RU2553589C2 - Method of functioning of supersonic pulsing detonation straight-jet engine - Google Patents

Method of functioning of supersonic pulsing detonation straight-jet engine Download PDF

Info

Publication number
RU2553589C2
RU2553589C2 RU2012136793/06A RU2012136793A RU2553589C2 RU 2553589 C2 RU2553589 C2 RU 2553589C2 RU 2012136793/06 A RU2012136793/06 A RU 2012136793/06A RU 2012136793 A RU2012136793 A RU 2012136793A RU 2553589 C2 RU2553589 C2 RU 2553589C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
supersonic
fuel
chamber
main
flow
Prior art date
Application number
RU2012136793/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012136793A (en
Inventor
Юрий Николаевич Шмотин
Максим Николаевич Буров
Василий Иванович Богданов
Франческа Александровна Слободкина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
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 "Научно-производственное объединение "Сатурн" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
Priority to RU2012136793/06A priority Critical patent/RU2553589C2/en
Publication of RU2012136793A publication Critical patent/RU2012136793A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2553589C2 publication Critical patent/RU2553589C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to methods of functioning of supersonic pulsing detonation straight-jet engines, mainly when flying at Mach number above 6. The method of functioning of the supersonic pulsing detonation straight-jet engine according to which the fuel is supplied to the main supersonic combustion chamber where the pulsing process is performed, for this purpose an antechamber is used which is installed upstream the main supersonic camera. A part of fuel is supplied into the antechamber, a pulsing flow is obtained and superimposed on a flow in the main supersonic combustion chamber. The antechamber is designed as a valve chamber with a constant fuel combustion volume the number of working cavities of which is selected according to the required frequency of pulsations in the main supersonic combustion chamber. The flow from the antechamber is divided and sent to the main supersonic chamber in the axial and radial directions.
EFFECT: invention provides stable burning in a supersonic flow of the aviation fuel - kerosene - without oxidising gas, without air pre-heating.
2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам функционирования сверхзвуковых пульсирующих детонационных прямоточных воздушно-реактивных двигателей, преимущественно при полете с числом Маха больше 6.The present invention relates to methods of functioning of supersonic pulsating detonation ramjet engines, mainly when flying with a Mach number of more than 6.

Известен способ функционирования сверхзвукового пульсирующего детонационного прямоточного воздушно-реактивного двигателя, заключающийся в том, что в момент запуска двигателя подают топливо и инициируют детонационную волну. Дальнейшую работу двигателя обеспечивают последовательно-периодически, изменяя подачу топлива, реализуя в камере сгорания богатую и бедную топливовоздушную смесь и вызывая изменение направления и скорости перемещения волны относительно камеры сгорания от ее выхода к входу по богатой смеси и в обратном направлении по бедной смеси, в предельном случае - по чистому воздуху, при сохранении направления движения волны против потока (Патент РФ 2157909, МПК7 F02K 7/14, заявл. 26.05.1999, опубл. 20.10.2000).A known method of functioning of a supersonic pulsating detonation ramjet engine, which consists in the fact that at the time of engine start supply fuel and initiate a detonation wave. Further engine operation is ensured sequentially periodically, changing the fuel supply, realizing a rich and poor air-fuel mixture in the combustion chamber and causing a change in the direction and velocity of the wave relative to the combustion chamber from its exit to the input through the rich mixture and in the opposite direction along the lean mixture, to the limit the case is in clean air, while maintaining the direction of movement of the wave against the stream (RF Patent 2157909, IPC 7 F02K 7/14, filed May 26, 1999, publ. October 20, 2000).

Для обеспечения стабилизации горения и полноты сгорания топлива ударные волны в сверхзвуковом потоке должны распространяться со скоростью не менее 1000 м/сек и с высокой частотой, что трудновыполнимо при реализации данного способа, т.к. частота создания волн ограничена частотой подачи топлива, которая зависит от возможностей топливной аппаратуры. Так, при длине камеры сгорания два метра подача топлива должна изменяться с частотой более 1000 Гц. При меньших частотах волна может быть вынесена за пределы камеры сгорания. Причем, чем больше потребный расход топлива, тем сложнее обеспечить высокую частоту подачи топлива. Это отрицательно сказывается на габаритно-массовых характеристиках топливной аппаратуры и усложняет ее конструкцию.To ensure stabilization of combustion and completeness of fuel combustion, shock waves in a supersonic flow must propagate at a speed of at least 1000 m / s and with a high frequency, which is difficult to implement when implementing this method, because the frequency of wave generation is limited by the frequency of fuel supply, which depends on the capabilities of the fuel equipment. So, when the length of the combustion chamber is two meters, the fuel supply should change with a frequency of more than 1000 Hz. At lower frequencies, the wave can be carried outside the combustion chamber. Moreover, the greater the required fuel consumption, the more difficult it is to ensure a high frequency of fuel supply. This negatively affects the overall mass characteristics of the fuel equipment and complicates its design.

