RU2675732C2 - Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation - Google Patents

Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2675732C2
RU2675732C2 RU2017136934A RU2017136934A RU2675732C2 RU 2675732 C2 RU2675732 C2 RU 2675732C2 RU 2017136934 A RU2017136934 A RU 2017136934A RU 2017136934 A RU2017136934 A RU 2017136934A RU 2675732 C2 RU2675732 C2 RU 2675732C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion
fuel
detonation
combustion chamber
products
Prior art date
Application number
RU2017136934A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017136934A (en
RU2017136934A3 (en
Inventor
Иван Васильевич Трифанов
Original Assignee
Иван Васильевич Трифанов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иван Васильевич Трифанов filed Critical Иван Васильевич Трифанов
Priority to RU2017136934A priority Critical patent/RU2675732C2/en
Publication of RU2017136934A publication Critical patent/RU2017136934A/en
Publication of RU2017136934A3 publication Critical patent/RU2017136934A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2675732C2 publication Critical patent/RU2675732C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B51/00—Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines
    • F02B51/04—Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines involving electricity or magnetism
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/04—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by electric means, ionisation, polarisation or magnetism
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: disclosed is the hydrocarbon fuels combustion method, which can be used in the production of electricity, the automobile and aerospace vehicles engines working process organization, and in other power plants. Method consists in the fact that the hydrocarbons (hydrogen fuel or gas) incomplete oxidation metastable products molecules stimulated destruction is first carried out by electron impact in the preliminary combustion chamber due to the microwave irradiation in the electron-cyclotron resonance mode (ECR), in the transverse magnetic field during the fuel with a high rate of the molecules dissociation combustion, with the electrons from atoms separation, the radical ions and active molecules formation, which with the flow acceleration are then directed to the detonation combustion chamber. In the detonation combustion chamber, the fuel combustion products are exposed to the active particles avalanche-like flow with the fuel combustion volumetric detonation process chain branched reactions intensification, which stability can be maintained by the resonant microwave radiation or by the resonant laser radiation, as well as imposition of the reflected shock waves from the combustion chamber focusing elements and the influence of the resonant electric field with the detonation wave. Also disclosed is the hydrocarbon fuel combustion method implementation device.EFFECT: increase in the fuel combustion energy efficiency and completeness, when using the combustion process in the electric propulsion engine, increase in specific thrust in 1,3–1½ times and specific impulse.10 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, в частности сжиганию углеводородного топлива, может быть использовано при производстве электроэнергии, при организации рабочего процесса автомобильных двигателей, реактивных, турбореактивных, турбовентиляторных авиационных и ракетных двигателей, газотурбинных и других энергетических установок.The invention relates to energy, in particular the burning of hydrocarbon fuel, can be used in the production of electricity, in the organization of the working process of automobile engines, jet, turbojet, turbofan aircraft and rocket engines, gas turbine and other power plants.

Известен способ поджига топливной смеси искрой или лучом лазера.A known method of igniting a fuel mixture with a spark or laser beam.

Известен также способ сжигания углеводородного топлива квазиоптическим СВЧ-излучением стримерным разрядом, при котором получено увеличение скорости горения примерно в 4 раза по сравнению с обычным искровым зажиганием и существенное увеличение полноты сгорания. Предполагается, что зажигание имеет нетепловой характер. СВЧ-разряд возбуждает атомы кислорода, в результате чего генерируется мощное ультрафиолетовое излучение, которое вызывает образование холодной неравновесной плазмы с лавинообразным нарастанием числа свободных электронов. Стримерный разряд распространяется со скоростью 5 км/сек, поэтому инициированные зажигания происходят сразу по всему объему. Температура топливной смеси вместе инициирования зажигания не превышает 400 К (см. П.В. Булат, М.П. Булат, И.И. Исаков и др. Экологический чистый способ сжигания газообразного топлива с применением квазиоптического СВЧ-пучка. // Научно-технический вестник информационных технологий механики и оптики, 2016, Т 16, N3 с. 513-523). Использовался СВЧ-генератор, генерирующий электромагнитные колебания с частотой f=3*109 Гц, длинною волны λ=8,9 см, при длительности СВЧ-импульса 40 мкс. Электромагнитные колебания распространялись по элементам, формирующим линейно поляризующей квазиоптический СВЧ-пучок поперечным диаметром 60 см. Излучения поступало на фокусирующее зеркало. В области фокуса поперечный размер СВЧ-пучка примерно равен 10 см и имел характерную протяженность 15 см. В элементы, формирующие СВЧ-излучение, включен аттенюатор, который позволял менять мощность СВЧ-пучка в диапазоне 102-106 Вт.There is also known a method of burning hydrocarbon fuel with quasi-optical microwave radiation by streamer discharge, in which an increase in the burning rate of about 4 times as compared to conventional spark ignition and a significant increase in the completeness of combustion are obtained. It is assumed that the ignition is non-thermal in nature. A microwave discharge excites oxygen atoms, as a result of which powerful ultraviolet radiation is generated, which causes the formation of a cold nonequilibrium plasma with an avalanche-like increase in the number of free electrons. The streamer discharge propagates at a speed of 5 km / s; therefore, initiated ignitions occur immediately throughout the entire volume. The temperature of the fuel mixture together with ignition initiation does not exceed 400 K (see P.V. Bulat, M.P. Bulat, I.I. Isakov and others. Ecological clean method of burning gaseous fuel using a quasi-optical microwave beam. // Scientific Technical Bulletin of Information Technologies in Mechanics and Optics, 2016, T 16, N3 p. 513-523). We used a microwave generator generating electromagnetic waves with a frequency f = 3 * 10 9 Hz, a wavelength of λ = 8.9 cm, and a microwave pulse duration of 40 μs. Electromagnetic vibrations propagated through elements forming a linearly polarizing quasi-optical microwave beam with a transverse diameter of 60 cm. The radiation was transmitted to a focusing mirror. In the focus region, the transverse size of the microwave beam is approximately 10 cm and has a characteristic length of 15 cm. An attenuator is included in the elements forming the microwave radiation, which allows changing the power of the microwave beam in the range of 102-106 W.

В фокусе установки помещался инициатор разряда (инициатор пробоя воздуха),представляющий собой полуволновой электромагнитный вибратор, позволяющий реализовать стримерный разряд для поджига смеси воздух-пропан, при стехиометрическом соотношении воздуха и топлива 15,6:1.The focus of the installation was placed on the discharge initiator (air breakdown initiator), which is a half-wave electromagnetic vibrator that allows for streamer discharge to ignite the air-propane mixture, with a stoichiometric ratio of air and fuel of 15.6: 1.

Предлагаемые способы поджига топлива сложно применить для воспламенителя сверхзвукового детонационного сжигания топлива при высоком давлении и скорости потока горючей смеси, например, детонационного электрического ракетного двигателя (ДЭРД), т.к. частота следования детонационных волн и их мощность могут регулироваться в очень узком диапазоне из-за установленной мощности СВЧ-генератора, работающего с определенной длиной волн λ=8,7 см, который генерируется импульсами устройства поджига, установленного в критическом сечении сопла, что тоже снижает надежность энергетической системы. Известен также способ сжигания топлива в сверхзвуковых воздушно-реактивных двигателях (см. Булат П.В., Есаков И.И., Волобуев И.А., Грачев Л.П. О возможности ускоренного горения в камерах сгорания перспективных реактивных двигателях при помощи глубокого подкритического СВЧ-разряда // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики 2016, Т. 16 №2 с. 382-385). Воспламенитель выполнен в виде сетки из диэлектрического материала и установлен в критическом сечении камеры сгорания, что снижает надежность энергетической системы, а также не обеспечивает достаточно высокий энерговклад в процесс горения.The proposed methods of fuel ignition are difficult to apply for an igniter of supersonic detonation fuel combustion at high pressure and flow rate of a combustible mixture, for example, a detonation electric rocket engine (DERD), because the frequency of detonation waves and their power can be controlled in a very narrow range due to the installed power of the microwave generator operating with a specific wavelength λ = 8.7 cm, which is generated by pulses of the ignition device installed in the critical section of the nozzle, which also reduces reliability energy system. There is also known a method of burning fuel in supersonic jet engines (see Bulat P.V., Esakov I.I., Volobuev I.A., Grachev L.P. On the possibility of accelerated combustion in the combustion chambers of promising jet engines using deep subcritical microwave discharge // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics 2016, T. 16 No. 2, p. 382-385). The igniter is made in the form of a mesh of dielectric material and is installed in the critical section of the combustion chamber, which reduces the reliability of the energy system, and also does not provide a sufficiently high energy input into the combustion process.

Известны различные методы сжигания углеводородного топлива, основанные на распространении фронта пламени, например, на основе периодического сжигания топливовоздушной смеси в бензиновых и дизельных двигателях внутреннего сгорания (см. Levis B.V. Elbe G. "Combustion, Flames and Explosions of Gases" N.Y., 1951, поджигания топлива с помощью специальных устройств, обеспечивающих комбинированный импульсный разряд через газовый промежуток по поверхности диэлектрика (см. U.S. Patent 4092558).Various methods are known for burning hydrocarbon fuels based on flame front propagation, for example, on the basis of periodic combustion of an air-fuel mixture in gasoline and diesel internal combustion engines (see Levis BV Elbe G. "Combustion, Flames and Explosions of Gases" NY, 1951, ignition fuel using special devices that provide a combined pulse discharge through a gas gap along the surface of the dielectric (see US Patent 4092558).

Известно также использование электрического поля для интенсификации процесса горения топлива воздушной смеси (см. А.С. 1183699 (СССР), Б.И. №37 (1985).It is also known to use an electric field to intensify the combustion process of fuel in an air mixture (see A.S. 1183699 (USSR), B.I. No. 37 (1985).

Недостатком этих способов является то, что они не способны обеспечить эффективное сжигание и устойчивое детонационное горение топлива.The disadvantage of these methods is that they are not able to provide efficient combustion and stable detonation combustion of fuel.

Известен способ сжигания топливовоздушной смеси без распространения пламени, основанный на принудительном разрушении метастабильных молекул промежуточных продуктов неполного окисления углеводородов в объеме горючей смеси путем энергетического воздействия слабой ударной волной в периодическом режиме горения (см. Европейский патент ЕР 1192341 В1). Способ не отличается устойчивостью газодинамического детонационного процесса горения топлива.A known method of burning a fuel-air mixture without flame propagation, based on the forced destruction of metastable molecules of intermediate products of incomplete oxidation of hydrocarbons in the volume of a combustible mixture by the energy of a weak shock wave in a periodic combustion mode (see European patent EP 1192341 B1). The method does not differ in the stability of the gas-dynamic detonation process of fuel combustion.

Предложен также другой вид энергетического воздействия путем облучения горючей смеси потоком электрического излучения с энергией квантов, достаточной для разрушения метастабильных молекул, что позволяет осуществлять непрерывный режим горения. Однако для реализации этого способа требуется много энергии -1015÷1019 фотонов/см2 и создание мощного источника электромагнитного излучения, что вызывает затруднение на практике.Another type of energy effect is proposed by irradiating a combustible mixture with a stream of electric radiation with a quantum energy sufficient to destroy metastable molecules, which allows for continuous combustion. However, to implement this method requires a lot of energy -10 15 ÷ 10 19 photons / cm 2 and the creation of a powerful source of electromagnetic radiation, which causes difficulty in practice.

