Пульсуючий двигун детонаційного горіння типу порфед
Пульсуючий двигун детонаційного горіння містить змонтовані в єдиному корпусі і утворюють блокову конструкцію дворежимний прямоточний повітряно-реактивний двигун з вхідним дифузором і соплом і розташований у внутрішньому корпусі пульсуючий двигун з центральним тілом і корпусом. Пульсуючий двигун виконаний детонаційного горіння. Внутрішній корпус виконаний із вікнами, а конус – висувним. На центральному тілі розміщені елементи системи подачі компонентів пульсуючого двигуна детонаційного горіння та системи ініціювання. На вході в пульсуючий та прямоточний двигуни та на виході з останнього встановлені стулки. Внутрішній корпус закріплений в єдиному корпусі за допомогою пілонів, за якими встановлені виконавчі елементи системи подачі компонентів камеру згоряння прямоточного двигуна та їх займання. Елементи управління стулками та всіма системами двигуна входять до складу загальної системи управління. Таке виконання двигуна розширює діапазони режимів роботи. 1 іл.
Винахід відноситься до енергосилових установок, що не мають турбін або інших двигунів, що приводять компресор або нагнітач, а точніше - до комбінованих прямоточно-пульсуючих повітряно-реактивних двигунів.
Є досвід застосування двигунів, що складаються, наприклад, турбореактивних (ТРД) і ракетних (РД) двигунів або їх комбінацій, що мають загальний привід і розміщені в єдиному корпусі. У масовому відношенні такі двигуни вигідніші, ніж проста комбінація ТРД та РД.
Відомий ракетно-турбінний двигун комбінованого типу, представлений на рис. 5.3. Р.І.Курзінера "Реактивні двигуни для великих надзвукових швидкостей польоту". М: Машинобудування, 1989, с. 167. Цей двигун ATR запропонований для перспективного одноступеневого ВКСвійськового призначення та може бути відпрацьований, як стверджують зарубіжні фахівці, через 10. 15 років. Для такого типу двигуна характерно розширення діапазону швидкостей, що досягаються, і висот польоту. Незважаючи на те, що даний тип двигуна ще не освоєний жодною країною, подальший розвиток ракетної та космічної техніки вже зараз вимагає свого подальшого вдосконалення, наприклад, при розробці та створенні аеродинамічного літака. Для літальних апаратів, перспективних до 2000 і далі, потрібен широкий діапазон плавної зміни швидкості їх польоту, починаючи від дозвукових і кінчаючи гіперзвуковим, а також, щоб їх двигуни працювали економічно на будь-яких висотах аж до безповітряного простору.
Найбільш близьким за принципом роботи та технічного пристрою є рішення, описане в заявці DE 3644020 A1, МПК F 02 K 7/10, 1987 р. Однак істотним недоліком існуючих і передбачуваних у найближчому майбутньому схем і конструкцій комбінованих двигунів є наявність в них рухомих частин, що ускладнює та ускладнює їх пристрій, зменшує ресурс роботи тощо.
Завдання винаходу полягає в реалізації польоту літального апарату (ЛА) у широкому діапазоні висот та швидкостей.
Вирішення поставленої задачі здійснюється за рахунок об'єднання в одній конструкції різних типів двигунів.
Поставлена задача досягається тим, що в єдиній блоковій конструкції розміщені дворежимний прямоточний повітряно-реактивний двигун з вхідним дифузором і соплом спільно з пульсуючим двигуном з центральним тілом і конусом. Відмінною особливістю конструкції є те, що пульсуючий двигун використовує детонаційне горіння. Елементи системи подачі компонентів пульсуючого двигуна детонаційного горіння розміщені нацентральне тіло з висувним конусом. На вході в пульсуючий та прямоточний двигуни і на виході з останнього встановлені стулки, при цьому внутрішній корпус, що має вікна, закріплений в єдиному корпусі за допомогою пілонів, за якими встановлені виконавчі елементи системи подачі компонентів у камеру згоряння прямоточного двигуна та їх запалення, причому елементи управління стулками та всіма системами двигуна входять до складу загальної системи управління.
На кресленні представлена конструктивно-компонувальна схема комбінованого ПДДГ, яка є комбінацією двох двигунів: ПДДГ і дворежимного ПВРД, об'єднаних в єдиній конструкції. ПДДГ (1) призначений для створення тяги на малих швидкостях польоту літального апарату (ЛА) в умовах космічного простору та на всіх проміжних режимах роботи двигуна. ПВРД (2) призначений для створення тяги на високих швидкостях польоту ЛА.