Кроме того, этот способ сложно реализовать при использовании в качестве топлива труднодетонируемой керосино-воздушной смеси. Для организации детонации во всем потоке смеси требуется мощный источник энергии со скоростью ее выделения, как у взрывчатых веществ.In addition, this method is difficult to implement when using hard-to-detonate kerosene-air mixture as fuel. For the organization of detonation in the entire stream of the mixture requires a powerful source of energy with a speed of its release, as in explosives.

Также известен способ функционирования сверхзвукового пульсирующего детонационного прямоточного воздушно-реактивного двигателя, при котором подают топливо в основную камеру сгорания и осуществляют в ней пульсирующий процесс. Для создания пульсирующего процесса используют предкамеру, которую устанавливают на входе в основную камеру, подают в нее часть топлива, получают пульсирующий поток и накладывают его на поток в основной камере сгорания. В качестве предкамеры используют трубчатое пульсирующее детонационное устройство (трубку), а в качестве топлива - легкодетонируемую кислородно-керосиновую смесь («Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний по созданию перспективных авиационных двигателей». М.:ЦИАМ, 2004 г., стр.381-382).There is also a known method of functioning of a supersonic pulsating detonation ramjet engine in which fuel is supplied to the main combustion chamber and a pulsating process is carried out in it. To create a pulsating process, a pre-chamber is used, which is installed at the entrance to the main chamber, part of the fuel is fed into it, a pulsating flow is obtained and imposed on the flow in the main combustion chamber. A tube pulsating detonation device (tube) is used as a pre-chamber, and an easily detonated oxygen-kerosene mixture is used as fuel (“Works of the leading aircraft engine building companies to create promising aircraft engines.” M.: TsIAM, 2004, pp. 381-382) .

Однако трубчатые пульсирующие детонационные устройства имеют несколько недостатков. В этих устройствах на входе используются механические клапаны для содействия управлению детонацией, что повышает сложность и стоимость устройства, а также ограничивает частоту детонации до 10 Гц, которая не может обеспечить стабильного горения в сверхзвуковом потоке. Низкие частоты детонации могут оказывать вредное воздействие на элементы конструкции двигательной системы, поскольку при детонациях создаются удары и вибрации.However, tubular pulsating detonation devices have several disadvantages. These inlet devices use mechanical valves to facilitate knock control, which increases the complexity and cost of the device and also limits the knock frequency to 10 Hz, which cannot provide stable combustion in a supersonic flow. Low detonation frequencies can have a detrimental effect on the structural elements of the propulsion system, as knocks and vibrations are generated during detonations.

Более того, трубчатые пульсирующие детонационные устройства не работают эффективно на обычно используемом авиационном топливе - керосине, т.к. требуется наличие дополнительно составляющей - окислительного газа, а именно кислорода, повышающей его детонационную способность.Moreover, tubular pulsating detonation devices do not work efficiently on commonly used aviation fuel - kerosene, because additional component is required - oxidizing gas, namely oxygen, which increases its detonation ability.

Также этот способ не позволяет создать в основной камере сгорания требуемую температуру без дополнительного подогрева топливовоздушной смеси, обеспечивающую стабильное горение в сверхзвуковом потоке авиационного топлива - керосина.Also, this method does not allow you to create the required temperature in the main combustion chamber without additional heating of the air-fuel mixture, which ensures stable combustion in the supersonic stream of aviation fuel - kerosene.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является обеспечение стабильного горения в сверхзвуковом потоке авиационного топлива - керосина без окислительного газа, без предварительного прогрева воздуха за счет комплексного воздействия на поток топливовоздушной смеси газовых струй, ударных волн, повышающих температуру смеси в основной сверхзвуковой камере сгорания, и детонационных волн, частота которых обеспечивает их постоянное нахождение в ней.The technical result to which the invention is directed is to ensure stable combustion in a supersonic stream of aviation fuel - kerosene without oxidizing gas, without preliminary heating of the air due to the complex effect of gas jets, shock waves that increase the temperature of the mixture in the main supersonic combustion chamber on the flow of the air-fuel mixture , and detonation waves, the frequency of which ensures their constant presence in it.