Предложен способ стимулированного разрушения молекул метастабильных промежуточных продуктов неполного окисления углеводородного топлива, накопленных в газовом объеме топливовоздушной смеси, путем энергетического воздействия за счет обогащения свободными электронами, которые в результате неупругого соударения со свободными молекулами смеси возбуждают их колебательные степени свободы. Это способно при определенных условиях приводить к мгновенному развитию объемного радикально-цепного взрыва в топливно-воздушной смеси за счет одновременного разрушения большинства накопленных метастабильных молекул промежуточных продуктов. Известно что, разрушение молекул промежуточных продуктов порождает большое число активных радикалов и частиц, разветвляющих и создающих новые цепи реакции окисления углеводородного топлива, что приводит к развитию радикально-цепного процесса сжигания топлива(см. патент РФ №2265158 Способ сжигания углеводородного топлива и устройство для его реализации, опубл. 27,11,2005, Монич А.Е., Монич Е.А.).A method is proposed for stimulated destruction of molecules of metastable intermediate products of incomplete oxidation of hydrocarbon fuel accumulated in the gas volume of an air-fuel mixture by energy exposure due to enrichment with free electrons, which, as a result of inelastic collision with free molecules of the mixture, excite their vibrational degrees of freedom. Under certain conditions, this can lead to the instant development of a volumetric radical chain explosion in a fuel-air mixture due to the simultaneous destruction of most of the accumulated metastable molecules of intermediate products. It is known that the destruction of molecules of intermediate products generates a large number of active radicals and particles, branching and creating new chains of the reaction of oxidation of hydrocarbon fuel, which leads to the development of a radical chain process of burning fuel (see RF patent No. 2265158 Method for burning hydrocarbon fuel and a device for it sales, publ. 27,11,2005, Monich A.E., Monich E.A.).

Недостатком предложенного способа является то, что он малоэффективен для создания и поддержания детонационного сгорания топлива при высоком давлении, температуре и скорости движения газовой смеси. Известно, что электроны как наиболее легкие заряженные частицы преимущественно отбирают энергию внешнего электрического поля например при СВЧ-облучения. В силу своей малой массы электроны неспособны эффективно распределять энергию при столкновении с «тяжелыми частицами» молекулами и атомами (см. Чем отличается равновесная плазма от неравновесной / Studopedia.ru. Патент РФ №2265158, опубл. 27.11.2005 г.).The disadvantage of the proposed method is that it is ineffective for creating and maintaining detonation combustion of fuel at high pressure, temperature and speed of the gas mixture. It is known that electrons, as the lightest charged particles, predominantly select the energy of an external electric field, for example, during microwave irradiation. Due to their small mass, electrons are unable to efficiently distribute energy in collisions with "heavy particles" by molecules and atoms (see. What is the difference between equilibrium plasma and nonequilibrium / Studopedia.ru. RF patent No. 2265158, publ. November 27, 2005).

Патент РФ №226158 Способ сжигания углеводородного топлива и устройство для его реализации (Монич А.Е, Монич Е.А.) выбран за прототип.RF patent No. 226158 The method of burning hydrocarbon fuel and a device for its implementation (Monich A.E., Monich E.A.) is selected as the prototype.

Задача, которая решается в предлагаемом способе сжигания углеводородного топлива заключается в повышении энергетической эффективности и устойчивости детонационного горения, обеспечивающего увеличение КПД и энергетических характеристик электрического ракетного двигателя.The problem that is solved in the proposed method of burning hydrocarbon fuel is to increase the energy efficiency and stability of detonation combustion, which provides an increase in the efficiency and energy characteristics of an electric rocket engine.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе сжигания углеводородного топлива, при котором реализуется стимулирование разрушение молекул метастабильных промежуточных продуктов неполного окисления углеводородов, накопленных в объеме реакции горения горючего и окислителя, за счет неупругих соударений со свободными электронами ускоренными электрическим полем, предлагается активизацию продуктов горения сначала производить электронным ударом в предварительной камере сгорания, СВЧ-облучением в электронно-циклотроном резонансном режиме (например, f=34-37 ГГц) в поперечном магнитном поле, позволяющим обеспечить горение топлива с высокой скоростью диссоциации молекул, с отрывом электронов от атомов, образованием ионов-радикалов и активных молекул, которые затем в виде концентрированного энергетического ускоренного лавинообразного потока, направляют в детонационную камеру сгорания, где на продукты горения топлива, поджигаемого под действием резонансного квазиоптического СВЧ-облучения, с образованием стримерного разряда, или резонансным лазерным излучением, воздействуют лавинообразным потоком активных атомов и ионов-радикалов высокой ударной температурой до 12000 K и с интенсификацией цепных разветвленных реакций за счет образования активных центров и созданием объемного детонационного процесса горения топлива, устойчивость которого при этом поддерживают наложением отраженных ударных волн от фокусирующего днища и элементов детонационной камеры сгорания и воздействием резонансного электрического поля с детонационной волной, (см. положительное решение о выдаче патента от 1.9.2017 по заявке РФ №2016117685 опубл. 4.05.2016. Способ создания электроактивной тяги (Трифанов И.В., Казьмин Б.Н., Трифанов В.И., Оборина Л.И.)).The problem is solved in that in the known method of burning hydrocarbon fuel, in which the stimulation of the destruction of molecules of metastable intermediate products of incomplete oxidation of hydrocarbons accumulated in the volume of the combustion reaction of the fuel and oxidizer due to inelastic collisions with free electrons accelerated by the electric field is realized, activation of the combustion products is proposed first produce by electron impact in the preliminary combustion chamber, microwave irradiation in the electron cyclotron onance mode (for example, f = 34-37 GHz) in a transverse magnetic field, allowing fuel to be burned with a high dissociation rate of molecules, with the separation of electrons from atoms, the formation of radical ions and active molecules, which are then in the form of a concentrated accelerated energy avalanche flow , sent to the detonation combustion chamber, where the combustion products of the fuel ignited by the action of resonant quasi-optical microwave radiation, with the formation of a streamer discharge, or resonant laser radiation m, they act with an avalanche-like flow of active atoms and radical ions with a high shock temperature up to 12000 K and with the intensification of branched chain reactions due to the formation of active centers and the creation of a volumetric detonation fuel combustion process, the stability of which is maintained by superimposing reflected shock waves from the focusing bottom and elements detonation combustion chamber and exposure to a resonant electric field with a detonation wave, (see positive decision on the grant of a patent dated 1.9.2017 on the application of the Russian Federation No. 2016117685 publ. 05/04/2016. A method of creating electroactive traction (Trifanov I.V., Kazmin B.N., Trifanov V.I., Oborina L.I.)).

Предусмотрены также следующие конкретные усовершенствования способа сжигания топлива.The following specific improvements to the method for burning fuel are also provided.

При электронно-циклотронном резонансном (ЭЦР) воздействии СВЧ-излучения на продукты горения возможно в широком диапазоне давлений. Это позволяет осуществить быстрый высокий удельный энерговклад в плазму и, тем самым, создавать высокую скорость диссоциации молекул. Особенностью ЭЦР разряда в интересующей нас области давлений является локализация плазмы в области магнитного поля. Это дает возможность организовать локализацию высокоэнергетической плазмы в предварительной камере сгорания, создать устойчивое плазменное ядро. Магнитное поле отделяет потоки заряженных частиц от потока атомов, а электрические поля позволяет удалить электроны из предварительной камеры сгорания. Создается источник многозарядных ионов, например, при СВЧ-облучении продуктов горения (см. патент РФ №2567896 от 10.11.2015). Например, при f=37,5 ГГц, N=130 кВт, при этом мощность 14 кВ/см2.With electron-cyclotron resonance (ECR) exposure to microwave radiation on combustion products, it is possible in a wide pressure range. This allows you to make a quick high specific energy input into the plasma and, thereby, create a high rate of dissociation of molecules. A feature of the ECR discharge in the pressure region of interest to us is the localization of the plasma in the region of the magnetic field. This makes it possible to organize the localization of high-energy plasma in the preliminary combustion chamber, to create a stable plasma core. A magnetic field separates the flows of charged particles from the flow of atoms, and the electric fields remove electrons from the preliminary combustion chamber. A source of multiply charged ions is created, for example, during microwave irradiation of combustion products (see RF patent No. 2567896 of 11/10/2015). For example, at f = 37.5 GHz, N = 130 kW, while the power is 14 kV / cm 2 .

Обдирка ионов путем отрыва электронов в ЭЦР разряде происходит преимущественно электронным ударом, (см. Водопьянов А.В / Электронно-циклотронный резонансный разряд, поддерживаемый миллиметровым излучением: физические основы и приложения. Диссертация на основании ученой степени доктора физико-математических наук, Нижний Новгород, 2016 г. ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр институт прикладной физики РАН».Ion stripping by electron detachment in an ECR discharge occurs predominantly by electron impact (see Vodopyanov A.V. / Electron-cyclotron resonance discharge supported by millimeter radiation: physical foundations and applications. The dissertation is based on the degree of Doctor of Physics and Mathematics, Nizhny Novgorod, 2016 Federal State Budgetary Scientific Institution Federal Research Center Institute of Applied Physics RAS.

Свободные электроны могут удаляться из плазменного ядра предварительной камеры сгорания под действием электрического поля через усилитель-концентратор пучков электронов (см. патент РФ №2619767 опубл. 18.5.17 бюл. №14) и преобразовывается в электрическую мощность, используемую для питания энергетических систем и СВЧ-генераторов. (см. патент РФ №2567896опубл. 10.11.2015 бюл. №31. Способ создания электрореактивной тяги / Казьмин Б.Н., Трифанов И.В. и др.).Free electrons can be removed from the plasma core of the preliminary combustion chamber under the influence of an electric field through an amplifier-concentrator of electron beams (see RF patent No. 2619767 publ. 18.5.17 bul. No. 14) and converted into electrical power used to power energy systems and microwave generators. (see RF patent No. 2567896 publ. 11/10/2015 bull. No. 31. A method of creating electro-reactive traction / Kazmin BN, Trifanov IV, etc.).

При удалении электронов из плазменного ядра предварительной камеры сгорания продолжительность химически активного состояния генерированных частиц может увеличиться в несколько раз. Сконцентрированные пучки электронов за пределами камеры сгорания могут быть использованы для генерации СВЧ-квантов (см. патент РФ №2553574 от 20.06.2015, бюл. №17. Способ СВЧ-генерации на основе электронных пучков. / Казьмин Б.Н., Трифанов И.В. и др.).When electrons are removed from the plasma core of the preliminary combustion chamber, the duration of the chemically active state of the generated particles can increase several times. Concentrated electron beams outside the combustion chamber can be used to generate microwave quanta (see RF patent No. 2553574 dated 06/20/2015, bull. No. 17. Method of microwave generation based on electron beams. / Kazmin BN, Trifanov I .V. And others).

