RU2439358C2 - Air ramjet engine operating on powder metal fluid - Google Patents

Air ramjet engine operating on powder metal fluid Download PDF

Info

Publication number
RU2439358C2
RU2439358C2 RU2009140590/06A RU2009140590A RU2439358C2 RU 2439358 C2 RU2439358 C2 RU 2439358C2 RU 2009140590/06 A RU2009140590/06 A RU 2009140590/06A RU 2009140590 A RU2009140590 A RU 2009140590A RU 2439358 C2 RU2439358 C2 RU 2439358C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
prechamber
combustion chamber
air
metal powder
Prior art date
Application number
RU2009140590/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009140590A (en
Inventor
Владимир Игнатьевич Малинин (RU)
Владимир Игнатьевич Малинин
Сергей Михайлович Виноградов (RU)
Сергей Михайлович Виноградов
Олег Михайлович Иванов (RU)
Олег Михайлович Иванов
Владимир Валентинович Гуреев (RU)
Владимир Валентинович Гуреев
Анатолий Иосифович Марченко (RU)
Анатолий Иосифович Марченко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Корпорация "Тактическое ракетное вооружение"
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 Открытое акционерное общество "Корпорация "Тактическое ракетное вооружение" filed Critical Открытое акционерное общество "Корпорация "Тактическое ракетное вооружение"
Priority to RU2009140590/06A priority Critical patent/RU2439358C2/en
Publication of RU2009140590A publication Critical patent/RU2009140590A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2439358C2 publication Critical patent/RU2439358C2/en

Links

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: ramjet engine operating on metal powder fuel comprises starting system fuel feed system including fuel tank with metal powder fuel and perforated piston, and combustion chamber. Engine housing accommodates gas generator to initiate metal powder fuel feed system. Combustion chamber consists of at least 30 mm-long prechamber with dispenser arranged at its inlet to feed fuel at preset rate, igniter and final combustion chamber. Prechamber and final combustion chamber have air feed channels. Prechamber airflow allows complete suspension gasification with surplus air factor α=0.15…0.3.
EFFECT: higher heat release per unit volume due to complete combustion.
1 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к прямоточным воздушно-реактивным двигателям (ПВРД) на порошкообразном металлическом горючем (ПМГ).The invention relates to an aircraft engine, and in particular to ramjet engines (ramjet) on a powdered metal fuel (PMG).

Применение металлов в качестве горючего обусловлено их высокой активностью, значительным тепловыделением и позволяет создать принципиально новые высокоэффективные прямоточные воздушно-реактивные двигатели для управляемых ракет. Преимущества прямоточных воздушно-реактивных двигателей на порошкообразном металлическом горючем, использующих в качестве окислителя атмосферный воздух, состоят в том, что они обеспечивают высокие тактико-технические характеристики, могут использоваться в широких диапазонах скоростей, при этом они надежны в обращении и хранении.The use of metals as a fuel is due to their high activity, significant heat release and allows you to create a fundamentally new highly efficient ramjet engines for guided missiles. The advantages of ramjet engines using powdered metal fuels, using atmospheric air as an oxidizing agent, are that they provide high performance characteristics, can be used in wide speed ranges, and at the same time they are reliable in handling and storage.

Известен прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом топливе, содержащий камеру сгорания, питаемую горючим газом генератора и атмосферным воздухом (патент Франции, FR №2661454, МПК F02K 7/18, 1985 г.).Known ramjet engine for solid fuel containing a combustion chamber fed by combustible gas of the generator and atmospheric air (French patent, FR No. 2661454, IPC F02K 7/18, 1985).

Недостатком такого двигателя является то, что на больших скоростях полета не обеспечивается полнота сгорания топлива.The disadvantage of this engine is that at high flight speeds the completeness of fuel combustion is not ensured.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа прямоточный воздушно-реактивный двигатель с механической системой подачи псевдоожиженного порошкообразного горючего ((МПК 6 F02K 9/70, патент на ПМ №10222 от 17.08.1998 г.), состоящий из системы подачи порошкообразного горючего, реактивной турбины и газопроницаемого поршня.The closest in technical essence to the claimed invention is a ramjet engine selected as a prototype with a mechanical fluidized powder fuel supply system ((IPC 6 F02K 9/70, patent on PM No. 10222 of 08/17/1998), consisting of a system supply of powdered fuel, a jet turbine and a gas permeable piston.

