RU2623134C1 - Solid fueled integrated straight-jet engine - Google Patents
Solid fueled integrated straight-jet engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623134C1 RU2623134C1 RU2016103165A RU2016103165A RU2623134C1 RU 2623134 C1 RU2623134 C1 RU 2623134C1 RU 2016103165 A RU2016103165 A RU 2016103165A RU 2016103165 A RU2016103165 A RU 2016103165A RU 2623134 C1 RU2623134 C1 RU 2623134C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge
- stage
- fuel
- solid
- engine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
- F02K7/10—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
- F02K7/18—Composite ram-jet/rocket engines
Abstract
Description
Изобретение относится к реактивной технике, а именно к комбинированным прямоточным воздушно-реактивным двигателям, и может быть использовано в качестве двигательной установки летательных аппаратов (ЛА).The invention relates to jet technology, namely to combined ramjet engines, and can be used as a propulsion system of aircraft (LA).
Одним из главных направлений в решении проблемы повышения дальности и скорости полета летательных аппаратов с внутриатмосферной зоной эксплуатации является использование интегральных прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД). В этих двигателях благодаря интеграции могут быть наилучшим образом реализованы преимущества ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) в стартовой ступени и высокие экономические показатели ПВРД в маршевой ступени.One of the main directions in solving the problem of increasing the range and flight speed of aircraft with an intra-atmospheric operating zone is the use of integral ramjet engines (ramjet). Thanks to integration, the advantages of a solid propellant rocket engine (solid propellant rocket engine) in the launch stage and the high economic performance of ramjet engines in the march stage can be best realized in these engines.
В качестве стартовой ступени используется РДТТ, осуществляющий разгон ЛА до числа Маха (М) включения маршевого прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Существует ряд изделий, для которых требуется обеспечить минимальную массу сбрасываемых элементов конструкции при переходе с режима разгона ЛА на режим работы маршевого двигателя. Размещение стартовой ступени требует выделения значительных объемов при жестких габаритных ограничениях, поэтому современные компоновки двигательных установок основаны на максимальной интеграции стартовой и маршевой ступеней.As the starting stage, the solid propellant rocket engine is used, which accelerates the aircraft to the Mach number (M) of the inclusion of the march ramjet engine. There are a number of products for which it is required to ensure the minimum mass of discharged structural elements when switching from the acceleration mode of an aircraft to the operation mode of a main engine. The placement of the launch stage requires the allocation of significant volumes under strict dimensional constraints, therefore, modern layouts of propulsion systems are based on the maximum integration of the launch and flight stages.
Интерес для использования в качестве маршевого двигателя в комбинированном прямоточном воздушно-реактивном двигателе представляет прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом горючем (ПВРДТ). В таком двигателе маршевый режим работы реализуется при сжигании в воздушном потоке одного или нескольких зарядов твердого горючего. К достоинствам ПВРДТ следует отнести относительную простоту конструкции, высокие энергетические характеристики твердых горючих, повышенную надежность работы и способность к авторегулированию в определенных пределах при изменении летно-технических характеристик.Of interest for use as a marching engine in a combined ramjet engine is a ramjet engine for solid fuel (ramjet). In such an engine, the cruise mode of operation is realized when one or more charges of solid fuel are burned in the air stream. The advantages of ramjet engine include the relative simplicity of the design, high energy characteristics of solid fuels, increased reliability and the ability to automatically adjust within certain limits when changing flight performance.
Известна двигательная установка (патент США №4841724 МПК F02K 7/18), в которой в качестве стартовой ступени используется РДТТ в отдельном корпусе. Стартовая ступень соединена с маршевой ступенью в виде ПВРД при помощи пироболтов. При достижении требуемой скорости разгона и выработки топлива стартовая ступень отделяется от двигательной установки подрывом пироболтов, и происходит запуск маршевой ступени.Known propulsion system (US patent No. 4841724 IPC
Недостатком такого решения является большая масса сбрасываемых элементов конструкции при переходе с режима разгона на режим работы прямоточного двигателя, что не всегда допустимо.The disadvantage of this solution is the large mass of discharged structural elements during the transition from the acceleration mode to the operation mode of the ram engine, which is not always permissible.
