[go: up one dir, main page]

WO2016060581A1 - Устройство и способ организации рабочего процесса реактивного двигателя - Google Patents

Устройство и способ организации рабочего процесса реактивного двигателя Download PDF

Info

Publication number
WO2016060581A1
WO2016060581A1 PCT/RU2014/000779 RU2014000779W WO2016060581A1 WO 2016060581 A1 WO2016060581 A1 WO 2016060581A1 RU 2014000779 W RU2014000779 W RU 2014000779W WO 2016060581 A1 WO2016060581 A1 WO 2016060581A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion chamber
detonation
fuel
paragraph
initiating
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2014/000779
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Сергей Михайлович ФРОЛОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NONPROFIT PARTNERSHIP IN SCEINCE EDUCATION AND INNOVATION ACTIVITIES "CENTER FOR PULSE-DETONATION COMBUSTION"
Original Assignee
NONPROFIT PARTNERSHIP IN SCEINCE EDUCATION AND INNOVATION ACTIVITIES "CENTER FOR PULSE-DETONATION COMBUSTION"
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 NONPROFIT PARTNERSHIP IN SCEINCE EDUCATION AND INNOVATION ACTIVITIES "CENTER FOR PULSE-DETONATION COMBUSTION" filed Critical NONPROFIT PARTNERSHIP IN SCEINCE EDUCATION AND INNOVATION ACTIVITIES "CENTER FOR PULSE-DETONATION COMBUSTION"
Priority to PCT/RU2014/000779 priority Critical patent/WO2016060581A1/ru
Publication of WO2016060581A1 publication Critical patent/WO2016060581A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants

Definitions

  • the invention relates to methods for organizing a working process in a continuously detonating combustion chamber of an air-jet or rocket engine using liquid fuel.
  • a two-phase fuel mixture burns in detonation waves circulating across the flow, and the combustion products flow downstream through the nozzle, doing useful work.
  • heterogeneous detonation In contrast to gas detonation, which propagates in a pre-mixed fuel mixture, heterogeneous detonation (detonation of atomized liquid fuel) propagates in a two-phase medium consisting of a gaseous oxidizer, droplets of liquid fuel and, in the general case, fuel films on bounding surfaces.
  • a gaseous oxidizer In accordance with modern knowledge, heat generation in a wave of heterogeneous detonation is preceded by mixture formation.
  • a combustible fuel mixture is formed as a result of partial preliminary evaporation of droplets and films in the initial fuel mixture, aerodynamic crushing of droplets and films in a gas stream behind the leading shock wave of the detonation front, evaporation of fragmentation fragments (microdrops) and turbulent molecular mixing of fuel vapor with an oxidizing agent.
  • Thermal cleavage begins with focal autoignition of a partially mixed mixture behind the leading shock wave.
  • the further spread of the reaction in space is largely determined by the local composition of the mixture. All known reaction propagation modes are possible here: laminar and turbulent, diffusion and homogeneous flames, “spontaneous” flames and transient combustion regimes with shock waves.
  • the gas-film system has a number of important advantages for using an air-jet or rocket engine in a continuous detonation combustion chamber fuel. Firstly, in a stratified gas-film system, which is characterized by a relatively small interfacial interface, at preliminary temperatures, the preliminary evaporation of the liquid in front of the leading shock wave of the detonation front is insignificant, while in a dispersed gas-drop system it is also stratified -dispersed system "gas - droplets - films", which are characterized by a large area of the interphase interface, an intensive preliminary use of liquid evaporation and the formation of a partially mixed reactive mixture in front of the leading shock wave.
  • the gas-film system Since in all three systems the main mixture formation occurs behind the leading shock wave, the gas-film system is most preferable for organizing the working process without breakthroughs of deflagration and / or detonation upstream, leading to disruption of the fuel and oxidizer supply systems.
  • the gas-film system can be additionally used for active thermal protection of the walls of the combustion chamber when feeding films to the heat-stressed sections of the chamber.
  • the gas-film system there is no rich limit of detonation propagation, that is, detonation is observed in systems with films of almost any thickness (Lesnyak S.A., Troshin Y.K.
  • the use of the gas-film system will solve a number of scientific and technical problems: it will provide (1) the production of a combustible fuel mixture with the phase and chemical composition required for continuous detonation burning without breakthroughs of deflagration and / or detonation upstream, leading to disruption of the fuel and oxidizer supply systems; (2) reliable cooling of the structural elements of the combustion chamber; and (3) the stability of continuous detonation combustion over a wide range of determining flow parameters (e.g., fuel component supply pressures, temperature of the formed fuel mixture, etc.) regardless of the accuracy of the fuel metering.
  • flow parameters e.g., fuel component supply pressures, temperature of the formed fuel mixture, etc.
  • the supply of liquid fuel and a gaseous oxidizer is organized in such a way that either the finished combustible fuel mixture or its components are fed into the combustion chamber, the mixing of which takes place directly in the combustion chamber.
  • a gas discharge occurs and an initiating blast wave is formed, which, after entering the combustion chamber, contributes to the formation of detonation waves circulating across the flow of the fuel-oxygen mixture.
  • This method has a number of disadvantages. Firstly, the mixture formation of liquid fuel with a gaseous oxidizing agent here is determined by the characteristics of the fuel supply system (pressure in the fuel manifold, size and shape of nozzle openings, their number, etc.).
  • the direct initiation of detonation by one or another initiator is used here. Since the energy of direct initiation of detonation in air mixtures of standard aviation fuels is several kilojoules, the application of this method of initiation of detonation in continuously detonation combustion chambers of jet engines will require the placement of a powerful source of electrical energy on board the aircraft, which will allow the engine to start and restore the working process upon disruption of continuous detonation combustion. In addition, at such electric discharge energies (kilojoules) in a limited attached volume, thermomechanical destruction of the materials of the walls and electrodes can occur, which will negatively affect the reliability of the system. When describing a method for organizing continuous-detonation combustion of a droplet mixture in a book by F.
  • the stability of the continuous-detonation working process in the combustion chamber is ensured by organizing a streamer discharge between the outer and inner walls of the annular combustion chamber in the vicinity of its inlet section.
  • a streamer discharge with pulses of nanosecond duration acts on the fuel mixture entering the chamber, its detonation ability increases due to the formation of active radicals.
  • the main disadvantage of this method is that the mixing of the fuel components is determined by the characteristics of the fuel supply system (pressure in the fuel manifold, size, shape and number of nozzle openings, etc.).
  • Another disadvantage of this method is the difficulty of organizing a streamer discharge when using liquid fuels: fuel droplets in the interelectrode space and films on the electrodes prevent the formation of a regular discharge structure.
  • the proposed method is carried out on a device containing a flow-through annular combustion chamber with smooth walls formed by a central cylindrical body and a cylindrical body, a mixing device installed at the entrance to the annular combustion chamber, a detonation initiator mounted tangentially to the annular combustion chamber, and a streamer discharge system located at the entrance to the annular combustion chamber.
  • the disadvantage of this device is that the mixing of fuel components is mainly determined by the parameters of the nozzle head (size, shape and number of nozzle openings) and the fuel supply system and oxidizer (pressure in the fuel manifold and oxidizer supply manifold).
  • Another drawback is the use of streamer discharges to implement the workflow and increase its stability, the reliability of generation of which substantially depends on the degree of homogeneity of the fuel mixture, since the presence of fuel droplets in the interelectrode gap and fuel films on the electrodes will reduce the discharge power (up to its absence) .
  • the preparation of the fuel mixture occurs in an annular mixing chamber as a result of aerodynamic interaction of the jets of fuel and an oxidizing agent circulating in the mixing chamber in the direction specified by the helical channels of the central body of the mixing chamber, and the working process proceeds in an annular combustion chamber with smooth walls.
  • a significant drawback of this method is the increased pressure loss in the oxidizer stream associated with the organization of its eddy flow in the mixing chamber, which limits the oxidizer consumption and, as a result, reduces the average pressure in the combustion chamber and the specific impulse of the jet engine.
  • the spraying of liquid fuel in a mixing chamber of complex geometry can lead to uncontrolled sedimentation of fuel on the walls of the mixing chamber and an uncontrolled change in the phase and chemical composition of the fuel mixture entering the combustion chamber.
  • the proposed prototype method is carried out on a prototype device containing a cylindrical mixing chamber formed by an external casing and a central body with screw channels for supplying an oxidizing agent, a fuel injector unit installed at the entrance to the mixing chamber, an annular combustion chamber with smooth walls located at the outlet of mixing chambers, as well as an output nozzle with a central body.
  • a knock initiator in the form of an ignition source.
  • the objective of the invention is the creation of such a method of organizing continuous detonation combustion of liquid fuel in the combustion chamber of a jet engine, which will provide (1) obtaining a combustible fuel mixture with the phase and chemical composition required for continuous detonation combustion without breakthroughs of deflagration and / or detonation upstream leading to disruption of the fuel and oxidizer supply systems; (2) reliable cooling of the structural elements of the combustion chamber; and (3) the stability of continuous detonation combustion over a wide range of determining flow parameters (e.g., fuel component supply pressures, temperature of the formed fuel mixture, etc.) regardless of the accuracy of the fuel metering.
  • flow parameters e.g., fuel component supply pressures, temperature of the formed fuel mixture, etc.
  • the objective of the invention is to provide a device for implementing a method of organizing continuous detonation combustion in a combustion chamber of a jet engine, which will provide (1) obtaining a combustible fuel mixture with the phase and chemical composition required for continuous detonation combustion without breakthroughs of deflagration and / or detonation upstream leading to disruption of the fuel and oxidizer supply systems; (2) reliable cooling of elements combustion chamber designs; and (3) the stability of continuous detonation combustion over a wide range of determining flow parameters (for example, fuel component supply pressures, temperature of the formed fuel mixture, etc.) regardless of the accuracy of fuel metering.
  • determining flow parameters for example, fuel component supply pressures, temperature of the formed fuel mixture, etc.
  • a method including initiating continuous detonation combustion of the fuel mixture in a flow-through annular combustion chamber with smooth walls using a detonation initiator and creating a high-speed jet of detonation products using an output nozzle with a central body in which liquid fuel is continuously supplied to the combustion chamber in the form of wall films, and turbulent molecular mixing of the fuel with the oxidizing agent occurs due to the evaporation of the films due to interaction with the oxidizing stream and with hot the surfaces of the combustion chamber, as well as due to the thermomechanical interaction of the films with one or more self-sustaining detonation waves generated after the initiation of the initiating detonation wave from the initiating tube and continuously circulating over the surface of the films, which consists in the evaporation and mechanical destruction of the films with the formation of droplet gas suspension and the evaporation of micro droplets and as a result of such mixing in the combustion chamber a detonation-capable two-phase is formed vapor-gas-droplet fuel mixture providing continuous detonation
  • An initiating detonation wave in the initiating tube is formed as a result of ignition of a fuel mixture by one or another ignition source and subsequent transition of combustion to detonation, moreover, the fuel mixture can consist of the same fuel components as in the combustion chamber, or from other fuel components providing reliable formation initiating detonation wave;
  • a single initiating detonation wave or a series of initiating detonation waves can be used, and the initiating detonation waves are used both to start the work process and to restart the work process when it breaks down;
  • the bypass of the initiating detonation wave into the combustion chamber is organized so that it is possible to control the direction of rotation of one or more self-sustaining detonation waves in the combustion chamber when the workflow is started and when the workflow is restarted when it breaks down;
  • One or more types of liquid fuel may be supplied to the combustion chamber;
  • the supply of fuel to the combustion chamber in the form of wall films can be arranged through channels and / or distributed openings on the internal surfaces of the combustion chamber;
  • Channels and / or distributed openings can be oriented both along the generatrix of the combustion chamber, and at an angle to it;
  • the channels and / or distributed openings can be arranged so that the resulting film covers all the internal surfaces of the combustion chamber or so that on the inner surfaces of the combustion chamber sections with and without film alternate to enhance the surface roughness effect and to further intensify the heat and mass transfer processes due to the spreading effect of films;
  • Liquid fuel supplied in the form of wall films to the combustion chamber through channels and / or distributed openings may have the same initial temperature in all channels and / or distributed openings or different initial temperatures;
  • Wall-mounted films of liquid fuel supplied to the combustion chamber through channels and / or distributed openings may have the same initial thickness for all channels and / or distributed openings or different initial thickness;
  • the supply of fuel to the combustion chamber in the form of wall films can be arranged through porous sections on the inner surfaces of the combustion chamber;
  • Porous sections can be arranged so that the resulting film covers all the internal surfaces of the combustion chamber or so that on the inner surfaces of the chamber sections with and without film alternate to enhance the surface roughness effect and to further intensify heat and mass transfer processes due to the effect film spreading;
  • Fuel supply through porous sections on the internal surfaces of the combustion chamber can be organized in such a way that a structure in the form of a rough surface is formed on the film surface to further intensify heat and mass transfer processes;
  • Liquid fuel supplied in the form of wall films to the combustion chamber through porous sections may have the same initial temperature for all porous sections or a different initial temperature;
  • Wall-mounted films of liquid fuel supplied to the combustion chamber through porous sections can have the same thickness for all porous sections or different thicknesses
  • a method comprising initiating continuous detonation combustion of the fuel mixture in a flow-through annular combustion chamber with smooth walls using a detonation initiator and creating a high-speed jet of detonation products using an output nozzle with a central body in which liquid fuel is continuously supplied to the combustion chamber in the form of jets at the entrance to the combustion chamber, and turbulent molecular mixing of fuel with an oxidizing agent in the combustion chamber occurs due to the evaporation of droplets formed by atomization fuel jets, and secondary wall surface films formed by the collision of jets with combustion chamber walls due to interactions with the oxidizer stream and with the hot surfaces of the combustion chamber, as well as due to the thermomechanical interaction of droplets and secondary wall films with one or more self-sustaining detonation waves that continuously circulate in the combustion chamber, which consists in the evaporation and mechanical destruction of droplets and secondary films with the formation of a droplet gas suspension and in the evaporation of the formed microdrops, and as a result of such mixing in the combustion chamber,
  • An initiating detonation wave in the initiating tube is formed as a result of ignition of a fuel mixture by one or another ignition source and subsequent transition of combustion to detonation, moreover, the fuel mixture can consist of the same fuel components as in the combustion chamber, or from other fuel components providing reliable formation initiating detonation wave;
  • a single initiating detonation wave or a series of initiating detonation waves can be used, and the initiating detonation waves are used both to start the work process and to restart the work process when it breaks down;
  • the bypass of the initiating detonation wave into the combustion chamber is organized so that it is possible to control the direction of rotation of one or more self-sustaining detonation waves in the combustion chamber when the workflow is started and when the workflow is restarted when it breaks down;
  • One or more types of liquid fuel may be supplied to the combustion chamber;
  • the fuel supply to the combustion chamber in the form of fuel jets can be arranged through slots and / or distributed openings on the internal surfaces of the combustion chamber;
  • Slots and / or distributed openings for supplying fuel in the form of jets are oriented so that part of the fuel settles on the internal surfaces of the combustion chamber with the formation of secondary wall films;
  • Slots and / or distributed fuel supply openings in the form of jets can be arranged so that the resulting secondary wall film covers all internal surfaces of the combustion chamber or so that on the inner surfaces of the combustion chamber sections with and without film alternate to enhance the roughness effect surfaces and for additional intensification of heat and mass transfer processes due to the spreading effect of films;
  • Liquid fuel supplied to the combustion chamber in the form of jets through slots and / or distributed openings may have the same initial temperature in all slots and / or distributed openings or different initial temperatures;
  • the jets of liquid fuel supplied to the combustion chamber through slots and / or distributed openings may have the same spray characteristics for all slots and / or distributed openings or different spray characteristics;
  • a method including initiating continuous detonation combustion of a fuel mixture in a flow-through annular combustion chamber with smooth walls using a detonation initiator and creating a high-speed jet of detonation products using an output nozzle with a central body in which a distributed flow of liquid fuel in the form of wall films is organized in a mixing section located at the entrance to the combustion chamber and the combustion chamber, so that the mixture formation occurs in two stages: in the first stage um partial turbulent-molecular mixing of fuel with an oxidizing agent in the mixing section due to the evaporation of the films due to interaction with the oxidant stream and the hot surfaces of the mixing section and due to the thermomechanical interaction of the films with one or more oblique shock waves moving from the combustion chamber into the mixing section, moving in the wake of one or more self-sustaining detonation waves generated after the initiating bypass detonation waves from the initiating tube and continuously circulating in the combustion chamber, and thermomechanically The interaction of the films with one or more oblique shock waves in the mixing section
  • An initiating detonation wave in the initiating tube is formed as a result of ignition of a fuel mixture by one or another ignition source and subsequent transition of combustion to detonation, moreover, the fuel mixture can consist of the same fuel components as in the combustion chamber, or from other fuel components providing reliable formation initiating detonation wave;
  • a single initiating detonation wave or a series of initiating detonation waves can be used, and the initiating detonation waves are used both to start the work process and to restart the work process when it breaks down;
  • the bypass of the initiating detonation wave into the combustion chamber is organized so that it is possible to control the direction of rotation of one or more self-sustaining detonation waves in the combustion chamber when the workflow is started and when the workflow is restarted when it breaks down;
  • One or more types of liquid fuel may be supplied to the mixing section and / or the combustion chamber;
  • the fuel supply to the mixing section and to the combustion chamber in the form of wall films can be arranged through channels and / or distributed openings on the inner surfaces of the mixing section and the combustion chamber;
  • Channels and / or distributed openings can be oriented both along the generatrix of the mixing section and / or the combustion chamber, and at an angle to them;
  • the channels and / or distributed openings can be arranged so that the resulting film covers all the internal surfaces of the mixing section and / or combustion chamber, or so that on the inner surfaces of the mixing section and / or combustion chamber, sections with and without film are alternated to reinforce surface roughness effect and for additional intensification of heat and mass transfer processes due to the spreading effect of films;
  • Liquid fuel supplied in the form of wall films to the mixing section and / or combustion chamber through channels and / or distributed openings may have the same initial temperature in all channels and / or distributed openings or different initial temperature;
  • Wall-mounted films of liquid fuel supplied to the mixing section and / or combustion chamber through channels and / or distributed openings may have the same initial thickness for all channels and / or distributed openings or different initial thickness;
  • the fuel supply to the mixing section and / or to the combustion chamber in the form of wall films can be arranged through porous sections on the inner surfaces of the mixing section and the combustion chamber;
  • Porous sections can be arranged so that the resulting film covers all the internal surfaces of the mixing section and / or combustion chamber, or so that on the inner surfaces of the mixing section and / or combustion chamber, the sections with and without film are alternated to enhance the surface roughness effect and for additional intensification of heat and mass transfer processes due to the spreading effect of films;
  • the fuel supply through porous sections on the inner surfaces of the mixing section and / or combustion chamber can be arranged so that a rough structure is formed on the film surface surfaces for additional intensification of heat and mass transfer processes;
  • the liquid fuel supplied in the form of wall films to the mixing section and / or the combustion chamber through the porous sections may have the same initial temperature for all porous sections or a different initial temperature;
  • Wall-mounted films of liquid fuel supplied to the mixing section and / or combustion chamber through the porous sections can have the same thickness for all porous sections or different thicknesses;
  • thermomechanical interaction of the films with one or more oblique shock waves moving from the combustion chamber into the mixing section the wake of one or more self-sustaining detonation waves generated after the bypass of the initiating detonation waves from the initiating tube and continuously circulating in the combustion chamber, the thermomechanical interaction of the films with one or more
  • An initiating detonation wave in the initiating tube is formed as a result of ignition of a fuel mixture by one or another ignition source and subsequent transition of combustion to detonation, moreover, the fuel mixture can consist of the same fuel components as in the combustion chamber, or from other fuel components providing reliable formation initiating detonation wave;
  • a single initiating detonation wave or a series of initiating detonation waves can be used, and the initiating detonation waves are used both to start the work process and to restart the work process when it breaks down;
  • the bypass of the initiating detonation wave into the combustion chamber is organized so that it is possible to control the direction of rotation of one or more self-sustaining detonation waves in the combustion chamber when the workflow is started and when the workflow is restarted when it breaks down;
  • One or more types of liquid fuel may be supplied to the mixing section and / or the combustion chamber;
  • the fuel supply to the mixing section in the form of wall films can be arranged through channels and / or distributed openings on the inner surfaces of the mixing section;
  • Channels and / or distributed openings can be oriented both along the generatrix of the mixing section, and at an angle to it;
  • the channels and / or the distributed openings can be arranged so that the resulting film covers all the internal surfaces of the mixing section or so that on the inner surfaces of the mixing section sections with and without film alternate to enhance the surface roughness effect and to further intensify the heat and mass transfer processes due to the spreading effect of films;
  • Liquid fuel supplied to the mixing section in the form of wall films through channels and / or distributed openings may have the same initial temperature in all channels and / or distributed openings or different initial temperature;
  • Wall-mounted films of liquid fuel supplied to the mixing section through channels and / or distributed openings may have the same initial thickness for all channels and / or distributed openings or different initial thickness;
  • the fuel supply to the mixing section in the form of wall films can be arranged through porous sections on the inner surfaces of the mixing section;
  • Porous sections can be arranged so that the resulting film covers all the internal surfaces of the mixing section or so that sections with a film and without film alternate on the internal surfaces of the mixing section to enhance the effect of surface roughness and to further intensify heat and mass transfer processes during due to the effect of spreading films;
  • Fuel supply through porous sections on the inner surfaces of the mixing section can be organized in such a way that a structure is formed on the film surface in the form of a rough surface for additional intensification of heat and mass transfer processes;
  • Liquid fuel supplied to the mixing section in the form of wall films through porous sections may have the same initial temperature for all porous sections or a different initial temperature;
  • Wall-mounted films of liquid fuel supplied to the mixing section through porous sections can have the same thickness for all porous sections or different thicknesses
  • the fuel supply to the combustion chamber in the form of fuel jets can be arranged through slots and / or distributed openings on the internal surfaces of the combustion chamber;
  • Slots and / or distributed openings for supplying fuel in the form of jets are oriented so that part of the fuel settles on the internal surfaces of the combustion chamber with the formation of secondary wall films;
  • Slots and / or distributed fuel supply openings in the form of jets can be positioned so that the resulting secondary wall the film covered all the internal surfaces of the combustion chamber or so that on the inner surfaces of the combustion chamber sections with and without film were alternated to enhance the surface roughness effect and to further intensify heat and mass transfer processes due to the spreading effect of the films;
  • Liquid fuel supplied to the combustion chamber in the form of jets through slots and / or distributed openings may have the same initial temperature in all slots and / or distributed openings or different initial temperatures;
  • the jets of liquid fuel supplied to the combustion chamber through slots and / or distributed openings may have the same spray characteristics for all slots and / or distributed openings or different spray characteristics;
  • a device with continuous detonation combustion of the fuel mixture comprising a flow-through annular combustion chamber with smooth walls, a detonation initiator and an output nozzle with a central body, in which the combustion chamber contains a unit for supplying liquid fuel in the form of wall films and a unit for supplying an oxidizer, and the units for supplying liquid fuel in the form of wall films and for supplying an oxidizing agent are arranged so that during the operation of the device, the wall films preferably cover the entire inner surface be a combustion chamber, providing active thermal protection of the combustion chamber walls from overheating and creating the effect of roughness of the inner surfaces of the combustion chamber, and detonation of the initiator used is one or more initiating ignition sources tubes communicating with the combustion chamber through the bypass holes;
  • the initiating tube is any known device that provides the generation of an initiating detonation wave as a result of the transition of combustion to detonation
  • the fuel mixture in the initiating tube may consist of the same fuel components as in the combustion chamber, or from other fuel components that ensure reliable formation of the initiating detonation wave;
  • the initiating tube can generate both a single initiating detonation wave and a series of initiating detonation waves, moreover, initiating detonation waves are used both to start the work process and to restart the work process when it breaks down;
  • the initiating tube is connected to the combustion chamber so that the detonation product stream behind the initiating detonation wave enters the combustion chamber along the helix up or downstream of the oxidizer, and the helix angle of rise does not exceed 45 °, and the direction of rotation of the helix determines the direction of rotation of the self-sustaining detonation waves in the combustion chamber, and to control the direction of rotation of self-sustaining detonation waves in the combustion chamber, at least two initiating tubes with different direction of rotation of the helix;
  • bypass holes communicating the initiating tubes with the annular combustion chamber can be located on one or both inner side surfaces of the annular gap and / or integrated into the oxidizer supply unit and / or integrated into the fuel supply unit in the form of wall films;
  • bypass holes communicating the initiating tubes with the combustion chamber can be located either in the same cross section of the combustion chamber, or in different cross sections of the combustion chamber;
  • the unit for supplying liquid fuel in the form of wall films is made in the form of channels and / or distributed holes on the inner surfaces of the combustion chamber, the channels and / or distributed openings oriented either along the generatrix of the combustion chamber or at an angle to it, and their relative position is that the resulting film covers either the entire inner surface of the combustion chamber, or parts thereof in such a way that on the inner surfaces of the combustion chamber sections with and without film alternate;
  • the cross-sectional area of the channels and / or distributed openings may be the same or different, moreover a different cross-sectional area of the channels and / or distributed openings is preferred while using different types of liquid fuel;
  • the supply pressure of liquid fuel in the form of wall films through channels and / or distributed openings and the temperature of liquid fuel may be the same for all channels and / or distributed openings or different;
  • the unit for supplying liquid fuel in the form of wall films is made in the form of porous sections on the inner surfaces of the combustion chamber, and the relative position of the porous sections is such that the resulting film covers either the entire inner surface of the combustion chamber, or parts thereof, so that on the inner surfaces of the combustion chamber sections with and without film alternate, and the fuel feed rate through the porous sections is such that a structure in the form of a rough surface is formed on the film surface;
  • the permeability of all porous sections can be the same or different, moreover, different permeability of porous sections is preferable while using different types of liquid fuel;
  • the supply pressure of liquid fuel in the form of wall films through porous sections and the temperature of liquid fuel may be the same for all porous sections or different;
  • the oxidizer supply unit is made in the form of an annular channel, preferably with a local narrowing of the cross section at the junction with the combustion chamber;
  • a device with continuous detonation combustion of the fuel mixture comprising a flow-through annular combustion chamber with smooth walls, a detonation initiator and an output nozzle with a central body, in which the combustion chamber contains a block of fuel injectors for supplying liquid fuel in the form of jets oriented so that part fuel deposited on the inner surfaces of the combustion chamber with the formation of secondary wall films covering the inner surfaces of the combustion chamber, and an oxidizer supply unit located on at the entrance to the combustion chamber, and as the initiator of detonation, one or more initiating tubes with ignition sources are used, which communicate with the combustion chamber through the bypass holes;
  • the initiating tube is any known device that provides the generation of an initiating detonation wave as a result of the transition of combustion to detonation
  • the fuel mixture in the initiating tube may consist of the same fuel components as in the combustion chamber, or from other fuel components that ensure reliable formation of the initiating detonation wave;
  • the initiating tube can generate both a single initiating detonation wave and a series of initiating detonation waves, moreover, initiating detonation waves are used both to start the work process and to restart the work process when it breaks down;
  • the initiating tube is connected to the combustion chamber so that the jet of detonation products behind the initiating detonation wave enters the combustion chamber along the helix up or downstream of the oxidizer, and the helix angle of rise does not exceed 45 °, and the direction of rotation of the helix determines the direction of rotation of the self-sustaining detonation waves in the combustion chamber, and to control the direction of rotation of self-sustaining detonation waves in the combustion chamber, at least two initiating tubes with different direction of rotation of the helix;
  • the bypass holes communicating the initiating tubes with the annular combustion chamber may be located on one or both inner side surfaces of the combustion chamber and / or on the inner surfaces of the mixing section and / or integrated into the oxidizer supply unit and / or integrated into the fuel supply unit in the form of wall films, and / or integrated into the fuel injector unit for supplying liquid fuel in the form of jets;
  • the bypass openings can be located either in one cross section of the combustion chamber, or in different cross sections of the combustion chamber;
  • the fuel injector block is made in the form of gaps and / or distributed openings on the internal surfaces of the combustion chamber, the gaps and / or distributed fuel supply openings in the form of jets so that the resulting secondary film covers all the internal surfaces of the combustion chamber or so that on the inner surfaces of the combustion chamber, sections with and without film alternated;
  • cross-sectional area of all slots and / or distributed openings may be the same or different, moreover, a different cross-sectional area is preferred while using different types of liquid fuel;
  • the liquid fuel supply pressure in the form of jets through slots and / or distributed openings and the liquid fuel temperature may be the same for all slots and / or distributed openings or different;
  • the oxidizer supply unit is made in the form of an annular channel, preferably with a local narrowing of the cross section at the junction with the mixing section; - a device with continuous detonation combustion of the fuel mixture, including a flow-through annular combustion chamber with smooth walls, a detonation initiator and an output nozzle with a central body, in which the combustion chamber contains a unit for supplying liquid fuel in the form of wall films, at the entrance to the combustion chamber is a mixing a section containing a node for supplying liquid fuel in the form of wall films and a node for supplying an oxidizing agent, and nodes for supplying liquid fuel in the form of wall films in the combustion chamber, and in the integral sections are arranged so that during the operation of the device, the wall films preferably cover the entire inner surface of the mixing section and the inner surface of the combustion chamber, providing active thermal protection of the walls of the mixing section and the combustion chamber from overheating, creating the effect of roughness of the inner surfaces and weakening the influence of the oblique
  • the initiating tube is any known device that provides the generation of an initiating detonation wave as a result of the transition of combustion to detonation
  • the fuel mixture in the initiating tube may consist of the same fuel components as in the combustion chamber, or from other fuel components that ensure reliable formation of the initiating detonation wave;
  • the initiating tube can generate both a single initiating detonation wave and a series of initiating detonation waves, moreover, initiating detonation waves are used both to start the work process and to restart the work process when it breaks down;
  • the initiating tube is connected to the combustion chamber and / or to the mixing section so that the jet of detonation products behind the initiating detonation wave enters the combustion chamber along a helical line up or downstream of the oxidizer, and the angle of elevation of the helical line does not exceed 45 °, and the direction of rotation of the helical the line determines the direction of rotation of self-sustaining detonation waves in the combustion chamber, and to control the direction of rotation self-sustaining detonation waves in the combustion chamber using at least two initiating tubes with different directions of rotation of the helix;
  • bypass holes communicating the initiating tubes with the annular combustion chamber and / or with the mixing section may be located on one or both inner side surfaces of the combustion chamber and / or on the inner surfaces of the mixing section and / or integrated into the oxidizer supply unit, and / or integrated into the nodes for supplying fuel in the form of wall films;
  • bypass holes can be located either in one cross section of the combustion chamber and / or the mixing section, or in different cross sections of the combustion chamber and / or the mixing section;
  • Units for supplying liquid fuel in the form of wall films in the mixing section and in the combustion chamber are made in the form of channels and / or distributed holes on the inner surfaces of the mixing section and the combustion chamber, the channels and / or distributed openings oriented either along the generatrix of the combustion chamber and / or the mixing section, or at an angle to it, and their relative position is such that the resulting films cover either all the internal surfaces of the combustion chamber and / or the mixing section, or parts thereof in such a way so that on the inner surfaces of the combustion chamber and / or the mixing section, sections with and without film alternate;