Известно, что на активацию продуктов детонационного сгорания топлива могут оказывать влияние многие факторы, например, химическая активность продуктов неполного сгорания богатой углеродной смеси, поэтому в предварительную камеру сгорания предложено подавать топливо с избытком горючего, в которой до полного сгорания не хватает приблизительно 50% кислорода. Это может позволить при горении в предварительной камере сгорания при меньших энергетических затратах получать активные ионы-радикалы, а также стабильные продукты неполного сгорания с большим количеством окиси углерода и молекулярного водорода, а также небольшим количеством углекислоты и воды (см. Явления высокой химической активности продуктов неполного сгорания богатой углеводородной смеси. Теория и практика детонационного горения / http://latestennergy.ru).It is known that many factors can influence the activation of products of detonation combustion of a fuel, for example, the chemical activity of products of incomplete combustion of a rich carbon mixture; therefore, it is proposed to supply fuel with an excess of fuel to the preliminary combustion chamber, in which approximately 50% of oxygen is not enough before complete combustion. This can allow, when burning in the preliminary combustion chamber at lower energy costs, to obtain active radical ions, as well as stable products of incomplete combustion with a large amount of carbon monoxide and molecular hydrogen, as well as a small amount of carbon dioxide and water (see Phenomena of high chemical activity of products of incomplete rich hydrocarbon mixture combustion. Theory and practice of detonation combustion / http://latestennergy.ru).

Одновременно с этими продуктами сгорания образуются нестабильные, химически активные свободные радикалы и атомы с высокой концентрацией. Продолжительности химически активного состояния частиц с момента их возникновения составляет 10-15 мс. При облучении продуктов горения СВЧ - энергией в электронно-циклотронном резонансном режиме можно повысить продолжительность химически активного состояния частиц в несколько раз, а также снизить при этом энергию электронного удара. При использовании топлива с избытком горючего, для получения активных частиц в предварительной камере сгорания, а затем их воздействии на детонационный процесс, в детонационной камере сгорания целесообразно применять топливо с избытком окислителя и проводить поджиг квазиоптическим СВЧ-излучением стримерным разрядом. Он может быть более эффективным, чем использование резонансного лазерного облучения, за счет более высокого энергетического воздействия стримерного разряда на активацию атомов кислорода O2, O3, приводящего к высокому увеличению скорости объемного сгорания топлива (в 3-4 раза), к повышению на 10-15% ее полноты и улучшению стабильности горения (см. П.В. Булат, М.П. Булат, И.И. Исаков, И.А. Волобуев, Л.П. Грачев, П.В. Денисенко. Экологически чистый способ сжигания газообразного топлива с применением квазиоптического СВЧ- пучка. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2016, том 16, №3).At the same time as these products of combustion, unstable, chemically active free radicals and atoms with a high concentration are formed. The duration of the chemically active state of the particles from the moment of their occurrence is 10-15 ms. By irradiating the combustion products with microwave energy in the electron-cyclotron resonance mode, it is possible to increase the duration of the chemically active state of the particles by several times, and also reduce the electron impact energy. When using fuel with excess fuel, to obtain active particles in the preliminary combustion chamber, and then affecting the detonation process, it is advisable to use fuel with an excess of oxidizer in the detonation combustion chamber and ignite it with quasi-optical microwave radiation by streamer discharge. It can be more effective than the use of resonant laser irradiation due to the higher energy impact of the streamer discharge on the activation of oxygen atoms O 2 , O 3 , which leads to a high increase in the rate of volumetric combustion of fuel (3-4 times), to increase by 10 -15% of its completeness and improved combustion stability (see P.V. Bulat, M.P. Bulat, I.I. Isakov, I.A. Volobuev, L.P. Grachev, P.V. Denisenko. Environmentally friendly Method for burning gaseous fuels using a quasi-optical microwave beam. IR Information Technologies, Mechanics and Optics, 2016, vol 16, №3).

Цепной механизм реакции в детонационной камере сгорания объясняется перераспределением избыточной энергии, которая реализуется в реакции следующим образом: запас химической энергии, сосредоточенной в молекуле продуктов первичной реакции передается одной из реагирующих молекул, которая переходит в химически активное состояние. При таком механизме передача энергии реакция приводит к образованию одной или нескольких новых активных частиц- возбуждению молекул, свободных радикалов или атомов. Таковы, например, атомарный водород, кислород, хлор, радикалы и гидроксил. Все эти вещества являются химически ненасыщенными, отличаются высокой реакционной способностью и могут реагировать с компонентами горючей смеси, образую в свою очередь, свободные радикалы и атомы. Так образуется цепочка последовательных реакций (см. Лекции «Теоретические основы горения и взрыва». Цепное самовоспламенение (цепной взрыв) / http://gendocs.ru).The chain reaction mechanism in the detonation combustion chamber is explained by the redistribution of excess energy, which is realized in the reaction as follows: the supply of chemical energy concentrated in the molecule of the products of the primary reaction is transferred to one of the reacting molecules, which goes into a chemically active state. With this mechanism, energy transfer reaction leads to the formation of one or more new active particles - the excitation of molecules, free radicals or atoms. Such, for example, atomic hydrogen, oxygen, chlorine, radicals and hydroxyl. All these substances are chemically unsaturated, highly reactive and can react with the components of the combustible mixture, forming, in turn, free radicals and atoms. This is how a chain of successive reactions is formed (see Lectures “Theoretical Foundations of Combustion and Explosion.” Chain self-ignition (chain explosion) / http://gendocs.ru).

В связи с представленным механизмом детонационного горения, обогащение топлива активными ионами - радикалами, атомами с лавинообразным накоплением активных частиц, получаемыми в предварительной камере сгорания, или насыщение горючего специальными добавками, (например, HF, NH4NO3 и др.), будет способствовать развитию процесса детонационного горения топлива, за счет реакции разветвления цепей.In connection with the presented mechanism of detonation combustion, enrichment of the fuel with active ions — radicals, atoms with an avalanche-like accumulation of active particles obtained in the preliminary combustion chamber, or saturation of the fuel with special additives (for example, HF, NH 4 NO 3 , etc.) will contribute the development of the process of detonation combustion of fuel due to the reaction of branching chains.

Для сжигания топлива в детонационном режиме могут использоваться такие однокомпонентные топлива, как например, перекись водорода, сжигаемая и активируемая СВЧ- облучением в ЭЦР режиме, в предварительной камере сгорания, с образованием активных радикалов ОН-, а также углеродного топлива и жидкого кислорода в детонационной камере сгорания, которое может обогащаться ионами-радикалами ОН-.To burn fuel in detonation mode, one-component fuels can be used, such as hydrogen peroxide burned and activated by microwave irradiation in ECR mode, in a preliminary combustion chamber, with formation of OH - radicals, as well as carbon fuel and liquid oxygen in the detonation chamber combustion, which can be enriched with OH - radical ions.

Перекись водорода (пероксид водорода) имеет несимметричную молекулу, Н2О2 и относится к неустойчивым соединениям, легко разлагаетсяHydrogen peroxide (hydrogen peroxide) has an asymmetric molecule, H 2 O 2 and refers to unstable compounds, easily decomposes

Н2O2↔Н+НO2; НO2↔Н++O2 -2 H 2 O 2 ↔ H + HO 2 ; HO 2 + H + + O 2 -2

O2 -2→O2+2е-; Н++O2→ОН-+Н+ O 2 -2 → O 2 + 2e - ; H + + O 2 → OH - + H +

Обладает сильными окислительными свойствами и может использоваться как однокомпонентное топливо (с разложением на катализаторе).It has strong oxidizing properties and can be used as a single-component fuel (with decomposition on the catalyst).

Перекись водорода с концентрацией 80-90% может давать при разложении газообразную смесь кислорода и перегретого пара, которая может разлагаться в предварительной камере сгорания Н2O→Н++ОН- под действием СВЧ-облучения в ЭЦР режиме, (см. Перекись водорода как источник энергии, http://develop-gr.ru).Hydrogen peroxide with a concentration of 80-90% can produce a gaseous mixture of oxygen and superheated steam during decomposition, which can decompose in the preliminary combustion chamber Н 2 O → Н + + ОН - under the influence of microwave radiation in ECR mode, (see Hydrogen peroxide as source of energy, http://develop-gr.ru).

Известно, что энергия ионизации кислорода составляет 13,62 эВ, водорода - 13,5 эВ, гидроксила ОН - 2,16 эВ, энергия сродства электрона к водороду - 0,75 эВ, к кислороду - 1,47 эВ. В связи с представленным характером энергии ионизации, радикал гидроксида ОН- является наиболее активным. Для получения ионов-радикалов ОН-, Н+, а также активных атомов водорода в плазменном ядре в предварительной камере сгорания, также целесообразно использовать топливо водород-кислород с избытком горючего, а в детонационной камере с избытком окислителя для обеспечения детонационного режима за счет О, O2, О3.It is known that the ionization energy of oxygen is 13.62 eV, hydrogen is 13.5 eV, OH hydroxyl is 2.16 eV, the electron affinity for hydrogen is 0.75 eV, and for oxygen is 1.47 eV. In connection with the present character ionization energy, hydroxide radical OH - it is the most active. To obtain radical ions OH - , H + , as well as active hydrogen atoms in the plasma core in the preliminary combustion chamber, it is also advisable to use hydrogen-oxygen fuel with an excess of fuel, and in the detonation chamber with an excess of oxidizer to provide a detonation regime due to O, O 2 , O 3 .

Выявлена важная роль колебательного возбуждения молекул электронным ударом большинства электроотрицательных молекул, таких как Н2O, СO2, N2, у которых скорость колебательного возбуждения достаточно велика. При этом основная доля энерговклада локализируется именно в колебательных степенях свободы, что обеспечивает селективность и высокую энергетическую эффективность такой энергии. В наиболее благоприятных условиях в колебательных степенях свободы сосредоточено до 80% всей вложенной в заряд энергии (см. А.Н. Диденко, Б.В. Зверев, А.Д. Коляскин. Перспективы использования СВЧ-излучение в энергетике. Московский государственный инженерно-физический институт. http://nauchebe.net/2015/01).The important role of vibrational excitation of molecules by electron impact of most electronegative molecules, such as H 2 O, CO 2 , N 2 , in which the rate of vibrational excitation is quite high, is revealed. Moreover, the main share of the energy input is localized precisely in the vibrational degrees of freedom, which ensures the selectivity and high energy efficiency of such energy. Under the most favorable conditions, up to 80% of all energy invested in a charge is concentrated in vibrational degrees of freedom (see AN Didenko, BV Zverev, AD Kolyaskin. Prospects for the use of microwave radiation in energy. Moscow State Engineering Institute of Physics. http://nauchebe.net/2015/01).

Для СВЧ-облучения продуктов горения может использоваться несколько последовательно установленных генераторов вне камеры сгорания, работающих в миллиметровом диапазоне волн на частотах в электронно-циклотронном резонансном режиме (34-37 ГГц), и также на более высоких частотах 60-75 ГГц, в том числе в субмиллиметровом диапазоне с частотой до 300 ГГц в зависимости от состава используемого топлива и требуемых энергетических характерных ионов-радикалов. Многоступенчатый отрыв электронов от атомов будет способствовать повышению селективной активности ионов-радикалов и атомов.For microwave irradiation of combustion products, several series-mounted generators can be used outside the combustion chamber, operating in the millimeter wave range at frequencies in the electron-cyclotron resonance mode (34-37 GHz), and also at higher frequencies 60-75 GHz, including in the submillimeter range with a frequency of up to 300 GHz, depending on the composition of the fuel used and the required characteristic energetic radical ions. Multistage detachment of electrons from atoms will increase the selective activity of radical ions and atoms.