Известен комбинированный ракетно-прямоточный двигатель (патент США №5537815, МПК F02K 7/18), содержащий газогенератор с зарядом твердого топлива, четырехпатрубковый воздухозаборник и камеру сгорания, в которой расположен стартовый бессопловой ракетный двигатель твердого топлива (БСРДТТ). БСРДТТ обеспечивает разгон летательного аппарата до расчетного значения числа М начала работы маршевого двигателя. После этого камера сгорания служит для смешивания продуктов газогенерации с поступающим потоком воздуха и их дожигания. Такая конструкция обеспечивает отсутствие сбрасываемых в полете элементов двигателя.Known combined rocket and ramjet engine (US patent No. 5537815, IPC F02K 7/18), containing a gas generator with a charge of solid fuel, a four-pipe air intake and a combustion chamber, in which is located the starting non-nozzle rocket engine of solid fuel (BSRDT). BSRDT provides acceleration of the aircraft to the calculated value of the number M of the beginning of the operation of the main engine. After that, the combustion chamber serves to mix the gas generation products with the incoming air stream and their afterburning. This design ensures the absence of discharged in flight engine elements.
Недостатком такой конструкции являются большие габаритные размеры, связанные с последовательным размещением стартовой и маршевой ступеней. Кроме того, параметры работы газогенератора не зависят от внешних условий, и поэтому остро стоит проблема регулирования расхода продуктов газогенерации твердого топлива, что приводит к усложнению конструкции.The disadvantage of this design is the large overall dimensions associated with the sequential placement of the starting and marching stages. In addition, the parameters of the gas generator do not depend on external conditions, and therefore there is an acute problem of regulating the flow of solid fuel gas generation products, which leads to a complication of the design.
Известна двигательная установка (Л.С. Яновский, В.Н. Александров и др. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах. М.: ИКЦ «Академкнига», 2006, с. 193, рис. 4.2), в которой стартово-разгонный РДТТ встроен в камеру сгорания ПВРД и остается в ней до полного окончания работы двигательной установки. Такая конструкция обеспечивает относительно малые габаритные размеры двигательной установки.Known propulsion system (L.S. Yanovsky, V.N. Alexandrov, etc. Integrated ramjet engines for solid fuels. M.: IKC "Akademkniga", 2006, S. 193, Fig. 4.2), in which the start -acceleration solid propellant rocket engine is built into the ramjet combustion chamber and remains in it until the complete completion of the propulsion system. This design provides a relatively small overall dimensions of the propulsion system.
Недостатком такой конструкции является использование жидкого горючего для маршевой ступени, что требует наличия системы подачи и регулирования расхода жидкого горючего. Это приводит к снижению его надежности и увеличению массы.The disadvantage of this design is the use of liquid fuel for the march stage, which requires a system for supplying and regulating the flow of liquid fuel. This leads to a decrease in its reliability and an increase in mass.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является комбинированный ПВРД на твердом горючем (SFIRR, USA) для авиационной противокорабельной ракеты повышенной дальности (В.В. Гаврилов, Л.А. Клименко и др. Иностранные авиационные двигатели. М.: Изд. Дом «Авиамир», 2005, с. 347, рис. 1) с перепуском воздуха с встроенным РДТТ в качестве стартовой ступени. Двигательная установка содержит камеру сгорания с размещенным в ней канальным зарядом твердого горючего маршевой ступени, заряд твердого топлива стартовой ступени, стабилизатор пламени, воздухозаборное устройство с каналами подачи и перепуска воздуха, заглушки воздухозаборников (не показано) и каналов перепуска, смесительное устройство, стартовое и маршевое сопла.The closest analogue selected for the prototype is a combined solid-fuel ramjet (SFIRR, USA) for a long-range aviation anti-ship missile (VV Gavrilov, L.A. Klimenko and others. Foreign aircraft engines. M: Publishing House. Aviamir, 2005, p. 347, Fig. 1) with air bypass with built-in solid propellant rocket motor as a starting stage. A propulsion system comprises a combustion chamber with a channel charge of a solid propellant sustainer stage placed in it, a charge of solid fuel of the launch stage, a flame stabilizer, an air intake device with air supply and bypass channels, plugs for air intakes (not shown) and bypass channels, a mixing device, a launch and march nozzles.
