КАМЕРА ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДВИГАТЕЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения
Полезная модель относится к пульсирующим воздушно реактивным двигателям. Известны газоструйные генераторы Гартмана, работающие на пульсирующем режиме течения рабочего тела и нашедшие в настоящее время применение в качестве мощных акустических излучателей. С обнаружением эффекта повышения температуры на дне резонатора за доли секунды, они стали применятся для поджига горючих топливных смесей, а также тогда, когда нужны высокотемпературные источники тепла (Ляхов В.Н., Подлубной В.В., Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкции. - М.: Машиностроение, 1989, 392 с.). Однако в патенте РФ № 2084675, 1997 предложено новое направление использования устройств, выполненных на основе генератора Гартмана. Сила тяги в них создается в результате сгорания топливовоздушной смеси. Устройство содержит расположенные в едином корпусе сверхзвуковое сопло и резонатор, выполненный в виде трубки, обращенной открытым концом в сторону истечения рабочего тела.
Наиболее близким к заявляемому устройству как по принципу действия, так и по техническому исполнению является Камера пульсирующего двигателя детонационного горения (свидетельство на полезную модель № 6841, от 07.05.97 г.). Для нее характерна более высокая надежность детонационного воспламенения рабочей смеси за счет интенсификации образования ударных волн. Эта задача решается за счет придания одной из поверхностей критического сечения камеры ультразвуковых колебаний заданной частоты и амплитуды. Для этого в выходной части камеры установлено, по крайней мере, два ультразвуковых преобразователя, центральные оси которых перпендикулярны центральной оси устройства. При этом активные накладки жестко связаны с кольцом, внутренняя поверхность которого совместно со сверхзвуковым соплом представляет критическое сечение. Все это способствует уменьшению диаметра капель рабочей смеси, подаваемой в резонатор и увеличению скоростей ее истечение через критическое сечение. Одним из недостатков данной конструкции является невозможность регулирования тяги двигателя.
Задачей полезной модели является образование вихревой ударной волны - торнадо, регулирование давления в критическом сечении сверхзвукового сопла с одновременным расширением эксплуатационных и технических возможностей, а также интенсификация самого процесса образования ударной волны и регулирование тяги двигателя.
МПК F 02К 7/02
Поставленная задача в заявленном устройстве достигается за счет установки резонатора в опорах с возможностью вращения, а также размещения в боковой части корпуса камеры смещения по крайней мере двух ультразвуковых преобразователей, центральные оси которых могут быть установлены под углом 60...90° к центральной оси устройства. В торцевой части резонаторов установлены механические форсунки для подвода компонентов рабочей смеси, а внутренняя часть корпуса выполнена с возможностью вращения в виде крыльчатки - барабана со сквозными полостями.
Кроме того, корпус камеры смещения вместе с усеченным телом имеют возможность вращения в различных направлениях относительно резонатора за счет установки дополнительной подвижной опоры. При чем на внутренних поверхностях усеченного тела относительно сверхзвукового сопла и резонатора выполнены винтовые канавки для дополнительного разгона рабочей смеси за счет ее закручивания и создания дополнительного избыточного давления у основания полости резонатора.
На фиг. 1 представлено устройство камеры пульсирующего двигателя дополнительного горения, а на фиг. 2 - схема выполнения винтовых канавок и направления вращения его подвижных частей.
Устройство состоит из составного корпуса 1 и размещенных в нем сверхзвукового сопла 2 и резонатора 3.
Корпус 1 предназначен для установки сверхзвукового сопла 2 резонатора 3 и ультразвуковых преобразователей 4, для сообщения полости в камеры двигателя с окружающей средой и для подвода компонентов рабочей смеси в полость а камеры смещения (фиг. 1).
Сверхзвуковое сопло 2 предназначено для разгона рабочей смеси до сверхзвуковых скоростей и направления ее во внутрь резонатора 3, а также для разгона продуктов детонации, истекающих из полости резонатора 3.
Резонатор 3 предназначен для создания ударных волн и возбуждения детонационного горения. Для разработанной конструкции характерен ряд отличительных особенностей. Первая особенность конструкции заключается в том, что в торцевой части ультразвуковых преобразователей 4 установлены механические форсунки 5 с каналами для подвода компонентов топлива. Причем амплитуда колебаний приходится на сопловую выходную часть форсунки.
Вторая особенность конструкции заключается в том, что ее корпус имеет возможность вращения в различных направлениях относительно резонатора за счет установки дополнительной подвижной опоры 6 в основании корпуса резонатора с наружной стороны. Кроме того, в выходной части камеры смешения и в основании корпуса установлены дополнительные подвижные опоры 6, обеспечивающие вращение наружной поверхности критического сечения относительно сверхзвукового сопла в различных направлениях. Возможные варианты направления вращательного движения представлена на фиг. 2.
Третья особенность конструкции заключается в том, что на внутренней поверхности резонатора и на наружной поверхности сверхзвукового сопла, выполненного в виде усеченного конуса, имеются винтовые канавки.
Настройка камеры двигателя на заданный режим ее работы осуществляется путем изменения площади критического сечения и установке преобразователей под углом 60...90 к центральной оси устройства.
Работает камера пульсирующего двигателя детонационного горения следз ющим образом.
Подача компонентов топлива в камеру смещения осуществляется через механические форсунки. При этом, под действием ультразвуковых колебаний происходит дополнительное дробление капель, что приводит к улучшению качества смесеобразования рабочей смеси.
В критическом сечении рабочая смесь достигает местной скорости звука, а после критического сечения приобретает сверхзвуковую скорость.
Разогнанное до скорости М  2 рабочая смесь попадает во внутреннюю полость б резонатора 3, в которой возбуждается колебательный процесс с образованием ударной волны, сопровождающийся резким повышением температуры и давления, что приводит к возникновению детонационной волны в рабочей смеси и ее детонационному горению. Для интенсификации процесса детонационного горения используются винтовые канавки, которые направляют рабочую смесь в сторону резонатора и продукты детонации в сторону сверхзвукового сопла с закруткой. В результате этого образуется вихревая ударная волна - торнадо.
Для регулирования давления в критическом сечении сопла внешнего расширения в выходной части камеры смещения и в основании корпуса установлены дополнительные подвижные опоры, обеспечивающие вращение наружной поверхности критического сечения относительно сверхзвукового сопла в различных направлениях. Путем изменения угловой скорости вращения подвижных частей камеры можно регулировать тягу двигателя.
Образовавшаяся детонационная волна, отражаясь от донной части резонатора устремляется к его выходу, перекрывая путь поступающей рабочей смеси. Детонационная волна встречаясь со сверхзвуковым потоком рабочей смеси, образует скачок уплотнения, т.е. газовый затвор, который преграждает путь движения сверхзвукового потока рабочей смеси в резонатор 3. При превышении полного давления продуктов детонации над полным давлением рабочей смеси на срезе сопла происходит открытие газового замка и детонационная волна через полость г устремляется наружу через внутренний канал сопла 2. Рабочая смесь устремляется в резонатор 3 и процесс повторяется вновь.
образованной истекающей через сопло газовой сверхзвуковой струей. Суммарный импульс тяги пульсирующего двигателя детонационного горения прямо пропорционален частоте пульсаций и величине давления, воздействующего на дно резонатора.