RU2285142C2 - Method of operation and design of detonation power plant - Google Patents
Method of operation and design of detonation power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285142C2 RU2285142C2 RU2003134827/06A RU2003134827A RU2285142C2 RU 2285142 C2 RU2285142 C2 RU 2285142C2 RU 2003134827/06 A RU2003134827/06 A RU 2003134827/06A RU 2003134827 A RU2003134827 A RU 2003134827A RU 2285142 C2 RU2285142 C2 RU 2285142C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detonation
- chamber
- power
- products
- package
- Prior art date
Links
- 238000005474 detonation Methods 0.000 title claims abstract description 213
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims abstract description 43
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 29
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 18
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 32
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000012932 thermodynamic analysis Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области реактивного двигателестроения и электроэнергетики и позволяет повысить эффективность энергосиловых установок, используемых на летательных аппаратах и мобильных комплексах.The invention relates to the field of jet engine and electric power and improves the efficiency of power plants used in aircraft and mobile complexes.
Известен способ работы и устройство пульсирующего генератора с периодическим инициированием порций топливной смеси, создающее силу тяги серией единичных импульсов, воздействующих на отражатель (днище полузамкнутой камеры в традиционном понимании), используемое в качестве пульсирующего двигателя [Пушкин Р.М., Тарасов А.И. Способ получения тяги и устройство для получения тяги. Патент СССР №1672933 от 22.04.91 г., с приоритетом от 30.11.89 г.; Антоненко В.Ф., Пушкин Р.М., Тарасов А.И. и др. Способ получения тяги и устройство для его осуществления. Патент Российской Федерации №2034996 от 10.05.95 г., с приоритетом от 11.10.93 г.].A known method of operation and device of a pulsating generator with periodic initiation of portions of the fuel mixture, creating traction by a series of single pulses acting on the reflector (the bottom of a semi-closed chamber in the traditional sense), used as a pulsating engine [Pushkin RM, Tarasov AI A method for producing traction and a device for producing traction. USSR patent No. 1672933 dated 04/22/91, with priority from 11/30/89; Antonenko V.F., Pushkin R.M., Tarasov A.I. and others. A method of obtaining traction and a device for its implementation. Patent of the Russian Federation No. 2034996 dated 05/10/95, with priority dated 10/11/93].
По сравнению с предложенным изобретением данные разработки обладают следующими основными недостатками:Compared with the proposed invention, these developments have the following main disadvantages:
1) высоким разбросом непрореагировавшего топлива из-за вероятностного многолокального его воспламенения, в том числе и в зоне открытого торца отражателя (резонатора);1) the high dispersion of unreacted fuel due to its probabilistic multilocal ignition, including in the area of the open end of the reflector (resonator);
2) неоптимальной геометрией и конструкцией инициируемых зарядов (зон) топлива и отражателя (резонатора);2) non-optimal geometry and design of initiated charges (zones) of fuel and reflector (resonator);
3) возможностью возникновения пульсаций в камере с частотой 5...7 кГц при холодной продувке воздухом и с частотой 20...25 кГц при подаче топливной смеси с давлениями на фронте волны, сопоставимыми с давлениями подачи в камеру исходных компонентов [Нечаев Ю.Н. Термодинамический анализ рабочего процесса пульсирующих детонационных двигателей. - М.: ВВИА, им. Н.Е.Жуковского, 2002, 52 с.(см. стр.20-21)], свидетельствует не о режиме детонационного горения, а о неустойчивых режимах, возникающих в жидкостных ракетных двигателях, в том числе и при горении топливной смеси [Неустойчивость горения в ЖРД. Под редакцией Д.Т.Харрье и Ф.Г.Рирдона. - М.: Мир, 1975, 869 с.].3) the possibility of pulsations in the chamber with a frequency of 5 ... 7 kHz during cold air purging and with a frequency of 20 ... 25 kHz when the fuel mixture is supplied with pressures at the wave front comparable with the supply pressures of the starting components into the chamber [Nechaev Yu. N. Thermodynamic analysis of the working process of pulsating detonation engines. - M .: VVIA, im. N.E. Zhukovsky, 2002, 52 pp. (See p. 20-21)], indicates not the detonation combustion mode, but the unstable modes that occur in liquid rocket engines, including when the fuel mixture is burning [Instability combustion in the rocket engine. Edited by D.T. Harrier and F.G. Reardon. - M .: Mir, 1975, 869 p.].
Для предлагаемого изобретения ближайшим техническим решением является детонационный двигатель с ротационной камерой сгорания [Richard В. Morrison, Ann Arbor, Perry O. Hays. Rotary Detonation Power Plant. United States Patent Office №3240010, patented Mar.15,1966. Filed Feb. 2, 1962, Ser. №86,714,5 Claims (Cl. 60-213); Денисов Ю.Н. Газодинамика детонационных структур. - М.: Машиностроение, 1989, 176 с. (см. стр.33)].For the proposed invention, the closest technical solution is a detonation engine with a rotary combustion chamber [Richard B. Morrison, Ann Arbor, Perry O. Hays. Rotary Detonation Power Plant. United States Patent Office No. 3240010, patented Mar. 15.1966. Filed Feb. 2, 1962, Ser. No. 86,714.5 Claims (Cl. 60-213); Denisov Yu.N. Gas dynamics of detonation structures. - M.: Mechanical Engineering, 1989, 176 p. (see page 33)].