Недостатком данного устройства является громоздкость конструкции, включающей турбину со шнеком и одинарную камеру сгорания, которая не обеспечивает требуемой полноты сгорания топлива.The disadvantage of this device is the cumbersome design, including a turbine with a screw and a single combustion chamber, which does not provide the required completeness of fuel combustion.

Целью предлагаемого изобретения является повышение объемной энергоотдачи двигательной установки путем обеспечения более полного сгорания топлива.The aim of the invention is to increase the volumetric energy output of the propulsion system by providing a more complete combustion of fuel.

Задача решается за счет того, что предложен прямоточный воздушно-реактивный двигатель на металлическом порошкообразном горючем, содержащий систему запуска двигателя, систему подачи горючего, включающую топливный бак с металлическим порошкообразным горючим и перфорированным поршнем, камеру сгорания, отличающийся тем, что в корпусе двигателя установлен газогенератор, обеспечивающий запуск системы подачи порошкообразного металлического горючего, при этом камера сгорания состоит из форкамеры длиной не менее 300 мм, с размещенным на входе камеры дозатором, осуществляющим подачу горючего с заданным расходом, воспламенителем и камеры окончательного дожигания топлива, причем форкамера и камера окончательного дожигания имеют каналы для подачи воздуха.The problem is solved due to the fact that a ramjet engine based on metal powder fuel is proposed, comprising an engine starting system, a fuel supply system including a fuel tank with a metal powder fuel and a perforated piston, a combustion chamber, characterized in that a gas generator is installed in the engine body ensuring the start-up of the powder metal fuel supply system, while the combustion chamber consists of a prechamber with a length of at least 300 mm, with an input dosing chamber is supplying fuel to a predetermined flow rate, igniter chamber and final reburning fuel, the pre-chamber and a final chamber afterburning have passages for feeding air.

В первом частном случае исполнения в форкамере воздушный поток обеспечивает полноту газификации взвеси с коэффициентом избытка воздуха α=0,15…0,3.In the first particular case of execution in the prechamber, the air flow ensures the completeness of gasification of the suspension with an excess air coefficient α = 0.15 ... 0.3.

Во втором частном случае исполнения для возгорания взвеси использован воспламенитель многоразового действия.In the second special case of execution, a reusable igniter was used to ignite the suspension.

В третьем частном случае исполнения в качестве порошкообразного горючего может быть использован гранулированный порошок алюминия.In a third particular embodiment, granular aluminum powder can be used as a powdered fuel.

Предлагаемое устройство позволяет повысить объемную энергоотдачу двигательной установки за счет полного сжигания металловоздушной смеси в воздушном потоке низкого давления.The proposed device allows to increase the volumetric energy output of the propulsion system due to the complete combustion of the metal-air mixture in the low pressure air stream.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.The invention is illustrated graphic materials.

На чертеже представлена схема прямоточного воздушно-реактивного двигателя в разрезе.The drawing shows a diagram of a ramjet in section.

На чертеже 1 обозначены следующие позиции:In drawing 1, the following positions are indicated:

1 - корпус;1 - housing;

2 - газогенератор;2 - gas generator;

3 - перфорированный поршень;3 - perforated piston;

4 - бак с порошкообразным горючим;4 - tank with powdered fuel;

5 - металлическое порошкообразное горючее;5 - metal powder fuel;

6 - дозатор;6 - dispenser;

7, 8 - воздушные каналы;7, 8 - air channels;

9 - камера предварительного горения (форкамера);9 - preliminary combustion chamber (prechamber);

10 - камера окончательного дожигания;10 - a chamber of final afterburning;

11 - воспламенитель.11 - igniter.

ПВРД содержит корпус 1, в котором размещена система запуска (не обозначена), система подачи топлива, содержащая газогенератор 2, вытеснительное устройство в виде перфорированного поршня 3, бак 4 с металлическим порошком 5, дозатор 6, воздухозаборник с отводящими воздушными каналами 7, 8, камеру сгорания (не обозначена), состоящую из камеры предварительного сжигания (форкамеры) 9, камеры окончательного дожигания 10 и воспламенитель многоразового действия 11.The ramjet contains a housing 1, in which a launch system (not indicated) is placed, a fuel supply system containing a gas generator 2, a displacement device in the form of a perforated piston 3, a tank 4 with metal powder 5, a dispenser 6, an air intake with exhaust air channels 7, 8, a combustion chamber (not indicated), consisting of a preliminary combustion chamber (prechamber) 9, a final afterburner 10 and a reusable igniter 11.

