RU2649494C1

RU2649494C1 - Pulsed detonation rocket engine

Info

Publication number: RU2649494C1
Application number: RU2017117776A
Authority: RU
Inventors: Иван Васильевич Трифанов; Богдан Николаевич Казьмин; Людмила Ивановна Оборина; Владимир Иванович Трифанов
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-04-03

Abstract

FIELD: rocket technics.

SUBSTANCE: pulse detonation rocket engine comprises a detonation burner unit, the input of which through the end wall serves for batch input of the detonation fuel and is hermetically connected through ballistic device with a magnetic cumulative impulse generator, a source of field flashing. Burner unit comprises an output blockage device in the form of a rotatory actuator operated valve, towing convergent-divergent channel, a lasing system of fuel’s spark ignition, a device for synchronous feeding of spark ignition, one output of which is electrically connected to the lasing system and the other connected with drive of rotatory flap, a gas dynamic resonator in the form of a cone circular deepening, formed between the inner surface of the burner can and the outer part of the conical shell. In the cage of the gas-dynamic resonator, a magnetic flux-cumulative magnetic generator is installed.

EFFECT: invention is aimed at increasing the power and towing performance of engine when operating in both pulsed and multi-rate modes, improving mass-dimensional and size parameters and operating factors.

10 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, точнее к импульсному детонационному ракетному двигателю, и также может быть применено при создании детонационных энергетических систем.The invention relates to engine building, more specifically to a pulsed detonation rocket engine, and can also be applied to create detonation energy systems.

Известен пульсирующий детонационный двигатель (патент RU 2435059, МПК F02K 7/00, опубл. 27.11.2011), который содержит корпус, средства для подачи горючего и окислителя в реактор, кольцевое сопло и газодинамический резонатор, причем резонатор в виде трубы меньшего диаметра размещен в трубе реактора так, чтобы выход кольцевого сопла Гартмана был направлен во внутреннюю полость резонатора, вогнутое дно резонатора изготовлено из двух частей, разделенных буфером, внутренняя часть выполнена из материала, выдерживающего высокие импульсные механические нагрузки, а наружная - из блока пьезоэлектрических элементов, соединенных электрически параллельно, являющихся совместно с резонансным контуром пьезогенератором. Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования химической энергии топлива в механическую и электрическую энергию двигателя, обеспечить упрощение конструкции, улучшение массогабаритных и эксплуатационных параметров, повышение удельных тяговых характеристик пульсирующего детонационного двигателя.Known pulsating detonation engine (patent RU 2435059, IPC F02K 7/00, publ. 11/27/2011), which contains a housing, means for supplying fuel and an oxidizing agent to the reactor, an annular nozzle and a gas dynamic resonator, the resonator in the form of a pipe of a smaller diameter placed in the reactor tube so that the output of the Hartmann annular nozzle is directed into the inner cavity of the resonator, the concave bottom of the resonator is made of two parts separated by a buffer, the inner part is made of material that can withstand high pulsed mechanical heat narrow, and the outer - from a block of piezoelectric elements connected electrically in parallel, which together with the resonant circuit of the piezoelectric generator. The invention improves the efficiency of converting chemical energy of fuel into mechanical and electrical energy of the engine, simplifies the design, improves weight and size and operational parameters, increases the specific traction characteristics of a pulsating detonation engine.

Недостатком данного устройства является то, что пьезогенератор производит относительно мало электроэнергии за 1 цикл импульсной механической нагрузки, поэтому дополнительно требуется система накопления и хранения электроэнергии, что приводит к потере компактности конструкции. Длительность разряда пьезоэлементов составляет всего 0,08 наносекунд, а КПД 0,12%, что не позволяет использовать пьезогенератор для электропитания высоковольтных энергетических систем.The disadvantage of this device is that the piezoelectric generator produces relatively little electricity per 1 cycle of pulsed mechanical load, therefore, an additional system of accumulation and storage of electricity is required, which leads to a loss of compact design. The duration of the discharge of piezoelectric elements is only 0.08 nanoseconds, and the efficiency is 0.12%, which does not allow the use of a piezoelectric generator to power high-voltage power systems.

Известен также импульсный детонационный ракетный двигатель (ИДРД), принятый за прототип (патент RU 2442008, МПК F02K 7/02, F02K 9/50, опубл. 10.02.2012), содержащий камеру сгорания, вход которой служит для порционного ввода детонационного топлива, систему импульсного зажигания, устройство запирания выхода камеры сгорания в момент заполнения ее порцией детонационного топлива, тяговое осесимметричное сопло. Тяговое осесимметричное сопло установлено на выходе из камеры сгорания и содержит канал в виде сопла Лаваля, сужающийся и быстро расширяющийся в направлении истечения продуктов детонации. Устройство запирания представляет собой роторный клапан, расположенный в критическом сечении сопла и выполненный в виде приводного цилиндрического тела с осью вращения, проходящей через критическое сечение тягового сопла и перпендикулярного его оси. В направлении оси сопла в цилиндрическом теле выполнен сквозной канал, внутренний профиль которого совпадает с контуром тягового сопла на длине поперечного размера цилиндрического тела. Ось вращения цилиндрического тела и ось тягового сопла лежат в одной плоскости. Двигатель также содержит лазерную систему импульсного зажигания лазерной искрой, возбуждаемой в камере сгорания, командный датчик синхронной подачи импульса зажигания и запирания роторным клапаном выхода камеры сгорания, один выход которого соединен с лазерной системой, а другой связан с приводом роторного клапана. Лазерная система импульсного зажигания содержит лазер, связанный с линзой, установленной в стенке камеры сгорания, и блок импульсного включения лазера, вход которого связан с командным датчиком, а выход соединен с лазером. Привод цилиндрического тела роторного клапана может быть выполнен в виде ременной или червячной передачи. Указанные устройства работают на электроэнергии. Лазерная система работает при высокой мощности излучения в лазерной искре по сравнению с действием традиционной свечи зажигания, что вызывает необходимость применения мощного энергетического источника для ее питания.Also known is a pulsed detonation rocket engine (IDRD), adopted as a prototype (patent RU 2442008, IPC F02K 7/02, F02K 9/50, publ. 02/10/2012) containing a combustion chamber, the input of which serves for portioned input of detonation fuel, a system pulse ignition, a device for locking the output of the combustion chamber at the time of filling it with a portion of detonation fuel, an axially symmetric traction nozzle. An axisymmetric traction nozzle is installed at the outlet of the combustion chamber and contains a channel in the form of a Laval nozzle, tapering and rapidly expanding in the direction of the outflow of detonation products. The locking device is a rotary valve located in the critical section of the nozzle and made in the form of a drive cylindrical body with an axis of rotation passing through the critical section of the traction nozzle and perpendicular to its axis. A through channel is made in the direction of the axis of the nozzle in the cylindrical body, the inner profile of which coincides with the contour of the traction nozzle along the length of the transverse dimension of the cylindrical body. The axis of rotation of the cylindrical body and the axis of the traction nozzle are in the same plane. The engine also contains a laser system for pulse ignition with a laser spark excited in the combustion chamber, a command sensor for synchronously supplying an ignition pulse and locking the output of the combustion chamber by a rotary valve, one output of which is connected to the laser system and the other is connected to the rotary valve actuator. The laser pulse ignition system comprises a laser coupled to a lens mounted in the wall of the combustion chamber, and a laser pulse switch unit, the input of which is connected to the command sensor and the output is connected to the laser. The drive of the cylindrical body of the rotary valve can be made in the form of a belt or worm gear. These devices operate on electricity. The laser system operates at a high radiation power in the laser spark compared to the action of a traditional spark plug, which necessitates the use of a powerful energy source to power it.

Прототип имеет невысокие эксплуатационные характеристики и низкую энергетическую эффективность ввиду того, что КПД лазера не превышает 15%, а потребность в электроэнергии для питания лазерной системы и привода роторного клапана высокая и энергии от аккумуляторов или энергии, получаемой от солнечных батарей, недостаточно для работы лазера и ИДРД.The prototype has low operational characteristics and low energy efficiency due to the fact that the laser efficiency does not exceed 15%, and the need for electricity to power the laser system and the rotary valve actuator is high and the energy from batteries or the energy received from solar panels is not enough for the laser to work and IDRD.

Технической проблемой аналога и прототипа является отсутствие единой энергетической системы, получающей энергию за счет внутренней энергии (энергии детонационной волны) и обеспечивающей потребность в электроэнергии всех узлов импульсного детонационного ракетного двигателя, что снижает его энергетическую эффективность и эксплуатационные характеристики.The technical problem of the analogue and the prototype is the lack of a single energy system that receives energy from internal energy (detonation wave energy) and provides the need for electricity for all components of a pulsed detonation rocket engine, which reduces its energy efficiency and operational characteristics.

В основу изобретения положена задача повышения энергетических и тяговых характеристик импульсного детонационного ракетного двигателя при работе как в импульсном, так и в многочастотном режимах, улучшения массогабаритных и эксплуатационных параметров.The basis of the invention is the task of increasing the energy and traction characteristics of a pulsed detonation rocket engine when operating in both pulsed and multi-frequency modes, improving the overall dimensions and operational parameters.