Для достижения названного технического результата при реализации способа функционирования сверхзвукового пульсирующего детонационного прямоточного воздушно-реактивного двигателя подают топливо в основную камеру сгорания и осуществляют в ней пульсирующий процесс. Для осуществления пульсирующего процесса используют предкамеру, которую устанавливают на входе в основную камеру, подают в нее часть топлива, получают пульсирующий поток и накладывают его на поток в основной камере сгорания.To achieve the named technical result, when implementing the method of functioning of a supersonic pulsating detonation ramjet engine, fuel is supplied to the main combustion chamber and a pulsating process is carried out in it. To implement the pulsating process, a pre-chamber is used, which is installed at the entrance to the main chamber, part of the fuel is fed into it, a pulsating flow is obtained and imposed on the flow in the main combustion chamber.

Новым в изобретении является то, что предкамеру выполняют в виде золотниковой камеры с постоянным объемом сгорания топлива, количество полостей в которой выбирают в соответствии с требуемой частотой пульсаций в основной камере. Полученный в предкамере пульсирующий поток разделяют и направляют в основную камеру в осевом и радиальном направлениях.New in the invention is that the pre-chamber is made in the form of a spool chamber with a constant volume of fuel combustion, the number of cavities in which is selected in accordance with the required pulsation frequency in the main chamber. The pulsating stream obtained in the pre-chamber is separated and directed into the main chamber in axial and radial directions.

На прилагаемых чертежах изображено:The accompanying drawings show:

фиг.1 - сверхзвуковой пульсирующий детонационный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, общий вид;figure 1 - supersonic pulsating detonation ramjet ramjet engine, General view;

фиг.2 - вид A фиг.1 - устройство для реализации способа.figure 2 is a view A figure 1 is a device for implementing the method.

Устройство для реализации способа содержит предкамеру 1 сгорания с постоянным объемом сгорания топлива, установленную на пилонах 2 подачи топлива на входе в основную сверхзвуковую камеру 3 СПДП ВРД.A device for implementing the method comprises a combustion chamber 1 with a constant volume of fuel combustion, mounted on pylons 2 of the fuel supply at the entrance to the main supersonic chamber 3 SPDP WFD.

Предкамера 1 содержит входное устройство 4, корпус 5 с входным 6 и выходным 7 окнами и пламеперебрасывющим каналом-ресивером 8. На корпусе 5 расположены топливная форсунка 9, воспламенитель 10. В корпусе 5 с возможностью вращения установлен золотник 11 с рабочими полостями 12, количество которых определяется исходя из потребной частоты рабочих пульсаций: чем больше требуемая частота, тем больше количество полостей. Предкамера 1 снабжена выходным устройством 13, сообщенным с входом в основную сверхзвуковую камеру 3 сгорания через осевой канал 14. В стенках выходного устройства 13 также выполнены радиальные отверстия 15 для формирования радиальных газовых струй.The pre-chamber 1 contains an input device 4, a housing 5 with an input 6 and an output 7 windows and a flame-retarding channel-receiver 8. A fuel nozzle 9, an ignitor 10, are located on the housing 5, and a spool 11 with working cavities 12 is installed in the housing 5 for rotation, the number of which It is determined based on the required frequency of working pulsations: the higher the required frequency, the greater the number of cavities. The pre-chamber 1 is equipped with an output device 13, in communication with the entrance to the main supersonic combustion chamber 3 through the axial channel 14. Radial holes 15 are also made in the walls of the output device 13 for forming radial gas jets.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В основную камеру 3 из пилонов 2 подают топливо - авиационный керосин, часть топлива подают в предкамеру 1.In the main chamber 3 of the pylons 2 serves fuel - aviation kerosene, part of the fuel is served in the chamber 1.

При работе предкамеры 1 золотник 11 вращается и последовательно сообщает каждую из ее рабочих полостей 12 с входным окном 6. топливной форсункой 9, воспламенителем 10 и выходным устройством 13.During the operation of the pre-chamber 1, the spool 11 rotates and sequentially communicates each of its working cavities 12 with an input window 6. with a fuel nozzle 9, an igniter 10 and an output device 13.

В золотнике 11 происходит сгорание топлива при постоянном (закрытом) объеме, при этом давление повышается.In the spool 11, fuel is burned at a constant (closed) volume, while the pressure rises.

