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 повыщения 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.: Мащиностроение, 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 .f 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.
Задача полезной модели заключается в расширении технических возможностей устройства.
Решить данную задачу можно путем образования в камере вихревой ударной волны.
Поставленная задача в заявленном устройстве достигается тем, что камера смешения представляет собой торообразный профилированный канал с выходной частью на усеченное тело и выходом на критическое сечение сверхзвукового сопла. В корпусе камеры установлена кольцевая ультразвуковая колебательная система и волноводы волновой и полуволновой длины.
МПК F 02К 7/02
На фиг. 1 представлена камера пульсирующего двигателя детонационного горения, на фиг. 2 - ее сечение в плоскости волноводов, а на фиг. 3 повернутый вид камеры.
Корпус 1 предназначен для установки сверхзвукового сопла 2 и резонатора 3 и кольцевой ультразвуковой колебательной системы 4, для сообщения полости камеры с окружающей средой и для подвода компонентов рабочей смеси в полость камеры смешения.
Сверхзвуковое сопло 2 предназначено для разгона рабочей смеси до сверхзвуковых скоростей и направления ее во внутро 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 камера смешения представляет собой торообразный профилированный канал с выходной частью на усеченное тело и выходом на критическое сечение сверхзвукового сопла. Вторая особенность конструкции заключается в том, что в корпусе 1 камеры установлена кольцевая ультразвуковая колебательная система 4, содержащая волноводы волновой и полуволновой длины. Волноводы волновой длины 5 жестко связаны с усеченным телом, а в торцевой части волновода полуволновой длины 6 установлены механические форсунки 7 с каналами для подвода компонентов топлива. Волноводы устанавливаются таким образом, чтобы их центральные оси находились под углом 60 - 90 к центральной оси устройства. При этом оси устанавливаются на концентрично расположенной поверхности кольцевого вибратора 8 так, что выходные поверхности преобразователей (например, пьезоэлектрического типа) и волноводов расположенных в плоскостях, являющихся касательными к общей для них цилиндрической поверхности.
Устройство работает следующим образом.
При подаче компонентов топлива в отверстие камеры пульсирующего двигателя детонационного горения одновременно подается электрическое напряжение от ультразвукового генератора (на чертеже не показан) на пьезоэлектрические пластины преобразователей.
В последних возбуждаются механические колебания, которые передаются на кольцевой вибратор 8 и волноводы 5 и 6 в которых устанавливается стоячая волна с кучностями на торцах кольцевого вибратора и волноводов, в том числе на рабочих торцах последних, например, одних волноводов - волновой длины и жестко связанных с ним усеченным телом выполненным полуволновой длины, а также других - полуволновой длины, в торцевой части которых установлены механические форсунки 7.
При прохождении компонентов топлива через каналы волноводов полуволновой длины 6 и установленных в торцевой части их механических форсунок 7, происходит распыление топлива, которое поступает в торообразный профилированный канал с выходной частью на усеченное тело, которое является в
свою очередь колебательной системой полуволновой длины и с дальнейшим выходом на критическое сечение сверхзвукового сопла 2.
Кольцевая ультразвуковая колебательная система работает на частоте/ ,44 кГц с амплитудой колебаний до 30 мкм.
Под дей2ствием 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, сопровождаюш;ийся резким повышением температуры и давления, что приводит к возникновению детонационной волны в рабочей смеси и ее детонационному горению.
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 устремляется наружу через внутренний канал сопла 2. Рабочая смесь устремляется в резонатор 3 и процесс повторяется вновь.
Сила тяги создается за счет взаимодействия детонационной волны с дном резонатора (тяговой стенкой), а также за счет реактивной силы, образованной истекаюш;ей через сопло газовой сверхзвуковой струей. Суммарный импульс тяги пульсируюш;его двигателя детонационного горения прямо пропорционален частоте пульсаций и величине давления, воздействуюш,его на дно резонатора.
Таким образом, образовавшаяся вихревая ударная волна способствует интенсификации процесса детонационного горения. Кроме того, изменяя расход компонентов топлива через форсунки, можно регулировать давления в критическом сечении сверхзвукового сопла, а следовательно и величину тяги, создаваемой камерой двигателя.