Двигатель оснащен воздухозаборным устройством (ВЗУ) с подлокаторным сегментно-кольцевым входом и имеет короткий криволинейный канал для подачи воздуха в переднюю часть камеры сгорания, а также протяженный переходный канал для перепуска части расхода воздуха через отверстия в камере сгорания, расположенные за торцом размещенного в ней маршевого заряда углеводородного твердого горючего. Ввод воздуха осуществляется под углом 90° к оси камеры сгорания на 90° сегменте по окружности. Воздух для перепуска отбирается из периферийных по ширине участков кольцевого сегментного входа. Для увеличения прочности и жесткости конструкции на входном участке воздухозаборника имеются пилоны, связывающие нижнюю и верхнюю стенки. Стартовая ступень интегрирована с трактом ПВРД и представляет собой прочно скрепленный заряд твердого топлива, размещенный в задней части камеры сгорания и в четырех пазах маршевого топлива, и стартовое сопло. Размещение заряда в пазах маршевого горючего обеспечивает хорошее объемное заполнение двигателя, улучшает воспламенение маршевого горючего, а уступы позволяют развить начальную поверхность горения маршевого горючего. На режиме разгона вход воздухозаборника закрыт прочными сбрасываемыми заглушками (не показано). Для стабилизации процесса горения и равномерного распределения потока воздуха в прямоточном тракте перед передним торцом маршевого горючего расположен инжектор, а для хорошего смешения продуктов первичного горения заряда с воздухом за задним торцом заряда маршевого горючего имеется смесительная диафрагма, которая обеспечивает смешение воздуха перепуска с продуктами первичного горения маршевого горючего в первом контуре камеры сгорания.The engine is equipped with an air intake device (VZU) with an arm-mounted segment-ring inlet and has a short curved channel for supplying air to the front of the combustion chamber, as well as an extended transition channel for bypassing part of the air flow through the openings in the combustion chamber located behind the end of the sustainer charge of hydrocarbon solid fuel. Air is introduced at an angle of 90 ° to the axis of the combustion chamber on a 90 ° segment around the circumference. Air for bypass is taken from the peripheral width sections of the annular segment inlet. To increase the strength and rigidity of the structure at the inlet portion of the air intake there are pylons connecting the lower and upper walls. The launch stage is integrated with the ramjet path and is a solidly bonded solid fuel charge located in the rear of the combustion chamber and in four grooves of the main fuel, and a launch nozzle. The placement of the charge in the grooves of the sustainer fuel provides good volumetric filling of the engine, improves the ignition of the sustainer fuel, and the ledges allow you to develop the initial combustion surface of the sustainer fuel. In acceleration mode, the air intake is closed by durable resettable plugs (not shown). To stabilize the combustion process and evenly distribute the air flow in the direct-flow path, an injector is located in front of the front end of the march fuel, and for good mixing of the primary combustion products of the charge with air, there is a mixing diaphragm behind the rear end of the march fuel charge, which ensures bypass air is mixed with the primary combustion products fuel in the first circuit of the combustion chamber.
Заряд твердого топлива стартовой ступени обеспечивает разгон ЛА до числа М начала работы маршевого двигателя. На маршевом режиме воздух, поступающий из ВЗУ, разделяется на две части: меньшая поступает в канал заряда твердого горючего, а остальная часть подается в камеру сгорания по каналам перепуска воздуха. Воздух, поступающий в канал заряда твердого горючего маршевой ступени, используется для первичной газификации горючего. Образующиеся первичные продукты газификации, обогащенные горючими компонентами, поступают далее в свободный объем камеры сгорания, где смешиваются с воздухом из каналов перепуска и дожигаются.The charge of solid fuel of the launch stage ensures the acceleration of the aircraft to the number M of the beginning of the operation of the main engine. In the marching mode, the air coming from the VZU is divided into two parts: the smaller one enters the solid fuel charge channel, and the rest is fed into the combustion chamber through the air bypass channels. The air entering the charge channel of the solid propellant sustainer stage is used for primary gasification of fuel. The resulting primary gasification products, enriched with combustible components, then enter the free volume of the combustion chamber, where they are mixed with air from the bypass channels and burned.
Техническое решение с размещением заряда твердого топлива стартовой ступени в канале заряда твердого горючего позволяет уменьшить габаритные размеры двигательной установки, но при этом имеет ряд недостатков.The technical solution with the placement of the solid fuel charge of the starting stage in the solid fuel charge channel allows to reduce the overall dimensions of the propulsion system, but it has several disadvantages.
Непосредственная отливка твердого топлива стартовой ступени в канал заряда твердого горючего маршевой ступени существенно усложняет конструкцию.The direct casting of solid fuel of the starting stage into the charge channel of the solid combustible sustainer stage significantly complicates the design.
Работа двигательной установки на маршевом режиме возможна только после полного выгорания заряда стартовой ступени, что приводит к некоторому провалу тяги в конце режима разгона и начале маршевого режима, что может привести к снижению скорости ЛА и незапуску ВЗУ маршевой ступени. Для предотвращения такой работы масса заряда твердого топлива стартовой ступени принимается избыточной.The operation of the propulsion system in marching mode is possible only after the charge of the starting stage is completely burned out, which leads to some failure of thrust at the end of the acceleration mode and the beginning of the marching mode, which can lead to a decrease in the speed of the aircraft and non-launch of the VZU marching stage. To prevent such work, the mass of charge of solid fuel at the starting stage is assumed to be excessive.