Существенную роль для повышения устойчивости процесса детонационного горения топлива может играть наложение отраженных ударных волн, а также воздействие внешнего электрического поля в резонансном режиме с детонационной волной. Отраженные сфокусированные ударные волны в детонационной камере сгорания образуются при взаимодействии прямых ударных волн с усеченной сферической фокусирующей торцевой стенкой. При этом, за счет фокусировки отраженных ударных волн в точке А, и их большего воздействия на процесс горения создается многоступенчатая детонация (см. Б.Ю. Гельфельд, А.М. Ботенев, С.П. Медведев, А.Н. Поленов, С.В. Хомик / Газодинамические явления при воспламенении и горении гомогенных смесей близко неплоских поверхностей. / Рос. Хим. Ж. (журнал Рос. Хим. Общества им. Д. И. Менделеева), 2001, том XLY, №3 с. 5 Плазма-химические реакции).The imposition of reflected shock waves, as well as the effect of an external electric field in a resonant mode with a detonation wave, can play a significant role in increasing the stability of the detonation combustion of fuel. Reflected focused shock waves in a detonation combustion chamber are formed when direct shock waves interact with a truncated spherical focusing end wall. Moreover, due to the focusing of the reflected shock waves at point A, and their greater effect on the combustion process, multistage detonation is created (see B.Yu. Gelfeld, A.M. Botenev, S.P. Medvedev, A.N. Polenov, S.V. Khomik / Gas-dynamic phenomena during ignition and combustion of homogeneous mixtures of near non-planar surfaces./ Ros. Chem. J. (journal of the Russian Chem. Society named after D. I. Mendeleev), 2001, Volume XLY, No. 3 p. 5 Plasma-chemical reactions).

Механизм химиионизации ответственен за аномально высокую концентрацию ионов в пламени при воздействии резонансного электрического поля на процесс горения (см. Механизм воздействия электрического поля на процесс горения - раздел физика, http://allrefs.net).The mechanism of chemical ionization is responsible for the abnormally high concentration of ions in the flame when a resonant electric field acts on the combustion process (see. The mechanism of the electric field on the combustion process - physics section, http://allrefs.net).

Установлено, что электроны, обладающие высокой энергией, намного превышающей потенциал ионизации, могут легко ионизировать атомы и молекулы. Также установлено, что на скорость ионообразования также влияет приложенное напряжение, порядка кВ/см, т.е. механизмы ионообразования могут быть различные в детонационной камере сгорания. На процессе горения электрическое поле влияет как по средствам ионного ветра, так и преобразованием энергии электрического поля в тепловую энергию, а так же прямым воздействием на кинетику химических реакций: считается, что основным механизмом воздействия электрического поля на процесс горения является тепловой удар и ионный ветер: т.е. воздействие напряжения электрического поля на химически активные частицы-радикалы.It was found that electrons with high energy, far exceeding the ionization potential, can easily ionize atoms and molecules. It was also found that the applied voltage, of the order of kV / cm, i.e. The mechanisms of ion formation can be different in the detonation combustion chamber. The electric field affects the combustion process both by the means of the ionic wind and the conversion of the electric field energy into thermal energy, as well as by a direct effect on the kinetics of chemical reactions: it is believed that the main mechanism of the electric field's influence on the combustion process is heat shock and ionic wind: those. the effect of electric field voltage on chemically active radical particles.

Таким образом, основной причиной самоускорения реакций при детонационном горении в детонационной камере горения может быть как накопление в системе тепла реакции, так и лавиноэнергетическое воздействие химически активных продуктов реакции (ионов-радикалов), полученных в предварительной камере сгорания (см. Цепное самовоспламенение (цепной взрыв). Лекции "Теоретические основы горения и взрыва", http://gendoc.ru), а так же процессы многоступенчатой детонации и воздействие импульсного электрического поля согласованного с параметрами детонационной волны.Thus, the main reason for self-acceleration of reactions during detonation combustion in a detonation combustion chamber can be both the accumulation of the reaction heat in the system and the avalanche-energy effect of chemically active reaction products (radical ions) obtained in the preliminary combustion chamber (see. Chain self-ignition (chain explosion ). Lectures "Theoretical Foundations of Combustion and Explosion", http://gendoc.ru), as well as multi-stage detonation processes and the effect of a pulsed electric field consistent with detonation parameters second wave.

Для получения электроэнергии высокого напряжения с целью создания внешнего электрического поля, питания лазеров или СВЧ-генераторов может быть использована частично энергия детонационной волны, например, на основе принципа работы магнитокумулятивного генератора импульсов тока многоразового действия с баллистическим устройством (см. Патент РФ №2087067, опубл. 10.08.1997) или принципов работы виткового магнитокумулятивного генератора импульсов тока (см. А.И. Павловский, Р.З. Людаев, В.А. Васюков и др. Магнитокумулятивные витковые генераторы быстро нарастающих импульсов тока // Сверхсильные магнитные поля: физика. Техника. Применение / М: Наука, 1984, с. 292-297), а также (см. заявка на патент №201117776 от 22.05.2017. Импульсный детонационный ракетный двигатель (Трифанов И.В., Казьмин Б.Н. и др).To obtain high-voltage electricity with the aim of creating an external electric field, supplying lasers or microwave generators, detonation wave energy can be partially used, for example, on the basis of the principle of operation of a reusable magnetocumulative current pulse generator with a ballistic device (see RF Patent No. 2087067, publ. . 10.08.1997) or the principles of operation of a magneto-cumulative current pulse generator (see A.I. Pavlovsky, RZ Ludaev, V.A. Vasyukov and others. Magneto-cumulative coil generators are fast ro increasing current pulses // Superstrong magnetic fields: physics. Engineering. Application / M: Nauka, 1984, pp. 292-297), as well as (see patent application No. 2011117776 from 05.22.2017. Pulse detonation rocket engine (Trifanov I.V., Kazmin B.N. and others).

Для получения ионов-радикалов и активных атомов может быть использован газовый поток, который ионизируют СВЧ-облучением в электронно-циклотронном резонансном режиме в предварительной камере сгорания в магнитном поле, а затем направляют в детонационную камеру сгорания, где активизируют детонационный процесс сгорания топлива. Для этих целей могут быть применены тяжелые газы, например, такие как аргон, криптон, ксенон и др. При СВЧ-облучении аргона электронным ударом образуются многозарядные различной кратности ионизации ионы (заряд ионов может быть +8) (см. А.В. Водопьянов, С.В. Голубев, В.Г. Зорин и др. / Электронно-циклотронный резонансный разряд в тяжелых газах, поддерживаемый мощным микроволновым пучком в магнитной ловушке, как источник легкого рентгеновского излучения. Письма в ЖТФ, 2000 Том 26, вып. 24). Электронная плотность плазмы была получена при этом 1012 см-3, температура электронов от 1 до 10 эВ. Могут применяться и другие более легкие газы, для ионизации ЭЦР разрядом, такие как азот, гелий и др.To obtain radical ions and active atoms, a gas stream can be used, which is ionized by microwave radiation in the electron-cyclotron resonance mode in a preliminary combustion chamber in a magnetic field, and then sent to a detonation combustion chamber, where the detonation process of fuel combustion is activated. For these purposes, heavy gases can be used, for example, such as argon, krypton, xenon, etc. Upon microwave irradiation of argon by electron impact, multiply charged ions of different ionization rates are formed (the ion charge can be +8) (see A.V. Vodopyanov , S.V. Golubev, V.G. Zorin et al. / Electron-cyclotron resonance discharge in heavy gases, supported by a powerful microwave beam in a magnetic trap, as a source of light x-ray radiation. ) The plasma electron density was obtained in this case 10 12 cm -3 , the electron temperature from 1 to 10 eV. Other lighter gases can also be used to ionize an ECR discharge, such as nitrogen, helium, etc.

Применение ионизированных газовых потоков для обеспечения детонационного сгорания топлива может быть энергоэффективным. Для создания детонационного процесса горения топлива может быть использована одна камера сгорания, в которой создается высокоэнергетическое плазменное ядро при помощи СВЧ воздействия на продукты горения ЭРЦ разрядом в магнитном поле с образованием ионов-радикалов и активных атомов в плазменном ядре. Затем осуществляют энергетическое воздействие на продукты горения огненного ядра у форсуночной головки камеры сгорания за счет рециркуляции активных атомов и ионов-радикалов из высокоэнергетического плазматического ядра под действием напряжения прямого и обратного электрических полей. При этом создается импульсно-пульсирующий детонационный режим горения топлива. (см. Положительное решение о выдаче патента от 1.09.2017 по заявке №2016116135 / Способ создания электрореактивной тяги / И.В. Трифанов, Казьмин Б.Н. и др.).The use of ionized gas streams to provide detonation fuel combustion can be energy efficient. To create a detonation process of fuel combustion, one combustion chamber can be used in which a high-energy plasma core is created by using a microwave action on the combustion products of an EEC by a discharge in a magnetic field with the formation of radical ions and active atoms in the plasma core. Then, an energetic effect is applied to the products of combustion of the fire nucleus at the nozzle head of the combustion chamber due to the recirculation of active atoms and radical ions from the high-energy plasma core under the action of the voltage of the forward and reverse electric fields. This creates a pulse-pulsating detonation mode of fuel combustion. (see. Positive decision on the grant of a patent dated September 1, 2017 by application No. 2016116135 / Method for creating electro-reactive traction / I.V. Trifanov, Kazmin B.N., etc.).

Для инициирования воспламенения распыленного топлива в детонационной камере сгорания, наряду с импульсным лазерным и СВЧ поджогом стримерным разрядом, может так же применяться поджиг ускоренным энергетическим потоком заряженных частиц ионов-радикалов и активных атомов с высокой ударной температурой до 12000 K, образованных в предварительной камере сгорания за счет «обдирания» молекул и атомов продуктов горения с отрывом электронов СВЧ-облучением в электронно-циклотронном резонансном режиме. Для реализации способа сжигания углеводородного топлива может быть использовано устройство фиг. 1.To initiate ignition of atomized fuel in a detonation combustion chamber, along with pulsed laser and microwave arson streamer discharge, ignition can also be used by accelerated energy flow of charged particles of radical ions and active atoms with a high shock temperature of up to 12,000 K formed in the preliminary combustion chamber due to "stripping" of molecules and atoms of combustion products with separation of electrons by microwave irradiation in the electron-cyclotron resonance mode. To implement the method of burning hydrocarbon fuel, the device of FIG. one.

Первым объектом изобретения является способ сжигания углеводородного топлива, при котором реализуется стимулированное разрушение молекул метастабильных промежуточных продуктов неполного окисления углеводородов, накопленных в объеме реакции сгорания окислителя и горючего путем энергетического воздействия свободными электронами, ускоренными электрическим полем, отличающийся тем, что стимулированное разрушение молекул метастабильных промежуточных продуктов неполного окисления углеводородов сначала осуществляют электронным ударом в предварительной камере сгорания СВЧ-облучением в электронно-циклотронном резонансном режиме в поперечном магнитном поле при горении топлива с высокой скоростью диссоциации молекул, с отрывом электронов от атомов, образованием ионов-радикалов и активных молекул, которые затем с ускорением потока под действием давления и ускоряющего электрического поля направляют в детонационную камеру сгорания, где на продукты горения топлива, осуществляемого под действием резонансного квазиоптического СВЧ-излучения, воздействуют лавинообразным энергетическим потоком активных частиц с интенсификацией цепных разветвленных реакций объемного детонационного процесса горения, устойчивость которого при этом поддерживается наложением отраженных ударных волн от фокусирующего днища и элементов детонационной камеры сгорания и воздействия резонансного электрического поля с детонационной волной.The first object of the invention is a method of burning hydrocarbon fuel, which implements stimulated destruction of the molecules of metastable intermediate products of incomplete oxidation of hydrocarbons accumulated in the volume of the combustion reaction of the oxidizer and fuel by energy exposure to free electrons accelerated by the electric field, characterized in that the stimulated destruction of molecules of metastable intermediate products incomplete oxidation of hydrocarbons is first carried out electronically rum in the preliminary combustion chamber by microwave irradiation in the electron-cyclotron resonance mode in a transverse magnetic field during fuel combustion with a high dissociation rate of molecules, with the separation of electrons from atoms, the formation of radical ions and active molecules, which then accelerate the flow under pressure and an accelerating electric field is sent to a detonation combustion chamber, where an avalanche is affected by the products of the combustion of fuel carried out under the influence of resonant quasi-optical microwave radiation th energy flow of the active particles with the intensification branched chain reactions surround detonation combustion process that this stability is maintained during the superposition of reflected shock wave from the focusing element and the bottom of the detonation combustion chamber and resonance effects with the electric field of the detonation wave.