Поставленная задача решается за счет того, что известный импульсный детонационный ракетный двигатель, содержащий детонационную камеру сгорания, вход которой через торцевую стенку служит для порционного ввода детонационного топлива, устройство запирания выхода камеры сгорания в виде роторного клапана с приводом, тяговое сопло Лаваля, лазерную систему импульсного зажигания топлива, токораспределительную систему, устройство синхронного управления импульсным зажиганием лазера и перемещением роторного клапана, согласно изобретению дополнительно содержит газодинамический резонатор, магнитокумулятивный генератор импульсов тока многоразового действия с баллистическим устройством, а также витковый магнитокумулятивный генератор импульсов тока, причем газодинамический резонатор в виде конического кольцевого углубления образован между внутренней поверхностью камеры сгорания и внешней частью конусной оболочки, выполненной из углеродного наномодифицированного материала, установленной соосно на выходе камеры сгорания со стороны критического сечения тягового сопла, а в полости газодинамического резонатора установлен витковый магнитокумулятивный генератор импульсов тока, внешний виток которого и входные клеммы электрически изолированы от детонационной камеры сгорания и газодинамического резонатора, при этом вход камеры сгорания герметично соединен с баллистическим устройством и магнитокумулятивным генератором импульсов, состоящим из корпуса, выполненного в виде дульной части ствола баллистического устройства, изготовленного из непроводящего материала, и токоведущей системы, включающей первый и второй токоведущие элементы, токопроводящие шины которых выполнены в виде металлических желобообразных направляющих, протяженных вдоль оси ствола, источник начального возбуждения, контактный элемент, выполненный в виде диэлектрического поршня с возможностью осевого перемещения в рабочем объеме магнитокумулятивного генератора, и нагрузку, подключенную к токоведущим элементам, причем поршень выполнен из набора электрически изолированных металлических замыкающих шин с установленными в них подпружиненными контактами, выполненными из металлокерамического материала, обеспечивающими скользящие неразмыкаемые контакты с желобообразными токопроводящими шинами, при этом поршень магнитокумулятивного генератора жестко связан при помощи штока с изолированным от него газодинамическим поршнем, размещенным в полости баллистического устройства, а токовые нагрузки магнитокумулятивного генератора импульсов и виткового магнитокумулятивного генератора электрически соединены с токораспределительной системой двигателя при помощи соответственно первого и второго трансформирующих индуктивно-импульсных устройств.The problem is solved due to the fact that the known pulsed detonation rocket engine containing a detonation combustion chamber, the input of which through the end wall serves for portioned input of detonation fuel, a device for locking the output of the combustion chamber in the form of a rotary valve with an actuator, a Laval traction nozzle, a pulsed laser system fuel ignition, current distribution system, device for synchronous control of pulsed laser ignition and movement of the rotary valve according to the invention to It additionally contains a gas-dynamic resonator, a magneto-cumulative generator of reusable current pulses with a ballistic device, and also a coil magneto-cumulative generator of current pulses, the gas-dynamic resonator in the form of a conical annular recess formed between the inner surface of the combustion chamber and the outer part of the conical shell made of carbon nanomodified material installed coaxially at the exit of the combustion chamber from the side of the critical section of the traction nozzle, and in the cavity of the gas-dynamic resonator a coil magnetocumulative current pulse generator is installed, the external turn of which and the input terminals are electrically isolated from the detonation combustion chamber and gas-dynamic resonator, while the input of the combustion chamber is hermetically connected to the ballistic device and the magnetocumulative pulse generator, consisting of a housing made in the form the muzzle of the barrel of a ballistic device made of non-conductive material, and a current-carrying system, including the second and second conductive elements, the conductive busbars of which are made in the form of metal grooved guides extended along the axis of the barrel, an initial excitation source, a contact element made in the form of a dielectric piston with the possibility of axial movement in the working volume of the magnetocumulative generator, and a load connected to the conductive elements moreover, the piston is made of a set of electrically insulated metal closing tires with spring-loaded contacts installed in them, made made of cermet material, providing sliding, non-breaking contacts with trough-like conductive buses, the piston of the magnetocumulative generator is rigidly connected by means of a rod to the gas-dynamic piston isolated from it, located in the cavity of the ballistic device, and the current loads of the magnetocumulative pulse generator and the magnetocumulative coil generator are electrically connected to current distribution system of the engine using respectively the first and second trans forming inductive-pulse devices.

Торцевая стенка детонационной камеры сгорания выполнена вогнутой и имеет осевое отверстие с кольцевым буртом.The end wall of the detonation combustion chamber is made concave and has an axial hole with an annular collar.

Газодинамический поршень баллистического устройства выполнен с кольцевой канавкой на его торце, а на его боковой цилиндрической поверхности выполнены поперечные канавки для установки разрезных колец.The gas-dynamic piston of the ballistic device is made with an annular groove at its end, and transverse grooves are made on its lateral cylindrical surface for installing split rings.

Рабочие объемы магнитокумулятивного генератора и баллистического устройства снабжены перепускными клапанами для сброса и выравнивания избыточного давления.The working volumes of the magnetocumulative generator and ballistic device are equipped with bypass valves to relieve and equalize the overpressure.

В полости баллистического устройства между газодинамическим поршнем и упорной стенкой установлена возвратная пружина.A return spring is installed in the cavity of the ballistic device between the gas-dynamic piston and the thrust wall.

Внешний виток виткового магнитокумулятивного генератора тока выполнен в виде полого кольца из тугоплавкого металла, заполненного наномодифицированным углеродным материалом, и закреплен на внешней стенке детонационной камеры при помощи изолятора кольцевого типа.The external coil of the magneto-cumulative current generator is made in the form of a hollow ring of refractory metal filled with nanomodified carbon material and is mounted on the outer wall of the detonation chamber using a ring insulator.

Входные клеммы виткового магнитокумулятивного генератора тока выполнены из наномодифицированного углеродного материала.The input terminals of the magneto-cumulative current generator are made of nanomodified carbon material.

Источники начального возбуждения магнитного потока баллистического магнитокумулятивного генератора импульсов и виткового магнитокумулятивного генератора выполнены в виде конденсаторной батареи и коммутирующего устройства.Sources of the initial magnetic flux excitation of a ballistic magnetocumulative pulse generator and a coil magnetocumulative generator are made in the form of a capacitor bank and a switching device.

Токовая нагрузка виткового магнитокумулятивного генератора расположена вне детонационной камеры сгорания.The current load of the coil magnetocumulative generator is located outside the detonation combustion chamber.

Витковый магнитокумулятивный генератор снабжен якорем, выполненным в виде конического цилиндра из токопроводящего композиционного углеродного или жаростойкого материала и имеющим возможность осциллирующего возвратно-поступательного перемещения по направляющим, которые соединены с возвратными пружинами, установленными в цилиндрических полостях, расположенных в стенках тягового сопла.The magneto-cumulative coil generator is equipped with an anchor made in the form of a conical cylinder of a conductive composite carbon or heat-resistant material and having oscillating reciprocating movement along guides that are connected to return springs installed in cylindrical cavities located in the walls of the traction nozzle.

Достигаемый технический результат заключается в повышении энергетических и тяговых характеристик импульсного детонационного ракетного двигателя при работе как в импульсном, так и в многочастотном режимах, улучшении массогабаритных в (1,2-1,5 раза) и эксплуатационных параметров.The technical result achieved is to increase the energy and traction characteristics of a pulsed detonation rocket engine when operating in both pulsed and multifrequency modes, to improve weight and size (1.2-1.5 times) and operational parameters.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена конструктивная схема импульсного детонационного ракетного двигателя.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a structural diagram of a pulsed detonation rocket engine.

На фиг. 2 показаны: а) схема электрического соединения элементов баллистического магнитокумулятивного генератора, б) конструктивная схема баллистического магнитокумулятивного генератора импульсов.In FIG. 2 shows: a) a diagram of the electrical connection of the elements of a ballistic magnetocumulative generator, b) a structural diagram of a ballistic magnetocumulative pulse generator.

На фиг. 3 показаны элементы баллистического магнитокумулятивного генератора импульсов: а) желобообразная токопроводящая шина, б) замыкающая шина, в) корпус и элементы магнитокумулятивного генератора импульсов в сечении.In FIG. Figure 3 shows the elements of a ballistic magnetocumulative pulse generator: a) a groove-shaped conductive bus, b) a closing busbar, c) a housing and elements of a magnetocumulative pulse generator in cross section.

На фиг. 4 показан витковый магнитокумулятивный генератор импульсов (разрез А-А на фиг 1).In FIG. 4 shows a coil magnetocumulative pulse generator (section AA in FIG. 1).

На фиг. 5 представлены: а) витковый магнитокумулятивный генератор импульсов, снабженный подвижным якорем, б) разрез Б-Б на фиг. 5а.In FIG. 5 presents: a) a coil magnetocumulative pulse generator equipped with a movable armature, b) section BB in FIG. 5a.