Способ работы и устройство детонационного двигателя с ротационной камерой сгорания [Richard В. Morrison, Ann Arbor, Perry O. Hays. Rotary Detonation Power Plant. United States Patent Office №3240010, patented Mar. 15, 1966. Filed Feb. 2, 1962, Ser. №86,714,5 Claims (Cl. 60-213); Денисов Ю.Н. Газодинамика детонационных структур. - М.: Машиностроение, 1989, 176 с. (см. стр.33)] имеет с предлагаемым изобретением ряд общих признаков, изложенных ниже.Method of operation and design of a detonation engine with a rotational combustion chamber [Richard B. Morrison, Ann Arbor, Perry O. Hays. Rotary Detonation Power Plant. United States Patent Office No. 3240010, patented Mar. 15, 1966. Filed Feb. 2, 1962, Ser. No. 86,714.5 Claims (Cl. 60-213); Denisov Yu.N. Gas dynamics of detonation structures. - M.: Mechanical Engineering, 1989, 176 p. (see p. 33)] has with the proposed invention a number of common features set forth below.
Каждой рабочий цикл способа работы двигателя включает в себя:Each duty cycle of the engine operation method includes:
- впрыск в инициирующую детонационную трубу топлива;- injection into the initiating detonation fuel pipe;
- инициирование топлива с одного из торцов трубы;- initiation of fuel from one of the ends of the pipe;
- распространение вдоль трубы процесса горения с переходом в режим детонационного горения;- distribution along the pipe of the combustion process with the transition to detonation combustion mode;
- догорание топлива в косых и поперечных волнах при спиновой детонации при изменении вектора истечения продуктов реакции;- burning out of fuel in oblique and transverse waves during spin detonation with a change in the outflow vector of reaction products;
- взаимодействие ударной волны с днищем камеры энергосиловой установки;- interaction of the shock wave with the bottom of the chamber of the power plant;
- отражение ударной волны от днища камеры и истечение ударной волны и газов через открытый канал энергосиловой установки.- reflection of the shock wave from the bottom of the chamber and the expiration of the shock wave and gases through the open channel of the power plant.
Двигатель включает в себя:The engine includes:
- инициирующую детонационную трубу;- initiating detonation pipe;
- средство инициирования;- means of initiation;
- инициируемое химическое топливо;- initiated chemical fuel;
- полузамкнутую камеру.- a semi-closed chamber.
Однако конструкция этого двигателя и способ его работы [Richard В. Morrison, Ann Arbor, Perry O. Hays. Rotary Detonation Power Plant. United States Patent Office №3240010, patented Mar. 15, 1966. Filed Feb. 2, 1962, Ser. №86,714,5 Claims (Cl. 60-213); Денисов Ю.Н. Газодинамика детонационных структур. - М.: Машиностроение, 1989, 176 с. (см. стр.33)] не позволяют реализовать высокие потенциальные возможности данного класса энергосиловых установок, что обусловлено недостаточно высокими давлениями, развиваемыми на днище полузамкнутой камеры двигателя.However, the design of this engine and the way it works [Richard B. Morrison, Ann Arbor, Perry O. Hays. Rotary Detonation Power Plant. United States Patent Office No. 3240010, patented Mar. 15, 1966. Filed Feb. 2, 1962, Ser. No. 86,714.5 Claims (Cl. 60-213); Denisov Yu.N. Gas dynamics of detonation structures. - M.: Mechanical Engineering, 1989, 176 p. (see page 33)] do not allow to realize the high potential capabilities of this class of power plants, which is due to insufficiently high pressures developed on the bottom of the semi-enclosed engine chamber.
Технической задачей данного изобретения является обеспечение более высоких удельных мощностей и импульсов (коэффициента полезного действия) по сравнению с известными энергосиловыми установками данного класса, а также расширение областей их применения.The technical task of this invention is to provide higher specific power and pulses (efficiency) compared with the known power plants of this class, as well as expanding their areas of application.
Это достигается за счет того, что в способах работы энергосиловой детонационной установки обеспечивается повышение:This is achieved due to the fact that in the methods of operation of an energy-power detonation installation, an increase is provided:
1) давления на днище полузамкнутой камеры за счет создания:1) pressure on the bottom of the semi-closed chamber due to the creation of:
Это достигается за счет того, что в способе работы энергосиловой детонационной установки, включающей в каждый рабочий цикл: впрыск в инициирующую детонационную трубу топлива, инициирование топлива с одного из торцов детонационной трубы, распространение вдоль детонационной трубы процесса горения с переходом в режим детонационного горения, согласно изобретению после инициирования очередной порции топлива, благодаря геометрии и конструкции инициирующих детонационных труб и конусов, обеспечивается создание кумулятивной струи с зоной повышенного давления у днища камеры, эффект достигается синхронизацией истечения продуктов детонационного горения из нескольких детонационных труб или конусов и наложением зон повышенного давления, ориентированных относительно осевой линии камеры детонационной установки под углом от 0° до 90°.This is achieved due to the fact that in the method of operation of an energy-power detonation installation, including in each operating cycle: injection of fuel into the initiating detonation pipe, initiation of fuel from one of the ends of the detonation pipe, propagation of the combustion process along the detonation pipe with the transition to detonation combustion mode, according to After the initiation of the next portion of fuel, the invention, thanks to the geometry and design of the initiating detonation tubes and cones, provides the creation of a cumulative jet with a zone n Vyshen pressure at the chamber bottom, the effect achieved synchronization expiration detonation combustion products from the detonation of several tubes or cones and applying high pressure zones oriented relative to the axial line of the detonation of the camera at an angle from 0 ° to 90 °.
Поставленная задача решается также за счет того, что на днище камеры происходит синхронное или асинхронное истечение кумулятивных струй из нескольких детонационных пакетов.The problem is also solved due to the fact that at the bottom of the camera there is a synchronous or asynchronous outflow of cumulative jets from several detonation packets.
