RU2084675C1 - Chamber for puls detonation engine - Google Patents

Chamber for puls detonation engine Download PDF

Info

Publication number
RU2084675C1
RU2084675C1 RU94031235A RU94031235A RU2084675C1 RU 2084675 C1 RU2084675 C1 RU 2084675C1 RU 94031235 A RU94031235 A RU 94031235A RU 94031235 A RU94031235 A RU 94031235A RU 2084675 C1 RU2084675 C1 RU 2084675C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
nozzle
resonator
detonation
housing
Prior art date
Application number
RU94031235A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94031235A (en
Inventor
В.А. Поршнев
Н.В. Федорец
В.Н. Сорокин
С.С. Иванов
В.В. Кутайцев
Original Assignee
Саратовская научно-производственная фирма "Растр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Саратовская научно-производственная фирма "Растр" filed Critical Саратовская научно-производственная фирма "Растр"
Priority to RU94031235A priority Critical patent/RU2084675C1/en
Publication of RU94031235A publication Critical patent/RU94031235A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2084675C1 publication Critical patent/RU2084675C1/en

Links

Landscapes

  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: chamber consists of Laval nozzle and Hartmann resonator axially alined inside the housing. Between the inner side of the housing and outer side of the nozzle is a space. The space is a mixing chamber whose inlet portion is the throat that further goes into the diverging portion. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям с резонансными камерами сгорания, а также к устройствам для сжигания топлива. The invention relates to pulsating jet engines with resonant combustion chambers, as well as to devices for burning fuel.

Известны газоструйные генераторы Гартмана, работающие на пульсирующем режиме течения рабочего тела и нашедшие в настоящее время применение в качестве мощных акустических излучателей. С обнаружением эффекта повышения температуры на дно резонатора за доли секунды они стали применяться для поджига горючих топливных смесей, а также тогда, когда нужны высокотемпературные источники тепла (Ляхов В.Н. Подлубный В.В. Титаренко В.В. Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкций. М. Машиностроение, 1989, 392 с.). Одним из вариантов конструктивного воплощения этого эффекта является "Пульсирующее устройство для сжигания топлива" по авт. св. СССР N 687313, 1979 г. Однако данное устройство не может быть использовано для создания тяги. Known gas-jet generators Hartmann, operating in a pulsating mode of flow of the working fluid and are currently used as powerful acoustic emitters. With the discovery of the effect of increasing the temperature at the bottom of the resonator in a fraction of a second, they began to be used for igniting combustible fuel mixtures, and also when high-temperature heat sources were needed (Lyakhov V.N. Podlubny V.V. Titarenko V.V. Impact of shock waves and jets on structural elements. M. Mechanical Engineering, 1989, 392 pp.). One of the options for the structural embodiment of this effect is the "Pulsating device for burning fuel" according to ed. St. USSR N 687313, 1979, however, this device cannot be used to create traction.

Наиболее близким к заявленному устройству как по принципу действия, так и по техническому исполнению является прямоточный воздушно-реактивный двигатель (заявка ФРГ N 4139338, МПК F 02 K 1/04 и F 02 K 7/10, 1982). Оно создает тягу за счет импульсного (пульсирующего) режима истечения рабочего тела, получаемого в результате сгорания топливно-воздушной смеси. Данный режим работы реализуется в резонансной трубе, создающей разрежение благодаря колебаниям столба рабочего тела, а подвод воздуха осуществляется через кольцевые щели. Несмотря на то, что данное устройство имеет много общего с заявляемым, оно не может реализовать детонационный режим горения. Closest to the claimed device, both in principle of operation and in technical design, is a ramjet engine (application FRG N 4139338, IPC F 02 K 1/04 and F 02 K 7/10, 1982). It creates traction due to the pulse (pulsating) regime of the expiration of the working fluid resulting from the combustion of the fuel-air mixture. This mode of operation is implemented in a resonant tube, creating a vacuum due to oscillations of the column of the working fluid, and air is supplied through annular slots. Despite the fact that this device has much in common with the claimed, it cannot realize the detonation mode of combustion.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности работы устройства. The objective of the invention is to increase the efficiency of the device.

