RU2550209C1 - Method of ignition and combustion of fuel in athodyd - Google Patents

Method of ignition and combustion of fuel in athodyd Download PDF

Info

Publication number
RU2550209C1
RU2550209C1 RU2013150684/06A RU2013150684A RU2550209C1 RU 2550209 C1 RU2550209 C1 RU 2550209C1 RU 2013150684/06 A RU2013150684/06 A RU 2013150684/06A RU 2013150684 A RU2013150684 A RU 2013150684A RU 2550209 C1 RU2550209 C1 RU 2550209C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion
fuel
ignition
air
combustion chamber
Prior art date
Application number
RU2013150684/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013150684A (en
Inventor
Александр Михайлович Старик
Леонид Викторович Безгин
Валерий Игоревич Копченов
Павел Сергеевич Кулешов
Наталия Сергеевна Титова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостения 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 моторостения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2013150684/06A priority Critical patent/RU2550209C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2550209C1 publication Critical patent/RU2550209C1/en
Publication of RU2013150684A publication Critical patent/RU2013150684A/en

Links

Images

Landscapes

  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: method for high-speed athodyd of aircraft comprising combustion chamber consists in fuel feed at supersonic speed via set of pylons flown by oxygen, for example, of air. Then, fuel-air mix is ignited to initiate chain mechanism of combustion and power release in the chamber flow circuit. At air-fuel interface at outlet of one of pylons a jet of cold oxygen plasma is generated of definite crosswise size to act to oxygen by electric discharge of definite specific power input and reduced intensity of electric field.
EFFECT: higher thrust, lower power input to combustion initiation.
4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, а именно к способу организации воспламенения и горения топлива в гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ГПВРД).The invention relates to space technology, and in particular to a method for organizing ignition and combustion of fuel in hypersonic ramjet engines (scramjet).

В настоящее время потребности развития высокоскоростных реактивных летательных аппаратов выдвигают задачу интенсификации процессов воспламенения и горения в условиях низких температур и давлений или малого времени пребывания топливовоздушной смеси в камерах сгорания ГПВРД, где реализуется сверхзвуковая скорость потока. Воспламенение и горение большинства газовых смесей осуществляется вследствие протекания цепных реакций. Увеличение скоростей реакций, ответственных за образование высокоактивных радикалов или атомов, участвующих в цепном процессе, приводит к интенсификации воспламенения и горения. Одним из таких способов производства активных радикалов для инициирования и интенсификации горения является электрический разряд, в котором образование атомов и радикалов происходит вследствие диссоциации молекул электронным ударом. (1) М. Starikovskaya. Plasma assisted ignition and combustion // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2006. - Vol.39. - P.R265-R299), (2) G. Lou, A. Bao, M. Nishihara, S. Keshav, Yu. G. Utkin, J.W. Rich, W.R. Lempert, I.V. Adamovich. Ignition of premixed hydrocarbon-air flows by repetitively pulsed, nanosecond pulse duration plasma // Proceedings of the Combustion Institute. - 2007. - Vol.201. - P.3327-3334).At present, the development needs of high-speed jet aircraft pose the task of intensifying the processes of ignition and combustion at low temperatures and pressures or for a short residence time of the air-fuel mixture in the scramjet combustion chambers, where the supersonic flow rate is realized. Ignition and combustion of most gas mixtures occurs due to chain reactions. An increase in the reaction rates responsible for the formation of highly active radicals or atoms involved in the chain process leads to intensification of ignition and combustion. One of such methods for the production of active radicals for initiating and intensifying combustion is an electric discharge, in which the formation of atoms and radicals occurs due to the dissociation of molecules by electron impact. (1) M. Starikovskaya. Plasma assisted ignition and combustion // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2006. - Vol. 39. - P.R265-R299), (2) G. Lou, A. Bao, M. Nishihara, S. Keshav, Yu. G. Utkin, J.W. Rich, W.R. Lempert, I.V. Adamovich. Ignition of premixed hydrocarbon-air flows by repetitively pulsed, nanosecond pulse duration plasma // Proceedings of the Combustion Institute. - 2007 .-- Vol. 2018. - P.3327-3334).

