевой коллектор 14 с кольцевым каналом 15 и трубопроводом 16 для подачи инертного газа и, по меньшей мере, два воспламенительных устройства 17. Стабилизатор пламени 4 выполнен полым и в его полости размещен коллектор 14, причем стенки кольцевого канала 15 примыкают к нижней стенке 18 полости стабилизатора пламени 4, а воспламенительные устройства 17 размещены, например, в полости стабилизатора пламени 4.The inventive device for cutting and regulating the thrust of ramjet engines on solid fuel (options) contains a flame stabilizer 4 (Figs. 3, 4), an annular manifold 14 with an annular channel 15 and a pipe 16 for supplying inert gas and at least two igniter devices 17. The flame stabilizer 4 is hollow and a collector 14 is placed in its cavity, and the walls of the annular channel 15 are adjacent to the lower wall 18 of the cavity of the flame stabilizer 4, and the ignition devices 17 are, for example, in a polo ti flameholder 4.

Нижняя стенка 18 полости стабилизатора пламени 4 образует стенку кольцевого канала 15 (фиг.5).The bottom wall 18 of the cavity of the flame stabilizer 4 forms the wall of the annular channel 15 (figure 5).

Выход кольцевого канала 15 снабжен кольцевым элементом 19, имеющим отверстия 20 (фиг.6), образующие совокупность струй 12, обеспечивающих барьерный, заградительный эффект между воздушным потоком и стабилизированным пламенем.The output of the annular channel 15 is provided with an annular element 19 having openings 20 (FIG. 6), forming a set of jets 12, providing a barrier, barrier effect between the air flow and the stabilized flame.

Устройство для отсечки и регулирования тяги ПВРДТ (варианты) работает следующим образом.A device for cutting and regulating thrust ramjet (options) works as follows.

После разгона ЛА до требуемой скорости (требуемого числа М полета) освобождается от заглушек воздухозаборное устройство и в камеру сгорания 1 через отверстие 5 стабилизатора пламени 4 начинает поступать воздушный поток 13 и за стабилизатором пламени возникает зона 6 циркуляционного течения (фиг.1, 2, 3, 4, 5). Срабатывает одно из воспламенительных устройств (пиропатронов) 17, после чего в канале 3 заряда 2 твердого горючего начинается процесс горения. В стабилизированное пламя 7, возникшее в струйном турбулентном пограничном слое, с одной стороны поступает воздух (со стороны оси камеры), а с другой - обогащенные горючим высокотемпературные продукты сгорания из зоны циркуляционного течения. При достижении требуемых баллистических характеристик ЛА (например, дальности полета) в зону 6 циркуляционного течения со стабилизированным пламенем 7, образующуюся за стабилизатором пламени, осуществляют подачу инертного газа (например, азота) в виде кольцевой струи 12 или совокупности струй 12 между поступающим через отверстие 5 стабилизатора пламени 4 воздушным потоком 13 и стабилизированным пламенем 7. Подача инертного газа происходит по трубопроводу 16 в кольцевой коллектор 14, размещений в полости стабилизатора пламени 4, и далее через кольцевой канал 15, стенки которого примыкают к нижней стенке 18 полости стабилизатора пламени. Нижняя стенка 18 может быть стенкой кольцевого канала 15. Кольцевая струя 12 инертного газа отсекает поступление воздуха к стабилизированному пламени 7, происходит его срыв, прекращение горения в канале 3 заряда 2 и быстрая отсечка (обнуление) тяги.After accelerating the aircraft to the required speed (the required number M of flight), the air intake device is released from the plugs and air stream 13 starts to enter the combustion chamber 1 through the hole 5 of the flame stabilizer 4 and a zone 6 of the circulation flow arises behind the flame stabilizer (Figs. 1, 2, 3 , 4, 5). One of the ignition devices (igniter) 17 is triggered, after which the combustion process begins in the channel 3 of the charge 2 of solid fuel. The stabilized flame 7, which has arisen in the jet turbulent boundary layer, receives air on the one hand (from the side of the chamber axis) and, on the other hand, high-temperature combustion products enriched with fuel from the circulation flow zone. Upon reaching the required ballistic characteristics of the aircraft (for example, flight range) in the zone 6 of the circulating flow with a stabilized flame 7, formed behind the flame stabilizer, an inert gas (for example, nitrogen) is supplied in the form of an annular jet 12 or a plurality of jets 12 between those entering through the opening 5 flame stabilizer 4 by an air stream 13 and a stabilized flame 7. The inert gas is supplied via line 16 to the annular manifold 14, placed in the cavity of the flame stabilizer 4, and then through to ltsevoy channel 15, the walls of which are adjacent to the bottom wall of the cavity 18 of the flame stabilizer. The lower wall 18 may be the wall of the annular channel 15. The annular jet of inert gas 12 cuts off the air supply to the stabilized flame 7, it breaks off, combustion stops in the channel 3 of charge 2 and the rod is quickly cut off (zeroed).

