RU2446305C2 - Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation - Google Patents

Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation Download PDF

Info

Publication number
RU2446305C2
RU2446305C2 RU2010126476/06A RU2010126476A RU2446305C2 RU 2446305 C2 RU2446305 C2 RU 2446305C2 RU 2010126476/06 A RU2010126476/06 A RU 2010126476/06A RU 2010126476 A RU2010126476 A RU 2010126476A RU 2446305 C2 RU2446305 C2 RU 2446305C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion
section
pseudo
combustion chamber
pulsating
Prior art date
Application number
RU2010126476/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010126476A (en
Inventor
Павел Константинович Третьяков (RU)
Павел Константинович Третьяков
Original Assignee
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН)
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 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) filed Critical Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН)
Priority to RU2010126476/06A priority Critical patent/RU2446305C2/en
Publication of RU2010126476A publication Critical patent/RU2010126476A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2446305C2 publication Critical patent/RU2446305C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: fuel for starting said engine is fed into combustion chamber uniform cross-section part first zone to initiate pulsating combustion with intermittent formation of wave structure of pseudo-discontinuity type from thermal gas-dynamic pulses, for example, plasma, shock wave, gas jet of inert or reacting medium intensifying combustion. Combustion conditions are varied from diffusion combustion to pseudo-discontinuity combustion and back when leading edge of pseudo-discontinuity approaches fuel feed point, or used is combined intermittent diffusive- pseudo-discontinuity, or quasi-stationary pseudo-discontinuity with varying thermal gas-dynamic pulses frequency in uniform cross-section part of the combustion chamber. Note here that initiator of pulsating combustion is arranged at the end of uniform cross-section part and comprises generator of power thermal gas-dynamic pulses with elements of intermittent feed of pulses connected via pulsating combustion control system with pressure wave registration pickups on said uniform cross-section part. Further engine operation is maintained by feeding fuel into the next areas of combustion chamber variable cross section areas.
EFFECT: higher efficiency of engine.
2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к классам ВРД, условно называемым "пульсирующими двигателями" (ПуВРД) и «пульсирующими детонационными двигателями» (ПДД). Особенностью работы таких двигателей является осуществление пульсирующего режима горения за счет организации периодического ввода в камеру сгорания топлива и окислителя, осуществления резонансных, вибрационных режимов горения, либо (в ПДД) сжигания топливовоздушной смеси в детонационных волнах. При этом применяются механические (клапанные) системы управления периодическим циклом процесса (наполнением камеры топливом и окислителем, инициированием и протеканием горения, истечением продуктов сгорания) или газодинамические, бесклапанные. Подробный обзор работ этого направления приведен в: "Pulsed and Continuous Detonations." G.Roy, S.Frolov, J.Sinibaldi. Torus Press Publishers. Moscow 2006. Примеры работающего двигателя описаны в AIAA Paper 2004-3402, а летных испытаний в "Pulse Power: Pulse Detonation Engine-powered Flight Demonstration Marks Milestone in Mojave," Norris, G., Aviation Week & Space Technology, Vol.168, No.7, 2008, pp.60. Основным недостатком технических решений на таких способах организации рабочего процесса в камерах сгорания является ограничение по применению в двигателях прямоточных схем для полета летательных аппаратов с гиперзвуковой скоростью (число Маха более 4,5-5,0). Ограничение обусловлено большими потерями полного давления из-за необходимости торможения воздушного потока до дозвуковых скоростей и, как следствие, снижением эффективности (удельного импульса) двигателя.The invention relates to the WFD classes, conventionally called "pulsating engines" (PuVRD) and "pulsating detonation engines" (SDA). A feature of the operation of such engines is the implementation of a pulsating combustion mode due to the organization of periodic input of fuel and an oxidizer into the combustion chamber, the implementation of resonant, vibrational combustion modes, or (in SDA) the combustion of a fuel-air mixture in detonation waves. In this case, mechanical (valve) systems are used to control the periodic cycle of the process (filling the chamber with fuel and oxidizing agent, initiating and flowing combustion, expiration of combustion products) or gas-dynamic, valveless. A detailed review of the work in this direction is given in: "Pulsed and Continuous Detonations." G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi. Torus Press Publishers. Moscow 2006. Examples of a running engine are described in AIAA Paper 2004-3402, and flight tests in Pulse Power: Pulse Detonation Engine-powered Flight Demonstration Marks Milestone in Mojave, Norris, G., Aviation Week & Space Technology, Vol.168, No.7, 2008, pp.60. The main disadvantage of technical solutions for such methods of organizing the working process in combustion chambers is the restriction on the use of once-through circuits in engines for flying aircraft with hypersonic speed (Mach number more than 4.5-5.0). The limitation is due to large losses in total pressure due to the need to slow down the air flow to subsonic speeds and, as a result, to reduce the efficiency (specific impulse) of the engine.