  • the cross-sectional area of the channels and / or distributed openings may be the same or different, moreover a different cross-sectional area of the channels and / or distributed openings is preferred while using different types of liquid fuel;
  • the supply pressure of liquid fuel in the form of wall films through channels and / or distributed openings and the temperature of liquid fuel may be the same for all channels and / or distributed openings or different;
  • the nodes for supplying liquid fuel in the form of wall films are made in the form of porous sections on the inner surfaces of the combustion chamber and / or the mixing section, and the relative position of the porous sections is such that the resulting film covers either all the internal surfaces of the combustion chamber and / or the mixing section, or parts so that on the inner surfaces of the combustion chamber and / or the mixing section, sections with and without film the films alternated, and the rate of fuel supply through the porous sections is such that a structure in the form of a rough surface is formed on the surface of the film;
  • the permeability of all porous sections can be the same or different, moreover, different permeability of porous sections is preferable while using different types of liquid fuel;
  • the supply pressure of liquid fuel in the form of wall films through porous sections and the temperature of liquid fuel may be the same for all porous sections or different;
  • the oxidizer supply unit is made in the form of an annular channel, preferably with a local narrowing of the cross section at the junction with the mixing section;
  • a device with continuous detonation combustion of the fuel mixture comprising a flow-through annular combustion chamber with smooth walls, a detonation initiator and an output nozzle with a central body, in which the combustion chamber contains a block of fuel injectors for supplying liquid fuel in the form of jets, located at the entrance to the combustion chamber a mixing section containing a node for supplying liquid fuel in the form of wall films and a node for supplying an oxidizing agent, and a node for supplying liquid fuel in the form of wall films in the mixing section located so that during the operation of the device, the wall films preferably cover all the internal surfaces of the mixing section, providing active thermal protection of the walls of the mixing section from overheating, creating the effect of roughness of the internal surfaces and weakening the influence of the oblique shock wave on the oxidizer flow in the inlet of the mixing section, and as the initiator of detonation, one or more initiating tubes with ignition sources in communication with the combustion chamber and / or with a mixing section
  • An initiating tube is any known device that provides the generation of an initiating detonation wave as a result of the transition of combustion to detonation, moreover, the fuel mixture in the initiating tube can consist of the same fuel components as in the combustion chamber, or from other fuel components that ensure reliable formation of the initiating detonation wave;
  • the initiating tube can generate both a single initiating detonation wave and a series of initiating detonation waves, moreover, initiating detonation waves are used both to start the work process and to restart the work process when it breaks down;
  • the initiating tube is connected to the combustion chamber and / or to the mixing section so that the jet of detonation products behind the initiating detonation wave enters the combustion chamber along a helical line up or downstream of the oxidizer, and the angle of elevation of the helical line does not exceed 45 ° and the direction of rotation of the helical the line determines the direction of rotation of the self-sustaining detonation waves in the combustion chamber, and to control the direction of rotation of the self-sustaining detonation waves in the combustion chamber, at least two and nicking tubes with different directions of rotation of the helix;
  • bypass holes communicating the initiating tubes with the annular combustion chamber and / or with the mixing section may be located on one or both inner side surfaces of the combustion chamber and / or on the inner surfaces of the mixing section and / or integrated into the oxidizer supply unit, and / or integrated into the fuel supply unit in the form of wall films, and / or integrated into the fuel injector unit for supplying liquid fuel in the form of jets;
  • bypass holes can be located either in one cross section of the combustion chamber and / or the mixing section, or in different cross sections of the combustion chamber and / or the mixing section;
  • the unit for supplying liquid fuel in the form of wall films in the mixing section is made in the form of channels and / or distributed holes on the inner surfaces of the mixing section, and the channels and / or distributed holes are oriented either along the generatrix of the mixing section or at an angle to it, and their mutual the arrangement is such that the resulting films cover either all the inner surfaces of the mixing section, or parts thereof, so that on the inner surfaces of the mixing section sections with and without film ki alternated;
  • the area of the passage section of the channels and / or distributed holes may be the same or different, and different areas of the passage section of the channels and / or distributed openings is preferred while using different types of liquid fuel;
  • the supply pressure of liquid fuel in the form of wall films through channels and / or distributed openings and the temperature of liquid fuel may be the same for all channels and / or distributed openings or different;
  • the unit for supplying liquid fuel in the form of wall films is made in the form of porous sections on the inner surfaces of the mixing section, and the relative position of the porous sections is such that the resulting film covers either all the internal surfaces of the mixing section or their parts so that on the inner surfaces of the mixing section sections with and without film alternated, and the rate of fuel supply through the porous sections is such that a structure in the form of a rough surface forms on the surface of the film Rhino
  • the permeability of all porous sections can be the same or different, moreover, different permeability of porous sections is preferable while using different types of liquid fuel;
  • the supply pressure of liquid fuel in the form of wall films through porous sections and the temperature of liquid fuel may be the same for all porous sections or different;
  • the fuel injector block is made in the form of slots and / or distributed holes on the inner surfaces of the combustion chamber, oriented so that part of the fuel settles on the inner surfaces of the combustion chamber with the formation of secondary wall films covering the inner surfaces of the combustion chamber; moreover, slots and / or distributed openings for supplying fuel in the form of jets are arranged so that the resulting secondary film covers all the internal surfaces of the combustion chamber or so that on the inner surfaces of the combustion chamber sections with and without film alternate;
  • the cross-sectional area of all slots and / or distributed openings may be the same or different, moreover, a different cross-sectional area is preferred while using different types of liquid fuel;
  • the liquid fuel supply pressure in the form of jets through slots and / or distributed openings and the liquid fuel temperature may be the same for all slots and / or distributed openings or different;
  • the oxidizer supply unit is made in the form of an annular channel, preferably with a local narrowing of the cross section at the junction with the mixing section.
  • FIG. 1a is a diagram of a device that implements the inventive method of organizing a working process in a continuous detonation combustion chamber of a jet engine using liquid fuel with fuel supplied to the combustion chamber in the form of a liquid film (F - fuel; O - oxidizer; FF - fuel film).
  • F - fuel fuel supplied to the combustion chamber in the form of a liquid film (F - fuel; O - oxidizer; FF - fuel film).
  • FIG. 16 is a diagram of a device that implements the inventive method of organizing a working process in a continuous detonation combustion chamber of a jet engine using liquid fuel with fuel in the form of jets into the combustion chamber (F - fuel; O - oxidizer; FS - fuel jet; SFF - secondary fuel film).
  • FIG. 1c is a diagram of a device that implements the inventive method of organizing a working process in a continuous-detonation combustion chamber of a jet engine using liquid fuel with fuel supplied in the form of liquid films to the mixing section and to the combustion chamber (F1 is the fuel supplied to the mixing section; F2 - fuel supplied to the combustion chamber; ⁇ - oxidizing agent; FF - fuel film).
  • FIG. 1g shows a diagram of a device in which the inventive method for organizing a working process in a continuously detonating combustion chamber of a jet engine using liquid fuel is implemented with fuel supplied in the form of a liquid film to the mixing section and in the form of jets into the combustion chamber (F - fuel; O - oxidizer; FF - fuel film; FS - fuel jet; SFF - secondary fuel film).
  • FIG. 2 shows a photograph of a supersonic jet of detonation products flowing out of an output nozzle of a prototype made according to the scheme shown in FIG. 1a.
  • FIG. 3 shows an example of the measured dependence of the frequency of the detonation waves in an experiment on a prototype made according to the scheme of FIG. 1a.
  • FIG. 4 shows an example of the measured dependence of the frequency of the detonation waves in an experiment on a prototype made according to the scheme of FIG. 16.
  • FIG. 5 shows an example of the measured dependence of the frequency of the detonation waves in an experiment on a prototype made according to the scheme of FIG. 1c.
  • FIG. 6 shows an example of the measured dependence of the frequency of the detonation waves in an experiment on a prototype made according to the scheme of FIG. 1g
  • FIG. 1a is a diagram of a first embodiment of the device in which the inventive method for organizing a working process in a continuously detonating combustion chamber of a jet engine using liquid fuel is implemented with fuel supplied to the combustion chamber in the form of wall-mounted liquid films.
  • the device includes an annular combustion chamber (1) formed by internal surfaces (2) and (3), to which two initiating tubes (4) are connected with ignition sources (not shown in Fig.), And it is installed at the exit from the combustion chamber (1) output nozzle with a central body (12); an oxidizer supply unit (5); a unit for supplying liquid fuel (6) in the form of wall films; and a power system (not shown in FIG.).
  • FIG. 16 is a diagram of a second embodiment of the device that implements the inventive method for organizing a working process in a continuously detonating combustion chamber of a jet engine using liquid fuel with fuel being supplied to the combustion chamber in the form of fuel jets.
  • the device includes an annular combustion chamber (1) formed by internal surfaces (2) and (3), to which two initiating tubes (4) are connected with ignition sources (not shown in Fig.), And it is installed at the exit from the combustion chamber (1) output nozzle with a central body (12); a unit (5) for supplying an oxidizing agent and a block of fuel nozzles (1 1) for supplying liquid fuel in the form of jets to the combustion chamber (1) installed at the entrance to the combustion chamber (1); and a power system (not shown in FIG.).
  • FIG. 1c is a diagram of a third embodiment of the device in which the inventive method for organizing a working process in a continuously detonating combustion chamber of a jet engine using liquid fuel is implemented with fuel supplied to the mixing section and to the combustion chamber in the form of wall-mounted liquid films.
  • the device includes an annular combustion chamber (1) formed by internal surfaces (2) and (3), to which two initiating tubes (4) are connected with ignition sources (not shown in FIG.); an output nozzle with a central body (12) installed at the outlet of the combustion chamber (1); site (6) for supplying liquid fuel in the form of wall films in the combustion chamber (1); a mixing section (7) formed by the inner surfaces (8) and (9) installed at the entrance to the combustion chamber (1); units (5) for supplying an oxidizing agent and (10) for supplying liquid fuel in the form of wall films to the mixing section (7); and a power system (not shown in FIG.).
  • FIG. Fig. 1 shows a diagram of a fourth embodiment of the device, in which the inventive method for organizing a working process in a continuously detonating combustion chamber of a jet engine using liquid fuel with fuel supply to the mixing section in the form of wall films and to the combustion chamber in the form of jets is implemented.
  • the device includes an annular combustion chamber (1) formed by internal surfaces (2) and (3), to which two initiating tubes (4) are connected with ignition sources (not shown in FIG.); an output nozzle with a central body (12) installed at the outlet of the combustion chamber (1); a unit of fuel nozzles (11) for supplying liquid fuel in the form of jets to the combustion chamber (1), installed at the entrance to the combustion chamber (1); a mixing section (7) formed by the inner surfaces (8) and (9) installed at the entrance to the combustion chamber (1); units (5) for supplying an oxidizing agent and (10) for supplying liquid fuel in the form of wall films to the mixing section (7); and a power system (not shown in FIG.).
  • the proposed device operates as follows.
  • a gaseous oxidizer for example, air or oxygen
  • a gaseous oxidizer for example, air or oxygen
  • liquid fuel liquid fuel is continuously supplied (for example, aviation or rocket kerosene or liquefied natural gas) in the form of wall films moving along the surface (2) of the combustion chamber (1).
  • an initiating detonation wave is transmitted from the initiating tube (4) to the combustion chamber (1), accompanied by a directed jet of high-temperature and high-speed detonation products (the choice of this or that initiating tube (4) is determined by the required direction of rotation of self-sustaining detonation waves in an annular combustion chamber), and in the combustion chamber, the initiating detonation wave is transformed into a strong shock wave, which causes shock compression to oxidize eating and additionally involves him in movement.
  • shock-compressed oxidizer and the directed jet of high-temperature and high-speed detonation products have a thermomechanical effect on the wall fuel films, causing them to evaporate and mechanically break up with the formation of a droplet gas suspension, as well as the subsequent evaporation of the formed microdrops, thereby ensuring the formation of a combustible fuel mixture of the required phase and chemical phase and composition due to turbulent molecular mixing of fuel with an oxidizing agent.
  • the formed two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture quickly ignites, which leads to the formation and development of secondary focal points of the explosion, generating one or more self-sustaining detonation waves, continuously circulating in the annular combustion chamber above the fuel films at a constant speed and in the direction given by the initiating tube ( 4), and the detonation products move towards the outlet nozzle with a central body (12), in which a high-speed jet stream is formed.
  • the formation of a combustible fuel mixture in the combustion chamber (1) occurs as a result of thermomechanical interaction of wall fuel films with self-sustaining detonation waves.
  • a gaseous oxidizer for example, air or oxygen
  • a gaseous oxidizer for example, air or oxygen
  • liquid fuel is continuously supplied (for example, aviation or rocket kerosene, or liquefied natural gas) in the form of fuel jets.
  • the initiating detonation wave When a part of the fuel entering the combustion chamber (1) through the block of fuel injectors (1 1) settles on the inner surfaces (2) and (3) of the combustion chamber with the formation of secondary wall films, from the initiating tube (4) into the combustion chamber (1 ) the initiating detonation wave is bypassed, accompanied by a directed jet of high-temperature and high-speed detonation products (the choice of this or that initiating tube (4) is determined by the required direction of rotation of the self-sustaining detonation waves in the annular combustion chamber ), and in the combustion chamber, the initiating detonation wave is transformed into a strong shock wave, which causes shock compression of the oxidizer and additionally involves it in motion.
  • shock-compressed oxidizer and the directed jet of high-temperature and high-speed detonation products have a thermomechanical effect on the fuel jets and on the secondary wall fuel films, causing them to evaporate and mechanically break up with the formation of a droplet gas suspension, as well as the subsequent evaporation of the formed microdroplets, thereby providing the formation of combustible fuel droplets mixtures of the required phase and chemical composition due to turbulent-molecular mixing of fuel with an oxidizing agent.
  • the formed two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture quickly ignites, which leads to the formation and development of secondary focal points of the explosion, generating one or more self-sustaining detonation waves, continuously circulating in the annular combustion chamber between surfaces (2) and (3) with at a constant speed and in the direction specified by the initiating tube (4), and the detonation products move towards the outlet nozzle with a central body (12), in which a high-speed jet stream is formed.
  • turbulent-molecular mixing of fuel with an oxidizing agent in the combustion chamber (1) occurs due to the evaporation of the fuel jets and secondary fuel films due to interaction with the oxidizing stream and the hot surfaces of the combustion chamber (1), as well as due to the thermomechanical interaction of the jets and secondary films with one or several self-sustaining detonation waves continuously circulating over their surface, consisting in the evaporation and mechanical destruction of jets and films with the formation of capes gas suspension and in the evaporation of the formed microdrops, and as a result of such mixing in the combustion chamber (1), a detonation-capable two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture is formed, which provides continuous detonation combustion in the combustion chamber (1).
  • the interaction of self-sustaining detonation waves with secondary parietal fuel films leads to the formation of a bulk structure on the surface of the films, similar to sand roughness.
  • the interaction of self-sustaining detonation waves with fuel jets and with secondary wall fuel films increases the stability of the operating mode due to the formation of regular hot spots during braking of a high-speed gas flow behind self-sustaining detonation waves on the crests of roughness on the surface of the films and on microdroplets above the surface of the films and during reflection of shock waves accompanying the propagation of self-sustaining detonation waves, from drops, roughness ridges and the surface of the films and from microdrops above their surface.
  • Secondary wall films in the combustion chamber (1) create active thermal protection of the walls due to their evaporation.
  • a gaseous oxidizer for example, air or oxygen
  • liquid fuel for example, aviation or rocket kerosene or liquefied natural gas
  • an initiating detonation wave is transmitted from the initiating tube (4) to the combustion chamber (1), accompanied by a directed jet of high-temperature and high-speed detonation products (the choice of one or another initiating tube (4) is determined by the the direction of rotation of the self-sustaining detonation waves in the annular combustion chamber), and in the combustion chamber, the initiating detonation wave is transformed into a strong shock wave, which causes shock compression divisor and further involves in its movement.
  • shock-compressed oxidizer and the directed jet of high-temperature and high-speed detonation products have a thermomechanical effect on the wall fuel films, causing them to evaporate and mechanically break up with the formation of a droplet gas suspension, as well as the subsequent evaporation of the formed microdrops, thereby ensuring the formation of a combustible fuel mixture of the required phase and chemical phase and composition due to turbulent molecular mixing of fuel with an oxidizing agent.
  • the formed two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture quickly ignites, which leads to the formation and development of secondary focal points of the explosion, generating one or more self-sustaining detonation waves, continuously circulating in the annular combustion chamber above the fuel films at a constant speed and in the direction given by the initiating tube ( 4), and the detonation products move towards the outlet nozzle with a central body (12), in which a high-speed jet stream is formed.
  • the formation of a combustible fuel mixture occurs in two stages.
  • partial turbulent-molecular mixing of the fuel with the oxidizing agent in the mixing section (7) occurs due to the evaporation of the films from the surface (8) due to interaction with the oxidizing stream and the hot surfaces of the mixing section (7) and due to the thermomechanical interaction of the films with penetrating from the combustion chamber (1) into the mixing section (7) by one or more oblique shock waves moving in the wake of one or more self-sustaining detonation waves, the thermomechanical interaction
  • the action of films with one or more oblique shock waves in the mixing section (7) consists in evaporation and mechanical destruction films with the formation of droplet gas suspension and partial evaporation of the formed microdrops, and the formed two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture is additionally carried away by one or several oblique shock waves, acquiring the tangential velocity component and thereby increasing its residence time in the mixing section (7 ), and, therefore, providing the degree of preliminary evaporation of liquid fuel necessary for the steady propagation of detonation in the combustion chamber (1)
  • turbulent molecular mixing of the fuel with the oxidizing agent in the combustion chamber (1) occurs due to the evaporation of the films due to interaction with the oxidant flow and the hot surfaces of the combustion chamber (1), as well as due to the thermomechanical interaction of the films with one or more self-sustaining detonation waves, continuously circulating over their surface, which consists in the evaporation and mechanical destruction of the films with the formation of a droplet gas suspension and in the evaporation of the formed micro Apel, and as a result of such mixing in the combustion chamber (1), a detonation-capable two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture is formed, which ensures continuous detonation combustion in the combustion chamber (1).
  • Wall films in the mixing section (7) reduce the intensity of oblique shock waves as a result of interfacial interaction, thereby weakening the effect of oblique shock waves on the oxidizer flow through the assembly (5) to supply the oxidizer to the mixing section (7).
  • the wall films in the mixing section (7) and in the combustion chamber (1) create active thermal protection of the walls due to the evaporation of the liquid.
  • the supply of fuel in the form of wall films to the mixing section (7) prevents breakdowns of deflagration and / or detonation upstream, leading to disruption of the fuel and oxidizer supply systems due to insignificant evaporation of liquid fuel from the surface of the films before oblique shock waves.
  • a gaseous oxidizer for example, air or oxygen
  • liquid fuel for example, aviation or rocket kerosene, or liquefied natural gas
  • an initiating detonation wave is passed from the initiating tube (4) to the combustion chamber (1), accompanied by a directed jet of high-temperature and high-speed detonation products (the choice of one or another initiating tube (4) is determined by the required direction of rotation of ca supporting detonation waves in an annular combustion chamber), and in the combustion chamber, the initiating detonation wave is transformed into a strong shock wave, which causes shock compression of the oxidizer and additionally involves it in motion.
  • shock-compressed oxidizer and the directed jet of high-temperature and high-speed detonation products have a thermomechanical effect on the fuel jets and on the secondary wall fuel films, causing them to evaporate and mechanically break up with the formation of a droplet gas suspension, as well as subsequent evaporation of the formed microdrops, thereby ensuring the formation of a combustible fuel mixture of the desired phase and chemical composition due to turbulent-molecular mixing of fuel with an oxidizing agent.
  • the formed two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture quickly ignites, which leads to the formation and development of secondary foci of the explosion, generating one or more self-sustaining detonation waves, continuously circulating in the annular combustion chamber between surfaces (2) and (3) at a constant speed and in the direction specified by the initiating tube (4), and the detonation products move towards the outlet nozzle with a central body (12), in which a high-speed jet stream is formed.
  • the formation of a combustible fuel mixture occurs in two stages.
  • partial turbulent-molecular mixing of the fuel with the oxidizing agent in the mixing section (7) occurs due to the evaporation of the films from the surface (8) due to interaction with the oxidizing stream and the hot surfaces of the mixing section (7) and due to the thermomechanical interaction of the films with penetrating from the combustion chamber (1) into the mixing section (7) by one or more oblique shock waves moving in the wake of one or more self-sustaining detonation waves, the thermomechanical interaction
  • the action of films with one or more oblique shock waves in the mixing section (7) consists in the evaporation and mechanical destruction of the films with the formation of a droplet gas suspension and in the partial evaporation of the formed microdrops, and the formed two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture is additionally carried away by the movement of one or several oblique shock waves, acquiring the tangential component of speed and thereby increasing the time spent in the mixing section (7), and, therefore, providing the necessary for the steady propagation of detonation in the combustion chamber
  • turbulent molecular mixing of the fuel with the oxidizer in the combustion chamber occurs (1) due to the evaporation of fuel jets and secondary fuel films due to interaction with the oxidant stream and the hot surfaces of the combustion chamber (1), as well as due to the thermomechanical interaction of jets and secondary films with one or more self-sustaining detonation waves circulating continuously over their surface, consisting of evaporation and mechanical the destruction of jets and films with the formation of a droplet gas suspension and in the evaporation of the formed microdrops, and as a result of such mixing in the combustion chamber (1) a detonation-capable two-phase vapor-gas-droplet fuel mixture is formed, providing continuous detonation combustion in the combustion chamber (1).
  • the interaction of self-sustaining detonation waves with secondary parietal fuel films leads to the formation of a bulk structure on the surface of the films, similar to sand roughness.
  • the interaction of self-sustaining detonation waves with fuel jets and with secondary wall fuel films increases the stability of the operating mode due to the formation of regular hot spots during braking of a high-speed gas flow behind self-sustaining detonation waves on the crests of roughness on the surface of the films and on microdroplets above the surface of the films and during reflection of shock waves accompanying the propagation of self-sustaining detonation waves, from drops, roughness ridges and the surface of the films and from microdrops above their surface.
  • Wall films in the mixing section (7) reduce the intensity of oblique shock waves as a result of interfacial interaction, thereby weakening the effect of oblique shock waves on the oxidizer flow through the assembly (5) to supply the oxidizer to the mixing section (7).
  • the wall films in the mixing section (7) and in the combustion chamber (1) create active thermal protection of the walls due to their evaporation.
  • the supply of fuel in the form of wall films to the mixing section (7) prevents breakdowns of deflagration and / or detonation upstream, leading to disruption of the fuel and oxidizer supply systems due to insignificant evaporation of liquid fuel from the surface of the films before oblique shock waves.
  • An annular combustion chamber 90 mm long was formed by two coaxial cylinders: an inner cylinder with a diameter of 40 mm and an outer cylinder with a diameter of 46 mm.
  • a unit for supplying a gaseous oxidizer was installed, which is a hollow annular receiver with an external diameter of 46 mm, an internal diameter of 30 mm, and a length of 50 mm, connected through a non-return valve to the power supply system.
  • annular receiver At the junction of the annular receiver with the combustion chamber on the inner cylinder of the combustion chamber, a local narrowing of the section was made in the form of an annular belt 1 mm high and 2 mm wide with rounded edges.
  • a unit for supplying a wall-mounted film of liquid fuel On the surface of the inner cylinder of the combustion chamber, a unit for supplying a wall-mounted film of liquid fuel was located, which was a system of 24 radial holes 1.5 mm in diameter, uniformly distributed around the circumference, over which a thin cylindrical sleeve with an inner diameter of 41 mm was installed coaxially to form the surface of the inner cylinder is a wall fuel film with an initial thickness of 0.5 mm.
  • an exit nozzle in the form of a cone 60 mm long attached to the inner cylinder was placed.
  • Two initiating tubes were installed on diametrically opposite sides of the side surface of the combustion chamber at an angle of 45 ° to its longitudinal axis to initiate a continuous detonation combustion mode with a given direction of rotation of the detonation waves, as shown in FIG. 1a.
  • Liquid propane and gaseous oxygen were used as fuel components of the mixture in the initiating tubes and in the annular combustion chamber.
  • FIG. Figure 2 shows a photograph of a supersonic jet of detonation products flowing out of the outlet nozzle of a prototype (option 1).
  • FIG. Figure 3 presents an example of the measured dependence of the frequency of detonation waves in an experiment with an oxygen supply pressure of 3 atm.
  • An annular combustion chamber 90 mm long was formed by two coaxial cylinders: an inner cylinder with a diameter of 40 mm and an outer cylinder with a diameter of 46 mm.
  • a unit for supplying a gaseous oxidizer was installed, which is a hollow annular receiver with an external diameter of 46 mm, an internal diameter of 30 mm, and a length of 50 mm, connected through a non-return valve to the power system.
  • annular receiver At the junction of the annular receiver with the combustion chamber on the inner cylinder of the combustion chamber, a local narrowing of the section was made in the form of an annular belt 1 mm high and 2 mm wide with rounded edges.
  • a unit for supplying liquid fuel in the form of jets into the combustion chamber On the surface of the inner cylinder there was a unit for supplying liquid fuel in the form of jets into the combustion chamber, which is a system of two rows (axial distance between rows of 5 mm) of uniformly distributed radial holes with a diameter of 0.5 mm (18 holes in each row), offset around the circumference by 10 ° with respect to each other, and the angle between the axes of all the holes and the longitudinal axis of the combustion chamber was 45 ° ⁇ 2 °.
  • an exit nozzle in the form of a cone 60 mm long attached to the inner cylinder was placed.
  • Two initiating tubes were installed on diametrically opposite sides of the side surface of the combustion chamber at an angle of 45 ° to its longitudinal axis to initiate a continuous detonation combustion mode with a given direction of rotation of the detonation waves, as shown in FIG. 16.
  • liquid propane and gaseous oxygen were used as the fuel components of the mixture in the initiating tubes and in the annular combustion chamber.
  • Fire tests of the proposed device was carried out at three oxygen supply pressures (2.5; 3 and 4 atm) and at a liquid propane supply pressure of 6 atm.
  • the initial temperature of oxygen and liquid propane in the power system is 293 K.
  • the duration of each test did not exceed 2 s.
  • the speed and frequency of rotation of the detonation waves were recorded using three ionization probes installed in the wall of the outer cylinder of the annular combustion chamber.
  • FIG. Figure 4 shows an example of the measured dependence of the frequency of detonation waves in an experiment with an oxygen supply pressure of 3 atm.
  • a regime was observed with two self-sustaining detonation waves propagating at a speed of D ⁇ 2200 m / s (average rotation frequency ⁇ 30 kHz).
  • the change in the oxygen supply pressure did not affect either the propagation velocity of self-sustaining detonation waves or their number.
  • the use of another initiating tube led to a change in the direction of propagation of self-sustaining detonation waves to the opposite, which was recorded by the sequence of operation of the ionization probes.
  • An annular combustion chamber 120 mm long was formed by two coaxial cylinders: an inner cylinder with a diameter of 40 mm and an outer cylinder with a diameter of 46 mm.
  • the initial section of the annular combustion chamber with a length of 30 mm served as the mixing section.
  • a unit for supplying a gaseous oxidizer was installed, which is a hollow annular receiver with an external diameter of 46 mm, an internal diameter of 30 mm, and a length of 50 mm, connected through a non-return valve to the power supply system.
  • annular receiver At the junction of the annular receiver with the mixing section on the inner cylinder of the mixing section, a local narrowing of the section was made in the form of an annular belt 1 mm high and 2 mm wide with rounded edges.
  • a unit for supplying a wall-mounted film of liquid fuel which is a system of 24 radial holes 1.5 mm in diameter, uniformly distributed around the circumference, over which a thin cylindrical sleeve with an inner diameter of 41 mm was installed coaxially to form the surface of the inner cylinder is a wall fuel film with an initial thickness of 0.5 mm.
  • a unit for feeding a wall film of liquid fuel into the combustion chamber which is a system of 24 radial holes with a diameter of 1.5 mm, uniformly distributed around a circle over which a thin cylindrical sleeve with an external diameter of 45 mm and a length of 30 mm was installed coaxially to the cylinder, forming a wall fuel film with an initial thickness of 0.5 mm on the surface of the outer cylinder of the combustion chamber.
  • an exit nozzle in the form of a cone 60 mm long attached to the inner cylinder was placed.
  • Two initiating tubes were installed on diametrically opposite sides of the side surface of the combustion chamber at an angle of 45 ° to its longitudinal axis to initiate a continuous detonation combustion mode with a given direction of rotation of the detonation waves, as shown in FIG. 1c.
  • Liquid propane and gaseous oxygen were used as fuel components of the mixture in the initiating tubes and in the annular combustion chamber.
  • Fire tests of the proposed device was carried out at three oxygen supply pressures (2.5; 3 and 4 atm) and at a liquid propane supply pressure of 6 atm.
  • the initial temperature of oxygen and liquid propane in the power system is 293 K.
  • the duration of each test did not exceed 2 s.
  • the speed and frequency of rotation of the detonation waves were recorded using three ionization probes installed in the wall of the outer cylinder of the annular combustion chamber.
  • FIG. Figure 5 shows an example of the measured dependence of the frequency of detonation waves in an experiment with an oxygen supply pressure of 3 atm.
  • a regime was observed with two self-sustaining detonation waves propagating at a speed of D ⁇ 2300 m / s (average rotation frequency ⁇ 32 kHz).
  • the change in the oxygen supply pressure did not affect either the propagation velocity of self-sustaining detonation waves or their number.
  • the use of another initiating tube led to a change in the direction of propagation of self-sustaining detonation waves to the opposite, which was recorded by the sequence of operation of the ionization probes.
  • An annular combustion chamber 120 mm long was formed by two coaxial cylinders: an inner cylinder with a diameter of 40 mm and an outer cylinder with a diameter of 46 mm.
  • the initial section of the annular combustion chamber with a length of 30 mm served as the mixing section.
  • a unit for supplying a gaseous oxidizer was installed, which is a hollow ring receiver with an external diameter of 46 mm, an internal diameter of 30 mm and a length of 50 mm, connected through a check valve to the power system.
  • a local narrowing of the section was made in the form of an annular belt 1 mm high and 2 mm wide with rounded edges.
  • a unit for supplying a wall film of liquid fuel was located, which was a system of 24 radial holes with a diameter of 1.5 mm, over which a thin cylindrical sleeve with an inner diameter of 41 mm was installed coaxially to the cylinder, forming a wall fuel film with an initial thickness of 0.5 mm.
  • an exit nozzle in the form of a cone 60 mm long attached to the inner cylinder was placed.
  • Two initiating tubes were installed on diametrically opposite sides of the side surface of the combustion chamber at an angle of 45 ° to its longitudinal axis to initiate a continuous detonation combustion mode with a given direction of rotation of the detonation waves, as shown in FIG. 1g
  • Liquid propane and gaseous oxygen were used as fuel components of the mixture in the initiating tubes and in the annular combustion chamber.
  • Fire tests of the proposed device was carried out at three oxygen supply pressures (2.5; 3 and 4 atm) and at a liquid propane supply pressure of 6 atm.
  • the initial temperature of oxygen and liquid propane in the power system is 293 K.
  • the duration of each test did not exceed one second.
  • the speed and frequency of rotation of the detonation waves were recorded using three ionization probes installed in the wall of the outer cylinder of the annular combustion chamber.
  • FIG. Figure 6 shows an example of the measured dependence of the speed of detonation waves in an experiment with an oxygen supply pressure of 3 atm. In this experiment, a regime was observed with two self-sustaining detonation waves propagating at a speed of D ⁇ 2350 m / s (average speed ⁇ 33 kHz).
  • the change in the oxygen supply pressure did not affect either the propagation velocity of self-sustaining detonation waves or their number.
  • the use of another initiating tube led to a change in the direction of propagation of self-sustaining detonation waves to the opposite, which was recorded by the sequence of operation of the ionization probes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

