RU2737322C2 - Detonation engine operation method and device for its implementation - Google Patents

Detonation engine operation method and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2737322C2
RU2737322C2 RU2019112972A RU2019112972A RU2737322C2 RU 2737322 C2 RU2737322 C2 RU 2737322C2 RU 2019112972 A RU2019112972 A RU 2019112972A RU 2019112972 A RU2019112972 A RU 2019112972A RU 2737322 C2 RU2737322 C2 RU 2737322C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
annular
combustion chamber
fuel
oxygen
detonation
Prior art date
Application number
RU2019112972A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019112972A3 (en
RU2019112972A (en
Inventor
Владимир Алексеевич Левин
Иван Сергеевич Мануйлович
Владимир Васильевич Марков
Андрей Викторович Сысоев
Валерий Николаевич Серманов
Александр Николаевич Хмелевский
Татьяна Анатольевна Журавская
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского"
Priority to RU2019112972A priority Critical patent/RU2737322C2/en
Publication of RU2019112972A3 publication Critical patent/RU2019112972A3/ru
Publication of RU2019112972A publication Critical patent/RU2019112972A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2737322C2 publication Critical patent/RU2737322C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/02—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof the jet being intermittent, i.e. pulse-jet
    • F02K7/04—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof the jet being intermittent, i.e. pulse-jet with resonant combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/62—Combustion or thrust chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R7/00—Intermittent or explosive combustion chambers

Abstract

FIELD: aviation; engine building.SUBSTANCE: invention can be used in aircraft engines. Method of detonation engine operation consists in fact that fuel components are supplied into annular combustion chamber (1), their mixing and combustion with creation of continuous rotating detonation wave with subsequent flow of combustion products into traction device. Fuel components are preliminary supplied to annular header (4), where they are mixed and supplied to annular combustion chamber (1) in radial direction to its axis. Exhaust of combustion products is carried out to axis of traction device with additional compression of combustion products due to their movement to axis and focusing of disturbances, reflected from traction device wall (11), and afterburning. Disclosed is an apparatus for realizing a method of operating a detonation engine.EFFECT: technical result consists in improvement of specific thrust and reliability of power plant operation.10 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано для получения тяги и обеспечения движения транспортных средств различного назначения.The invention relates to the field of aviation and can be used to obtain traction and ensure the movement of vehicles for various purposes.

По сравнению с традиционными авиационными двигателями детонационные двигатели обеспечивают существенное улучшение тягово-экономических и массогабаритных показателей, упрощение конструкции (Импульсные детонационные двигатели / Под ред. С.М. Фролова, М.: Торус пресс, 2006).Compared to traditional aircraft engines, detonation engines provide a significant improvement in traction, economic and weight and dimensions, and simplify the design (Pulse detonation engines / Ed. By S.M. Frolov, Moscow: Torus press, 2006).

Известны различные варианты способа функционирования двигателя с непрерывно вращающейся детонацией, основанные на исследованиях, описанных в книге Ф.А. Быковского и С.А. Ждана "Непрерывная спиновая детонация" (Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2013). Начало исследований восходит к экспериментам Б.В. Войцеховского 1959 г.There are various variants of the method of operation of an engine with continuously rotating detonation, based on the studies described in the book by F.A. Bykovsky and S.A. Zhdan "Continuous spin detonation" (Novosibirsk, Publishing house of the SB RAS, 2013). The beginning of research goes back to the experiments of B.V. Voitsekhovsky 1959

Известен способ работы пульсирующего детонационного двигателя (патент RU 2034996, 1995), использованный при разработке турбореактивной или прямоточной силовой установки. Способ получения тяги заключается в сжигании горючего с избытком окислителя, последующей подаче горючего в полученные продукты сгорания, получении рабочего тела и преобразовании его внутренней энергии в работу силы тяги, посредством периодически повторяющегося процесса детонации в газодинамическом резонаторе.The known method of operation of a pulsating detonation engine (patent RU 2034996, 1995), used in the development of a turbojet or ramjet power plant. The method for obtaining thrust consists in burning fuel with an excess of an oxidizer, then supplying fuel to the resulting combustion products, obtaining a working fluid and converting its internal energy into the work of traction force, through a periodically repeating detonation process in a gas-dynamic resonator.