Известно, что стимулирующее воздействие на процесс горения могут оказывать различные типы разряда: дуговой, коронный, диэлектрический барьерный, постоянного тока, тлеющий, электронно-лучевой или высоковольтный, высокочастотный разряд и др. Они характеризуются различными значениями приведенной напряженности электрического поля E/N, где E - напряженность электрического поля, а N - числовая плотность молекул газа. Параметры и состав разрядной плазмы определяются начальной температурой и давлением газа величиной E/N и удельной энергией Es, подведенной к газу в разряде.It is known that various types of discharge can have a stimulating effect on the combustion process: arc, corona, dielectric barrier, direct current, smoldering, electron-beam or high-voltage, high-frequency discharge, etc. They are characterized by different values of the reduced electric field strength E / N, where E is the electric field strength, and N is the numerical density of gas molecules. The parameters and composition of the discharge plasma are determined by the initial temperature and gas pressure of E / N and the specific energy E s supplied to the gas in the discharge.

Известен способ инициирования воспламенения и интенсификации горения или реформинга топливо-воздушных и топливо-кислородных смесей (патент РФ №2333381, опубл. 2008 г.), в том числе в газотурбинных двигателях, который заключается в том, что рабочую смесь в камере сгорания подвергают воздействию импульсно- периодического наносекундного высоковольтного разряда с ограниченной амплитудой и длительностью импульса высокого напряжения. Способ позволяет понизить температуру воспламенения рабочей смеси, повысить интенсивность химических реакций в процессах горения и риформинга и, как следствие, увеличить эффективность работы камеры сгорания.A known method of initiating ignition and intensification of combustion or reforming of fuel-air and fuel-oxygen mixtures (RF patent No. 23333381, publ. 2008), including in gas turbine engines, which consists in the fact that the working mixture in the combustion chamber is exposed pulse periodic nanosecond high voltage discharge with limited amplitude and duration of a high voltage pulse. The method allows to lower the ignition temperature of the working mixture, increase the intensity of chemical reactions in the combustion and reforming processes and, as a result, increase the efficiency of the combustion chamber.

В этих известных технических решениях специально организуется импульсно-периодический высоковольтный разряд для возбуждения во всем объеме камеры сгорания рабочей смеси с достаточно большой приведенной напряженностью электрического поля E/N>5·10-15 В·см2, при которой в разряде происходит преимущественно диссоциация молекул кислорода O2 и других компонентов, например СН4, электронным ударом с затратами энергии 5.1 эВ/молекулу O2 и реализуется диффузионный характер горения.In these well-known technical solutions, a pulsed-periodic high-voltage discharge is specially organized to excite the entire mixture of the working mixture with a sufficiently large reduced electric field strength E / N> 5 · 10 -15 V · cm 2 , in which mainly the dissociation of molecules occurs in the discharge oxygen O 2 and other components, for example, CH 4 , by electron impact with an energy expenditure of 5.1 eV / O 2 molecule and the diffusion nature of combustion is realized.

При диффузном режиме горения в высокоскоростном (сверхзвуковом) потоке реализуются большие длины зон воспламенения и энерговыделения (т.е. области интенсивного протекания химических реакций). Большая длина зоны энерговыделения приводит к увеличению длины камеры сгорания и, как следствие, к росту весогабаритных характеристик, что затрудняет создание на практике реальных конструкций прямоточных воздушно-реактивных двигателей для высокоскоростных летательных аппаратов.Under the diffuse combustion regime in a high-speed (supersonic) flow, large ignition and energy release zones (i.e., regions of intense chemical reactions) are realized. The large length of the energy release zone leads to an increase in the length of the combustion chamber and, as a result, to an increase in weight and size characteristics, which makes it difficult to create in practice real designs of ramjet engines for high-speed aircraft.

