RU2558525C1 - Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag - Google Patents
Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558525C1 RU2558525C1 RU2014131613/11A RU2014131613A RU2558525C1 RU 2558525 C1 RU2558525 C1 RU 2558525C1 RU 2014131613/11 A RU2014131613/11 A RU 2014131613/11A RU 2014131613 A RU2014131613 A RU 2014131613A RU 2558525 C1 RU2558525 C1 RU 2558525C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- uav
- leading edge
- drone
- heat
- Prior art date
Links
Landscapes
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационной и ракетной технике, в частности к активной тепловой защите теплонапряженных передних кромок гиперзвукового беспилотного летательного аппарата (БПЛА).The invention relates to aircraft and rocket technology, in particular to active thermal protection of heat-stressed leading edges of a hypersonic unmanned aerial vehicle (UAV).
Аналогами предлагаемого устройства являются пассивные средства защиты теплонапряженных элементов конструкции летательного аппарата с помощью высокотемпературных покрытий (Проблемы механики и теплообмена в космической технике. Под ред. Белоцерковского О.М. М.: Машиностроение, 1982; патент США №6497390, 24.12.2002; патент RU №2383476С1, МПК B64G 1/58, B64G 1/62, 25.12.2008).Analogs of the proposed device are passive means of protecting heat-stressed structural elements of the aircraft using high-temperature coatings (Problems of mechanics and heat transfer in space technology. Edited by Belotserkovsky OM M .: Mechanical Engineering, 1982; US Patent No. 6497390, 12/24/2002; patent RU No. 2383476C1, IPC B64G 1/58, B64G 1/62, 12/25/2008).
Известен способ неразрушающейся тепловой защиты передней кромки летательного аппарата от воздействия интенсивного теплового потока и передняя кромка летательного аппарата с неразрушающейся тепловой защитой (патент RU №2149808 С1, МПК B64G 1/58, В64С 1/38, 1/36, 08.06.1999), включающая оболочку с минимальным аэродинамическим сопротивлением и средства транспортировки энергии от передней кромки, воспринимающей пиковые тепловые нагрузки.A known method of non-destructive thermal protection of the leading edge of the aircraft from exposure to intense heat flux and the leading edge of the aircraft with non-destructive thermal protection (patent RU No. 2149808 C1, IPC B64G 1/58, B64C 1/38, 1/36, 08.06.1999), including a shell with minimal aerodynamic drag and means of transporting energy from the leading edge, perceiving peak thermal loads.
Недостатком известного технического решения является дополнительное аэродинамическое сопротивление затупленной передней кромки с оболочкой при гиперзвуковых скоростях полета.A disadvantage of the known technical solution is the additional aerodynamic drag of a blunt leading edge with a shell at hypersonic flight speeds.
Наиболее близким из технических решений к предлагаемому устройству активной теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления гиперзвукового БПЛА является принятое за прототип устройство, реализующее способ теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления объекта, спускаемого с космического аппарата (патент RU №2219110 С1, МПК B64G 1/58, С09Д 1/02, В64С 1/38, 31.05.2002), содержащее теплоноситель и средства формирования теплозащитного слоя.The closest technical solution to the proposed device for active thermal protection and modulation of the aerodynamic drag of a hypersonic UAV is a prototype device that implements a method of thermal protection and modulation of the aerodynamic drag of an object launched from a spacecraft (patent RU No. 2211910 C1, IPC B64G 1/58, S09D 1 / 02, B64C 1/38, 05/31/2002) containing a heat carrier and means for forming a heat-protective layer.
Недостатком известного технического решения является повышенное энергопотребление.A disadvantage of the known technical solution is the increased power consumption.