Известно техническое решение (патент RU №2347098 C1, F02K 7/02, 2007 г.), в котором пульсирующий режим горения осуществляется импульсно-периодической подачей топлива в несколько расширяющихся участков камеры сгорания. При этом количество и частоту подвода топлива на каждом участке задают из условия сохранения сверхзвуковой скорости нестационарного потока по всему каналу камеры сгорания. Основными недостатками этого технического решения являются высокие начальные значения скоростей полета (числа Маха М>6-7) и отсутствие средств, обеспечивающих высокую полноту сгорания топлива.A technical solution is known (patent RU No. 2347098 C1, F02K 7/02, 2007), in which the pulsating combustion mode is carried out by pulse-periodic supply of fuel to several expanding sections of the combustion chamber. In this case, the quantity and frequency of fuel supply in each section is set from the condition of preserving the supersonic velocity of the unsteady flow along the entire channel of the combustion chamber. The main disadvantages of this technical solution are the high initial values of flight speeds (Mach numbers M> 6-7) and the lack of tools that provide high completeness of fuel combustion.

Известно изобретение, выбранное за прототип (патент RU 2157909 C1, 26.05.1999), в котором предлагается решение задачи об увеличении удельного импульса прямоточного двигателя при полете на гиперзвуковых скоростях (для водородовоздушного двигателя с числами Маха полета М от 4,5 до 7,5). Эффект достигается за счет сжигания смеси водорода с воздухом в детонационной волне, распространяющейся вверх и вниз по сверхзвуковому потоку в камере сгорания постоянного сечения при периодическом обогащении или обеднении горючей смеси путем изменения количества подаваемого в камеру водорода. Эффект основан на реализации детонации Чепмена-Жуге, когда скорость продуктов сгорания за волной равна скорости звука. В этом случае реализуется режим горения с минимальными потерями полного давления. Однако, как показали эксперименты (см. Structure and Propagation of Detonations in Gaseous Mixtures in Supersonic Flow. J.C.Bellet and G.Deshayes. Astronautica Acta. Vol.15, pp.465-469. Pergamon Press 1970; ISABE-2005-1050, V.G.Alexandrov, A.N.Kraiko, K.S.Pyankov, K.S.Reent, et al.; Детонационные волны в реагирующем сверхзвуковом потоке. А.А.Васильев, В.И.Звегинцев, Д.Г.Наливайченко. ФГВ. Т.42, №5, с.85-100, 2006), в реальных условиях в сверхзвуковом потоке при движении вверх по потоку топливовоздушной смеси распространяется пересжатая детонационная волна, а вниз по потоку - недосжатая. Это приводит к заметному увеличению потерь полного давления (при движении вверх по потоку) и снижению эффективности горения (при движении вниз по потоку). Следует заметить, что в экспериментах не удается получить пульсирующего режима течения, как это предложено в техническом решении. Авторы рассматривают применение этого технического решения для водородовоздушного двигателя с числами Маха полета М от 4,5 до 7,5. Применение других видов топлива (например, углеводородного) при такой организации процесса маловероятно из-за низких скоростей распространения детонационных волн.The invention is known, selected for the prototype (patent RU 2157909 C1, 05.26.1999), which proposes a solution to the problem of increasing the specific impulse of a ramjet engine when flying at hypersonic speeds (for a hydrogen-air engine with flight Mach numbers M from 4.5 to 7.5 ) The effect is achieved by burning a mixture of hydrogen with air in a detonation wave propagating up and down the supersonic flow in a constant-section combustion chamber during periodic enrichment or depletion of a combustible mixture by changing the amount of hydrogen supplied to the chamber. The effect is based on the realization of Chapman-Jouguet detonation, when the speed of the combustion products behind the wave is equal to the speed of sound. In this case, the combustion mode is implemented with minimal loss of total pressure. However, experiments have shown (see Structure and Propagation of Detonations in Gaseous Mixtures in Supersonic Flow. JC Bellet and G. Deshayes. Astronautica Acta. Vol.15, pp. 465-469. Pergamon Press 1970; ISABE-2005-1050, VGAlexandrov, ANKraiko, KSPyankov, KSReent, et al .; Detonation waves in a reacting supersonic flow. A.A. Vasiliev, V. I. Zvegintsev, D. G. Nalivaychenko. FGV. T.42, No. 5, p. 85-100, 2006), under real conditions in a supersonic flow when moving upstream of the air-fuel mixture, an over-compressed detonation wave propagates, and downstream - under-compressed. This leads to a noticeable increase in total pressure losses (when moving upstream) and a decrease in combustion efficiency (when moving downstream). It should be noted that in the experiments it is not possible to obtain a pulsating flow regime, as proposed in the technical solution. The authors consider the application of this technical solution for a hydrogen-air engine with flight numbers M from 4.5 to 7.5. The use of other types of fuel (for example, hydrocarbon) with such an organization of the process is unlikely due to the low propagation velocity of detonation waves.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы двигателя.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the engine.