Импульсный детонационный ракетный двигатель (фиг. 1) содержит детонационную камеру сгорания 1 с торцевой вогнутой стенкой 2, соединенную трубопроводом 3 с емкостью 4 горючей смеси (метановоздушная смесь) через обратный клапан 5 одностороннего движения топливной смеси в камеру сгорания 1. На выходе камеры сгорания 1 установлено осесимметричное тяговое сопло 6, содержащее канал в виде сопла Лаваля с сужающейся 7 и быстрорасширяющейся 8 частями в направлении истечения продуктов детонации и устройство запирания в виде роторного клапана 9, расположенного в критическом сечении сопла 6 и выполненного с возможностью переключения выхода продуктов детонации через тяговое сопло. Для переключения роторный клапан 9 снабжен шкивом 10 ременной передачи. Кроме того, импульсный детонационный ракетный двигатель содержит лазерную систему зажигания топливной смеси с лазерной искрой 11, возбуждаемой в камере сгорания 1. Применение лазерной искры, обладающей более высокой мощностью излучения по сравнению с действием традиционной свечи зажигания, является эффективным энергетическим воздействием для обеспечения детонационного горения топлива. Лазерная система зажигания включает лазер 12, например твердотельный импульсный периодический лазер Nd:YAG компании Quantronics, связанный с фокусирующей линзой 13, размещенной в боковой стенке детонационной камеры сгорания 1, блок 14 импульсного включения лазера, соединенный с системой электропитания лазера 12, командный датчик 15 соединен с электродвигателем 16 и с блоком 14 и осуществляет синхронное включение лазера и изменение углового положения роторного клапана 9, осуществляемого при включении шагового электродвигателя 16. Роторный клапан выполнен в виде цилиндрического тела с осью вращения 17, проходящей через критическое сечение тягового сопла 6 перпендикулярно его оси 18, при этом в направлении оси сопла в цилиндрическом теле выполнен сквозной канал 19, внутренний профиль которого совпадает с контуром тягового сопла на длине поперечного размера цилиндрического тела, причем ось симметрии цилиндрического тела и ось тягового сопла лежат в одной плоскости. Детонационная камера сгорания 1 соединена при помощи торцевой стенки 2 с баллистическим устройством 21 многоразового магнитокумулятивного генератора импульсов 22 и связана через газовый канал 20 с газодинамическим поршнем 23, установленным в цилиндрической полости 24 баллистического устройства. На боковой (цилиндрической) поверхности газодинамического поршня выполнены поперечные канавки, в которые установлены разрезные кольца 25 для уплотнения полости детонационной камеры. Торец газодинамического поршня 23 имеет кольцевую канавку, а торцевая стенка 2 детонационной камеры сгорания 1 - соответствующий кольцевой выступ 26, обеспечивающие торцевое уплотнение и герметичность во время заполнения детонационной камеры сгорания горючей смесью и при детонационном взрыве. Газодинамический поршень 23 при помощи штока 27 жестко соединен с диэлектрическим поршнем 28 магнитокумулятивного генератора импульсов 22 многоразового действия. Диэлектрический поршень 28 имеет набор замыкающих металлических шин 29, изолированных друг от друга и от штока 27. Замыкающие металлические шины 29 выполнены из твердой меди, оснащены на концах контактами 60 с предварительным нажатием на них пружинами 61 (фиг. 3б). Контакты 60 выполнены из металлокерамики (например, молибден-серебро-вольфрам), что обеспечивает их высокую температурную стойкость и создание надежного скользящего неразмыкаемого контакта с токопроводящими шинами 32 и 33. В полости баллистического устройства между газодинамическим поршнем 23 и упорной стенкой 30 установлена пружина 31 для возвращения газового поршня 23 в исходное положение после прямого перемещения во время создания импульса тока при помощи замыкающих шин 29 диэлектрического поршня 28 с целью уплотнения детонационной камеры сгорания 1. Токопроводящие шины 32 и 33 магнитокуммулятивного генератора импульсов тока 22, образующие токонесущий контур, выполнены в виде желобообразных направляющих из твердой меди с входными изолированными контактами для взаимодействия в исходном положении с замыкающими шинами 29 поршня генератора. Выполнение токопроводящих шин 32 и 33 в виде желобообразных направляющих предотвращает разворот диэлектрического поршня 28 при взрывной детонационной нагрузке во время многократного перемещения, а также обеспечивает надежный электрический контакт между замыкающими металлическими шинами 29 поршня и токопроводящими шинами 32 и 33. Токопроводящие желобообразные шины 32 и 33 установлены в пазах дульной части ствола 35 баллистического устройства, которая выполнена из нетокопроводящего материала (например, стекловолокна или оксида периклаза). Дульная часть 35 установлена в металлическом корпусе 34 баллистического устройства генератора. Рабочая полость между диэлектрическим поршнем 28 и торцевой стенкой 36, а также полость между газовым поршнем 23 и упорной стенкой 30 соединены каналами с перепускными клапанами 37 для сброса избыточного давления или его выравнивания при возвратно-поступательном движении диэлектрического и газодинамического поршней. Корпус ствола баллистической установки выполнен из нетокопроводящего материала и установлен в металлическом корпусе, надежно соединенном с ИДРД, что позволит повысить прочность конструкции при вибрации ИДРД. Магнитокумулятивный генератор импульсов 22 имеет токопроводящие элементы 38 и 39, электрически соединенные с восемью токоведущими желобообразными шинами 32 и 33. Токопроводящие элементы 38 и 39 размещены вне рабочего объема генератора 22 (фиг. 1) и соединены с нагрузкой 40 и токораспределительной системой 42. Магнитокумулятивный генератор импульсов содержит источник начального возбуждения 41, соединенный через токопроводящие элементы 38 с входными концами токопроводящих шин 32 (1, 2, 3, 4) и 33 (1, 2, 3, 4), токопроводящие элементы 39, соединенные с выходными концами токопроводящих шин 32 (1, 2, 3, 4) и 33 (1, 2, 3, 4) и контактный элемент в виде диэлектрического поршня 28 с отверстием 49 по центру, армированного замыкающими шинами, расположенными в различных плоскостях относительно замыкающих пластин диэлектрического поршня, электрически изолированными от штока 27 при помощи изолятора 62 (см. фиг. 3б, в). В качестве источника начального возбуждения 41 может быть использована конденсаторная батарея, соединяемая посредством коммутатора к₁ с токоподводящими элементами 38 (фиг. 2а). Токовая нагрузка 40 с первым индуктивно-импульсным трансформирующим устройством 71 соединена с токораспределительной системой 42 импульсного детонационного ракетного двигателя и с системой электропитания лазера 12.Pulse detonation rocket engine (Fig. 1) contains a detonation combustion chamber 1 with an end concave wall 2, connected by a pipe 3 to a capacity 4 of a combustible mixture (methane-air mixture) through a check valve 5 for one-way movement of the fuel mixture into the combustion chamber 1. At the exit of the combustion chamber 1 an axisymmetric traction nozzle 6 is installed, containing a channel in the form of a Laval nozzle with tapering 7 and rapidly expanding 8 parts in the direction of the outflow of detonation products and a locking device in the form of a rotary valve 9, conjugated nozzle at the throat 6, and configured to switch the output of the detonation products through pulling nozzle. To switch the rotary valve 9 is equipped with a belt pulley 10. In addition, a pulsed detonation rocket engine contains a laser ignition system of the fuel mixture with a laser spark 11 excited in the combustion chamber 1. The use of a laser spark having a higher radiation power compared to the action of a traditional spark plug is an effective energy effect for providing detonation combustion of fuel . The laser ignition system includes a laser 12, for example, Quantronics solid-state pulsed Nd: YAG periodic laser coupled to a focusing lens 13 located in the side wall of the detonation combustion chamber 1, a laser pulse switch unit 14 connected to the laser power supply system 12, a command sensor 15 is connected with an electric motor 16 and with a block 14 and synchronously turns on the laser and changes the angular position of the rotary valve 9, which is carried out when the stepping motor 16 is turned on. nen in the form of a cylindrical body with an axis of rotation 17 passing through the critical section of the traction nozzle 6 perpendicular to its axis 18, while in the direction of the axis of the nozzle in the cylindrical body there is a through channel 19, the inner profile of which coincides with the contour of the traction nozzle along the length of the transverse dimension of the cylindrical body moreover, the axis of symmetry of the cylindrical body and the axis of the traction nozzle are in the same plane. The detonation combustion chamber 1 is connected via an end wall 2 to a ballistic device 21 of a reusable magnetocumulative pulse generator 22 and is connected through a gas channel 20 to a gas-dynamic piston 23 mounted in a cylindrical cavity 24 of the ballistic device. On the lateral (cylindrical) surface of the gas-dynamic piston, transverse grooves are made in which split rings 25 are installed to seal the cavity of the detonation chamber. The end face of the gas-dynamic piston 23 has an annular groove, and the end wall 2 of the detonation combustion chamber 1 has a corresponding annular protrusion 26, which provide mechanical seal and tightness during filling of the detonation combustion chamber with a combustible mixture and during detonation explosion. The gas-dynamic piston 23 by means of a rod 27 is rigidly connected to the dielectric piston 28 of the magnetocumulative pulse generator 22 of reusable action. The dielectric piston 28 has a set of closing metal tires 29, isolated from each other and from the rod 27. The closing metal tires 29 are made of solid copper, equipped at their ends with contacts 60 with preliminary pressing them with springs 61 (Fig. 3b). The contacts 60 are made of cermet (for example, molybdenum-silver-tungsten), which ensures their high temperature resistance and the creation of a reliable sliding indelible contact with conductive tires 32 and 33. A spring 31 is installed in the cavity of the ballistic device between the gas-dynamic piston 23 and the stop wall 30. the return of the gas piston 23 to its original position after direct movement during the creation of a current pulse using the closing busbars 29 of the dielectric piston 28 in order to seal the detonation chambers 1. Conductive combustion tires 32 and 33 magnitokummulyativnogo current pulse generator 22, the current carrying loop forming are designed as trough guide of solid copper insulated with input contacts for interfacing in the rest position of the piston with the trailing generator buses 29. The implementation of the conductive tires 32 and 33 in the form of grooved guides prevents the rotation of the dielectric piston 28 during an explosive detonation load during repeated movement, and also provides reliable electrical contact between the closing metal bus 29 of the piston and the conductive bus 32 and 33. The conductive grooved bus 32 and 33 are installed in the grooves of the muzzle of the barrel 35 of the ballistic device, which is made of non-conductive material (for example, fiberglass or periclase oxide). The muzzle part 35 is installed in a metal housing 34 of the ballistic device of the generator. The working cavity between the dielectric piston 28 and the end wall 36, as well as the cavity between the gas piston 23 and the stop wall 30 are connected by channels to the bypass valves 37 to relieve excess pressure or equalize it during the reciprocating motion of the dielectric and gas-dynamic pistons. The barrel housing of the ballistic installation is made of non-conductive material and is installed in a metal housing securely connected to the IDRD, which will increase the structural strength during vibration of the IDRD. The magnetocumulative pulse generator 22 has conductive elements 38 and 39 electrically connected to eight current-conducting trough-shaped buses 32 and 33. The conductive elements 38 and 39 are located outside the working volume of the generator 22 (Fig. 1) and are connected to the load 40 and the current distribution system 42. The magnetocumulative generator the pulse contains the source of the initial excitation 41, connected through conductive elements 38 to the input ends of the conductive bus 32 (1, 2, 3, 4) and 33 (1, 2, 3, 4), conductive elements 39, connected to the output to nets of conductive busbars 32 (1, 2, 3, 4) and 33 (1, 2, 3, 4) and a contact element in the form of a dielectric piston 28 with a hole 49 in the center, reinforced with locking buses located in different planes relative to the locking plates of the dielectric piston, electrically isolated from the rod 27 using the insulator 62 (see Fig. 3B, C). As a source of initial excitation 41, a capacitor bank connected by means of a switch to ₁ with current-carrying elements 38 can be used (Fig. 2a). The current load 40 with the first inductive-pulse transforming device 71 is connected to a current distribution system 42 of a pulsed detonation rocket engine and to a laser power supply system 12.