Недостатком рассматриваемого способа работы пульсирующего детонационного двигателя является то, что для сжатия воздуха и топливовоздушной смеси при ее подаче в специальные тяговые модули используется генератор сжатого воздуха, представляющий собой обычный газотурбинный двигатель, что нерационально, так как снижает КПД силовой установки.The disadvantage of the considered method of operation of a pulsating detonation engine is that a compressed air generator is used to compress air and the air-fuel mixture when it is supplied to special traction modules, which is a conventional gas turbine engine, which is irrational, since it reduces the efficiency of the power plant.

Известен способ работы воздушно-реактивного двигателя с тяговыми модулями пульсирующего детонационного сгорания (патент RU 2375601, 2009), заключающийся в том, что горючее активируют перед подачей его в детонационную камеру сгорания в специальных теплообменниках, которые нагревают от источника тока.A known method of operating an air-jet engine with traction modules of pulsating detonation combustion (patent RU 2375601, 2009), which consists in the fact that the fuel is activated before feeding it into the detonation combustion chamber in special heat exchangers that are heated from a power source.

Недостатком приведенного способа работы пульсирующего детонационного модуля является необходимость применения специальных теплообменников, что усложняет конструкцию и ухудшает тяговую отдачу двигателя.The disadvantage of the above method of operation of the pulsating detonation module is the need to use special heat exchangers, which complicates the design and worsens the thrust output of the engine.

Известна система и способ сжигания для поддержания непрерывной детонационной волны с нестационарной плазмой (заявка US 61/245034, 2009; патент RU 2537659, МПК F02K 7/04, 2009), способ содержит подачу компонентов топлива в кольцевую камеру сгорания, их перемешивание и горение с созданием непрерывной вращающейся волны детонации с последующим истечением продуктов сгорания в тяговое устройство. Изобретение позволяет поддерживать непрерывную, стабильную детонационную волну, которая обеспечивает низкое давление подачи и высокую эффективность сжигания топлива.A known combustion system and method for maintaining a continuous detonation wave with non-stationary plasma (application US 61/245034, 2009; patent RU 2537659, IPC F02K 7/04, 2009), the method comprises feeding fuel components into an annular combustion chamber, mixing and burning with creation of a continuous rotating detonation wave with the subsequent outflow of combustion products into the traction device. The invention allows maintaining a continuous, stable detonation wave, which provides a low feed pressure and high efficiency of fuel combustion.

Способ реализации непрерывной детонации наиболее близок к предлагаемому изобретению, и может быть принят за прототип.The method for implementing continuous detonation is closest to the proposed invention, and can be taken as a prototype.

Ключевой особенностью известных способов использования непрерывно вращающейся детонации является движение компонентов топливной смеси через кольцевую камеру сгорания с вращающейся детонацией вдоль оси кольцевой камеры. Это ограничивает область применения этих способов турбореактивными и прямоточными силовыми установками, снижает их КПД, топливную эффективность и удельную тягу.The key feature of the known methods of using continuously rotating detonation is the movement of the components of the fuel mixture through the annular combustion chamber with rotating detonation along the axis of the annular chamber. This limits the field of application of these methods to turbojet and ramjet power plants, reduces their efficiency, fuel efficiency and specific thrust.

Известны различные устройства пульсирующего детонационного двигателя с резонатором.Various devices are known for a pulsating detonation engine with a resonator.

Известна камера сгорания пульсирующего детонационного двигателя (RU 2084675 C1, МПК F02K, 7/02), содержащая в корпусе сверхзвуковое сопло и расположенный соосно с ним резонатор в виде трубки, открытый конец которой обращен в сторону истечения рабочего тела, а другой замкнут. Полость между корпусом и поверхностью сопла является камерой смешения, выходная часть которой представляет собой сверхзвуковое сопло.Known is a combustion chamber of a pulsating detonation engine (RU 2084675 C1, IPC F02K, 7/02) containing a supersonic nozzle in a housing and a resonator in the form of a tube located coaxially with it, the open end of which is directed towards the outflow of the working fluid, and the other is closed. The cavity between the body and the nozzle surface is a mixing chamber, the outlet of which is a supersonic nozzle.

Недостатком рассмотренной камеры детонационного горения является необходимость применения генератора сжатого воздуха в виде турбокомпрессорного агрегата из-за нерационального сжигания горючего при малых рабочих давлениях.The disadvantage of the considered detonation combustion chamber is the need to use a compressed air generator in the form of a turbocompressor unit due to irrational combustion of fuel at low operating pressures.

