ГИПЕРЗВУКОВОЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СООТВЕТСТВУЮЩИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБ
HYPERSONIC RAMJET ENGINES AND CORRESPONDING AIRCRAFT AND METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящее изобретение относится к гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателям.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Прямоточный воздушно-реактивный двигатель представляет собой воздушно-реактивный двигатель, в котором для сжатия входящего воздуха в камере сгорания без осевого компрессора используется движение двигателя вперед. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым сгоранием, также известные как гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели, представляют собой прямоточные воздушно-реактивные двигатели, в которых сгорание происходит в сверхзвуковом потоке топливовоздушной смеси. Применение сверхзвукового сгорания может приводить к более высоким уровням рабочих характеристик при увеличенных числах Маха относительно того, что может быть получено дозвуковым сгоранием, как в прямоточном воздушно-реактивном двигателе или турбореактивном двигателе. Первичное инженерное ограничение при проектировании гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей относится к небольшому времени, имеющемуся для обеспечения воспламенения и завершения сжигания топливовоздушной смеси. Например, гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель может иметь такую длину и может быть выполнен с возможностью работы при такой скорости, что воздух проходит через блок камеры сгорания в гиперзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе за время порядка 1 миллисекунды (мс). Если топливо впрыскивается в камеру сгорания в виде струи или в форме капелек, топливо должно испаряться и диффундировать в поток воздуха с получением эффективно сгораемой топливовоздушной смеси. Однако диффузия обычно происходит относительно медленно, что приводит к неэффективному смешиванию топлива и воздуха во временном масштабе, соотносящемся с продолжительностью прохода воздуха через камеру сгорания. Таким образом, неэффективное смешивание топлива и воздуха может приводить к потере потенциальной тяги и/или потере топлива.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[003] В настоящем документе раскрыты гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели и соответствующие летательные аппараты и способы. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель включает в себя сужающееся впускное отверстие, выполненное с возможностью сжатия входящего потока воздуха, блок камеры сгорания с камерой сгорания, расположенной ниже по течению относительно сужающегося впускного отверстия, и расширяющееся выходное сопло, расположенное ниже по течению относительно камеры сгорания. Блок камеры сгорания выполнен с возможностью введения потока топлива в поток воздуха в камере сгорания с созданием потока топливовоздушной смеси и воспламенения и сжигания потока топливовоздушной смеси с созданием исходящего потока. Блок камеры сгорания включает в себя систему впрыска топлива, включающую по меньшей мере один электродуговой блок, выполненный с возможностью впрыскивания потока топлива в поток воздуха в камере сгорания со скоростью топлива, достаточной для создания сдвига между потоком топлива и потоком воздуха. Расширяющееся выходное сопло выполнено с возможностью ускорения исходящего потока с созданием тяги гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
[004] Способ создания тяги для летательного аппарата включает в себя сжатие сверхзвукового входящего потока воздуха в сужающемся впускном отверстии, впрыскивание потока топлива в поток воздуха в камере сгорания ниже по течению относительно сужающегося впускного отверстия с созданием потока топливовоздушной смеси, воспламенение потока топливовоздушной смеси в камере сгорания, поддержание сжигания потока топливовоздушной смеси в камере сгорания с созданием исходящего потока и выпуск исходящего потока из расширяющегося выходного сопла ниже по течению относительно камеры сгорания. Впрыскивание потока топлива в поток воздуха включает в себя впрыскивание потока топлива со скоростью топлива, достаточной для создания сдвига между потоком топлива и потоком воздуха.
Кроме того, приведенное раскрытие содержит варианты реализации согласно следующим пунктам:
Пункт 1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий:
- сужающееся впускное отверстие, выполненное с возможностью сжатия входящего потока воздуха;
- блок камеры сгорания, содержащий камеру сгорания, расположенную ниже по течению относительно сужающегося впускного отверстия, причем
блок камеры сгорания выполнен с возможностью введения потока топлива в поток воздуха в камере сгорания с созданием потока топливовоздушной смеси и воспламенения и сжигания потока топливовоздушной смеси с созданием исходящего потока, и при этом
блок камеры сгорания содержит систему впрыска топлива, содержащую по меньшей мере один электродуговой блок, выполненный с возможностью впрыскивания потока топлива в поток воздуха в камере сгорания со скоростью топлива, достаточной для создания сдвига между потоком топлива и потоком воздуха; и
- расширяющееся выходное сопло, расположенное ниже по течению относительно камеры сгорания и выполненное с возможностью ускорения исходящего потока с созданием тяги гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Пункт 2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором скорость воздуха входящего потока воздуха является сверхзвуковой.
Пункт 3. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором скорость топлива по меньшей мере по меньшей мере в два раза превышает скорость воздуха входящего потока воздуха.
Пункт 4. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором по меньшей мере один электродуговой блок выполнен с возможностью ионизации потока топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха.
Пункт 5. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит первый электрод и второй электрод, причем
система впрыска топлива также содержит регулируемый источник напряжения, выполненный с возможностью подачи напряжения на первый электрод и второй электрод; и при этом
система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки напряжения для регулировки скорости топлива.
Пункт 6. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит первый электрод и второй электрод, причем
система впрыска топлива также содержит регулируемый источник напряжения, выполненный с возможностью подачи напряжения на первый электрод и второй электрод; и при этом
система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки напряжения для регулировки завихрения потока топлива.
Пункт 7. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит первый электрод и второй электрод, причем
система впрыска топлива также содержит регулируемый источник напряжения, выполненный с возможностью подачи напряжения на первый электрод и второй электрод; и при этом
система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки напряжения для регулировки однородности потока топливовоздушной смеси.
Пункт 8. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит корпус электродугового блока, в котором образован внутренний объем, через который проходит поток топлива при впрыскивании указанным по меньшей мере одним электродуговым блоком, и в котором образован первый электрод и второй электрод, проходящие во внутренний объем корпуса электродугового блока, причем
когда на первый электрод и второй электрод подано напряжение, дуга между первым электродом и вторым электродом приводит к прохождению тока, который создает магнитное поле; и при этом
магнитное поле выполнено с возможностью создания завихрения в потоке топлива при выходе потока топлива из указанного по меньшей мере одного электродугового блока и его входе в поток воздуха с созданием потока топливовоздушной смеси.
Пункт 9. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором система впрыска топлива также содержит по меньшей мере один магнит, связанный с указанным по меньшей мере одним электродуговым блоком, причем
указанный по меньшей мере один магнит выполнен с возможностью создания магнитного поля; и при этом
магнитное поле выполнено с возможностью создания завихрения в потоке топлива при выходе потока топлива из указанного по меньшей мере одного электродугового блока и его входе в поток воздуха с созданием потока топливовоздушной смеси.
Пункт 10. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 9, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит корпус электродугового блока, и причем
указанный по меньшей мере один магнит проходит по окружности вокруг корпуса электродугового блока; и при этом
указанный по меньшей мере один магнит выполнен с возможностью избирательного поступательного перемещения вдоль корпуса электродугового блока для изменения воздействия магнитного поля на поток топлива при выходе потока топлива из указанного по меньшей мере одного электродугового блока и его входе в поток воздуха с созданием потока топливовоздушной смеси.
Пункт 11. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 10, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью поступательного перемещения указанного по меньшей мере одного магнита вдоль корпуса электродугового блока для регулировки однородности потока топливовоздушной смеси.
Пункт 12. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит массив электродуговых блоков; и
причем массив электродуговых блоков содержит прямоугольный массив электродуговых блоков.
Пункт 13. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит массив электродуговых блоков; и
причем массив электродуговых блоков содержит расположенный уступами массив электродуговых блоков.