В одном из вариантов, магнитным полем отделяются потоки заряженных частиц, а оторванные электроны от атомов и ионов при СВЧ-воздействии в электронно-циклотронном резонансном режиме удаляют из предварительной камеры сгорания и преобразуют в электрическую мощность, повышая концентрацию и время жизненного цикла ионов-радикалов и активных атомов в продуктах неполного окисления, а также энергетическую эффективность процесса.In one embodiment, the fluxes of charged particles are separated by a magnetic field, and separated electrons from atoms and ions during microwave exposure in the electron-cyclotron resonance mode are removed from the preliminary combustion chamber and converted into electric power, increasing the concentration and life time of radical ions and active atoms in products of incomplete oxidation, as well as the energy efficiency of the process.

В одном из вариантов, горение производят с избытком горючего в предварительной камере сгорания при воздействии на него электронно-циклотронным резонансным СВЧ-разрядом, при этом полученными ионами-радикалами и активными атомами воздействуют ускоренным лавинообразным потоком на продукты горения топлива с избытком окислителя в детонационной камере сгорания.In one embodiment, combustion is carried out with excess fuel in the preliminary combustion chamber when exposed to an electron-cyclotron resonant microwave discharge, while the resulting radical ions and active atoms act on the accelerated avalanche-like flow on the combustion products of the fuel with an excess of oxidizer in the detonation combustion chamber .

В одном из вариантов, производят горение топлива, состоящего из более чем двух компонентов, включая окислитель, горючее, однокомпонентное топливо и специальные добавки, с целью активации процесса горения, например, с применением в качестве топлива, подаваемого в предварительную камеру сгорания (водородного однокомпонентного топлива) - перекиси водорода, а в детонационную камеру сгорания горючего с активированными добавками и окислителя.In one embodiment, a fuel consisting of more than two components is burned, including an oxidizing agent, fuel, one-component fuel and special additives, in order to activate the combustion process, for example, using fuel (one-component hydrogen as a fuel supplied to the preliminary combustion chamber) ) - hydrogen peroxide, and into the detonation combustion chamber of a fuel with activated additives and an oxidizing agent.

В одном из вариантов, детонационный процесс осуществляют с применением топлива с избытком окислителя в предварительной камере сгорания, а в детонационной камере сгорания с избытком горючего при воздействии на процесс горения резонансным лазерным излучением.In one embodiment, the detonation process is carried out using fuel with an excess of oxidizing agent in the preliminary combustion chamber, and in the detonation combustion chamber with excess fuel when the combustion process is affected by resonant laser radiation.

В одном из вариантов, для создания детонационного процесса горения топлива используют одну камеру, в которой создают высокоэнергетическое плазменное ядро при помощи СВЧ-облучения в электронно-циклотронном резонансном режиме в магнитном поле и осуществляют энергетическое воздействие на продукты горения огненного ядра у форсуночной головки днища камеры сгорания, за счет рециркуляции активных атомов и ионов-радикалов из плазменного ядра путем действия прямого и обратного ускоряющего электрического напряжения.In one embodiment, to create a detonation process of fuel combustion, one chamber is used in which a high-energy plasma core is created using microwave irradiation in an electron-cyclotron resonance mode in a magnetic field and energy is applied to the products of combustion of a fire core at the nozzle head of the bottom of the combustion chamber due to the recirculation of active atoms and radical ions from the plasma core by the action of direct and reverse accelerating electric voltage.

В одном из вариантов, для получения ионов-радикалов и активных атомов используются газовый поток, который ионизируются СВЧ-облучением в электронно-циклотронном резонансном режиме, а затем направляют в детонационную камеру сгорания, в которой создают детонационный процесс.In one embodiment, to obtain radical ions and active atoms, a gas stream is used, which is ionized by microwave radiation in an electron-cyclotron resonance mode, and then sent to a detonation combustion chamber, in which a detonation process is created.

В одном из вариантов, поджиг распыленного топлива в детонационной камере сгорания осуществляют за счет тепловой энергии лавинообразного потока активных ионизированных частиц, получаемых в предварительной камере сгорания.In one embodiment, the atomized fuel is ignited in the detonation combustion chamber due to the thermal energy of the avalanche-like flow of active ionized particles obtained in the preliminary combustion chamber.

Вторым объектом изобретения является устройство для сжигания углеводородного топлива, содержащее камеру сгорания с источником энергетического воздействия на молекулы смеси, позволяющее осуществлять стимулированное разрушения продуктов неполного окисления, отличающееся тем, что выполнено из двух камер сгорания, предварительной и детонационной, соединенными между собой соплами и обратными клапанами, при этом источник энергетического воздействия, установлен снаружи предварительной камеры сгорания, состоит из СВЧ-генератора, работающего в КВЧ-диапазоне, соединенного с волноводными каналами с облучателями, направленными на радиопрозрачные мембраны, установленные в стенке предварительной камеры сгорания, снаружи которой размещен индуктор поперечного магнитного поля, позволяющими обеспечить электронным ударом в электронно-циклотронном резонансном режиме активацию продуктов сгорания.The second object of the invention is a device for burning hydrocarbon fuel, containing a combustion chamber with a source of energy exposure to the molecules of the mixture, allowing stimulated destruction of products of incomplete oxidation, characterized in that it is made of two combustion chambers, preliminary and detonation, interconnected nozzles and check valves while the source of energy exposure is installed outside the preliminary combustion chamber, consists of a microwave generator, I work in the EHF range, connected to waveguide channels with irradiators directed to radiolucent membranes mounted in the wall of the preliminary combustion chamber, on the outside of which there is a transverse magnetic field inductor, which allows the electron products to be activated in the electron cyclotron resonance mode to activate combustion products.

В одном из вариантов, детонационная камера сгорания соединенная с каналом продуктов сгорания и соплом Лаваля, выполнена в виде усеченной полусферы, внутри которой нанесено радиоотражающее покрытие, с размерными параметрами объемного резонатора, создающего резонансный режим квазиоптического СВЧ-облучения продуктов сгорания с образованием стримерного разряда, обеспечивающего ускоренное объемное сгорание топлива.In one embodiment, the detonation combustion chamber connected to the channel of combustion products and a Laval nozzle is made in the form of a truncated hemisphere, inside which a radio-reflective coating is applied, with the dimensional parameters of a volume resonator creating a resonant regime of quasi-optical microwave irradiation of the combustion products with the formation of a streamer discharge, providing accelerated volumetric combustion of fuel.

Схема устройства, реализующего предлагаемый способ сжигания топлива, представлена на Фиг. 1.A diagram of a device that implements the proposed method of burning fuel is shown in FIG. one.

Устройство содержит вспомогательные баки горючего 1 и окислителя 2, предварительную камеру сгорания топлива 3, с фокусирующим днищем 48, канал продуктов сгорания 4, индуктор поперечного магнитного поля 5, канал заряженных ионов-радикалов 6, ускоритель ионов-радикалов 7, сопла с обратными клапанами 8, основной бак горючего 9, обратный клапан 10, форсунка горючего 11, основной бак окислителя 12, обратный клапан 13, форсунка окислителя 14, детонационная камера 15, выполненная в виде объемного резонатора, отраженная сфокусированная ударная волна 16, агрегат формирования детонационного режима горения 17, канал продуктов сгорания 18, ускоритель потока продуктов сгорания 19, магнитное сопло 20, ускоритель катионов 21, электрод ускоряющий 22, электростатические ловушки 23, потоки положительно заряженных ионов (катионов) 24, мембрана электронов 25, аксиальный анод 26, канал пучка электронов 27, усилитель-концентратор электронов 28, аксиальный ускоряющий анод 29, электростатическая ловушка электронов 30, преобразователь энергии электронов в электрический ток 31, бортовая система электропитания 32, преобразователь энергии ионов в электрический ток 33, блок аккумуляторов 34, генератор СВЧ-излучения 35 работающий в электронно-циклотронном резонансном режиме на частоте 34-37 ГГц (см. патент РФ 2541162, Генератор СВЧ-квантов на основе электронных пучков), волноводные каналы с облучателями и радиопрозрачными мембранами 36, высокопроводящие электромагниты продольного магнитного поля 37, согласующий датчик 38, блок импульсного включения лазера 39, лазер импульсный 40, фокусирующая линза 41, согласующий датчик запуска генератора СВЧ импульсного стримерного разряда 42, блок импульсного включения генератора СВЧ 43, генератор СВЧ-облучения, работающий в резонансном режиме, с образованием импульсного стримерного разряда 44, радиопрозрачная фокусирующая линза 45, огненное ядро 46, отражающее покрытие 47, создающее стримерный разряд, 49 - отраженные СВЧ-лучи.The device contains auxiliary tanks of fuel 1 and oxidizer 2, a preliminary fuel combustion chamber 3, with a focusing bottom 48, a channel of combustion products 4, a transverse magnetic field inductor 5, a channel of charged radical ions 6, an accelerator of radical ions 7, nozzles with check valves 8 , main fuel tank 9, non-return valve 10, fuel nozzle 11, main oxidizer tank 12, non-return valve 13, oxidizer nozzle 14, detonation chamber 15 made in the form of a cavity resonator, reflected focused shock wave 16, aggregate t the formation of the detonation regime of combustion 17, the channel of combustion products 18, the accelerator of the flow of combustion products 19, the magnetic nozzle 20, the accelerator of cations 21, the accelerating electrode 22, electrostatic traps 23, the flows of positively charged ions (cations) 24, the membrane of electrons 25, axial anode 26 , channel of the electron beam 27, amplifier-concentrator of electrons 28, axial accelerating anode 29, electrostatic trap of electrons 30, converter of electron energy into electric current 31, on-board power supply system 32, conversion an ion energy generator into an electric current 33, a battery pack 34, a microwave radiation generator 35 operating in the electron cyclotron resonance mode at a frequency of 34-37 GHz (see RF patent 2541162, Generator of microwave quanta based on electron beams), waveguide channels with irradiators and radiolucent membranes 36, highly conductive electromagnets of longitudinal magnetic field 37, matching sensor 38, pulsed laser unit 39, pulsed laser 40, focusing lens 41, matching sensor start-up of a microwave pulse generator of a streamer discharge 42, a pulse-switching unit of a microwave generator 43, a microwave radiation generator operating in a resonant mode, with the formation of a pulse streamer discharge 44, radio transparent -lingual focusing lens 45, fiery core 46, reflective coating 47 creates a streamer discharge, 49 - the reflected microwave radiation.