Задачей заявленного изобретения является создание эффективной теплозащиты теплонапряженной передней кромки летательного аппарата и модуляции его аэродинамического сопротивления на режимах гиперзвукового полета в атмосфере.The objective of the claimed invention is the creation of effective thermal protection of the heat-stressed front edge of the aircraft and the modulation of its aerodynamic drag in hypersonic flight modes in the atmosphere.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении пиковых тепловых нагрузок на элементы конструкции гиперзвукового БПЛА и повышение топливной эффективности его силовой установки.The technical result obtained by carrying out the invention is to reduce peak thermal loads on the structural elements of a hypersonic UAV and increase the fuel efficiency of its power plant.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в устройстве активной теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления гиперзвукового БПЛА, содержащем теплоноситель и средства формирования теплозащитного слоя, соединенные с системой управления БПЛА, внутри носовой части БПЛА между его передней кромкой и камерой сгорания силовой установки по оси БПЛА размещен цилиндрический газоструйный резонатор с системой управляемых клапанов, расположенных на боковой стенке резонатора, причем открытый вход резонатора совмещен с передней кромкой БПЛА и направлен навстречу набегающему потоку, на внешней поверхности резонатора на его боковых стенках по окружности установлены контейнер с теплоносителем в виде метангидрата и преобразователь метангидрата в смесь паров воды и метана, которая, находясь под давлением в пульсирующем режиме с частотой более 100 Гц, с помощью системы управляемых клапанов газоструйного резонатора обеспечивает возможность формирования на открытом входе резонатора защитного слоя, предохраняющего переднюю кромку БПЛА от пиковых тепловых нагрузок.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the device of active thermal protection and modulation of the aerodynamic resistance of a hypersonic UAV containing a coolant and means for forming a heat-protective layer connected to the UAV control system, inside the nose of the UAV between its front edge and the combustion chamber of the power plant along the axis The UAV has a cylindrical gas-jet resonator with a system of controlled valves located on the side wall of the resonator, the resonance being open of the torus is aligned with the leading edge of the UAV and directed towards the incoming flow, on the outer surface of the resonator on its side walls around the circumference there is a container with a coolant in the form of methane hydrate and a methane hydrate converter into a mixture of water and methane vapors, which, under pressure in a pulsating mode with a frequency of more than 100 Hz, with the help of a system of controlled valves of a gas-jet resonator, it is possible to form a protective layer at the open entrance of the resonator that protects the front edge of the UAV from pi ovyh thermal loads.
Схема устройства активной теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления гиперзвукового БПЛА показана на фигуре 1. В носовой части 4 гиперзвукового БПЛА 1 между его передней кромкой 2 и камерой сгорания 11 силовой установки 12 по оси БПЛА размещен цилиндрический газоструйный резонатор 7 с системой управляемых клапанов 6, расположенных на боковой стенке резонатора 7, причем открытый вход 8 резонатора 7 совмещен с передней кромкой 2 БПЛА и направлен навстречу набегающему потоку. На внешней поверхности резонатора 7 на его боковых стенках по окружности установлены контейнер 3 с теплоносителем в виде метангидрата и преобразователь 5 метангидрата в смесь паров воды и метана. Кроме того, на фигуре 1 обозначено: 9-система управления БПЛА, 10-топливо.A diagram of the device of active thermal protection and modulation of the aerodynamic drag of a hypersonic UAV is shown in Figure 1. In the nose 4 of a hypersonic UAV 1, between its leading edge 2 and the combustion chamber 11 of the power plant 12, a cylindrical gas-jet resonator 7 with a system of controlled valves 6 located on the side wall of the resonator 7, and the open entrance 8 of the resonator 7 is aligned with the front edge 2 of the UAV and is directed towards the oncoming flow. On the outer surface of the resonator 7, a container 3 with a coolant in the form of methane hydrate and a methane hydrate converter 5 into a mixture of water and methane vapors are installed on its side walls around the circumference. In addition, in figure 1 is indicated: 9-UAV control system, 10-fuel.
Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.
При движении гиперзвукового БПЛА 1 в атмосфере на него набегает поток воздуха со скоростью V0, формируется головная ударная волна и температура торможения потока достигает порядка 2000К. На элементы конструкции летательного аппарата, и в первую очередь на его переднюю кромку 2, поступает тепловой поток, который может повредить конструкцию или изменить конфигурацию передней кромки 2, определяющей аэродинамические характеристики БПЛА.During the movement of a hypersonic UAV 1 in the atmosphere, an air stream rushes at it at a speed of V 0 , a head shock wave is formed and the temperature of the deceleration of the flow reaches about 2000K. The structural elements of the aircraft, and primarily on its front edge 2, receives heat flux, which can damage the structure or change the configuration of the front edge 2, which determines the aerodynamic characteristics of the UAV.