Способ организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе включает подачу окислителя, подачу жидкого топлива в виде пристеночных пленок, или в виде струй, или в виде струй и пристеночных пленок, инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом. Устройство для осуществления способа (вариантов) организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе включает проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации, выходное сопло с центральным телом, узлы подачи окислителя и жидкого топлива в виде пристеночных пленок и/или струй. Изобретение обеспечивает получение горючей топливной смеси с фазовым и химическим составом, требуемым для непрерывно- детонационного горения; надежное охлаждение элементов конструкции камеры сгорания; и устойчивость непрерывно-детонационного горения в широком диапазоне определяющих параметров течения независимо от точности дозирования топлива.

Description

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА
РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Область техники
Изобретение относится к способам организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания воздушно-реактивного или ракетного двигателя на жидком топливе. В камере с непрерывно- детонационным горением двухфазная топливная смесь сгорает в детонационных волнах, циркулирующих поперек потока, а продукты горения истекают вниз по потоку через сопло, совершая полезную работу.
В отличие от газовой детонации, которая распространяется в предварительно перемешанной топливной смеси, гетерогенная детонация (детонация распыленного жидкого топлива) распространяется в двухфазной среде, состоящей из газообразного окислителя, капель жидкого топлива и, в общем случае, топливных пленок на ограничивающих поверхностях. В соответствии с современными знаниями процессу тепловыделения в волне гетерогенной детонации предшествует смесеобразование. Горючая топливная смесь образуется в результате частичного предварительного испарения капель и пленок в исходной топливной смеси, аэродинамического дробления капель и пленок в газовом потоке за лидирующей ударной волной детонационного фронта, испарения фрагментов дробления (микрокапель) и турбулентно-молекулярного смешения паров топлива с окислителем. Тепловьщеление начинается с очагового самовоспламенения частично перемешанной смеси за лидирующей ударной волной. Дальнейшее распространение реакции в пространстве во многом определяется локальным составом смеси. Здесь возможны все известные режимы распространения реакции: ламинарные и турбулентные, диффузионные и гомогенные пламена, «спонтанные» пламена и переходные режимы горения с ударными волнами. При частичном предварительном испарении капель и пленок в исходной топливной смеси самовоспламенение вещества за лидирующей ударной волной может наступить раньше, чем без такого предварительного испарения, и, кроме того, может возрасти вклад стадии самовоспламенения в общее тепловьщеление. В пределе, когда почти все топливо находится в паровой фазе, волна гетерогенной детонации в системах «газ - капли», «газ - пленки» и «газ - капли - пленки», вообще говоря, вырождается в газовую детонацию. Следует подчеркнуть, что концентрационные пределы гетерогенной детонации в системах «газ— капли», «газ - пленки» и «газ - капли - пленки» могут быть существенно расширены по сравнению с газовой детонацией. Это достигается, например, изменением степени предварительного испарения жидкого топлива за счет его предварительного подогрева или за счет специальной организации распыления жидкого топлива с заданной концентрацией микрокапель (мельчайшей фракции в функции распределения капель по размерам) (Frolov S.M., Posvyanskii V.S. Detonability of liquid-fuel drop suspensions in air. In: Explosion Dynamics and Hazards, Ed. by S.M. Frolov, F. Zhang, and P. Wolanski. Moscow, Torus Press, 2010, pp. 337-364). Кроме того, для таких систем расширяется и круг возможных способов управления параметрами и пределами детонации за счет изменения не только химических, но и теплофизических свойств топливной смеси. Например, вместо одного типа жидкого топлива можно использовать несколько топлив с разными физико-химическими свойствами, подавая их раздельно или в виде растворов и эмульсий (Roy G. D., Frolov S. М., Borisov А. А., Netzer D. W. Pulse Detonation Propulsion: Challenges, Current Status, and Future Perspective. Progress in Energy and Combustion Science, 2004, Vol. 30, Issue 6, pp. 545- 672).
Если сравнивать системы «газ - капли», «газ - пленки» и «газ - капли - пленки», то система «газ - пленки» имеет ряд важных преимуществ для использования в непрерывно-детонационной камере сгорания воздушно-реактивного или ракетного двигателя на жидком топливе. Во-первых, в стратифицированной системе «газ - пленки», которая характеризуется относительно малой площадью межфазной поверхности раздела, при температурах рабочего процесса предварительное испарение жидкости перед лидирующей ударной волной детонационного фронта незначительно, тогда как в дисперсной системе «газ - капли» и в стратифицированно-дисперсной системе «газ - капли - пленки», которые характеризуются большой площадью межфазной поверхности раздела, при температурах рабочего процесса происходит интенсивное предварительное испарение жидкости и образование частично перемешанной реакционноспособной смеси перед лидирующей ударной волной. Поскольку во всех трех системах основное смесеобразование происходит за лидирующей ударной волной, система- «газ - пленки» представляется наиболее предпочтительной для организации рабочего процесса без проскоков дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящих к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя. Во-вторых, систему «газ - пленки» можно дополнительно использовать для активной тепловой защиты стенок камеры сгорания при подаче пленок на теплонапряженные участки камеры. В- третьих, в системе "газ - пленки" отсутствует богатый предел распространения детонации, то есть детонация наблюдается в системах с пленками практически любой толщины (Лесняк С.А., Трошин Я.К. Некоторые результаты исследования гетерогенной детонации. Физика горения и взрыва, 1970, т.5, Ns4, с. 560 - 563), что снижает требования к точности дозирования топлива и повышает надежность рабочего процесса. Последнее связано с тем, что за лидирующей ударной волной детонационного фронта развивается дисперсное течение газожидкостной смеси, характеризуемое высокой степенью турбулентности, а воспламенение смеси происходит за присоединенными скачками, образующимися на каплях или на возмущенной поверхности жидкой пленки, и пламя распространяется по турбулентному механизму, как при газовой детонации в шероховатых трубах (Фролов СМ., Гельфанд Б.Е., Борисов А. А. Простая модель детонации в системе газ-плёнка с учётом механического уноса горючего. Физика горения и взрыва, 1985, Ν° 1, с. ПО - 1 17).
Исходя из перечисленных преимуществ, при разработке камер сгорания с непрерывно-детонационным горением жидкого топлива использование системы «газ - пленки» позволит решить ряд научно-технических проблем: обеспечит (1) получение горючей топливной смеси с фазовым и химическим составом, требуемым для непрерывно-детонационного горения без проскоков дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящих к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя; (2) надежное охлаждение элементов конструкции камеры сгорания; и (3) устойчивость непрерывно-детонационного горения в широком диапазоне определяющих параметров течения (например, давлений подачи топливных компонентов, температуры образованной топливной смеси и т.п.) независимо от точности дозирования топлива.
Предшествующий уровень техники
Известен способ организации непрерывно-детонационного горения капельной смеси, описанный в книге Быковского Ф.А., Ждана С. А. Непрерывная спиновая детонация / Изд-во Сиб. Отд. РАН, 2013. 423 С, в котором топливные компоненты подаются в камеру сгорания с гладкими стенками таким образом, что обеспечивается их турбулентно-молекулярное смешение, а непрерывно-детонационное горение инициируется путем пережигания проволочки электротоком, высоковольтным газовым разрядом или детонатором, которые расположены в объеме, присоединенном к стенке камеры (см. с. 13 цитируемой книги). Топливно-кислородная смесь естественным образом поступает в этот объем в процессе наполнения камеры сгорания. Подача жидкого топлива и газообразного окислителя организована таким образом, чтобы в камеру сгорания поступала либо готовая горючая топливная смесь, либо её компоненты, смешение которых происходит непосредственно в камере сгорания. При подаче напряжения на электроды разрядника происходит газовый разряд и формируется инициирующая взрывная волна, которая после выхода в камеру сгорания способствует образованию детонационных волн, циркулирующих поперек потока топливно-кислородной смеси. Такому способу присущ ряд недостатков. Во- первых, смесеобразование жидкого топлива с газообразным окислителем здесь определяется характеристиками системы подачи топлива (давлением в топливном коллекторе, размерами и формой форсуночных отверстий, их количеством и т.д.). Во- вторых, здесь используется прямое инициирование детонации тем или иным инициатором. Поскольку энергия прямого инициирования детонации в воздушных смесях штатных авиационных топлив составляет несколько килоджоулей, применение такого способа инициирования детонации в непрерывно-детонационных камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей потребует размещения на борту летательного аппарата мощного источника электрической энергии, обеспечивающего и запуск двигателя, и восстановление рабочего процесса при срыве непрерывно- детонационного горения. Кроме того, при таких энергиях электрического разряда (килоджоули) в ограниченном присоединенном объеме может происходить термомеханическое разрушение материалов стенок и электродов, что окажет отрицательное воздействие на надежность системы. При описании способа организации непрерывно-детонационного горения капельной смеси в книге Быковского Ф.А., Ждана С.А. Непрерывная спиновая детонация / Изд-во Сиб. Отд. РАН, 2013. 423 С. не обсуждаются и такие вопросы, как устойчивость рабочего процесса к случайным возмущениям течения, охлаждение элементов конструкции камеры сгорания и управление направлением циркуляции образованных детонационных волн. Вообще говоря, использование кольцевого зазора с гладкими стенками не обеспечивает устойчивость рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде (см. «Gaseous detonations - a selective review» // В.Е. Gelfand, S.M. Frolov, M.A. Nettleton / Prog. Energy Combust. Sci., 1991, Vol. 17, No. 4, p. 327-371).
Известен способ, предложенный в патенте US 2012/0151898 Al, F02K 7/075, F02K 7/02 опубликованном 21.06.2012, в котором смесеобразование происходит на входе в кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками в результате турбулентно- молекулярного смешения раздельных потоков топлива и окислителя, а однократное инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания происходит с помощью перепуска детонационной волны из специальной инициирующей трубки, установленной тангенциально к кольцевой камере сгорания, причем детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси свечой зажигания и последующего перехода горения (дефлаграции) в детонацию. Устойчивость непрерывно-детонационного рабочего процесса в камере сгорания обеспечивается с помощью организации стриммерного разряда между внешней и внутренней стенками кольцевой камеры сгорания в окрестности ее входного сечения. При воздействии стриммерного разряда с импульсами наносекундной длительности на поступающую в камеру топливную смесь ее детонационная способность повышается за счет образования активных радикалов. Основной недостаток такого способа заключается в том, что смешение топливных компонентов определяется характеристиками системы подачи топлива (давлением в топливном коллекторе, размерами, формой и количеством форсуночных отверстий и др.). Другой недостаток способа - сложность организации стриммерного разряда при использовании жидких топлив: капли топлива в межэлектродном пространстве и пленки на электродах препятствуют образованию регулярной структуры разряда. Предложенный способ осуществляют на устройстве, содержащем проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, образованную центральным цилиндрическим телом и цилиндрическим корпусом, смесительное устройство, установленное на входе в кольцевую камеру сгорания, инициатор детонации, установленный тангенциально к кольцевой камере сгорания, и систему стриммерных разрядов, расположенную на входе в кольцевую камеру сгорания. Недостаток устройства заключается в том, что смешение топливных компонентов в основном определяется параметрами форсуночной головки (размеры, форма и количество форсуночных отверстий) и системы подачи топлива и окислителя (давлением в топливном коллекторе и коллекторе подачи окислителя). Другой недостаток - использование стриммерных разрядов для реализации рабочего процесса и повышения его устойчивости, надёжность генерации которых существенно зависит от степени гомогенности топливной смеси, так как наличие капель топлива в межэлектродном зазоре и пленок топлива на электродах приведёт к снижению мощности разряда (вплоть до его отсутствия).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ подготовки топливной смеси в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя, описанный в работе «Testing of a Continuous Detonation Wave Engine with Swirled Injection)) // E.M. Braun, N.L. Dunn, F.K. Lu / AIAA 2010-146 (способ-прототип), и устройство для его реализации, предложенное в патенте US 2010/0050592 А1, F02C 5/02, F02C 5/12 опубликованным 04.03.2010 (устройство-прототип).
В способе-прототипе подготовка топливной смеси происходит в кольцевой камере смешения в результате аэродинамического взаимодействия струй топлива и окислителя, циркулирующего в камере смешения в направлении, заданном винтовыми каналами центрального тела камеры смешения, а рабочий процесс протекает в кольцевой камере сгорания с гладкими стенками. Существенный недостаток данного способа - повышенные потери давления в потоке окислителя, связанные с организацией его вихревого течения в камере смешения, что ограничивает расход окислителя и, как следствие, снижает среднее давление в камере сгорания и удельный импульс реактивного двигателя. Кроме того, распыление жидкого топлива в камере смешения сложной геометрии может приводить к неконтролируемому оседанию топлива на стенки камеры смешения и неконтролируемому изменению фазового и химического состава топливной смеси, поступающей в камеру сгорания.
Предложенный способ-прототип осуществляют на устройстве-прототипе, содержащем цилиндрическую камеру смешения, образованную внешним корпусом и центральным телом с винтовыми каналами для подачи окислителя, блок топливных форсунок, установленный на входе в камеру смешения, кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, расположенную на выходе из камеры смешения, а также выходное сопло с центральным телом. При описании устройства вопрос об инициировании детонации вообще не поднимается: считается, что для получения детонационной волны в кольцевой камере сгорания достаточно иметь инициатор детонации в виде источника зажигания. Следует, однако, иметь в виду, что инициирование детонации источниками зажигания, установленньми непосредственно в камере сгорания с гладкими стенками, может достигаться лишь в ограниченном диапазоне составов, давлений и температур топливной смеси в камере сгорания, может зависеть от типа и фазового состояния используемого топлива и от характерных размеров самой камеры сгорания, а также требует вполне определенной энергии и мощности источника (Roy G. D., Frolov S. М., Borisov A. A., Netzer D. W. Pulse Detonation Propulsion: Challenges, Current Status, and Future Perspective. Progress in Energy and Combustion Science, 2004, Vol. 30, Issue 6, pp. 545-672). Основная проблема практической реализации такого устройства - организация эффективного охлаждения камеры смешения с центральным телом сложной геометрии. Кроме того, использование кольцевой камеры сгорания с гладкими стенками, вообще говоря, не обеспечивает устойчивость рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание такого способа организации непрерывно-детонационного горения жидкого топлива в камере сгорания реактивного двигателя, который обеспечит (1) получение горючей топливной смеси с фазовым и химическим составом, требуемым для непрерывно-детонационного горения без проскоков дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящих к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя; (2) надежное охлаждение элементов конструкции камеры сгорания; и (3) устойчивость непрерывно-детонационного горения в широком диапазоне определяющих параметров течения (например, давлений подачи топливных компонентов, температуры образованной топливной смеси и т.п.) независимо от точности дозирования топлива.
Задачей изобретения является создание устройства для осуществления способа организации непрерывно-детонационного горения в камере сгорания реактивного двигателя, которое обеспечит (1) получение горючей топливной смеси с фазовым и химическим составом, требуемым для непрерывно-детонационного горения без проскоков дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящих к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя; (2) надежное охлаждение элементов конструкции камеры сгорания; и (3) устойчивость непрерывно-детонационного горения в широком диапазоне определяющих параметров течения (например, давлений подачи топливных компонентов, температуры образованной топливной смеси и т.п.) независимо от точности дозирования топлива.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемыми:
- способом, включающим инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом, в котором жидкое топливо непрерывно подаётся в камеру сгорания в виде пристеночных пленок, а турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем происходит благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания, а также благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, образующимися после перепуска инициирующей детонационной волны из инициирующей трубки и непрерывно циркулирующими над поверхностью пленок, заключающемуся в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания, а пристеночные пленки и микрокапли над их поверхностью создают активную тепловую защиту стенок камеры сгорания от перегрева благодаря их испарению, а также создают эффект шероховатости внутренних поверхностей камеры сгорания вследствие искривления межфазной границы при взаимодействии пленок с потоком окислителя, важный для увеличения интенсивности межфазных тепло- и массообменных процессов и для обеспечения устойчивости рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над поверхностью пленок;
Инициирующая детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси тем или иным источником зажигания и последующего перехода горения в детонацию, причем топливная смесь может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Для инициирования непрерывно-детонационного процесса в камере сгорания может использоваться одиночная инициирующая детонационная волна или серия инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве;
Перепуск инициирующей детонационной волны в камеру сгорания организован так, чтобы допускалось управление направлением вращения одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания при запуске рабочего процесса и при повторном запуске рабочего процесса при его срыве;
В камеру сгорания может подаваться один или несколько типов жидкого топлива;
Подача топлива в камеру сгорания в виде пристеночных пленок может быть организована через каналы и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях камеры сгорания;
Каналы и/или распределенные отверстия могут быть ориентированы как вдоль образующей камеры сгорания, так и под углом к ней;
Каналы и/или распределенные отверстия могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Жидкое топливо, подаваемое в виде пристеночных пленок в камеру сгорания через каналы и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех каналах и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в камеру сгорания через каналы и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковую начальную толщину для всех каналов и/или распределенных отверстий или разную начальную толщину;
Подача топлива в камеру сгорания в виде пристеночных пленок может быть организована через пористые участки на внутренних поверхностях камеры сгорания;
Пористые участки могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Подача топлива через пористые участки на внутренних поверхностях камеры сгорания может быть организована таким образом, чтобы на поверхности пленки формировалась структура в виде шероховатой поверхности для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов;
Жидкое топливо, подаваемое в виде пристеночных пленок в камеру сгорания через пористые участки, может иметь одинаковую начальную температуру для всех пористых участков или разную начальную температуру;
Пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в камеру сгорания через пористые участки, могут иметь одинаковую толщину для всех пористых участков или разную толщину;
- способом, включающим инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом, в котором жидкое топливо непрерывно подаётся в камеру сгорания в виде струй на входе в камеру сгорания, а турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания происходит благодаря испарению капель, образованных при распыливании топливных струй, и вторичных пристеночных пленок, образованных в результате столкновения струй со стенками камеры сгорания, вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания, а также благодаря термомеханическому взаимодействию капель и вторичных пристеночных пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими в камере сгорания, заключающемуся в испарении и механическом разрушении капель и вторичных пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания, а вторичные пристеночные пленки в камере сгорания создают активную тепловую защиту стенок благодаря их испарению, а также создают эффект шероховатости внутренних поверхностей камеры сгорания вследствие искривления межфазной границы при взаимодействии с потоком окислителя, важный для увеличения интенсивности межфазных тепло- и массообменных процессов и для обеспечения устойчивости рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от капель, гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью;
Инициирующая детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси тем или иньм источником зажигания и последующего перехода горения в детонацию, причем топливная смесь может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Для инициирования непрерывно-детонационного процесса в камере сгорания может использоваться одиночная инициирующая детонационная волна или серия инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве; Перепуск инициирующей детонационной волны в камеру сгорания организован так, чтобы допускалось управление направлением вращения одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания при запуске рабочего процесса и при повторном запуске рабочего процесса при его срыве;
В камеру сгорания может подаваться один или несколько типов жидкого топлива;
Подача топлива в камеру сгорания в виде топливных струй может быть организована через щели и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях камеры сгорания;
Щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй ориентированы таким образом, чтобы часть топлива оседала на внутренних поверхностях камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок;
Щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся вторичная пристеночная пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Жидкое топливо, подаваемое в камеру сгорания в виде струй через щели и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех щелях и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Струи жидкого топлива, подаваемые в камеру сгорания через щели и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковые характеристики распыла для всех щелей и/или распределенных отверстий или разные характеристики распыла;
- способом, включающим инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом, в котором организована распределенная подача жидкого топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию, расположенную на входе в камеру сгорания, и в камеру сгорания, так что смесеобразование происходит в две стадии: на первой стадии происходит частичное турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в смесительной секции благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями смесительной секции и благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с проникающими из камеры сгорания в смесительную секцию одной или несколькими косыми ударными волнами, движущимися в следе одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн, образующихся после перепуска инициирующей детонационной волны из инициирующей трубки и непрерывно циркулирующих в камере сгорания, причем термомеханическое взаимодействие пленок с одной или несколькими косыми ударными волнами в смесительной секции заключается в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в частичном испарении образовавшихся микрокапель, а образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь дополнительно увлекается в движение одной или несколькими косыми ударными волнами, приобретая тангенциальную составляющую скорости и тем самым, увеличивая время своего пребывания в смесительной секции, и, следовательно, обеспечивая необходимую для устойчивого распространения детонации в камере сгорания степень предварительного испарения жидкого топлива; а на второй стадии происходит турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания, а также благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими над их поверхностью, заключающемуся в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания, а пристеночные пленки и микрокапли над их поверхностью и в смесительной секции, и в камере сгорания создают активную тепловую защиту стенок благодаря их испарению, а также создают эффект шероховатости внутренних поверхностей смесительной секции и камеры сгорания вследствие искривления межфазной границы при взаимодействии пленок с потоком окислителя, важный для увеличения интенсивности межфазных тепло- и массообменных процессов и для обеспечения устойчивости рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью, причем пристеночные пленки в смесительной секции снижают интенсивность косых ударных волн вследствие процессов межфазного взаимодействия, тем самым ослабляя влияние косых ударных волн на течение окислителя во входной части смесительной секции, а подача топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию предотвращает проскоки дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящие к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя, вследствие незначительного испарения жидкого топлива с поверхности пленки перед косыми ударными волнами;
Инициирующая детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси тем или иным источником зажигания и последующего перехода горения в детонацию, причем топливная смесь может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Для инициирования непрерывно-детонационного процесса в камере сгорания может использоваться одиночная инициирующая детонационная волна или серия инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве;
Перепуск инициирующей детонационной волны в камеру сгорания организован так, чтобы допускалось управление направлением вращения одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания при запуске рабочего процесса и при повторном запуске рабочего процесса при его срыве;
В смесительную секцию и/или в камеру сгорания может подаваться один или несколько типов жидкого топлива; Подача топлива в смесительную секцию и в камеру сгорания в виде пристеночных пленок может быть организована через каналы и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях смесительной секции и камеры сгорания;
Каналы и/или распределенные отверстия могут быть ориентированы как вдоль образующей смесительной секции и/или камеры сгорания, так и под углом к ним;
Каналы и/или распределенные отверстия могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности смесительной секции и/или камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции и/или камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Жидкое топливо, подаваемое в виде пристеночных пленок в смесительную секцию и/или камеру сгорания через каналы и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех каналах и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в смесительную секцию и/или камеру сгорания через каналы и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковую начальную толщину для всех каналов и/или распределенных отверстий или разную начальную толщину;
Подача топлива в смесительную секцию и/или в камеру сгорания в виде пристеночных пленок может быть организована через пористые участки на внутренних поверхностях смесительной секции и камеры сгорания;
Пористые участки могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности смесительной секции и/или камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции и/или камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Подача топлива через пористые участки на внутренних поверхностях смесительной секции и/или камеры сгорания может быть организована таким образом, чтобы на поверхности пленки формировалась структура в виде шероховатой поверхности для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов;
Жидкое топливо, подаваемое в виде пристеночных пленок в смесительную секцию и/или камеру сгорания через пористые участки, может иметь одинаковую начальную температуру для всех пористых участках или разную начальную температуру;
Пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в смесительную секцию и/или камеру сгорания через пористые участки, могут иметь одинаковую толщину для всех пористых участков или разную толщину;