Предлагаемое изобретение позволит увеличить удельный импульс двигателя при полете на больших сверхзвуковых скоростях, уменьшить тепловые потери в стенки камеры сгорания, а также сократить протяженность изолятора и обеспечить плавный запуск двигателя (без нарушения течения на входе в воздухозаборник). В двигателе, кроме водорода, могут быть использованы углеводородные топлива для полета с числом Маха М от 5-5,5 до 7,5-8,0.The present invention will increase the specific impulse of the engine when flying at high supersonic speeds, reduce heat loss in the walls of the combustion chamber, as well as reduce the length of the insulator and ensure a smooth start of the engine (without disturbing the flow at the inlet to the air intake). In the engine, in addition to hydrogen, hydrocarbon fuels for flight with a Mach number M from 5-5.5 to 7.5-8.0 can be used.

Технический результат достигается в сверхзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе с пульсирующим режимом горения (СПВРД с ПРГ), содержащим сверхзвуковой воздухозаборник, изолятор, сверхзвуковую камеру сгорания, состоящую из участков постоянного и переменного сечения, сверхзвуковое сопло, несколько поясов подачи топлива, размещенных по длине камеры сгорания, устройство инициирования пульсирующего режима горения и датчики регистрации прохождения волн давления на участке камеры сгорания постоянного сечения, первый пояс подачи топлива расположен в начале участка постоянного сечения, а последующие - на участках переменного сечения камеры сгорания, при этом устройство инициирования пульсирующего режима горения установлено в конце участка постоянного сечения и содержит генератор энергетических теплогазодинамических импульсов с элементами периодического ввода импульсов, связанные через систему управления пульсирующим режимом горения, с датчиками регистрации прохождения волн давления на участке камеры сгорания постоянного сечения.The technical result is achieved in a supersonic ramjet engine with a pulsating combustion mode (SPVRD with PRG) containing a supersonic air intake, an insulator, a supersonic combustion chamber, consisting of sections of constant and variable section, a supersonic nozzle, several fuel supply belts located along the length of the chamber of combustion, a device for initiating a pulsating combustion mode and sensors for detecting the passage of pressure waves in a section of a combustion chamber of constant cross section, the first belt under fuel is located at the beginning of the constant section, and the subsequent sections of the variable section of the combustion chamber, and the pulsating combustion initiation device is installed at the end of the constant section and contains a generator of energy thermodynamic pulses with elements of periodic pulse input connected through the pulsating mode control system combustion, with sensors for detecting the passage of pressure waves in the area of the combustion chamber of constant cross section.

Технический результат достигается также в способе функционирования сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя с пульсирующим режимом горения (СПВРД с ПРГ), заключающегося в том, что топливо для запуска двигателя подают в первый пояс участка постоянного сечения камеры сгорания и инициируют пульсирующий режим горения с периодическим формированием волновой структуры типа псевдоскачка от генератора теплогазодинамических импульсов, например плазмы, ударной волны, газовой струи инертной или реагирующей, среды, способствующей интенсификации горения, реализуя на участке постоянного сечения камеры сгорания изменение режима горения от диффузионного к псевдоскачковому и обратно при приближении головной части псевдоскачка к месту подачи топлива, либо смешанного периодического диффузионно-псевдоскачкового, либо квазистационарного псевдоскачкового при изменении частоты теплогазодинамических импульсов, при этом дальнейшую работу двигателя обеспечивают подачей топлива в последующие пояса участков переменного сечения камеры сгорания.The technical result is also achieved in the method of operation of a supersonic ramjet engine with a pulsating combustion mode (SPVRD with PRG), which consists in the fact that the fuel for starting the engine is supplied to the first belt of the constant section section of the combustion chamber and a pulsed combustion mode with periodic wave formation is initiated structures such as a pseudo-jump from a generator of heat-gas-dynamic pulses, for example, plasma, shock waves, inert or reactive gas jets, intensification of combustion, realizing on a constant section of the combustion chamber a change in the combustion mode from diffusion to pseudo-jump and vice versa when the head of the pseudo-jump approaches the place of fuel supply, or a mixed periodic diffusion-pseudo-jump, or quasistationary pseudo-jump, when changing the frequency of thermodynamic pulses, with further work the engine is supplied with fuel to subsequent belts of sections of variable section of the combustion chamber.