В корпусе 1 ПВРД размещены составные части двигателя, обеспечивающие его работу. Газогенератор 2 для обеспечения работоспособности системы подачи горючего. Система подачи горючего является вытеснительной и включает перфорированный поршень 3, проницаемый для газа и образования газопорошковой взвеси. Для заполнения бака 4 в качестве металлического порошкообразного горючего 5 может использоваться, например, алюминий. При этом дозатор 6 выполнен с возможностью порционной подачи горючего. Воздушные каналы 7, 8 являются частью воздухозаборного устройства и служат для разделения и направления потока атмосферного воздуха в форкамеру 9 и камеру окончательного дожигания топлива 10. При этом в форкамере установлен воспламенитель многоразового действия 11. Полнота сжигания топлива обеспечивается за счет того, что камера сгорания выполнена в виде форкамеры 9 и камеры окончательного дожигания 10.In the housing 1 ramjet engine components are located, ensuring its operation. Gas generator 2 to ensure the operability of the fuel supply system. The fuel supply system is a displacement and includes a perforated piston 3, permeable to gas and the formation of gas-powder suspension. For filling the tank 4, for example, aluminum can be used as the metal powder fuel 5. In this case, the dispenser 6 is made with the possibility of portioned supply of fuel. The air channels 7, 8 are part of the air intake device and are used to separate and direct the flow of atmospheric air into the prechamber 9 and the final afterburning chamber of fuel 10. At the same time, a reusable igniter 11 is installed in the prechamber. The combustion of the fuel is ensured by the fact that the combustion chamber is made in the form of a pre-chamber 9 and a final afterburner 10.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель 1 работает следующим образом. Запускается стартовый ускоритель и сообщает ракете необходимую начальную скорость, после чего происходит отделение стартового ускорителя с одновременным запуском газогенератора 2, предназначенного для обеспечения подачи порошкообразного горючего 5. Продукты горения из газогенератора 2 под напором газовых потоков поступают через охладитель в вытеснительное устройство, представляющее собой перфорированный поршень 3. Поток газов, фильтруясь через весь объем порошка 5, перемещает его к выпускному отверстию и приобретает состояние взвеси. Перемещение перфорированного поршня 3 препятствует образованию пустот, поддерживая постоянство динамики работы вытеснительной системы. Регулирование подачи порошкообразной взвеси осуществляют при постоянном давлении газа путем изменения проходного сечения дозатора 6, позволяющего изменять тягу двигателя в широких пределах. Конструкция дозатора 6 обеспечивает низкую скорость частиц металла и их равномерную концентрацию в поперечном сечении, что подтверждено экспериментально, специальными датчиками была измерена скорость частиц металла.The ramjet engine 1 operates as follows. The launch accelerator is launched and informs the rocket of the required initial speed, after which the launch accelerator is detached and the gas generator 2 is simultaneously launched. 3. The flow of gases, filtered through the entire volume of powder 5, moves it to the outlet and becomes a suspension . The movement of the perforated piston 3 prevents the formation of voids, maintaining a constant dynamics of the displacement system. The regulation of the flow of powdered suspension is carried out at a constant gas pressure by changing the bore of the dispenser 6, which allows you to change the thrust of the engine over a wide range. The design of the dispenser 6 provides a low speed of metal particles and their uniform concentration in the cross section, which is confirmed experimentally, the speed of the metal particles was measured with special sensors.