Пункт 14. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором блок камеры сгорания также содержит по меньшей мере один воспламенитель, выполненный с возможностью воспламенения потока топливовоздушной смеси ниже по течению относительно указанного по меньшей мере одного электродугового блока; причем
указанный по меньшей мере один воспламенитель выполнен с возможностью воспламенения потока топливовоздушной смеси в камере сгорания, только когда скорость воздуха меньше порогового значения, и при этом
блок камеры сгорания выполнен с возможностью обеспечения спонтанного воспламенения потока топливовоздушной смеси в камере сгорания, когда скорость воздуха имеет пороговое значение или превышает его.
Пункт 15. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором блок камеры сгорания выполнен с возможностью обеспечения спонтанного воспламенения потока топливовоздушной смеси в камере сгорания в результате свойств одного или более из следующего: потока воздуха, потока топлива, и/или потока топливовоздушной смеси.
Пункт 16. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 15, в котором блок камеры сгорания не имеет воспламенителей, выполненных с возможностью введения источника воспламенения в камеру сгорания для обеспечения воспламенения потока топливовоздушной смеси.
Пункт 17. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором блок камеры сгорания не имеет турбулизаторных конструкций внутри камеры сгорания, выполненных с возможностью физического введения турбулентности в поток топливовоздушной смеси при прохождении потока топливовоздушной смеси через камеру сгорания.
Пункт 18. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по пункту 1, в котором блок камеры сгорания не имеет конструкции в виде стабилизатора пламени внутри камеры сгорания, выполненной с возможностью поддержания сжигания потока топливовоздушной смеси в камере сгорания.
Пункт 19. Летательный аппарат, содержащий:
корпус летательного аппарата и
гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по п. 1, поддерживаемый корпусом летательного аппарата.
Пункт 20. Способ создания тяги для летательного аппарата, включающий:
сжатие сверхзвукового входящего потока воздуха в сужающемся впускном отверстии;
впрыскивание потока топлива в поток воздуха в камере сгорания ниже по течению относительно сужающегося впускного отверстия с созданием потока топливовоздушной смеси;
воспламенение потока топливовоздушной смеси в камере сгорания;
поддержание сжигания потока топливовоздушной смеси в камере сгорания с созданием исходящего потока и
выпуск исходящего потока из расширяющегося выходного сопла ниже по течению относительно камеры сгорания;
причем впрыскивание включает впрыскивание потока топлива со скоростью топлива, достаточной для создания сдвига между потоком топлива и потоком воздуха.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[005] На ФИГ. 1 показана схема, представляющая гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели и летательные аппараты согласно раскрытию настоящего изобретения.
[006] На ФИГ. 2 схематически показано сечение, представляющее системы впрыска топлива согласно раскрытию настоящего изобретения.
[007] На ФИГ. 3 показана схема, представляющая системы впрыска топлива согласно раскрытию настоящего изобретения.
[008] На ФИГ. 4 показана еще одна схема, представляющая системы впрыска топлива согласно раскрытию настоящего изобретения.
[009] На ФИГ. 5 показана блок-схема, представляющая способы создания тяги для летательного аппарата согласно раскрытию настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] В настоящем документе раскрыты гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели и соответствующие летательные аппараты и способы. В целом, на фигурах чертежей элементы, которые могут быть включены в данный пример, показаны сплошными линиями, а элементы, которые являются необязательными для данного примера, показаны пунктирными линиями. Однако элементы, которые показаны сплошными линиями, не являются существенными для всех примеров раскрытия настоящего изобретения, элемент, показанный сплошными линиями, может быть опущен из конкретного примера без отхода от объема раскрытия настоящего изобретения.
[0011] На ФИГ. 1 показана схема иллюстративных неисключительных примеров гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей 100 согласно раскрытию настоящего изобретения, которая может быть использована в связи с летательным аппаратом 10. Например и как схематично показано на ФИГ. 1, летательный аппарат 10 может включать в себя корпус 20 летательного аппарата 20, к которому прикреплены один или более гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей 100, например, для обеспечения тяги для летательного аппарата 10. Летательный аппарат 10 в целом может быть использован для транспортировки людей, грузов и/или другой полезной нагрузки и может представлять собой коммерческий летательный аппарат, военный летательный аппарат или вооружение, такое как ракета. Летательный аппарат 10, в котором используется по меньшей мере один гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель 100 согласно раскрытию настоящего изобретения, в целом может быть выполнен с возможностью работы при сверхзвуковых скоростях, а именно, скоростях, превышающих 1М. При использовании в настоящем документе число Маха предназначено для указания скорости относительно (т.е. делением) скорости звука в окружающем воздухе, на которую могут влиять свойства окружающего воздуха, такие как температура.
[0012] Как схематично показано на ФИГ. 1, гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель 100 включает в себя сужающееся впускное отверстие 110, выполненное с возможностью сжатия входящего потока 112 воздуха, блок 120 камеры сгорания с камерой 130 сгорания, расположенной ниже по течению относительно сужающегося впускного отверстия 110, и расширяющееся выходное сопло 220, расположенное ниже по течению относительно камеры 130 сгорания. Входящий поток 112 воздуха может иметь скорость воздуха (например, относительно сужающегося впускного отверстия 110), которая является сверхзвуковой, то есть больше, чем по меньшей мере 1М. В качестве более конкретных примеров скорость воздуха входящего потока 112 воздуха может быть больше 2М, больше 4М и/или больше 6М. Блок 120 камеры сгорания выполнен с возможностью введения потока 132 топлива в поток 112 воздуха внутри камеры 130 сгорания с созданием потока 134 топливовоздушной смеси и воспламенения и сжигания потока 134 топливовоздушной смеси с созданием исходящего потока 136. Как схематично показано на ФИГ. 1, камера 130 сгорания может включать в себя зону 131 смешивания, в которой поток 132 топлива смешивается с потоком 112 воздуха с созданием потока 134 топливовоздушной смеси, и зону 133 сжигания ниже по течению относительно зоны 131 смешивания, в которой происходит сжигание потока 134 топливовоздушной смеси. Расширяющееся выходное сопло 220 выполнено с возможностью ускорения исходящего потока 136 с созданием тяги. Блок 120 камеры сгорания включает в себя систему 150 впрыска топлива по меньшей мере одним электродуговым блоком 160, выполненным с возможностью впрыскивания потока 132 топлива в поток 112 воздуха в камере 130 сгорания.
[0013] Система 150 впрыска топлива в целом выполнена с возможностью впрыскивания потока 132 топлива в камеру 130 сгорания с созданием сдвига между потоком 132 топлива и потоком 112 воздуха. Система 150 впрыска топлива может быть охарактеризована с точки зрения скорости топлива, с которой поток 132 топлива впрыскивают в камеру 130 сгорания. Например, система 150 впрыска топлива может быть выполнена с возможностью впрыскивания потока 132 топлива в камеру 130 сгорания со скоростью топлива, которая больше или равна скорости воздуха входящего потока 112 воздуха в сужающемся впускном отверстии 110. При использовании в настоящем документе термин "скорость" предназначен для обозначения величины соответствующей скорости независимо от направления соответствующей скорости. В качестве примеров скорость топлива может составлять по меньшей мере половину, быть по меньшей мере равной, по меньшей мере в два раза больше, по меньшей мере в три раза больше и/или по меньшей мере в четыре раза больше скорости воздуха входящего потока 112 воздуха. Такое несоответствие между скоростью топлива потока 132 топлива и скоростью воздуха потока 112 воздуха может способствовать смешиванию потока 132 топлива и потока 112 воздуха, например, путем создания сдвига между потоком 132 топлива и потоком 112 воздуха с введением, таким образом, турбулентности для способствования смешиванию потока 132 топлива и потока 112 воздуха. В частности, если давление впрыскиваемого потока 132 топлива больше, чем давление входящего потока 112 воздуха, внутри камеры 130 сгорания могут образовываться ударные волны для дополнительного усиления смешивания топлива с воздухом. Использование электродугового блока 160 для введения потока 132 топлива в камеру 130 сгорания может способствовать достижению скорости топлива и/или давлению топлива, достаточных для получения сдвига и/или ударных волн, для увеличения однородности потока 134 топливовоздушной смеси.