ПДДГ складається з корпусу 3 з вікнами, центрального тіла 4, системи подачі компонентів палива 5 системи ініціювання 6 висувного конуса 7 стулок 8.
Дворежимний ПВРД складається з корпусу 9 зі стулками 10 елементів системи подачі компонентів палива 11.
Комбінований ПДДГ може функціонувати у кількох режимах роботи. При цьому подачу компонентів палива в ПВРД і ПДДГ здійснює єдина система подачі компонентів палива і по команді від загальної системи управління роботою комбінованого двигуна.
Перший режим роботи комбінованого двигуна – спільний режим ПДДГ з ежекторним підсилювачам тяги.
Вихідне положення. ЛА знаходиться у передстартовому положенні. При цьому стулки 8 ПДДГ знаходяться у вихідному (нейтральному) положенні, передні стулки 10 ПВРД підняті, а задні (вихідні) у вихідному (нейтральному) положенні.Висувний конус 7 у вихідному (засунутому) положенні. Перед запуском двигуна детонаційна камера ПДДГ спочатку заповнюється робочою сумішшю системи подачі компонентів палива 5. Відбувається заповнення порожнини "б". Після закінчення її заповнення система ініціювання 6 видає детонаційний імпульс, під дією якого робоча суміш детонує. Детонаційна хвиля, що утворилася, поширюється тільки у бік вихідного сопла. Поширенню її вперед перешкоджає система стрибків ущільнень, що утворилася в результаті взаємодії хвилі детонації з центральним тілом 4. Детонаційна хвиля, виходячи з сопла ПДДГ, перетворюється на ударну хвилю, яка, прямуючи до вихідної частини корпусу 9, створює на його вході розрідження. За рахунок ефекту ежекції створюється додаткова складова тяги.
Крім того, за рахунок руху детонаційної хвилі в корпусі 3 ПДДГ створюється ефект, що ежектує, в порожнині "а", що забезпечує процеси продування, подачі компонента палива і сумішоутворення, а також заповнення внутрішнього об'єму корпусу 3 черговою порцією робочої суміші. Далі процес повторюється. При цьому в детонаційну камеру ПДДГ як паливо подається тільки пальне, а як окислювач використовується повітря з навколишнього середовища.
Тяга комбінованого двигуна на першому режимі його роботи створюється за рахунок взаємодії детонаційної хвилі з центральним тілом, за рахунок закінчення продуктів детонації через сопло і за рахунок ефекту, що виникає на вході в ПВРД. За рахунок тяги, що створилася, ЛА рушає з місця.
Другий режим роботи комбінованого ПДДГ - спільний режим ПДДГ та ПВРД. Цей режим здійснюється в процесі польоту ЛА до швидкостей з M3.
Вихідне положення. ЛА знаходиться у польоті на траєкторії.При цьому стулки ПДДГ 8 прикриті, а висувний конус 7 висунутий настільки, що забезпечується заданий режим роботи ПДДГ.
Передні та задні стулки 10 ПВРД прикриті. Передні стулки забезпечують задану витрату повітря, а задні - потрібне значення площі критичного перерізу, що утворюється між зрізом сопла ПДДГ і стулки 10.
Працює ПДДГ аналогічно до вищеописаного режиму. Компонентами палива для ПВРД є пальне із системи подачі 5 і як окислювач повітря навколишнього середовища.
Запуску ПВРД передує процес заповнення порожнини "а" робочою сумішшю. У міру її заповнення подається команда на спалах. Як подача пального, і займання робочої суміші здійснюються елементами подачі компонентів палива та його займання 11. Тяга ПВРД створюється з допомогою закінчення продуктів згоряння з камери згоряння.
Загальна тяга, необхідна для переміщення ЛА і створювана комбінованим двигуном, складається з тяг, що створюються як ПДДГ, так і ПВРД.
Третій режим роботи комбінованого двигуна - спільний режим ПДДГ та гіперзвукового прямоточного повітряно-реактивного двигуна (ГПВРД). Цей режим здійснюється у процесі польоту ЛА зі швидкостями M > 3.