- способом, включающим инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом, в котором организована распределенная подача жидкого топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию, расположенную на входе в камеру сгорания, и в виде струй на входе в камеру сгорания, так что смесеобразование происходит в две стадии: на первой стадии происходит частичное турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в смесительной секции благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями смесительной секции и благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с проникающими из камеры сгорания в смесительную секцию одной или несколькими косыми ударными волнами, движущимися в следе одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн, образующихся после перепуска инициирующей детонационной волны из инициирующей трубки и непрерывно циркулирующих в камере сгорания, причем термомеханическое взаимодействие пленок с одной или несколькими косыми ударными волнами в смесительной секции заключается в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в частичном испарении образовавшихся микрокапель, а образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь дополнительно увлекается в движение одной или несколькими косыми ударными волнами, приобретая тангенциальную составляющую скорости и тем самым, увеличивая время своего пребывания в смесительной секции, и, следовательно, обеспечивая необходимую для устойчивого распространения детонации в камере сгорания степень предварительного испарения жидкого топлива; а на второй стадии происходит турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания благодаря испарению капель, образованных при распыливании топливных струй, и вторичных пристеночных пленок, образованных в результате столкновения струй со стенками камеры сгорания, вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания, а также благодаря термомеханическому взаимодействию капель и вторичных пристеночных пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими в камере сгорания, заключающемуся в испарении и механическом разрушении капель и вторичных пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания, а пристеночные пленки и в смесительной секции, и в камере сгорания создают активную тепловую защиту стенок благодаря их испарению, а также создают эффект шероховатости внутренних поверхностей смесительной секции и камеры сгорания вследствие искривления межфазной границы при взаимодействии с потоком окислителя, важный для увеличения интенсивности межфазных тепло- и массообменных процессов и для обеспечения устойчивости рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от капель, гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью, причем пристеночные пленки в смесительной секции снижают интенсивность косых ударных волн вследствие процессов межфазного взаимодействия, тем самым ослабляя влияние косых ударных волн на течение окислителя во входной части смесительной секции, а подача топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию предотвращает проскоки дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящие к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя, вследствие незначительного испарения жидкого топлива с поверхности пленки перед косыми ударными волнами;
Инициирующая детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси тем или иным источником зажигания и последующего перехода горения в детонацию, причем топливная смесь может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Для инициирования непрерывно-детонационного процесса в камере сгорания может использоваться одиночная инициирующая детонационная волна или серия инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве;
Перепуск инициирующей детонационной волны в камеру сгорания организован так, чтобы допускалось управление направлением вращения одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания при запуске рабочего процесса и при повторном запуске рабочего процесса при его срыве;
В смесительную секцию и/или в камеру сгорания может подаваться один или несколько типов жидкого топлива;
Подача топлива в смесительную секцию в виде пристеночных пленок может быть организована через каналы и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях смесительной секции;
Каналы и/или распределенные отверстия могут быть ориентированы как вдоль образующей смесительной секции, так и под углом к ней;
Каналы и/или распределенные отверстия могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности смесительной секции или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Жидкое топливо, подаваемое в смесительную секцию в виде пристеночных пленок через каналы и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех каналах и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в смесительную секцию через каналы и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковую начальную толщину для всех каналов и/или распределенных отверстий или разную начальную толщину;
Подача топлива в смесительную секцию в виде пристеночных пленок может быть организована через пористые участки на внутренних поверхностях смесительной секции;
Пористые участки могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности смесительной секции или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции существовали участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Подача топлива через пористые участки на внутренних поверхностях смесительной секции может быть организована таким образом, чтобы на поверхности пленки формировалась структура в виде шероховатой поверхности для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов;
Жидкое топливо, подаваемое в смесительную секцию в виде пристеночных пленок через пористые участки, может иметь одинаковую начальную температуру для всех пористых участков или разную начальную температуру;
Пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в смесительную секцию через пористые участки, могут иметь одинаковую толщину для всех пористых участков или разную толщину;
Подача топлива в камеру сгорания в виде топливных струй может быть организована через щели и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях камеры сгорания;
Щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй ориентированы таким образом, чтобы часть топлива оседала на внутренних поверхностях камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок;
Щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся вторичная пристеночная пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Жидкое топливо, подаваемое в камеру сгорания в виде струй через щели и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех щелях и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Струи жидкого топлива, подаваемые в камеру сгорания через щели и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковые характеристики распыла для всех щелей и/или распределенных отверстий или разные характеристики распыла;
- устройством с непрерывно-детонационным горением топливной смеси, включающим проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации и выходное сопло с центральным телом, в котором камера сгорания содержит узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных пленок и узел для подачи окислителя, причём узлы для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок и для подачи окислителя расположены таким образом, чтобы в процессе работы устройства пристеночные пленки предпочтительно покрывали всю внутреннюю поверхность камеры сгорания, обеспечивая активную тепловую защиту стенок камеры сгорания от перегрева и создавая эффект шероховатости внутренних поверхностей камеры сгорания, а в качестве инициатора детонации используются одна или несколько инициирующих трубок с источниками зажигания, сообщающихся с камерой сгорания через перепускные отверстия;
Инициирующая трубка представляет собой любое известное устройство, обеспечивающее генерацию инициирующей детонационной волны в результате перехода горения в детонацию, причем топливная смесь в инициирующей трубке может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Инициирующая трубка может генерировать как одиночную инициирующую детонационную волну, так и серию инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве; Инициирующая трубка присоединена к камере сгорания так, что струя продуктов детонации за инициирующей детонационной волной входит в камеру сгорания по винтовой линии вверх или вниз по потоку окислителя, причем угол подъёма винтовой линии не превышает 45°, а направление вращения винтовой линии определяет направление вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания, а для управления направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания используется не менее двух инициирующих трубок с разным направлением вращения винтовой линии;
Перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с кольцевой камерой сгорания, могут быть расположены на одной или на обеих внутренних боковых поверхностях кольцевого зазора и/или интегрированы в узел для подачи окислителя, и/или интегрированы в узел для подачи топлива в виде пристеночных пленок;
Перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с камерой сгорания, могут быть расположены либо в одном поперечном сечении камеры сгорания, либо в разных поперечных сечениях камеры сгорания;
Узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок выполнен в виде каналов и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях камеры сгорания, причем каналы и/или распределенные отверстия ориентированы либо вдоль образующей камеры сгорания, либо под углом к ней, а их взаимное расположение таково, что образующаяся пленка покрывает либо всю внутреннюю поверхность камеры сгорания, либо ее части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались;
Площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через каналы и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех каналов и/или распределенных отверстий или разными;
Узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок выполнен в виде пористых участков на внутренних поверхностях камеры сгорания, причем взаимное расположение пористых участков таково, что образующаяся пленка покрывает либо всю внутреннюю поверхность камеры сгорания, либо ее части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались, а скорость подачи топлива через пористые участки такова, что на поверхности пленки формируется структура в виде шероховатой поверхности;
Проницаемость всех пористых участков может быть одинаковой или разной, причем разная проницаемость пористых участков предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через пористые участки и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех пористых участков или разными;
Узел для подачи окислителя выполнен в виде кольцевого канала предпочтительно с локальным сужением сечения в месте сочленения с камерой сгорания;
- устройством с непрерывно-детонационным горением топливной смеси, включающим проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации и выходное сопло с центральным телом, в котором камера сгорания содержит блок топливных форсунок для подачи жидкого топлива в виде струй, ориентированных таким образом, чтобы часть топлива оседала на внутренних поверхностях камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок, покрывающих внутренние поверхности камеры сгорания, и узел для подачи окислителя, расположенный на входе в камеру сгорания, а в качестве инициатора детонации используются одна или несколько инициирующих трубок с источниками зажигания, сообщающихся с камерой сгорания через перепускные отверстия;
Инициирующая трубка представляет собой любое известное устройство, обеспечивающее генерацию инициирующей детонационной волны в результате перехода горения в детонацию, причем топливная смесь в инициирующей трубке может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Инициирующая трубка может генерировать как одиночную инициирующую детонационную волну, так и серию инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве; Инициирующая трубка присоединена к камере сгорания так, что струя продуктов детонации за инициирующей детонационной волной входит в камеру сгорания по винтовой линии вверх или вниз по потоку окислителя, причем угол подъема винтовой линии не превышает 45°, а направление вращения винтовой линии определяет направление вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания, а для управления направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания используется не менее двух инициирующих трубок с разным направлением вращения винтовой линии;
Перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с кольцевой камерой сгорания могут быть расположены на одной или на обеих внутренних боковых поверхностях камеры сгорания и/или на внутренних поверхностях смесительной секции и/или интегрированы в узел для подачи окислителя, и/или интегрированы в узел для подачи топлива в виде пристеночных пленок, и/или интегрированы в блок топливных форсунок для подачи жидкого топлива в виде струй;
Перепускные отверстия могут быть расположены либо в одном поперечном сечении камеры сгорания, либо в разных поперечных сечениях камеры сгорания;
Блок топливных форсунок выполнен в виде щелей и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях камеры сгорания, причем щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй расположены таким образом, чтобы образующаяся вторичная пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались;
Площадь проходного сечения всех щелей и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Давление подачи жидкого топлива в виде струй через щели и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех щелей и/или распределенных отверстий или разными;
Узел для подачи окислителя выполнен в виде кольцевого канала предпочтительно с локальным сужением сечения в месте сочленения со смесительной секцией; - устройством с непрерывно-детонационным горением топливной смеси, включающим проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации и выходное сопло с центральным телом, в котором камера сгорания содержит узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных пленок, на входе в камеру сгорания расположена смесительная секция, содержащая узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных пленок и узел для подачи окислителя, причём узлы для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок и в камере сгорания, и в смесительной секции расположены таким образом, чтобы в процессе работы устройства пристеночные пленки предпочтительно покрывали всю внутреннюю поверхность смесительной секции и внутреннюю поверхность камеры сгорания, обеспечивая активную тепловую защиту стенок смесительной секции и камеры сгорания от перегрева, создавая эффект шероховатости внутренних поверхностей и ослабляя влияние косой ударной волны на течение окислителя во входной части смесительной секции, а в качестве инициатора детонации используются одна или несколько инициирующих трубок с источниками зажигания, сообщающихся с камерой сгорания и/или со смесительной секцией через перепускные отверстия;
Инициирующая трубка представляет собой любое известное устройство, обеспечивающее генерацию инициирующей детонационной волны в результате перехода горения в детонацию, причем топливная смесь в инициирующей трубке может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Инициирующая трубка может генерировать как одиночную инициирующую детонационную волну, так и серию инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве;
Инициирующая трубка присоединена к камере сгорания и/или к смесительной секции так, что струя продуктов детонации за инициирующей детонационной волной входит в камеру сгорания по винтовой линии вверх или вниз по потоку окислителя, причем угол подъёма винтовой линии не превышает 45°, а направление вращения винтовой линии определяет направление вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания, а для управления направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания используется не менее двух инициирующих трубок с разным направлением вращения винтовой линии;
Перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с кольцевой камерой сгорания и/или со смесительной секцией могут быть расположены на одной или на обеих внутренних боковых поверхностях камеры сгорания и/или на внутренних поверхностях смесительной секции и/или интегрированы в узел для подачи окислителя, и/или интегрированы в узлы для подачи топлива в виде пристеночных пленок;
Перепускные отверстия могут быть расположены либо в одном поперечном сечении камеры сгорания и/или смесительной секции, либо в разных поперечных сечениях камеры сгорания и/или смесительной секции;
Узлы для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в смесительной секции и в камере сгорания выполнены в виде каналов и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях смесительной секции и камеры сгорания, причем каналы и/или распределенные отверстия ориентированы либо вдоль образующей камеры сгорания и/или смесительной секции, либо под углом к ней, а их взаимное расположение таково, что образующиеся пленки покрывают либо все внутренние поверхности камеры сгорания и/или смесительной секции, либо их части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания и/или смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались;
Площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через каналы и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех каналов и/или распределенных отверстий или разными;
Узлы для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок выполнены в виде пористых участков на внутренних поверхностях камеры сгорания и/или смесительной секции, причем взаимное расположение пористых участков таково, что образующаяся пленка покрывает либо все внутренние поверхности камеры сгорания и/или смесительной секции, либо их части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания и/или смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались, а скорость подачи топлива через пористые участки такова, что на поверхности пленки формируется структура в виде шероховатой поверхности;
Проницаемость всех пористых участков может быть одинаковой или разной, причем разная проницаемость пористых участков предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через пористые участки и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех пористых участков или разными;
Узел для подачи окислителя выполнен в виде кольцевого канала предпочтительно с локальным сужением сечения в месте сочленения со смесительной секцией;
- устройством с непрерывно-детонационным горением топливной смеси, включающим проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации и выходное сопло с центральным телом, в котором камера сгорания содержит блок топливных форсунок для подачи жидкого топлива в виде струй, на входе в камеру сгорания расположена смесительная секция, содержащая узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных пленок и узел для подачи окислителя, причём узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в смесительной секции расположен таким образом, чтобы в процессе работы устройства пристеночные пленки предпочтительно покрывали все внутренние поверхности смесительной секции, обеспечивая активную тепловую защиту стенок смесительной секции от перегрева, создавая эффект шероховатости внутренних поверхностей и ослабляя влияние косой ударной волны на течение окислителя во входной части смесительной секции, а в качестве инициатора детонации используются одна или несколько инициирующих трубок с источниками зажигания, сообщающихся с камерой сгорания и/или со смесительной секцией через перепускные отверстия;
Инициирующая трубка представляет собой любое известное устройство, обеспечивающее генерацию инициирующей детонационной волны в результате перехода горения в детонацию, причем топливная смесь в инициирующей трубке может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны; Инициирующая трубка может генерировать как одиночную инициирующую детонационную волну, так и серию инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве;
Инициирующая трубка присоединена к камере сгорания и/или к смесительной секции так, что струя продуктов детонации за инициирующей детонационной волной входит в камеру сгорания по винтовой линии вверх или вниз по потоку окислителя, причем угол подъема винтовой линии не превышает 45°, а направление вращения винтовой линии определяет направление вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания, а для управления направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания используется не менее двух инициирующих трубок с разным направлением вращения винтовой линии;
Перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с кольцевой камерой сгорания и/или со смесительной секцией могут быть расположены на одной или на обеих внутренних боковых поверхностях камеры сгорания и/или на внутренних поверхностях смесительной секции и/или интегрированы в узел для подачи окислителя, и/или интегрированы в узел для подачи топлива в виде пристеночных пленок, и/или интегрированы в блок топливных форсунок для подачи жидкого топлива в виде струй;
Перепускные отверстия могут быть расположены либо в одном поперечном сечении камеры сгорания и/или смесительной секции, либо в разных поперечных сечениях камеры сгорания и/или смесительной секции;
Узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в смесительной секции выполнен в виде каналов и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях смесительной секции, причем каналы и/или распределенные отверстия ориентированы либо вдоль образующей смесительной секции, либо под углом к ней, а их взаимное расположение таково, что образующиеся пленки покрывают либо все внутренние поверхности смесительной секции, либо их части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались;
Площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через каналы и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех каналов и/или распределенных отверстий или разными;
Узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок выполнен в виде пористых участков на внутренних поверхностях смесительной секции, причем взаимное расположение пористых участков таково, что образующаяся пленка покрывает либо все внутренние поверхности смесительной секции, либо их части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались, а скорость подачи топлива через пористые участки такова, что на поверхности пленки формируется структура в виде шероховатой поверхности;
Проницаемость всех пористых участков может быть одинаковой или разной, причем разная проницаемость пористых участков предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через пористые участки и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех пористых участков или разными;
Блок топливных форсунок выполнен в виде щелей и/или распределенных отверстий на внутренних- поверхностях камеры сгорания, ориентированных таким образом, чтобы часть топлива оседала на внутренних поверхностях камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок, покрывающих внутренние поверхности камеры сгорания; причем щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй расположены таким образом, чтобы образующаяся вторичная пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались;
Площадь проходного сечения всех щелей и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива; Давление подачи жидкого топлива в виде струй через щели и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех щелей и/или распределенных отверстий или разными;
Узел для подачи окислителя выполнен в виде кольцевого канала предпочтительно с локальным сужением сечения в месте сочленения со смесительной секцией.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1а приведена схема устройства, в котором реализован заявляемый способ организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе с подачей топлива в камеру сгорания в виде жидкой плёнки (F - топливо; О - окислитель; FF - топливная плёнка).
На фиг. 16 приведена схема устройства, в котором реализован заявляемый способ организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе с подачей топлива в виде струй в камеру сгорания (F - топливо; О - окислитель; FS - топливная струя; SFF - вторичная топливная пленка).
На фиг. 1в приведена схема устройства, в котором реализован заявляемый способ организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе с подачей топлива в виде жидких плёнок в смесительную секцию и в камеру сгорания (F1 - топливо, подаваемое в смесительную секцию; F2 - топливо, подаваемое в камеру сгорания; О - окислитель; FF - топливная плёнка).
На фиг. 1г приведена схема устройства, в котором реализован заявляемый способ организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе с подачей топлива в виде жидкой плёнки в смесительную секцию и в виде струй в камеру сгорания (F - топливо; О - окислитель; FF - топливная плёнка; FS - топливная струя; SFF - вторичная топливная пленка).
На фиг. 2 показана фотография сверхзвуковой реактивной струи продуктов детонации, истекающей из выходного сопла опытного образца, выполненного по схеме, представленной на фиг. 1а.
На фиг. 3 представлен пример измеренной зависимости частоты вращения детонационных волн в эксперименте на опытном образце, выполненном по схеме фиг. 1а. На фиг. 4 представлен пример измеренной зависимости частоты вращения детонационных волн в эксперименте на опытном образце, выполненном по схеме фиг. 16.
На фиг. 5 представлен пример измеренной зависимости частоты вращения детонационных волн в эксперименте на опытном образце, выполненном по схеме фиг. 1в.
На фиг. 6 представлен пример измеренной зависимости частоты вращения детонационных волн в эксперименте на опытном образце, выполненном по схеме фиг. 1г.
Варианты осуществления изобретения
На фиг. 1а приведена схема первого варианта устройства, в котором реализован заявляемый способ организации рабочего процесса в непрерывно- детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе с подачей топлива в камеру сгорания в виде пристеночных жидких плёнок.
Устройство включает кольцевую камеру сгорания (1), образованную внутренними поверхностями (2) и (3), к которой присоединены две инициирующие трубки (4) с источниками зажигания (на фиг. не показаны), а на выходе из камеры сгорания (1) установлено выходное сопло с центральным телом (12); узел для подачи окислителя (5); узел для подачи жидкого топлива (6) в виде пристеночных плёнок; и систему питания (на фиг. не показана).
На фиг. 16 приведена схема второго варианта устройства, в котором реализован заявляемый способ организации рабочего процесса в непрерывно- детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе с подачей топлива в камеру сгорания в виде топливных струй.
Устройство включает кольцевую камеру сгорания (1), образованную внутренними поверхностями (2) и (3), к которой присоединены две инициирующие трубки (4) с источниками зажигания (на фиг. не показаны), а на выходе из камеры сгорания (1) установлено выходное сопло с центральным телом (12); узел (5) для подачи окислителя и блок топливных форсунок (1 1) для подачи жидкого топлива в виде струй в камеру сгорания (1), установленные на входе в камеру сгорания (1); и систему питания (на фиг. не показана). На фиг. 1в приведена схема третьего варианта устройства, в котором реализован заявляемый способ организации рабочего процесса в непрерывно- детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе с подачей топлива в смесительную секцию и в камеру сгорания в виде пристеночных жидких плёнок.
Устройство включает кольцевую камеру сгорания (1), образованную внутренними поверхностями (2) и (3), к которой присоединены две инициирующие трубки (4) с источниками зажигания (на фиг. не показаны); выходное сопло с центральным телом (12), установленное на выходе из камеры сгорания (1); узел (6) для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в камеру сгорания (1); смесительную секцию (7), образованную внутренними поверхностями (8) и (9), установленную на входе в камеру сгорания (1); узлы (5) для подачи окислителя и (10) для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в смесительную секцию (7); и систему питания (на фиг. не показана).
На фиг. 1г приведена схема четвертого варианта устройства, в котором реализован заявляемый способ организации рабочего процесса в непрерывно- детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе с подачей топлива в смесительную секцию в виде пристеночных пленок, а в камеру сгорания в виде струй.