Теоретическое исследование возможных характеристик пульсирующего детонационного двигателя с резонатором было выполнено в работах В.А. Левина с соавторами, например: Levin V.A, Nechaev J.N, Tarasov A.I. A new approach to organizing operation cycles in pulsed detonation engines. High-Speed Deflagration and Detonation: Fundamentals and Control. Eds. G.D. Roy, S.M. Frolov, R.W. Netzer, and A.A. Borisov. Moscow, ELEX-KM Publishers, 2001, pp. 223-238. Описанное в этой статье устройство детонационного двигателя, содержащее систему подачи компонентов топлива в кольцевую камеру сгорания, тяговое устройство, резонаторную полость и выходное сопло, наиболее близко к предлагаемому в настоящем изобретении техническому решению, и оно может быть принято за прототип устройства для реализации предлагаемого способа функционирования детонационного двигателя.A theoretical study of the possible characteristics of a pulsating detonation engine with a resonator was carried out in the works of V.A. Levin with co-authors, for example: Levin V.A, Nechaev J.N, Tarasov A.I. A new approach to organizing operation cycles in pulsed detonation engines. High-Speed Deflagration and Detonation: Fundamentals and Control. Eds. G.D. Roy, S.M. Frolov, R.W. Netzer, and A.A. Borisov. Moscow, ELEX-KM Publishers, 2001, pp. 223-238. The device of a detonation engine described in this article, containing a system for supplying fuel components to an annular combustion chamber, a traction device, a resonator cavity and an outlet nozzle, is closest to the technical solution proposed in the present invention, and it can be taken as a prototype of a device for implementing the proposed method of operation detonation engine.

Недостатками известного устройства являются, низкие КПД, топливная эффективность, удельная тяга и надежность работы силовой установкиThe disadvantages of the known device are low efficiency, fuel efficiency, specific thrust and reliability of the power plant

Задачей и техническими результатами заявляемого изобретения являются создание эффективного способа функционирования детонационного двигателя с вращающейся детонацией для получения тяги, обеспечивающего повышение КПД, топливной эффективности, удельной тяги и надежности работы силовой установки.The task and the technical results of the claimed invention are to create an effective method for the operation of a detonation engine with rotating detonation to obtain thrust, providing an increase in efficiency, fuel efficiency, specific thrust and reliability of the power plant.

Решение поставленной задачи и технические результаты достигаются тем, что в предлагаемом способе функционирования детонационного двигателя, содержащем подачу компонентов топлива в кольцевую камеру сгорания, их перемешивание и горение с созданием непрерывной вращающейся волны детонации с последующим истечением продуктов сгорания в тяговое устройство, компоненты топлива предварительно подают в кольцевой коллектор, где осуществляют их перемешивание и подачу в кольцевую камеру сгорания в радиальном направлении к ее оси. Истечение продуктов сгорания осуществляют к оси тягового устройства, с дополнительным сжатием продуктов сгорания за счет движения их к оси и фокусирования возмущений, отражающихся от стенки тягового устройства, и проводят дожигание.The solution to the problem and the technical results are achieved by the fact that in the proposed method of operation of the detonation engine, which contains the supply of fuel components to the annular combustion chamber, their mixing and combustion with the creation of a continuous rotating detonation wave followed by the outflow of combustion products into the traction device, the fuel components are preliminarily supplied to an annular collector, where they are mixed and fed into the annular combustion chamber in the radial direction to its axis. The outflow of combustion products is carried out to the axis of the traction device, with additional compression of the combustion products due to their movement towards the axis and focusing of disturbances reflected from the wall of the traction device, and afterburning is carried out.

Технический результат достигается также тем, что компоненты топлива формируют путем предварительной активации углеводородного топлива посредством кислородной конверсии в термохимическом реакторе с получением продуктов конверсии (конвертина) и дополнительной подачи кислорода.The technical result is also achieved by the fact that the fuel components are formed by preliminary activation of hydrocarbon fuel by means of oxygen conversion in a thermochemical reactor to obtain conversion products (converting) and additional oxygen supply.

Технический результат достигается также тем, что кислород получают в результате разложения твердотопливного элемента на основе хлоратных или перхлоратных соединений в генераторе кислорода.The technical result is also achieved by the fact that oxygen is obtained as a result of decomposition of a solid fuel cell based on chlorate or perchlorate compounds in an oxygen generator.