В основу настоящего изобретения положена задача - создание способа организации воспламенения и горения топлива в гиперзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе, позволяющего сократить длину области интенсивного тепловыделения, увеличить полноту сгорания и увеличить тягу.The basis of the present invention is the creation of a method for organizing ignition and combustion of fuel in a hypersonic ramjet engine, which allows to reduce the length of the region of intense heat generation, increase the completeness of combustion and increase traction.

Технический результат - снижение длины зоны воспламенения и зоны энерговыделения и увеличение тяги.The technical result is a reduction in the length of the ignition zone and the energy release zone and an increase in traction.

Другим техническим результатом является снижение затрат энергии на процесс инициирования горения.Another technical result is the reduction of energy costs for the initiation of combustion.

Поставленная задача решается тем, что в способе организации воспламенения и горения топлива в гиперзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе (ГПВРД) высокоскоростного летательного аппарата, содержащего камеру сгорания, куда через систему пилонов, обтекаемых окислителем - кислородом, например, в составе воздуха, подают горючее, со сверхзвуковой скоростью, и воспламеняют смесь топлива и окислителя, инициируя цепные реакции в проточном тракте камеры сгорания, на границе раздела окислителя (воздуха) и топлива, истекающего, по меньшей мере, из одного, пилона, формируют струю холодной кислородной плазмы определенного поперечного размера d, воздействуя на кислород электрическим разрядом с определенной величиной удельного энерговклада Es и приведенной напряженностью электрического поля E/N.The problem is solved in that in the method of organizing ignition and combustion of fuel in a hypersonic ramjet engine (SCJP) of a high-speed aircraft containing a combustion chamber, to which fuel is supplied through a system of pylons streamlined with an oxidizing agent - oxygen, for example, as part of air, at a supersonic speed, and ignite the mixture of fuel and oxidizer, initiating chain reactions in the flow path of the combustion chamber, at the interface of the oxidizer (air) and fuel expiring, at least it least one, pylon, form a stream of cold oxygen plasma certain transverse dimension d, acting on the electric discharge oxygen with a certain specific energy value E s and the reduced electric field E / N.

Применяют существующие оптимальные значения поперечного размера d струи холодной кислородной плазмы, параметра E/N и длины зоны горения в проточном тракте камеры сгорания, обеспечивающих наименьшие длины зон воспламенения и энерговыделения, а также максимальную полноту сгорания и максимальную эффективность использования энергии, подведенной к газу в разряде при заданной Es.The existing optimal values of the transverse dimension d of the jet of cold oxygen plasma, the E / N parameter and the length of the combustion zone in the flow path of the combustion chamber are used, which provide the smallest lengths of the ignition and energy zones, as well as the maximum completeness of combustion and maximum efficiency of the use of energy supplied to the gas in the discharge for a given E s .

Оптимальные значения при подаче горючего в виде водорода толщины d составляет не менее 0.5% от поперечного размера камеры сгорания, а значение приведенной напряженности электрического поля находятся в диапазоне E/N=5-10·1016 В·см2, при подаче горючего в виде метана толщина d струи холодной кислородной плазмы составляет не менее 0.5% от поперечного размера камеры сгорания, а величина E/N=1-5 10-16 В·см2.The optimal values when supplying fuel in the form of hydrogen of thickness d is not less than 0.5% of the transverse size of the combustion chamber, and the value of the reduced electric field strength is in the range E / N = 5-10 · 10 16 V · cm 2 , when supplying fuel in the form methane, the thickness d of the jet of cold oxygen plasma is at least 0.5% of the transverse size of the combustion chamber, and the value of E / N = 1-5 10 -16 V · cm 2 .

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и рисунком 1, где показан, в качестве примера для осуществления способа согласно изобретению, фрагмент принципиальной схемы ГПВРД, содержащего камеру сгорания 1, в которую поступает окислитель - кислород в составе воздуха 6, систему топливных пилонов 2, один из которых, пилон 3, расположен по центру и содержит каналы 7 для подачи в поток холодной кислородной плазмы, сопло 4.The invention is further illustrated by the description and figure 1, which shows, as an example for implementing the method according to the invention, a fragment of the scramjet schematic diagram containing a combustion chamber 1 into which an oxidizing agent - oxygen in the air 6, a fuel pylon system 2, one of which , pylon 3, is located in the center and contains channels 7 for supplying cold oxygen plasma to the stream, nozzle 4.