[0014] В дополнительном или альтернативном варианте реализации система 150 впрыска топлива может быть охарактеризована с точки зрения продольной составляющей скорости потока 132 топлива, которая параллельна направлению входящего потока 112 воздуха. В качестве примеров система 150 впрыска топлива может быть выполнена с возможностью впрыскивания потока 132 топлива в камеру 130 сгорания с продольной составляющей скорости потока топлива, имеющей величину, которая составляет по меньшей мере половину, по меньшей мере равна, по меньшей мере в два раза больше, по меньшей мере в три раза больше и/или по меньшей мере в четыре раза больше скорости воздуха входящего потока 112 воздуха. Такое несоответствие между продольной составляющей скорости потока 132 топлива и скоростью воздуха входящего потока 112 воздуха также может способствовать смешиванию потока 132 топлива и потока 112 воздуха, например, путем создания сдвига между потоком 132 топлива и потоком 112 воздуха с введением таким образом турбулентности для способствования смешиванию потока 132 топлива и потока 112 воздуха.
[0015] На ФИГ. 2 схематически показано сечение электродугового блока 160 согласно раскрытию настоящего изобретения. Как схематично показано на ФИГ. 2, электродуговой блок 160 может включать в себя корпус 162 электродугового блока, в котором образован внутренний объем 164, через который проходит поток 132 топлива. Электродуговой блок 160 также может включать в себя первый электрод 166, второй электрод 168 и источник 190 напряжения, выполненный с возможностью подачи напряжения на первый электрод 166 и второй электрод 168 с образованием электрической дуги 170 ионизированной плазмы между первым электродом 166 и вторым электродом 168. Более конкретно, корпус 162 электродугового блока может включать в себя, и/или в нем может быть образован первый электрод 166 и второй электрод 168, которые могут проходить во внутренний объем 164 корпуса 162 электродугового блока. В качестве примера электродуговой блок 160 может быть выполнен таким образом, что первый электрод 166 является катодом с положительным напряжением, а второй электрод 168 является анодом с отрицательным напряжением. При этом необязательным, но, в частности, в пределах раскрытия настоящего изобретения является возможность выполнения электродугового блока 160 таким образом, что первый электрод 166 является анодом с отрицательным напряжением, а второй электрод 168 является катодом с положительным напряжением.
[0016] Электродуговой блок 160 в целом может быть выполнен с возможностью ускорения потока 132 топлива путем сообщения энергии, такой как тепловая энергия, потоку 132 топлива при прохождении потока 132 топлива через дугу 170. Ускорение потока 132 топлива и/или количество энергии, добавленной в поток 132 топлива электродуговым блоком 160, может зависеть от величины напряжения, подаваемого источником 190 напряжения. В некоторых примерах источник 190 напряжения является регулируемым источником 190 напряжения, таким образом, что система 150 впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки скорости потока 132 топлива, выходящего из электродугового блока 160, посредством регулировки напряжения, подаваемого источником 190 напряжения. Например, увеличение напряжения, подаваемого на первый электрод 166 и второй электрод 168 источником 190 напряжения, может увеличивать энергию, сообщаемую потоку 132 топлива, проходящему через дугу 170.
[0017] Как обозначено на ФИГ. 2, дуга 170 приводит к и/или соответствует току 172, проходящему между первым электродом 166 и вторым электродом 168, который, в свою очередь, создает магнитное поле 174 вблизи дуги 170. Дуга 170 также может способствовать по меньшей мере частичной ионизации потока 132 топлива при его прохождении через дугу 170 и может способствовать созданию потока 132 топлива, который более тщательно ионизируется вблизи осевой линии электродугового блока 160. Когда поток 132 топлива по меньшей мере частично ионизирован, на скорость и/или направление части потока 132 топлива может влиять магнитное поле 174, например, посредством силы Лоренца. В частности, ионизация потока 132 топлива может способствовать лучшему сжиганию потока 134 топливовоздушной смеси.
[0018] Более конкретно, и как схематично показано на ФИГ. 2, дуга 170 может включать в себя проходящий ток 172, который в целом выровнен с продольной протяженностью дуги 170, создавая таким образом магнитное поле 174, которое проходит в целом азимутально вокруг проходящего тока 172. Магнитное поле 174, связанное с проходящим током 172, может способствовать увеличению скорости потока 132 топлива при прохождении потока 132 топлива через электродуговой блок 160 и выходе из электродугового блока 160. Таким образом, в примере, в котором электродуговой блок 160 включает в себя регулируемый источник 190 напряжения, регулирующий напряжение, подаваемое на первый электрод 166 и второй электрод 168 источником 190 напряжения, также может способствовать регулировке скорости топлива. В дополнительном или альтернативном варианте реализации магнитное поле 174, связанное с прохождением тока 172, также может способствовать усилению завихрения потока 132 топлива при прохождении потока 132 топлива через электродуговой блок 160 и выходе из электродугового блока 160. Таким образом, в примере, в котором электродуговой блок 160 включает в себя регулируемый источник 190 напряжения, регулирующий напряжение, подаваемое на первый электрод 166 и второй электрод 168 источником 190 напряжения, также может способствовать регулировке завихрения потока 132 топлива. Увеличение скорости топлива и/или завихрения потока 132 топлива, выходящего из электродугового блока 160, может способствовать усилению смешивания потока 132 топлива с потоком 112 воздуха внутри камеры 130 сгорания. Следовательно, система 150 впрыска топлива также может быть описана как выполненная с возможностью регулировки напряжения, подаваемого источником 190 напряжения для регулировки однородности потока 134 топливовоздушной смеси.
[0019] Как также схематично показано на ФИГ. 2, в некоторых примерах электродуговых блоков 160 система 150 впрыска топлива также включает в себя по меньшей мере один магнит 200, связанный с электродуговым блоком 160 таким образом, что магнит 200 выполнен с возможностью создания магнитного поля 202 в пределах внутреннего объема 164 электродугового блока 160. Магнитное поле 202 может быть выполнено с возможностью регулировки скорости, траектории и/или завихрения потока 132 топлива при прохождении потока 132 топлива через электродуговой блок 160 и выходе из электродугового блока 160. Магнит 200 может быть выполнен таким образом, что магнитное поле 202 увеличивает, усиливает и/или иным образом модифицирует магнитное поле 174, связанное с прохождением тока 172. В таком варианте реализации изобретения магнитное поле 174 и магнитное поле 202 могут быть описаны как взаимодействующие магнитные поля. Каждый магнит 200 может проходить по окружности вокруг корпуса 162 электродугового блока. В таком варианте реализации изобретения магнит 200 также может быть назван соленоидом 200. В примере, в котором магнит 200 имеет форму соленоида, магнитное поле 202 может быть в целом выровнено с общим путем потока 132 топлива через корпус 162 электродугового блока и/или может распространяться радиально в выхлопной части внутреннего объема 164 таким образом, что ионизированный поток 132 топлива может перемещаться по спиральной траектории вокруг линий поля магнитного поля 202, создавая завихрения в пределах потока 132 топлива.
[0020] Магнитное поле 202 может способствовать изменению скорости топлива и/или завихрения потока 132 топлива при прохождении потока 132 топлива через электродуговой блок 160 и выходе из электродугового блока 160, и магнит 200 может включать в себя и/или представлять собой любую магнитную структуру, выполненную с возможностью создания необходимого магнитного поля 202. Например, магнит 200 может включать в себя и/или представлять собой электромагнит 204, который включает в себя токонесущую катушку 206, а система 150 впрыска топлива также может включать в себя источник 210 тока, функционально соединенный с токонесущей катушкой 206. В некоторых таких примерах система 150 впрыска топлива может быть выполнена с возможностью регулировки тока в токонесущей катушке 206 для регулировки магнитного поля 202, например, для регулировки скорости потока 132 топлива и/или для регулировки завихрения потока 132 топлива при выходе потока 132 топлива из электродугового блока 160 и его входе в поток 112 воздуха с созданием потока 134 топливовоздушной смеси. Поскольку увеличение скорости и/или завихрения потока 132 топлива, выходящего из электродугового блока 160, может способствовать усилению смешивания потока 132 топлива с потоком 112 воздуха внутри камеры 130 сгорания, система 150 впрыска топлива также может быть описана как выполненная с возможностью регулировки тока в токонесущей катушке 206 для регулировки однородности потока 134 топливовоздушной смеси. В дополнительном или альтернативном варианте реализации и как схематично показано на ФИГ. 2, магнит 200 может включать в себя и/или представлять собой постоянный магнит 208.
