СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ ТЯГИ БЕСКЛАПАННОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF INCREASING VALVELESS PULSE DUCT THRUST

Изобретение относится к бесклапанным пульсирующим воздушно-реактивным двигателям, в частности к двигателям беспилотных летательных аппаратов.
Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (далее ПуВРД) немецкой крылатой ракеты времен Второй мировой войны Фау-1 (см. Г.Б.Синярев, М.В.Добровольский. Жидкостные ракетные двигатели. - Оборонгиз, 1957, с.19, 20). Он представляет собой открытый с обоих торцов канал круглого поперечного сечения, включающий последовательно расположенные входной диффузор, клапанную решетку, камеру сгорания и выходное устройство, состоящее из конфузора и выхлопной трубы, а также систему топливоподачи и систему зажигания с электрозапалом, установленным в камере сгорания.
Клапанная решетка представляет собой конструкцию из несущих элементов - поперечных стержней, подвижных элементов - плоских упругих пластин постоянной толщины, прикрепленных к боковым граням стержней попарно параллельно друг другу на расстоянии, равном толщине стержня, и опорных проставок, размещенных посредине между парами пластин параллельно им. В каждой паре между пластинами имеется глухой зазор, обращенный назад. Пластины и проставки образуют продольные каналы для прохода воздуха.
Набегающий на двигатель поток проходит через воздухозаборник и клапанную решетку в камеру сгорания. Туда же подается легкоиспаряющееся топливо, после чего топливовоздушная смесь воспламеняется искрой электрозапала. Быстро расширяющиеся во все стороны продукты сгорания, попадая в глухой зазор между пластинами, тормозятся, в результате чего давление там возрастает. Это вызывает изгиб пластин в стороны до контакта с опорными проставками или боковыми стенками. Воздушные каналы клапанной решетки оказываются перекрытыми. Продукты сгорания истекают через сопло в атмосферу, а их давление на закрытую клапанную решетку создает импульс тяги двигателя.
После падения давления пластины клапанной решетки под действием своей упругости, а также разрежения, создаваемого в камере инерцией истекающих газов, возвращаются в исходное положение. В камеру поступает очередная порция воздуха и цикл повторяется.
Клапанная решетка служит основным, но не единственным элементом узла, создающего тягу пульсирующего двигателя и включающего также боковые стенки, детали крепления и др. Кроме того, функцию создания тяги в таком двигателе могут выполнять и другие устройства.
Достоинствами ПуВРД с механическими клапанными решетками являются простота и дешевизна, небольшой вес, надежность. Их недостаток - плохие тяговые характеристики, а именно низкая удельная и лобовая тяга, высокий удельный расход топлива, импульсный характер тяги, но главное - низкий ресурс клапанов.
Также известны конструкции ПуВРД, использующие аэродинамические клапаны, "Нестационарное распространение пламени", под ред. Дж.Г.Маркштейна. - М.: МИР, 1968, с.401-407. Кроме того, ПуВРД, в которых осуществлена замена механических клапанов на аэродинамические, которые описаны в патентах США №2796735, 1957; №2796734, 1957; №2746529, 1956; №2822037, 1958; 2812635, 1957.
К недостаткам таких ПуВРД следует отнести низкую амплитуду пульсаций давления и соответственно низкий термодинамический КПД (коэффициент полезного действия).
В качестве прототипа принят способ создания реактивной тяги бесклапанным ПуВРД, описанный в патенте США №2639580, НКИ 60-35.6, от 26.05.1953, заключающийся в выбросе продуктов сгорания из камеры сгорания в резонаторную трубу и впускной раструб, см. фиг.1 названного патента. Достоинство данного способа создания реактивной тяги состоит в простоте технической реализации. Недостатком же такого способа создания реактивной тяги является низкая амплитуда пульсаций давления и, как следствие, тяга. Воздействовать на рост амплитуды пульсаций давления можно двумя путями. Первый - это модификация топлива детонирующими присадками. Второй - это воздействие на внутренние газодинамические процессы, определяющие интенсивность массообмена и соответственно скорость горения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение реактивной тяги ПуВРД.
Достижение технического результата возможно за счет интенсификации массообмена и роста скорости горения в камере сгорания в случае генерации во впускном раструбе не одного, а одновременно двух кольцевых вихрей разнонаправленной закрутки.
Для достижения технического результата в известном способе повышения реактивной тяги бесклапанного ПуВРД, включающем, в частности, циклический выбросе продуктов сгорания и всасывание атмосферного воздуха, во впускном канале одновременно на цикле всасывания осуществляют генерацию двух кольцевых вихрей.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из следующего детального описания конкретного устройства ПуВРД, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие практическую реализацию предлагаемого способа повышения реактивной тяги бесклапанного ПуВРД.
На фиг.1 показана известная схема газохода ПуВРД (прототип).
На фиг.2 показана схема газохода ПуВРД, в котором реализуется заявляемый способ.
ПуВРД содержит камеру сгорания 1 с впускным каналом 2 и топливными жиклерами 3. К камере сгорания 1 закреплена резонаторная труба 4. К впускному каналу 2 на пилонах 5 установлен конус 6.
Осуществляется заявляемый способ следующим образом. При взрыве топливо-воздушной смеси в камере сгорания 1 продукты сгорания начинают выбрасываться через резонаторную трубу 4 и впускной канал 2. Далее наступает процесс всасывания, при котором продукты сгорания, движущиеся по резонаторной трубе 4, начинают всасывать атмосферный воздух через впускной канал 2 в камеру сгорания 1. Цикличность всасывания приводит к тому, что на внутренней кромке канала 2 при каждом цикле всасывания образуется кольцевой вихрь 7. При установке конуса 6 такой же кольцевой вихрь 8 образуется и на его срезе. Далее эти два вихря, перемещаясь внутрь камеры сгорания 1, имея противоположные направления вращения, инициируют интенсивный массоперенос внутрь камеры сгорания 1. Таким образом, одновременная генерация на цикле всасывания двух кольцевых вихрей интенсифицирует массоперенос и горение, что приведет к росту амплитуды пульсаций давления и росту тяги ПуВРД.
Разумеется, предлагаемый способ не ограничивается приведенным примером его осуществления, показанным на прилагаемой фиг.2. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.