В камеру сгорания 1 через систему пилонов 2, обтекаемых окислителем, например, воздухом 6, подают горючее 8 со сверхзвуковой скоростью, и воспламеняют топливовоздушную смесь, инициируя цепной механизм горения и энерговыделение в проточном тракте 5.Fuel 8 is supplied to the combustion chamber 1 through a system of pylons 2 streamlined by an oxidizing agent, for example, air 6, at a supersonic speed, and the air-fuel mixture is ignited, initiating a chain combustion mechanism and energy release in the flow path 5.

В качестве горючего 8 можно использовать, например, водород, или метан, или другие углеводороды, а кислород может поступать как в составе воздуха 6, так и в виде чистого кислорода, обработанного электрическим разрядом.The fuel 8 can be used, for example, hydrogen, or methane, or other hydrocarbons, and oxygen can be supplied both in the composition of air 6, and in the form of pure oxygen treated with an electric discharge.

На границе раздела окислителя (воздуха 6) и горючего 8, истекающего из центрального пилона 3, формируют струю холодной кислородной плазмы 7 определенного поперечного размера d, которую генерируют воздействием на кислород электрическим разрядом с определенной величиной удельного энерговклада Es и приведенной напряженностью электрического поля E/N, где E - напряженность электрического поля, а N - числовая плотность молекул газа.At the interface between the oxidizing agent (air 6) and the fuel 8 flowing out from the central pylon 3, a cold oxygen plasma jet 7 of a certain transverse dimension d is generated, which is generated by exposure to oxygen by an electric discharge with a certain specific energy input E s and reduced electric field strength E / N, where E is the electric field strength, and N is the numerical density of gas molecules.

Численный анализ показал, что существуют оптимальные значения поперечного размера d струи холодной кислородной плазмы, параметра E/N и длины зоны горения в проточном тракте камеры сгорания, обеспечивающих наименьшие длины зон воспламенения и энерговыделения, а также максимальную полноту сгорания и максимальную эффективность использования энергии, подведенной к газу в разряде при заданной Es.Numerical analysis showed that there are optimal values of the transverse dimension d of a jet of cold oxygen plasma, the E / N parameter, and the length of the combustion zone in the flow path of the combustion chamber, which provide the smallest lengths of the ignition and energy release zones, as well as the maximum completeness of combustion and maximum efficiency of energy use to gas in the discharge at a given E s .

Так, при подаче горючего в виде водорода толщина d струи холодной кислородной плазмы составляет не менее 0.5% от поперечного размера камеры сгорания, значение же приведенной напряженности электрического поля находятся в диапазоне E/N=5-10·10-16 В·см2, а при подаче горючего в виде метана толщина d струи холодной кислородной плазмы составляет не менее 0.6% от поперечного размера камеры сгорания, величина же E/N=1-5·10-16 В·см2.So, when supplying fuel in the form of hydrogen, the thickness d of the jet of cold oxygen plasma is at least 0.5% of the transverse size of the combustion chamber, while the reduced electric field strength is in the range E / N = 5-10 · 10 -16 V · cm 2 and when supplying fuel in the form of methane, the thickness d of the jet of cold oxygen plasma is at least 0.6% of the transverse size of the combustion chamber, while the value of E / N = 1-5 · 10 -16 V · cm 2 .