[0021] Как схематически показано пунктирными стрелками на ФИГ. 2, один или более магнитов 200 также могут быть выполнены с возможностью избирательного поступательного перемещения в осевом направлении вдоль корпуса 162 электродугового блока для изменения воздействия магнитного поля 202 на поток 132 топлива при выходе потока 132 топлива из электродугового блока 160. Например, система 150 впрыска топлива может быть выполнена с возможностью поступательного перемещения магнита 200 вдоль корпуса 162 электродугового блока для регулировки скорости и/или завихрения потока 132 топлива при выходе потока 132 топлива из электродугового блока 160. Следовательно, система 150 впрыска топлива также может быть описана как выполненная с возможностью поступательного перемещения магнита 200 вдоль корпуса 162 электродугового блока для регулировки однородности потока 134 топливовоздушной смеси.
[0022] Электродуговой блок 160 может быть выполнен с возможностью впрыскивания потока 132 топлива в поток 112 воздуха под любым подходящим углом и/или с любой подходящей ориентацией относительно потока 112 воздуха. Например, поток 112 воздуха может иметь направление прохождения потока воздуха через камеру 130 сгорания, и электродуговой блок 160 может отличаться углом впрыска топлива, измеряемым от направления прохождения потока 132 топлива, выходящего из электродугового блока 160, и направления прохождения потока воздуха. В качестве примеров, электродуговой блок 160 может иметь угол впрыска топлива, который является острым (т.е. составляет от 0 градусов до 90 градусов, так что направление прохождения потока топлива направлено по меньшей мере частично вверх по течению относительно потока 112 воздуха), тупым (т.е. составляет от 90 градусов до 180 градусов, так что направление прохождения потока топлива направлено по меньшей мере частично вниз по течению относительно потока 112 воздуха) или составляет 90 градусов (т.е. является таким, что направление прохождения потока топлива перпендикулярно направлению прохождения потока воздуха). В дополнительном или альтернативном варианте реализации электродуговой блок 160 может быть выполнен таким образом, что для направления прохождения потока топлива обеспечена возможность выборочной и/или активной регулировки для регулировки однородности потока 134 топливовоздушной смеси.
[0023] Со ссылкой на ФИГ. 3-4, система 150 впрыска топлива может включать в себя массив 180 электродуговых блоков 160. Массив 180 электродуговых блоков 160 может включать в себя множество электродуговых блоков 160, каждый из которых может быть охарактеризован соответствующим углом впрыска топлива. Углы впрыска топлива указанного множества электродуговых блоков 160 могут быть одинаковыми или по меньшей мере по существу одинаковыми. В альтернативном варианте реализации по меньшей мере один электродуговой блок 160 указанного множества электродуговых блоков 160 может иметь угол впрыска топлива, который отличается от угла впрыска топлива по меньшей мере одного другого электродугового блока 160 указанного множества электродуговых блоков 160. В дополнительном или альтернативном варианте реализации массив 180 электродуговых блоков 160 может включать в себя множество электродуговых блоков 160, в котором по меньшей мере один электродуговой блок 160, а при необходимости каждый электродуговой блок 160 указанного множества электродуговых блоков 160, выполнен с возможностью иметь угол впрыска топлива и/или создавать поток 132 топлива с направлением прохождения потока топлива, для которого обеспечена возможность выборочной и/или активной регулировки, например, для регулировки однородности потока 134 топливовоздушной смеси.
[0024] Как схематично показано на ФИГ. 3, массив 180 электродуговых блоков 160 может включать в себя и/или представлять собой прямоугольный массив 182 электродуговых блоков 160. Прямоугольный массив 182 электродуговых блоков 160 может способствовать смешиванию потока 132 топлива с потоком 112 воздуха вследствие влияния спутной струи от воздушного винта, в результате которого поток 132 топлива, испускаемый данным электродуговым блоком 160, затягивается в поток 134 топливовоздушной смеси потоком 132 топлива, испускаемым электродуговым блоком 160, расположенным выше по течению относительно данного электродугового блока 160. В дополнительном или альтернативном варианте реализации и как схематично показано на ФИГ. 4, массив 180 электродуговых блоков 160 может включать в себя и/или представлять собой расположенный уступами массив 184 электродуговых блоков 160. Расположенный уступами массив 184 электродуговых блоков 160 может способствовать смешиванию потока 132 топлива с потоком 112 воздуха путем введения потока 132 топлива в поток 112 воздуха при широком распределении местоположений. Например, расположенный уступами массив 184 электродуговых блоков 160 может обладать большей плотностью размещения электродуговых блоков 160 относительно прямоугольного массива 182 электродуговых блоков 160 с соответственно большей плотностью потока 132 топлива, впрыскиваемого в поток 112 воздуха. Схожим образом, такая конфигурация также может способствовать введению турбулентности при входе потока 132 топлива в поток 112 воздуха.
[0025] Массив 180 электродуговых блоков 160 может быть расположен относительно камеры 130 сгорания любым подходящим образом. Например, камера 130 сгорания может в целом иметь цилиндрическую форму, и массив 180 электродуговых блоков 160 может проходить по окружности вокруг камеры 130 сгорания и/или может образовывать одну линию электродуговых блоков 160, распределенных радиально вокруг камеры 130 сгорания. В качестве еще одного примера и как схематично показано на ФИГ. 1, камера 130 сгорания может иметь в целом прямоугольный профиль поперечного сечения, и массив 180 электродуговых блоков 160 может включать в себя первый массив 181 электродуговых блоков 160, расположенных на первой стороне 142 прямоугольного профиля, и второй массив 183 электродуговых блоков 160, расположенных на второй стороне 144 прямоугольного профиля противоположно первой стороне 142. Массив 180 электродуговых блоков 160 и/или любой электродуговой блок 160 системы 150 впрыска топлива может иметь любую соответствующую ориентацию относительно блока 120 камеры сгорания. Один или более электродуговых блоков 160 массива 180 электродуговых блоков 160 может иметь угол впрыска топлива, который выбирают для создания сдвигового потока и/или для усиления смешивания потока 132 топлива и потока 112 воздуха. В качестве примеров один или более электродуговых блоков 160 массива 180 электродуговых блоков 160 может иметь угол впрыска топлива, который является острым (т.е. составляет от 0 градусов до 90 градусов, так что направление прохождения потока топлива направлено по меньшей мере частично вверх по течению относительно потока 112 воздуха), тупым (т.е. составляет от 90 градусов до 180 градусов, так что направление прохождения потока топлива направлено по меньшей мере частично вниз по течению относительно потока 112 воздуха) или составляет 90 градусов (т.е. является таким, что направление прохождения потока топлива перпендикулярно направлению прохождения потока воздуха).
[0026] Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель 100 может быть выполнен с возможностью воспламенения потока 134 топливовоздушной смеси с созданием тяги любым подходящим образом. Например, и как схематично показано на ФИГ. 1, блок 120 камеры сгорания также может включать в себя по меньшей мере один воспламенитель 122, выполненный с возможностью воспламенения потока 134 топливовоздушной смеси ниже по течению относительно электродугового блока (электродуговых блоков) 160. Воспламенитель 122 может включать в себя и/или представлять собой любую подходящую конструкцию, такую как плазмотрон, устройство для получения плазменного шнура и/или микроволновый возбудитель.