В основе предлагаемого технического решения лежит создание псевдоскачкового режима горения в канале постоянного сечения, который может поддерживаться только при наличии внешнего энергетического воздействия на течение. Параметры течения на входе в канал таковы, что происходит инициирование и развитие диффузионного горения топлива. Количество подаваемого топлива определяется тепловым запиранием течения. Длина постоянного участка канала выбирается приблизительно равной протяженности псевдоскачка с полным сгоранием этого топлива. При импульсно-периодическом энергетическом (определенной интенсивности) воздействии на поток горение можно перевести из диффузионного режима в псевдоскачковый. При этом в конце псевдоскачка будет устанавливаться приблизительно звуковая скорость потока. Псевдоскачковый режим горения будет переходить в диффузионный режим при перемещении головной части псевдоскачка к месту инжекции топлива вследствие ухудшения процесса смешения. Псевдоскачок будет колебаться в канале с периодом, равным периоду энергетического воздействия. Длительность импульса и величина периода связаны с энергией, необходимой для формирования псевдоскачка, и определяют скорость его движения навстречу потоку.The basis of the proposed technical solution is the creation of a pseudo-hopping combustion regime in a channel of constant cross section, which can only be supported if there is an external energy effect on the flow. The flow parameters at the entrance to the channel are such that the initiation and development of diffusion combustion of fuel occurs. The amount of fuel supplied is determined by thermal blocking of the flow. The length of the constant section of the channel is chosen approximately equal to the length of the pseudo-jump with the complete combustion of this fuel. With a pulse-periodic energy (of a certain intensity) effect on the flow, combustion can be transferred from the diffusion mode to the pseudo-jump mode. At the same time, at the end of the pseudo-jump, approximately sound flow velocity will be set. The pseudo-jump combustion mode will go into diffusion mode when the head of the pseudo-jump moves to the fuel injection site due to the deterioration of the mixing process. The pseudo jump will fluctuate in the channel with a period equal to the period of the energy impact. The pulse duration and the magnitude of the period are associated with the energy necessary for the formation of the pseudo-jump, and determine the speed of its movement towards the flow.

Изобретение является новой схемой прямоточного воздушно-реактивного двигателя с потоком в камере сгорания, близким к скорости звука (М≥1,0) и с горением в пульсирующей волновой структуре типа псевдоскачка - «сверхзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем с пульсирующим режимом горения - СПВРД с ПРГ». В СПВРД с ПРГ пульсирующий нестационарный процесс инициируется импульсно-периодическими теплогазодинамическими импульсами, вызывающими формирование псевдоскачкового режима горения пульсирующего в участке постоянного сечения камеры сгорания.The invention is a new scheme of a ramjet engine with a flow in the combustion chamber close to the speed of sound (M≥1.0) and with combustion in a pulsating wave structure of the pseudo-jump type - "supersonic ramjet engine with a pulsating combustion mode - SPVRD with PWG. " In SPARS with PRG, a pulsating non-stationary process is initiated by pulse-periodic heat-gas-dynamic pulses, which cause the formation of a pseudo-hopping combustion regime pulsating in a constant section of the combustion chamber.

На фиг.1 изображена общая схема двигателя СПВРД с ПРГ; на фиг.2 - при подаче топлива в первый пояс реализуется диффузионный режим горения; на фиг.3 - волновая структура при подаче энергетического импульса, образование псевдоскачка; фиг.4 - псевдоскачковый режим горения с подачей топлива во второй пояс; фиг.5 - диффузионный режим горения; фиг.6 - диффузионно-псевдоскачковый режим горения при прекращении ввода импульса; фиг.7 - диффузионно-псевдоскачковый режим горения при введении импульса; фиг.8 - квазистационарный режим горения.Figure 1 shows the General scheme of the engine SPVRD with PRG; figure 2 - when the fuel is supplied to the first belt, the diffusion mode of combustion is implemented; figure 3 - wave structure when applying an energy pulse, the formation of a pseudo jump; 4 is a pseudo-hopping combustion mode with fuel supply to the second belt; figure 5 - diffusion mode of combustion; 6 is a diffusion-pseudo-hopping combustion mode upon termination of the pulse input; Fig.7 - diffusion-pseudo-hopping combustion mode with the introduction of the pulse; Fig - quasistationary combustion mode.

Сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с пульсирующим режимом горения (СПВРД с ПРГ) содержит сверхзвуковой воздухозаборник 1, изолятор 2, сверхзвуковую камеру сгорания, состоящую из участков постоянного 3 и переменного 4 сечения, сверхзвуковое сопло 5, несколько поясов подачи топлива 6, 7 и устройство инициирования пульсирующего режима горения, состоящее из генератора энергетических теплогазодинамических импульсов 8 с элементами периодического ввода импульсов 9, связанные через систему управления пульсирующим режимом горения 10 с датчиками регистрации прохождения волн давления 11 на участке камеры сгорания постоянного сечения.A supersonic ramjet engine with a pulsating combustion mode (SPVRD with PRG) contains a supersonic air intake 1, insulator 2, a supersonic combustion chamber, consisting of sections of constant 3 and variable 4 sections, a supersonic nozzle 5, several fuel supply belts 6, 7 and a device initiation of a pulsating combustion mode, consisting of a generator of energy thermodynamic pulses 8 with elements of periodic input of pulses 9, connected through a control system of a pulsating mode g 10 rhenium sensors registering the passage of pressure waves 11 in the region of constant cross section of the combustion chamber.

СПВРД с ПРГ функционирует следующим образом:SPRDD with PRG operates as follows:

1. Набегающий на двигатель поток воздуха (с числом Маха М=5,0-8,0) тормозится в воздухозаборнике 1 (фиг.1) и изоляторе 2 и входит в участок постоянного сечения камеры сгорания 3, сохраняя сверхзвуковую скорость с параметрами, обеспечивающими воспламенение топлива в совокупности с конструктивными особенностями элементов его подачи.1. The incoming air flow (with a Mach number M = 5.0-8.0) is inhibited in the air intake 1 (Fig. 1) and insulator 2 and enters the constant section of the combustion chamber 3, while maintaining a supersonic speed with parameters providing ignition of fuel in conjunction with the design features of the elements of its supply.

2. Через первый пояс 6 подается топливо. Его количество определяется параметрами потока на входе в камеру сгорания и из условия «теплового» запирания течения на участке постоянного сечения 3 камеры при полном сгорании топлива. На этом участке 3 происходит воспламенение топлива и устанавливается режим горения, зависящий от параметров теплогазодинамических импульсов, которые формирует генератор 8 (фиг.2). В зависимости от фазы режима горения происходит изменение параметров импульса. Таким образом, управление режимом горения осуществляется путем управления генератором импульсов.2. Fuel is supplied through the first belt 6. Its amount is determined by the flow parameters at the entrance to the combustion chamber and from the condition of "thermal" locking of the flow in the constant section 3 of the chamber with complete combustion of fuel. In this section 3, fuel ignition occurs and a combustion mode is established, depending on the parameters of the thermodynamic pulses that the generator 8 forms (Fig. 2). Depending on the phase of the combustion mode, a change in the pulse parameters occurs. Thus, the control of the combustion mode is carried out by controlling the pulse generator.

3. Фазы режима горения состоят в следующем.3. The phases of the combustion regime are as follows.

3.1. В выходном сечении участка постоянного сечения камеры сгорания от генератора 8 через элементы периодического ввода 9 подается энергетический теплогазодинамический импульс (фиг.3), например, в виде плазмы (от имульсно-периодического плазматрона), ударной волны (от детонационной трубки), инертной или реагирующей струи, среды, способствующей интенсификации горения.3.1. In the output section of the constant section section of the combustion chamber from the generator 8, an energetic thermodynamic pulse is supplied through the elements of the periodic input 9 (Fig. 3), for example, in the form of a plasma (from a pulse-periodic plasmatron), a shock wave (from a detonation tube), inert or reacting jet, a medium conducive to intensification of combustion.

3.2. Воздействие импульса приводит к торможению сверхзвукового потока и формированию волновой структуры типа псевдоскачка, которая приводит к интенсивному сгоранию топлива (см. фиг.3, 4), так как наличие такой структуры улучшает процесс его перемешивания с воздухом. Происходит переход от диффузионного режима горения к псевдоскачковому. Псевдоскачок перемещается ко входу в камеру сгорания вследствие повышения давления в камере (в зоне интенсивного горения).3.2. The impact of the pulse leads to inhibition of the supersonic flow and the formation of a wave structure such as a pseudo-jump, which leads to intensive combustion of fuel (see Figs. 3, 4), since the presence of such a structure improves the process of mixing it with air. There is a transition from a diffusion combustion regime to a pseudo-hopping one. The pseudo jump moves to the entrance to the combustion chamber due to increased pressure in the chamber (in the intense combustion zone).

3.3. При достижении псевдоскачком заданного сечения участка постоянного сечения камеры сгорания, определяемого длительностью и энергией импульса, дальнейшее его движение навстречу потоку прекращается вследствие недостаточного торможения (повышения давления в зоне горения) потока от протекания горения, и волновая структура сносится вниз по потоку в течение периода, определяемого частотой следования импульсов, как пример возможен диффузионный режим горения (фиг.5).3.3. When the pseudo-jump reaches the specified section of the constant section of the combustion chamber, determined by the duration and energy of the pulse, its further movement towards the flow stops due to insufficient braking (pressure increase in the combustion zone) of the flow from the combustion, and the wave structure drifts downstream during the period determined pulse repetition rate, as an example, diffusion combustion mode is possible (Fig. 5).