Первое индуктивно-импульсное трансформирующее устройство 71 (фиг. 2а) соединено с нагрузкой 40 генератора импульсов и содержит конденсатор 56, служащий для уменьшения перенапряжения на коммутаторе к₂ при его размыкании, дополнительный трансформатор 57, вторичная обмотка которого последовательно соединена с первичной обмоткой повышающего трансформатора 58, вторичная обмотка которого соединена с токораспределительной системой 42.The first inductive-pulse transforming device 71 (Fig. 2a) is connected to the load 40 of the pulse generator and contains a capacitor 56, which serves to reduce overvoltage on the switch to ₂ when it opens, an additional transformer 57, the secondary winding of which is connected in series with the primary winding of the step-up transformer 58 the secondary winding of which is connected to a current distribution system 42.

ИДРД также содержит выполненный в детонационной камере сгорания 1 газодинамический резонатор в виде конического кольцевого углубления, образованного внутренней поверхностью камеры сгорания и внешней частью конической оболочки 63 (фиг. 4), установленной соосно на выходе камеры сгорания со стороны критического сечения тягового сопла 6. Коническая оболочка 63 выполнена из углеродного наномодифицированного материала.The IDDR also contains a gas-dynamic resonator made in the detonation combustion chamber 1 in the form of a conical annular recess formed by the inner surface of the combustion chamber and the outer part of the conical shell 63 (Fig. 4) mounted coaxially at the exit of the combustion chamber from the critical section of the traction nozzle 6. Conical shell 63 is made of carbon nanomodified material.

В газодинамическом резонаторе установлен витковый магнитокумулятивный генератор импульсов (ВМКГ) многоразового действия, включающий в себя (фиг. 4) коническую оболочку 63, внешний виток магнитокумулятивного виткового генератора 50, входные клеммы магнитокумулятивного виткового генератора 48, выходные контакты 49, конденсатор 46 источника начального возбуждения тока, коммутаторное устройство 47, внешнюю нагрузку 51, изоляторы 55, канал тягового сопла с критическим сечением 64, второе трансформирующее индуктивно-импульсное устройство 52, выполненное аналогично первому трансформирующему индуктивно-импульсному устройству, коническую полость газодинамического резонатора 53, изолятор кольцевой 54, плазменный поршень 65, образуемый в полости между внутренней цилиндрической стенкой детонационной камеры сгорания 1 и конической оболочкой 63 газодинамического резонатора согласно эффекту Гартмана и обеспечивающий сжатие магнитного потока (фиг. 4). Все элементы ВМКГ, кроме изоляторов, выполнены из наномодифицированного углеродного материала, позволяющего работать при температуре 3500°С.The gas-dynamic resonator is equipped with a reusable magneto-cumulative pulse generator (VMKG), including (Fig. 4) a conical shell 63, an external coil of the magnetocumulative coil generator 50, input terminals of the magnetocumulative coil generator 48, output contacts 49, and a capacitor 46 of the initial current excitation source , a switching device 47, an external load 51, insulators 55, a channel of a traction nozzle with a critical section 64, a second transforming inductive-pulse device 52, made similar to the first transforming inductive-pulse device, the conical cavity of the gas-dynamic resonator 53, the annular insulator 54, the plasma piston 65 formed in the cavity between the inner cylindrical wall of the detonation combustion chamber 1 and the conical shell 63 of the gas-dynamic resonator according to the Hartmann effect and providing compression of the magnetic flux (Fig. . four). All elements of the VMKG, except insulators, are made of nanomodified carbon material, which allows operating at a temperature of 3500 ° C.

Сжатие магнитного потока может быть осуществлено при помощи подвижного якоря. В таком исполнении ВМКГ (фиг. 5а, б) включает в себя детонационную камеру сгорания 1, элементы виткового магнитного генератора: конденсаторную батарею 46, коммутатор 47, входные клеммы 48, выходные контакты 49, внешнюю нагрузку 51, внешний виток магнитокумулятивного виткового генератора 50, второе трансформирующее индуктивно-импульсное устройство 52, коническую полость газодинамического резонатора 53, изолятор кольцевой 54, подвижный якорь 66, направляющие 67, выполненные из жаростойкого материала и покрытые диэлектрической изоляцией, цилиндрическую полость 68, пружины 69, упор 70.Compression of the magnetic flux can be carried out using a movable armature. In this design, the VMKG (Fig. 5a, b) includes a detonation combustion chamber 1, elements of a coil magnetic generator: a capacitor bank 46, a switch 47, input terminals 48, output contacts 49, an external load 51, an external coil of a magnetocumulative coil generator 50, the second transforming inductive-pulse device 52, the conical cavity of the gas-dynamic resonator 53, the ring insulator 54, the movable armature 66, the guides 67 made of heat-resistant material and coated with dielectric insulation, cylindrical w cavity 68, spring 69, abutment 70.

