ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ДЕТОНАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
INTERMITTENT DETONATION ENGINE

Изобретение относится к силовым установкам для получения тяги и обеспечения движения летательных аппаратов различного назначения.
Известен пульсирующий двигатель детонационного горения (патент RU №2282044, МПК F02K 7/04, 20/08/2006), содержащий корпус, камеру сгорания, кольцевой канал с входом и выходом, кольцевое сопло для подачи топливной смеси, преобразователь химической энергии топливной смеси в виде газодинамического резонатора, механизм инициирования детонации и сопло двигателя.
Недостатком известного устройства являются повышенные гидравлические потери в воздушном тракте двигателя.
Известен способ организации детонационного режима горения в камере сгорания сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (патент RU №2285143, МПК F02K 7/10, 10.10.2006), включающий подачу топливно-воздушной газовой смеси в камеру сгорания двигателя, генерирование внутренних ударных волн в проточной части камеры сгорания, детонационное горение смеси в камере сгорания с последующим расширением продуктов детонации в сопле.
Недостатком известного способа организации детонационного режима горения в камере сгорания двигателя является сложность согласования подачи топливно-воздушной смеси, инициирования детонации и обеспечения устойчивости режима детонационного горения.
Известен также пульсирующий детонационный двигатель с магнитогидродинамическим управлением потоком (варианты) и способ управления детонацией (патент US №2287713, МПК F02K 7/02, F03H 1/00, H02K 44/08, 20.11.2006), содержащий трубу с открытым входом и выходом, между которыми расположена система поджига. На входе труба имеет систему ввода в трубу топливно-воздушной смеси. Для управления детонацией в трубе между вводом топливно-воздушной смеси и системой поджига установлена система магнитогидродинамического управления потоком.
Недостатком пульсирующего детонационного двигателя с магнитогидродинамическим управлением потоком являются потери электромагнитного поля на рассеяние детонационного фронта, распространяющегося вперед ко входу двигателя.
Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому детонационному двигателю является принятый за прототип гиперзвуковой пульсирующий детонационный двигатель и способ его функционирования (патент RU №2347097, МПК F02K 7/02, 20.02.2007), содержащий корпус, кольцевой воздухозаборник с центральным телом, полузамкнутую детонационную камеру сгорания, инициатор детонации, сопловой аппарат, топливную систему и систему управления. Причем полузамкнутая детонационная камера сгорания сформирована торцевой стенкой центрального тела и внутренней стенкой соплового аппарата, а кольцевой канал воздухозаборника соединен с полузамкнутой детонационной камерой сгорания регулируемым кольцевым щелевым соплом.
Недостатком известного технического решения является неустойчивая работа двигателя при наличии скоса потока на входе кольцевого воздухозаборника.
Задачей заявленного изобретения является создание пульсирующего детонационного двигателя с устойчивой работой на всех режимах полета.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в улучшении равномерности поля давления в канале кольцевого воздухозаборника, повышении устойчивости работы и тяги пульсирующего детонационного двигателя.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в предлагаемом пульсирующем детонационном двигателе, содержащем корпус, кольцевой воздухозаборник с центральным телом, полузамкнутую детонационную камеру сгорания, инициатор детонации, сопловой аппарат, топливную систему и систему управления, кольцевой воздухозаборник имеет острую пилообразную входную кромку, а в сопловом аппарате на выходе полузамкнутой детонационной камеры установлена система магнитогидродинамического управления фронтом выходной детонационной волны.
Схема предлагаемого пульсирующего детонационного двигателя показана на фигуре.
Пульсирующий детонационный двигатель содержит корпус 1, кольцевой воздухозаборник 2, полузамкнутую детонационную камеру сгорания 3, сопловой аппарат 4 и систему управления 5. Центральным телом кольцевого воздухозаборника 2 является корпус 1 с топливным баком 6, теплообменником 7 и активной теплозащитой 8. Полузамкнутая детонационная камера сгорания 3 сформирована внешней поверхностью торцевой стенки 9 с регулируемой перфорацией и внутренней стенкой соплового аппарата 4, а кольцевой воздухозаборник 2 соединен с полузамкнутой детонационной камерой сгорания 3 регулируемым щелевым соплом 10. По оси камеры 3 на торцевой стенке 9 расположен инициатор детонации 11. Кольцевой воздухозаборник имеет острую пилообразную входную кромку 12 с углом при вершине 45±30°, обеспечивающую некритичность к скосам потока и небольшое лобовое сопротивление, а в сопловом аппарате 4 на выходе полузамкнутой детонационной камеры 3 установлена система 13 магнитогидродинамического управления фронтом выходной детонационной волны.
Описываемый пульсирующий детонационный двигатель функционирует следующим образом.
Поток воздуха тормозится в канале воздухозаборника 2 с повышением давления и температуры. В камеру сгорания 3 топливно-воздушную смесь с коэффициентом избытка кислорода более 0,85 подают через кольцевое щелевое сопло 10, а топливно-воздушную смесь с коэффициентом избытка кислорода менее 0,1 вводят через торцевую стенку 9 с регулируемой перфорацией. В результате сталкивания струй в центре полузамкнутой детонационной камеры 3 формируют систему ударных волн и топливно-воздушную смесь, способную детонировать, инициируют детонацию и движение фронта пересжатой детонационной волны через сопловой аппарат 4. При этом осевое магнитное поле системы магнитогидродинамического управления фронтом 13 затягивает процесс размывания фронта выходной детонационной волны, сохраняет его плоским, увеличивает осевую составляющую скорости потока и тягу двигателя.
Полезность предлагаемого изобретения и положительный эффект от его использования заключается в улучшении равномерности поля давления по сечению канала кольцевого воздухозаборника при скосах потока на входе в диапазоне ±15°, повышении устойчивости работы двигателя и его тяги.