В зависимости от величины E/N и Es меняется состав и параметры (давление, температура и скорость) кислородной плазмы из зоны разряда. Поэтому влияние приведенной напряженности электрического поля E/N, величины удельного энерговклада Es, подведенной к газу в разряде, значения толщины слоя d, в котором проводится активация молекул O2 электрическим разрядом, на процессы горения происходит через изменение состава кислородной плазмы в разряде, а изменение толщины слоя d, подводимой к потоку холодной кислородной плазмы, сказывается на условиях смешения этой плазмы с потоком горячего воздуха и холодной струей топлива.Depending on the value of E / N and E s, the composition and parameters (pressure, temperature, and velocity) of the oxygen plasma from the discharge zone change. Therefore, the effect of the reduced electric field strength E / N, the specific energy input E s supplied to the gas in the discharge, the thickness of the layer d in which the O 2 molecules are activated by electric discharge, on the combustion processes occurs through a change in the composition of the oxygen plasma in the discharge, and a change in the thickness of the layer d supplied to the flow of cold oxygen plasma affects the mixing conditions of this plasma with the flow of hot air and a cold fuel stream.

Для примера исследуем воспламенение в сверхзвуковом слое смешения струи водорода (число Маха 2.5 и температура 450 К) и потока воздуха (число Маха 3.5 и температура 900 К) при статическом давлении Р0=0.1 и 0.3 бар. Данные параметры потока воздуха близки к параметрам на входе в камеру сгорания высокоскоростного прямоточного воздушно-реактивного двигателя при числе Маха полета М=6. При таких условиях реализовать воспламенение без разряда на практически приемлемых длинах L даже при давлении P0=0.1-0.5 бар, которое реализуется в камере сгорания ГПВРД при М=6, не удается. Для интенсификации процесса воспламенения и горения подаем кислородную плазму в виде струи на границе раздела водородного и воздушного потоков, при этом варьировались величины удельного энерговклада Es и приведенной напряженности электрического поля E/N, а также толщина струи кислорода, активированного электрическим разрядом, d.As an example, we study the ignition in a supersonic layer of mixing a jet of hydrogen (Mach number 2.5 and a temperature of 450 K) and air flow (Mach number 3.5 and a temperature of 900 K) at a static pressure of P 0 = 0.1 and 0.3 bar. These air flow parameters are close to the parameters at the entrance to the combustion chamber of a high-speed ramjet engine with a flight Mach number M = 6. Under such conditions, it is not possible to realize ignition without discharge at practically acceptable lengths L even at a pressure P 0 = 0.1-0.5 bar, which is realized in the scramjet combustion chamber at M = 6. To intensify the ignition and combustion process, we supply an oxygen plasma in the form of a jet at the interface between hydrogen and air flows, while the specific energy deposition E s and reduced electric field strength E / N, as well as the thickness of the oxygen jet activated by electric discharge, vary d.

Применение оптимальных значений E/N и d обеспечивают максимальное сокращение длины задержки воспламенения. При удельном энерговкладе Es=0.5 Дж/нсм3 и E/N=1.1·10-16 В·см2 удается сократить длину задержки воспламенения L до 58 см (более чем в тридцать раз) при давлении 0.1 бар и до 19 см (в 68 раз) при давлении 0.3 бар. При этом поперечный размер струи кислорода d, активированного в электрическом разряде, менее 4% от поперечного размера камеры сгорания, а температура 600 К. Отметим, что в этом случае энерговыделение в камере сгорания в ~880 раз превышает затраты.The use of optimum E / N and d values provides the maximum reduction in ignition delay length. With a specific energy input E s = 0.5 J / ncm 3 and E / N = 1.1 · 10 -16 V · cm 2, it is possible to reduce the ignition delay length L to 58 cm (more than thirty times) at a pressure of 0.1 bar and to 19 cm ( 68 times) at a pressure of 0.3 bar. In this case, the transverse size of the oxygen jet d, activated in an electric discharge, is less than 4% of the transverse size of the combustion chamber, and the temperature is 600 K. Note that in this case the energy release in the combustion chamber is ~ 880 times higher than the cost.