При некоторых условиях полета (например, зимой) малоразмерных ЛА (диаметр миделя менее 200 мм) после окончания разгонного участка а (фиг.7), на маршевом участке полета b из-за значительного превышения коэффициента тяги над коэффициентом аэродинамического сопротивления CR>Cx происходит интенсивное увеличение скорости полета и достижение предельной для данного ЛА максимальной скорости Vmax (например, в т.А). В этом случае в соответствии с заявляемым способом и устройством в т.А осуществляют подачу инертного газа в виде кольцевой струи или совокупности струй 12 между поступающим через отверстие 5 стабилизатора пламени 4 воздушным потоком 13 и стабилизированным пламенем 7, в результате чего происходит отсечка (обнуление) тяги. Далее происходит полет ЛА на пассивном участке С (тяга R=0) из т.А в т.В. После достижения в т.В некоторой номинальной скорости полета Vном (Vном<Vmax) по команде срабатывает воспламенительное устройство 17, размещенное, например, в полости стабилизатора пламени 4, после чего в канале 3 заряда 2 твердого горючего вновь начинается процесс горения (тяга R>0) и далее происходит полет ЛА на активном участке b' из т.В в т.А' и т.д.Under certain flight conditions (for example, in winter) of small-sized aircraft (midship diameter less than 200 mm) after the end of the acceleration section a (Fig. 7), intense flight coefficient CR over the drag coefficient CR> Cx increasing flight speed and reaching the maximum speed Vmax for a given aircraft (for example, in T.A). In this case, in accordance with the claimed method and device in T.A, an inert gas is supplied in the form of an annular jet or a plurality of jets 12 between the air stream 13 entering through the flame stabilizer 4 opening 4 and the stabilized flame 7, as a result of which cut-off occurs (zeroing) traction. Then the aircraft flies in the passive section C (thrust R = 0) from T.A to T.V. After reaching in V a certain nominal flight speed Vnom (Vnom <Vmax), an ignition device 17 is activated on command, placed, for example, in the cavity of the flame stabilizer 4, after which the combustion process again starts in the channel 3 of the charge 2 of solid fuel (thrust R> 0) and then there is a flight of the aircraft in the active area b 'from t.V to t.A', etc.

Достигнутым техническим результатом является то, что заявляемые способ и устройство (варианты) позволяют осуществить отсечку и регулирование тяги ПВРДТ с существенно меньшими (в несколько раз) расходами инертного газа, чем в прототипе. Это происходит из-за различных механизмов взаимодействия струй инертного газа с зоной циркуляционного течения в прототипе и заявляемом способе. Если в прототипе осуществляется механизм захолаживания высокотемпературных продуктов сгорания в зоне циркуляционного течения, то в заявляемых способе и устройстве реализуется механизм отсечки поступления воздуха к стабилизированному пламени, т.е. между стабилизированным пламенем и диффундирующим к нему воздухом создается кольцевая барьерная струя инертного газа, что в итоге вызывает срыв стабилизированного пламени, а следовательно, и прекращение горения (погасание диффузионного пламени 11) в канале 3 заряда 2 твердого горючего. При малых размерах ЛА и, соотвественно, ПВРДТ потребный расход инертного газа получается небольшим и ширина кольцевой струи получается малой (несколько десятых мм), что сопряжено с возрастанием гидравлического сопротивления и потерь полного давления. В этом случае инертный газ подают в виде совокупности струй между поступающим через отверстие 5 стабилизатора пламени воздушным потоком и стабилизированным пламенем. При этом минимальный расход инертного газа получается в случае, когда скорость истечения струи инертного газа близка к скорости спутного воздушного потока, вытекающего из отверстия стабилизатора пламени. В этом случае ухудшаются условия смешения между струей 12 инертного газа и спутным воздушным потоком 13, благодаря чему возрастает ее заградительный эффект. В результате расчетных оценок одного из вариантов ПВРДТ получено, что для отсечки тяги потребный расход инертного газа (азота) в соответствии с прототипом составил Gаз≈0,8 кг/с, а в заявляемом способе - Gаз≈0,15 кг/с, т.е. уменьшился более чем в 5 раз.Achieved technical result is that the claimed method and device (options) allow the shut-off and regulation of thrust ramjet with significantly lower (several times) inert gas consumption than in the prototype. This is due to various mechanisms of interaction of jets of inert gas with the zone of the circulation flow in the prototype and the claimed method. If the prototype implements a cooling mechanism for high-temperature combustion products in the circulation flow zone, then the inventive method and device implements a mechanism for cutting off the flow of air to a stabilized flame, i.e. An annular inert gas barrier jet is created between the stabilized flame and the air diffusing to it, which ultimately causes the stabilization of the stabilized flame and, therefore, the cessation of combustion (extinction of the diffusion flame 11) in the channel 3 of the solid fuel charge 2. For small aircraft and, accordingly, ramjet, the inert gas consumption is small and the width of the ring jet is small (a few tenths of a mm), which is associated with an increase in hydraulic resistance and loss of total pressure. In this case, the inert gas is supplied as a plurality of jets between the air stream entering through the flame stabilizer opening 5 and the stabilized flame. In this case, the minimum inert gas flow rate is obtained in the case when the inert gas jet velocity is close to the velocity of the satellite air stream flowing out of the flame stabilizer opening. In this case, the mixing conditions between the inert gas stream 12 and the satellite air stream 13 deteriorate, thereby increasing its barrage effect. As a result of design estimates of one of the ramjet engine variants, it was found that, in order to cut off the thrust, the required inert gas (nitrogen) consumption in accordance with the prototype was Gaz≈0.8 kg / s, and in the present method, Gaz≈0.15 kg / s, t .e. decreased by more than 5 times.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство отсечки и регулирования тяги ПВРДТ на твердом топливе (варианты) являются более экономичными, при этом устройство для отсечки и регулирования тяги получается более компактным, существенно снижаются также габаритно-массовые характеристики всей системы подачи инертного газа: баллона для хранения инертного газа, запорно-регулирующей арматуры и т.д.Thus, the proposed method and device for shutting off and regulating thrust of the ramjet engine on solid fuel (options) are more economical, while the device for cutting and regulating thrust is more compact, the overall mass characteristics of the entire inert gas supply system are also significantly reduced: storage cylinder inert gas, shut-off and control valves, etc.