Поставленная задача решается также за счет того, что на днище камеры и на удалении от днища камеры происходит синхронное или асинхронное истечение кумулятивных струй из детонационных пакетов нескольких поясов, причем отраженные от днища продукты детонационного горения после взаимодействия с кумулятивными струями или продуктами их расширения, находящимися на удалении от днища камеры (отражателя), образуют фазу двойного отражения, ударная волна и прореагировавшие газы вторично воздействуют на днище камеры, отражаются от него и совместно с продуктами расширения кумулятивных струй, истекающих на удалении от днища камеры под углом к осевой линии от 0° до 180°, выбрасываются в окружающую среду.The problem is also solved due to the fact that at the bottom of the camera and at a distance from the bottom of the camera there is a synchronous or asynchronous outflow of cumulative jets from detonation packets of several belts, the products of detonation combustion reflected from the bottom after interacting with cumulative jets or products of their expansion located on away from the bottom of the chamber (reflector), they form a double reflection phase, the shock wave and the reacted gases re-act on the bottom of the chamber, are reflected from it and together o with products of expansion of cumulative jets expiring at a distance from the bottom of the chamber at an angle to the center line from 0 ° to 180 °, are released into the environment.
Поставленная задача решается также за счет того, что ударная волна и прореагировавшие газы после завершения фазы первого двойного отражения вторично воздействуют на кумулятивные струи или продукты их расширения, находящиеся на удалении от днища камеры, отражаются от них и воздействуют на днище камеры, причем количество фаз двойных отражений составляет от 2 до 7 и возрастает с увеличением плотности энергии продуктов детонационного горения в камере.The problem is also solved due to the fact that the shock wave and the reacted gases after the completion of the first double reflection phase act on the cumulative jets or their expansion products located at a distance from the bottom of the chamber, are reflected from them and act on the bottom of the chamber, the number of double phases reflections is from 2 to 7 and increases with increasing energy density of detonation combustion products in the chamber.
Поставленная задача решается также за счет того, что увеличение скорости истечения продуктов детонационного горения из детонационных пакетов достигается использованием зон разряжения, следующих за ударной волной, продуктов детонационного горения перед ударными волнами последующих детонационных импульсов, эффект обеспечивается диапазоном частот v инициирования топливной смеси:The problem is also solved due to the fact that the increase in the rate of expiration of detonation combustion products from detonation packets is achieved by using the vacuum zones following the shock wave, detonation combustion products before the shock waves of subsequent detonation pulses, the effect is ensured by the frequency range v of the initiation of the fuel mixture:
(DK/lK)<v≤(DK+vK)/lK (D K / l K ) <v≤ (D K + v K ) / l K
где DK и vK - скорости, соответственно, ударной волны и волны разряжения, распространяющиеся в к-ой детонационной трубе или конусе длиной 1K.where D K and v K are the velocities of the shock and rarefaction waves, respectively, propagating in the k-th detonation tube or cone with a length of 1 K.
Поставленная задача решается также за счет того, что в энергосиловой детонационной установке, где каждая детонационная труба открыта с одного торца и оснащена с закрытого торца системой для порционной подачи топливной смеси, пультом управления частотой инициирования смеси и узлом для ее воспламенения, согласно изобретению детонационные трубы или конуса объединены в пакет, образующий с открытого торца кумулятивный контур с углом полураствора к осевой линии пакета от 0° до 90°, а также оснащенный системой синхронизации истечения продуктов детонации из пакета в целом на днище камеры энергосиловой установки.The problem is also solved due to the fact that in the power detonation installation, where each detonation tube is open from one end and equipped with a closed end system for portioning the fuel mixture, the control panel for the frequency of initiation of the mixture and the unit for its ignition, according to the invention, detonation tubes or cones are combined in a package, forming from the open end a cumulative contour with an angle of half-solution to the axial line of the package from 0 ° to 90 °, and also equipped with a product flow synchronization system in detonation from the package as a whole on the bottom of the chamber of the power plant.
Поставленная задача решается также за счет того, что синхронизация истечения продуктов детонационного горения с открытого торца детонационного пакета в целом достигается синхронным инициированием топлива в каждой детонационной трубе пакета при одинаковой шероховатости внутренней поверхности, конструкции и геометрии всех детонационных труб.The problem is also solved due to the fact that the synchronization of the outflow of detonation combustion products from the open end of the detonation package is generally achieved by synchronous initiation of fuel in each detonation pipe of the package with the same roughness of the inner surface, structure and geometry of all detonation pipes.
Поставленная задача решается также за счет того, что синхронизация истечения продуктов детонации с открытого торца из пакета в целом достигается инициированием топлива в общей камере, расположенной с противоположного торца пакета, или асинхронным инициированием в детонационных трубах или конусах пакета с учетом расхождения в шероховатости их поверхности и конструктивных вкладышей, а также их геометрических параметров.The problem is also solved due to the fact that the synchronization of the flow of detonation products from the open end of the package as a whole is achieved by initiating fuel in a common chamber located at the opposite end of the package, or by asynchronously initiating in detonation pipes or cones of the package, taking into account the discrepancy in their surface roughness and structural liners, as well as their geometric parameters.
Поставленная задача решается также за счет того, что для образования кумулятивной струи продуктами детонационного горения, истекающими из составляющих детонационный пакет труб или конусов, асинхронность не должна превышатьThe problem is also solved due to the fact that for the formation of a cumulative jet by detonation combustion products flowing from pipes or cones making up the detonation packet, the asynchrony should not exceed
0≤tK-t0≤l0/(DK-D0),0≤t K -t 0 ≤l 0 / (D K -D 0 ),
где: t0, tK - время прохождения ударной волны вдоль трубы или конуса, находящихся на осевой линии пакета и к-ой детонационной трубы или конуса,where: t 0 , t K is the shock wave propagation time along the pipe or cone located on the axial line of the packet and the k-th detonation pipe or cone,
l0 - длина детонационной трубы или образующей конуса, находящихся на осевой линии пакета;l 0 - the length of the detonation pipe or generatrix of the cone located on the centerline of the package;
D0, DK - скорость истечения ударной волны с открытого торца детонационной трубы, находящейся на осевой линии пакета и к-ой детонационной трубы или конуса.D 0 , D K - the velocity of the shock wave from the open end of the detonation pipe located on the center line of the package and the k-th detonation pipe or cone.