[0027] В некоторых примерах воспламенитель 122 может быть выполнен с возможностью воспламенения потока 134 топливовоздушной смеси в камере 130 сгорания только при заданном поднаборе рабочих условий. Например, воспламенитель 122 может быть выполнен с возможностью воспламенения потока 134 топливовоздушной смеси в камере 130 сгорания, только когда скорость воздуха потока 112 воздуха меньше порогового значения, и блок 120 камеры сгорания может быть выполнен с возможностью обеспечения спонтанного воспламенения потока 134 топливовоздушной смеси в камере 130 сгорания, когда скорость воздуха потока 134 топливовоздушной смеси имеет пороговое значение или превышает его. Иными словами, пороговое значение скорости потока 134 топливовоздушной смеси может соответствовать скорости, при которой температура и/или давление потока 134 топливовоздушной смеси внутри камеры 130 сгорания достаточны для обеспечения воспламенения потока 134 топливовоздушной смеси без внешнего источника воспламенения, такого как воспламенитель 122. В качестве примеров пороговое значение скорости может составлять не более 2М, не более 4М и/или не более 6М.
[0028] В некоторых вариантах реализации гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100 блок 120 камеры сгорания может вообще не содержать воспламенителя и таким образом может быть выполнен только с возможностью обеспечения спонтанного воспламенения потока 134 топливовоздушной смеси в камере 130 сгорания в результате свойств потока 112 воздуха, потока 132 топлива и/или потока 134 топливовоздушной смеси. В качестве примеров, температура потока 112 воздуха и/или температура потока 132 топлива, когда поток 132 топлива впрыскивают в поток 112 воздуха одним или более электродуговыми блоками 160, могут быть достаточно высокими для обеспечения воспламенения потока 134 топливовоздушной смеси без использования отдельного источника воспламенения, такого как воспламенитель 122, внутри камеры 130 сгорания.
[0029] Как схематично показано на ФИГ. 1, блок 120 камеры сгорания также может включать в себя по меньшей мере одну турбулизаторную конструкцию 124 внутри камеры 130 сгорания, выполненную с возможностью физического введения турбулентности в поток 134 топливовоздушной смеси при прохождении потока 134 топливовоздушной смеси через камеру 130 сгорания. Иными словами, турбулизаторная конструкция 124 может быть выполнена с возможностью усиления смешивания потока 132 топлива с потоком 112 воздуха для усиления однородности потока 134 топливовоздушной смеси. В качестве примеров турбулизаторная конструкция 124 может включать в себя и/или представлять собой проволочный турбулизатор, пористую сетку и/или диффузорную конструкцию. При этом необязательным, но, в частности, в пределах раскрытия настоящего изобретения является вариант, когда блок 120 камеры сгорания не включает в себя турбулизаторную конструкцию 124. В таком варианте реализации изобретения электродуговой блок 160 может быть выполнен с возможностью введения потока 132 топлива во входящий поток 112 таким образом, чтобы получать необходимый однородный поток 134 топливовоздушной смеси без применения турбулизаторной конструкции 124. Кроме того, в таких примерах отсутствие турбулизаторной конструкции 124, расположенной на пути потока 112 воздуха и/или потока 134 топливовоздушной смеси, может уменьшить силу лобового сопротивления, воздействующую на гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель 100 относительно гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100, который включает в себя по меньшей мере одну турбулизаторную конструкцию 124.
[0030] Как также схематично показано на ФИГ. 1, блок 120 камеры сгорания в частности может включать в себя конструкцию 126 в виде стабилизатора пламени внутри камеры 130 сгорания, выполненную с возможностью сжигания потока 134 топливовоздушной смеси в камере 130 сгорания. При этом необязательным, но, в частности, в пределах раскрытия настоящего изобретения является вариант, когда блок 120 камеры сгорания не включает в себя конструкцию 126 в виде стабилизатора пламени. В таком варианте реализации изобретения блок 120 камеры сгорания может быть выполнен таким образом, что обеспечена возможность непрерывного стабильного сжигания потока 134 топливовоздушной смеси при отсутствии конструкции 126 в виде стабилизатора пламени внутри камеры 130 сгорания. Кроме того, в таких примерах отсутствие конструкции 126 в виде стабилизатора пламени, расположенной на пути потока 112 воздуха и/или потока 134 топливовоздушной смеси может уменьшить силу лобового сопротивления, воздействующую на гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель 100 относительно гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100, который включает в себя конструкцию 126 в виде стабилизатора пламени.
[0031] На ФИГ. 5 показана блок-схема, представляющая иллюстративные, неисключительные примеры способов согласно раскрытию настоящего изобретения. На ФИГ. 5 некоторые этапы показаны пунктирными прямоугольниками, обозначающими, что такие этапы могут быть реализованы при необходимости или могут соответствовать используемой при необходимости версии способа согласно раскрытию настоящего изобретения. Тем не менее, не все способы согласно раскрытию настоящего изобретения обязательно должны включать все этапы, показанные сплошными прямоугольниками. Способы и этапы, проиллюстрированные на ФИГ. 5, не являются ограничивающими, и другие способы и этапы находятся в пределах раскрытия настоящего изобретения, включая способы, имеющие большее или меньшее количество этапов, чем показано, как понятно из обсуждений, приведенных в настоящем документе.
[0032] Как показано на ФИГ. 5, способ 300 создания тяги включает в себя сжатие 310 сверхзвукового входящего потока воздуха (такого как входящий поток 112 воздуха) в сужающемся впускном отверстии (таком как сужающееся впускное отверстие 110 гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100) и впрыскивание 320 потока топлива (такого как поток 132 топлива) в поток воздуха в камере сгорания (такой как камера 130 сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100) ниже по течению относительно сужающегося впускного отверстия с созданием потока топливовоздушной смеси (такого как поток 134 топливовоздушной смеси). Способ 300 также включает в себя воспламенение 330 потока топливовоздушной смеси в камере сгорания, поддержание 340 сжигания потока топливовоздушной смеси в камере сгорания с созданием исходящего потока (такого как исходящий поток 136) и выпуск 350 исходящего потока из расширяющегося выходного сопла (такого как расширяющееся выходное сопло 220 гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100) ниже по течению относительно камеры сгорания. Способ 300 создания тяги может использовать и/или быть реализован в сочетании с гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем 100 согласно раскрытию настоящего изобретения. При этом необязательным, но, в частности, в пределах раскрытия настоящего изобретения является возможность использования и/или реализации способа в сочетании с любым подходящим устройством.
[0033] Впрыскивание 320 может быть реализовано таким образом, что поток топлива и входящий поток воздуха объединяются с получением в целом однородного потока топливовоздушной смеси. Как раскрыто, смешивание потока топлива и входящего потока воздуха может быть усилено, когда поток топлива вводят во входящий поток воздуха с высокой скоростью. В качестве примеров скорость воздуха входящего потока воздуха может быть больше 2М, больше 4М и/или больше 6М, и/или впрыскивание 320 может включать в себя впрыскивание потока топлива в поток воздуха со скоростью топлива, которая составляет по меньшей мере половину, по меньшей мере равна, по меньшей мере в два раза больше, по меньшей мере в три раза больше и/или по меньшей мере в четыре раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха. Как раскрыто, впрыскивание потока топлива в поток воздуха со скоростью топлива, которая отличается от скорости воздуха входящего потока воздуха и/или превышает эту скорость воздуха входящего потока воздуха, может усиливать смешивание потока топлива и входящего потока воздуха благодаря образованию сдвиговых потоков, ударных волн и/или турбулентности между потоком топлива и входящим воздушным потоком.