Технический результат достигается также тем, что кислород используют для получения конвертина в термохимическом реакторе, и для осуществления процесса детонации в кольцевой камере сгорания.The technical result is also achieved by the fact that oxygen is used to obtain envelope in a thermochemical reactor, and to carry out the detonation process in an annular combustion chamber.

Технический результат достигается также тем, что отношение расхода кислорода через реактор Gr к расходу кислорода через камеру сгорания Go составляет величину

Figure 00000001
The technical result is also achieved by the fact that the ratio of the oxygen consumption through the reactor Gr to the oxygen consumption through the combustion chamber Go is
Figure 00000001

Технический результат достигается также тем, что горение топлива инициируют электрическим разрядом.The technical result is also achieved by the fact that fuel combustion is initiated by an electric discharge.

В устройстве для реализации способа функционирования детонационного двигателя, содержащем кольцевую камеру сгорания, систему подачи в нее компонентов топлива, тяговое устройство с отражающей стенкой и выходное сопло, оно дополнительно содержит расположенный на внешней стороне кольцевой камеры сгорания кольцевой топливный коллектор для перемешивания компонентов топлива. Стенка между кольцевым коллектором и кольцевой камерой сгорания имеет отверстия для истечения смешанных компонентов топлива в кольцевую камеру сгорания в радиальном направлении к ее оси.In a device for implementing a method of operation of a detonation engine, comprising an annular combustion chamber, a system for supplying fuel components to it, a traction device with a reflecting wall and an outlet nozzle, it further comprises an annular fuel manifold located on the outer side of the annular combustion chamber for mixing fuel components. The wall between the annular collector and the annular combustion chamber has holes for the outflow of the mixed fuel components into the annular combustion chamber in the radial direction to its axis.

Технический результат достигается также тем, что система подачи компонентов топлива содержит генератор кислорода, соединенный с кольцевым топливным коллектором, а через трубку Вентури, термохимический реактор и трубопровод продуктов конверсии соединен с противоположной стороной кольцевого топливного коллектора.The technical result is also achieved by the fact that the fuel component supply system contains an oxygen generator connected to the annular fuel manifold, and through the Venturi tube, the thermochemical reactor and the conversion products pipeline is connected to the opposite side of the annular fuel manifold.

Технический результат достигается также тем, что кольцевая камера сгорания в поперечном сечении выполнена прямоугольной.The technical result is also achieved by the fact that the annular combustion chamber is rectangular in cross section.

Технический результат достигается также тем, что отражающая стенка выполнена выпуклой с точки зрения внешнего наблюдателя, например, в форме параболоида.The technical result is also achieved by the fact that the reflecting wall is made convex from the point of view of an external observer, for example, in the form of a paraboloid.

Технический результат достигается также тем, что отношение площади критического сечения трубки Вентури к площади сечения кислородного трубопровода составляет

Figure 00000002
The technical result is also achieved by the fact that the ratio of the critical sectional area of the venturi tube to the sectional area of the oxygen pipeline is
Figure 00000002

Техническая сущность изобретения поясняется описанием и чертежами, где на фиг. 1-3 показаны:The technical essence of the invention is illustrated by the description and drawings, where Fig. 1-3 are shown:

на фиг. 1 - принципиальная схема детонационного двигателя (продольный разрез), реализующего предлагаемый способ.in fig. 1 is a schematic diagram of a detonation engine (longitudinal section) that implements the proposed method.

на фиг. 2 - поперечный разрез детонационного двигателя с вращающейся волной детонации.in fig. 2 is a cross-sectional view of a detonation engine with a rotating detonation wave.

на фиг. 3 приведена зависимость коэффициента избытка окислителя в детонационной камере сгорания αкс от коэффициента избытка окислителя в реакторе αR.in fig. 3 shows the dependence of the excess ratio of the oxidant in the detonation combustion chamber α кс on the excess ratio of the oxidant in the reactor α R.

Детонационный двигатель содержит кольцевую камеру сгорания 1, генератор кислорода 2, термохимический реактор 3, топливный коллектор 4 с отверстиями 5 для подачи горючей смеси, твердотопливный элемент 6, кислородный трубопровод 7, трубопровод продуктов реакции термохимической конверсии 8, трубку Вентури 9, отверстие 10 для подачи углеводородного топлива в реактор, отражающую тяговую стенку 11, резонаторную полость 12 и выходное сопло 13.The detonation engine contains an annular combustion chamber 1, an oxygen generator 2, a thermochemical reactor 3, a fuel manifold 4 with openings 5 for feeding a combustible mixture, a solid fuel cell 6, an oxygen pipeline 7, a pipeline for the reaction products of a thermochemical conversion 8, a Venturi tube 9, an opening 10 for supply hydrocarbon fuel into the reactor, the reflective thrust wall 11, the resonator cavity 12 and the outlet nozzle 13.