На маршевом режиме выгорание заряда горючего происходит неравномерно по длине, на выходе из канала горения унос твердого горючего больше, чем на входе.In the marching mode, the fuel charge burns out non-uniformly along the length; at the exit from the combustion channel, the entrainment of solid fuel is greater than at the inlet.
Общая камера сгорания для режима разгона и маршевого режима требует повышенной прочности для работы при высоком давлении, что приводит к заметному увеличению массы двигательной установки. Для работы стартовой ступени на низком давлении применяются топлива с невысокой энергоемкостью. При этом существенно снижается удельный импульс.A common combustion chamber for acceleration and marching conditions requires increased strength for operation at high pressure, which leads to a noticeable increase in the mass of the propulsion system. To operate the starting stage at low pressure, fuels with low energy consumption are used. In this case, the specific impulse is significantly reduced.
В основу изобретения положены следующие задачи:The invention is based on the following tasks:
- снижение массы сбрасываемых элементов конструкции при переходе с режима разгона на режим работы маршевой ступени;- reduction in the mass of discharged structural elements during the transition from the acceleration mode to the operation mode of the march stage;
- улучшение массогабаритных характеристик двигательной установки;- improving the overall dimensions of the propulsion system;
- повышение надежности двигательной установки;- improving the reliability of the propulsion system;
- обеспечение плавного перехода на маршевый режим;- ensuring a smooth transition to marching mode;
- форсирование тяги двигательной установки в начале работы маршевой ступени;- boosting the thrust of the propulsion system at the beginning of the march stage;
- обеспечение равномерности сгорания заряда твердого горючего на маршевом режиме.- ensuring uniform combustion of the charge of solid fuel on the marching mode.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении удельных импульсов стартовой и маршевой ступеней двигательной установки.The technical result of the claimed invention is to increase the specific impulses of the starting and marching stages of the propulsion system.
Поставленные задачи решаются тем, что интегральный прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом горючем (ИПВРДТ) содержит воздухозаборное устройство с каналами подачи и перепуска воздуха, камеру сгорания с размещенным в передней части канальным зарядом твердого горючего маршевой ступени, стабилизатор пламени, заряд твердого топлива стартовой ступени и маршевое сопло. Причем каналы подачи и перепуска воздуха соединяют воздухозаборное устройство с камерой сгорания в передней и задней частях заряда твердого горючего маршевой ступени.The tasks are solved in that the integrated ramjet engine on solid fuel (IPVRDT) contains an air intake device with air supply and bypass channels, a combustion chamber with a channel charge of a solid marching sustainer stage located in front of it, a flame stabilizer, a charge of solid fuel of the starting stage and marching nozzle. Moreover, the air supply and bypass channels connect the air intake device to the combustion chamber in the front and rear parts of the charge of the solid fuel march stage.
Новым в изобретении является то, что заряд твердого топлива стартовой ступени выполнен в цилиндрическом корпусе и размещен центрально с кольцевым зазором в передней части камеры сгорания, причем на наружной поверхности корпуса стартовой ступени установлен дополнительный кольцевой заряд твердого горючего.New in the invention is that the charge of solid fuel of the starting stage is made in a cylindrical body and placed centrally with an annular gap in front of the combustion chamber, and an additional ring charge of solid fuel is installed on the outer surface of the housing of the starting stage.