Решить данную задачу можно за счет детонационного сжигания топливо-воздушной смеси. This problem can be solved by detonation combustion of a fuel-air mixture.

Поставленная задача в заявляемом устройстве достигается тем, что принцип работы генератора Гартмана положен в основу разработки его детонационной камеры. При этом резонатор выполняется в виде трубки, замкнутой с одной стороны, а между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью сопла образована полость, являющаяся камерой смещения, выходная часть которой представляет критическое сечение с дальнейшим переходом в сверхзвуковое сопло внешнего расширения с усеченным центральным телом. The task in the claimed device is achieved by the fact that the principle of operation of the Hartmann generator is the basis for the development of its detonation chamber. In this case, the resonator is made in the form of a tube closed on one side, and a cavity is formed between the inner surface of the housing and the outer surface of the nozzle, which is a displacement chamber, the output part of which is a critical section with a further transition to a supersonic nozzle with an external expansion with a truncated central body.

На чертеже представлена камера пульсирующего двигателя детонационного горения, которая состоит из резонатора 1 и сверхзвукового сопла 2, установленных в едином корпусе 3. The drawing shows a chamber of a pulsating detonation combustion engine, which consists of a resonator 1 and a supersonic nozzle 2 installed in a single housing 3.

Резонатор 1 предназначен для создания ударных волн и возбуждения детонационного горения. Он выполнен в виде трубки цилиндрической (слабо конической) формы, замкнутой с одного конца и обращенной открытым концом в сторону сопла. The resonator 1 is designed to create shock waves and to initiate detonation combustion. It is made in the form of a tube of cylindrical (slightly conical) shape, closed at one end and facing the open end towards the nozzle.

Сверхзвуковое сопло 2 предназначено для разгона рабочей смеси до скоростей с M>2 и направления ее во внутрь резонатора 1, а также для разгона газов, истекающих из полости резонатора. The supersonic nozzle 2 is designed to accelerate the working mixture to speeds with M> 2 and direct it into the interior of the resonator 1, as well as to disperse the gases flowing from the cavity of the resonator.

Резонатор 1 и сверхзвуковое сопло 2 установлены в корпусе 3 соосно и таким образом, что между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью сопла образована полость, являющаяся камерой смешения "а", предназначенной для создания рабочей смеси. Выходная часть камеры смешения "а" является критическим сечением. The resonator 1 and the supersonic nozzle 2 are installed coaxially in the housing 3 and in such a way that a cavity is formed between the inner surface of the housing and the outer surface of the nozzle, which is the mixing chamber “a” intended to create a working mixture. The output of mixing chamber “a” is a critical section.

На торцевой и боковой поверхностях корпуса 3 равномерно размещены подводящие каналы для окислителя (газ) и горючего (газ или жидкость). Причем оси симметрии каналов для лучшего смесеобразования перекаются. Выход рабочей смеси из камеры "а" осуществляется через критическое сечение сопла внешнего расширения. On the end and side surfaces of the housing 3 are evenly placed inlet channels for the oxidizing agent (gas) and fuel (gas or liquid). Moreover, the axis of symmetry of the channels for better mixture formation. The output of the working mixture from the chamber "a" is through the critical section of the external expansion nozzle.

Настройка камеры двигателя на заданный режим ее работы осуществляется путем изменения площади критического сечения. Это достигается посредством подбора толщины прокладки 4, установленной между фланцами корпуса 3 и сверхзвукового сопла 2, которые скрепляются между собой болтами 5. The engine chamber is tuned to a predetermined mode of its operation by changing the critical section area. This is achieved by selecting the thickness of the gasket 4, installed between the flanges of the housing 3 and the supersonic nozzle 2, which are fastened together by bolts 5.

Работает камера пульсирующего двигателя детонационного горения следующим образом. The camera is a pulsating detonation combustion engine as follows.