В отличие от описанных выше двигателей с вращающейся детонацией, в предлагаемом способе функционирования двигателя компоненты топлива предварительно подают в кольцевой коллектор, где осуществляют их перемешивание и подачу в кольцевую камеру сгорания в радиальном направлении к ее оси. Истечение продуктов сгорания осуществляют к оси тягового устройства с дополнительным сжатием продуктов сгорания за счет движения их к оси и фокусирования возмущений, отражающихся от стенки тягового устройства, и проводят дожигание.In contrast to the engines with rotary detonation described above, in the proposed method of engine operation, the fuel components are preliminarily fed into the annular collector, where they are mixed and fed into the annular combustion chamber in the radial direction to its axis. The outflow of combustion products is carried out to the axis of the traction device with additional compression of the combustion products due to their movement towards the axis and focusing of disturbances reflected from the wall of the traction device, and afterburning is carried out.

Отличительными особенностями предлагаемого способа функционирования детонационного двигателя также являются:Distinctive features of the proposed method of operation of the detonation engine are also:

1) использование предварительной активации углеводородного топлива посредством его кислородной конверсии в термохимическом реакторе с получением конвертина;1) the use of preliminary activation of hydrocarbon fuel by means of its oxygen conversion in a thermochemical reactor with the production of envelope;

2) использование кислорода для получения конвертина в термохимическом реакторе и для осуществления процесса детонации в кольцевой камере сгорания.2) the use of oxygen to obtain envelope in a thermochemical reactor and to carry out the detonation process in an annular combustion chamber.

3) отношение расхода кислорода через реактор Gr к расходу кислорода через камеру сгорания G02 и составляет величину

Figure 00000003
.3) the ratio of the oxygen consumption through the reactor G r to the oxygen consumption through the combustion chamber G 02 and is the value
Figure 00000003
...

4) получение кислорода в результате разложения твердотопливного элемента на основе хлоратных или перхлоратных соединений в генераторе кислорода.4) obtaining oxygen as a result of the decomposition of a solid fuel cell based on chlorate or perchlorate compounds in an oxygen generator.

Кислородная конверсия углеводородного топлива осуществляется в термохимическом реакторе, причем кислород получают из твердотопливного элемента, размещенного в генераторе кислорода, например, хлората натрия, реакция разложения которого протекает по приближенному уравнению:Oxygen conversion of hydrocarbon fuel is carried out in a thermochemical reactor, and oxygen is obtained from a solid fuel cell located in an oxygen generator, for example, sodium chlorate, the decomposition reaction of which proceeds according to the approximate equation:

Figure 00000004
Figure 00000004

В присутствии в твердотопливном элементе других компонентов суммарная реакция протекает экзотермически, так что кислород на выходе из генератора может достигать высоких температур, что и определяет конверсию в термохимическом реакторе, причем отношение расхода кислорода через реактор Gr к расходу кислорода через камеру сгорания G0 составляет величину

Figure 00000005
.In the presence of other components in the solid fuel cell, the total reaction proceeds exothermically, so that oxygen at the output of the generator can reach high temperatures, which determines the conversion in the thermochemical reactor, and the ratio of the oxygen consumption through the reactor G r to the oxygen consumption through the combustion chamber G 0 is
Figure 00000005
...

Конверсия углеводородных топлив приводит к появлению в составе горючей смеси высокоактивных компонентов Н, Н2, СО в виде конвертина, что обеспечивает снижение времени горения смеси в детонационной камере сгорания.Conversion of hydrocarbon fuels leads to the appearance in the composition of the combustible mixture of highly active components H, H 2 , CO in the form of envelope, which reduces the combustion time of the mixture in the detonation combustion chamber.

Получение кислорода методом технологического горения твердотопливных элементов имеет ряд ценных свойств, таких как автономность, постоянная готовность к применению, высокий выход кислорода с единицы массы и объема рабочего вещества, высокая безопасность и надежность при длительном хранении и эксплуатации.The production of oxygen by the method of technological combustion of solid fuel cells has a number of valuable properties, such as autonomy, constant readiness for use, high oxygen yield per unit mass and volume of the working substance, high safety and reliability during long-term storage and operation.