[0034] Впрыскивание 320 может включать в себя впрыскивание потока топлива во входящий поток воздуха под любым подходящим углом и/или в любом подходящем направлении для способствования смешиванию потока топлива и входящего потока воздуха. Например, впрыскивание 320 может включать в себя впрыскивание потока топлива с продольной составляющей скорости потока топлива, которая параллельна направлению входящего потока воздуха. В качестве примеров продольная составляющая скорости потока топлива может составлять по меньшей мере половину, быть по меньшей мере равной, по меньшей мере в два раза больше, по меньшей мере в три раза больше и/или по меньшей мере в четыре раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха. В дополнительном или альтернативном варианте реализации впрыскивание 320 может включать в себя впрыскивание потока топлива во входящий поток воздуха по меньшей мере под одним углом впрыска топлива, измеряемым от направления потока топлива потока топлива в направлении прохождения потока воздуха входящего потока воздуха. В качестве примеров впрыскивание 320 может включать в себя впрыскивание по меньшей мере под одним углом впрыска топлива, который является острым (т.е. составляет от 0 градусов до 90 градусов, так что направление прохождения потока топлива направлено по меньшей мере частично вверх по течению относительно потока воздуха), тупым (т.е. составляет от 90 градусов до 180 градусов, так что направление прохождения потока топлива направлено по меньшей мере частично вниз по течению относительно потока воздуха) или составляет 90 градусов (т.е. является таким, что направление прохождения потока топлива перпендикулярно направлению прохождения потока воздуха). Впрыскивание 320 также может включать в себя активную регулировку по меньшей мере одного угла впрыска топлива.
[0035] Как обозначено на ФИГ. 5, впрыскивание 320 может включать в себя одну или более операций, конфигурация которых обеспечивает возможность регулировки свойства потока топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха и/или для регулировки однородности потока топливовоздушной смеси. В качестве примеров и как обозначено на ФИГ. 5, впрыскивание 320 может включать в себя регулировку 322 скорости потока топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха, ионизацию 324 потока топлива и/или приложение 326 магнитного поля (такого как магнитное поле 174 и/или магнитное поле 202) к потоку топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха. Как раскрыто, ионизация 324 может включать в себя пропуск потока топлива через дугу электродугового блока (такую как дуга 170 электродугового блока 160 гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100), что может увеличивать сгораемость потока топлива и/или усилить воздействие магнитного поля на поток топлива. Как раскрыто, приложение 326 магнитного поля может создавать завихрение в потоке топлива и/или ускорять поток топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха. В частности и как раскрыто, приложение 326 магнитного поля может включать в себя активное изменение магнитного поля (например, его величины и/или пространственного распределения) для регулировки однородности потока топливовоздушной смеси.
[0036] Впрыскивание 320 может включать в себя впрыскивание потока топлива в поток воздуха в любой подходящей пространственной конфигурации. Например, в некоторых способах 300 впрыскивание 320 включает в себя впрыскивание потока топлива в поток воздуха из массива отдельных местоположений, например, из массива 180 электродуговых блоков 160 внутри гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100. Массив отдельных местоположений может иметь любую подходящую форму. В качестве примеров массив отдельных местоположений может включать в себя и/или представлять собой прямоугольный массив отдельных местоположений (такой как прямоугольный массив 182 электродуговых блоков 160 внутри гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100). Как раскрыто, прямоугольный массив электродуговых блоков может способствовать смешиванию потока топлива и входящего потока воздуха посредством влияния спутной струи от воздушного винта, в результате которого поток топлива от данного электродугового блока способствует затягиванию потока топлива, проходящего от электродугового блока вниз по течению относительно данного электродугового блока во входящий воздушный поток. В дополнительном или альтернативном варианте реализации массив отдельных местоположений может включать в себя и/или представлять собой расположенный уступами массив отдельных местоположений (такой как расположенный уступами массив 184 электродуговых блоков 160 внутри гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 100). Как раскрыто, расположенный уступами массив электродуговых блоков может способствовать смешиванию потока топлива и входящего потока воздуха за счет увеличения общего потока топлива во входящий поток воздуха и/или за счет увеличения степени турбулентности, возникающей при введении потока топлива во входящий поток воздуха.
[0037] Способ 300 создания тяги также может быть реализован без использования конструкций, традиционно применяемых для инициирования и/или поддержания горения. Например, воспламенение 330 потока топливовоздушной смеси может включать в себя спонтанное воспламенение потока топливовоздушной смеси и/или может включать в себя воспламенение без применения источника воспламенения (такого как воспламенитель 122). В примере, в котором используется воспламенитель для обеспечения воспламенения потока топливовоздушной смеси, воспламенение 330 может включать воспламенение потока топливовоздушной смеси воспламенителем, только когда скорость воздуха потока воздуха меньше порогового значения, и может включать в себя спонтанное воспламенение потока топливовоздушной смеси, когда скорость воздуха потока топливовоздушной смеси имеет пороговое значение или превышает его. В качестве примеров пороговое значение скорости может составлять не более 2М, не более 4М и/или не более 6М. В дополнительном или альтернативном варианте реализации поддержание 340 сжигания потока топливовоздушной смеси может быть выполнено без использования конструкции в виде стабилизатора пламени (такого как конструкция 126 в виде стабилизатора пламени) внутри камеры сгорания. Следовательно, способ 300 создания тяги может быть реализован с использованием блока камеры сгорания, который включает в себя путь для входящего потока воздуха и/или потока топливовоздушной смеси, который по существу не содержит конструкций, вызывающих лобовое сопротивление.
Иллюстративные, неисключительные примеры объекта изобретения согласно раскрытию настоящего изобретения описаны в следующих пронумерованных параграфах:
А. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий:
- сужающееся впускное отверстие, выполненное с возможностью сжатия входящего потока воздуха;
- блок камеры сгорания, содержащий камеру сгорания, расположенную ниже по течению относительно сужающегося впускного отверстия, причем
блок камеры сгорания выполнен с возможностью введения потока топлива в поток воздуха в камере сгорания с созданием потока топливовоздушной смеси и воспламенения и сжигания потока топливовоздушной смеси с созданием исходящего потока, и при этом
блок камеры сгорания содержит систему впрыска топлива, содержащую по меньшей мере один электродуговой блок, выполненный с возможностью впрыскивания потока топлива в поток воздуха в камере сгорания со скоростью топлива, достаточной для создания сдвига между потоком топлива и потоком воздуха; и
- расширяющееся выходное сопло, расположенное ниже по течению относительно камеры сгорания и выполненное с возможностью ускорения исходящего потока с созданием тяги гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
А1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А, в котором скорость воздуха входящего потока воздуха является сверхзвуковой, при необходимости больше 2М, при необходимости больше 4М или при необходимости больше 6М.
А2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А1, в котором скорость топлива составляет по меньшей мере половину скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере равна скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере в два раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере в три раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха или по меньшей мере в четыре раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха.
А2.1 Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А2, в котором поток топлива имеет продольную составляющую скорости потока топлива, которая параллельна направлению входящего потока воздуха, причем
продольная составляющая скорости потока топлива имеет величину, которая составляет по меньшей мере половину одной/указанной скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере равна скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере в два раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере в три раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха или по меньшей мере в четыре раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха.
A3. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А2.1, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок выполнен с возможностью по меньшей мере частичной ионизации потока топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха.
А4. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А3, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит первый электрод и второй электрод, причем
система впрыска топлива также содержит регулируемый источник напряжения, выполненный с возможностью подачи напряжения на первый электрод и второй электрод.
А4.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А4, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки напряжения для регулировки скорости топлива.
А4.2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А4-А4.1, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки напряжения для регулировки завихрения потока топлива.
А4.3. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А4-А4.2, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки напряжения для регулировки однородности потока топливовоздушной смеси.
А5. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А4.3, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит корпус электродугового блока, в котором образован внутренний объем, через который проходит поток топлива при впрыскивании указанным по меньшей мере одним электродуговым блоком, и в котором образован один/указанный первый электрод и один/указанный второй электрод, проходящие во внутренний объем корпуса электродугового блока, причем
когда одно/указанное напряжение подано на первый электрод и второй электрод, дуга между первым электродом и вторым электродом приводит к прохождению тока, который создает одно (первое) магнитное поле.
А5.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А5, в котором указанное (первое) магнитное поле выполнено с возможностью ускорения потока топлива при прохождении потока топлива через указанный по меньшей мере один электродуговой блок и выходе из него.