С целью охлаждения передней кромки 2 БПЛА перед ней с помощью преобразователя 5 через систему управляемых клапанов 6, расположенных на боковой стенке газоструйного резонатора 7, создают защитный слой из продуктов разложения метангидрата в виде смеси паров воды и метана. Полученную смесь направляют в газоструйный резонатор 7, в котором пары воды и метана под давлением в пульсирующем режиме с частотой более 100 Гц через открытый вход 8 газоструйного резонатора вводят навстречу набегающему потоку. В результате формируется защитный слой, экранирующий переднюю кромку БПЛА от пиковых тепловых нагрузок. Экспериментально установлено, что для полной диссоциации одного моля водяного пара требуется более 242 кДж. Диссоциация метана в присутствии паров воды также протекает с интенсивным поглощением энергии и хорошим выходом водорода, атомарного углерода, ацетилена и других компонентов с высокой энтальпией, которые могут эффективно быть использованы в процессе горения топливовоздушной смеси в камере сгорания 11 силовой установки 12 гиперзвукового БПЛА 1.In order to cool the UAV leading edge 2 in front of it using a converter 5 through a system of controlled valves 6 located on the side wall of the gas-jet resonator 7, a protective layer is created from the decomposition products of methane hydrate in the form of a mixture of water vapor and methane. The resulting mixture is sent to a gas-jet resonator 7, in which a pair of water and methane under pressure in a pulsating mode with a frequency of more than 100 Hz through the open inlet 8 of the gas-jet resonator is introduced towards the incident flow. As a result, a protective layer is formed, which shields the leading edge of the UAV from peak thermal loads. It was experimentally established that more than 242 kJ is required for the complete dissociation of one mole of water vapor. The dissociation of methane in the presence of water vapor also occurs with intensive energy absorption and a good yield of hydrogen, atomic carbon, acetylene and other components with high enthalpy, which can be effectively used in the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 11 of the power plant 12 of a hypersonic UAV 1.
Ввод смеси паров воды и метана газоструйным резонатором 7 навстречу набегающему потоку в пульсирующем режиме вызывает также модуляцию аэродинамического сопротивления БПЛА и способствует устойчивости пограничного слоя БПЛА.Introducing a mixture of water vapor and methane with a gas-jet resonator 7 towards the incoming flow in a pulsating mode also modulates the aerodynamic drag of the UAV and contributes to the stability of the UAV boundary layer.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:Thus, the present invention allows:
- создать эффективную теплозащиту теплонапряженной передней кромки гиперзвукового БПЛА за счет снижения пиковых тепловых нагрузок на элементы конструкции БПЛА с формированием защитного слоя;- create effective thermal protection of the heat-stressed leading edge of a hypersonic UAV by reducing peak thermal loads on UAV structural elements with the formation of a protective layer;
- улучшить устойчивость пограничного слоя за счет создания модуляции аэродинамического сопротивления БПЛА при вводе в набегающий высокоскоростной поток с помощью газоструйного резонатора паров воды и метана под давлением в пульсирующем режиме;- to improve the stability of the boundary layer by creating a modulation of the aerodynamic drag of the UAV when injected into the incoming high-speed stream using a gas-jet resonator of water vapor and methane under pressure in a pulsating mode;
- организовать поглощение энергии набегающего потока при диссоциации молекул воды, метана, а также синтезе ацетилена и других компонентов;- organize the absorption of free flow energy during the dissociation of water molecules, methane, as well as the synthesis of acetylene and other components;
- повысить топливную эффективность БПЛА и улучшить его массогабаритные характеристики за счет использования полученных продуктов разложения метангидрата с добавленной энтальпией в камере сгорания силовой установки гиперзвукового БПЛА.- to increase the fuel efficiency of the UAV and improve its overall dimensions due to the use of the obtained decomposition products of methane hydrate with added enthalpy in the combustion chamber of the power plant of a hypersonic UAV.