Использование в детонационной камере сгорания топливной смеси в виде продуктов кислородной конверсии в виде конвертина приводит к повышению КПД, топливной эффективности, увеличению идеальной тяги двигателя и улучшению характеристик процесса в детонационной камере сгорания двигателя.The use of a fuel mixture in the detonation combustion chamber in the form of oxygen conversion products in the form of an envelope leads to an increase in efficiency, fuel efficiency, an increase in the ideal engine thrust and an improvement in the characteristics of the process in the detonation combustion chamber of the engine.

При работе детонационного двигателя запускается генератор кислорода 2, который производит кислород в процессе разложения твердотопливного элемента 6, кислород с высоким давлением и высокой температурой по трубке Вентури 9 поступает в термохимический реактор 3, в который через отверстие 10 подается углеводородное топливо. В реакторе 3 происходит кислородная конверсия и продукты конверсии в виде конвертина по трубопроводу 8 поступают в кольцевой коллектор 4. По трубопроводу 7 с противоположной стороны кольцевого коллектора 4 из генератора кислорода поступает кислород. В кольцевом коллекторе 4 происходит смешение компонентов топлива, которые через отверстия 5 подаются в кольцевую камеру сгорания 1 в радиальном направлении к ее оси. Кольцевая камера сгорания 1 в поперечном сечении выполнена прямоугольной. Горение топлива в кольцевой камере сгорания 1 инициируется электрическим разрядом. Продукты сгорания истекают в радиальном направлении в резонаторную полость 12 с выпуклой отражающей стенкой 11, например, в форме параболоида и через сопло 13 выходят в атмосферу, создавая тягу двигателя.When the detonation engine is running, the oxygen generator 2 is started, which produces oxygen during the decomposition of the solid fuel cell 6, oxygen at high pressure and high temperature through the Venturi tube 9 enters the thermochemical reactor 3, into which hydrocarbon fuel is fed through the hole 10. In the reactor 3, oxygen conversion takes place and the conversion products in the form of envelope through the pipeline 8 enter the annular collector 4. Oxygen is supplied from the oxygen generator through the pipeline 7 on the opposite side of the annular collector 4. In the annular manifold 4 there is a mixing of the fuel components, which are fed through the holes 5 into the annular combustion chamber 1 in the radial direction to its axis. The annular combustion chamber 1 is rectangular in cross section. The combustion of fuel in the annular combustion chamber 1 is initiated by an electric discharge. Combustion products flow radially into the resonator cavity 12 with a convex reflective wall 11, for example, in the form of a paraboloid, and through the nozzle 13 exit into the atmosphere, creating engine thrust.

Как показали исследования реактора, исходя из совокупности основных показателей процесса можно рекомендовать некоторые оптимальные условия работы реактораAs shown by the studies of the reactor, based on the totality of the main indicators of the process, it is possible to recommend some optimal operating conditions of the reactor

Figure 00000006
Figure 00000006

Тогда согласно фиг. 3 оптимальному режиму работы реактора соответствует относительный расход кислорода через ректор β≤0,4 (кривые 14, 15, 16)Then, as shown in FIG. 3, the optimal operating mode of the reactor corresponds to the relative oxygen consumption through the reactor β≤0.4 (curves 14, 15, 16)

Figure 00000007
Figure 00000007

где Fr - площадь критического сечения трубки Вентури, FO - площадь сечения трубопровода кислорода.where F r - the area of the critical section of the Venturi tube, F O - the area of the oxygen pipeline.

Исходя из этих условий, выбирается площадь критического сечения трубки Вентури FR и площадь сечения трубопровода кислорода F0.Based on these conditions, the area of the critical section of the Venturi tube F R and the area of the section of the oxygen pipeline F 0 are selected.

Предложенный способ функционирования детонационного двигателя и двигательное устройство для его реализации позволяют обеспечить повышение КПД, топливной эффективности, удельной тяги и надежности работы силовой установки, а также возможности реализации вращающейся детонации в ракетных двигателях.The proposed method for the operation of a detonation engine and a propulsion device for its implementation provide an increase in efficiency, fuel efficiency, specific thrust and reliability of the power plant, as well as the possibility of implementing rotating detonation in rocket engines.