А5.2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А5-А5.1, в котором указанное (первое) магнитное поле выполнено с возможностью создания завихрения в потоке топлива при выходе потока топлива из указанного по меньшей мере одного электродугового блока и его входе в поток воздуха с созданием потока топливовоздушной смеси.
А6. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А5.2, в котором система впрыска топлива также содержит по меньшей мере один магнит, связанный с указанным по меньшей мере одним электродуговым блоком, причем
указанный по меньшей мере один магнит выполнен с возможностью создания одного (второго) магнитного поля (при необходимости, при зависимости от параграфа А5, взаимодействующего магнитного поля).
А6.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А6, в котором указанное (второе) магнитное поле выполнено с возможностью ускорения потока топлива при прохождении потока топлива через указанный по меньшей мере один электродуговой блок и его выходе из указанного по меньшей мере одного электродугового блока.
А6.2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6-А6.1, в котором указанное (второе) магнитное поле выполнено с возможностью создания завихрения в потоке топлива при выходе потока топлива из указанного по меньшей мере одного электродугового блока и его входе в поток воздуха с созданием потока топливовоздушной смеси.
А6.3. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6-А6.2, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит один/указанный корпус электродугового блока, и в котором указанный по меньшей мере один магнит проходит по окружности вокруг корпуса электродугового блока.
А6.4. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6-А6.3, в котором указанный по меньшей мере один магнит выполнен с возможностью избирательного поступательного перемещения вдоль одного/указанного корпуса электродугового блока для изменения воздействия указанного (второго) магнитного поля на поток топлива при выходе потока топлива из указанного по меньшей мере одного электродугового блока и его входе в поток воздуха с созданием топливовоздушной смеси.
А6.5. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6-А6.4, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью поступательного перемещения указанного по меньшей мере одного магнита вдоль одного/указанного корпуса электродугового блока для регулировки скорости топлива.
А6.6. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6-А6.5, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью поступательного перемещения указанного по меньшей мере одного магнита вдоль одного/указанного корпуса электродугового блока для регулировки завихрения потока топлива при выходе потока топлива из указанного по меньшей мере одного электродугового блока и его входе в поток воздуха с созданием потока топливовоздушной смеси.
А6.7. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6-А6.6, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью поступательного перемещения указанного по меньшей мере одного магнита вдоль одного/указанного корпуса электродугового блока для регулировки однородности потока топливовоздушной смеси.
А6.8. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6-А6.7, в котором указанный по меньшей мере один магнит содержит электромагнит, образованный токонесущей катушкой, причем
система впрыска топлива также содержит источник тока, функционально соединенный с токонесущей катушкой, и при этом
система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки тока в токонесущей катушке для регулировки указанного (второго) магнитного поля.
А6.8.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А6.8, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки тока в токонесущей катушке для регулировки скорости топлива.
А6.8.2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6.8-А6.8.1, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки тока в токонесущей катушке для регулировки завихрения потока топлива при выходе потока топлива из указанного по меньшей мере одного электродугового блока и его входе в поток воздуха с созданием потока топливовоздушной смеси.
А6.8.3. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6.8-А6.8.2, в котором система впрыска топлива выполнена с возможностью регулировки тока в токонесущей катушке для регулировки одной/указанной однородности потока топливовоздушной смеси.
А6.9. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6-А6.8.3, в котором указанный по меньшей мере один магнит содержит постоянный магнит.
А6.10. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А6.9, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок характеризуется углом впрыска топлива, измеряемым от направления прохождения потока топлива, выходящего из электродугового блока, и направления прохождения потока воздуха.
А6.10.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А6.10, в котором по меньшей мере один электродуговой блок, а при необходимости каждый из указанного по меньшей мере одного электродугового блока, имеет угол впрыска топлива, составляющий 90 градусов.
А6.10.2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А6.10-А6.10.1, в котором по меньшей мере один электродуговой блок, а при необходимости каждый из указанного по меньшей мере одного электродугового блока, имеет угол впрыска топлива от 0 градусов до 90 градусов.
А6.10.3. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А6.10.2, в котором по меньшей мере один электродуговой блок, а при необходимости каждый из указанного по меньшей мере одного электродугового блока, имеет угол впрыска топлива от 90 градусов до 180 градусов.
А6.10.4. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А6.10.3, в котором по меньшей мере один электродуговой блок имеет угол впрыска топлива, для которого обеспечена возможность выборочной регулировки.
А7. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А6.10.4, в котором указанный по меньшей мере один электродуговой блок содержит массив электродуговых блоков.
А7.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А7, в котором массив электродуговых блоков содержит прямоугольный массив электродуговых блоков, причем при необходимости
массив электродуговых блоков состоит из прямоугольного массива электродуговых блоков.
А7.2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А7-А7.1, в котором массив электродуговых блоков содержит расположенный уступами массив электродуговых блоков, причем при необходимости
массив электродуговых блоков состоит из расположенного уступами массива электродуговых блоков.
А7.3. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А7-А7.2, в котором камера сгорания имеет цилиндрическую форму, причем массив электродуговых блоков проходит по окружности вокруг камеры сгорания.
А7.4. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А7-А7.2, в котором камера сгорания имеет прямоугольный профиль поперечного сечения, причем
массив электродуговых блоков содержит первый массив электродуговых блоков, расположенных на первой стороне прямоугольного профиля, и второй массив электродуговых блоков, расположенных на второй стороне прямоугольного профиля, противоположной первой стороне.
А7.5. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А7-А7.4 при зависимости от параграфа А6.10, в котором каждый электродуговой блок массива электродуговых блоков имеет одинаковый угол впрыска топлива.
А7.6. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А7-А7.4 при зависимости от параграфа А6.10, в котором по меньшей мере один электродуговой блок массива электродуговых блоков имеет угол впрыска топлива, который отличается от угла впрыска топлива по меньшей мере одного другого электродугового блока массива электродуговых блоков.
А7.7. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А7-А7.6 при зависимости от параграфа А6.10, в котором по меньшей мере один электродуговой блок массива электродуговых блоков, а при необходимости каждый электродуговой блок массива электродуговых блоков, имеет угол впрыска топлива, для которого обеспечена по меньшей мере одна из возможности выборочной регулировки и возможности активной регулировки.
А8. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов A-А7.4, в котором блок камеры сгорания также содержит по меньшей мере один воспламенитель, выполненный с возможностью воспламенения потока топливовоздушной смеси ниже по течению относительно указанного по меньшей мере одного электродугового блока.
А8.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А8, в котором указанный по меньшей мере один воспламенитель выполнен с возможностью воспламенения потока топливовоздушной смеси в камере сгорания, только когда скорость воздуха меньше порогового значения, причем
блок камеры сгорания выполнен с возможностью обеспечения спонтанного воспламенения потока топливовоздушной смеси в камере сгорания, когда скорость воздуха имеет пороговое значение или превышает его.
А8.1.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А8.1, в котором пороговое значение скорости равно или меньше чем 2М, 4М или 6М.
А9. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов A-А7.4, в котором блок камеры сгорания выполнен с возможностью обеспечения спонтанного воспламенения потока топливовоздушной смеси в камере сгорания в результате свойств одного или более из следующего: потока воздуха, потока топлива и/или потока топливовоздушной смеси.
А9.1. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по параграфу А9, в котором указанные свойства содержат температуру потока воздуха при впрыскивании потока топлива в поток воздуха указанным по меньшей мере одним электродуговым блоком.
А9.2. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А9-А9.1, в котором указанные свойства содержат температуру потока топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха указанным по меньшей мере одним электродуговым блоком.
А9.3. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А9-А9.2, в котором блок камеры сгорания не имеет воспламенителей, выполненных с возможностью введения источника воспламенения в камеру сгорания для обеспечения воспламенения потока топливовоздушной смеси.
А10. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов A-А9.3, в котором блок камеры сгорания также содержит по меньшей мере одну турбулизаторную конструкцию внутри камеры сгорания, выполненную с возможностью физического введения турбулентности в поток топливовоздушной смеси при прохождении потока топливовоздушной смеси через камеру сгорания.