Claims (6)

1. Способ отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе, заключающийся в том, что в зону циркуляционного течения со стабилизированным пламенем, образующуюся за стабилизатором пламени, осуществляют подачу инертного газа, отличающийся тем, что инертный газ подают в виде кольцевой струи между поступающим через отверстие стабилизатора пламени воздушным потоком и стабилизированным пламенем.1. The method of cutting off and regulating the thrust of ramjet engines on solid fuel, which consists in the fact that inert gas is supplied into the circulation zone with a stabilized flame formed behind the flame stabilizer, characterized in that the inert gas is supplied in the form of an annular jet between the air flow coming through the hole of the flame stabilizer and the stabilized flame. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу струи инертного газа осуществляют со скоростью, близкой к скорости воздушного потока, вытекающего из отверстия стабилизатора пламени.2. The method according to claim 1, characterized in that the jet of inert gas is supplied at a speed close to the speed of the air flow flowing from the hole of the flame stabilizer. 3. Способ отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе, заключающийся в том, что в зону циркуляционного течения со стабилизированным пламенем, образующуюся за стабилизатором пламени, осуществляют подачу инертного газа, отличающийся тем, что инертный газ подают в виде совокупности струй между поступающим через отверстие стабилизатора пламени воздушным потоком и стабилизированным пламенем.3. The method of cutting off and regulating the thrust of ramjet engines on solid fuel, which consists in the fact that inert gas is supplied to the circulation zone with a stabilized flame formed behind the flame stabilizer, characterized in that the inert gas is supplied as a set of jets between the air flow coming through the hole of the flame stabilizer and the stabilized flame. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что подачу струи инертного газа осуществляют со скоростью, близкой к скорости воздушного потока, вытекающего из отверстия стабилизатора пламени.4. The method according to claim 3, characterized in that the inert gas stream is supplied at a speed close to the speed of the air stream flowing from the flame stabilizer opening. 5. Устройство для отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе, содержащее стабилизатор пламени, кольцевой коллектор с кольцевым каналом и трубопроводом для подачи инертного газа, воспламенительное устройство, отличающееся тем, что стабилизатор пламени выполнен полым и в его полости размещен коллектор, при этом устройство содержит, по меньшей мере, два воспламенительных устройства, причем стенки кольцевого канала примыкают к нижней стенке полости стабилизатора пламени, а воспламенительные устройства размещены в полости стабилизатора пламени, причем нижняя стенка стабилизатора пламени образует стенку кольцевого канала.5. A device for cutting off and regulating the thrust of ramjet engines using solid fuel, containing a flame stabilizer, an annular manifold with an annular channel and a pipe for supplying inert gas, an ignition device, characterized in that the flame stabilizer is hollow and a collector is placed in its cavity wherein the device contains at least two igniter devices, the walls of the annular channel adjacent to the lower wall of the cavity of the flame stabilizer, and igniter device placed in the cavity of the flame stabilizer, wherein the bottom wall of the flame stabilizer forming the annular channel wall. 6. Устройство для отсечки и регулирования тяги прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе, содержащее стабилизатор пламени, кольцевой коллектор с кольцевым каналом и трубопроводом для подачи инертного газа, воспламенительное устройство, отличающееся тем, что стабилизатор пламени выполнен полым и в его полости размещен коллектор, при этом устройство содержит, по меньшей мере, два воспламенительных устройства, причем стенки кольцевого канала примыкают к нижней стенке полости стабилизатора пламени, а воспламенительные устройства размещены в полости стабилизатора пламени, причем выход кольцевого канала снабжен кольцевым элементом, имеющим отверстия, образующие совокупность струй.6. A device for cutting off and regulating the thrust of ramjet engines using solid fuel, containing a flame stabilizer, an annular manifold with an annular channel and a pipe for supplying inert gas, an ignition device, characterized in that the flame stabilizer is hollow and a collector is placed in its cavity wherein the device contains at least two igniter devices, the walls of the annular channel adjacent to the lower wall of the cavity of the flame stabilizer, and igniter device placed in the cavity of the flame stabilizer, wherein the annular channel outlet is provided with an annular member having a hole forming the plurality of jets.
RU2006115303/06A 2006-05-05 2006-05-05 Method of and device to cut off and control thrust of solid-propellant ramjet engines RU2316668C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006115303/06A RU2316668C1 (en) 2006-05-05 2006-05-05 Method of and device to cut off and control thrust of solid-propellant ramjet engines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006115303/06A RU2316668C1 (en) 2006-05-05 2006-05-05 Method of and device to cut off and control thrust of solid-propellant ramjet engines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006115303A RU2006115303A (en) 2007-11-10
RU2316668C1 true RU2316668C1 (en) 2008-02-10

