RU163847U1 - Pulsating Air-Jet Engine - Google Patents

Abstract

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, включающий камеру сгорания, форсунку для топлива и запальную свечу, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена двухконтурной, первый ее контур выполнен в виде полого тела со стенками в форме эллиптического параболоида, а второй контур выполнен в виде сверхзвукового сопла Лаваля, ориентированного по главной оси параболоида, при этом докритический участок сверхзвукового сопла размещен внутри параболоида в первом контуре камеры сгорания с зазором относительно внутренней поверхности его стенок, а его закритический участок размещен вне параболоида, при этом запальная свеча зажигания и форсунки для топлива размещены в полости первого контура камеры сгорания.A pulsating jet engine including a combustion chamber, a nozzle for fuel and a spark plug, characterized in that the combustion chamber is double-circuit, its first circuit is made as a hollow body with walls in the shape of an elliptical paraboloid, and the second circuit is made in the form of a supersonic Laval nozzle oriented along the main axis of the paraboloid, while the subcritical section of the supersonic nozzle is placed inside the paraboloid in the first circuit of the combustion chamber with a gap relative to its inner surface with tenok, and its supercritical section is located outside the paraboloid, while the spark plug and fuel nozzles are placed in the cavity of the primary circuit of the combustion chamber.

Description

Полезная модель относится к двигателям летательных аппаратов, и может быть использовано в качестве двигателя небольших беспилотных летательных аппаратов, таких как зенитные, авиационные и тактические ракеты, беспилотные разведчики, летающие мишени и т.п.The utility model relates to aircraft engines, and can be used as an engine for small unmanned aerial vehicles, such as anti-aircraft, aviation and tactical missiles, unmanned reconnaissance vehicles, flying targets, etc.

Известен пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД), содержащий, в частности, цилиндрическую камеру сгорания, резонаторную трубу, впускные патрубки, форсунку и запальную свечу, отличающийся тем, что впускные патрубки на цилиндрической камере сгорания размещены оппозитно, а подача топлива осуществляется через вихревую предкамеру во фронтовой части камеры сгорания, см. патент РФ №2300005. Данное изобретение повышает термодинамический КПД путем увеличения амплитуды пульсации давления.Known pulsating air-jet engine (PuVRD), containing, in particular, a cylindrical combustion chamber, a resonator tube, inlet nozzles, a nozzle and a spark plug, characterized in that the inlet nozzles on the cylindrical combustion chamber are opposed, and the fuel is supplied through a swirl chamber in the front of the combustion chamber, see RF patent No. 2300005. This invention improves the thermodynamic efficiency by increasing the amplitude of the pressure pulsation.

Известен пульсирующий воздушно-реактивный детонационный двигатель, содержащий, в частности, цилиндрическую камеру сгорания, резонаторную трубу, впускную трубу и форсунки, отличающийся тем, что камера сгорания в головной части разделена на два объема трубчатым или пластинчатым пакетом, при этом первый по ходу течения объем в головной части имеет топливную форсунку и соединен с впускной трубой и форкамерой, установленной напротив форсунки, а второй объем камеры сгорания по ходу течения за трубчатым или пластинчатым элементом снабжен свечами зажигания, установленными за топливными форсунками, и имеет стенки, выполненные с кольцевыми гофрами и далее соединен с резонаторной трубой, см патент РФ №2443893. Данное изобретение направлено на повышение термодинамического кпд путем увеличения амплитуды пульсаций давления.Known pulsating air-jet detonation engine containing, in particular, a cylindrical combustion chamber, a resonator tube, an inlet pipe and nozzles, characterized in that the combustion chamber in the head part is divided into two volumes by a tubular or plate pack, while the first volume in the course of the flow in the head part has a fuel nozzle and is connected to an inlet pipe and a prechamber installed opposite the nozzle, and the second volume of the combustion chamber downstream of the tubular or plate element is provided with s ignition set of fuel injectors, and has a wall formed with annular corrugations and further coupled to the resonator tube, see RF patent №2443893. This invention is aimed at increasing the thermodynamic efficiency by increasing the amplitude of the pressure pulsations.

Общий принцип работы ПуВРД заключается в следующем.The general principle of operation of the PuVRD is as follows.