3.4. В момент, когда волновая структура достигнет заданного сечения вблизи выхода из участка постоянного сечения камеры (фиг.6) или выхода из нее (как показано на фиг.5), подается следующий теплогазодинамический импульс и начинается новая фаза режима горения. Псевдоскачок будет колебаться в канале с периодом, равным периоду энергетического воздействия. Возможно несколько пульсирующих режимов горения. Переход от диффузионного горения к псевдоскачковому и обратно (при низких частотах псевдоскачок колеблется с амплитудой, близкой к длине участка постоянного сечения). Смешанный (диффузионно-псевдоскачковый), когда с увеличением частоты псевдоскачок не возвращается в конец участка постоянного сечения (крайние положения псевдоскачка приведены на фиг.6, 7). Квазистационарный, когда псевдоскачок сохраняет свое положение в канале при высокой частоте импульсов (фиг.8). Основным преимуществом такого способа организации горения является достижение высокой эффективности протекания процесса, которая определяется минимальными потерями полного давления и максимальным приростом температуры. Скорость потока за скачком близка к скорости звука. Этому режиму соответствует максимальное значение коэффициента восстановления полного давления.3.4. At the moment when the wave structure reaches a predetermined section near the exit from the constant section section of the chamber (Fig. 6) or the exit from it (as shown in Fig. 5), the next thermodynamic pulse is applied and a new phase of the combustion regime begins. The pseudo jump will fluctuate in the channel with a period equal to the period of the energy impact. Several pulsating combustion modes are possible. The transition from diffusion combustion to pseudo-jump and vice versa (at low frequencies, the pseudo-jump fluctuates with an amplitude close to the length of the constant section section). Mixed (diffusion-pseudo-jump), when with increasing frequency the pseudo-jump does not return to the end of the constant section (the extreme positions of the pseudo-jump are shown in Figs. 6, 7). Quasistationary, when the pseudo-jump maintains its position in the channel at a high pulse frequency (Fig. 8). The main advantage of this method of organizing combustion is the achievement of high efficiency of the process, which is determined by the minimum loss of total pressure and the maximum temperature increase. The flow rate behind the jump is close to the speed of sound. This mode corresponds to the maximum value of the total pressure recovery coefficient.

4. Дальнейшая работа двигателя обеспечивается подачей топлива в последующие пояса участков переменного сечения камеры сгорания (при необходимости обеспечения заданного коэффициента избытка воздуха). Начало подачи топлива предпочтительно на фазе псевдоскачкового режима горения на участке постоянного сечения камеры сгорания (см. фиг.4). Степень расширения участка переменного сечения выбирается из условия обеспечения средней скорости, близкой к скорости звука (М≥1,0).4. The further operation of the engine is ensured by the supply of fuel to the subsequent belts of the sections of the variable section of the combustion chamber (if necessary, to ensure the specified coefficient of excess air). The start of the fuel supply is preferably in the phase of the pseudo-hopping combustion mode in the constant section of the combustion chamber (see FIG. 4). The degree of expansion of the variable cross section is selected from the condition of ensuring an average speed close to the speed of sound (M≥1.0).

Пульсирующий режим горения в участке постоянного сечения камеры сгорания будет способствовать улучшению процесса смешения топлива в участке переменного сечения и, следовательно, сокращению протяженности камеры сгорания (уменьшению ее поверхности) и уменьшению тепловых потерь в стенке, а также гидравлического сопротивления.The pulsating combustion mode in the constant section section of the combustion chamber will help to improve the fuel mixing process in the variable section section and, consequently, reduce the length of the combustion chamber (decrease its surface) and reduce heat losses in the wall, as well as hydraulic resistance.

Реализация псевдоскачкового режима со звуковой скоростью в конце участка постоянного сечения камеры сгорания делает невозможным проникновения высокого давления в изолятор и срыва течения в воздухозаборнике. Это позволяет обеспечить плавный запуск двигателя и сократить протяженность изолятора, которая для отмеченных значений чисел Маха полета составляет более 12 калибров канала.The implementation of the pseudo-hop mode with sound speed at the end of the constant section of the combustion chamber makes it impossible for high pressure to enter the insulator and to disrupt the flow in the air intake. This allows you to ensure a smooth start of the engine and reduce the length of the insulator, which for the marked values of the flight Mach numbers is more than 12 channel calibres.

Все эти эффекты способствуют улучшению тяговых характеристик двигателя.All these effects contribute to improved traction characteristics of the engine.

Источники информацииInformation sources

1. Pulsed and Continuous Detonations." G.Roy, S.Frolov, J.Sinibaldi. Torus Press Publishers. Moscow 2006.1. Pulsed and Continuous Detonations. "G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi. Torus Press Publishers. Moscow 2006.