Claims (10)

1. Способ функционирования детонационного двигателя, содержащий подачу компонентов топлива в кольцевую камеру сгорания, их перемешивание и горение с созданием непрерывной вращающейся волны детонации с последующим истечением продуктов сгорания в тяговое устройство, отличающийся тем, что компоненты топлива предварительно подают в кольцевой коллектор, где осуществляют их перемешивание и подачу в кольцевую камеру сгорания в радиальном направлении к ее оси, истечение продуктов сгорания осуществляют к оси тягового устройства с дополнительным сжатием продуктов сгорания за счет движения их к оси и фокусирования возмущений, отражающихся от стенки тягового устройства, и проводят дожигание.1. A method of operation of a detonation engine, comprising supplying fuel components to an annular combustion chamber, mixing and burning them with the creation of a continuous rotating detonation wave followed by the outflow of combustion products into a traction device, characterized in that the fuel components are preliminarily supplied to the annular manifold, where they mixing and feeding into the annular combustion chamber in the radial direction to its axis, the outflow of combustion products is carried out to the axis of the traction device with additional compression of the combustion products due to their movement towards the axis and focusing disturbances reflected from the wall of the traction device, and afterburning is carried out. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что компоненты топлива формируют путем предварительной активации углеводородного топлива посредством кислородной конверсии в термохимическом реакторе с получением продуктов конверсии и дополнительной подачи кислорода.2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel components are formed by preliminary activation of the hydrocarbon fuel by means of oxygen conversion in a thermochemical reactor to obtain conversion products and additional oxygen supply. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что кислород получают в результате разложения твердотопливного элемента на основе хлоратных или перхлоратных соединений в генераторе кислорода.3. A method according to claim 2, characterized in that oxygen is obtained as a result of decomposition of a solid fuel cell based on chlorate or perchlorate compounds in an oxygen generator. 4. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что кислород используют для получения продуктов конверсии в термохимическом реакторе и для осуществления процесса детонации в кольцевой камере сгорания.4. The method according to PP. 2 and 3, characterized in that oxygen is used to obtain conversion products in a thermochemical reactor and to carry out the detonation process in an annular combustion chamber. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что отношение расхода кислорода через реактор GR к расходу кислорода через камеру сгорания G02 составляет величину
Figure 00000008
5. The method according to claim 4, characterized in that the ratio of the oxygen consumption through the reactor G R to the oxygen consumption through the combustion chamber G 02 is
Figure 00000008
 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горение топлива инициируют электрическим разрядом.6. The method according to claim 1, characterized in that the combustion of the fuel is initiated by an electric discharge. 7. Устройство для реализации способа функционирования детонационного двигателя, содержащее кольцевую камеру сгорания, систему подачи в нее компонентов топлива, тяговое устройство с отражающей стенкой и выходное сопло, отличающееся тем, что дополнительно содержит расположенный на внешней стороне кольцевой камеры сгорания кольцевой топливный коллектор для перемешивания компонентов топлива, причем стенка между кольцевым коллектором и кольцевой камерой сгорания имеет отверстия для истечения смешанных компонентов топлива в кольцевую камеру сгорания в радиальном направлении к ее оси.7. A device for implementing the method of operation of a detonation engine, comprising an annular combustion chamber, a system for supplying fuel components to it, a traction device with a reflecting wall and an outlet nozzle, characterized in that it further comprises an annular fuel manifold located on the outer side of the annular combustion chamber for mixing the components fuel, and the wall between the annular collector and the annular combustion chamber has openings for the outflow of mixed fuel components into the annular combustion chamber in the radial direction to its axis. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что система подачи компонентов топлива содержит генератор кислорода, соединенный с кольцевым топливным коллектором, а через трубку Вентури, термохимический реактор и трубопровод продуктов конверсии соединен с противоположной стороной кольцевого топливного коллектора.8. The device according to claim. 7, characterized in that the system for supplying fuel components comprises an oxygen generator connected to an annular fuel manifold, and through a Venturi tube, a thermochemical reactor and a pipeline of conversion products is connected to the opposite side of the annular fuel manifold. 9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что кольцевая камера сгорания в поперечном сечении выполнена прямоугольной.9. The device according to claim. 7, characterized in that the annular combustion chamber is rectangular in cross-section. 10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что отношение площади критического сечения трубки Вентури к площади сечения кислородного трубопровода составляет
Figure 00000009
10. The device according to claim 8, characterized in that the ratio of the critical sectional area of the venturi to the sectional area of the oxygen pipeline is
Figure 00000009
RU2019112972A 2019-04-26 2019-04-26 Detonation engine operation method and device for its implementation RU2737322C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112972A RU2737322C2 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Detonation engine operation method and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112972A RU2737322C2 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Detonation engine operation method and device for its implementation