Устройство включает кольцевую камеру сгорания (1), образованную внутренними поверхностями (2) и (3), к которой присоединены две инициирующие трубки (4) с источниками зажигания (на фиг. не показаны); выходное сопло с центральным телом (12), установленное на выходе из камеры сгорания (1); блок топливных форсунок (11) для подачи в камеру сгорания (1) жидкого топлива в виде струй, установленный на входе в камеру сгорания (1); смесительную секцию (7), образованную внутренними поверхностями (8) и (9), установленную на входе в камеру сгорания (1); узлы (5) для подачи окислителя и (10) для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в смесительную секцию (7); и систему питания (на фиг. не показана).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В первом варианте предлагаемого устройства (фиг. 1а) в камеру сгорания (1) через узел (5) для подачи окислителя непрерывно подаётся газообразный окислитель (например, воздух или кислород), а через узел (6) для подачи жидкого топлива непрерывно подаётся жидкое топливо (например, авиационный или ракетный керосин или сжиженный природный газ) в виде пристеночных плёнок, движущихся по поверхности (2) камеры сгорания (1). Когда топливные плёнки покрывают поверхность (2), из инициирующей трубки (4) в камеру сгорания (1) перепускается инициирующая детонационная волна, сопровождаемая направленной струей высокотемпературных и высокоскоростных продуктов детонации (выбор той или иной инициирующей трубки (4) определяется требуемым направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в кольцевой камере сгорания), причем в камере сгорания инициирующая детонационная волна трансформируется в сильную ударную волну, которая вызывает ударное сжатие окислителя и дополнительно вовлекает его в движение. Поток ударно-сжатого окислителя и направленная струя высокотемпературных и высокоскоростных продуктов детонации оказывают термомеханическое воздействие на пристеночные топливные плёнки, вызывая их испарение и механическое разрушение с образованием капельной газовзвеси, а также последующее испарение образовавшихся микрокапель, тем самым обеспечивая образование горючей топливной смеси требуемого фазового и химического состава за счет турбулентно-молекулярного смешения топлива с окислителем. Образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь быстро самовоспламеняется, что приводит к формированию и развитию вторичных очагов взрыва, порождающих одну или несколько самоподдерживающихся детонационных волн, непрерывно циркулирующих в кольцевой камере сгорания над топливными пленками с постоянной скоростью и в направлении, заданном инициирующей трубкой (4), а продукты детонации движутся по направлению к выходному соплу с центральным телом (12), в котором формируется высокоскоростная реактивная струя. При этом образование горючей топливной смеси в камере сгорания (1) происходит в результате термомеханического взаимодействия пристеночных топливных плёнок с самоподдерживающимися детонационными волнами. Взаимодействие самоподдерживающихся детонационных волн с пристеночными топливными плёнками приводит к формированию на поверхности пленок объемной структуры, подобной песочной шероховатости. Взаимодействие самоподдерживающихся детонационных волн с микрокаплями и с пристеночными топливными плёнками повышает устойчивость рабочего режима благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над поверхностью пленок. Кроме того, пристеночные пленки, покрывая внутренние поверхности камеры сгорания (1), создают активную тепловую защиту стенок камеры от перегрева.
Во втором варианте предлагаемого устройства (фиг. 16) в камеру сгорания (1) через узел (5) для подачи окислителя непрерывно подаётся газообразный окислитель (например, воздух или кислород), а через блок топливных форсунок (1 1), расположенный на входе в камеру сгорания (1), непрерывно подаётся жидкое топливо (например, авиационный или ракетный керосин, или сжиженный природный газ) в виде топливных струй. Когда часть топлива, поступившая в камеру сгорания (1) через блок топливных форсунок (1 1), оседает на внутренних поверхностях (2) и (3) камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок, из инициирующей трубки (4) в камеру сгорания (1) перепускается инициирующая детонационная волна, сопровождаемая направленной струей высокотемпературных и высокоскоростных продуктов детонации (выбор той или иной инициирующей трубки (4) определяется требуемым направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в кольцевой камере сгорания), причем в камере сгорания инициирующая детонационная волна трансформируется в сильную ударную волну, которая вызывает ударное сжатие окислителя и дополнительно вовлекает его в движение. Поток ударно- сжатого окислителя и направленная струя высокотемпературных и высокоскоростных продуктов детонации оказывают термомеханическое воздействие на струи топлива и на вторичные пристеночные топливные плёнки, вызывая их испарение и механическое разрушение с образованием капельной газовзвеси, а также последующее испарение образовавшихся микрокапель, тем самым обеспечивая образование горючей топливной смеси требуемого фазового и химического состава за счет турбулентно-молекулярного смешения топлива с окислителем. Образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь быстро самовоспламеняется, что приводит к формированию и развитию вторичных очагов взрыва, порождающих одну или несколько самоподдерживающихся детонационных волн, непрерывно циркулирующих в кольцевой камере сгорания между поверхностями (2) и (3) с постоянной скоростью и в направлении, заданном инициирующей трубкой (4), а продукты детонации движутся по направлению к выходному соплу с центральным телом (12), в котором формируется высокоскоростная реактивная струя. При этом турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания (1) происходит благодаря испарению струй топлива и вторичных топливных пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания (1), а также благодаря термомеханическому взаимодействию струй и вторичных пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими над их поверхностью, заключающемуся в испарении и механическом разрушении струй и пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания (1) формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания (1).
Взаимодействие самоподдерживающихся детонационных волн с вторичными пристеночными топливными плёнками приводит к формированию на поверхности пленок объемной структуры, подобной песочной шероховатости. Взаимодействие самоподдерживающихся детонационных волн с топливными струями и с вторичными пристеночными топливными плёнками повышает устойчивость рабочего режима благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от капель, гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью. Вторичные пристеночные пленки в камере сгорания (1) создают активную тепловую защиту стенок благодаря их испарению.
Во третьем варианте предлагаемого устройства (фиг. 1в) в смесительную секцию (7) через узел (5) для подачи окислителя непрерывно подаётся газообразный окислитель (например, воздух или кислород), а жидкое топливо (например, авиационный или ракетный керосин или сжиженный природный газ) подаётся через узел (10) для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок, движущихся по поверхности (8) смесительной секции (7), и через узел (6) для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок, движущихся по поверхности (2) камеры сгорания (1). Когда топливные плёнки покрывают поверхности (8) и (2), из инициирующей трубки (4) в камеру сгорания (1) перепускается инициирующая детонационная волна, сопровождаемая направленной струей высокотемпературных и высокоскоростных продуктов детонации (выбор той или иной инициирующей трубки (4) определяется требуемым направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в кольцевой камере сгорания), причем в камере сгорания инициирующая детонационная волна трансформируется в сильную ударную волну, которая вызывает ударное сжатие окислителя и дополнительно вовлекает его в движение. Поток ударно-сжатого окислителя и направленная струя высокотемпературных и высокоскоростных продуктов детонации оказывают термомеханическое воздействие на пристеночные топливные плёнки, вызывая их испарение и механическое разрушение с образованием капельной газовзвеси, а также последующее испарение образовавшихся микрокапель, тем самым обеспечивая образование горючей топливной смеси требуемого фазового и химического состава за счет турбулентно-молекулярного смешения топлива с окислителем. Образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь быстро самовоспламеняется, что приводит к формированию и развитию вторичных очагов взрыва, порождающих одну или несколько самоподдерживающихся детонационных волн, непрерывно циркулирующих в кольцевой камере сгорания над топливными пленками с постоянной скоростью и в направлении, заданном инициирующей трубкой (4), а продукты детонации движутся по направлению к выходному соплу с центральным телом (12), в котором формируется высокоскоростная реактивная струя. При этом образование горючей топливной смеси происходит в две стадии. На первой стадии происходит частичное турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в смесительной секции (7) благодаря испарению пленок с поверхности (8) вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями смесительной секции (7) и благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с проникающими из камеры сгорания (1) в смесительную секцию (7) одной или несколькими косыми ударными волнами, движущимися в следе одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн, причем термомеханическое взаимодействие пленок с одной или несколькими косыми ударными волнами в смесительной секции (7) заключается в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в частичном испарении образовавшихся микрокапель, а образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь дополнительно увлекается в движение одной или несколькими косыми ударными волнами, приобретая тангенциальную составляющую скорости и тем самым, увеличивая время своего пребывания в смесительной секции (7), и, следовательно, обеспечивая необходимую для устойчивого распространения детонации в камере сгорания (1) степень предварительного испарения жидкого топлива. Кроме того, при взаимодействии косых ударных волн с пристеночными плёнками в смесительной секции (7) на поверхности плёнок непрерывно формируется объемная структура, подобная песочной шероховатости, которая увеличивает интенсивность межфазных тепло- и массообменных процессов благодаря увеличению площади поверхности теплообмена. На второй стадии происходит турбулентно- молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания (1) благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания (1), а также благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими над их поверхностью, заключающемуся в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания (1) формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно- детонационное горение в камере сгорания (1). При взаимодействии самоподдерживающихся детонационных волн с пристеночными топливными плёнками в камере сгорания (1) на поверхности плёнок непрерывно формируется объемная структура, подобная песочной шероховатости, которая увеличивает интенсивность межфазных тепло- и массообменных процессов благодаря увеличению площади поверхности теплообмена.
Взаимодействие самоподдерживающихся детонационных волн с микрокаплями и с пристеночными топливными плёнками повышает устойчивость рабочего режима благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от капель, гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью.
Пристеночные пленки в смесительной секции (7) снижают интенсивность косых ударных волн вследствие процессов межфазного взаимодействия, тем самым ослабляя влияние косых ударных волн на течение окислителя через узел (5) для подачи окислителя в смесительную секцию (7). Пристеночные пленки и в смесительной секции (7), и в камере сгорания (1) создают активную тепловую защиту стенок благодаря испарению жидкости. Кроме того, подача топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию (7) предотвращает проскоки дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящие к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя, вследствие незначительного испарения жидкого топлива с поверхности пленок перед косыми ударными волнами.
В четвертом варианте предлагаемого устройства (фиг. 1г) в смесительную секцию (7) через узел (5) для подачи окислителя непрерывно подаётся газообразный окислитель (например, воздух или кислород), а жидкое топливо (например, авиационный или ракетный керосин, или сжиженный природный газ) подаётся через узел (10) для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок, движущихся по поверхности (8) смесительной секции (7), и через блок топливных форсунок (1 1) на входе в камеру сгорания (1). Когда топливные плёнки покрывают поверхность (8) смесительной секции (7), а часть топлива, поступившая в камеру сгорания (1) через блок топливных форсунок (1 1), оседает на внутренних поверхностях (2) и (3) камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок, из инициирующей трубки (4) в камеру сгорания (1) перепускается инициирующая детонационная волна, сопровождаемая направленной струей высокотемпературных и высокоскоростных продуктов детонации (выбор той или иной инициирующей трубки (4) определяется требуемым направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в кольцевой камере сгорания), причем в камере сгорания инициирующая детонационная волна трансформируется в сильную ударную волну, которая вызывает ударное сжатие окислителя и дополнительно вовлекает его в движение. Поток ударно- сжатого окислителя и направленная струя высокотемпературных и высокоскоростных продуктов детонации оказывают термомеханическое воздействие на струи топлива и на вторичные пристеночные топливные плёнки, вызывая их испарение и механическое разрушение с образованием капельной газовзвеси, а также последующее испарение образовавшихся микрокапель, тем самым обеспечивая образование горючей топливной смеси требуемого фазового и химического состава за счет турбулентно-молекулярного смешения топлива с окислителем. Образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь быстро самовоспламеняется, что приводит к формированию и развитию вторичных очагов взрыва, порождающих одну или несколько самоподдерживающихся детонационных волн, непрерывно циркулирующих в кольцевой камере сгорания между поверхностями (2) и (3) с постоянной скоростью и в направлении, заданном инициирующей трубкой (4), а продукты детонации движутся по направлению к выходному соплу с центральным телом (12), в котором формируется высокоскоростная реактивная струя. При этом образование горючей топливной смеси происходит в две стадии. На первой стадии происходит частичное турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в смесительной секции (7) благодаря испарению пленок с поверхности (8) вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями смесительной секции (7) и благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с проникающими из камеры сгорания (1) в смесительную секцию (7) одной или несколькими косыми ударными волнами, движущимися в следе одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн, причем термомеханическое взаимодействие пленок с одной или несколькими косыми ударными волнами в смесительной секции (7) заключается в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в частичном испарении образовавшихся микрокапель, а образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь дополнительно увлекается в движение одной или несколькими косыми ударными волнами, приобретая тангенциальную составляющую скорости и тем самым, увеличивая время своего пребывания в смесительной секции (7), и, следовательно, обеспечивая необходимую для устойчивого распространения детонации в камере сгорания (1) степень предварительного испарения жидкого топлива. Кроме того, при взаимодействии косых ударных волн с пристеночными плёнками в смесительной секции (7) на поверхности плёнок непрерывно формируется объемная структура, подобная песочной шероховатости, которая увеличивает интенсивность межфазных тепло- и массообменных процессов благодаря увеличению площади поверхности теплообмена. На второй стадии происходит турбулентно- молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания (1) благодаря испарению струй топлива и вторичных топливных пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания (1), а также благодаря термомеханическому взаимодействию струй и вторичных пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими над их поверхностью, заключающемуся в испарении и механическом разрушении струй и пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания (1) формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания (1).
Взаимодействие самоподдерживающихся детонационных волн с вторичными пристеночными топливными плёнками приводит к формированию на поверхности пленок объемной структуры, подобной песочной шероховатости. Взаимодействие самоподдерживающихся детонационных волн с топливными струями и с вторичными пристеночными топливными плёнками повышает устойчивость рабочего режима благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от капель, гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью. Пристеночные пленки в смесительной секции (7) снижают интенсивность косых ударных волн вследствие процессов межфазного взаимодействия, тем самым ослабляя влияние косых ударных волн на течение окислителя через узел (5) для подачи окислителя в смесительную секцию (7). Пристеночные пленки и в смесительной секции (7), и в камере сгорания (1) создают активную тепловую защиту стенок благодаря их испарению. Кроме того, подача топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию (7) предотвращает проскоки дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящие к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя, вследствие незначительного испарения жидкого топлива с поверхности пленок перед косыми ударными волнами.
Приводим пример осуществления изобретения на опытном образце реактивного двигателя на жидком топливе (вариант 1), оснащенного регистрирующей аппаратурой. Кольцевая камера сгорания длиной 90 мм была образована двумя коаксиальными цилиндрами: внутренним цилиндром диаметром 40 мм и внешним цилиндром диаметром 46 мм. На входе в кольцевую камеру сгорания был установлен узел для подачи газообразного окислителя, представляющий собой полый кольцевой ресивер внешним диаметром 46 мм, внутренним диаметром 30 мм и длиной 50 мм, соединенный через обратный клапан с системой питания. В месте сочленения кольцевого ресивера с камерой сгорания на внутреннем цилиндре камеры сгорания было выполнено локальное сужение сечения в виде кольцевого пояса высотой 1 мм и шириной 2 мм со скругленными краями. На поверхности внутреннего цилиндра камеры сгорания был расположен узел для подачи пристеночной пленки жидкого топлива, представляющий собой систему из 24 радиальных отверстий диаметром 1,5 мм, равномерно распределенных по окружности, над которыми соосно цилиндру была установлена тонкая цилиндрическая втулка внутренним диаметром 41 мм, формирующая на поверхности внутреннего цилиндра пристеночную топливную пленку с начальной толщиной 0.5 мм. На выходе из кольцевой камеры сгорания размещали выходное сопло в виде конуса длиной 60 мм, прикрепленного к внутреннему цилиндру. На диаметрально противоположных сторонах боковой поверхности камеры сгорания под углом 45° к ее продольной оси были установлены две инициирующих трубки для инициирования непрерывно-детонационного режима горения с заданным направлением вращения детонационных волн, как показано на фиг. 1а. В качестве топливных компонентов смеси в инициирующих трубках и в кольцевой камере сгорания использовали жидкий пропан и газообразный кислород.
Огневые испытания предлагаемого устройства проведены при трех давлениях подачи кислорода (2,5; 3 и 4 атм) и при давлении подачи жидкого пропана 6 атм. Начальная температура кислорода и жидкого пропана в системе питания 293 К. Продолжительность каждого испытания не превышала 2 с. В опытах регистрировали скорость и частоту вращения детонационных волн с помощью трех ионизационных зондов, установленных в стенке внешнего цилиндра кольцевой камеры сгорания. На фиг. 2 показана фотография сверхзвуковой реактивной струи продуктов детонации, истекающей из выходного сопла опытного образца (вариант 1). На фиг. 3 представлен пример измеренной зависимости частоты вращения детонационных волн в опыте с давлением подачи кислорода 3 атм. В этом опыте наблюдался режим с двумя самоподдерживающимися детонационными волнами, распространяющимися со скоростью D ~ 2200 м/с (средняя частота вращения ~30 кГц). Изменение давления подачи кислорода не влияло ни на скорость распространения самоподдерживающихся детонационных волн, ни на их количество. Использование другой инициирующей трубки приводило к изменению направления распространения самоподдерживающихся детонационных волн на обратное, что регистрировалось по последовательности срабатывания ионизационных зондов.
Приводим пример осуществления изобретения на опытном образце реактивного двигателя на жидком топливе (вариант 2), оснащенного регистрирующей аппаратурой. Кольцевая камера сгорания длиной 90 мм была образована двумя коаксиальными цилиндрами: внутренним цилиндром диаметром 40 мм и внешним цилиндром диаметром 46 мм. На входе в кольцевую камеру сгорания был установлен узел для подачи газообразного окислителя, представляющий собой полый кольцевой ресивер внешним диаметром 46 мм, внутренним диаметром 30 мм и длиной 50 мм, соединенный через обратный клапан с системой питания. В месте сочленения кольцевого ресивера с камерой сгорания на внутреннем цилиндре камеры сгорания было выполнено локальное сужение сечения в виде кольцевого пояса высотой 1 мм и шириной 2 мм со скругленными краями. На поверхности внутреннего цилиндра был расположен узел для подачи жидкого топлива в виде струй в камеру сгорания, представляющий собой систему из двух рядов (осевое расстояние между рядами 5 мм) равномерно распределенных радиальных отверстий диаметром 0,5 мм (по 18 отверстий в каждом ряду), смещенных по окружности на 10° по отношению друг к другу, а угол между осями всех отверстий и продольной осью камеры сгорания составлял 45°±2°. На выходе из кольцевой камеры сгорания размещали выходное сопло в виде конуса длиной 60 мм, прикрепленного к внутреннему цилиндру. На диаметрально противоположных сторонах боковой поверхности камеры сгорания под углом 45° к ее продольной оси были установлены две инициирующих трубки для инициирования непрерывно-детонационного режима горения с заданным направлением вращения детонационных волн, как показано на фиг. 16. В качестве топливных компонентов смеси в инициирующих трубках и в кольцевой камере сгорания использовали жидкий пропан и газообразный кислород.
Огневые испытания предлагаемого устройства проведены при трех давлениях подачи кислорода (2,5; 3 и 4 атм) и при давлении подачи жидкого пропана 6 атм. Начальная температура кислорода и жидкого пропана в системе питания 293 К. Продолжительность каждого испытания не превышала 2 с. В опытах регистрировали скорость и частоту вращения детонационных волн с помощью трех ионизационных зондов, установленных в стенке внешнего цилиндра кольцевой камеры сгорания. На фиг. 4 представлен пример измеренной зависимости частоты вращения детонационных волн в опыте с давлением подачи кислорода 3 атм. В этом опыте наблюдался режим с двумя самоподдерживающимися детонационными волнами, распространяющимися со скоростью D ~ 2200 м/с (средняя частота вращения ~30 кГц). Изменение давления подачи кислорода не влияло ни на скорость распространения самоподдерживающихся детонационных волн, ни на их количество. Использование другой инициирующей трубки приводило к изменению направления распространения самоподдерживающихся детонационных волн на обратное, что регистрировалось по последовательности срабатывания ионизационных зондов.
Приводим пример осуществления изобретения на опытном образце реактивного двигателя на жидком топливе (вариант 3), оснащенного регистрирующей аппаратурой. Кольцевая камера сгорания длиной 120 мм была образована двумя коаксиальными цилиндрами: внутренним цилиндром диаметром 40 мм и внешним цилиндром диаметром 46 мм. Начальный участок кольцевой камеры сгорания длиной 30 мм выполнял роль смесительной секции. На входе в кольцевую камеру сгорания был установлен узел для подачи газообразного окислителя, представляющий собой полый кольцевой ресивер внешним диаметром 46 мм, внутренним диаметром 30 мм и длиной 50 мм, соединенный через обратный клапан с системой питания. В месте сочленения кольцевого ресивера со смесительной секцией на внутреннем цилиндре смесительной секции было выполнено локальное сужение сечения в виде кольцевого пояса высотой 1 мм и шириной 2 мм со скругленными краями. На поверхности внутреннего цилиндра смесительной секции был расположен узел для подачи пристеночной пленки жидкого топлива, представляющий собой систему из 24 радиальных отверстий диаметром 1,5 мм, равномерно распределенных по окружности, над которыми соосно цилиндру была установлена тонкая цилиндрическая втулка внутренним диаметром 41 мм, формирующая на поверхности внутреннего цилиндра пристеночную топливную пленку начальной толщиной 0.5 мм. На поверхности внешнего цилиндра смесительной секции был расположен узел для подачи пристеночной пленки жидкого топлива в камеру сгорания, представляющий собой систему из 24 радиальных отверстий диаметром 1 ,5 мм, равномерно распределенных по окружности, над которыми соосно цилиндру была установлена тонкая цилиндрическая втулка внешним диаметром 45 мм и длиной 30 мм, формирующая пристеночную топливную пленку с начальной толщиной 0.5 мм на поверхности внешнего цилиндра камеры сгорания. На выходе из кольцевой камеры сгорания размещали выходное сопло в виде конуса длиной 60 мм, прикрепленного к внутреннему цилиндру. На диаметрально противоположных сторонах боковой поверхности камеры сгорания под углом 45° к ее продольной оси были установлены две инициирующих трубки для инициирования непрерывно-детонационного режима горения с заданным направлением вращения детонационных волн, как показано на фиг. 1в. В качестве топливных компонентов смеси в инициирующих трубках и в кольцевой камере сгорания использовали жидкий пропан и газообразный кислород.
Огневые испытания предлагаемого устройства проведены при трех давлениях подачи кислорода (2,5; 3 и 4 атм) и при давлении подачи жидкого пропана 6 атм. Начальная температура кислорода и жидкого пропана в системе питания 293 К. Продолжительность каждого испытания не превышала 2 с. В опытах регистрировали скорость и частоту вращения детонационных волн с помощью трех ионизационных зондов, установленных в стенке внешнего цилиндра кольцевой камеры сгорания. На фиг. 5 представлен пример измеренной зависимости частоты вращения детонационных волн в опыте с давлением подачи кислорода 3 атм. В этом опыте наблюдался режим с двумя самоподдерживающимися детонационными волнами, распространяющимися со скоростью D ~ 2300 м/с (средняя частота вращения ~32 кГц). Изменение давления подачи кислорода не влияло ни на скорость распространения самоподдерживающихся детонационных волн, ни на их количество. Использование другой инициирующей трубки приводило к изменению направления распространения самоподдерживающихся детонационных волн на обратное, что регистрировалось по последовательности срабатывания ионизационных зондов.
Приводим пример осуществления изобретения на опытном образце реактивного двигателя на жидком топливе (вариант 4), оснащенного регистрирующей аппаратурой. Кольцевая камера сгорания длиной 120 мм была образована двумя коаксиальными цилиндрами: внутренним цилиндром диаметром 40 мм и внешним цилиндром диаметром 46 мм. Начальный участок кольцевой камеры сгорания длиной 30 мм выполнял роль смесительной секции. На входе в кольцевую камеру сгорания был установлен узел для подачи газообразного окислителя, представляющий собой полый кольцевой ресивер внешним диаметром 46 мм, внутренним диаметром 30 мм и длиной 50 мм, соединенный через обратный клапан с системой питания. В месте сочленения кольцевого ресивера со смесительной секцией на внутреннем цилиндре смесительной секции было выполнено локальное сужение сечения в виде кольцевого пояса высотой 1 мм и шириной 2 мм со скругленными краями. На поверхности внутреннего цилиндра смесительной секции был расположен узел для подачи пристеночной пленки жидкого топлива, представляющий собой систему из 24 радиальных отверстий диаметром 1 ,5 мм, над которыми соосно цилиндру была установлена тонкая цилиндрическая втулка внутренним диаметром 41 мм, формирующая на поверхности внутреннего цилиндра пристеночную топливную пленку начальной толщиной 0.5 мм. На поверхности внешнего цилиндра в конце смесительной секции был расположен узел для подачи жидкого топлива в виде струй в камеру сгорания, представляющий собой систему из двух рядов (осевое расстояние между рядами 5 мм) равномерно распределенных радиальных отверстий диаметром 0,3 мм (по 18 отверстий в каждом ряду), смещенных по окружности на 10° по отношению друг к другу, а угол между осями всех отверстий и продольной осью камеры сгорания составлял 40°±2°. На выходе из кольцевой камеры сгорания размещали выходное сопло в виде конуса длиной 60 мм, прикрепленного к внутреннему цилиндру. На диаметрально противоположных сторонах боковой поверхности камеры сгорания под углом 45° к ее продольной оси были установлены две инициирующих трубки для инициирования непрерывно-детонационного режима горения с заданным направлением вращения детонационных волн, как показано на фиг. 1г. В качестве топливных компонентов смеси в инициирующих трубках и в кольцевой камере сгорания использовали жидкий пропан и газообразный кислород.
Огневые испытания предлагаемого устройства проведены при трех давлениях подачи кислорода (2,5; 3 и 4 атм) и при давлении подачи жидкого пропана 6 атм. Начальная температура кислорода и жидкого пропана в системе питания 293 К. Продолжительность каждого испытания не превышала одну секунду. В опытах регистрировали скорость и частоту вращения детонационных волн с помощью трех ионизационных зондов, установленных в стенке внешнего цилиндра кольцевой камеры сгорания. На фиг. 6 представлен пример измеренной зависимости частоты вращения детонационных волн в опыте с давлением подачи кислорода 3 атм. В этом опыте наблюдался режим с двумя самоподдерживающимися детонационными волнами, распространяющимися со скоростью D ~ 2350 м/с (средняя частота вращения ~33 кГц). Изменение давления подачи кислорода не влияло ни на скорость распространения самоподдерживающихся детонационных волн, ни на их количество. Использование другой инициирующей трубки приводило к изменению направления распространения самоподдерживающихся детонационных волн на обратное, что регистрировалось по последовательности срабатывания ионизационных зондов.
Таким образом, предложены способы и устройства для их реализации, обеспечивающие (1) получение горючей топливной смеси с фазовым и химическим составом, требуемым для непрерывно-детонационного горения без проскоков дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящих к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя; (2) надежное охлаждение элементов конструкции камеры сгорания; и (3) устойчивость непрерывно-детонационного горения в широком диапазоне определяющих параметров течения независимо от точности дозирования топлива.