При такой конструкции ИПВРДТ:With this design, IPVRDT:
- размещение заряда твердого топлива стартовой ступени в отдельном корпусе центрально обеспечивает снижение массы сбрасываемых элементов конструкции при переходе с режима разгона ЛА на режим работы маршевой ступени за счет отсутствия сбрасываемого сопла;- the placement of the charge of solid fuel of the launch stage in a separate building centrally reduces the mass of discharged structural elements when switching from the acceleration mode of the aircraft to the operation mode of the sustainer stage due to the absence of a discharged nozzle;
- размещение заряда твердого топлива стартовой ступени, рабочий режим которой осуществляется при давлении до 10 МПа, в отдельном корпусе центрально обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик двигательной установки за счет снижения толщины стенок камеры сгорания маршевой ступени до величины, необходимой для обеспечения прочности при рабочем давлении до 0,7 МПа на маршевом режиме работы;- placement of the charge of solid fuel of the starting stage, the operating mode of which is carried out at a pressure of up to 10 MPa, in a separate housing centrally provides an improvement in the weight and size characteristics of the propulsion system by reducing the thickness of the walls of the combustion chamber of the march stage to the value necessary to ensure strength at operating pressure to 0, 7 MPa in march mode;
- размещение заряда твердого топлива стартовой ступени в отдельном корпусе центрально обеспечивает повышение удельного импульса стартовой ступени за счет допустимого повышения рабочего давления на стартово-разгонном режиме при приемлемом увеличении массы двигательной установки;- placement of the charge of solid fuel of the launch stage in a separate housing centrally provides an increase in the specific impulse of the launch stage due to the allowable increase in operating pressure in the start-acceleration mode with an acceptable increase in the mass of the propulsion system;
- соосное расположение корпуса стартовой ступени и заряда твердого горючего маршевой ступени обеспечивает надежный запуск воздухозаборного устройства и плавный переход ЛА по скорости на маршевый режим за счет возможности запуска маршевой ступени до полного выгорания заряда стартовой ступени;- the coaxial arrangement of the launch stage housing and the charge of the solid propellant sustainer stage ensures reliable launch of the air intake device and the smooth transition of the aircraft in speed to the sustainer mode due to the possibility of launching the sustainer stage until the launch stage charge is completely burned out;
- горение дополнительного кольцевого заряда твердого горючего на наружной поверхности корпуса стартовой ступени обеспечивает форсирование двигателя в начале маршевого режима работы двигателя за счет перераспределении расхода воздуха между контурами двигателя и увеличения тяги;- burning an additional ring charge of solid fuel on the outer surface of the housing of the starting stage provides forcing the engine at the beginning of the sustainer mode of engine operation by redistributing the air flow between the engine circuits and increasing traction;
- наличие дополнительного кольцевого заряда твердого горючего на наружной поверхности корпуса стартовой ступени обеспечивает равномерное сгорание заряда твердого горючего маршевой ступени за счет дополнительного теплового потока к поверхности заряда в передней части.- the presence of an additional ring charge of solid fuel on the outer surface of the housing of the launch stage provides uniform combustion of the charge of solid fuel marching stage due to the additional heat flow to the surface of the charge in the front.
Развитие и уточнение совокупности существенных признаков изобретения для частных случаев его выполнения дано далее:The development and refinement of the set of essential features of the invention for particular cases of its implementation is given below:
- выполнение наружной поверхности дополнительного заряда с углом конусности до 30 градусов к оси двигателя обеспечивает равномерное выгорание дополнительного и основного зарядов горючего маршевой ступени. При увеличении угла конусности свыше 30 градусов происходит чрезмерное загромождение проточного тракта, что ведет к снижению коэффициента восстановления полного давления и, следовательно, тяги двигателя;- the implementation of the outer surface of the additional charge with a taper angle of up to 30 degrees to the axis of the engine provides uniform burnout of the additional and main charges of the fuel marching stage. With an increase in the taper angle of more than 30 degrees, the flow path becomes excessively cluttered, which leads to a decrease in the recovery coefficient of the total pressure and, consequently, the engine thrust;
- смещение дополнительного заряда горючего относительно переднего торца заряда маршевой ступени по оси в сторону маршевого сопла на расстояние от 1 до 3 наружных диаметров корпуса стартового двигателя обеспечивает расположение дополнительного заряда в области высоких значений плотности тока газа, что снижает потребную массу дополнительного заряда горючего. При расположении дополнительного заряда вблизи торца заряда маршевой ступени на расстоянии менее одного диаметра корпуса стартового двигателя происходит загромождение входного сечения проточного тракта. При смещении дополнительного заряда горючего относительно переднего торца заряда маршевой ступени на расстояние более трех наружных диаметров в передней части заряда маршевой ступени не обеспечиваются высокие значения плотности тока газа и теплового потока к поверхности горения;- the shift of the additional fuel charge relative to the front end of the charge of the sustainer stage along the axis towards the sustainer nozzle by a distance of 1 to 3 outer diameters of the housing of the starting engine provides the location of the additional charge in the region of high gas current density, which reduces the required mass of the additional fuel charge. When the additional charge is located near the end of the charge of the sustainer stage at a distance of less than one diameter of the starting engine housing, the input section of the flow path is cluttered. When the additional charge of fuel is displaced relative to the front end of the charge of the sustainer stage by a distance of more than three outer diameters in the front of the charge of the sustainer stage, high values of the gas current density and heat flux to the combustion surface are not provided;
- изготовление дополнительного заряда твердого горючего с добавлением не менее 10% металлических частиц (алюминий, магний и т.д.) в виде мелкодисперсного порошка обеспечивает заданное форсирование тяги в начале работы маршевой ступени за счет повышения энергоемкости горючего. Меньшее содержание металлических частиц в составе твердого горючего не обеспечивает требуемого повышения энергоемкости горючего.- the manufacture of an additional charge of solid fuel with the addition of at least 10% metal particles (aluminum, magnesium, etc.) in the form of a fine powder provides a predetermined thrust boost at the beginning of the operation of the march stage by increasing the energy consumption of the fuel. The lower content of metal particles in the composition of the solid fuel does not provide the required increase in energy consumption of the fuel.