Импульсный детонационный ракетный двигатель работает следующим образом. В режиме одиночных импульсов после прохождения детонационной волны и выброса продуктов сгорания через тяговое сопло 6 создается единичный импульс тяги. После выброса продуктов сгорания роторный переключатель 9 приводится в закрытое состояние, тяговое сопло запирается. В связи с тем, что после прохождения детонационной волны сжатия следует волна разряжения, в детонационной камере сгорания 1 создается разряжение и свежая порция топливной смеси из емкости 4 по трубопроводу 3 через обратный клапан 5 поступает в детонационную камеру сгорания 1, заполняя ее. Далее следует импульс включения лазера 12, луч лазера проходит через фокусирующую линзу 13, возникает лазерная искра 11, которая инициирует детонационное сжигание очередной порции топливной смеси в детонационной камере сгорания 1. При этом происходит резкое возгорание топлива, возникает ударная волна, которая взаимодействует с вогнутой поверхностью торцевой стенки 2, а затем отражается от нее, фокусируясь в точке А (фиг. 1). Вогнутая торцевая стенка детонационной камеры сгорания фокусирует отраженную от нее ударную волну, что повышает температуру и давление, обеспечивает интенсивное горение при одновременном воздействии на процесс сосредоточенных автоколебаний со стороны волн газодинамического резонатора. Это обеспечивает многоступенчатую детонацию, способствующую повышению КПД и тяговых характеристик ИДРД. Одновременно ударная волна поступает в коническую полость 53 газодинамического резонатора, где происходит сжатие газового потока и повышение его температуры (эффект Гартмана) и развивается автоколебательный процесс, при этом обратная отраженная волна многократно взаимодействует с отраженной волной от вогнутой торцевой стенки 2 в точке А. За счет этого происходит повышение как температуры, так и степени ионизации продуктов сгорания и резкое увеличение давления и скорости потока, что существенно повышает импульс тяги. Известно, что скорость сходящейся ударной волны возрастает быстрее, чем цилиндрической, а давление многоступенчатой детонации может в несколько раз превышать давление стационарной детонации. Конический канал газодинамического резонатора создает сосредоточенные автоколебания (эффект Гартмана), существенно повышает температуру ионизации продуктов сгорания топлива при движении и отражении детонационных волн с высокой частотой. Известно, что наиболее высокие давление и амплитуда колебаний были получены в конических резонаторах (см.: Расчетное исследование газодинамического течения в дисковом генераторе Гартмана. Автореферат диссертации. Соколов И.А., 2006).Pulse detonation rocket engine operates as follows. In the single pulse mode, after the detonation wave propagates and the combustion products are ejected through the traction nozzle 6, a single thrust impulse is created. After the emission of combustion products, the rotary switch 9 is brought into a closed state, the traction nozzle is locked. Due to the fact that after the detonation compression wave passes, a rarefaction wave follows, a rarefaction is created in the detonation combustion chamber 1 and a fresh portion of the fuel mixture from the tank 4 through pipeline 3 through the check valve 5 enters the detonation combustion chamber 1, filling it. This is followed by a laser turn-on pulse 12, the laser beam passes through a focusing lens 13, a laser spark 11 arises that initiates detonation burning of the next portion of the fuel mixture in the detonation combustion chamber 1. In this case, a sharp ignition of the fuel occurs, a shock wave arises that interacts with the concave surface end wall 2, and then reflected from it, focusing at point A (Fig. 1). The concave end wall of the detonation combustion chamber focuses the shock wave reflected from it, which increases the temperature and pressure, provides intense combustion while simultaneously affecting the process of concentrated self-oscillations from the side of the waves of the gas-dynamic resonator. This provides multistage detonation, which contributes to an increase in the efficiency and traction characteristics of the IDDR. At the same time, the shock wave enters the conical cavity 53 of the gas-dynamic cavity, where the gas stream is compressed and its temperature rises (Hartmann effect) and a self-oscillating process develops, while the backward reflected wave interacts repeatedly with the reflected wave from the concave end wall 2 at point A. Due to This increases both the temperature and the degree of ionization of the combustion products and a sharp increase in pressure and flow rate, which significantly increases the thrust momentum. It is known that the speed of a converging shock wave increases faster than that of a cylindrical one, and the pressure of multistage detonation can be several times higher than the pressure of stationary detonation. The conical channel of the gas-dynamic resonator creates concentrated self-oscillations (the Hartmann effect), significantly increases the temperature of the ionization of the fuel combustion products during the movement and reflection of detonation waves with a high frequency. It is known that the highest pressure and amplitude of oscillations were obtained in conical resonators (see: Computational study of the gas-dynamic flow in a Hartmann disk generator. Abstract of the dissertation. Sokolov IA, 2006).

С помощью командного датчика 15 открывается роторный переключатель 9. Возникающая детонационная волна 43 выбрасывает продукты сгорания через тяговое сопло, создавая второй единичный импульс. Под действием детонационного давления Р оказывается импульсное воздействие на газодинамический поршень 23, установленный в цилиндрической камере баллистической установки 24. Газодинамический поршень 23 двигается с высокой скоростью и передает движение на диэлектрический поршень 28 баллистического магнитокумулятивного генератора многоразового действия при помощи штока 27. До вылета диэлектрического поршня 28 в рабочий объем генератора 22 производится разряд от источника 41 начального возбуждения путем включения коммутатора к₁. Ток разрядки через токоподводящие элементы 38, 39 и токоведущие шины 32 и 33 поступает в нагрузку 40, электрически соединенную с первым индуктивно-импульсным трансформирующим устройством 71 (фиг. 2а). Момент разряда источника 41 выбирают таким образом, что диэлектрический поршень 28 через шины 29 замыкает токоведущие элементы 32 (1, 2, 3, 4) и 33 (1, 2, 3, 4) (фиг. 3в) во входном сечении генератора, при достижении током разряда максимального значения. При дальнейшем движении поршня 28 цепь тока замыкается через его четыре замыкающие токопроводящие шины 29, которыми армирован поршень 28 генератора. Замыкающие шины 29 оснащены специальными контактами 60 из металлокерамики с предварительным нажатием на них пружинами 61, обеспечивающими скользящие неразмыкаемые контакты (см. фиг. 36), при этом происходит сжатие магнитного потока в рабочем объеме генератора 22. В результате этого происходит усиление тока и магнитной энергии в нагрузке 40, электрически соединенной с первым индуктивно-импульсным трансформирующим устройством 71 (фиг. 2а), через которое импульс тока передается в токораспределительную систему 42 импульсного детонационного ракетного двигателя с усилением импульса тока до 1,8-2 раза, а через нее в систему электропитания лазера 12, управляемого при помощи командного датчика 14 синхронной подачи импульсов для зажигания топлива в детонационной камере сгорания 1, а также для электропитания электродвигателя 16, командного датчика 15 и других систем ИДРД.Using the command sensor 15, the rotary switch 9 opens. The resulting detonation wave 43 ejects the combustion products through the traction nozzle, creating a second single pulse. Under the influence of detonation pressure P, a pulsed effect is exerted on the gas-dynamic piston 23 installed in the cylindrical chamber of the ballistic installation 24. The gas-dynamic piston 23 moves at high speed and transmits the motion to the dielectric piston 28 of the reusable ballistic magnetocumulative generator using the rod 27. Before the dielectric piston 28 takes off in the working volume of the generator 22 is a discharge from the source 41 of the initial excitation by turning on the switch to ₁ . The discharge current through the current-carrying elements 38, 39 and current-carrying buses 32 and 33 enters the load 40, which is electrically connected to the first inductive-pulse transforming device 71 (Fig. 2a). The discharge moment of the source 41 is chosen so that the dielectric piston 28 closes the current-carrying elements 32 (1, 2, 3, 4) and 33 (1, 2, 3, 4) (Fig. 3c) in the input section of the generator through the bus 29 when the discharge current reaches its maximum value. With the further movement of the piston 28, the current circuit closes through its four closing conductive bus 29, which is reinforced with the piston 28 of the generator. The closing busbars 29 are equipped with special ceramic-metal contacts 60 with preliminary pressing on them by springs 61, which provide sliding, non-opening contacts (see Fig. 36), while the magnetic flux is compressed in the working volume of the generator 22. As a result, current and magnetic energy are amplified in the load 40, electrically connected to the first inductance-pulse transforming device 71 (Fig. 2A), through which a current pulse is transmitted to the current distribution system 42 of a pulse detonation rocket engine with amplification of the current pulse up to 1.8-2 times, and through it into the power supply system of the laser 12, controlled by the command sensor 14 of the synchronous pulse supply for igniting fuel in the detonation combustion chamber 1, as well as to power the electric motor 16, the command sensor 15 and other IDRD systems.

Важнейшим условием эффективной работы импульсного магнитокумулятивного генератора энергии является соблюдение неравенства

, где L - индуктивность деформируемого контура. Известно, что коэффициент усиления kE определяется выражением

, где L₀ - начальная индуктивность деформируемого контура, L_k - конечная индуктивность, ζ - коэффициент потерь магнитного потока

, где Ф_к и Ф₀ - конечный и начальный магнитные истоки соответственно (см.: Чернышов В.К., Давыдов В.А., Ванесов В.Е. Исследование процесса магнитной кумуляции в системе с перехватом магнитного потока // Сверхсильные магнитные поля: Физика. Техника. Применение. М.: Наука, 1984, с. 278). В связи с представленными зависимостями необходимо находить пути снижения магнитного потока при деформации токопроводящего контура. Одним из путей решения этой задачи является оптимизация параметров деформируемых контуров с трансформаторами связи.The most important condition for the effective operation of a pulsed magnetocumulative energy generator is compliance with the inequality

where L is the inductance of the deformable circuit. It is known that the gain kE is determined by the expression

where L ₀ is the initial inductance of the deformable circuit, L _k is the final inductance, ζ is the magnetic flux loss coefficient

, where Ф _к and Ф ₀ are the final and initial magnetic sources, respectively (see: Chernyshov V.K., Davydov V.A., Vanesov V.E. Investigation of the process of magnetic cumulation in a system with interception of magnetic flux // Superstrong magnetic fields : Physics, Engineering, Application, Moscow: Nauka, 1984, p. 278). In connection with the presented dependences, it is necessary to find ways to reduce the magnetic flux during deformation of the conductive circuit. One way to solve this problem is to optimize the parameters of deformable circuits with communication transformers.