Воздух, проходя через конфузорную часть двигателя, увеличивает свою скорость, вследствие чего давление на этом участке падает, что приводит к подсасыванию топлива, которое в перемешанном виде поступает в камеру сгорания. Первоначально топливно-воздушная смесь, заполнившая объем камеры сгорания, воспламеняется с помощью электрической свечи. Когда двигатель выйдет на рабочий режим, вновь поступающая в камеру сгорания топливно-воздушная смесь воспламеняется не от постороннего источника, а от горячих газов. Образовавшиеся в процессе сгорания топливовоздушной смеси газы резко повышают давление в камере сгорания, и пластинчатые клапаны клапанной решетки закрываются, а газы устремляются в открытую часть камеры сгорания в сторону выхлопной трубы. В некоторый момент давление и температура газов достигают своего максимального значения. В этот период скорость истечения газов из реактивного сопла и тяга, развиваемая двигателем, также максимальны. Под действием повышенного давления в камере сгорания горячие газы движутся в виде газового «поршня», который, проходя через реактивное сопло, приобретает максимальную кинетическую энергию. По мере выхода основной массы газов из камеры сгорания давление в ней начинает падать. Таким образом, в рабочей трубе двигателя в процессе его работы происходит колебание газового столба: в период повышенного давления в камере сгорания газы движутся в сторону выхода, в период пониженного давления - в сторону камеры сгорания. И чем интенсивнее колебания газового столба в рабочей трубе, тем глубже величина разрежения в камере сгорания, тем больше в нее поступит топливно-воздушной смеси, что, в свою очередь, приведет к повышению давления, а следовательно, и к увеличению тяги, развиваемой двигателем за рабочий цикл.Air passing through the confuser part of the engine increases its speed, as a result of which the pressure in this area drops, which leads to the suction of fuel, which in mixed form enters the combustion chamber. Initially, the air-fuel mixture that fills the volume of the combustion chamber is ignited using an electric candle. When the engine enters the operating mode, the fuel-air mixture again entering the combustion chamber is ignited not from an external source, but from hot gases. The gases formed during the combustion of the air-fuel mixture sharply increase the pressure in the combustion chamber, and the plate valves of the valve grill are closed, and the gases rush into the open part of the combustion chamber towards the exhaust pipe. At some point, the pressure and temperature of the gases reach their maximum value. During this period, the rate of gas outflow from the jet nozzle and the thrust developed by the engine are also maximum. Under the action of increased pressure in the combustion chamber, hot gases move in the form of a gas "piston", which, passing through the jet nozzle, acquires maximum kinetic energy. As the bulk of the gases exit the combustion chamber, the pressure in it begins to drop. Thus, in the working tube of the engine during its operation, the gas column oscillates: during the period of increased pressure in the combustion chamber, gases move towards the outlet, during the period of reduced pressure - towards the combustion chamber. And the more intense the fluctuation of the gas column in the working pipe, the deeper the vacuum in the combustion chamber, the more the air-fuel mixture will enter it, which, in turn, will lead to an increase in pressure and, consequently, to an increase in the thrust developed by the engine beyond duty cycle.

Недостатками ПуВРД, равно как и всех других известных пульсирующих воздушно-реактивных двигателей с клапанами является их низкая долговечность вследствие прогорания клапанов. Существенным ограничением известных пульсирующих воздушно-реактивных двигателей является также то, что они требуют разгона до рабочей скорости 100 м/с и их использование ограничено скоростью порядка 250 м/с., большое лобового сопротивление, которое на околозвуковых скоростях «съедает» почти всю тягу, создаваемую этим двигателем, а также вибрация, создаваемая интенсивными колебаниями газового столба в трубах двигателя.The disadvantages of PuVRD, as well as all other known pulsating jet engines with valves, are their low durability due to burnout of the valves. A significant limitation of the known pulsating jet engines is that they require acceleration to an operating speed of 100 m / s and their use is limited to a speed of the order of 250 m / s., A large drag, which at transonic speeds “eats” almost all the thrust, created by this engine, as well as vibration created by intense vibrations of the gas column in the pipes of the engine.