Таким образом, решены поставленные в изобретении задачи:Thus, the objectives of the invention are solved:
- обеспечено снижение массы сбрасываемых элементов конструкции при переходе с режима разгона на режим работы маршевой ступени;- provided a reduction in the mass of discharged structural elements during the transition from the acceleration mode to the operation mode of the march stage;
- улучшены массогабаритные характеристики двигательной установки;- improved overall dimensions of the propulsion system;
- повышена надежность двигательной установки;- increased reliability of the propulsion system;
- обеспечена возможность форсирования тяги в начале работы маршевой ступени;- provided the ability to force traction at the beginning of the march stage;
- обеспечен плавный переход на маршевый режим;- Ensured a smooth transition to marching mode;
- обеспечено равномерное сгорание заряда твердого горючего на маршевом режиме.- ensured uniform combustion of the charge of solid fuel on the marching mode.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции и функционирования интегрального прямоточного воздушно-реактивного двигателя на твердом горючем со ссылкой на чертеж.The present invention is illustrated by the following detailed description of the design and operation of an integral ramjet solid-fuel jet engine with reference to the drawing.
Интегральный прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом горючем содержит (см. чертеж) воздухозаборное устройство 1 с каналами 2, 3 соответственно подачи и перепуска воздуха, камеру сгорания 4 с размещенным в передней части канальным зарядом 5 твердого горючего маршевой ступени, стабилизатор пламени 6, заряд 7 твердого топлива стартовой ступени и маршевое сопло 8. Причем каналы 2, 3 подачи и перепуска воздуха соединяют воздухозаборное устройство 1 с камерой сгорания 4 в передней и задней частях заряда 5 маршевой ступени. Заряд 7 твердого топлива стартовой ступени выполнен в цилиндрическом корпусе 9 и размещен центрально с кольцевым зазором в передней части камеры сгорания 4. На наружной поверхности корпуса 9 стартовой ступени установлен дополнительный кольцевой заряд 10 твердого горючего. Наружная поверхность дополнительного заряда 10 твердого горючего имеет угол конусности до 30 градусов к оси интегрального двигателя в сторону сопла 8 или воздухозаборного устройства 1. Дополнительный заряд 10 твердого горючего смещен относительно переднего торца заряда 5 маршевой ступени по оси в сторону маршевого сопла 8 на расстояние от 1 до 3 наружных диаметров корпуса 9 стартового двигателя. Дополнительный заряд твердого горючего выполнен из топлива ЛК-6Т и изготовлен с добавлением не менее 10% металлических частиц в виде мелкодисперсного порошка с массовой теплотой сгорания более 24000 кДж/кг. Заряд 5 маршевой ступени изготовлен из борсодержащего горючего ДАМСТ+В с массовой теплотой сгорания более 43000 кДж/кг (см. Л.С. Яновский, В.Н. Александров и др. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах. М.: ИКЦ «Академкнига», 2006, стр. 72, Таблица 2.2 и стр. 149, Таблица 3.8).The solid-fuel integrated ramjet engine with solid fuel contains (see drawing) an air intake device 1 with
Интегральный прямоточный воздушно-реактивный двигатель функционирует следующим образом.Integrated ramjet engine operates as follows.