2 Патент RU №2347098 C1, F02K 7/02, 2007 г.2 Patent RU No. 2347098 C1, F02K 7/02, 2007

3. Патент RU 2157909 C1, 26.05.1999 - прототип.3. Patent RU 2157909 C1, 05/26/1999 - prototype.

4. Детонационные волны в реагирующем сверхзвуковом потоке. А.А.Васильев, В.И.Звегинцев, Д.Г.Наливайченко. ФГВ. Т.42, №5, с.85-100, 2006.4. Detonation waves in a reacting supersonic flow. A.A. Vasiliev, V.I. Zvegintsev, D.G. Nalivaychenko. FGV. Vol. 42, No. 5, pp. 85-100, 2006.

Claims (2)

1. Сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с пульсирующим режимом горения (СПВРД с ПРГ), содержащий сверхзвуковой воздухозаборник, изолятор, сверхзвуковую камеру сгорания, состоящую из участков постоянного и переменного сечения, сверхзвуковое сопло, несколько поясов подачи топлива, размещенных по длине камеры сгорания, устройство инициирования пульсирующего режима горения и датчики регистрации прохождения волн давления на участке камеры сгорания постоянного сечения, отличающийся тем, что первый пояс подачи топлива расположен в начале участка постоянного сечения, а последующие - на участках переменного сечения камеры сгорания, при этом устройство инициирования пульсирующего режима горения установлено в конце участка постоянного сечения и содержит генератор энергетических теплогазодинамических импульсов с элементами периодического ввода импульсов, связанных через систему управления пульсирующим режимом горения с датчиками регистрации прохождения волн давления на участке камеры сгорания постоянного сечения.1. A supersonic ramjet engine with a pulsating combustion mode (SPVRD with PRG), containing a supersonic air intake, an insulator, a supersonic combustion chamber, consisting of sections of constant and variable section, a supersonic nozzle, several fuel supply belts located along the length of the combustion chamber, device for initiating a pulsating combustion mode and sensors for detecting the passage of pressure waves in a section of a combustion chamber of constant cross section, characterized in that the first belt for supplying fuel located at the beginning of the constant section, and the subsequent sections of the variable section of the combustion chamber, while the pulsating combustion initiation device is installed at the end of the constant section and contains a generator of energetic thermodynamic pulses with elements of periodic pulse input connected through a pulsed combustion control system with sensors for recording the passage of pressure waves in a section of a combustion chamber of constant cross section. 2. Способ работы сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя с пульсирующим режимом горения (СПВРД с ПРГ), отличающийся тем, что топливо для запуска двигателя подают в первый пояс участка постоянного сечения камеры сгорания и инициируют пульсирующий режим горения с периодическим формированием волновой структуры типа псевдоскачка от теплогазодинамических импульсов, например плазмы, ударной волны, газовой струи инертной или реагирующей среды, способствующей интенсификации горения, реализуя на участке постоянного сечения камеры сгорания изменение режима горения от диффузионного к псевдоскачковому и обратно при приближении головной части псевдоскачка к месту подачи топлива, либо смешанного периодического диффузионно-псевдоскачкового, либо квазистационарного псевдоскачкового при изменении частоты теплогазодинамических импульсов, при этом дальнейшую работу двигателя обеспечивают подачей топлива в последующие пояса участков переменного сечения камеры сгорания. 2. The method of operation of a supersonic ramjet engine with a pulsating combustion mode (SPVRD with PRG), characterized in that the fuel for starting the engine is fed into the first belt of the constant section section of the combustion chamber and a pulsed combustion mode is initiated with periodic formation of a pseudo-jump wave structure from heat-gas-dynamic pulses, for example, plasma, shock waves, gas jets of an inert or reacting medium that promotes combustion intensification, realizing in a section of constant cross section I of the combustion chamber, a change in the combustion mode from diffusion to pseudo-jump and vice versa when the head of the pseudo-jump approaches the place of fuel supply, or a mixed periodic diffusion-pseudo-jump, or quasistationary pseudo-jump when the frequency of thermodynamic-gas pulses changes, while the further operation of the engine is ensured by the fuel supply to subsequent zones variable section of the combustion chamber.
RU2010126476/06A 2010-06-28 2010-06-28 Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation RU2446305C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010126476/06A RU2446305C2 (en) 2010-06-28 2010-06-28 Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010126476/06A RU2446305C2 (en) 2010-06-28 2010-06-28 Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010126476A RU2010126476A (en) 2012-01-10
RU2446305C2 true RU2446305C2 (en) 2012-03-27