В форкамере 9 происходит смешение порошка 5 с первичным потоком воздуха, поступающим по воздушному каналу 7 из воздухозаборника, что позволяет обеспечить стабильное горение в воздушном потоке низкого давления. Смесь горючего с первичным воздушным потоком воспламеняется под действием высокой температуры от воспламенителя многоразового действия, происходит первичное горение металловоздушной смеси. В данном состоянии происходит насыщение порошкообразной взвеси кислородом, получаемым из атмосферного воздуха, часть смеси сгорает, а несгоревшая часть истекает из форкамеры 9 в камеру окончательного дожигания 10. Насыщение металлического порошка кислородом характеризуется коэффициентом избытка воздуха α. Проводимые эксперименты показали, что полнота газификации металловоздушной взвеси осуществляется при коэффициенте избытка воздуха в пределах α=0,15…0,3, при этом длина форкамеры 9 должна составлять не менее 300 мм. Через воздуховод 8 поступает дополнительная порция воздуха в камеру окончательного сжигания, происходит полное выгорание топлива. Наличие двух камер: предварительного горения и окончательного дожигания топлива позволяет достичь полноты сгорания топлива, что значительно повышает объемную энергоотдачу двигательной установки. На выходе из сопла могут быть установлены газовые рули, обеспечивающие управление вектором тяги.In the prechamber 9, the powder 5 is mixed with the primary air stream entering the air channel 7 from the air intake, which ensures stable combustion in the low pressure air stream. The fuel mixture with the primary air stream ignites under the action of high temperature from a reusable igniter, the primary combustion of the metal-air mixture occurs. In this state, the powder suspension is saturated with oxygen obtained from atmospheric air, part of the mixture burns out, and the unburned part flows from the prechamber 9 into the final afterburner 10. The saturation of the metal powder with oxygen is characterized by an excess air coefficient α. The experiments showed that the completeness of gasification of metal-air suspension is carried out with an excess air coefficient in the range α = 0.15 ... 0.3, while the length of the prechamber 9 should be at least 300 mm. An additional portion of air enters the final combustion chamber through the duct 8, and the fuel is completely burned out. The presence of two chambers: preliminary combustion and final afterburning of fuel allows to achieve complete combustion of fuel, which significantly increases the volumetric energy output of the propulsion system. At the exit of the nozzle, gas rudders can be installed that provide thrust vector control.

Предлагаемое устройство позволяет повысить объемную энергоотдачу двигательной установки за счет полного сжигания алюминиево-воздушной смеси в воздушном потоке низкого давления.The proposed device allows to increase the volumetric energy output of the propulsion system due to the complete combustion of the aluminum-air mixture in the low pressure air stream.

Реализация перечисленных совокупных признаков позволяет значительно улучшить массогабаритные и энергетические характеристики прямоточного воздушно-реактивного двигателя по сравнению с прототипом.The implementation of these combined characteristics can significantly improve the overall dimensions and energy characteristics of a ramjet engine compared to the prototype.

Техническое решение, предлагаемое к защите патентом, может быть изготовлено на предприятиях, выпускающих подобную продукцию на базе технологии производства уже известных прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Процессы, происходящие в прямоточных воздушно-реактивных двигателях, были смоделированы и успешно прошли испытания на экспериментальных двигательных установках. Проводимые эксперименты подтвердили, что оптимальный размер форкамеры для полноты газификации взвеси составляет не менее 300 мм, при этом коэффициент избытка воздуха в камере предварительного горения находится в пределах α=0,15…0,3.The technical solution proposed for patent protection can be manufactured at enterprises producing similar products based on the production technology of already known ramjet engines. The processes taking place in ramjet engines were modeled and successfully tested in experimental propulsion systems. The experiments carried out have confirmed that the optimal size of the prechamber for complete suspension gasification is at least 300 mm, while the coefficient of excess air in the preliminary combustion chamber is in the range α = 0.15 ... 0.3.

Claims (4)

1. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель на металлическом порошкообразном горючем, содержащий систему запуска двигателя, систему подачи горючего, включающую топливный бак с металлическим порошкообразным горючим и перфорированным поршнем, камеру сгорания, отличающийся тем, что в корпусе двигателя установлен газогенератор, обеспечивающий запуск системы подачи порошкообразного металлического горючего, при этом камера сгорания состоит из форкамеры длиной не менее 300 мм, с размещенным на входе камеры дозатором, осуществляющим подачу горючего с заданным расходом, воспламенителем и камеры окончательного дожигания топлива, причем форкамера и камера окончательного дожигания имеет каналы для подачи воздуха.1. A ramjet engine on a metal powder fuel containing a engine start system, a fuel supply system including a fuel tank with a metal powder fuel and a perforated piston, a combustion chamber, characterized in that a gas generator is installed in the engine casing to enable the start of the powder supply system metal fuel, while the combustion chamber consists of a prechamber with a length of at least 300 mm, with a dispenser located at the inlet of the chamber supplying fuel with a given flow rate, an igniter and a chamber for final afterburning of fuel, moreover, the prechamber and the chamber of final afterburning have channels for supplying air. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в форкамере воздушный поток обеспечивает полноту газификации взвеси с коэффициентом избытка воздуха α=0,15…0,3.2. The engine according to claim 1, characterized in that in the prechamber the air flow ensures the completeness of gasification of the suspension with an excess air coefficient α = 0.15 ... 0.3. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что для возгорания взвеси использован воспламенитель многоразового действия.3. The engine according to claim 1, characterized in that a reusable igniter is used to ignite the suspension. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного горючего может быть использован гранулированный порошок алюминия. 4. The engine according to claim 1, characterized in that granular aluminum powder can be used as a powdered fuel.
RU2009140590/06A 2009-11-05 2009-11-05 Air ramjet engine operating on powder metal fluid RU2439358C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009140590/06A RU2439358C2 (en) 2009-11-05 2009-11-05 Air ramjet engine operating on powder metal fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009140590/06A RU2439358C2 (en) 2009-11-05 2009-11-05 Air ramjet engine operating on powder metal fluid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009140590A RU2009140590A (en) 2011-05-10
RU2439358C2 true RU2439358C2 (en) 2012-01-10