Family

ID=38958038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006115303/06A RU2316668C1 (en) 2006-05-05 2006-05-05 Method of and device to cut off and control thrust of solid-propellant ramjet engines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2316668C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445480C2 (en) * 2008-04-08 2012-03-20 ЕВРОКОПТЕР ДОЙЧЛАНД ГмбХ Combustion air supply device for aircraft engine

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112610983B (en) * 2020-12-07 2022-03-25 河北汉光重工有限责任公司 Ignition and combustion stabilizing device of water-jet engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445480C2 (en) * 2008-04-08 2012-03-20 ЕВРОКОПТЕР ДОЙЧЛАНД ГмбХ Combustion air supply device for aircraft engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006115303A (en) 2007-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9816463B2 (en) Ramjet including a detonation chamber and aircraft comprising such a ramjet
US6895756B2 (en) Compact swirl augmented afterburners for gas turbine engines
US7168236B2 (en) Compact lightweight ramjet engines incorporating swirl augmented combustion with improved performance
JP4673926B2 (en) Central body pilot pod
US6907724B2 (en) Combined cycle engines incorporating swirl augmented combustion for reduced volume and weight and improved performance
CN102121870B (en) Ultrasonic ground experimental wind tunnel used for knocking combustion research
RU2157908C2 (en) Fuel injection rack for ramjet engine working in wide range of mach numbers
EP1918561B1 (en) Combustion nozzle fluidic injection assembly
US20150167544A1 (en) Tuned cavity rotating detonation combustion system
JPH0674772B2 (en) Supersonic combustor ignition fuel injection device
CN109539310B (en) Integrated afterburner adopting adjustable preheating rectifying support plate
CA2784422A1 (en) Pulse detonation combustor with plenum
RU2316668C1 (en) Method of and device to cut off and control thrust of solid-propellant ramjet engines
US20070144141A1 (en) Pulsed combustion fluidic nozzle
EP3098515B1 (en) Jet engine, flying body, and method for operating a jet engine
US7958719B2 (en) Noncircular transient fluid fuel injector control channels in propellant injector combustion systems
JP5593313B2 (en) Jet with multiple rocket engines
US2844938A (en) Fuel pressuring system for supersonic ram-jet
GB2468515A (en) Controllable thrust continuous detonation engine
Segal et al. Flameholding configurations for kerosene combustion in a Mach 1.8 airflow
RU2827400C1 (en) Device for formation of fuel-air mixture in combustion chamber of ramjet engine
JPH0861150A (en) Injection device for hybrid rocket
RU2793927C1 (en) Lre chamber operating on three components of fuel oxygen, hydrogen and hydrocarbon in a closed circuit with afterburning of oxidizing generator gas
Takegoshi et al. Firing-tests of a rocket combustor for combined cycle engine at various conditions
US8763361B2 (en) Propulsion system with movable thermal choke

Legal Events

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

Effective date: 20180506