Family

ID=45783296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010126476/06A RU2446305C2 (en) 2010-06-28 2010-06-28 Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2446305C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550209C1 (en) * 2013-11-14 2015-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостения имени П.И. Баранова" Method of ignition and combustion of fuel in athodyd
RU2651016C1 (en) * 2016-04-08 2018-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Supersonic ramjet engine with pulsating combustion (sre with pc) and method of its operation
RU2761149C1 (en) * 2021-03-03 2021-12-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Valveless detonation tube of a pulse detonation engine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2231093A (en) * 1989-03-23 1990-11-07 Gen Electric Scramjet combustor
US5129227A (en) * 1988-10-06 1992-07-14 The Boeing Company Low speed engine for supersonic and hypersonic vehicles
RU2157909C1 (en) * 1999-05-26 2000-10-20 Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова Supersonic pulse detonating ramjet engine and method of its functioning
RU60144U1 (en) * 2006-09-06 2007-01-10 Виталий Николаевич Федорец DETONATION ENGINE WITH MAGNETIC-DYNAMIC CONTROL DEVICE
RU60145U1 (en) * 2006-09-06 2007-01-10 Виталий Николаевич Федорец KNOCKING ENGINE WITH ELECTROMAGNETIC CONTROL DEVICE
RU2347098C1 (en) * 2007-06-13 2009-02-20 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирское отделение Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Method for operation of supersonic pulse athodyd and supersonic pulse athodyd

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5129227A (en) * 1988-10-06 1992-07-14 The Boeing Company Low speed engine for supersonic and hypersonic vehicles
GB2231093A (en) * 1989-03-23 1990-11-07 Gen Electric Scramjet combustor
RU2157909C1 (en) * 1999-05-26 2000-10-20 Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова Supersonic pulse detonating ramjet engine and method of its functioning
RU60144U1 (en) * 2006-09-06 2007-01-10 Виталий Николаевич Федорец DETONATION ENGINE WITH MAGNETIC-DYNAMIC CONTROL DEVICE
RU60145U1 (en) * 2006-09-06 2007-01-10 Виталий Николаевич Федорец KNOCKING ENGINE WITH ELECTROMAGNETIC CONTROL DEVICE
RU2347098C1 (en) * 2007-06-13 2009-02-20 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирское отделение Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Method for operation of supersonic pulse athodyd and supersonic pulse athodyd

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550209C1 (en) * 2013-11-14 2015-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостения имени П.И. Баранова" Method of ignition and combustion of fuel in athodyd
RU2651016C1 (en) * 2016-04-08 2018-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Supersonic ramjet engine with pulsating combustion (sre with pc) and method of its operation
RU2761149C1 (en) * 2021-03-03 2021-12-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Valveless detonation tube of a pulse detonation engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010126476A (en) 2012-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6062018A (en) Pulse detonation electrical power generation apparatus with water injection
US8683780B2 (en) Gas turbine engine and pulse detonation combustion system
US6347509B1 (en) Pulsed detonation engine with ejector bypass
US7669406B2 (en) Compact, low pressure-drop shock-driven combustor and rocket booster, pulse detonation based supersonic propulsion system employing the same
Wolański Detonative propulsion
US7739867B2 (en) Compact, low pressure-drop shock-driven combustor
US9359973B2 (en) Multitube valveless pulse detonation engine
US9816463B2 (en) Ramjet including a detonation chamber and aircraft comprising such a ramjet
US5513489A (en) Rotary valve multiple combustor pulse detonation engine
Wolański Detonation engines
RU2476705C1 (en) Knocking ramjet engine and method of its operation
EP2327867A2 (en) Thrust modulation in a multiple combustor pulse detonation engine using cross-combustor detonation initiation
Ivanov et al. Hydrogen fueled detonation ramjet: Conceptual design and test fires at Mach 1.5 and 2.0
Yan et al. Experimental investigations on pulse detonation rocket engine with various injectors and nozzles
Wang et al. Experimental study of pressure back-propagation in a valveless air-breathing pulse detonation engine
RU2446305C2 (en) Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation
Zhao et al. Effects of a jet turbulator upon flame acceleration in a detonation tube
RU2157909C1 (en) Supersonic pulse detonating ramjet engine and method of its functioning
Bykovskii et al. Continuous spin detonation of a hydrogen-air mixture with addition of air into the products and the mixing region
US20130145746A1 (en) Vortex cannon with enhanced ring vortex generation
Zamuraev et al. Intensification process of air-hydrogen mixture burning in the variable cross section channel by means of the air jet
Eidelman et al. Pulsed detonation engine: Key issues
Watanabe et al. Numerical investigation on burned gas backflow in liquid fuel purge method
RU178988U1 (en) Supersonic ramjet engine
Shimo et al. Multicyclic-detonation-initiation studies in valveless pulsed detonation combustors