Family

ID=44732289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009140590/06A RU2439358C2 (en) 2009-11-05 2009-11-05 Air ramjet engine operating on powder metal fluid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2439358C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2563641C2 (en) * 2014-01-17 2015-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Hybrid aerospace rocket ramjet
RU2633730C1 (en) * 2016-10-31 2017-10-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Method of working process organizing in direct-flow air jet engine
RU2660057C1 (en) * 2016-10-19 2018-07-04 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Solid metallic fuel and method for ignition thereof
CN109322763A (en) * 2018-09-19 2019-02-12 中国人民解放军国防科技大学 Solid rocket powder scramjet engine
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
CN113266821A (en) * 2021-05-18 2021-08-17 北华航天工业学院 Metal powder combustion device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2563641C2 (en) * 2014-01-17 2015-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Hybrid aerospace rocket ramjet
RU2660057C1 (en) * 2016-10-19 2018-07-04 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Solid metallic fuel and method for ignition thereof
RU2633730C1 (en) * 2016-10-31 2017-10-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Method of working process organizing in direct-flow air jet engine
CN109322763A (en) * 2018-09-19 2019-02-12 中国人民解放军国防科技大学 Solid rocket powder scramjet engine
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
CN113266821A (en) * 2021-05-18 2021-08-17 北华航天工业学院 Metal powder combustion device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009140590A (en) 2011-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2439358C2 (en) Air ramjet engine operating on powder metal fluid
RU2445491C2 (en) Rocket power plant with non-sensitive arming and multiple operating modes, and its operating method
US3535881A (en) Combination rocket and ram jet engine
RU2565131C1 (en) Ramjet engine running on solid propellant and method of its operation
US5224344A (en) Variable-cycle storable reactants engine
EP0683376B1 (en) Airbreathing propulsion assisted gun-launched projectiles
RU2454607C1 (en) Method for stabilisation of fuel combustion process in combustion chamber, and combustion chamber of straight-jet engine of aircraft
CN113882965B (en) Metal hydrogen storage powder water ramjet engine
US5010728A (en) Solid fuel turbine engine
RU2517940C2 (en) Jet engine composed by set of jet engines
RU2529935C1 (en) Hypersonic ramjet engine and concept of combustion
RU2623134C1 (en) Solid fueled integrated straight-jet engine
RU2706870C1 (en) Air-jet detonation engine on solid fuel and method of its operation
RU2410291C1 (en) Supersonic missile with powdered metallic fuel engine
RU173530U1 (en) Powerplant hypersonic aircraft
RU2096644C1 (en) Hybrid ramjet engine
US6370861B1 (en) Solid fuel afterburner and method of using the same to improve thrust and starting capabilities of a turbojet engine
Li et al. Study on electrical ignition characteristics of ammonium dinitramide (ADN)-based liquid propellant droplet in nitrous oxide environment
RU2315193C1 (en) Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution
RU2313683C1 (en) Jet engine
RU2511921C1 (en) Hypersonic propulsive jet engine, and combustion arrangement method
CN107143432B (en) High-piezoelectricity plasma gas relay couples spark knock engine before a kind of detonation wave
RU2216642C2 (en) Method of cumulative combustion of propellant in jet engines
Pelosi-Pinhas et al. Solid-fuel ramjet regulation by means of an air-division valve
CN104847532A (en) Working method of continuous detonation superposition ram rocket