В настоящее время принято решение о создании опытного образца устройства (демонстратора технологии).Currently, a decision has been made to create a prototype device (technology demonstrator).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014131613/11A RU2558525C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014131613/11A RU2558525C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2558525C1 true RU2558525C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53795906
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014131613/11A RU2558525C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558525C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105416564A (en) * | 2015-12-13 | 2016-03-23 | 张彬 | High-speed aircraft obstacle breaking device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3309688A1 (en) * | 1983-03-18 | 1984-09-20 | Erno Raumfahrttechnik Gmbh, 2800 Bremen | Method for thermal protection and resistance modulation of re-entry bodies and hypersonic flying vehicles |
RU2219110C1 (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method of heat protection and modulation of aerodynamic drag of object descended from spacecraft |
RU2415373C1 (en) * | 2010-01-19 | 2011-03-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Control method of flow of unpiloted aircraft |
-
2014
- 2014-07-31 RU RU2014131613/11A patent/RU2558525C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3309688A1 (en) * | 1983-03-18 | 1984-09-20 | Erno Raumfahrttechnik Gmbh, 2800 Bremen | Method for thermal protection and resistance modulation of re-entry bodies and hypersonic flying vehicles |
RU2219110C1 (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Method of heat protection and modulation of aerodynamic drag of object descended from spacecraft |
RU2415373C1 (en) * | 2010-01-19 | 2011-03-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Control method of flow of unpiloted aircraft |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105416564A (en) * | 2015-12-13 | 2016-03-23 | 张彬 | High-speed aircraft obstacle breaking device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU185128U1 (en) | Unmanned underwater vehicle with once-through steam nuclear power plant | |
CN102050220B (en) | Underwater vehicle thrust by hydrogen produced through sodium borohydride hydrolysis | |
US5730390A (en) | Reusable spacecraft | |
US9920706B1 (en) | Methods of laser powering unmanned aerial vehicles with heat engines | |
RU2012132698A (en) | METHOD FOR CARRYING LOADS IN THE ATMOSPHERE OF PLANETS AT SPEEDS ABOVE THE FIRST SPACE AND MULTI-MODE SUPER-SONIC FLIGHT VEHICLE WITH HIGH PLANER INTEGRATION FOR ITS IMPLEMENTATION | |
US20090317249A1 (en) | Drag-reduction, propulsion, and lift generating system | |
RU2558525C1 (en) | Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag | |
CN109184948A (en) | It is a kind of for short distance or the vectoring nozzle of vertically taking off and landing flyer | |
RU2559182C1 (en) | Method of hypersonic aircraft active heat protection and aerodynamic drag | |
CN111439371B (en) | Hypersonic aircraft drag reduction method based on laser plasma | |
RU2014101385A (en) | HYBRID ROCKET AND RECTANOUS AIR-REACTIVE AEROSPACE ENGINE | |
CN201971142U (en) | Underwater carrying tool propelled by sodium borohydride hydrogen hydrolysis | |
RU2415373C1 (en) | Control method of flow of unpiloted aircraft | |
RU141645U1 (en) | HYPERSONIC AIRCRAFT | |
US10352271B1 (en) | Laser powered, air breathing, open-cycle heat engines | |
CN212373642U (en) | Hypersonic aircraft damping device based on laser plasma | |
WO2009085021A3 (en) | Spring flying device | |
RU2490173C1 (en) | Vtol aircraft | |
RU2432301C2 (en) | Drone aircraft | |
RU2470834C1 (en) | Aircraft | |
RU2609816C1 (en) | Method of reducing visibility of aircraft plane | |
GB2522080A (en) | Low weight aircraft engine intake pre-cooler | |
CN204626320U (en) | The fog-dissipation device that portable field controls | |
RU2714582C1 (en) | Method for arrangement of working process in straight-flow air-jet engine with continuous-detonation combustion chamber and device for implementation thereof | |
US20220056896A1 (en) | Propulsion Method Based on Liquid Carbon Dioxide Phase Change and Propulsion Device Thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160801 |