При подаче компонентов топлива в смесительную камеру "а", в ней происходит процесс смешения. Образовавшаяся рабочая смесь, истекая через критическое сечение, приобретает сверхзвуковую скорость. Характерной особенностью конструкции является сопло внешнего расширения, режим которого не зависит от давления окружающей среды, т.е. всегда работает на установившемся режиме. Это объясняется тем, что давление в полости "а" равно давлению окружающей среды за счет сообщения с ней окнами 6. When the fuel components are fed into the mixing chamber "a", a mixing process takes place in it. The resulting working mixture, flowing out through the critical section, acquires supersonic speed. A characteristic design feature is an external expansion nozzle, the mode of which does not depend on the ambient pressure, i.e. always running in steady state. This is because the pressure in the cavity "a" is equal to the pressure of the environment due to communication with her windows 6.

Разогнанная до скорости M≥2 рабочая смесь попадает во внутреннюю полость "б" резонатора 1, в которой возбуждается колебательный процесс с образованием ударных волн (эффект Гартмана), которые в свою очередь генерируют детонационные волны. При столкновении этих волн с замкнутым торцом резонатора образуются отраженные ударные волны. При этом происходит резкое повышение температуры и давления (эффект Шпрингера), что приводит к возникновению детонационной волны в рабочей смеси и ее детонационному горению. Детонационная волна, отражаясь от данной части резонатора 1, устремляется к его выходу, перекрывая путь поступающей рабочей смеси. Детонационная волна, встречаясь со сверхзвуковым потоком рабочей смеси, образует "газовый затвор", который преграждает путь сверхзвуковому потоку рабочей смеси в резонатор 1. В дальнейшем продукты детонации, истекая через кольцевой зазор, образованный между соплом 2 и резонаторов 1, расширяются, что приводит к уменьшению давления. При выравнивании давлений продуктов детонация и рабочей смеси на срезе сопла происходит открытие "газового замка" и детонационная волна через полость "г" устремляется наружу. Рабочая смесь устремляется в резонатор 1 и процесс повторяется вновь. Accelerated to a speed of M≥2, the working mixture enters the internal cavity "b" of the resonator 1, in which the oscillatory process is excited with the formation of shock waves (Hartmann effect), which in turn generate detonation waves. When these waves collide with the closed end of the resonator, reflected shock waves form. In this case, there is a sharp increase in temperature and pressure (Springer effect), which leads to the occurrence of a detonation wave in the working mixture and its detonation combustion. The detonation wave, reflected from this part of the resonator 1, rushes to its output, blocking the path of the incoming working mixture. The detonation wave, meeting with the supersonic flow of the working mixture, forms a "gas shutter", which blocks the path of the supersonic flow of the working mixture into the resonator 1. Subsequently, the detonation products, expiring through the annular gap formed between the nozzle 2 and the resonators 1, expand, which leads to pressure reduction. When the pressure of the detonation products and the working mixture are equalized, a “gas lock” is opened at the nozzle exit and the detonation wave rushes out through the “g” cavity. The working mixture rushes into the resonator 1 and the process is repeated again.

Сила тяги создается за счет взаимодействия детонационной волны с дном резонатора (тяговой стенкой), а также за счет реактивной силы, образованной истекающей через сопло газовой сверхзвуковой струей. Суммарный импульс тяги пульсирующего двигателя детонационного горения прямо пропорционален частоте пульсации и величине давления на дно резонатора. Изменяя эти параметры можно осуществлять регулирование модуля вектора тяги. The traction force is created due to the interaction of the detonation wave with the bottom of the resonator (traction wall), as well as due to the reactive force formed by the supersonic gas stream flowing through the nozzle. The total thrust impulse of a pulsating detonation combustion engine is directly proportional to the pulsation frequency and the pressure on the bottom of the resonator. By changing these parameters, it is possible to regulate the thrust vector module.

Пульсация давления в резонаторе 1 зависят от глубин резонатора и определяются только числом M набегающей струи. При этом должно быть выполнено условие
L > D,
где L глубина резонатора; D внутренний диаметр резонатора.
The pressure pulsation in the resonator 1 depends on the depth of the resonator and is determined only by the number M of the incident jet. In this case, the condition must be met
L> D
where L is the depth of the resonator; D is the inner diameter of the resonator.