Поставленная задача решается также за счет того, что полузамкнутая камера оснащена набором пакетов детонационных труб, расположенных по периметру камеры и ее длине.The problem is also solved due to the fact that the semi-closed chamber is equipped with a set of packages of detonation tubes located along the perimeter of the chamber and its length.
Это достигается за счет того, что в способе работы энергосиловой детонационной установки обеспечивается повышение:This is achieved due to the fact that in the method of operation of an energy-power detonation installation, an increase is provided:
1) давления на днище полузамкнутой камеры за счет создания:1) pressure on the bottom of the semi-closed chamber due to the creation of:
- кумулятивной струи при синхронном соударении продуктов детонационного горения, истекающих из детонационных труб или конусов, составляющих детонационный пакет;- cumulative jet in the simultaneous collision of detonation combustion products flowing from detonation pipes or cones that make up the detonation package;
- кумулятивной струи или струй при синхронном соударении продуктов детонационного горения, истекающих из нескольких детонационных пакетов, друг с другом, а также с днищем полузамкнутой камеры;- cumulative jets or jets with simultaneous collision of detonation combustion products flowing from several detonation packets with each other, as well as with the bottom of a semi-enclosed chamber;
- ударной волны (воздействующей на кумулятивные струи непосредственно истекающие на днище камеры), являющейся следствием или расширения кумулятивных струй (истекающих вне зоны прямого воздействия на днище камеры), которые могут истекать под углом к осевой линии камеры от 0° до 180°, или отражения ударной волны от днища камеры, или от днища камеры и кумулятивных струй, истекающих вне зоны прямого воздействия на днище камеры, а также продуктов их расширения (донные процессы могут реализовываться как при синхронном, так и асинхронном истечении кумулятивных струй из нескольких детонационных пакетов);- a shock wave (acting on the cumulative jets directly flowing on the bottom of the chamber), which is the result of or expansion of cumulative jets (flowing out of the zone of direct impact on the bottom of the chamber), which can flow at an angle to the centerline of the camera from 0 ° to 180 °, or reflection shock wave from the bottom of the chamber, or from the bottom of the chamber and cumulative jets flowing out outside the zone of direct impact on the bottom of the chamber, as well as their expansion products (bottom processes can be realized both in synchronous and asynchronous outflow cumulative jets from several detonation packets);
2) управляемой частоты импульсов в полузамкнутой камере за счет:2) controlled pulse frequency in a semi-closed chamber due to:
- увеличения числа детонационных пакетов и обеспечения асинхронного истечения из них кумулятивных струй;- increasing the number of detonation packets and ensuring the asynchronous outflow of cumulative jets from them;
- увеличения скорости истечения продуктов детонационного горения из пакетов детонационных труб за счет использования зон разряжения продуктов детонационного горения перед детонационными волнами последующих импульсов;- increasing the velocity of the outflow of detonation combustion products from the detonation tube packages by using the discharge zones of the detonation combustion products before the detonation waves of subsequent pulses;
- сокращения временного интервала от момента инициирования топлива до момента перехода в режим детонационного горения за счет конструктивных особенностей детонационных труб и конусов, а также соударения продуктов горения, истекающих из них;- reduction of the time interval from the moment of initiation of fuel to the moment of transition to the mode of detonation combustion due to the design features of detonation pipes and cones, as well as the collision of combustion products flowing from them;
3) полезной энергоотдачи газодинамического процесса за счет реализации:3) the useful energy output of the gas-dynamic process due to the implementation of:
- фазы двойного отражения (ударная волна отражается от кумулятивных струй или продуктов их расширения i-го пояса и вторично воздействует на днище полузамкнутой камеры);- phases of double reflection (a shock wave is reflected from cumulative jets or products of their expansion of the ith belt and secondly affects the bottom of a semi-closed chamber);
- фазы первого двойного отражения, вторично воздействующей на кумулятивные струи и продукты их расширения i-го пояса, отражающейся от них и воздействующей на днище полузамкнутой камеры или кумулятивные струи и продукты их расширения (i-1)-го пояса, причем количество фаз двойных отражений может меняться от 2 до 7 раз и возрастает с увеличением плотности энергии продуктов расширения кумулятивных струй в полузамкнутой камере.- phases of the first double reflection, secondarily affecting the cumulative jets and products of their expansion of the i-th belt, reflected from them and acting on the bottom of the semi-closed chamber or cumulative jets and products of their expansion (i-1) -th belt, the number of phases of double reflections can vary from 2 to 7 times and increases with increasing energy density of the products of expansion of cumulative jets in a semi-closed chamber.