A11. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов A-А9.2, в котором блок камеры сгорания не имеет турбулизаторных конструкций внутри камеры сгорания, выполненных с возможностью физического введения турбулентности в поток топливовоздушной смеси при прохождении потока топливовоздушной смеси через камеру сгорания.
А12. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-А11, в котором блок камеры сгорания также содержит конструкцию в виде стабилизатора пламени внутри камеры сгорания, выполненную с возможностью поддерживания сжигания потока топливовоздушной смеси в камере сгорания.
А13. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-A11, в котором блок камеры сгорания не имеет конструкции в виде стабилизатора пламени внутри камеры сгорания, выполненной с возможностью поддерживания сжигания потока топливовоздушной смеси в камере сгорания.
A14. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-A13, в котором гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель выполнен с возможностью реализации способа по любому из параграфов D-D8.
B. Летательный аппарат, содержащий:
корпус летательного аппарата и
гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель по любому из параграфов А-A14, поддерживаемый корпусом.
C. Применение гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя по любому из параграфов А-A13 для обеспечения тяги для летательного аппарата.
D. Способ создания тяги для летательного аппарата, включающий:
сжатие сверхзвукового входящего потока воздуха в сужающемся впускном отверстии;
впрыскивание потока топлива в поток воздуха в камере сгорания ниже по течению относительно сужающегося впускного отверстия с созданием потока топливовоздушной смеси;
воспламенение потока топливовоздушной смеси в камере сгорания;
поддержание сжигания потока топливовоздушной смеси в камере сгорания с созданием исходящего потока и
выпуск исходящего потока из расширяющегося выходного сопла ниже по течению относительно камеры сгорания.
D1. Способ по параграфу D, согласно которому впрыскивание включает впрыскивание потока топлива со скоростью топлива, которая составляет по меньшей мере половину скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере равна скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере в два раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере в три раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха или по меньшей мере в четыре раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха.
D1.1 Способ по параграфу D1, согласно которому впрыскивание включает впрыскивание потока топлива с продольной составляющей скорости потока топлива, которая параллельна направлению входящего потока воздуха, причем
продольная составляющая скорости потока топлива имеет величину, которая составляет по меньшей мере половину одной/указанной скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере равна скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере в два раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха, по меньшей мере в три раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха или по меньшей мере в четыре раза больше скорости воздуха входящего потока воздуха.
D1.2. Способ по любому из параграфов D1-D1.1, согласно которому скорость воздуха входящего потока воздуха больше 2М, при необходимости больше 4М или при необходимости больше 6М.
D1.3. Способ по любому из параграфов D-D1.2, согласно которому впрыскивание включает активную регулировку одной/указанной скорости топлива потока топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха.
D2. Способ по любому из параграфов D-D1.3, согласно которому поток топлива имеет направление прохождения потока топлива, причем
поток воздуха имеет направление прохождения потока воздуха, и при этом
впрыскивание включает в себя впрыскивание потока топлива по меньшей мере под одним углом впрыска топлива, измеряемым от направления прохождения потока топлива к направлению прохождения потока воздуха.
D2.1. Способ по параграфу D2, согласно которому впрыскивание включает в себя впрыскивание по меньшей мере под одним углом впрыска топлива, составляющим 90 градусов.
D2.2. Способ по любому из параграфов D2-D2.1, согласно которому впрыскивание включает в себя впрыскивание по меньшей мере под одним углом впрыска топлива от 0 градусов до 90 градусов.
D2.3. Способ по любому из параграфов D2-D2.2, согласно которому впрыскивание включает в себя впрыскивание по меньшей мере под одним углом впрыска топлива от 90 градусов до 180 градусов.
D2.4. Способ по любому из параграфов D2-D2.3, согласно которому впрыскивание включает в себя активную регулировку по меньшей мере одного угла впрыска топлива.
D3. Способ по любому из параграфов D-D2, согласно которому впрыскивание включает ионизацию потока топлива.
D4. Способ по любому из параграфов D-D3, согласно которому впрыскивание включает приложение магнитного поля к потоку топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха.
D4.1. Способ по параграфу D4, согласно которому магнитное поле создает завихрение в потоке топлива при впрыскивании потока топлива в поток воздуха.
D4.2. Способ по любому из параграфов D4-D4.1, согласно которому приложение магнитного поля включает активное изменение магнитного поля для регулировки однородности потока топливовоздушной смеси.
D5. Способ по любому из параграфов D-D4.2, согласно которому впрыскивание включает впрыскивание потока топлива в поток воздуха из массива отдельных местоположений.
D5.1. Способ по параграфу D5, согласно которому массив отдельных местоположений содержит прямоугольный массив отдельных местоположений, причем при необходимости
массив отдельных местоположений состоит из прямоугольного массива отдельных местоположений.
D5.2. Способ по любому из параграфов D5-D5.1, согласно которому массив отдельных местоположений содержит расположенный уступами массив отдельных местоположений, причем при необходимости
массив отдельных местоположений состоит из расположенного уступами массива отдельных местоположений.
D6. Способ по любому из параграфов D-D5.2, согласно которому воспламенение включает спонтанное воспламенение потока топливовоздушной смеси.
D7. Способ по любому из параграфов D-D6, согласно которому поддержание сжигания осуществляют без конструкции в виде стабилизатора пламени внутри камеры сгорания.
D8. Способ по любому из параграфов D-D7, реализуемый гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем по любому из параграфов А-A13.
При использовании в настоящем документе термины "приспособленный" и "выполненный с возможностью" означают, что элемент, компонент или другой объект разработан и/или предназначен для выполнения данной функции. Таким образом, при использовании в настоящем документе термины "приспособленный" и "выполненный с возможностью" не должны толковаться означающими, что данный элемент, компонент или другой объект просто "способен" выполнять определенную функцию, а что указанный элемент, компонент и/или другой объект специально выбран, создан, реализован, использован, запрограммирован и/или разработан с целью выполнения этой функции. Также без отхода от объема настоящего изобретения элементы, компоненты и/или другие объекты, упомянутые как приспособленные для выполнения конкретной функции, могут дополнительно или в качестве альтернативы быть описаны как выполненные с возможностью выполнения этой функции и наоборот. Схожим образом, объект, упомянутый как выполненный с возможностью выполнения определенной функции, может дополнительно или в качестве альтернативы быть описан как способный функционировать для выполнения этой функции.
При использовании в настоящем документе термин "и/или", помещенный между первым объектом и вторым объектом, означает одно из (1) первого объекта, (2) второго объекта и (3) первого объекта и второго объекта. Несколько записей, перечисленных с "и/или", должны быть истолкованы таким же образом, т.е. "один или более" объектов, объединенных таким же образом. При необходимости могут присутствовать другие объекты, отличные от объектов, конкретно определенных формулировкой с "и/или" независимо от того, связаны ли они или не связаны с определенными таким образом объектами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера ссылка на "А и/или В" при использовании в сочетании с открытыми выражениями, такими как "содержащий", может в одном примере относиться только к А (при необходимости включая объекты, отличные от В); в другом примере только к В (при необходимости включая объекты, отличные от А); еще в одном примере к А и В (при необходимости включая другие объекты). Эти объекты могут относится к элементам, действиям, конструкциям, этапам, операциям, значения ми т.п.
Различные раскрытые элементы устройств и операции способов, раскрытые в настоящем документе, не обязательно необходимы для всех устройств и способов согласно настоящему изобретению, и раскрытие настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных раскрытых в настоящем документе элементов и операций. Кроме того, один или более из раскрытых в настоящем документе различных элементов и операций могут определять независимый объект, обладающий признаками изобретения, выделяемый и существующий отдельно от рассматриваемого в целом устройства или способа. Соответственно, такой патентоспособный объект изобретения не обязан быть связанным с конкретными устройствами и способами, явно раскрытыми в настоящем документе, и такой патентоспособный объект изобретения может найти применение в устройствах и/или способах, которые не раскрыты явно в настоящем документе.