ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ИНИЦИИРОВАНИЯ ДЕТОНАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к устройствам инициирования, предназначенным для взрывной техники, в частности, для двигателей детонационного горения, а также может быть использована в металлургии, горном деле, физике плазмы и других областях техники, требующих создания высоких импульсных давлений и температур.
Одним из новых направлений в развитии ракетодвигателестроения является разработка детонационных двигателей, которые могут найти широкое применение, как для космических, так и военных целей, как для нужд транспорта, так и для развития высоких технологий.
В связи с тем, что к настоящему времени ни одна страна мира не отработала действующей модели двигателя детонационного горения с непрерывным, автоматическим и устойчивым детонационным процессом, то, следовательно, не отработано и устройство для создания детонационных импульсов к нему.
Известны различные способы возбуждения детонационных процессов и устройства для их реализации. Например, Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ - М.: Оборонгиз, 1960 - с.263...338 (Глава V. Возбуждение горения и детонации взрывчатых веществ. Начальный импульс и чувствительность ВВ). Однако практически все они не могут обеспечить регулируемую подачу детонационных импульсов и дросселирование подачи газо-воздушной среды, т.е. обеспечить регулирование тяги, создаваемой двигателем, как в широких, так и в узких пределах.
Частично эти недостатки устранены в «Устройстве электрического взрывания зарядов» (авторское свидетельство СССР №1710984, МПК F 42 D 1/05, 1992 г.). Все его основные элементы можно свести к блоку управления, чувствительному элементу и усилительно-преобразующему устройству. Блок управления содержит источник питания, электронный ключ, преобразователь напряжения и два генератора взрывных импульсов. Чувствительный элемент представляет собой датчик контроля вещества, образующего пламягасящую среду и предназначен для выработки сигнала в момент перекрытия светового потока. Усилительно-преобразующее устройство предназначено для преобразования сигнала, поступающего с датчика контроля вещества на подрыв рабочих зарядов.
Наиболее близким к заявленному устройству, как по принципу действия, так и по
техническому исполнению является «Электронная система инициирования двигателя детонационного горения» (патент РФ на полезную модель №8797, МПК F 42 D 1/04.
Принцип действия противопоставленного устройства может быть полностью использован при разработке заявленного устройства, но его схема может быть взята только за основу, т.к. она не может обеспечить регулируемый режим работы детонационного двигателя применительно к ракетам и реактивным снарядам.
Задачей полезной модели является разработка системы детонационного двигателя, обеспечивающей регулирование тяги по заданной программе, т.е. обеспечивающей работу детонационного двигателя таким образом, чтобы полет летательного аппарата проходил с изменяемой скоростью полета.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в организации регулируемого цикла работы энергосиловых установок, работающих на принципе детонационного преобразования энергии топливно-воздушной рабочей смеси за счет реализации одновременной перенастройки системы инициирования и топливоподачи.
Поставленная задача достигается тем, что электронная система инициирования детонационного двигателя состоит из блока управления, детонационной камеры, чувствительного элемента, системы инициирования и системы топливоподачи. При этом блок управления выполнен составным и состоящим из блока запуска, выходы которого соединены с системой инициирования и с системой топливоподачи и блока регулирования, выходы которого также соединены с системой инициирования и с системой топливоподачи, а вход - через систему инициирования и чувствительный элемент с детонационной камерой.
На рисунке представлена блок-схема электронной системы инициирования детонационного двигателя. К ее основным элементам относятся:
1 - блок запуска,
2 - блок регулирования,
3 - усилительно-преобразующее устройство,
4 - устройство временной задержки,
5 - устройство усиления,
6 - инициатор,
7 - система топливоподачи,
8 - детонационная камера,
9 - датчик давления.
Блок запуска 1 и блок регулирования 2 образуют систему управления работой детонационного двигателя. Усилительно-преобразующее устройство 3, устройство временной задержки 4, устройство усиления 5 и исполнительное устройство в виде инициатора 5 образуют систему инициирования.
Возможны следующие режимы работы электронной системы инициирования: режим запуска, рабочий режим и выключение. Рассмотрим каждый из них.