Конструктивно заявленный способ реализуется путем того, что в энергосиловой детонационной установке:Structurally, the claimed method is implemented by the fact that in an energy-power detonation installation:
1) повышение давления обеспечивается за счет формирования кумулятивной струи при соударении продуктов детонационного горения под углом к осевой линии пакета детонационных труб от 0°≤β≤90°, причем образующая кумулятивной полости может быть выполнена различной формы (конус или криволинейная поверхность), а также расположением пакетов детонационных труб поясами по длине камеры энергосиловой установки;1) the pressure increase is ensured by the formation of a cumulative jet during the collision of detonation combustion products at an angle to the axial line of the detonation tube package from 0 ° ≤β≤90 °, and the cumulative cavity generatrix can be made of various shapes (cone or curved surface), and the location of the packages of detonation tubes with belts along the length of the chamber of the power plant;
2) сокращение временного интервала от момента воспламенения топлива до момента перехода в режим детонационного горения регулируется мощностью начального импульса, шероховатостью внутренней поверхности детонационной трубы и ее геометрическими характеристиками;2) the reduction of the time interval from the moment of ignition of the fuel to the moment of transition to the mode of detonation combustion is regulated by the power of the initial impulse, the roughness of the inner surface of the detonation tube and its geometric characteristics;
3) использование фаз двойных отражений ударных волн обеспечивается за счет:3) the use of phases of double reflections of shock waves is ensured by:
- использования i-го количества поясов, оснащенных набором детонационных пакетов, крепящихся под углом 0°≤αi<180° к продольной осевой линии полузамкнутой камеры;- the use of the i-th number of belts equipped with a set of detonation packets fixed at an angle of 0 ° ≤α i <180 ° to the longitudinal axial line of the semi-closed chamber;
- управления процессами истечения кумулятивных струй из детонационных пакетов (в синхронных и асинхронных режимах).- control of the processes of the expiration of cumulative jets from detonation packets (in synchronous and asynchronous modes).
На фиг.1 представлен продольный разрез энергосиловой детонационной установки, оснащенной одним детонационным пакетом, а на фиг.2 и 3 - возможное исполнение полузамкнутой камеры данной установки с ее открытого торца (Вид А).Figure 1 shows a longitudinal section of an energy-power detonation installation equipped with one detonation package, and Figures 2 and 3 show a possible embodiment of a semi-closed chamber of this installation from its open end (View A).
На фиг.4 представлен продольный разрез энергосиловой детонационной установки, оснащенной набором детонационных пакетов, расположенных по периметру полузамкнутой камеры, а на фиг.5 и 6 - возможное исполнение полузамкнутой камеры данной установки с ее открытого торца (Вид А).Figure 4 presents a longitudinal section of a power-detonation installation equipped with a set of detonation packages located around the perimeter of a semi-closed chamber, and Figs. 5 and 6 show a possible embodiment of a semi-closed chamber of this installation from its open end (View A).
На фиг.7 представлен продольный разрез энергосиловой детонационной установки, оснащенной набором детонационных пакетов, расположенных по периметру и длине полузамкнутой камеры.Figure 7 presents a longitudinal section of a power-detonation installation equipped with a set of detonation packages located along the perimeter and length of the semi-enclosed chamber.
На фиг.8-11 представлены возможные виды конструкций детонационных пакетов с системой подачи и инициирования топливной смеси, которыми оснащаются энергосиловые детонационные установки.On Fig-11 presents possible types of designs of detonation packages with a system for supplying and initiating a fuel mixture, which are equipped with power-detonation units.
На фиг.8 представлен продольный разрез детонационного пакета, состоящего из набора прямых детонационных труб различного сечения, оснащенных вкладышами и имеющих общую камеру для воспламенения топливной смеси, а на фиг.9-11 - возможное исполнение детонационного пакета с его открытого торца (Вид А).On Fig presents a longitudinal section of a detonation package, consisting of a set of straight detonation pipes of various sections, equipped with liners and having a common chamber for igniting the fuel mixture, and Fig.9-11 - a possible implementation of the detonation package from its open end (View A) .
На фиг.12 представлен продольный разрез детонационного пакета, состоящего из набора прямых и профилированных (изогнутых) детонационных труб различного сечения, оснащенных общей камерой для воспламенения топливной смеси, а на фиг.13-15 - возможное исполнение детонационного пакета с его открытого торца (Вид А).On Fig presents a longitudinal section of a detonation package, consisting of a set of straight and profiled (bent) detonation pipes of various sections, equipped with a common chamber for igniting the fuel mixture, and Fig.13-15 - a possible implementation of the detonation package from its open end (View BUT).
На фиг.16 представлен продольный разрез детонационного пакета, состоящего из набора конусов различного сечения и имеющих общую камеру для воспламенения топливной смеси, а на фиг.17 и 18 - возможное исполнение детонационного пакета с его открытого торца (Вид А).On Fig presents a longitudinal section of a detonation package, consisting of a set of cones of different sections and having a common chamber for igniting the fuel mixture, and on Fig and 18 - a possible implementation of the detonation package from its open end (View A).
На фиг.19 представлен продольный разрез детонационного пакета, состоящего из набора прямых детонационных труб различного сечения, оснащенных раздельными камерами для воспламенения топливной смеси, а на фиг.20 и 21 - возможное исполнение детонационного пакета с его открытого торца (Вид А).On Fig presents a longitudinal section of a detonation package, consisting of a set of straight detonation pipes of various sections, equipped with separate chambers for ignition of the fuel mixture, and on Fig and 21 - a possible implementation of the detonation package from its open end (View A).
На фиг.22-33 представлены фрагменты способа работы энергосиловой детонационной установки.On Fig-33 presents fragments of the method of operation of an energy-power detonation installation.