При срабатывании воспламенительного устройства (не показано) поджигается поверхность заряда 7 твердого топлива стартовой ступени. Работа стартового двигателя реализуется при высоком рабочем давлении, что приводит к высоким тягово-экономическим показателям стартовой ступени. В процессе работы стартового двигателя происходит увеличение скорости полета ЛА. На режиме разгона вход воздухозаборного устройства 1 закрыт прочными сбрасываемыми заглушками. В конце работы стартового твердотопливного двигателя ЛА разгоняется до требуемой скорости полета для включения маршевого прямоточного воздушно-реактивного двигателя. После этого воздухозаборное устройство 1 освобождается от заглушек на входе (не показаны), и происходит запуск маршевой ступени. Для исключения провала тяги и снижения скорости ЛА в начале маршевого режима воспламенение зарядов горючего маршевой ступени может производиться до полного окончания работы стартового двигателя. На маршевом режиме воздух, поступающий из воздухозаборного устройства 1, разделяется на две части: меньшая поступает по каналу подачи 2 в канал заряда 5 твердого горючего, а остальная часть подается в камеру сгорания 4 по каналам перепуска 3 воздуха за задний торец заряда 5 твердого горючего маршевой ступени. Горение дополнительного заряда 10 горючего в начале маршевого режима приводит к увеличению гидравлического сопротивления канала горения и вызывает перераспределение расходов воздуха между каналами 2, 3 соответственно подачи и перепуска воздуха, что улучшает воспламенение маршевого горючего в передней части заряда 5. При этом суммарный расход воздуха через двигатель снижается, а удельный критический импульс тяги и тяга двигателя возрастают, что обеспечивает форсирование тяги в начале работы, доразгон ЛА до необходимой скорости и надежный запуск воздухозаборного устройства 1. Степень форсирования двигателя зависит от длины дополнительного заряда 10 горючего при заданной его толщине, а толщина стенки дополнительного заряда 10 горючего определяет время форсирования двигателя. За счет лучшего воспламенения маршевого горючего в передней части заряда 5 происходит более равномерное выгорание горючего по длине заряда 5. Для стабилизации процесса горения и равномерного распределения потока воздуха в прямоточном тракте перед передним торцом заряда 5 маршевого горючего расположен стабилизатор 6. Воздух, поступающий в канал заряда 5 твердого горючего маршевой ступени, используется для первичной газификации горючего. Образующиеся первичные продукты газификации, обогащенные горючими компонентами, поступают далее в свободный объем камеры сгорания 4, где смешиваются с воздухом из каналов перепуска 3 и дожигаются. На активном участке постоянная скорость полета поддерживается за счет авторегулирования расхода горючего. Авторегулирование расхода горючего основано, главным образом, на использовании степенной зависимости скорости газификации горючего от плотности тока газа в канале блока (Л.С. Яновский, В.Н. Александров и др. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах. М.: ИКЦ «Академкнига», 2006, Стр. 161-184).When the ignition device (not shown) is ignited, the surface of the
В случае изготовления дополнительного заряда 10 из составов с низкой скоростью горения типа ЛК-6Т реализуется горение дополнительного заряда 10 в течение всей работы маршевой ступени, что обеспечивает дополнительный тепловой поток к поверхности горения заряда 5 твердого горючего маршевой ступени. Это приводит к созданию локальной зоны повышенной температуры (более 2000 К), что обеспечивает существенное повышение полноты сгорания и, соответственно, удельного импульса маршевой ступени двигательной установки. Создание горячей зоны особенно актуально при использовании в качестве горючего для заряда 5 маршевой ступени высокоэнергетических борсодержащих составов, например ДАМСТ+В и др. Для реализации энергетических возможностей бора и его соединений необходимо обеспечить в зоне горения температуру не ниже 1900 К, при этом будет реализоваться режим горения без оксидной пленки на поверхности частиц бора, что существенно повышает энерговыделение продуктов сгорания и ведет к повышению удельного импульса. При меньшей температуре бор и его соединения покрываются оксидной пленкой, и энергетические возможности топлива остаются нереализованными.In the case of manufacturing an
Таким образом, предлагаемый ИПВРДТ позволяет обеспечить улучшение летно-технических характеристик ЛА.Thus, the proposed IPVRDT allows to improve the flight performance of aircraft.