Первое индуктивно-импульсное трансформирующее устройство 71 работает следующим образом. Постоянный ток, получаемый из нагрузки 40 магнитокумулятивного генератора тока (фиг. 2а), при замыкании коммутатора кг в нулевой момент времени создает в первичной обмотке дополнительного трансформатора 57 ток J₁, при этом в последовательно включенной первичной обмотке повышающего трансформатора 58 тоже создается ток J₂. В момент времени t₃ коммутатор к₂ размыкается, обмотки дополнительного трансформатора 57 и первичная обмотка повышающего трансформатора 58 будут включены последовательно и по ним будет протекать общий ток J₃. В соответствии с обобщенным законом коммутации суммарное потокосмещение обмоток в момент времени t₂ не может измениться скачком (см.: Чернихов Ю.В. / Индукционная катушка Румкорфа // Электропанорама, №6, 2008, Киев, с. 95-98). В связи с тем, что добротность первичной обмотки дополнительного трансформатора 57 в 2,5-15 раз выше, чем добротность последовательно включенных первичной обмотки повышающего трансформатора 58 и вторичной обмотки дополнительного трансформатора 57, в первичной обмотке дополнительного трансформатора формируется импульс тока J₄ (см.: Чернихов Ю.В. / Индукционная катушка Румкорфа // Электропанорама, №6, 2008, Киев, с. 95-98), причем ток не изменяет своего направления. При этом значение тока J₄>J₁ вследствие накопления энергии в магнитном поле при согласном включении первичной и вторичной обмоток дополнительного трансформатора 57. В последовательно включенной первичной обмотке повышающего трансформатора 58 и вторичной обмотке дополнительного трансформатора 57 ток меняет свое направление на противоположное, при этом формируется импульс тока J₅, который примерно равен сумме токов J₂+J₃. Под действием импульса тока J₅ во вторичной обмотке повышающего трансформатора 58 возникает импульс тока J₆, поступающий в токораспределительную систему 42. Таким индуктивно-импульсным трансформирующим устройством можно обеспечить увеличение передачи импульса тока в нагрузку примерно в 2 и более раз.The first inductive-pulse transforming device 71 operates as follows. The direct current obtained from the load 40 of the magnetocumulative current generator (Fig. 2a), when the switch kg is closed at zero time, creates a current J ₁ in the primary winding of the additional transformer 57, while a current J ₂ is also generated in the series-connected primary winding of the step-up transformer 58 . At time t _{3, the} switch to ₂ opens, the windings of the additional transformer 57 and the primary winding of the step-up transformer 58 will be connected in series and the common current J ₃ will flow through them. In accordance with the generalized switching law, the total flux displacement of the windings at time t ₂ cannot change abruptly (see: Chernikhov Yu.V. / Rumkorf induction coil // Elektropanorama, No. 6, 2008, Kiev, pp. 95-98). Due to the fact that the quality factor of the primary winding of the additional transformer 57 is 2.5-15 times higher than the quality factor of the series-connected primary winding of the step-up transformer 58 and the secondary winding of the additional transformer 57, a current pulse J ₄ is generated in the primary winding of the additional transformer (see : Chernikhov Yu.V. / Rumkorf induction coil // Elektropanorama, No. 6, 2008, Kiev, pp. 95-98), and the current does not change its direction. In this case, the current value J ₄ > J ₁ due to the accumulation of energy in the magnetic field when the primary and secondary windings of the additional transformer 57 are consented to be switched on. In the series-connected primary winding of the step-up transformer 58 and the secondary winding of the additional transformer 57, the current changes its direction to the opposite, while current pulse J ₅ , which is approximately equal to the sum of currents J ₂ + J ₃ . Under the influence of the current pulse J ₅ in the secondary winding of the step-up transformer 58, a current pulse J ₆ arrives at the current distribution system 42. Such an inductive-pulse transforming device can provide an increase in the transmission of the current pulse to the load by about 2 or more times.

При прямом движении газодинамического поршня 23 в цилиндрической камере баллистической установки 24 его уплотнение осуществляется за счет разрезных колец 25, установленных в поперечных канавках газового поршня, при этом полость, где установлена возвратная пружина 31, и полость генератора соединены каналами с перепускными клапанами 37 для выравнивания избыточного давления и предотвращения образования отсоединенной ударной волны при возвратно-поступательном перемещении поршня. Возврат газодинамического поршня 23 и диэлектрического поршня импульсного генератора 28 в исходное положение осуществляется за счет усилия возвратной пружины 31, которая сначала сжимается, упираясь в упорную стенку 30, при прямом движении газового поршня, а затем распрямляется за счет силы упругости при разряжении в детонационной камере сгорания 1. Уплотнение детонационной камеры сгорания 1 газовым поршнем 23 производится за счет торцевой кольцевой канавки 26, выполненной на торцевой поверхности, и кольцевого выступа, выполненного на внешней стороне задней стенки 2 детонационной камеры сгорания 1, которые при смыкании образуют лабиринтное уплотнение. В связи с тем, что возгорание топлива в детонационной камере сгорания производится лазером 12 при давлении от 10 атм, усилия пружины вполне достаточно для создания надежного уплотнения детонационной камеры 1. Детонационное давление при горении топлива может достигать 70-150 атм, что позволяет обеспечить большую скорость перемещения диэлектрического поршня баллистического манитокумулятивного генератора импульсов (БМКГ) многоразового действия (V≥5 км/с). После подачи импульса тока от источника начального возбуждения 41 на токопроводящие элементы 38 и токоведущие шины 32 и 33 коммутатор к₁ размыкается и источник начального возбуждения снова заряжается для следующего цикла работы импульсного генератора тока.With the direct movement of the gas-dynamic piston 23 in the cylindrical chamber of the ballistic installation 24, its sealing is carried out by split rings 25 installed in the transverse grooves of the gas piston, while the cavity where the return spring 31 is installed and the cavity of the generator are connected by channels with bypass valves 37 to equalize the excess pressure and prevent the formation of a detached shock wave during reciprocating movement of the piston. The gas-dynamic piston 23 and the dielectric piston of the pulse generator 28 are returned to their initial position due to the force of the return spring 31, which first compresses against the thrust wall 30 with the direct movement of the gas piston and then straightens due to the elastic force during discharge in the detonation combustion chamber 1. The sealing of the detonation combustion chamber 1 by a gas piston 23 is performed due to the end annular groove 26 made on the end surface and the annular protrusion made externally the rear wall 2 of the combustion detonation chamber 1 which at the closing form a labyrinth seal. Due to the fact that the fuel is ignited in the detonation combustion chamber by a laser 12 at a pressure of 10 atm or more, the spring force is quite sufficient to create a reliable seal of the detonation chamber 1. The detonation pressure during fuel combustion can reach 70-150 atm, which allows a high speed moving the dielectric piston of a ballistic mannitocumulative pulse generator (BMKG) of reusable action (V≥5 km / s). After applying a current pulse from the source of the initial excitation 41 to the conductive elements 38 and the current-carrying buses 32 and 33, the switch to ₁ opens and the source of the initial excitation is charged again for the next cycle of the pulsed current generator.

Импульсный детонационный ракетный двигатель может работать в нескольких режимах: на низких импульсных частотах (f=l-10 Гц), на импульсно-периодических частотах, а также импульсно-пульсирующих частотах (f>10 Гц). На низких частотах используются оба генератора БМКГ и ВМКГ, работающие параллельно. На импульсно-пульсирующих частотах целесообразно использовать только ВМКГ. Оба генератора включены в единую энергетическую систему ИДРД, и их работа способствует повышению энергетической эффективности работы многорежимного детонационного ракетного двигателя.A pulsed detonation rocket engine can operate in several modes: at low pulse frequencies (f = l-10 Hz), at pulse-periodic frequencies, and also at pulsating-pulsating frequencies (f> 10 Hz). At low frequencies, both BMKG and VMKG generators operating in parallel are used. At pulse-pulsating frequencies, it is advisable to use only VMKG. Both generators are included in a single energy system IDRD, and their work helps to increase the energy efficiency of the multi-mode detonation rocket engine.

При работе ИДРД в импульсном режиме на низких частотах (1-10 Гц) или в импульсно-периодическом режиме целесообразно применять баллистический магнитокумулятивный генератор импульсов многоразового действия (БМКГ). Витковый магнитокумулятивный генератор импульсов может работать с подвижным якорем либо с плазменным поршнем. Однако плазменный поршень может быть образован при высокой степени ионизации продуктов сгорания топлива или при добавлении в топливо ионизированных компонентов. При низкой ионизации продуктов сгорания топлива для работы ВМКГ целесообразно использовать подвижный якорь, работающий в осциллирующем режиме. Следует отметить, что ВМКГ может работать как на низких, так и высоких частотах детонационных волн. Процесс работы ИДРД осуществляют при помощи программируемого логического контроллера ПЛК-150 (на чертеже не показан).When the IDDR operates in a pulsed mode at low frequencies (1-10 Hz) or in a pulsed-periodic mode, it is advisable to use a ballistic magnetocumulative pulse generator of reusable action (BMKG). A magneto-cumulative revolution pulse generator can operate with a movable armature or with a plasma piston. However, a plasma piston can be formed with a high degree of ionization of the fuel combustion products or when ionized components are added to the fuel. With low ionization of the fuel combustion products, it is advisable to use a movable armature operating in an oscillating mode for the operation of the VMKG. It should be noted that the VMKG can operate both at low and high frequencies of detonation waves. The operation of the IDDR is carried out using a programmable logic controller PLC-150 (not shown in the drawing).

Процесс работы ИДРД может периодически возобновляться в автоматическом режиме с периодом, равным времени между положениями роторного переключателя 9 «открыто» - «закрыто», приводимого в действие при помощи электродвигателя 16 и ременной передачи 10. Импульсный детонационный ракетный двигатель может работать в многочастотном режиме, когда частота следования одиночных импульсов может быть довольно большой и определяться в основном скоростью заполнения камеры сгорания, частотой работы импульсного источника тока, а также импульсного лазера f>100 Гц. В этом случае роторное устройство 9 устанавливается в положение «открыто», работа лазера приводится в режим непрерывной импульсной модуляции. При этом многочастотный детонационный процесс осуществляется за счет работы виткового магнитокумулятивного генератора, а работа баллистического магнитокумулятивного генератора многоразового действия 22 блокируется.The operation of the IDRD can be periodically resumed in automatic mode with a period equal to the time between the positions of the rotary switch 9 "open" - "closed", driven by an electric motor 16 and a belt drive 10. A pulsed detonation rocket engine can operate in multi-frequency mode, when the repetition rate of single pulses can be quite large and is determined mainly by the filling rate of the combustion chamber, the frequency of operation of the pulsed current source, as well as the pulsed laser pa f> 100 Hz. In this case, the rotor device 9 is set to the “open” position, the laser operation is brought into continuous pulse modulation mode. At the same time, the multi-frequency detonation process is carried out due to the operation of the coil magnetocumulative generator, and the operation of the ballistic magnetocumulative generator of reusable action 22 is blocked.