Одномодульная энергосиловая детонационная установка (фиг.1-6) состоит из трубы различного сечения 1 (фиг.2, фиг.3, фиг.5, фиг.6), заглушенной с одного торца днищем (отражателем) 2. Внутренний полузамкнутый объем данной конструкции является камерой 3 энергосиловой установки. Под углом 0°≤α≤90° к продольной осевой линии камеры 3 по периметру трубы 1 крепится детонационный пакет 4, направленный своей открытой поверхностью 5 в сторону днища 2 (фиг.1-3), или набор детонационных пакетов 4, образующих по периметру трубы условный пояс 6 (фиг.4-6).One-module power-detonation installation (Fig.1-6) consists of a pipe of various sections 1 (Fig.2, Fig.3, Fig.5, Fig.6), muffled from one end by the bottom (reflector) 2. Internal semi-enclosed volume of this design is a
Многомодульная энергосиловая детонационная установка (фиг.7) имеет аналогичную конструкцию до первого пояса 6 включительно. Отличием является наличие i-го количества поясов 7, где детонационные пакеты 4 крепятся под углом 0°≤αi<180° к продольной осевой линии изделия. Детонационные пакеты оснащены трубопроводом 8 для подачи топливной смеси и источником ее инициирования, например свечой 9 (фиг.1-7).The multi-module energy-power detonation installation (Fig. 7) has a similar design up to and including the
Более подробное возможное исполнение детонационных пакетов 4 показано на фиг.8-21. На фиг.8 представлен продольный разрез детонационного пакета 4, состоящего из набора прямых детонационных труб различного сечения 13, оснащенных вкладышами 22 и имеющих общую камеру 11 со свечей (свечами) 9 для воспламенения топливной смеси, а на фиг.9-11 - возможное исполнение детонационного пакета 4 данной конструкции с его открытого торца (Вид А). Кроме того, детонационный пакет 4 (фиг.8) оснащен форсунками распыла компонентов топливной смеси или клапанами подачи готовой топливной смеси 10 в общую камеру 11. При этом центральная осевая линия вкладышей 22 направлена к центральной осевой линии детонационных труб 13 под углом 0°≤β≤90°.A more detailed possible implementation of the
На фиг.12 представлен продольный разрез детонационного пакета 4, состоящего из набора криволинейных детонационных труб, расположенных по периметру прямой детонационной трубы различного сечения 13 и имеющих общую камеру 11 со свечой (свечами) 9 для воспламенения топливной смеси, а на фиг.13-15 возможное исполнение детонационного пакета 4 данной конструкции с его открытого торца (Вид А). Кроме того, детонационный пакет 4 (фиг.12) оснащен форсунками распыла компонентов топливной смеси или клапанами подачи готовой топливной смеси 10 в общую камеру 11. При этом центральная осевая линия криволинейных детонационных труб 13 с их открытого торца направлена к центральной осевой линии детонационного пакета 4 под углом 0°≤β≤90°.On Fig presents a longitudinal section of a
На фиг.16 представлен продольный разрез детонационного пакета 4 состоящего из набора вложенных друг в друга конусов различного сечения 14 и имеющих общую камеру 11 со свечой (свечами) 9 для воспламенения топливной смеси, а на фиг.17 и фиг.18 - возможное исполнение детонационного пакета 4 данной конструкции с его открытого торца (Вид А). Кроме того, детонационный пакет 4 (фиг.16) оснащен форсунками распыла компонентов топливной смеси или клапанами подачи готовой топливной смеси 10 в общую камеру 11. При этом центральная осевая линия камеры 11, расположенной между вложенными друг в друга конусами различного сечения 14, направлена к центральной осевой линии детонационного пакета 4 под углом 0°≤β≤90°.In Fig.16 shows a longitudinal section of a
На фиг.19 представлен продольный разрез детонационного пакета 4 состоящего из набора прямолинейных детонационных труб различного сечения 13, имеющих раздельные камеры 12, оснащенные свечами 9 для воспламенения топливной смеси, а на фиг.20 и 21 возможное исполнение детонационного пакета 4 данной конструкции с его открытого торца (Вид А). Кроме того, детонационный пакет 4 (фиг.19) оснащен форсунками распыла компонентов топливной смеси или клапанами подачи готовой топливной смеси 10 в раздельные камеры-трубы 12. При этом центральные осевые линии детонационных труб 12 направлены к центральной осевой линии детонационного пакета 4 (и центральной детонационной трубе 12) под углом 0°≤β≤90°.In Fig.19 shows a longitudinal section of a
Основной принцип работы детонационных пакетов 4 различной конструкции (фиг.8-21) заключается в раздельной или совместной подаче топливной смеси через форсунки распыла или клапаны 10 в общую камеру 11 или раздельную камеру 12 и воспламенение топливной смеси, например, при помощи свечи 9, при этом продукты горения, распространяясь в детонационных трубах 12 и 13, а также в межконусном пространстве 14, переходят в режим детонационного горения. Поскольку конструкции детонационных пакетов 4 (фиг.8-21) выполнены таким образом, что при истечении с их открытой поверхности 5 (фиг.1) продукты детонационного горения соударяются под углом 0°≤β≤90°, образуется кумулятивная струя, позволяющая на один или два порядка поднять давление в ее эпицентре по сравнению с давлением детонационного горения. При этом время асинхронного истечения продуктов детонационного горения из детонационных труб 12, 13 или совмещенных конусов 14 детонационного пакета 4 (с их открытой поверхности 5), не должно превышатьThe basic principle of operation of
0≤tK-t0≤l0/(DK-D0)0≤t K -t 0 ≤l 0 / (D K -D 0 )
где: t0, tK - время прохождения ударной волны вдоль трубы 12, 13 или конуса 14, находящихся на осевой линии пакета 4 и к-ой детонационной трубы 12, 13 или конуса 14, находящихся на удалении от осевой линии; l0 - длина детонационной трубы 12, 13 или образующей конуса 14, находящихся на осевой линии пакета 4; D0, DK - скорость истечения ударной волны с открытого торца детонационной трубы 12, 13 или конуса 14, находящихся на осевой линии пакета 4 или на удалении от нее.where: t 0 , t K is the shock wave propagation time along the
Увеличение скорости истечения продуктов детонационного горения из детонационных пакетов 4 достигается использованием зон разряжения, следующих за ударной волной, продуктов детонационного горения перед ударными волнами последующих детонационных импульсов; эффект обеспечивается диапазоном частот ν инициирования топливной смесиAn increase in the velocity of the outflow of detonation combustion products from
(DK/lK)<ν≤(DK+vK)/lK,(D K / l K ) <ν≤ (D K + v K ) / l K ,
где: DK и vK - скорости, соответственно, ударной волны и волны разряжения, распространяющиеся в к-той детонационной трубе или конусе длиной lK.where: D K and v K are the velocities of the shock and rarefaction waves, respectively, propagating in the detonation tube or cone of length l K.