По заявленному техническому решению была изготовлена экспериментальная установка с конфигурацией проточной части интегрального двигателя. Проведенные огневые испытания показали, что горение дополнительного заряда обеспечило увеличение полноты сгорания и, соответственно, удельного импульса маршевой ступеней с зарядом высокоэнергетического борсодержащего твердого топлива.According to the claimed technical solution, an experimental setup was made with the configuration of the flow part of the integral engine. The conducted fire tests showed that the combustion of the additional charge provided an increase in the completeness of combustion and, accordingly, in the specific impulse of the marching stages with the charge of high-energy boron-containing solid fuel.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016103165A RU2623134C1 (en) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | Solid fueled integrated straight-jet engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016103165A RU2623134C1 (en) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | Solid fueled integrated straight-jet engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2623134C1 true RU2623134C1 (en) | 2017-06-22 |
Family
ID=59241557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016103165A RU2623134C1 (en) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | Solid fueled integrated straight-jet engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2623134C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107956599A (en) * | 2017-12-15 | 2018-04-24 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | A kind of tube grain fires face structure |
RU2744667C1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-03-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Solid fuel ramjet engine and engine operation |
CN112983675A (en) * | 2021-03-04 | 2021-06-18 | 中国人民解放军国防科技大学 | Rocket-based combined cycle engine with expandable air inlet |
RU2808186C1 (en) * | 2023-01-17 | 2023-11-24 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Solid-fuel ramjet engine and method for controlling thrust of a solid-fuel ramjet engine |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4841724A (en) * | 1976-08-17 | 1989-06-27 | Rolls-Royce Plc | Rockets |
US5537815A (en) * | 1985-07-12 | 1996-07-23 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales | Power units of the ram-jet engine type |
RU2117907C1 (en) * | 1997-03-26 | 1998-08-20 | Научно-производственное объединение машиностроения | Winged missile |
RU2325544C2 (en) * | 2006-06-22 | 2008-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Integral rocket ramjet engine (irre) |
-
2016
- 2016-02-02 RU RU2016103165A patent/RU2623134C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4841724A (en) * | 1976-08-17 | 1989-06-27 | Rolls-Royce Plc | Rockets |
US5537815A (en) * | 1985-07-12 | 1996-07-23 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales | Power units of the ram-jet engine type |
RU2117907C1 (en) * | 1997-03-26 | 1998-08-20 | Научно-производственное объединение машиностроения | Winged missile |
RU2325544C2 (en) * | 2006-06-22 | 2008-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Integral rocket ramjet engine (irre) |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.В. ГАВРИЛОВ, Л.А. КЛИМЕНКО и др. ИНОСТРАННЫЕ АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ. М.: Изд. Дом "Авиамир", 2005, с. 347, рис. 1. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107956599A (en) * | 2017-12-15 | 2018-04-24 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | A kind of tube grain fires face structure |
RU2744667C1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-03-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Solid fuel ramjet engine and engine operation |
CN112983675A (en) * | 2021-03-04 | 2021-06-18 | 中国人民解放军国防科技大学 | Rocket-based combined cycle engine with expandable air inlet |
CN112983675B (en) * | 2021-03-04 | 2022-04-05 | 中国人民解放军国防科技大学 | Rocket-based combined cycle engine with expandable air inlet |
RU2808186C1 (en) * | 2023-01-17 | 2023-11-24 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Solid-fuel ramjet engine and method for controlling thrust of a solid-fuel ramjet engine |
RU2808186C9 (en) * | 2023-01-17 | 2024-03-11 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Solid-fuel ramjet engine and method for controlling thrust of a solid-fuel ramjet engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6820411B2 (en) | Compact, lightweight high-performance lift thruster incorporating swirl-augmented oxidizer/fuel injection, mixing and combustion | |
US6907724B2 (en) | Combined cycle engines incorporating swirl augmented combustion for reduced volume and weight and improved performance | |
US4722261A (en) | Extendable ram cannon | |
US20140196460A1 (en) | Ramjet including a detonation chamber and aircraft comprising such a ramjet | |
CN108561244B (en) | The three power combination engine design methods that a kind of super burn and sub- combustion combustion chamber coexist | |
US5224344A (en) | Variable-cycle storable reactants engine | |
RU2623134C1 (en) | Solid fueled integrated straight-jet engine | |
RU2486452C1 (en) | Method of increasing artillery shell range and device to this end | |
CN109798201A (en) | A kind of concealed multistage power underwater propeller of secondary mixing chamber and control method | |
US3279187A (en) | Rocket-ramjet propulsion engine | |
RU2439358C2 (en) | Air ramjet engine operating on powder metal fluid | |
US3115008A (en) | Integral rocket ramjet missile propulsion system | |
CN201165916Y (en) | Solid rocket engine | |
US3124933A (en) | Leroy stram | |
US2981059A (en) | Dual thrust chamber rocket | |
RU150828U1 (en) | MOTOR UNIT WITH TANGENTIAL-SLOT TYPE Aperture Diaphragms | |
US2982095A (en) | Gas generating device | |
JP5829278B2 (en) | Propulsion systems for flying machines, especially missiles | |
RU173530U1 (en) | Powerplant hypersonic aircraft | |
CN114352437A (en) | Solid fuel stamping combined engine suitable for wide Mach number flight | |
Sosounov | Research and development of ramjets/ramrockets. Part 1. Integral solid propellant ramrockets | |
RU2529935C1 (en) | Hypersonic ramjet engine and concept of combustion | |
CN112901371A (en) | Novel square tube solid rocket engine | |
RU2799263C1 (en) | Integrated direct-flow air-jet engine | |
CN205841036U (en) | A kind of fluid-solid coupling formula rocket engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210203 |