Для повышения реагирующей способности газовых струй в золотнике 11 может сжигаться переобогащенная топливовоздушная смесь с образованием в продуктах сгорания химически высокоактивного горючего.To increase the reactivity of gas jets in the spool 11, a re-enriched air-fuel mixture can be burned with the formation of chemically highly active fuel in the combustion products.

После сгорания топлива при совмещении окна рабочей полости 12 с выходным окном 7 происходит сверхзвуковое истечение струй газа (смеси продуктов сгорания с химически высокоактивным горючим) из выходного устройства 13 в основную сверхзвуковую камеру 3 через канал 14 в осевом и через радиальные отверстия 15 - в радиальном направлениях. Осевая струя горючего формирует в основной сверхзвуковой камере 3 ударную волну, которая распространяется по основной камере и повышает в ней давление и температуру смеси, создавая условия для ее воспламенения. Многочисленные радиальные газовые струи из радиальных отверстий 15 выходного устройства 13 вовлекают в реакцию большой объем смеси и вызывают ее взрывное сгорание. Ударные волны из предкамеры 1 поступают в основную сверхзвуковую камеру 3 с частотой, обеспечивающей их постоянное нахождение в основной камере 3.After fuel combustion, when the window of the working cavity 12 is combined with the exit window 7, a supersonic flow of gas jets (mixture of products of combustion with a chemically highly active fuel) occurs from the outlet device 13 into the main supersonic chamber 3 through the channel 14 in the axial direction and through the radial holes 15 in the radial directions . The axial stream of fuel forms a shock wave in the main supersonic chamber 3, which propagates through the main chamber and increases the pressure and temperature of the mixture in it, creating conditions for its ignition. Numerous radial gas jets from the radial openings 15 of the output device 13 involve a large volume of the mixture in the reaction and cause its explosive combustion. Shock waves from the pre-chamber 1 enter the main supersonic chamber 3 with a frequency that ensures their constant presence in the main chamber 3.

Таким образом, в основной сверхзвуковой камере 3 происходит постоянное пульсирующее воздействие на поток топливовоздушной смеси ударных волн от осевой газовой струи, повышающих ее температуру, радиальных газовых струй, содержащих химически высокоактивное горючее, воздействующих на смесь и возникающих при этом детонационных волн, что в итоге увеличивает скорость сгорания смеси.Thus, in the main supersonic chamber 3 there is a constant pulsating effect on the flow of the air-fuel mixture of shock waves from an axial gas jet increasing its temperature, radial gas jets containing chemically highly active fuel, affecting the mixture and the resulting detonation waves, which ultimately increases the rate of combustion of the mixture.

Данный способ позволяет обеспечить стабилизацию горения в сверхзвуковом потоке авиационного топлива - керосина.This method allows for stabilization of combustion in a supersonic stream of aviation fuel - kerosene.

Claims (1)

Способ функционирования сверхзвукового пульсирующего детонационного прямоточного воздушно-реактивного двигателя, при котором подают топливо в основную сверхзвуковую камеру сгорания и осуществляют в ней пульсирующий процесс, для чего используют предкамеру, которую устанавливают на входе в основную сверхзвуковую камеру, подают в нее часть топлива, получают пульсирующий поток и накладывают его на поток в основной сверхзвуковой камере сгорания, отличающийся тем, что предкамеру выполняют в виде золотниковой камеры с постоянным объемом сгорания топлива, количество рабочих полостей которой выбирают в соответствии с требуемой частотой пульсаций в основной сверхзвуковой камере сгорания, при этом поток из предкамеры разделяют и направляют в основную сверхзвуковую камеру в осевом и радиальных направлениях. The method of functioning of a supersonic pulsating detonation ramjet engine, in which fuel is supplied to the main supersonic combustion chamber and a pulsating process is carried out in it, for which a precamera is used, which is installed at the entrance to the main supersonic chamber, part of the fuel is fed into it, a pulsating flow is obtained and impose it on the flow in the main supersonic combustion chamber, characterized in that the pre-chamber is made in the form of a spool chamber with a constant volume Goran fuel, the amount of work chambers which are selected according to the desired pulsation frequency in the supersonic main combustion chamber, the flow from the antechamber is separated and fed into the main chamber at supersonic axial and radial directions.
RU2012136793/06A 2012-08-28 2012-08-28 Method of functioning of supersonic pulsing detonation straight-jet engine RU2553589C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012136793/06A RU2553589C2 (en) 2012-08-28 2012-08-28 Method of functioning of supersonic pulsing detonation straight-jet engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012136793/06A RU2553589C2 (en) 2012-08-28 2012-08-28 Method of functioning of supersonic pulsing detonation straight-jet engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012136793A RU2012136793A (en) 2014-03-10
RU2553589C2 true RU2553589C2 (en) 2015-06-20