Работает ВМКГ следующим образом (см. фиг. 4): начальный магнитный поток создается при помощи конденсаторной батареи 46 при замыкании коммутатора 47. За счет детонационного взрыва и движения плазмы в конической полости 53 (фиг. 1), образованной внутренней цилиндрической стенкой детонационной камеры сгорания 1 и конической оболочкой 63 газодинамического резонатора, где дополнительно разогревается горючая смесь (см. эффект Гартмана), создается плазменный поршень 65. Образованный плазменный конический поршень 65 замыкает входные клеммы 48 в момент, когда начальный ток в контуре виткового генератора достигает максимума. При последовательном движении и сжатии плазменного конического поршня захваченный магнитный поток сжимается всей поверхностью внешнего витка 50 по отношению к электромагнитному полю ВМКГ и вытесняется в нагрузку 51, а из нагрузки передается в токораспределительную систему 42 ИДРД через первое трансформирующее индуктивно-импульсное устройство 71 (фиг. 2а). Витковые магнитокумулятивные генераторы позволяют получить электрические импульсы с параметрами: по току от 15 до 46 МА, напряжению до 140 кВ, мощности до 4⋅10¹² Вт, энергии от 2 до 30 МДж. Время генерации энергии 30 мкс. Параметры ВМКГ надежно прогнозируются и могут варьироваться в широких пределах в диапазоне нагрузок с индуктивностью от единицы до 100 нГн как путем изменения геометрии единичного генератора, так и при образовании многоэлементных систем (см.: А.И. Павловский, Р.З. Людаев, В.А. Васюков и др. Магнитокумулятивные витковые генераторы быстронарастающих импульсов тока // Сверхсильные магнитные поля: Физика. Техника. Применение / М.: Наука, 1984, С. 292-297). Коэффициент усиления тока ВМКГ составляет 7-10 раз, поверхностная плотность тока составляет 0,8-1 МА/см по ширине витка. Могут создаваться многоэлементные ВМКГ с последовательным соединением до 10 витков, что позволит увеличить мощность и напряжение электрического импульса для питания энергетических систем ИДРД.The VMKG operates as follows (see Fig. 4): the initial magnetic flux is created using a capacitor bank 46 when the switch 47 is closed. Due to the detonation explosion and plasma motion in the conical cavity 53 (Fig. 1), formed by the inner cylindrical wall of the detonation combustion chamber 1 and the conical shell 63 of the gas-dynamic resonator, where the combustible mixture is additionally heated (see the Hartmann effect), a plasma piston 65 is created. The formed plasma conical piston 65 closes the input terminals 48 at the moment when the initial current in the loop circuit reaches its maximum. During the successive movement and compression of the plasma conical piston, the captured magnetic flux is compressed by the entire surface of the external coil 50 with respect to the electromagnetic field of the VMKG and is forced into the load 51, and then transferred from the load to the IDRE current distribution system 42 through the first transforming inductive-pulse device 71 (Fig. 2a ) Magnet-cumulative coil generators make it possible to obtain electrical pulses with parameters: current from 15 to 46 MA, voltage up to 140 kV, power up to 4⋅10 ¹² W, energy from 2 to 30 MJ. Energy generation time 30 μs. VMKG parameters are reliably predicted and can vary over a wide range in the load range with inductance from unity to 100 nH both by changing the geometry of a single generator and by the formation of multi-element systems (see: A.I. Pavlovsky, R.Z. Ludaev, V .A. Vasyukov et al. Magnetocumulative coil generators of rapidly increasing current pulses // Superstrong magnetic fields: Physics. Technics. Application / M .: Nauka, 1984, pp. 292-297). The current gain of the VMKG is 7-10 times, the surface current density is 0.8-1 MA / cm across the width of the coil. Multiple-element VMKGs with series connection up to 10 turns can be created, which will increase the power and voltage of the electric pulse for powering the IDRD energy systems.

Для замыкания входных клемм 48 и сжатия магнитного потока может быть использован также подвижный якорь (фиг. 5а, б), выполненный в виде конического цилиндра из токопроводящего композиционного углеродного или жаростойкого материала, приводимый в действие детонационными волнами. При воздействии детонационной волны силой Р на подвижный якорь 66 (фиг. 5а) он по направляющим 67 входит в зону внешнего витка ВМКГ 50, сжимает создаваемое им магнитное поле и замыкает входные клеммы 48 в момент, когда начальный ток в контуре витка 50 ВМКГ достигает максимума. При последующем движении конической оболочки подвижного якоря магнитный поток сжимается всей его конической поверхностью и вытесняется в нагрузку 51, из которой импульс тока через второе трансформирующее индуктивно-импульсное устройство 52 передается в токораспределительную систему ИДРД. При этом ход подвижного якоря 66 ограничивается упорами 70, выполненными из диэлектрического материала. Возврат подвижного якоря в исходное положение осуществляется за счет усилия возвратных пружин 69, изготовленных из жаропрочного материала и установленных в цилиндрах 68.To close the input terminals 48 and compress the magnetic flux, a movable armature can also be used (Fig. 5a, b), made in the form of a conical cylinder of a conductive composite carbon or heat-resistant material, driven by detonation waves. When a detonation wave with a force P acts on a movable armature 66 (Fig. 5a), it guides 67 into the zone of the external coil of the VMKG 50, compresses the magnetic field created by it, and closes the input terminals 48 at the time when the initial current in the loop of the VMKG 50 reaches its maximum . During the subsequent movement of the conical shell of the movable armature, the magnetic flux is compressed by its entire conical surface and forced into the load 51, from which the current pulse is transmitted through the second transforming inductive-pulse device 52 to the IDDR current distribution system. The stroke of the movable armature 66 is limited by stops 70 made of dielectric material. The return of the movable anchor to its original position is due to the efforts of the return springs 69, made of heat-resistant material and installed in the cylinders 68.

Параметры ВМКГ могут прогнозироваться и варьироваться в широких диапазонах путем изменения геометрии единичного генератора, например путем образования многоэлементных систем с последовательным соединением до 10 витков, что позволит увеличить длительность и мощность быстронарастающих электрических импульсов тока и напряжения. Может также использоваться несколько детонационных камер ИДРД в связке со своими импульсными генераторами тока, работа которых согласована для снижения вибрации.VMKG parameters can be predicted and vary over wide ranges by changing the geometry of a single generator, for example, by forming multi-element systems with series connection up to 10 turns, which will increase the duration and power of rapidly growing electrical current and voltage pulses. Several IDRD detonation chambers can also be used in conjunction with their pulsed current generators, the operation of which is coordinated to reduce vibration.

При работе ИДРД и лазера на низких частотах (1-10 Гц) для его электропитания применятся баллистический магнитокумулятивный генератор, обладающий большей индуктивностью и большим коэффициентом усиления тока 10-50, длительностью импульса 5-10 мкс. Токовые нагрузки баллистического магнитокумулятивного генератора импульсов и виткового магнитокумулятивного генератора быстронарастающих импульсов тока соответственно 40 и 51 соединены электрически при помощи первого и второго трансформирующих индуктивно-импульсных устройств соответственно 71 и 52 с токораспределительной системой импульсно-пульсирующего детонационного ракетного двигателя и с системой электропитания лазера 12, управляемого при помощи командного датчика синхронной подачи импульсов для поджига топлива или по программе контроллера.When the IDRE and the laser are operating at low frequencies (1-10 Hz), a ballistic magnetocumulative generator with a higher inductance and a large current gain of 10-50, and a pulse duration of 5-10 μs is used to power it. Current loads of a ballistic magnetocumulative pulse generator and a coil magnetocumulative generator of rapidly growing current pulses 40 and 51, respectively, are electrically connected using the first and second transforming inductive-pulse devices 71 and 52, respectively, with a current distribution system of a pulsating-pulsating detonation rocket engine and with a laser power supply system 12 controlled by 12 using the command sensor for synchronous pulse supply for ignition of fuel or programmed me controller.

В качестве мощного источника тока для электропитания лазера, входящего непосредственно в конструкцию ИДРД, может быть использован модернизированный баллистический магнитокумулятивный генератор импульсов (БМГИ) (см. патент РФ №2087067, опубл. 10.08.1997), позволяющий создать единую энергетическую систему совместно с ВМКГ в составе ИДРД. Работа обоих генераторов БМГИ и ВМКГ основана на сжатии магнитного потока, что позволяет их использовать в качестве мощных источников тока и магнитного поля, в виде импульсов многоразового действия, осуществляемых за счет части энергии детонации в камере ИДРД.As a powerful current source for powering the laser, which is directly included in the IDRD design, an upgraded ballistic magnetocumulative pulse generator (BMGI) can be used (see RF patent No. 2087067, published on 08/10/1997), which allows creating a unified energy system together with VMKG in the composition of the IDDR. The operation of both BMGI and VMKG generators is based on compression of the magnetic flux, which allows them to be used as powerful sources of current and magnetic field, in the form of reusable pulses carried out due to part of the detonation energy in the IDDR chamber.