Режим запуска осуществляется путем подачи команды от блока запуска 1 в виде единичного импульсного электрического сигнала одновременно как в систему топливоподачи 7, так и в систему инициирования. Компоненты топливно-воздушной смеси в заданном соотношении компонентов топлива, с заданными значениями расхода и давления подаются во внутреннюю полость детонационной камеры.
запуска
зад
вых
При этом электрический сигнал в виде U через устройство временной задержки 4 U поступает на устройство усиления 5 выполняемое, как правило, в виде автомобильной катушки зажигания, и в виде сигнала U поступает в исполнительное устройство 6, представляющее собой инициатор.
запуска
иниц
Одновременно электрический сигнал U через систему топливоподачи 7 обеспечивает подачу топливно-воздушной смеси в детонационную камеру 8. К моменту заполнения детонационной камеры 8 смесью подается детонационный импульс U, который детонирует ее.
к
чэ
oc
В результате детонирования топливно-воздушной смеси давление в детонационной камере повышается, что фиксируется чувствительным элементом, выполненным в виде датчика давления 9. Сигнал о запуске двигателя в виде давления в детонационной камере р с датчика давления 9 в виде сигнала U через усилительно-преобразующее устройство в виде сигнала U поступает в блок регулирования 2, который сигнализирует о завершении режима запуска и выходе двигателя на установившийся режим работы.
В случае обеспечения ступенчатого запуска двигателя, необходимо первоначально настроить его на этот режим работы. Для этого с блока регулирования 2 вводятся необходимые данные, необходимые для реализации этого режима, в блок запуска 1.
Рабочий режим является продолжением режима запуска. Дальнейшая работа двигателя осуществляется следующим образом. На рабочем режиме компоненты топливно-воздушной смеси постоянно подаются в детонационную камеру 8. Продукты детонации, истекая из камеры 8, создают тягу, которая приводит в движение летательный аппарат. Сведения о работе двигателя передаются в блок регулирования 2 через датчик давления 9.
Для изменения режима работы двигателя необходимо подать сигнал от блока регулирования
упр
зад
2 в соответствии с программой изменения тяги двигателя. При этом сигнал U одновременно поступает как в систему инициирования через устройство временной задержки 4, так и в систему топливоподачи 7. Для уменьшения тяги двигателя необходимо перевести его на дросселируемый режим, который сопровождается уменьшенными значениями расхода и давления компонентов топливно-воздушной смеси, подаваемыми в детонационную камеру 8. Для увеличения тяги двигателя необходимо перевести его на форсируемый режим, который сопровождается увеличенными значениями расхода и давления компонентов топливно-воздушной смеси. При этом большим значениям расхода и давления компонентов топливно-воздушной смеси соответствует меньшее значение временной задержки U, создаваемое устройством 4 и, наоборот.
Таким образом, после полного заполнения внутреннего объема детонационной камеры 8 компонентами топливно-воздушной смеси инициатор 6 подает команду на ее инициирование.
к
чэ
oc
к
Сигнал о переходе работы двигателя на другой режим в виде нового значения давления в детонационной камере р с датчика давления 9 в виде сигнала U через усилительно-преобразующее устройство в виде сигнала U поступает в блок регулирования 2. Это сигнализирует как о завершении перехода работы двигателя на другой режим, так и о величине давления в детонационной камере р.
запуска
Режим выключения осуществляется по командам блока запуска 1. При этом он отключает электрический сигнал в виде U. В свою очередь это сопровождается отключением системы топливоподачи 2 и системы инициирования, что обеспечивает прекращение процессов заполнения детонационной камеры топливно-воздушной смесью и ее инициирование.
oc
oc
При аварийных ситуациях, а также в случаях незапуска или несанкционированного выключения двигателя сигналы с датчика давления U в блок регулирования 2 не поступают, что сигнализирует об отсутствии детонационных процессов в камере 8. В этом случае блок запуска 1 будет выдавать импульсные электрические сигналы на инициатор 6 и на систему топливоподачи 7 до тех пор, пока детонационный двигатель не запустится и появится сигнал U.
Таким образом, предложенная электронная система инициирования обеспечивает регулирование тяги двигателя по заданной программе за счет реализации одновременной перенастройки системы инициирования и топливоподачи. Кроме того, реализация данной системы способствует поддержанию высокой экономичности работы двигателя на всех режимах.