Вихідне положення. ЛА знаходиться в польоті, при цьому передні стулки ПВРД 10 знаходяться в нейтральному положенні, а задні - у відкритому положенні, що забезпечує процес надзвукового горіння робочою смієм в камері ПВРД і подальший розгін продуктів згоряння. Положення інших рухомих частин відповідає другому режиму роботи, але з налаштуванням їх на заданий режим роботи двигуна, що відповідає необхідної швидкості польоту ЛА.
Відмінною особливістю роботи двигуна на даному режимі є те, що надзвуковий потік повітря практично негальмується в камері ПВРД, що забезпечує процес надзвукового горіння. Так як перебіг продуктів згоряння в ПВРД надзвуковий, то необхідність у створенні критичного перерізу відпадає і подальший розгін продуктів згоряння здійснюється за рахунок збільшення площі поперечного перерізу вихідного каналу сопла.
Загальна тяга комбінованого двигуна складається з тяги ПДДГ та ГПВРД, проте основну складову тяги створює ГПВРД.
Четвертий режим роботи комбінованого двигуна – двоконтурний ПДДГ. Цей режим роботи використовується в процесі польоту ЛА у розріджених шарах атмосфери або у космічному просторі.
Вихідне положення. ЛА знаходиться в польоті у розріджених шарах атмосфери або у космічному просторі. При цьому стулки 8 ПДДГ закриті повністю, висувний конус 7 знаходиться у вихідному положенні, передні стулки ПВРД 10 закриті, а задні - відкриті, що утворює другий контур ПДДГ. Двокомпонентна робоча суміш, що складається як з пального, так і з окислювача заповнює порожнини "а", "б" і "в" двигуна за допомогою системи подачі компонентів 5. У міру їх заповнення від системи ініціювання 6 по команді системи керування двигуном надходить детонаційний імпульс . Робоча суміш, що знаходиться в порожнині "б", детонує. Детонаційна хвиля, що утворилася, починає поширюватися в бік сопла ПДДГ. Крім того, через спеціальні вікна, виконані в корпусі 3, поширюється в другий контур ПДДГ (порожнину "в" ПВРД) і викликає в ньому детонацію робочої суміші. Детонаційна хвиля, що утворилася, спрямовується в бік сопла ПВРД. Надалі процес повторюється знову з частотою, що задається системою керування двигуном.
Тяга комбінованого двигуна створюється як за рахунок взаємодії детонаційних хвиль із закритимистулки 8 і 10, так і за рахунок закінчення продуктів детонації через вихідні сопла обох контурів.
Запропонована конструктивна схема комбінованого двигуна дасть можливості для розробки в наступному столітті як нового пілотованого транспортно-космічного та аерокосмічного літальних апаратів, так і нових видів зброї.
Запропонована схема дозволить розширити діапазон зміни швидкості літального апарату, починаючи від її дозвукових значень і закінчуючи гіперзвуковим на різних висотах його польоту.
Конструктивне виконання різних типів двигунів в єдиному пристрої дозволяє значно покращити масові та геометричні характеристики літальних апаратів порівняно з їх автономним використанням. Крім того, для пульсуючих двигунів детонаційного горіння характерні малі витрати компонентів палива та низький тиск їх подачі в детонаційну камеру, простота конструкції та відсутність рухомих частин, висока економічність та складність виявлення літального апарату засобами ППО та ПРО. Даний тип двигуна працює на всій траєкторії польоту та може використовувати такі компоненти палива, які мають широку, різноманітну та дешеву сировинну базу.
Пульсуючий двигун детонаційного горіння, що містить змонтовані в єдиному корпусі і утворюють блокову конструкцію дворежимний прямоточний повітряно-реактивний двигун з вхідним дифузором і соплом, і розташований у внутрішньому корпусі пульсуючий двигун з центральним тілом і конусом, що відрізняється тим, що корпус - з вікнами, конус - висувним, на центральному тілі розміщені елементи системи подачі компонентів пульсуючого двигуна детонаційного горіння та системи ініціювання, на вході впульсуючий та прямоточний двигуни і на виході з останнього встановлені стулки, при цьому внутрішній корпус закріплений в єдиному корпусі за допомогою пілонів, за якими встановлені виконавчі елементи системи подачі компонентів у камеру згоряння прямоточного двигуна та їх запалення, причому елементи керування стулками та всіма системами двигуна входять до складу загальної системи керування.