Способ работы многоцелевой энергосиловой детонационной установки демонстрируется на фиг.22-33.The method of operation of the multi-purpose energy-power detonation installation is shown in Fig.22-33.
На фиг.22-25 показан способ работы энергосиловой детонационной установки, оснащенной одним детонационным пакетом 4, расположенным в первом поясе 6 за один рабочий цикл. На фиг.22 показан момент истечения кумулятивной струи 15 на днище 2 полузамкнутой камеры 3 из одного детонационного пакета 4. На фиг.23 показано отражение ударной волны 16 и расширяющихся газов 17 от днища 2 полузамкнутой камеры 3. На фиг.24 показано расширение газов 17 и движение ударной волны 16 вдоль трубы 1 полузамкнутой камеры 3. На фиг.25 показана энергосиловая детонационная установка после полного завершения рабочего цикла.On Fig-25 shows a method of operation of an energy-power detonation installation, equipped with one
На фиг.26-29 показан способ работы энергосиловой детонационной установки, оснащенной набором детонационных пакетов 4, расположенных в первом поясе 6, за один рабочий цикл при синхронном истечении кумулятивных струй 15. На фиг.26 показан момент истечения кумулятивных струй 15 на днище 2 полузамкнутой камеры 3 из нескольких детонационных пакетов 4. На фиг.27 показано отражение ударной волны 16 и расширяющихся газов 17 от днища 2 полузамкнутой камеры 3. На фиг.28 показано расширение газов 17 и движение ударной волны 16 вдоль трубы 1 полузамкнутой камеры 3. На фиг.29 показана энергосиловая детонационная установка после полного завершения рабочего цикла. При этом истечение детонационных струй из нескольких детонационных пакетов 4 может происходить как синхронно, так и асинхронно.On Fig.26-29 shows the method of operation of a power-detonation installation, equipped with a set of
Время воздействия положительного импульса определяется временем повышенного давления, воздействующего на днище 2. Отраженная от днища 2 ударная волна 16 движется к открытому торцу камеры 3 и истекает из нее вместе с расширяющимися газами 17. При этом, если длина камеры будет превышать некоторую величину, данная величина определяется объемом камеры и массой зарядов, задействованной в импульсе первого пояса 6, то за ударной волной, воздействующей на днище 2, будет воздействовать волна разряжения, что уменьшает единичный суммарный импульс. Отраженную фазу импульса можно исключить, используя короткую камеру 3 или увеличивая частоту импульсов пакетов детонационных труб 4 первого пояса 6. Такой способ позволяет более чем на порядок поднять импульсное давление на днище 2 камер 3 по сравнению с детонационным горением известных способов, а следовательно, существенно увеличить КПД данных устройств. Однако истекающие из камеры 3 ударная отраженная волна 16 и газы 17 имеют большой запас энергии (более 60% от начального запаса внутренней энергии).The time of exposure to a positive pulse is determined by the time of increased pressure acting on the
На фиг.30-33 показан способ работы энергосиловой детонационной установки оснащенной несколькими поясами детонационных пакетов. Для дополнительного отбора данной энергии предлагается удлинить камеру 3, снабдив ее дополнительным количеством поясов 7 пакетов детонационных труб 4, которые кумулятивными струями 15 будут экранировать мощную отраженную волну 16 и поджимать истекающие газы 17, повторно возвращая данную ударную волну 19, усилив ее импульсами кумулятивных струй 15 i-х поясов 7 на днище 2 камеры 3. При этом часть энергии от кумулятивных струй 15 i-го пояса 7 в виде ударной волны 20 и расширяющихся газов 21 выбрасывается через открытое отверстие камеры 3, дополнительно отбрасывая присоединенную массу окружающей среды. Для повышения КПД многомодульной энергосиловой установки последующие импульсы i-х поясов имеют последовательно меньшие импульсы (на величину передаваемого импульса днищу 2 камеры 3). Кроме того, наличие i-х числа поясов позволяют гибко регулировать режимы работы энергосиловых установок.On Fig-33 shows a method of operation of an energy-power detonation unit equipped with several detonation package belts. For additional selection of this energy, it is proposed to extend the
На фиг.30 показано истечение кумулятивных струй 15 на днище 2 полузамкнутой камеры 3 из нескольких детонационных пакетов 4, расположенных в первом поясе 6.On Fig shows the expiration of the
На фиг.31 показано отражение ударной волны 16 и движение ее вдоль трубы 1 полузамкнутой камеры 3 вместе с расширяющимися газами 17.On Fig shows the reflection of the
На фиг.32 показано взаимодействие отраженной ударной волны 16 и расширяющихся газов 17 с кумулятивными струями (или продуктами их расширения) 15, истекающих из детонационных пакетов 4 i-го пояса 7, расположенных на удалении от днища камеры 2.On Fig shows the interaction of the reflected
На фиг.33 показано образование фазы отражения ударной волны 19 и поджатие расширяющихся газов 17, после взаимодействия с кумулятивными струями 15 (фиг.32), истекающих из детонационного пакета 4 i-го пояса 7, и их расширения, с образованием ударной волны 19 и 20 и расширяющихся газов 21, с образованием фазы двойного отражения - вторичного воздействия ударной волны 19 и поджатых газов 17 на днище 2 полузамкнутой камеры 3. Для большей эффективности энергосиловой установки (увеличения КПД, мощности) количество фаз двойных отражений может составлять от 2 до 7 раз и возрастает с увеличением плотности энергии продуктов детонационного горения в камере 3, а угол истечения кумулятивных струй из детонационных пакетов 4 i-го пояса 7 может изменяться от 0° до 180° к осевой линии полузамкнутой камеры 3.On Fig shows the formation of the reflection phase of the