В генераторе БМГИ реализовано выполнение дульной части ствола баллистической установки из непроводящего материала и выполнение токоведущих элементов токоведущей системы в виде металлических шин, протяженных вдоль оси ствола баллистической установки. Металлические шины расположены в пазах на внутренней поверхности дульной части ствола баллистической установки. Это позволяет разместить токоподводящие элементы генератора предотвращая их разрушение во время работы. Выполнение первого и второго элементов токоведущей системы, содержащей N металлических шин, где N≥2, соединенных между собой с помощью 2N-2 токоведущих перемычек, обеспечивает последовательное электрическое соединение указанных шин. При выполнении поршня из непроводящего материала, армированного отрезками металлических замыкающих шин, расположенных в разных плоскостях, существенно увеличивается индуктивность токоведущей системы, что, в свою очередь, обеспечивает высокий коэффициент усиления. Корпус ствола баллистической установки должен быть выполнен из нетокопроводящего материала и установлен в металлическом корпусе, соединенном надежно с ИДРД, что позволит повысить прочность конструкции при вибрации ИДРД.The BMGI generator implements the implementation of the muzzle of the barrel of the ballistic installation from non-conductive material and the implementation of the current-carrying elements of the current-carrying system in the form of metal tires extended along the axis of the barrel of the ballistic installation. Metal tires are located in grooves on the inner surface of the muzzle of the barrel of a ballistic installation. This allows you to place the current-carrying elements of the generator preventing their destruction during operation. The implementation of the first and second elements of the current-carrying system containing N metal buses, where N≥2, interconnected using 2N-2 current-carrying jumpers, provides a series electrical connection of these buses. When the piston is made of a non-conductive material, reinforced with segments of metal closing tires located in different planes, the inductance of the current-carrying system is significantly increased, which, in turn, provides a high gain. The barrel housing of the ballistic installation must be made of non-conductive material and installed in a metal housing connected securely to the IDDR, which will increase the structural strength during vibration of the IDDR.

Для обеспечения надежности работы при ударных многократных нагрузках и вибрации путем недопущения разворачивания поршня генератора требуется создать надежный электрический контакт замыкающих металлических шин поршня генератора и токоведущих шин. Для этого токоведущие шины выполняют желобообразными, а контакты замыкающих шин диэлектрического поршня генератора выполняют из металлокерамики с предварительным нажатием на них специальными пружинами, обеспечивающими скользящие неразмыкаемые контакты с токопроводящими шинами.To ensure reliable operation under shock multiple loads and vibration by preventing the piston from developing, it is necessary to create a reliable electrical contact of the closing metal tires of the piston of the generator and current-carrying tires. To do this, the current-carrying tires are gutter-shaped, and the contacts of the closing tires of the dielectric piston of the generator are made of cermet with preliminary pressing them with special springs, providing sliding, non-breaking contacts with conductive tires.

Генераторы ВМКГ и БМГИ обеспечены надежной электрической системой, позволяющей передавать импульсы тока, амплитудой более 1 МА и магнитной энергией, например с длительностью 5÷10 мс, коэффициентом усиления 10-50 при индуктивности системы 50-1000 мкГн от нагрузки в систему электропитания лазера с минимальными потерями. Увеличение величины и мощности импульса тока, передаваемых в систему электропитания лазера может быть обеспечено при помощи трансформирующего устройства, выполненного, например, по электрической схеме перспективного индуктивно-импульсного генератора (см. патент на полезную модель RU 156007, опубл. 27.10.2015).The VMKG and BMGI generators are provided with a reliable electrical system that allows the transmission of current pulses with an amplitude of more than 1 MA and magnetic energy, for example, with a duration of 5 ÷ 10 ms, a gain of 10-50 with a system inductance of 50-1000 μH from the load to the laser power supply system with minimal losses. The increase in the magnitude and power of the current pulse transmitted to the laser power supply system can be achieved using a transforming device made, for example, according to the electrical circuit of a promising inductive-pulse generator (see patent for utility model RU 156007, published on 10.27.2015).

Также может быть использован взрывной способ трансформации магнитного потока (см. патент RU 2483420, опубл. 27.05.2013) для значительного увеличения коэффициента передачи энергии из первичного контура в нагрузку вторичного контура при одновременном уменьшении габаритов устройства и повышения его экономичности.An explosive method of magnetic flux transformation can also be used (see patent RU 2483420, published May 27, 2013) to significantly increase the coefficient of energy transfer from the primary circuit to the load of the secondary circuit while reducing the dimensions of the device and increasing its efficiency.

Изобретение позволяет создать ИДРД с мощными импульсными энергетическими источниками для электропитания лазера и других систем ИДРД, повышает энергетическую эффективность и тяговые параметры за счет многоступенчатой детонации в камере сгорания, а также эксплуатационные характеристики импульсного детонационного ракетного двигателя, например, за счет снижения весовых характеристик и стабильности работы лазерной системы. Изобретение импульсных детонационных ракетных двигателей, оснащенных генераторами импульсного тока и газодинамической системой, обеспечивающей многоступенчатую детонацию, может применяться для разработки многорежимных перспективных реактивных двигателей летательных и космических аппаратов с импульсным источником электроэнергии для питания лазеров путем использования частично энергии детонационной волны.EFFECT: invention enables the development of IDDR with powerful pulsed energy sources for powering the laser and other IDRD systems, increases energy efficiency and traction parameters due to multi-stage detonation in the combustion chamber, as well as operational characteristics of a pulsed detonation rocket engine, for example, by reducing weight characteristics and stability laser system. The invention of pulsed detonation rocket engines equipped with pulsed current generators and a gasdynamic system that provides multi-stage detonation can be used to develop multimode promising jet engines of aircraft and spacecraft with a pulsed electric power source for supplying lasers by using partially detonation wave energy.

Claims

1. Pulse detonation rocket engine containing a detonation combustion chamber, the input of which through the end wall serves for portioned input of detonation fuel, a device for locking the output of the combustion chamber in the form of a rotary valve with a drive, a Laval traction nozzle, a laser pulse ignition system of fuel, current distribution system, device control the synchronous supply of pulsed ignition, one output of which is electrically connected to the laser system, and the other to the rotary valve actuator, distinguishing the fact that it additionally contains a gas-dynamic resonator, a magnetocumulative generator of reusable current pulses with a ballistic device, and also a coil magnetocumulative generator of current pulses, and the gas-dynamic resonator in the form of a conical annular recess is formed between the inner surface of the combustion chamber and the outer part of the conical shell made of carbon nanomodified material mounted coaxially at the exit of the combustion chamber from the critical section t a nozzle nozzle, and a magneto-cumulative current pulse generator is installed in the cavity of the gas-dynamic resonator, the external turn of which and the input terminals are electrically isolated from the detonation chamber and the gas-dynamic resonator, while the input of the combustion chamber is hermetically connected to a ballistic device and a magnetocumulative pulse generator, consisting of a housing made in the form of a muzzle of the barrel of a ballistic device made of non-conductive material, and a current-carrying system, including the first and second current-carrying elements, the conductive busbars of which are made in the form of metal grooved guides extended along the axis of the barrel, an initial excitation source, a contact element made in the form of a piston with the possibility of axial movement in the working volume of the magnetocumulative generator, and a load connected to the current-carrying elements, moreover, the piston is made of a set of electrically isolated metal closing tires with spring-loaded contacts made of cermet mounted in them materials providing sliding, non-opening contacts with trough-shaped conductive buses, the piston of the magnetocumulative generator is rigidly connected by means of a rod to the gas-dynamic piston isolated from it, located in the cavity of the ballistic device, and the current loads of the magnetocumulative pulse generator and magnetocumulative coil generator are electrically connected using the first and a second transforming inductive-pulse device with a current distribution system stema.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the end wall of the detonation combustion chamber is concave and has an axial hole with an annular collar.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the piston of the ballistic device is made with an annular groove at its end, and transverse grooves are made on its lateral cylindrical surface for installing split rings.

4. The engine according to claim 1, characterized in that the working volumes of the magnetocumulative generator and ballistic device are equipped with bypass valves to relieve and equalize the overpressure.

5. The engine according to claim 1, characterized in that a return spring is installed in the cavity of the ballistic device between the gas-dynamic piston and the thrust wall.

6. The engine according to claim 1, characterized in that the outer turn of the magnetically cumulative coil current generator is made in the form of a hollow ring of refractory metal filled with nanomodified carbon material, and is mounted on the outer wall of the detonation chamber using an annular type insulator.

7. The engine according to claim 1, characterized in that the input terminals of the coil magnetocumulative current generator are made of nanomodified carbon material.

8. The engine according to claim 1, characterized in that the sources of the initial excitation of the magnetic flux of the ballistic magnetocumulative pulse generator and the coil magnetocumulative generator are made in the form of a capacitor bank and a switching device.

9. The engine according to claim 1, characterized in that the current load of the coil magnetocumulative generator is located outside the detonation combustion chamber.

10. The engine according to claim 1, characterized in that the coil magnetocumulative generator is equipped with an anchor made in the form of a conical cylinder of a conductive composite carbon or heat-resistant material and having oscillating reciprocating movement along the guides that are connected to return springs mounted in cylindrical cavities located in the walls of the traction nozzle.