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019112972A3 RU2019112972A3 (en) 2020-10-26
RU2019112972A RU2019112972A (en) 2020-10-26
RU2737322C2 true RU2737322C2 (en) 2020-11-27

Family

ID=72944312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019112972A RU2737322C2 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Detonation engine operation method and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2737322C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333423C2 (en) * 2006-08-04 2008-09-10 ИНСТИТУТ ГИДРОДИНАМИКИ им. М.А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН) Method of initiation of detonation in inflammable mixtures and device for its realisation
US8146371B2 (en) * 2007-12-21 2012-04-03 United Technologies Corporation Direct induction combustor/generator
RU2454607C1 (en) * 2011-02-01 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method for stabilisation of fuel combustion process in combustion chamber, and combustion chamber of straight-jet engine of aircraft
US8544280B2 (en) * 2008-08-26 2013-10-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Continuous detonation wave engine with quenching structure
RU2537659C2 (en) * 2009-09-23 2015-01-10 Прэтт & Уитни Рокетдайн, Инк. System and method of combustion for support of continuous detonation wave with nonstationary plasma
RU2595005C2 (en) * 2014-08-01 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук Method of fuel combustion and detonation device for its implementation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333423C2 (en) * 2006-08-04 2008-09-10 ИНСТИТУТ ГИДРОДИНАМИКИ им. М.А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН) Method of initiation of detonation in inflammable mixtures and device for its realisation
US8146371B2 (en) * 2007-12-21 2012-04-03 United Technologies Corporation Direct induction combustor/generator
US8544280B2 (en) * 2008-08-26 2013-10-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Continuous detonation wave engine with quenching structure
RU2537659C2 (en) * 2009-09-23 2015-01-10 Прэтт & Уитни Рокетдайн, Инк. System and method of combustion for support of continuous detonation wave with nonstationary plasma
RU2454607C1 (en) * 2011-02-01 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method for stabilisation of fuel combustion process in combustion chamber, and combustion chamber of straight-jet engine of aircraft
RU2595005C2 (en) * 2014-08-01 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук Method of fuel combustion and detonation device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019112972A3 (en) 2020-10-26
RU2019112972A (en) 2020-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6062018A (en) Pulse detonation electrical power generation apparatus with water injection
US5513489A (en) Rotary valve multiple combustor pulse detonation engine
Wolański Detonation engines
US3954380A (en) Method and apparatus for intermittent combustion
RU2516769C2 (en) Intermittent internal combustion gas turbine
CN106134417B (en) Low-thrust rocket
RU2459150C2 (en) Detonation combustion method of flammable mixtures, and device for its implementation
Bussing A rotary valved multiple pulse detonation engine
Luo et al. Progress and challenges in exploration of powder fueled ramjets
RU2333423C2 (en) Method of initiation of detonation in inflammable mixtures and device for its realisation
RU2737322C2 (en) Detonation engine operation method and device for its implementation
EP1536117A2 (en) Pulse detonation power system and plant with fuel preconditioning
CN101718236A (en) Multitube pulse detonation combustion chamber communicated with jet deflector
Kubota et al. Combustion of energetic fuel for ducted rockets (I)
RU2706870C1 (en) Air-jet detonation engine on solid fuel and method of its operation
CN212029599U (en) Pulse detonation combustor
CN110739600B (en) Pre-mixing type carbon dioxide pneumatic laser driven by air-breathing type pulse detonation combustion
Kailasanath A review of research on pulse detonation engines
US3158992A (en) Propulsion process using phosphorus and metallic fuel
US7690191B2 (en) Fuel preconditioning for detonation combustion
Eidelman et al. Pulsed detonation engine: Key issues
RU2433293C2 (en) Impulse detonation engine
RU2529935C1 (en) Hypersonic ramjet engine and concept of combustion
RU2347097C1 (en) Hypersonic pulse detonating engine and method of its functioning
RU2446306C1 (en) Method of operating pulsating detonation engine (versions)