Способ осуществляется следующим образом, из баков 1 и 2 горючее подается в предварительную камеру сгорания 3, где под действием искры импульсного лазера 40, энергия которой проходит через фокусирующую линзу 41, происходит воспламенение распыленного и перемешанного топлива с образованием огненного ядра 46 путем подачи сигнала от согласующего датчика 38, связанного с ускорителем 7, на блок импульсного включения лазера 39. Продукты сгорания фокусируются за счет вогнутого днища 48, а затем под давлением 2⋅106 Па и температуре 2000-3000°С движутся (см. Cass R.В., Fibor Rein - forced ceramic radome material with improved resistance to thermal shock, high temperature and erosin / R.B. Cass // Advanced Cerametrics, Inc., 2006. - p. 1-7) по каналу 4, где на них воздействует поперечное магнитное поле, создаваемое индуктором 5, а также электронно-циклотронное резонансное СВЧ-поле частотой 34-37 ГГц, создаваемое генератором СВЧ-квантов 35. СВЧ-волны проходят по волноводам через радиопрозрачные мембраны 36, разогревают продукты сгорания до температуры 4000°С и выше (см. патент РФ 2567896. Способ создания электрореактивной тяги), а также положительное решение от 1.09.2017 о выдаче патента по заявке №2016117685. Способ создания электрореактивной тяги / Трифанов. И.В., Казьмин Б.Н. и др. В поперечном магнитном поле, создаваемом индуктором 5, под действием силы Лоренца и ускоряющего напряжения на аноде 26 (U=2-3 кВ) происходит разделение потока продуктов сгорания на ионы и электроны, движущиеся в противоположных направлениях, при этом электроны проходят через мембрану 25, усиливаются в усилителе-концентраторе 28 под действием ускоряющего поля анода 29 (U=2-3 кВ), а затем по каналу 27, разгоняясь, поступают в электростатическую ловушку 30, где преобразуются в электростатическое напряжение за счет торможения и взаимодействия с электродами-коллекторами, которые связаны с конденсаторами ионисторного типа (см. Патент РФ №2625325 Рекуператор энергии пучка заряженных частиц, опубл. 13.07.2017 Бюл. №20 / Трифанов И.В., Казьмин Б.Н., Оборина Л.И. и др.). Часть пучков электронов поступают в преобразователь 31, где происходит преобразование энергии электронов в переменный ток по двухполупериодной схеме (см. Экспериментальная проверка перехода энергии взаимодействия электронной плазмы в электромагнитный процесс для создания электроэнергетической технологии. «Альтернативная энергетика и экология» Международный научный журнал, №11, 2012 с. 87-91).The method is as follows, from tanks 1 and 2, fuel is supplied to the preliminary combustion chamber 3, where, under the action of a spark of a pulsed laser 40, the energy of which passes through the focusing lens 41, ignition of the atomized and mixed fuel occurs with the formation of a fire core 46 by supplying a signal from the matching sensor 38, connected with the accelerator 7, to the pulsed laser unit 39. The combustion products are focused due to the concave bottom 48, and then move under pressure of 2⋅10 6 Pa and a temperature of 2000-3000 ° С (see Cass R .V., Fibor Rein - forced ceramic radome material with improved resistance to thermal shock, high temperature and erosin / RB Cass // Advanced Cerametrics, Inc., 2006. - p. 1-7) on channel 4, where they are affected the transverse magnetic field generated by the inductor 5, as well as the electron-cyclotron resonant microwave field with a frequency of 34-37 GHz, created by the microwave quantum generator 35. The microwave waves pass through the waveguides through radio-transparent membranes 36, heat the combustion products to a temperature of 4000 ° C and above (see RF patent 2567896. A method of creating electro-reactive traction), as well as a positive decision dated 01.09.2017 on the grant of a patent for application No. 2016117685. The way to create an electroreactive traction / Trifanov. I.V., Kazmin B.N. and others. In the transverse magnetic field created by the inductor 5, under the influence of the Lorentz force and accelerating voltage at the anode 26 (U = 2-3 kV), the flow of combustion products is divided into ions and electrons moving in opposite directions, while the electrons pass through the membrane 25, amplified in the amplifier-concentrator 28 under the action of the accelerating field of the anode 29 (U = 2-3 kV), and then through the channel 27, accelerating, enter the electrostatic trap 30, where they are converted to electrostatic voltage due to braking and interaction with the elec collector rods that are connected with ionistor-type capacitors (see RF Patent No. 2625325 Energy recovery of a beam of charged particles, publ. 07/13/2017 Bull. No. 20 / Trifanov I.V., Kazmin B.N., Oborina L.I. and etc.). Part of the electron beams enter the transducer 31, where the electron energy is converted into alternating current according to a two-half-wave scheme (see Experimental verification of the transition of electron plasma interaction energy to the electromagnetic process to create an electric power technology. "Alternative Energy and Ecology" International Scientific Journal, No. 11, 2012 p. 87-91).

Накопленный электростатический заряд преобразуется в постоянный электрический ток и ускоряющее напряжение, которое подается в импульсном режиме на ускоряющие электроды 7 (U=2-3 кВ) и 19 (U=3-5 кВ), а также используется для зарядки аккумуляторов 34 и питания СВЧ-генераторов. Переменный и постоянный ток, полученные при рекуперации энергии заряженных частиц, также подаются в систему питания 32 для электроснабжения всех систем электрического ракетного двигателя, в том числе для питания импульсного лазера 40 и импульсного СВЧ-генератора создающего резонансный стримерный разряд (В - область разряда) 44, высокопроводящих электромагнитов 37 продольного магнитного поля.The accumulated electrostatic charge is converted into direct current and accelerating voltage, which is supplied in a pulsed mode to accelerating electrodes 7 (U = 2-3 kV) and 19 (U = 3-5 kV), and is also used to charge batteries 34 and supply microwave power generators. Alternating and direct current obtained during the recovery of energy of charged particles are also supplied to the power supply system 32 for powering all systems of an electric rocket engine, including powering a pulsed laser 40 and a pulsed microwave generator creating a resonant streamer discharge (V is the discharge region) 44 highly conductive electromagnets 37 of a longitudinal magnetic field.

Разделенные пучки ионов под действием продольного магнитного поля сжимаются и не взаимодействуют практически со стенками канала катионов 6, ускоряются под действием импульсного ускоряющего напряжения U=2-3 кВ электрода 7, разгоняются до сверхзвуковой скорости в сверхзвуковых соплах 8, в которых установлены обратные клапаны, а затем в виде газовых ионизированного потока ионов-радикалов и активных атомов взаимодействуют с огненным ядром продуктов сгорания детонационной камеры 15. Путем создания теплового удара и обогащения активными заряженными частицами. В камеру 15, где осуществляется тонкий распыл, горючее подается из бака 9 через обратный клапан 10, форсунку 11, а окислитель подается из бака 12, через обратный клапан 13, форсунку 14. Причем если в предварительной камере сгорания подается топливо с избытком горючего, то в детонационную камеру 15 с избытком окислителя.Separated ion beams under the action of a longitudinal magnetic field are compressed and do not interact practically with the walls of the cation channel 6, are accelerated by the pulse accelerating voltage U = 2-3 kV of the electrode 7, are accelerated to supersonic speed in supersonic nozzles 8 in which the check valves are installed, and then, in the form of a gas ionized stream of radical ions and active atoms, they interact with the fire core of the products of combustion of the detonation chamber 15. By creating heat shock and enriching with active charges particles. In the chamber 15, where the fine atomization is carried out, fuel is supplied from the tank 9 through the non-return valve 10, the nozzle 11, and the oxidizer is supplied from the tank 12, through the non-return valve 13, the nozzle 14. Moreover, if excess fuel is supplied in the preliminary combustion chamber, then into the detonation chamber 15 with an excess of oxidizing agent.

Распыленное топливо в камере 15 воспламеняется с образованием огненного ядра под действием импульсного СВЧ генератора, работающего в резонансном режиме, создающего квазиоптические импульсы длительностью 1 мкс и длиной волны λ=2÷6 см в зависимости от химического состава топлива, 44, энергия которого проходит через фокусирующую линзу 45 и отражается от радиоотражающего покрытия 47 навстречу квазиоптическим пучкам СВЧ-разряда, в результате резонанса генерируется стримерный разряд. Скорость распространения стримерного разряда может достигать 10-15 км/с, т.е. обеспечивать практически мгновенное инициирование горения по всей площади поперечного сечения детонационной камеры сгорания. Сигнал на СВЧ-генератор 44 подается от согласующего датчика 42, связанного с ускорителем 19, на блок импульсного включения СВЧ-генератора 43, который управляет импульсным процессом зажигания распыленного топлива в детонационной камере 15 (см., Булат П.В., Есаков И.И., Волобуев И.А., Грачев Л.П. О возможности ускорения горения в камерах сгорания перспективных реактивных двигателей при помощи глубокого подкритического СВЧ-разряда // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16 №2 с. 382-385).The atomized fuel in the chamber 15 ignites with the formation of a fire core under the influence of a pulsed microwave generator operating in the resonant mode, creating quasi-optical pulses of 1 μs duration and wavelength λ = 2 ÷ 6 cm depending on the chemical composition of the fuel, 44, whose energy passes through the focusing lens 45 and is reflected from the radio-reflective coating 47 towards the quasi-optical beams of the microwave discharge, as a result of resonance, a streamer discharge is generated. The propagation velocity of the streamer discharge can reach 10-15 km / s, i.e. provide almost instantaneous initiation of combustion over the entire cross-sectional area of the detonation combustion chamber. The signal to the microwave generator 44 is supplied from the matching sensor 42, connected with the accelerator 19, to the pulse switching unit of the microwave generator 43, which controls the pulse process of ignition of the atomized fuel in the detonation chamber 15 (see, Bulat P.V., Esakov I. I., Volobuev I.A., Grachev L.P. On the possibility of accelerating combustion in the combustion chambers of promising jet engines using a deep subcritical microwave discharge // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2016. V. 16 No. 2 pp. 382-385).

В резонаторе детонационной камеры сгорания возбуждается электромагнитное поле СВЧ высокой напряженности, за счет которого образуется плазма при сгорании топлива, обогащенного ионами-радикалами и активными частицами. Высокая напряженность электрического поля создается за счет резонанса волн в замкнутом объеме металлического резонатора. Радиус г полусферы резонатора выбирается из условия λкр>λ0, где λ0 - длина волны в свободном пространстве, λкр=2πк/U01 - критическая длина волны, на которую настроен резонатор, параметр U0l=2,405 - корень функции Бесселя J0(U)=0. (см. Ширман Я.Д. Волноводы и объемные резонаторы. - М.: Гос. изд. лит-ра по вопр. связи и радио, 1959. - 380 с.).A high-frequency microwave electromagnetic field is excited in the resonator of the detonation combustion chamber, due to which plasma is formed during the combustion of fuel enriched in radical ions and active particles. High electric field is created due to the resonance of waves in a closed volume of a metal resonator. The radius r of a hemisphere cavity chosen from the condition λ cr> λ 0, where λ 0 - wavelength in free space, λ cr = 2πk / U 01 - critical wavelength, which is configured resonator, U 0l parameter = 2.405 - the root of the Bessel function J 0 (U) = 0. (see Shirman Y.D. Waveguides and cavity resonators. - M.: State. Publishing House of Literature on Communication and Radio, 1959. - 380 p.).