Также исследовано влияние поперечного размера струи кислорода, активированного в электрическом разряде, d, отнесенного к поперечному размеру камеры сгорания, на процесс горения в плоской камере сгорания высокоскоростного ВРД с длиной 85 см для следующих условий в воздушном потоке на входе в камеру: М0=3.75, Р0=03 бар и T0=1100 К. Установлено, что в базовом варианте, без вдува кислородной струи, длина задержки воспламенения L превышает 50 см. Определены параметры разряда и поперечный размер струи кислорода (см. п.1), позволяющие уменьшить длину задержки воспламенения L до 4-6 см. Для рассмотренной камеры сгорания с коротким расширяющимся участком на выходе (с длиной 50 см), тяга увеличивается при вдуве струи кислорода, активированного в электрическом разряде, примерно на 62% по сравнению с базовым вариантом, хотя вдув эквивалентной струи чистого кислорода (без разряда) приводит к возрастанию интеграла сил давления всего на 32%, т.е. активация кислорода в специально организованном электрическом разряде в оптимальном диапазоне E/N=5-10·10-16 В·см2 позволяет практически вдвое увеличить прирост тяги (топливо - водород). При этом энерговыделение в камере сгорания в ~300 раз превышает затраты энергии на организацию электрического разряда. Для метана (вместо водорода) оптимальна активация кислорода разрядом при меньших значениях E/N:1-5·10-16 В·см2 (причем алгоритм поиска "метанового" оптимума аналогичен алгоритму "водородного" оптимума). В точке оптимума как для водорода, так и для метана полнота сгорания на срезе сопла повышается на ~10%.The influence of the transverse dimension of an oxygen jet activated in an electric discharge, d, referred to the transverse dimension of the combustion chamber, on the combustion process in a flat combustion chamber of a high-speed WFD with a length of 85 cm for the following conditions in the air stream at the chamber inlet was studied: M 0 = 3.75 , P 0 = 03 bar and T 0 = 1100 K. It was found that in the basic version, without blowing an oxygen stream, the ignition delay length L exceeds 50 cm. The discharge parameters and the transverse size of the oxygen stream are determined (see Section 1), allowing reduce the length of the arches ignition L up to 4-6 cm. For the considered combustion chamber with a short expanding section at the exit (with a length of 50 cm), the thrust increases by blowing an oxygen jet activated in an electric discharge by about 62% compared to the basic version, although by blowing equivalent jet of pure oxygen (without discharge) leads to an increase in the integral of pressure forces by only 32%, i.e. activation of oxygen in a specially organized electric discharge in the optimal range of E / N = 5-10 · 10 -16 V · cm 2 allows you to almost double the increase in traction (fuel - hydrogen). In this case, the energy release in the combustion chamber is ~ 300 times higher than the energy cost for organizing an electric discharge. For methane (instead of hydrogen), oxygen activation by discharge is optimal at lower values of E / N: 1-5 · 10 -16 V · cm 2 (moreover, the search algorithm for the "methane" optimum is similar to the algorithm for the "hydrogen" optimum). At the optimum point for both hydrogen and methane, the completeness of combustion at the nozzle exit increases by ~ 10%.

Выявленные возможности по управлению процессом воспламенения и горения в камере сгорания ГПВРД с помощью электрического разряда обладают важным практическим значением для создания высокоскоростных летательных аппаратов с расширенным диапазоном скорости, высоты полета и лучшими характеристиками (дальность, полезная нагрузка).The revealed possibilities for controlling the ignition and combustion process in the scramjet combustion chamber using an electric discharge are of great practical importance for creating high-speed aircraft with an extended range of speed, flight altitude and better characteristics (range, payload).

Claims (4)