Чистота колебаний определяется глубиной резонатора L и скоростью распространения в нем волн. The purity of the oscillations is determined by the depth of the resonator L and the speed of wave propagation in it.

Таким образом, повышение эффективности устройства заключается в том, что при детонационном сжигании топливной смеси значения температуры и давления значительно выше аналогичных параметров, получаемых при обычном сжигании одного и того же количества рабочей смеси. Следовательно, работа, совершаемая продуктами детонации, будет больше, чем работа, совершаемая продуктами сгорания. Thus, increasing the efficiency of the device lies in the fact that during detonation combustion of the fuel mixture, the temperature and pressure are much higher than similar parameters obtained by conventional combustion of the same amount of the working mixture. Therefore, the work done by the detonation products will be more than the work done by the combustion products.

Кроме того, данная камера двигателя не нуждается в специальной системе воспламенения или инициирования. Предложенная конструкция камеры позволяет получить частоту детонационных процессов на 1.2 порядка выше частоты существующих двигателей детонационного горения. In addition, this engine chamber does not need a special ignition or initiation system. The proposed design of the chamber allows to obtain the frequency of detonation processes 1.2 orders of magnitude higher than the frequency of existing detonation combustion engines.

Claims (1)

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения, содержащая расположенные в корпусе сверхзвуковое сопло и расположенный с ним соосно резонатор в виде трубки, обращенной одним открытым кольцом в сторону истечения рабочего тела, отличающаяся тем, что трубка замкнута с другого конца, между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью сопла образована полость, являющаяся камерой смешения, выходная часть которой представляет критическое сечение с дальнейшим переходом в сверхзвуковое сопло внешнего расширения с усеченным телом. A chamber of a pulsating detonation combustion engine containing a supersonic nozzle located in the housing and coaxially located with it in the form of a tube facing one open ring towards the expiration of the working fluid, characterized in that the tube is closed at the other end, between the inner surface of the housing and the outer surface of the nozzle a cavity is formed, which is a mixing chamber, the output part of which is a critical section with a further transition to a supersonic nozzle of external expansion with truncated m body.
RU94031235A 1994-08-25 1994-08-25 Chamber for puls detonation engine RU2084675C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94031235A RU2084675C1 (en) 1994-08-25 1994-08-25 Chamber for puls detonation engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94031235A RU2084675C1 (en) 1994-08-25 1994-08-25 Chamber for puls detonation engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94031235A RU94031235A (en) 1996-08-10
RU2084675C1 true RU2084675C1 (en) 1997-07-20

Family

ID=20160002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94031235A RU2084675C1 (en) 1994-08-25 1994-08-25 Chamber for puls detonation engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2084675C1 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8136624B2 (en) 2006-04-17 2012-03-20 Soundblast Technologies Llc System and method for ignition of a gaseous or dispersed fuel-oxidant mixture
US8172034B2 (en) 2006-04-17 2012-05-08 Soundblast Technologies Llc System and method for generating and directing very loud sounds
US8302730B2 (en) 2006-04-17 2012-11-06 Soundblast Technologies, Llc System and method for generating and controlling conducted acoustic waves for geophysical exploration
RU2490498C1 (en) * 2012-04-18 2013-08-20 Виктор Григорьевич Петриенко Intermittent detonation engine
US8905186B2 (en) 2006-04-17 2014-12-09 Soundblast Technologies, Llc System for coupling an overpressure wave to a target media
US9581704B2 (en) 2015-01-22 2017-02-28 Soundblast Technologies, Llc System and method for accelerating a mass using a pressure produced by a detonation
RU2649494C1 (en) * 2017-05-22 2018-04-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) Pulsed detonation rocket engine
RU192799U1 (en) * 2019-05-15 2019-10-01 Общество с ограниченной ответственностью "ВНХ-Энерго" Traction device
RU192800U1 (en) * 2019-06-19 2019-10-01 Общество с ограниченной ответственностью "ВНХ-Энерго" Traction device
RU2825585C1 (en) * 2023-07-09 2024-08-27 Василий Александрович Казаковцев Method of firing shot from ballistic installation with high-frequency resonator