Продукты расширения кумулятивных струй, истекающие в окружающую среду совместно с захваченной присоединенной массой, в соответствии с законом сохранения импульса, создают силу тяги или при истечении на рабочее колесо турбины могут совершать полезную работу, например, для производства электроэнергии.The products of the expansion of cumulative jets flowing into the environment together with the captured attached mass, in accordance with the law of conservation of momentum, create a traction force or, upon expiration to the turbine impeller, can do useful work, for example, to generate electricity.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003134827/06A RU2285142C2 (en) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | Method of operation and design of detonation power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003134827/06A RU2285142C2 (en) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | Method of operation and design of detonation power plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2285142C2 true RU2285142C2 (en) | 2006-10-10 |
Family
ID=37435706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003134827/06A RU2285142C2 (en) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | Method of operation and design of detonation power plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2285142C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2442008C1 (en) * | 2010-06-16 | 2012-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Impulse detonation rocket engine |
| RU2450152C1 (en) * | 2008-04-21 | 2012-05-10 | Мбда Франс | Impulse detonation engine |
| RU2594845C2 (en) * | 2011-04-29 | 2016-08-20 | Экспонентиал Текнолоджис, Инк. | Device and method of controlling internal combustion plant with increase of pressure |
| US11149954B2 (en) | 2017-10-27 | 2021-10-19 | General Electric Company | Multi-can annular rotating detonation combustor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1081149A (en) * | 1964-10-05 | 1967-08-31 | Pulse Jet Corp | Pulse jet engine |
| US3517510A (en) * | 1968-03-11 | 1970-06-30 | John A Melenric | Self-starting valveless resonant pulse-jet engine and method |
| RU2078974C1 (en) * | 1993-12-14 | 1997-05-10 | Саратовская научно-производственная фирма "Растр" | Adjustable detonation chamber of pulsejet engine |
| RU2200864C2 (en) * | 2001-01-31 | 2003-03-20 | Миленький Виктор Юрьевич | Pulsejet engine (versions) |
| US6584765B1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-07-01 | United Technologies Corporation | Pulse detonation engine having an aerodynamic valve |
-
2003
- 2003-12-02 RU RU2003134827/06A patent/RU2285142C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1081149A (en) * | 1964-10-05 | 1967-08-31 | Pulse Jet Corp | Pulse jet engine |
| US3517510A (en) * | 1968-03-11 | 1970-06-30 | John A Melenric | Self-starting valveless resonant pulse-jet engine and method |
| RU2078974C1 (en) * | 1993-12-14 | 1997-05-10 | Саратовская научно-производственная фирма "Растр" | Adjustable detonation chamber of pulsejet engine |
| RU2200864C2 (en) * | 2001-01-31 | 2003-03-20 | Миленький Виктор Юрьевич | Pulsejet engine (versions) |
| US6584765B1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-07-01 | United Technologies Corporation | Pulse detonation engine having an aerodynamic valve |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450152C1 (en) * | 2008-04-21 | 2012-05-10 | Мбда Франс | Impulse detonation engine |
| RU2442008C1 (en) * | 2010-06-16 | 2012-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Impulse detonation rocket engine |
| RU2594845C2 (en) * | 2011-04-29 | 2016-08-20 | Экспонентиал Текнолоджис, Инк. | Device and method of controlling internal combustion plant with increase of pressure |
| US11149954B2 (en) | 2017-10-27 | 2021-10-19 | General Electric Company | Multi-can annular rotating detonation combustor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7739867B2 (en) | Compact, low pressure-drop shock-driven combustor | |
| US4367130A (en) | Chemical reaction | |
| US9359973B2 (en) | Multitube valveless pulse detonation engine | |
| US8683780B2 (en) | Gas turbine engine and pulse detonation combustion system | |
| US7669406B2 (en) | Compact, low pressure-drop shock-driven combustor and rocket booster, pulse detonation based supersonic propulsion system employing the same | |
| US7637096B2 (en) | Pulse jet engine having pressure sensor means for controlling fuel delivery into a combustion chamber | |
| Levin et al. | A new approach to organizing operation cycles in pulsed detonation engines | |
| RU2084675C1 (en) | Chamber for puls detonation engine | |
| US4207154A (en) | Wave generating apparatus and method | |
| RU2157909C1 (en) | Supersonic pulse detonating ramjet engine and method of its functioning | |
| US9217392B2 (en) | Vortex cannon with enhanced ring vortex generation | |
| RU2285142C2 (en) | Method of operation and design of detonation power plant | |
| US6964171B2 (en) | Method and apparatus using jets to initiate detonations | |
| RU2078974C1 (en) | Adjustable detonation chamber of pulsejet engine | |
| US4175380A (en) | Low noise gas turbine | |
| CN114991993B (en) | Self-excited detonation engine | |
| GB2420615A (en) | Thermo acoustic pressure rise pulse combustor | |
| RU93055657A (en) | DETONATION CAMERA | |
| RU2710740C1 (en) | Method for formation and combustion of fuel mixture in detonation burning chamber of rocket engine | |
| RU2446305C2 (en) | Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation | |
| RU64707U1 (en) | KNOCKING ENGINE WITH CONTINUOUS OPERATION CYCLE | |
| RU60145U1 (en) | KNOCKING ENGINE WITH ELECTROMAGNETIC CONTROL DEVICE | |
| RU178988U1 (en) | Supersonic ramjet engine | |
| CN113374597B (en) | Self-excited detonation engine | |
| RU52940U1 (en) | CAMERA OF THE PULSING DETONATION COMBUSTION ENGINE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071203 |