RU2558525C1 - Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag - Google Patents

Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag Download PDF

Info

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
Application number
RU2014131613/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Васильевич Носачев
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2014131613/11A priority Critical patent/RU2558525C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2558525C1 publication Critical patent/RU2558525C1/en

Links

Landscapes

  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: invention relates to active thermal protection of hypersonic drone heat-beat leading edges. Proposed device comprises heat carrier and heat protection ply generation means. Drone nose accommodates cylindrical gas-jet resonator arranged between its leading edge and combustion chamber and provided with the system of control valves located at resonator sidewall. Resonator open inlet is aligned with the drone leading edge and directed toward incident flow. Resonator outer surface supports container with heat carrier composed of methane hydrate and methane hydrate transformer into the mix of steam and methane. The latter is kept under pressure in pulse mode at frequency over 100 Hz with the help of gas-jet resonator to produce protective ply at resonator open inlet to protect the drone leading edge against peak hear loads.
EFFECT: decreased heat loads, higher fuel efficiency.
1 dwg

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)

Устройство активной теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления гиперзвукового БПЛА, содержащее теплоноситель и средства формирования теплозащитного слоя, соединенные с системой управления БПЛА, отличающееся тем, что 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. A device for active thermal protection and modulation of the aerodynamic drag of a hypersonic UAV, containing a coolant and means for forming a heat-shielding layer connected to the UAV control system, characterized in that a cylindrical gas-jet resonator with a system is placed inside the UAV nose part between its leading edge and the combustion chamber of the power plant along the UAV axis controlled valves located on the side wall of the resonator, and the open entrance of the resonator is aligned with the leading edge of the UAV and is directed towards I meet 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, using a system of controlled valves a gas-jet resonator provides the possibility of forming a protective layer at the open entrance of the resonator that protects the leading edge of the UAV from peak thermal loads.
RU2014131613/11A 2014-07-31 2014-07-31 Method of hypersonic drone active heat protection and aerodynamic drag RU2558525C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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