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112620058B (en) * 2020-12-23 2022-01-25 北京强度环境研究所 Hartmann sound generator with laval nozzle

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 687313, кл. F 23 C 3/02, 1979. 2. Заявка ФРГ N 413938, кл. F 02 K 1/04, 1982. *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8136624B2 (en) 2006-04-17 2012-03-20 Soundblast Technologies Llc System and method for ignition of a gaseous or dispersed fuel-oxidant mixture
US8172034B2 (en) 2006-04-17 2012-05-08 Soundblast Technologies Llc System and method for generating and directing very loud sounds
US8292022B2 (en) 2006-04-17 2012-10-23 Soundblast Technologies Llc System and method for generating and controlling conducted acoustic waves for geophysical exploration
US8302730B2 (en) 2006-04-17 2012-11-06 Soundblast Technologies, Llc System and method for generating and controlling conducted acoustic waves for geophysical exploration
US8905186B2 (en) 2006-04-17 2014-12-09 Soundblast Technologies, Llc System for coupling an overpressure wave to a target media
RU2490498C1 (en) * 2012-04-18 2013-08-20 Виктор Григорьевич Петриенко Intermittent detonation engine
US9581704B2 (en) 2015-01-22 2017-02-28 Soundblast Technologies, Llc System and method for accelerating a mass using a pressure produced by a detonation
RU2649494C1 (en) * 2017-05-22 2018-04-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) Pulsed detonation rocket engine
RU192799U1 (en) * 2019-05-15 2019-10-01 Общество с ограниченной ответственностью "ВНХ-Энерго" Traction device
RU192800U1 (en) * 2019-06-19 2019-10-01 Общество с ограниченной ответственностью "ВНХ-Энерго" Traction device
RU2825585C1 (en) * 2023-07-09 2024-08-27 Василий Александрович Казаковцев Method of firing shot from ballistic installation with high-frequency resonator

Also Published As

Publication number Publication date
RU94031235A (en) 1996-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8302377B2 (en) Ground-based simple cycle pulse detonation combustor based hybrid engine for power generation
RU2357093C2 (en) Double-stage pulsating detonation device
US3005310A (en) Pulse jet engine
US2888803A (en) Intermittent combustion turbine engine
RU2084675C1 (en) Chamber for puls detonation engine
US20120204534A1 (en) System and method for damping pressure oscillations within a pulse detonation engine
US2796734A (en) Sonic burner heat engine with acoustic reflector for augmentation of the second harmonic
US3175357A (en) Method and apparatus for producing a highly compressed operating gas for heat engines
US2796735A (en) Acoustic jet engine with flow deflection fluid pumping characteristics
RU52940U1 (en) CAMERA OF THE PULSING DETONATION COMBUSTION ENGINE
RU6840U1 (en) CAMERA OF A PULSING ENGINE OF DETONATION COMBUSTION
RU7145U1 (en) CAMERA OF A PULSING ENGINE OF DETONATION COMBUSTION
RU6841U1 (en) CAMERA OF A PULSING ENGINE OF DETONATION COMBUSTION
CN115855516A (en) Combustion stability evaluation device based on high-energy spark plug
RU16298U1 (en) CAMERA OF A PULSING ENGINE OF DETONATION COMBUSTION
RU16526U1 (en) CAMERA OF A PULSING ENGINE OF DETONATION COMBUSTION
RU2066426C1 (en) Detonation chamber
RU2059852C1 (en) Pulse hypersonic ram-jet engine
RU17574U1 (en) CAMERA OF A PULSING ENGINE OF DETONATION COMBUSTION
RU2435059C1 (en) Intermittent detonation engine
RU2078974C1 (en) Adjustable detonation chamber of pulsejet engine
RU2664489C1 (en) Two-channel speaker
RU2704431C1 (en) Wide-range air-jet engine of detonation combustion (versions)
RU2319076C2 (en) Mode of gas dynamic ignition and an arrangement for its execution
RU2485402C1 (en) Gas dynamic igniter