Бесклапанные ПуВРД, иначе - U-образные ПуВРД, характеризуются тем, что в этих двигателях отсутствуют механические воздушные клапаны, а чтобы обратное движение рабочего тела не приводило к уменьшению тяги, тракт двигателя выполняется в форме латинской буквы «U», концы которой обращены назад по ходу движения аппарата, при этом истечение реактивной струи происходит сразу из обоих концов тракта. Поступление свежего воздуха в камеру сгорания осуществляется за счет волны разрежения, возникающей после импульса и «вентилирующей» камеру, а изощренная форма тракта служит для наилучшего выполнения этой функции. Отсутствие клапанов позволяет избавиться от характерного недостатка клапанного ПуВРД - их низкой долговечности (на самолете-снаряде Фау-1 клапаны прогорали приблизительно после получаса полета, чего вполне хватало для выполнения его боевых задач, но абсолютно неприемлемо для аппарата многоразового использования), см. https://ru.wikipedia.org/wiki.Valve-less PuVRD, otherwise - U-shaped PuVRD, are characterized by the fact that these engines do not have mechanical air valves, and so that the reverse movement of the working fluid does not lead to a decrease in traction, the engine path is made in the form of the Latin letter “U”, the ends of which are turned back along the movement of the apparatus, while the expiration of the jet stream occurs immediately from both ends of the tract. Fresh air enters the combustion chamber due to the rarefaction wave that occurs after the pulse and “ventilates” the chamber, and the sophisticated shape of the duct serves to best fulfill this function. The absence of valves allows you to get rid of the characteristic drawback of the valve PuVRD - their low durability (on the V-1 projectile, the valves burned out after about half an hour of flight, which was quite enough to carry out its combat missions, but is absolutely unacceptable for a reusable apparatus), see https: //ru.wikipedia.org/wiki.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа.This technical solution was made as a prototype.

Задачей полезной модели является повышение долговечности пульсирующего воздушно-реактивного двигателя, уменьшение лобового сопротивления и повышение мощности двигателя, а также снижение его вибрации.The objective of the utility model is to increase the durability of a pulsating jet engine, reduce drag and increase engine power, as well as reduce its vibration.

Сущность заявляемой полезной модели как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.The essence of the claimed utility model as a technical solution is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result provided by the utility model.

Согласно полезной модели пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, содержащий, камеру сгорания, форсунку для топлива и запальную свечу, характеризуется тем, что камера сгорания выполнена двухконтурной, первый ее контур выполнен в виде полого тела со стенками в форме эллиптического параболоида, а второй контур выполнен в виде сверхзвукового сопла Лаваля, ориентированного по главной оси параболоида, при этом докритический участок сверхзвукового сопла размещен внутри параболоида в первом контуре камеры сгорания с зазором относительно внутренней поверхности его стенок, а его закритический участок размещен вне параболоида, при этом запальная свеча зажигания и форсунки для топлива размещены в полости первого контура камеры сгорания.According to a utility model, a pulsating jet engine containing a combustion chamber, a nozzle for fuel and a spark plug is characterized in that the combustion chamber is double-circuit, its first circuit is made in the form of a hollow body with walls in the shape of an elliptical paraboloid, and the second circuit is made in in the form of a Laval supersonic nozzle oriented along the main axis of the paraboloid, while the subcritical portion of the supersonic nozzle is placed inside the paraboloid in the first circuit of the combustion chamber with a gap relative to the inner surface of its walls, and its supercritical section is placed outside the paraboloid, while the spark plug and fuel nozzles are placed in the cavity of the primary circuit of the combustion chamber.

В этом заключается совокупность существенных признаков полезной модели, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.This is the totality of the essential features of a utility model that provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Обеспечиваемый полезной моделью технический результат заключается в том, что размещение на одной оси первого контура камеры сгорания в форме параболоида и второго контура, в виде сверхзвукового сопла, устраняет вибрацию от момента сил при разновременных колебаниях газового столба, существенно уменьшает лобовое сопротивление за счет того, что наружная поверхность первого контура камеры сгорания представляет собой поверхность с низким коэффициентом аэродинамического сопротивления, а отсутствие каких-либо клапанов повышает долговечность пульсирующего воздушно-реактивного двигателя.The technical result provided by the utility model consists in the fact that the placement on the same axis of the first circuit of the combustion chamber in the form of a paraboloid and the second circuit, in the form of a supersonic nozzle, eliminates vibration from the moment of forces during oscillations of the gas column at different times, significantly reduces drag due to the fact that the outer surface of the primary circuit of the combustion chamber is a surface with a low drag coefficient, and the absence of any valves increases the long-term st Pulsejet.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез по заявленному устройству.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section through the claimed device.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель содержит камеру сгорания 1. Первый ее контур выполнен в виде полого тела со стенками в форме эллиптического параболоида 2, а второй контур выполнен в виде сверхзвукового сопла Лаваля 3, ориентированного по главной оси параболоида 2. Докритический участок 4 сверхзвукового сопла 3 размещен внутри параболоида 2 с зазором относительно внутренней поверхности его стенок. Закритический участок 5 сверхзвукового сопла 3 размещен вне параболоида 2. Камера сгорания 1 снабжена размещенными внутри параболоида 2 запальной свечей зажигания 6 и форсунками 7 для топлива.The pulsating jet engine contains a combustion chamber 1. Its first circuit is made in the form of a hollow body with walls in the form of an elliptical paraboloid 2, and the second circuit is made in the form of a Laval supersonic nozzle 3 oriented along the main axis of the paraboloid 2. Subcritical section 4 of the supersonic nozzle 3 placed inside the paraboloid 2 with a gap relative to the inner surface of its walls. The supercritical section 5 of the supersonic nozzle 3 is placed outside the paraboloid 2. The combustion chamber 1 is equipped with ignition spark plugs 6 and nozzles 7 for fuel located inside the paraboloid 2.

Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

Смесь воздуха и топлива поджигается в камере сгорания 1. Свеча зажигания 6 нужна только для запуска, дальнейшее горение поддерживается горячими газами, которые присутствуют в камере сгорания 1 постоянно, а также раскаленными конструкциями двигателя. Смесь топлива и воздуха сгорает и, образовавшиеся в процессе сгорания топливовоздушной смеси газы, расширяясь выходят как из открытой части первого контура параболической камеры сгорания 1, так и из сверхзвукового сопла 3 второго контура, создавая необходимую тягу.The mixture of air and fuel is ignited in combustion chamber 1. The spark plug 6 is only needed to start, further combustion is supported by hot gases, which are constantly present in combustion chamber 1, as well as by hot engine designs. The mixture of fuel and air burns out and the gases formed during the combustion of the air-fuel mixture expand expanding both from the open part of the first circuit of the parabolic combustion chamber 1 and from the supersonic nozzle 3 of the second circuit, creating the necessary thrust.

Газы из первого контура выходят сразу, в то время как газы во втором контуре продолжают движение в длинном сверхзвуковом сопле 3, создавая тем самым разрежение в камере сгорания 1. Свежая порция воздуха засасывается в камеру сгорания 1, через зазор между внутренней стенкой параболоида 2 и сверхзвуковым соплом 3, куда также через форсунки 7 впрыскивается топливо. В то же самое время из второго контура часть газов возвращается назад за счет колебательного процесса, в результате чего новая порция топливовоздушной смеси сжимается, воспламеняется и цикл работы двигателя повторяется.Gases from the first circuit exit immediately, while the gases in the second circuit continue to move in a long supersonic nozzle 3, thereby creating a vacuum in the combustion chamber 1. A fresh portion of air is sucked into the combustion chamber 1, through the gap between the inner wall of the paraboloid 2 and supersonic nozzle 3, where fuel is also injected through nozzles 7. At the same time, part of the gases from the second circuit returns back due to the oscillatory process, as a result of which a new portion of the air-fuel mixture is compressed, ignited and the engine cycle is repeated.

Заявленное техническое решение устраняет вибрацию от момента сил при разновременных колебаниях газового столба, существенно уменьшает лобовое сопротивление за счет того, что наружная поверхность первого контура камеры сгорания представляет собой поверхность с низким коэффициентом аэродинамического сопротивления, а отсутствие каких-либо клапанов повышает долговечность пульсирующего воздушно-реактивного двигателя.The claimed technical solution eliminates vibration from the moment of forces during oscillations of the gas column at different times, significantly reduces drag due to the fact that the outer surface of the primary circuit of the combustion chamber is a surface with a low drag coefficient, and the absence of any valves increases the durability of the pulsating air-reactive engine.

Заявленное техническое решение может быть реализовано с использованием известных технических средств и технологий.The claimed technical solution can be implemented using well-known technical means and technologies.

Claims (1)

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, включающий камеру сгорания, форсунку для топлива и запальную свечу, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена двухконтурной, первый ее контур выполнен в виде полого тела со стенками в форме эллиптического параболоида, а второй контур выполнен в виде сверхзвукового сопла Лаваля, ориентированного по главной оси параболоида, при этом докритический участок сверхзвукового сопла размещен внутри параболоида в первом контуре камеры сгорания с зазором относительно внутренней поверхности его стенок, а его закритический участок размещен вне параболоида, при этом запальная свеча зажигания и форсунки для топлива размещены в полости первого контура камеры сгорания.

A pulsating jet engine including a combustion chamber, a nozzle for fuel and a spark plug, characterized in that the combustion chamber is double-circuit, its first circuit is made as a hollow body with walls in the shape of an elliptical paraboloid, and the second circuit is made in the form of a supersonic Laval nozzle oriented along the main axis of the paraboloid, while the subcritical section of the supersonic nozzle is placed inside the paraboloid in the first circuit of the combustion chamber with a gap relative to its inner surface with tenok, and its supercritical section is located outside the paraboloid, while the spark plug and fuel nozzles are placed in the cavity of the primary circuit of the combustion chamber.

Images