Уровень напряженности СВЧ-поля поддерживается за счет фокусировки СВЧ-энергии отражающими поверхностями. Плазма под напором плазмообразующего газа, содержащего активные ионы-радикалы и атомы, расширяется под действием тепла, способствует объемному сгоранию топлива, где тоже содержится активные ионы-радикалы и атомы, полученные в предварительной камере сгорания, и движется по камере сгорания в виде струи, с образованием множества центров детонационного горения топлива. При этом для поддержания детонационного процесса накладывается электрическое поле в резонансном режиме с детонационной волной.The level of microwave field strength is maintained by focusing the microwave energy on reflective surfaces. Plasma under the pressure of a plasma-forming gas containing active radical ions and atoms expands under the action of heat, promotes volumetric combustion of fuel, which also contains active radical ions and atoms obtained in the preliminary combustion chamber, and moves along the combustion chamber in the form of a jet, with the formation of many centers of detonation combustion of fuel. In this case, to maintain the detonation process, an electric field is applied in the resonant mode with the detonation wave.

Разряд в фокусе проходящего и отраженного излучения представляет собой запутанную сеть очень тонких плазменных нитей, заполняющих полость фокуса и распространяющуюся в сторону источника (см. Инициации микроволнового стримерного разряда в газе / О.И. Воскобойников, С.Л. Гинзбург, В.Ф. Дьяченко, К.В. Ходатаев // ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, Москва, 2001).A discharge in the focus of transmitted and reflected radiation is an intricate network of very thin plasma filaments filling the cavity of the focus and propagating towards the source (see Initiations of a microwave streamer discharge in a gas / OI Voskoboinikov, S.L. Ginzburg, V.F. Dyachenko, K.V. Khodataev // IPM named after M.V. Keldysh RAS, Moscow, 2001).

На продукты сгорания топлива в детонационной камере 15 одновременно с резонансным СВЧ-облучением воздействуют высокоэнергетическим сверхзвуковым потоком ионов - радикалов и активных атомов, вылетающих из сопел 8. При этом процесс горения переходит в режим объемного детонационного горения и взрыва с повышением давления до 8-12 МПа и выше с развитием разветвленных цепных реакций, а также объемного радикально-цепного взрыва. В момент взрыва обратные клапаны 8 перекрывают вход в канал ионов - радикалов и активных атомов 6, а также трубопроводы в баки 9 и 12 за счет работы обратных клапанов 10 и 13, при выбросе продуктов сгорания клапаны снова открываются и сверхзвуковой поток устремляется в камеру 15, а топливо из баков 9 и 12 через форсунки 11 и 14 снова поступает в детонационную камеру, где происходит детонационное горение. При этом ударные волны отражаются от полусферической фокусирующей стенки детонационной камеры сгорания 15, фокусируются и концентрируются в точке А, усиливая энергию периодически инициируемых детонационных волн 17, взрывное горение продолжается при движении продуктов сгорания по каналу 18, так как в продукты сгорания топлива постоянно поступают высокоэнергетические заряженные частицы - ионы-радикалы и активные атомы, поддерживающие детонационный режим горения, а также процесс усиливается за счет энергии ускоряющего электрического поля. В качестве ионов-радикалов могут быть катионы-радикалы Н+,СН+,СО+2,

Figure 00000001
,
Figure 00000002
, а также анионы-радикалы ОН-,
Figure 00000003
, O-2, активные атомы и молекулы СН2O, О3. При воздействии энергии периодически инициируемой детонационной волны поток продуктов сгорания с заряженными частицами дополнительно ускоряется за счет импульсного ускоряющего напряжения, создаваемого электродом 19, на который подается напряжение 3-5 кВ от блока питания 32. Под действием химической энергии топлива, энергии бегущей периодически инициируемой детонационной волны и ускоряющего электрического поля поток разгоняется в магнитном сопле 20 до сверхзвуковых скоростей V-70-300 км/с, создавая высокую реактивную тягу и высокий удельный импульс, за счет использования химической и электрической энергии топлива, а также энергии периодически инициируемой детонационной волны и ускоряющего электрического поля. Ионы заряженных продуктов сгорания за срезом магнитного сопла 24 поступают через ускоритель 21 под действием ускоряющего электрического поля U=2-3 кВ, подаваемого с преобразователя 33 на электрод 22 электростатической ловушки 23, где происходит рекуперация энергии ионов в электростатическое напряжение, которое затем накапливается в конденсаторах ионисторного типа и сбрасывается в преобразователь 33. Ионы, прошедшие через ловушки 23, нейтрализуются и выходят в окружающее пространство в виде нейтральных молекул. Полученное электростатическое электричество используется также для питания электрических систем ЭРД (см. Димитров С.К., Обухов В.А., Системы торможения и рекуперации энергии плазменных потоков, (Ионные инжекторные и плазменные ускорители). Под ред. А.И. Морозова и Н.Н. Семашко, - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 193-219), (Пат. 2117398 РФ, МПК Н04В 13/00. Способ передачи энергии в вакууме / Аликаев В.В., Егоров А.H., Семашко Н.Н., Латышев Л.А. №97103964/09; заявл. 13.03.1997; опубл. 10.08.1998). Следует отметить, что электростатических ловушек 23 может быть установлено несколько и работать они могут с соответствующей полярностью на входе, вследствие чего они позволяют преобразовывать энергию как положительно заряженных ионов, так и отрицательно заряженных ионов.The products of fuel combustion in the detonation chamber 15 simultaneously with resonant microwave irradiation are affected by a high-energy supersonic flow of ions — radicals and active atoms emanating from nozzles 8. In this case, the combustion process goes into volume detonation combustion and explosion mode with an increase in pressure to 8-12 MPa and higher with the development of branched chain reactions, as well as a three-dimensional radical chain explosion. At the time of the explosion, the check valves 8 block the entrance to the channel of ions of radicals and active atoms 6, as well as the pipelines to the tanks 9 and 12 due to the operation of the check valves 10 and 13, when the combustion products are released, the valves open again and the supersonic flow rushes into the chamber 15, and the fuel from the tanks 9 and 12 through the nozzles 11 and 14 again enters the detonation chamber, where detonation combustion occurs. In this case, shock waves are reflected from the hemispherical focusing wall of the detonation combustion chamber 15, are focused and concentrated at point A, amplifying the energy of periodically initiated detonation waves 17, explosive combustion continues as the combustion products move along channel 18, since high-energy charged particles - radical ions and active atoms that support detonation combustion, and the process is enhanced by the energy of an accelerating electric field . As radical ions can be radical cations H + , CH + , CO +2 ,
Figure 00000001
,
Figure 00000002
, as well as radical anions OH - ,
Figure 00000003
, O -2 , active atoms and molecules of CH 2 O, O 3 . When exposed to the energy of a periodically initiated detonation wave, the flow of combustion products with charged particles is additionally accelerated by the pulse accelerating voltage generated by the electrode 19, to which a voltage of 3-5 kV is supplied from the power supply 32. Under the influence of the chemical energy of the fuel, the energy of a traveling periodically initiated detonation wave and of an accelerating electric field, the flow accelerates in a magnetic nozzle 20 to supersonic speeds of V-70-300 km / s, creating high reactive thrust and high specific th impulse due to the use of chemical and electrical energy of the fuel, as well as the energy of the periodically initiated detonation wave and accelerating electric field. Ions of charged combustion products beyond the cut of the magnetic nozzle 24 enter through the accelerator 21 under the action of an accelerating electric field U = 2-3 kV, supplied from the converter 33 to the electrode 22 of the electrostatic trap 23, where ion energy is recovered to the electrostatic voltage, which then accumulates in the capacitors the ionistor type and is discharged into the transducer 33. The ions passing through the traps 23 are neutralized and exit into the surrounding space in the form of neutral molecules. The obtained electrostatic electricity is also used to power electric propulsion systems (see Dimitrov S.K., Obukhov V.A., Braking and energy recovery systems for plasma flows, (Ion injection and plasma accelerators). Edited by A.I. Morozov and NN Semashko, - M .: Energoatomizdat, 1989, p. 193-219), (Pat. 2117398 RF, IPC Н04В 13/00. Method of energy transfer in vacuum / Alikaev VV, Egorov A.H. , Semashko N.N., Latyshev L.A. No. 97103964/09; claimed 13.03.1997; published 10.08.1998). It should be noted that several electrostatic traps 23 can be installed and they can work with the corresponding polarity at the input, as a result of which they can convert the energy of both positively charged ions and negatively charged ions.

Работа системы подачи, например, углеводородного топлива из баков 1, 2, 9, 12 и всех энергетических систем, работающих в импульсном режиме на частотах 200 Гц и выше, должна быть согласована с импульсно-детонационными процессами горения топлива. В качестве рабочей смеси может быть использовано углеводородное топливо, желательно образующее простые ионы-радикалы, в качестве окислителя - кислород. Может также применяться водородное топливо, а в качестве окислителя - кислород.The operation of the supply system, for example, hydrocarbon fuel from tanks 1, 2, 9, 12 and all energy systems operating in a pulsed mode at frequencies of 200 Hz and higher, must be coordinated with pulse-detonation processes of fuel combustion. As a working mixture, hydrocarbon fuel may be used, preferably forming simple radical ions, and oxygen as an oxidizing agent. Hydrogen fuel may also be used, and oxygen as an oxidizing agent.

Скорость продуктов сгорания за срезом магнитного сопла 20 может составлять 30-300 км/с в зависимости от импульсно-детонационного режима работы и применяемого топлива.The speed of the combustion products beyond the cut of the magnetic nozzle 20 can be 30-300 km / s, depending on the pulse-detonation mode of operation and the fuel used.

Технический результат способа, повышение энергетического КПД и полноты сгорания топлива, при использовании процессов горения, например, в электрическом ракетном двигателе (ЭРД), повышение удельной тяги в 1,3-1,5 раза, а так же удельного импульса.The technical result of the method, increasing energy efficiency and completeness of fuel combustion when using combustion processes, for example, in an electric rocket engine (ERE), increasing specific thrust by 1.3-1.5 times, as well as specific impulse.