1. Способ организации воспламенения и горения топлива в гиперзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе (ГПВРД) высокоскоростного летательного аппарата, содержащего камеру сгорания, куда через систему пилонов, обтекаемых кислородом, например, в составе воздуха, подают горючее со сверхзвуковой скоростью, и воспламеняют топливовоздушную смесь, инициируя цепной механизм горения и энерговыделение в проточном тракте камеры, отличающийся тем, что на границе раздела воздуха и горючего, по меньшей мере, на выходе одного из пилонов, формируют струю холодной кислородной плазмы определенного поперечного размера d, воздействуя на кислород электрическим разрядом с определенной величиной удельного энерговклада Es и приведенной напряженностью электрического поля E/N, где E - напряженность электрического поля, a N - числовая плотность молекул газа.1. A method of organizing ignition and combustion of fuel in a hypersonic ramjet engine (SCJP) of a high-speed aircraft containing a combustion chamber, where fuel is supplied through a system of pylons streamlined with oxygen, for example, in air, at a supersonic speed, and the air-fuel mixture is ignited initiating the chain combustion mechanism and energy release in the flow path of the chamber, characterized in that at the interface of air and fuel, at least at the outlet of one of the pylons, iruyut stream of cold oxygen plasma certain transverse dimension d, acting on the electric discharge oxygen with a certain specific energy value E s and the reduced electric field E / N, wherein E - electric field strength, a N - the number density of the gas molecules. 2. Способ организации воспламенения и горения топлива в ГПВРД по п.1, отличающийся тем, что применяют оптимальные значения поперечного размера d струи холодной кислородной плазмы, параметра E/N и длины зоны горения в проточном тракте камеры сгорания, обеспечивающих наименьшие длины зон воспламенения и энерговыделения, а также максимальную полноту сгорания и максимальную эффективность использования энергии, подведенной к газу в разряде при заданной Es.2. The method of organizing ignition and combustion of fuel in the scramjet according to claim 1, characterized in that the optimum values of the transverse dimension d of the jet of cold oxygen plasma, the E / N parameter and the length of the combustion zone in the flow path of the combustion chamber are used, which provide the smallest lengths of the ignition zones and energy release, as well as the maximum completeness of combustion and the maximum efficiency of the energy supplied to the gas in the discharge at a given E s . 3. Способ организации воспламенения и горения топлива в ГПВРД по п.1 или 2, отличающийся тем, что при подаче горючего в виде водорода толщина d струи холодной кислородной плазмы составляет не менее 0.5% от поперечного размера камеры сгорания, а значение приведенной напряженности электрического поля находятся в диапазоне E/N=5-10·10-16 В·см2.3. The method of organization of ignition and combustion of fuel in the scramjet according to claim 1 or 2, characterized in that when the fuel is supplied in the form of hydrogen, the thickness d of the cold oxygen plasma jet is at least 0.5% of the transverse size of the combustion chamber, and the value of the reduced electric field strength are in the range of E / N = 5-10 · 10 -16 V · cm 2 . 4. Способ организации воспламенения и горения топлива в гиперзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе по п.1 или п.2 отличающийся тем, что при подаче горючего в виде метана толщина d струи холодной кислородной плазмы составляет не менее 0.5% от поперечного размера камеры сгорания, а величина E/N=1-5·10-16 В·см2. 4. The method of organizing ignition and combustion of fuel in a hypersonic ramjet engine according to claim 1 or claim 2, characterized in that when the fuel is supplied in the form of methane, the thickness d of the cold oxygen plasma jet is at least 0.5% of the transverse size of the combustion chamber, and the value of E / N = 1-5 · 10 -16 V · cm 2 .
RU2013150684/06A 2013-11-14 2013-11-14 Method of ignition and combustion of fuel in athodyd RU2550209C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150684/06A RU2550209C1 (en) 2013-11-14 2013-11-14 Method of ignition and combustion of fuel in athodyd

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150684/06A RU2550209C1 (en) 2013-11-14 2013-11-14 Method of ignition and combustion of fuel in athodyd

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2550209C1 true RU2550209C1 (en) 2015-05-10
RU2013150684A RU2013150684A (en) 2015-05-20

Family

ID=53283859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013150684/06A RU2550209C1 (en) 2013-11-14 2013-11-14 Method of ignition and combustion of fuel in athodyd

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2550209C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704763C1 (en) * 2017-07-31 2019-10-30 Зе Боинг Компани Hypersonic ramjet engines and corresponding aircraft and method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2604975C2 (en) * 2015-04-20 2016-12-20 Сергей Николаевич Чувашев Hypersonic aircraft with ramjet with increased flight and technical characteristics