Family

ID=50191311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012136793/06A RU2553589C2 (en) 2012-08-28 2012-08-28 Method of functioning of supersonic pulsing detonation straight-jet engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2553589C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1439255A (en) * 1972-06-30 1976-06-16 Mtu Muenchen Gmbh Gas turbine engine having substantially constant-volume combustion
SU1192458A1 (en) * 1983-04-18 1992-09-15 Предприятие П/Я А-7970 Combustion chamber for positive-displacement machine
EP1138922A1 (en) * 2000-03-31 2001-10-04 General Electric Company Combined cycle pulse detonation turbine engine
RU2196906C2 (en) * 2000-07-05 2003-01-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Combustion chamber of gas turbine engine
RU2197909C1 (en) * 2001-06-29 2003-02-10 Трубина Татьяна Борисовна Method for surgical treatment in case of uterine descent and partial uterine prolapse in combination with hypertrophy and background diseases of uterine cervix
RU2362033C2 (en) * 2005-07-13 2009-07-20 Владимир Николаевич Костюков Pulse gas-turbine ejector engine (versions)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1439255A (en) * 1972-06-30 1976-06-16 Mtu Muenchen Gmbh Gas turbine engine having substantially constant-volume combustion
SU1192458A1 (en) * 1983-04-18 1992-09-15 Предприятие П/Я А-7970 Combustion chamber for positive-displacement machine
EP1138922A1 (en) * 2000-03-31 2001-10-04 General Electric Company Combined cycle pulse detonation turbine engine
RU2196906C2 (en) * 2000-07-05 2003-01-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Combustion chamber of gas turbine engine
RU2197909C1 (en) * 2001-06-29 2003-02-10 Трубина Татьяна Борисовна Method for surgical treatment in case of uterine descent and partial uterine prolapse in combination with hypertrophy and background diseases of uterine cervix
RU2362033C2 (en) * 2005-07-13 2009-07-20 Владимир Николаевич Костюков Pulse gas-turbine ejector engine (versions)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012136793A (en) 2014-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6062018A (en) Pulse detonation electrical power generation apparatus with water injection
US7637096B2 (en) Pulse jet engine having pressure sensor means for controlling fuel delivery into a combustion chamber
US8683780B2 (en) Gas turbine engine and pulse detonation combustion system
US9476399B1 (en) Glow plug type acoustic resonance igniter
US8650856B2 (en) Fluidic deflagration-to-detonation initiation obstacles
US20120204534A1 (en) System and method for damping pressure oscillations within a pulse detonation engine
EP2327867A2 (en) Thrust modulation in a multiple combustor pulse detonation engine using cross-combustor detonation initiation
CN106352372A (en) Supersonic velocity detonation combustion chamber and explosion initiation and self-mastery control method thereof
RU2476705C1 (en) Knocking ramjet engine and method of its operation
CN108869095B (en) Boundary suction control method with stable and self-sustaining supersonic detonation
CN101806260A (en) Multitube parallel pulse detonation combustion chamber and ignition detonation method thereof
Ivanov et al. Hydrogen fueled detonation ramjet: Conceptual design and test fires at Mach 1.5 and 2.0
CN104265506A (en) Pulse detonation engine
Peng et al. Experimental investigation on valveless air-breathing dual-tube pulse detonation engines
Lu et al. Operating characteristics and propagation of back-pressure waves in a multi-tube two-phase valveless air-breathing pulse detonation combustor
Braun New detonation concepts for propulsion and power generation
RU2553589C2 (en) Method of functioning of supersonic pulsing detonation straight-jet engine
US9217392B2 (en) Vortex cannon with enhanced ring vortex generation
RU2446305C2 (en) Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation
RU2529935C1 (en) Hypersonic ramjet engine and concept of combustion
RU2432483C1 (en) Intermittent detonation engine
CN107218155B (en) A kind of pulse ignite in advance can steady operation detonation engine
Frolov et al. Pulse-detonation burner unit operating on natural gas
RU52940U1 (en) CAMERA OF THE PULSING DETONATION COMBUSTION ENGINE
RU2347097C1 (en) Hypersonic pulse detonating engine and method of its functioning