Claims (10)

1. Способ сжигания углеводородного топлива, при котором реализуется стимулированное разрушение молекул метастабильных промежуточных продуктов неполного окисления углеводородов, накопленных в объеме реакции сгорания окислителя и горючего путем энергетического воздействия свободными электронами, ускоренными электрическим полем, отличающийся тем, что стимулированное разрушение молекул метастабильных промежуточных продуктов неполного окисления углеводородов сначала осуществляют электронным ударом в предварительной камере сгорания СВЧ-облучением в электронно-циклотронном резонансном режиме в поперечном магнитном поле при горении топлива с высокой скоростью диссоциации молекул, с отрывом электронов от атомов, образованием ионов-радикалов и активных молекул, которые затем с ускорением потока под действием давления и ускоряющего электрического поля направляют в детонационную камеру сгорания, где на продукты горения топлива, осуществляемого под действием резонансного квазиоптического СВЧ-излучения, воздействуют лавинообразным энергетическим потоком активных частиц с интенсификацией цепных разветвленных реакций объемного детонационного процесса горения, устойчивость которого при этом поддерживается наложением отраженных ударных волн от фокусирующего днища и элементов детонационной камеры сгорания и воздействия резонансного электрического поля с детонационной волной.1. A method of burning hydrocarbon fuel, which implements stimulated destruction of the molecules of metastable intermediate products of incomplete oxidation of hydrocarbons accumulated in the volume of the combustion reaction of the oxidizer and fuel by the action of free electrons accelerated by an electric field, characterized in that the stimulated destruction of molecules of metastable intermediate products of incomplete oxidation hydrocarbons are first carried out by electron impact in the preliminary chamber burned I microwave radiation in the electron-cyclotron resonance mode in a transverse magnetic field during fuel combustion with a high dissociation rate of molecules, with the separation of electrons from atoms, the formation of radical ions and active molecules, which then direct the flow under the influence of pressure and an accelerating electric field into the detonation combustion chamber, where the products of the combustion of fuel carried out under the action of resonant quasi-optical microwave radiation are affected by an avalanche-like energy flow of active particles with intensification of branched chain reactions of the volumetric detonation combustion process, the stability of which is supported by the superposition of reflected shock waves from the focusing bottom and elements of the detonation combustion chamber and the effect of a resonant electric field with a detonation wave. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что магнитным полем отделяются потоки заряженных частиц, а оторванные электроны от атомов и ионов при СВЧ-воздействии в электронно-циклотронном резонансном режиме удаляют из предварительной камеры сгорания и преобразуют в электрическую мощность, повышая концентрацию и время жизненного цикла ионов-радикалов и активных атомов в продуктах неполного окисления, а также энергетическую эффективность процесса.2. The method according to p. 1, characterized in that the flux of charged particles is separated by a magnetic field, and the separated electrons from atoms and ions during microwave exposure in the electron-cyclotron resonance mode are removed from the preliminary combustion chamber and converted into electric power, increasing the concentration and the life cycle of radical ions and active atoms in products of incomplete oxidation, as well as the energy efficiency of the process. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горение производят с избытком горючего в предварительной камере сгорания при воздействии на него электронно-циклотронным резонансным СВЧ-разрядом, при этом полученными ионами-радикалами и активными атомами воздействуют ускоренным лавинообразным потоком на продукты горения топлива с избытком окислителя в детонационной камере сгорания.3. The method according to p. 1, characterized in that the combustion is carried out with excess fuel in the preliminary combustion chamber when exposed to an electron-cyclotron resonant microwave discharge, while the resulting radical ions and active atoms act on the accelerated avalanche-like flow on the fuel combustion products with an excess of oxidizing agent in the detonation combustion chamber. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят горение топлива, состоящего из более чем двух компонентов, включая окислитель, горючее, однокомпонентное топливо и специальные добавки, с целью активации процесса горения, например, с применением в качестве топлива, подаваемого в предварительную камеру сгорания (водородного однокомпонентного топлива) - перекиси водорода, а в детонационную камеру сгорания горючего с активированными добавками и окислителя.4. The method according to p. 1, characterized in that they produce combustion of a fuel consisting of more than two components, including an oxidizing agent, fuel, one-component fuel and special additives, in order to activate the combustion process, for example, using fuel supplied to the preliminary combustion chamber (hydrogen single-component fuel) is hydrogen peroxide, and an oxidizing agent into the detonation combustion chamber of the fuel with activated additives. 5. Способ п. 1, отличающийся тем, что детонационный процесс осуществляют с применением топлива с избытком окислителя в предварительной камере сгорания, а в детонационной камере сгорания с избытком горючего при воздействии на процесс горения резонансным лазерным излучением.5. The method of claim 1, characterized in that the detonation process is carried out using fuel with an excess of oxidizing agent in the preliminary combustion chamber, and in the detonation combustion chamber with excess fuel when exposed to resonant laser radiation on the combustion process. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для создания детонационного процесса горения топлива используют одну камеру, в которой создают высокоэнергетическое плазменное ядро при помощи СВЧ-облучения в электронно-циклотронном резонансном режиме в магнитном поле и осуществляют энергетическое воздействие на продукты горения огненного ядра у форсуночной головки днища камеры сгорания, за счет рециркуляции активных атомов и ионов-радикалов из плазменного ядра путем действия прямого и обратного ускоряющего электрического напряжения.6. The method according to p. 1, characterized in that to create the detonation process of fuel combustion, one chamber is used in which a high-energy plasma core is created using microwave irradiation in the electron-cyclotron resonance mode in a magnetic field and the energy effect on the combustion products of the fire nuclei at the nozzle head of the bottom of the combustion chamber, due to the recirculation of active atoms and radical ions from the plasma core by the action of direct and reverse accelerating electric voltage. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения ионов-радикалов и активных атомов используется газовый поток, который ионизируются СВЧ-облучением в электронно-циклотронном резонансном режиме, а затем направляют в детонационную камеру сгорания, в которой создают детонационный процесс.7. The method according to p. 1, characterized in that to obtain radical ions and active atoms, a gas stream is used, which is ionized by microwave radiation in an electron-cyclotron resonance mode, and then sent to a detonation combustion chamber, in which a detonation process is created. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поджиг распыленного топлива в детонационной камере сгорания осуществляют за счет тепловой энергии лавинообразного потока активных ионизированных частиц, получаемых в предварительной камере сгорания.8. The method according to p. 1, characterized in that the ignition of the atomized fuel in the detonation combustion chamber is carried out due to the thermal energy of the avalanche-like flow of active ionized particles obtained in the preliminary combustion chamber. 9. Устройство для сжигания углеводородного топлива, содержащее камеру сгорания с источником энергетического воздействия на молекулы смеси, позволяющее осуществлять стимулированное разрушение продуктов неполного окисления, отличающееся тем, что выполнено из двух камер сгорания, предварительной и детонационной, соединенными между собой соплами и обратными клапанами, при этом источник энергетического воздействия, установлен снаружи предварительной камеры сгорания, состоит из СВЧ-генератора, работающего в КВЧ-диапазоне, соединенного с волноводными каналами с облучателями, направленными на радиопрозрачные мембраны, установленные в стенке предварительной камеры сгорания, снаружи которой размещен индуктор поперечного магнитного поля, позволяющими обеспечить электронным ударом в электронно-циклотронном резонансном режиме активацию продуктов сгорания.9. A device for burning hydrocarbon fuel containing a combustion chamber with a source of energy exposure to the molecules of the mixture, which allows for the stimulated destruction of products of incomplete oxidation, characterized in that it is made of two combustion chambers, preliminary and detonation, interconnected by nozzles and check valves, this source of energy exposure, installed outside the preliminary combustion chamber, consists of a microwave generator operating in the UHF range, connected to waveguide channels with irradiators aimed at radiolucent membranes installed in the wall of the preliminary combustion chamber, on the outside of which there is a transverse magnetic field inductor, which allows the electron products to be activated in the electron-cyclotron resonance mode to activate combustion products. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что детонационная камера сгорания, соединенная с каналом продуктов сгорания и соплом Лаваля, выполнена в виде усеченной полусферы, внутри которой нанесено радиоотражающее покрытие с размерными параметрами объемного резонатора, создающего резонансный режим квазиоптического СВЧ-облучения продуктов сгорания с образованием стримерного разряда, обеспечивающего ускоренное объемное сгорание топлива.10. The device according to p. 9, characterized in that the detonation combustion chamber connected to the channel of the combustion products and the Laval nozzle is made in the form of a truncated hemisphere, inside which a radio-reflective coating with dimensional parameters of the volume resonator is applied, creating a resonant regime of quasi-optical microwave irradiation of products combustion with the formation of a streamer discharge, providing accelerated volumetric combustion of fuel.
RU2017136934A 2017-10-19 2017-10-19 Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation RU2675732C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017136934A RU2675732C2 (en) 2017-10-19 2017-10-19 Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017136934A RU2675732C2 (en) 2017-10-19 2017-10-19 Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017136934A RU2017136934A (en) 2018-04-17
RU2017136934A3 RU2017136934A3 (en) 2018-11-13
RU2675732C2 true RU2675732C2 (en) 2018-12-24

Family

ID=61974462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017136934A RU2675732C2 (en) 2017-10-19 2017-10-19 Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2675732C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740349C1 (en) * 2020-04-24 2021-01-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук Method for non-waste combustion of carbon fuel
RU2805142C2 (en) * 2019-04-05 2023-10-11 Дельта Лабораториз Холдинг Б.В. Vehicle with fuel thickener

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU66429U1 (en) * 2007-03-22 2007-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский электромеханический институт" FUEL PREPARATION DEVICE
RU2442008C1 (en) * 2010-06-16 2012-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Impulse detonation rocket engine
EA018694B1 (en) * 2009-12-15 2013-09-30 Александр Александрович ЗВОНОВ Antiaircraft guided missile
RU2567896C2 (en) * 2013-06-05 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) Electric reactive thrust development

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU66429U1 (en) * 2007-03-22 2007-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский электромеханический институт" FUEL PREPARATION DEVICE
EA018694B1 (en) * 2009-12-15 2013-09-30 Александр Александрович ЗВОНОВ Antiaircraft guided missile
RU2442008C1 (en) * 2010-06-16 2012-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Impulse detonation rocket engine
RU2567896C2 (en) * 2013-06-05 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) Electric reactive thrust development

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805142C2 (en) * 2019-04-05 2023-10-11 Дельта Лабораториз Холдинг Б.В. Vehicle with fuel thickener
RU2740349C1 (en) * 2020-04-24 2021-01-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук Method for non-waste combustion of carbon fuel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017136934A (en) 2018-04-17
RU2017136934A3 (en) 2018-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Starikovskiy et al. Plasma-assisted ignition and combustion
WO2001033073A1 (en) Ignition system for an internal combustion engine
JP2009036197A (en) Ignition and chemical reaction accelerator and flame stabilizer, speed-type internal combustion engine, and furnace
JP2009516794A (en) Method for initiating ignition, enhancing or reforming combustion of air-fuel and fuel-oxygen mixture
Nakajima et al. 100-GeV large scale laser plasma electron acceleration by a multi-PW laser
Konstantinovskii et al. Effect of a gas discharge on the ignition in the hydrogen-oxygen system
Rakitin et al. Mechanisms of deflagration-to-detonation transition under initiation by high-voltage nanosecond discharges
RU2675732C2 (en) Hydrocarbon fuel combustion method and device for its implementation
RU2633075C1 (en) Method for creating electric propulsion thrust
Artem’Ev et al. Subthreshold self-sustained discharge initiated by a microwave beam in a large volume of high-pressure gas
RU2339840C2 (en) Method of igniting fuel mixture in engine combustion chamber and device to this effect
Macheret et al. Energy efficiency of plasma-assisted combustion in ram/scramjet engines
RU93962U1 (en) Anti-aircraft guided missile
EA018694B1 (en) Antiaircraft guided missile
Tropina et al. Modeling of laser ignition in hydrogen-air mixture
Berezhetskaya et al. Microwave discharge as a method for igniting combustion in gas mixtures
RU2435059C1 (en) Intermittent detonation engine
RU60145U1 (en) KNOCKING ENGINE WITH ELECTROMAGNETIC CONTROL DEVICE
RU2550209C1 (en) Method of ignition and combustion of fuel in athodyd
RU2265158C1 (en) Mode of incineration of hydrocarbon fuel and an arrangement for realization of this mode
RU60144U1 (en) DETONATION ENGINE WITH MAGNETIC-DYNAMIC CONTROL DEVICE
Suchomel et al. Perspectives on cataloging plasma technologies applied to aeronautical sciences
RU2490498C1 (en) Intermittent detonation engine
US20180128480A1 (en) Thermo-kinetic reactor with micro-nuclear implosions
Starikovskiy Plasma-Assisted PDE and Deflagration-to-Detonation Transition

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201020