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3430446A (en) * 1964-04-20 1969-03-04 Us Navy External burning ramjet engine
US5085048A (en) * 1990-02-28 1992-02-04 General Electric Company Scramjet including integrated inlet and combustor
RU2265158C1 (en) * 2004-05-17 2005-11-27 Монич Антон Евгеньевич Mode of incineration of hydrocarbon fuel and an arrangement for realization of this mode
RU2323237C1 (en) * 2006-09-28 2008-04-27 Государственное учреждение Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук (ИТХ УрО РАН) Frost-resistant polyurethane composition for articles produced by casting
RU2333381C2 (en) * 2005-11-03 2008-09-10 Нек Лаб Холдинг Инк. Method of initation ignition, intensifying combustion or reforming of fuel-air and fuel-oxygen mixes
RU2446305C2 (en) * 2010-06-28 2012-03-27 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3430446A (en) * 1964-04-20 1969-03-04 Us Navy External burning ramjet engine
US5085048A (en) * 1990-02-28 1992-02-04 General Electric Company Scramjet including integrated inlet and combustor
RU2265158C1 (en) * 2004-05-17 2005-11-27 Монич Антон Евгеньевич Mode of incineration of hydrocarbon fuel and an arrangement for realization of this mode
RU2333381C2 (en) * 2005-11-03 2008-09-10 Нек Лаб Холдинг Инк. Method of initation ignition, intensifying combustion or reforming of fuel-air and fuel-oxygen mixes
RU2323237C1 (en) * 2006-09-28 2008-04-27 Государственное учреждение Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук (ИТХ УрО РАН) Frost-resistant polyurethane composition for articles produced by casting
RU2446305C2 (en) * 2010-06-28 2012-03-27 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704763C1 (en) * 2017-07-31 2019-10-30 Зе Боинг Компани Hypersonic ramjet engines and corresponding aircraft and method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013150684A (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Firsov et al. Plasma-enhanced mixing and flameholding in supersonic flow
Starikovskaia Plasma-assisted ignition and combustion: nanosecond discharges and development of kinetic mechanisms
Ombrello et al. Kinetic ignition enhancement of diffusion flames by nonequilibrium magnetic gliding arc plasma
Sun et al. Nonequilibrium plasma-assisted combustion: a review of recent progress
RU2537659C2 (en) System and method of combustion for support of continuous detonation wave with nonstationary plasma
Lacoste Flames with plasmas
DE102007025551A1 (en) Process and apparatus for burning hydrocarbonaceous fuels
JP2009516794A (en) Method for initiating ignition, enhancing or reforming combustion of air-fuel and fuel-oxygen mixture
Leonov et al. Plasma-assisted ignition and flameholding in high-speed flow
WO2016060581A1 (en) Device and method for organizing the operating process of a jet engine
Leonov et al. Plasma-assisted combustion in supersonic airflow: optimization of electrical discharge geometry
RU2550209C1 (en) Method of ignition and combustion of fuel in athodyd
Leonov et al. Experimental demonstration of plasma-based flameholder in a model scramjet
Klimov et al. Plasma assisted combustion of heterogeneous fuel in high-speed airflow
Leonov et al. Electrically driven combustion near the plane wall in a supersonic duct
Leonov et al. Experiments on plasma-assisted combustion in M= 2 hot test-bed PWT-50H
Fei et al. Rotating gliding arc discharge plasma-assisted combustion from ignition hole
Li et al. Dual-frequency plasma promoting flameholding in a supersonic combustion chamber
Suchomel et al. Perspectives on cataloging plasma technologies applied to aeronautical sciences
RU2675732C2 (en) Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation
Zhang et al. Scramjet Plasma Ignition and Assisted Combustion Technology Review Check for updates
Zhang et al. Scramjet Plasma Ignition and Assisted Combustion Technology Review
Klimov et al. Plasma assisted ignition and combustion
Klimov Non-Premixed Plasma-Assisted Combustion in High-Speed Vortex Airflow
Ronney Laser versus conventional ignition of flames

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804