Claims

Формула изобретения
Пункт 1. Способ организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе, включающий инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом, отличающийся тем, что жидкое топливо непрерывно подаётся в камеру сгорания в виде пристеночных пленок, а турбулентно- молекулярное смешение топлива с окислителем происходит благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания, а также благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, образующимися после перепуска инициирующей детонационной волны из инициирующей трубки и непрерывно циркулирующими над поверхностью пленок, заключающемуся в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания, а пристеночные пленки и микрокапли над их поверхностью создают активную тепловую защиту стенок камеры сгорания от перегрева благодаря их испарению, а также создают эффект шероховатости внутренних поверхностей камеры сгорания вследствие искривления межфазной границы при взаимодействии пленок с потоком окислителя, важный для увеличения интенсивности межфазных тепло- и массообменных процессов и для обеспечения устойчивости рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над поверхностью пленок. Пункт 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инициирующая детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси тем или иным источником зажигания и последующего перехода горения в детонацию, причем топливная смесь может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны.
Пункт 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для инициирования непрерывно-детонационного процесса в камере сгорания может использоваться одиночная инициирующая детонационная волна или серия инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве.
Пункт 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепуск инициирующей детонационной волны в камеру сгорания организован так, чтобы допускалось управление направлением вращения одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания при запуске рабочего процесса и при повторном запуске рабочего процесса при его срыве.
Пункт 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеру сгорания может подаваться один или несколько типов жидкого топлива;
Пункт 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача топлива в камеру сгорания в виде пристеночных пленок может быть организована через каналы и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях камеры сгорания.
Пункт 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что каналы и/или распределенные отверстия могут быть ориентированы как вдоль образующей камеры сгорания, так и под углом к ней.
Пункт 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что каналы и/или распределенные отверстия могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок. Пункт 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что жидкое топливо, подаваемое в виде пристеночных пленок в камеру сгорания через каналы и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех каналах и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Пункт 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в камеру сгорания через каналы и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковую начальную толщину для всех каналов и/или распределенных отверстий или разную начальную толщину;
Пункт 1 1. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача топлива в камеру сгорания в виде пристеночных пленок может быть организована через пористые участки на внутренних поверхностях камеры сгорания.
Пункт 12. Способ по п.П, отличающийся тем, что пористые участки могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок.
Пункт 13. Способ по п.П, отличающийся тем, что подача топлива через пористые участки на внутренних поверхностях камеры сгорания может быть организована таким образом, чтобы на поверхности пленки формировалась структура в виде шероховатой поверхности для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов.
Пункт 14. Способ по п.П, отличающийся тем, что жидкое топливо, подаваемое в виде пристеночных пленок в камеру сгорания через пористые участки, может иметь одинаковую начальную температуру для всех пористых участков или разную начальную температуру;
Пункт 15. Способ по п.П, отличающийся тем, что пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в камеру сгорания через пористые участки, могут иметь одинаковую толщину для всех пористых участков или разную толщину;
Пункт 16. Способ организации рабочего процесса в непрерывно- детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе, включающий инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом, отличающийся тем, что жидкое топливо непрерывно подаётся в камеру сгорания в виде струй на входе в камеру сгорания, а турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания происходит благодаря испарению капель, образованных при распыливании топливных струй, и вторичных пристеночных пленок, образованных в результате столкновения струй со стенками камеры сгорания, вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания, а также благодаря термомеханическому взаимодействию капель и вторичных пристеночных пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими в камере сгорания, заключающемуся в испарении и механическом разрушении капель и вторичных пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания формируется детонационноспособная двухфазная паро- газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания, а вторичные пристеночные пленки в камере сгорания создают активную тепловую защиту стенок благодаря их испарению, а также создают эффект шероховатости внутренних поверхностей камеры сгорания вследствие искривления межфазной границы при взаимодействии с потоком окислителя, важный для увеличения интенсивности межфазных тепло- и массообменных процессов и для обеспечения устойчивости рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от капель, гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью;
Пункт 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что инициирующая детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси тем или иным источником зажигания и последующего перехода горения в детонацию, причем топливная смесь может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Пункт 18. Способ по п.16, отличающийся тем, что для инициирования непрерывно-детонационного процесса в камере сгорания может использоваться одиночная инициирующая детонационная волна или серия инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве;
Пункт 19. Способ по п.16, отличающийся тем, что перепуск инициирующей детонационной волны в камеру сгорания организован так, чтобы допускалось управление направлением вращения одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания при запуске рабочего процесса и при повторном запуске рабочего процесса при его срыве;
Пункт 20. Способ по п.16, отличающийся тем, что в камеру сгорания может подаваться один или несколько типов жидкого топлива;
Пункт 21. Способ по п.16, отличающийся тем, что подача топлива в камеру сгорания в виде топливных струй может быть организована через щели и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях камеры сгорания;
Пункт 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй ориентированы таким образом, чтобы часть топлива оседала на внутренних поверхностях камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок;
Пункт 23. Способ по п.21, отличающийся тем, что щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся вторичная пристеночная пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок;
Пункт 24. Способ по п.21, отличающийся тем, что жидкое топливо, подаваемое в камеру сгорания в виде струй через щели и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех щелях и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Пункт 25. Способ по п.21, отличающийся тем, что струи жидкого топлива, подаваемые в камеру сгорания через щели и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковые характеристики распыла для всех щелей и/или распределенных отверстий или разные характеристики распыла;
Пункт 26. Способ организации рабочего процесса в непрерывно- детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе, включающий инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом, отличающийся тем, что организована распределенная подача жидкого топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию, расположенную на входе в камеру сгорания, и в камеру сгорания, так что смесеобразование происходит в две стадии: на первой стадии происходит частичное турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в смесительной секции благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями смесительной секции и благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с проникающими из камеры сгорания в смесительную секцию одной или несколькими косыми ударными волнами, движущимися в следе одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн, образующихся после перепуска инициирующей детонационной волны из инициирующей трубки и непрерывно циркулирующих в камере сгорания, причем термомеханическое взаимодействие пленок с одной или несколькими косыми ударными волнами в смесительной секции заключается в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в частичном испарении образовавшихся микрокапель, а образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь дополнительно увлекается в движение одной или несколькими косыми ударными волнами, приобретая тангенциальную составляющую скорости и тем самым, увеличивая время своего пребывания в смесительной секции, и, следовательно, обеспечивая необходимую для устойчивого распространения детонации в камере сгорания степень предварительного испарения жидкого топлива; а на второй стадии происходит турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания, а также благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими над их поверхностью, заключающемуся в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания, а пристеночные пленки и микрокапли над их поверхностью и в смесительной секции, и в камере сгорания создают активную тепловую защиту стенок благодаря их испарению, а также создают эффект шероховатости внутренних поверхностей смесительной секции и камеры сгорания вследствие искривления межфазной границы при взаимодействии пленок с потоком окислителя, важный для увеличения интенсивности межфазных тепло- и массообменных процессов и для обеспечения устойчивости рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью, причем пристеночные пленки в смесительной секции снижают интенсивность косых ударных волн вследствие процессов межфазного взаимодействия, тем самым ослабляя влияние косых ударных волн на течение окислителя во входной части смесительной секции, а подача топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию предотвращает проскоки дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящие к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя, вследствие незначительного испарения жидкого топлива с поверхности пленки перед косыми ударными волнами.
Пункт 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что инициирующая детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси тем или иным источником зажигания и последующего перехода горения в детонацию, причем топливная смесь может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны.
Пункт 28. Способ по п.26, отличающийся тем, что для инициирования непрерывно-детонационного процесса в камере сгорания может использоваться одиночная инициирующая детонационная волна или серия инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве.
Пункт 29. Способ по п.26, отличающийся тем, что перепуск инициирующей детонационной волны в камеру сгорания организован так, чтобы допускалось управление направлением вращения одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания при запуске рабочего процесса и при повторном запуске рабочего процесса при его срыве.
Пункт 30. Способ по п.26, отличающийся тем, что в смесительную секцию и/или в камеру сгорания может подаваться один или несколько типов жидкого топлива;
Пункт 31. Способ по п.26, отличающийся тем, что подача топлива в смесительную секцию и в камеру сгорания в виде пристеночных пленок может быть организована через каналы и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях смесительной секции и камеры сгорания.
Пункт 32. Способ по п.31, отличающийся тем, что каналы и/или распределенные отверстия могут быть ориентированы как вдоль образующей смесительной секции и/или камеры сгорания, так и под углом к ним.
Пункт 33. Способ по п.31, отличающийся тем, что каналы и/или распределенные отверстия могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности смесительной секции и/или камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции и/или камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок. Пункт 34. Способ по п.31, отличающийся тем, что жидкое топливо, подаваемое в виде пристеночных пленок в смесительную секцию и/или камеру сгорания через каналы и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех каналах и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Пункт 35. Способ по п.31, отличающийся тем, что пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в смесительную секцию и/или камеру сгорания через каналы и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковую начальную толщину для всех каналов и/или распределенных отверстий или разную начальную толщину;
Пункт 36. Способ по п.26, отличающийся тем, что подача топлива в смесительную секцию и/или в камеру сгорания в виде пристеночных пленок может быть организована через пористые участки на внутренних поверхностях смесительной секции и камеры сгорания.
Пункт 37. Способ по п.36, отличающийся тем, что пористые участки могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности смесительной секции и/или камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции и/или камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок.
Пункт 38. Способ по п.36, отличающийся тем, что подача топлива через пористые участки на внутренних поверхностях смесительной секции и/или камеры сгорания может быть организована таким образом, чтобы на поверхности пленки формировалась структура в виде шероховатой поверхности для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов.
Пункт 39. Способ по п.36, отличающийся тем, что жидкое топливо, подаваемое в виде пристеночных пленок в смесительную секцию и/или камеру сгорания через пористые участки, может иметь одинаковую начальную температуру для всех пористых участках или разную начальную температуру;
Пункт 40. Способ по п.36, отличающийся тем, что пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в смесительную секцию и/или камеру сгорания через пористые участки, могут иметь одинаковую толщину для всех пористых участков или разную толщину;
Пункт 41. Способ организации рабочего процесса в непрерывно- детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе, включающий инициирование непрерывно-детонационного горения топливной смеси в проточной кольцевой камере сгорания с гладкими стенками с помощью инициатора детонации и создание высокоскоростной реактивной струи продуктов детонации при помощи выходного сопла с центральным телом, отличающийся тем, что организована распределенная подача жидкого топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию, расположенную на входе в камеру сгорания, и в виде струй на входе в камеру сгорания, так что смесеобразование происходит в две стадии: на первой стадии происходит частичное турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в смесительной секции благодаря испарению пленок вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями смесительной секции и благодаря термомеханическому взаимодействию пленок с проникающими из камеры сгорания в смесительную секцию одной или несколькими косыми ударными волнами, движущимися в следе одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн, образующихся после перепуска инициирующей детонационной волны из инициирующей трубки и непрерывно циркулирующих в камере сгорания, причем термомеханическое взаимодействие пленок с одной или несколькими косыми ударными волнами в смесительной секции заключается в испарении и механическом разрушении пленок с образованием капельной газовзвеси и в частичном испарении образовавшихся микрокапель, а образованная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь дополнительно увлекается в движение одной или несколькими косыми ударными волнами, приобретая тангенциальную составляющую скорости и тем самым, увеличивая время своего пребывания в смесительной секции, и, следовательно, обеспечивая необходимую для устойчивого распространения детонации в камере сгорания степень предварительного испарения жидкого топлива; а на второй стадии происходит турбулентно-молекулярное смешение топлива с окислителем в камере сгорания благодаря испарению капель, образованных при распыливании топливных струй, и вторичных пристеночных пленок, образованных в результате столкновения струй со стенками камеры сгорания, вследствие взаимодействия с потоком окислителя и с горячими поверхностями камеры сгорания, а также благодаря термомеханическому взаимодействию капель и вторичных пристеночных пленок с одной или несколькими самоподдерживающимися детонационными волнами, непрерывно циркулирующими в камере сгорания, заключающемуся в испарении и механическом разрушении капель и вторичных пленок с образованием капельной газовзвеси и в испарении образовавшихся микрокапель, а в результате такого смешения в камере сгорания формируется детонационноспособная двухфазная паро-газо-капельная топливная смесь, обеспечивающая непрерывно-детонационное горение в камере сгорания, а пристеночные пленки и в смесительной секции, и в камере сгорания создают активную тепловую защиту стенок благодаря их испарению, а также создают эффект шероховатости внутренних поверхностей смесительной секции и камеры сгорания вследствие искривления межфазной границы при взаимодействии с потоком окислителя, важный для увеличения интенсивности межфазных тепло- и массообменных процессов и для обеспечения устойчивости рабочего процесса к возмущениям течения или к случайным возмущениям параметров в сопряженных системах или в окружающей среде благодаря образованию регулярных горячих точек при торможении высокоскоростного газового потока за самоподдерживающимися детонационными волнами на гребнях шероховатости на поверхности плёнок и на микрокаплях над поверхностью пленок и при отражении ударных волн, сопутствующих распространению самоподдерживающихся детонационных волн, от капель, гребней шероховатости на поверхности плёнок и от микрокапель над их поверхностью, причем пристеночные пленки в смесительной секции снижают интенсивность косых ударных волн вследствие процессов межфазного взаимодействия, тем самым ослабляя влияние косых ударных волн на течение окислителя во входной части смесительной секции, а подача топлива в виде пристеночных пленок в смесительную секцию предотвращает проскоки дефлаграции и/или детонации вверх по потоку, приводящие к нарушению работы систем подачи топлива и окислителя, вследствие незначительного испарения жидкого топлива с поверхности пленки перед косыми ударными волнами.
Пункт 42. Способ по п.41, отличающийся тем, что инициирующая детонационная волна в инициирующей трубке образуется в результате поджига топливной смеси тем или иным источником зажигания и последующего перехода горения в детонацию, причем топливная смесь может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны.
Пункт 43. Способ по п.41, отличающийся тем, что для инициирования непрерывно-детонационного процесса в камере сгорания может использоваться одиночная инициирующая детонационная волна или серия инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве.
Пункт 44. Способ по п.41 , отличающийся тем, что перепуск инициирующей детонационной волны в камеру сгорания организован так, чтобы допускалось управление направлением вращения одной или нескольких самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания при запуске рабочего процесса и при повторном запуске рабочего процесса при его срыве.
Пункт 45. Способ по п.41, отличающийся тем, что в смесительную секцию и/или в камеру сгорания может подаваться один или несколько типов жидкого топлива;
Пункт 46. Способ по п.41, отличающийся тем, что подача топлива в смесительную секцию в виде пристеночных пленок может быть организована через каналы и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях смесительной секции.
Пункт 47. Способ по п.46, отличающийся тем, что каналы и/или распределенные отверстия могут быть ориентированы как вдоль образующей смесительной секции, так и под углом к ней.
Пункт 48. Способ по п.46, отличающийся тем, что каналы и/или распределенные отверстия могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности смесительной секции или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок.
Пункт 49. Способ по п.46, отличающийся тем, что жидкое топливо, подаваемое в смесительную секцию в виде пристеночных пленок через каналы и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех каналах и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Пункт 50. Способ по п.46, отличающийся тем, что пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в смесительную секцию через каналы и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковую начальную толщину для всех каналов и/или распределенных отверстий или разную начальную толщину;
Пункт 51. Способ по п.41, отличающийся тем, что подача топлива в смесительную секцию в виде пристеночных пленок может быть организована через пористые участки на внутренних поверхностях смесительной секции.
Пункт 52. Способ по п.51, отличающийся тем, что пористые участки могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся пленка покрывала все внутренние поверхности смесительной секции или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции существовали участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок.
Пункт 53. Способ по п.51, отличающийся тем, что подача топлива через пористые участки на внутренних поверхностях смесительной секции может быть организована таким образом, чтобы на поверхности пленки формировалась структура в виде шероховатой поверхности для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов.
Пункт 54. Способ по п.51, отличающийся тем, что жидкое топливо, подаваемое в смесительную секцию в виде пристеночных пленок через пористые участки, может иметь одинаковую начальную температуру для всех пористых участков или разную начальную температуру;
Пункт 55. Способ по п.51, отличающийся тем, что пристеночные пленки жидкого топлива, подаваемые в смесительную секцию через пористые участки, могут иметь одинаковую толщину для всех пористых участков или разную толщину;
Пункт 56. Способ по п.41, отличающийся тем, что подача топлива в камеру сгорания в виде топливных струй может быть организована через щели и/или распределенные отверстия на внутренних поверхностях камеры сгорания.
Пункт 57. Способ по п.56, отличающийся тем, что щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй ориентированы таким образом, чтобы часть топлива оседала на внутренних поверхностях камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок.
Пункт 58. Способ по п.56, отличающийся тем, что щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй могут быть расположены таким образом, чтобы образующаяся вторичная пристеночная пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались для усиления эффекта шероховатости поверхности и для дополнительной интенсификации тепло- и массообменных процессов за счет эффекта растекания пленок.
Пункт 59. Способ по п.56, отличающийся тем, что жидкое топливо, подаваемое в камеру сгорания в виде струй через щели и/или распределенные отверстия, может иметь одинаковую начальную температуру во всех щелях и/или распределенных отверстиях или разную начальную температуру;
Пункт 60. Способ по п.56, отличающийся тем, что струи жидкого топлива, подаваемые в камеру сгорания через щели и/или распределенные отверстия могут иметь одинаковые характеристики распыла для всех щелей и/или распределенных отверстий или разные характеристики распыла;
Пункт 61. Устройство для осуществления способа организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе, включающее проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации и выходное сопло с центральным телом, отличающееся тем, что камера сгорания содержит узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных пленок и узел для подачи окислителя, причём узлы для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок и для подачи окислителя расположены таким образом, чтобы в процессе работы устройства пристеночные пленки предпочтительно покрывали всю внутреннюю поверхность камеры сгорания, обеспечивая активную тепловую защиту стенок камеры сгорания от перегрева и создавая эффект шероховатости внутренних поверхностей камеры сгорания, а в качестве инициатора детонации используются одна или несколько инициирующих трубок с источниками зажигания, сообщающихся с камерой сгорания через перепускные отверстия. Пункт 62. Устройство по п.61 , отличающееся тем, что инициирующая трубка представляет собой любое известное устройство, обеспечивающее генерацию инициирующей детонационной волны в результате перехода горения в детонацию, причем топливная смесь в инициирующей трубке может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны.
Пункт 63. Устройство по п.61, отличающееся тем, что инициирующая трубка может генерировать как одиночную инициирующую детонационную волну, так и серию инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве.
Пункт 64. Устройство по п.61 , отличающееся тем, что инициирующая трубка присоединена к камере сгорания так, что струя продуктов детонации за инициирующей детонационной волной входит в камеру сгорания по винтовой линии вверх или вниз по потоку окислителя, причем угол подъёма винтовой линии не превышает 45°, а направление вращения винтовой линии определяет направление вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания, а для управления направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания используется не менее двух инициирующих трубок с разным направлением вращения винтовой линии.
Пункт 65. Устройство по п.61, отличающееся тем, что перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с кольцевой камерой сгорания, могут быть расположены на одной или на обеих внутренних боковых поверхностях кольцевого зазора и/или интегрированы в узел для подачи окислителя, и/или интегрированы в узел для подачи топлива в виде пристеночных пленок.
Пункт 66. Устройство по п.65, отличающееся тем, что перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с камерой сгорания, могут быть расположены либо в одном поперечном сечении камеры сгорания, либо в разных поперечных сечениях камеры сгорания.
Пункт 67. Устройство по п.61, отличающееся тем, что узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок выполнен в виде каналов и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях камеры сгорания, причем каналы и/или распределенные отверстия ориентированы либо вдоль образующей камеры сгорания, либо под углом к ней, а их взаимное расположение таково, что образующаяся пленка покрывает либо всю внутреннюю поверхность камеры сгорания, либо ее части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались.
Пункт 68. Устройство по п.67, отличающееся тем, что площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Пункт 69. Устройство по п.67, отличающееся тем, что давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через каналы и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех каналов и/или распределенных отверстий или разными;
Пункт 70. Устройство по п.61, отличающееся тем, что узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок выполнен в виде пористых участков на внутренних поверхностях камеры сгорания, причем взаимное расположение пористых участков таково, что образующаяся пленка покрывает либо всю внутреннюю поверхность камеры сгорания, либо ее части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались, а скорость подачи топлива через пористые участки такова, что на поверхности пленки формируется структура в виде шероховатой поверхности.
Пункт 71. Устройство по п.70, отличающееся тем, что проницаемость всех пористых участков может быть одинаковой или разной, причем разная проницаемость пористых участков предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Пункт 72. Устройство по п.70, отличающееся тем, что давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через пористые участки и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех пористых участков или разными;
Пункт 73. Устройство по п.61, отличающееся тем, что узел для подачи окислителя выполнен в виде кольцевого канала предпочтительно с локальным сужением сечения в месте сочленения с камерой сгорания. Пункт 74. Устройство для осуществления способа организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе, включающее проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации и выходное сопло с центральным телом, отличающееся тем, что камера сгорания содержит блок топливных форсунок для подачи жидкого топлива в виде струй, ориентированных таким образом, чтобы часть топлива оседала на внутренних поверхностях камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок, покрывающих внутренние поверхности камеры сгорания, и узел для подачи окислителя, расположенный на входе в камеру сгорания, а в качестве инициатора детонации используются одна или несколько инициирующих трубок с источниками зажигания, сообщающихся с камерой сгорания через перепускные отверстия;
Пункт 75. Устройство по п.74, отличающееся тем, что инициирующая трубка представляет собой любое известное устройство, обеспечивающее генерацию инициирующей детонационной волны в результате перехода горения в детонацию, причем топливная смесь в инициирующей трубке может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны;
Пункт 76. Устройство по п.74, отличающееся тем, что инициирующая трубка может генерировать как одиночную инициирующую детонационную волну, так и серию инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве;
Пункт 77. Устройство по п.74, отличающееся тем, что инициирующая трубка присоединена к камере сгорания так, что струя продуктов детонации за инициирующей детонационной волной входит в камеру сгорания по винтовой линии вверх или вниз по потоку окислителя, причем угол подъёма винтовой линии не превышает 45°, а направление вращения винтовой линии определяет направление вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания, а для управления направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания используется не менее двух инициирующих трубок с разным направлением вращения винтовой линии; Пункт 78. Устройство по п.74, отличающееся тем, что перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с кольцевой камерой сгорания могут быть расположены на одной или на обеих внутренних боковых поверхностях камеры сгорания и/или на внутренних поверхностях смесительной секции и/или интегрированы в узел для подачи окислителя, и/или интегрированы в узел для подачи топлива в виде пристеночных пленок, и/или интегрированы в блок топливных форсунок для подачи жидкого топлива в виде струй;
Пункт 79. Устройство по п.78, отличающееся тем, что перепускные отверстия могут быть расположены либо в одном поперечном сечении камеры сгорания, либо в разных поперечных сечениях камеры сгорания;
Пункт 80. Устройство по п.74, отличающееся тем, что блок топливных форсунок выполнен в виде щелей и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях камеры сгорания, причем щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй расположены таким образом, чтобы образующаяся вторичная пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались;
Пункт 81. Устройство по п.80, отличающееся тем, что площадь проходного сечения всех щелей и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Пункт 82. Устройство по п.80, отличающееся тем, что давление подачи жидкого топлива в виде струй через щели и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех щелей и/или распределенных отверстий или разными;
Пункт 83. Устройство по п.74, отличающееся тем, что узел для подачи окислителя выполнен в виде кольцевого канала предпочтительно с локальным сужением сечения в месте сочленения со смесительной секцией;
Пункт 84. Устройство для осуществления способа организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе, включающее проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации и выходное сопло с центральным телом, отличающееся тем, что камера сгорания содержит узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных пленок, на входе в камеру сгорания расположена смесительная секция, содержащая узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных пленок и узел для подачи окислителя, причём узлы для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок и в камере сгорания, и в смесительной секции расположены таким образом, чтобы в процессе работы устройства пристеночные пленки предпочтительно покрывали всю внутреннюю поверхность смесительной секции и внутреннюю поверхность камеры сгорания, обеспечивая активную тепловую защиту стенок смесительной секции и камеры сгорания от перегрева, создавая эффект шероховатости внутренних поверхностей и ослабляя влияние косой ударной волны на течение окислителя во входной части смесительной секции, а в качестве инициатора детонации используются одна или несколько инициирующих трубок с источниками зажигания, сообщающихся с камерой сгорания и/или со смесительной секцией через перепускные отверстия.
Пункт 85. Устройство по п.84, отличающееся тем, что инициирующая трубка представляет собой любое известное устройство, обеспечивающее генерацию инициирующей детонационной волны в результате перехода горения в детонацию, причем топливная смесь в инициирующей трубке может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны.
Пункт 86. Устройство по п.84, отличающееся тем, что инициирующая трубка может генерировать как одиночную инициирующую детонационную волну, так и серию инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве.
Пункт 87. Устройство по п.84, отличающееся тем, что инициирующая трубка присоединена к камере сгорания и/или к смесительной секции так, что струя продуктов детонации за инициирующей детонационной волной входит в камеру сгорания по винтовой линии вверх или вниз по потоку окислителя, причем угол подъёма винтовой линии не превышает 45°, а направление вращения винтовой линии определяет направление вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания, а для управления направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания используется не менее двух инициирующих трубок с разным направлением вращения винтовой линии.
Пункт 88. Устройство по п.84, отличающееся тем, что перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с кольцевой камерой сгорания и/или со смесительной секцией могут быть расположены на одной или на обеих внутренних боковых поверхностях камеры сгорания и/или на внутренних поверхностях смесительной секции и/или интегрированы в узел для подачи окислителя, и/или интегрированы в узлы для подачи топлива в виде пристеночных пленок.
Пункт 89. Устройство по п.88, отличающееся тем, что перепускные отверстия могут быть расположены либо в одном поперечном сечении камеры сгорания и/или смесительной секции, либо в разных поперечных сечениях камеры сгорания и/или смесительной секции.
Пункт 90. Устройство по п.84, отличающееся тем, что узлы для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в смесительной секции и в камере сгорания выполнены в виде каналов и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях смесительной секции и камеры сгорания, причем каналы и/или распределенные отверстия ориентированы либо вдоль образующей камеры сгорания и/или смесительной секции, либо под углом к ней, а их взаимное расположение таково, что образующиеся пленки покрывают либо все внутренние поверхности камеры сгорания и/или смесительной секции, либо их части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания и/или смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались.
Пункт 91. Устройство по п.90, отличающееся тем, что площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Пункт 92. Устройство по п.90, отличающееся тем, что давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через каналы и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех каналов и/или распределенных отверстий или разными;
Пункт 93. Устройство по п.84, отличающееся тем, что узлы для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок выполнены в виде пористых участков на внутренних поверхностях камеры сгорания и/или смесительной секции, причем взаимное расположение пористых участков таково, что образующаяся пленка покрывает либо все внутренние поверхности камеры сгорания и/или смесительной секции, либо их части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания и/или смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались, а скорость подачи топлива через пористые участки такова, что на поверхности пленки формируется структура в виде шероховатой поверхности.
Пункт 94. Устройство по п.93, отличающееся тем, что проницаемость всех пористых участков может быть одинаковой или разной, причем разная проницаемость пористых участков предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Пункт 95. Устройство по п.93, отличающееся тем, что давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через пористые участки и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех пористых участков или разными;
Пункт 96. Устройство по п.84, отличающееся тем, что узел для подачи окислителя выполнен в виде кольцевого канала предпочтительно с локальным сужением сечения в месте сочленения со смесительной секцией.
Пункт 97. Устройство для осуществления способа организации рабочего процесса в непрерывно-детонационной камере сгорания реактивного двигателя на жидком топливе, включающее проточную кольцевую камеру сгорания с гладкими стенками, инициатор детонации и выходное сопло с центральным телом, отличающееся тем, что камера сгорания содержит блок топливных форсунок для подачи жидкого топлива в виде струй, на входе в камеру сгорания расположена смесительная секция, содержащая узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных пленок и узел для подачи окислителя, причём узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в смесительной секции расположен таким образом, чтобы в процессе работы устройства пристеночные пленки предпочтительно покрывали все внутренние поверхности смесительной секции, обеспечивая активную тепловую защиту стенок смесительной секции от перегрева, создавая эффект шероховатости внутренних поверхностей и ослабляя влияние косой ударной волны на течение окислителя во входной части смесительной секции, а в качестве инициатора детонации используются одна или несколько инициирующих трубок с источниками зажигания, сообщающихся с камерой сгорания и/или со смесительной секцией через перепускные отверстия.
Пункт 98. Устройство по п.97, отличающееся тем, что инициирующая трубка представляет собой любое известное устройство, обеспечивающее генерацию инициирующей детонационной волны в результате перехода горения в детонацию, причем топливная смесь в инициирующей трубке может состоять из тех же топливных компонентов, что и в камере сгорания, или из других топливных компонентов, обеспечивающих надежное образование инициирующей детонационной волны.
Пункт 99. Устройство по п.97, отличающееся тем, что инициирующая трубка может генерировать как одиночную инициирующую детонационную волну, так и серию инициирующих детонационных волн, причем инициирующие детонационные волны используются как для запуска рабочего процесса, так и для повторного запуска рабочего процесса при его срыве.
Пункт 100. Устройство по п.97, отличающееся тем, что инициирующая трубка присоединена к камере сгорания и/или к смесительной секции так, что струя продуктов детонации за инициирующей детонационной волной входит в камеру сгорания по винтовой линии вверх или вниз по потоку окислителя, причем угол подъёма винтовой линии не превышает 45°, а направление вращения винтовой линии определяет направление вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания, а для управления направлением вращения самоподдерживающихся детонационных волн в камере сгорания используется не менее двух инициирующих трубок с разным направлением вращения винтовой линии.
Пункт 101. Устройство по п.97, отличающееся тем, что перепускные отверстия, сообщающие инициирующие трубки с кольцевой камерой сгорания и/или со смесительной секцией могут быть расположены на одной или на обеих внутренних боковых поверхностях камеры сгорания и/или на внутренних поверхностях смесительной секции и/или интегрированы в узел для подачи окислителя, и/или интегрированы в узел для подачи топлива в виде пристеночных пленок, и/или интегрированы в блок топливных форсунок для подачи жидкого топлива в виде струй.
Пункт 102. Устройство по п.101, отличающееся тем, что перепускные отверстия могут быть расположены либо в одном поперечном сечении камеры сгорания и/или смесительной секции, либо в разных поперечных сечениях камеры сгорания и/или смесительной секции.
Пункт 103. Устройство по п.97, отличающееся тем, что узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок в смесительной секции выполнен в виде каналов и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях смесительной секции, причем каналы и/или распределенные отверстия ориентированы либо вдоль образующей смесительной секции, либо под углом к ней, а их взаимное расположение таково, что образующиеся пленки покрывают либо все внутренние поверхности смесительной секции, либо их части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались.
Пункт 104. Устройство по п.103, отличающееся тем, что площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения каналов и/или распределенных отверстий предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Пункт 105. Устройство по п.103, отличающееся тем, что давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через каналы и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех каналов и/или распределенных отверстий или разными;
Пункт 106. Устройство по п.97, отличающееся тем, что узел для подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок выполнен в виде пористых участков на внутренних поверхностях смесительной секции, причем взаимное расположение пористых участков таково, что образующаяся пленка покрывает либо все внутренние поверхности смесительной секции, либо их части таким образом, чтобы на внутренних поверхностях смесительной секции участки с пленкой и без пленки чередовались, а скорость подачи топлива через пористые участки такова, что на поверхности пленки формируется структура в виде шероховатой поверхности.
Пункт 107. Устройство по п.106, отличающееся тем, что проницаемость всех пористых участков может быть одинаковой или разной, причем разная проницаемость пористых участков предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива; Пункт 108. Устройство по п.106, отличающееся тем, что давление подачи жидкого топлива в виде пристеночных плёнок через пористые участки и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех пористых участков или разными;
Пункт 109. Устройство по п.97, отличающееся тем, что блок топливных форсунок выполнен в виде щелей и/или распределенных отверстий на внутренних поверхностях камеры сгорания, ориентированных таким образом, чтобы часть топлива оседала на внутренних поверхностях камеры сгорания с образованием вторичных пристеночных пленок, покрывающих внутренние поверхности камеры сгорания; причем щели и/или распределенные отверстия для подачи топлива в виде струй расположены таким образом, чтобы образующаяся вторичная пленка покрывала все внутренние поверхности камеры сгорания или таким образом, чтобы на внутренних поверхностях камеры сгорания участки с пленкой и без пленки чередовались
Пункт 1 10. Устройство по п.109, отличающееся тем, что площадь проходного сечения всех щелей и/или распределенных отверстий может быть одинаковой или разной, причем разная площадь проходного сечения предпочтительна при одновременном использовании разных типов жидкого топлива;
Пункт 111. Устройство по п.109, отличающееся тем, что давление подачи жидкого топлива в виде струй через щели и/или распределенные отверстия и температура жидкого топлива могут быть одинаковыми для всех щелей и/или распределенных отверстий или разными;
Пункт 112. Устройство по п.97, отличающееся тем, что узел для подачи окислителя выполнен в виде кольцевого канала предпочтительно с локальным сужением сечения в месте сочленения со смесительной секцией.
PCT/RU2014/000779 2014-10-16 2014-10-16 Устройство и способ организации рабочего процесса реактивного двигателя Ceased WO2016060581A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000779 WO2016060581A1 (ru) 2014-10-16 2014-10-16 Устройство и способ организации рабочего процесса реактивного двигателя

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000779 WO2016060581A1 (ru) 2014-10-16 2014-10-16 Устройство и способ организации рабочего процесса реактивного двигателя

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016060581A1 true WO2016060581A1 (ru) 2016-04-21

Family

ID=55747004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000779 Ceased WO2016060581A1 (ru) 2014-10-16 2014-10-16 Устройство и способ организации рабочего процесса реактивного двигателя

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016060581A1 (ru)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107514319A (zh) * 2016-06-18 2017-12-26 蒋步群 喷气式发动机增速液
RU2674172C1 (ru) * 2017-07-11 2018-12-05 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Турбореактивный двигатель и способ его работы
RU2724557C1 (ru) * 2019-06-21 2020-06-23 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя и устройство для его реализации
RU2724558C1 (ru) * 2019-06-21 2020-06-23 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ и устройство организации периодической работы непрерывно-детонационной камеры сгорания
RU2735880C1 (ru) * 2019-12-25 2020-11-09 Владимир Михайлович Криловецкий Способ применения газовоздушного термодинамического цикла для повышения КПД малогабаритного турбодвигателя
US10969107B2 (en) 2017-09-15 2021-04-06 General Electric Company Turbine engine assembly including a rotating detonation combustor
CN113513429A (zh) * 2021-04-16 2021-10-19 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 能实现切向不稳定燃烧与连续旋转爆震的发动机及方法
CN113987694A (zh) * 2021-09-17 2022-01-28 南京航空航天大学 一种基于空间推进算法的旋转爆震发动机流场参数分布预测方法
CN114810417A (zh) * 2022-05-13 2022-07-29 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种全旋转爆震模态火箭-冲压组合发动机及运行方法
CN114962065A (zh) * 2022-04-06 2022-08-30 中国人民解放军空军工程大学 一种带中心锥体的新型激波聚焦起爆装置及操作方法
CN115059547A (zh) * 2022-08-19 2022-09-16 清航空天(北京)科技有限公司 一种涡喷发动机及其快速启动装置
CN116104665A (zh) * 2021-11-09 2023-05-12 北京动力机械研究所 一种组合爆震发动机、飞行器及组合爆震方法
CN118066036A (zh) * 2024-04-19 2024-05-24 北京大学 一种液相煤油空筒式连续爆轰发动机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2135809C1 (ru) * 1998-02-03 1999-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр им.М.В.Келдыша" Способ завесного охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя и устройство для его реализации (варианты)
US20100050592A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Board Of Regents, The University Of Texas System Continuous Detonation Wave Engine
RU2383761C1 (ru) * 2008-07-08 2010-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Термосиловая стойка тракта рабочего тела силовой установки

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2135809C1 (ru) * 1998-02-03 1999-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр им.М.В.Келдыша" Способ завесного охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя и устройство для его реализации (варианты)
RU2383761C1 (ru) * 2008-07-08 2010-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Термосиловая стойка тракта рабочего тела силовой установки
US20100050592A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Board Of Regents, The University Of Texas System Continuous Detonation Wave Engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E.M.BRAUN ET AL.: "«Testing of a Continuous Detonation Wave Engine with Swirled Injection»", AIAA 2010-146, C.4, 5 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107514319A (zh) * 2016-06-18 2017-12-26 蒋步群 喷气式发动机增速液
RU2674172C1 (ru) * 2017-07-11 2018-12-05 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Турбореактивный двигатель и способ его работы
US10969107B2 (en) 2017-09-15 2021-04-06 General Electric Company Turbine engine assembly including a rotating detonation combustor
US12092336B2 (en) 2017-09-15 2024-09-17 General Electric Company Turbine engine assembly including a rotating detonation combustor
RU2724557C1 (ru) * 2019-06-21 2020-06-23 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя и устройство для его реализации
RU2724558C1 (ru) * 2019-06-21 2020-06-23 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ и устройство организации периодической работы непрерывно-детонационной камеры сгорания
RU2735880C1 (ru) * 2019-12-25 2020-11-09 Владимир Михайлович Криловецкий Способ применения газовоздушного термодинамического цикла для повышения КПД малогабаритного турбодвигателя
CN113513429B (zh) * 2021-04-16 2022-03-11 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 能实现切向不稳定燃烧与连续旋转爆震的发动机及方法
CN113513429A (zh) * 2021-04-16 2021-10-19 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 能实现切向不稳定燃烧与连续旋转爆震的发动机及方法
CN113987694A (zh) * 2021-09-17 2022-01-28 南京航空航天大学 一种基于空间推进算法的旋转爆震发动机流场参数分布预测方法
CN116104665A (zh) * 2021-11-09 2023-05-12 北京动力机械研究所 一种组合爆震发动机、飞行器及组合爆震方法
CN114962065A (zh) * 2022-04-06 2022-08-30 中国人民解放军空军工程大学 一种带中心锥体的新型激波聚焦起爆装置及操作方法
CN114810417A (zh) * 2022-05-13 2022-07-29 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种全旋转爆震模态火箭-冲压组合发动机及运行方法
CN114810417B (zh) * 2022-05-13 2023-09-26 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种全旋转爆震模态火箭-冲压组合发动机及运行方法
CN115059547A (zh) * 2022-08-19 2022-09-16 清航空天(北京)科技有限公司 一种涡喷发动机及其快速启动装置
CN115059547B (zh) * 2022-08-19 2022-11-08 清航空天(北京)科技有限公司 一种涡喷发动机及其快速启动装置
CN118066036A (zh) * 2024-04-19 2024-05-24 北京大学 一种液相煤油空筒式连续爆轰发动机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016060581A1 (ru) Устройство и способ организации рабочего процесса реактивного двигателя
RU2605162C2 (ru) Прямоточный воздушно-реактивный двигатель, включающий детонационную камеру, и летательный аппарат, содержащий такой двигатель
US7739867B2 (en) Compact, low pressure-drop shock-driven combustor
Yokoo et al. Experimental study of internal flow structures in cylindrical rotating detonation engines
Yang et al. Experimental research on initiation characteristics of a rotating detonation engine
US9476399B1 (en) Glow plug type acoustic resonance igniter
US10060618B2 (en) Pressure-gain combustion apparatus and method
US7966803B2 (en) Pulse detonation combustor with folded flow path
US8161725B2 (en) Compact cyclone combustion torch igniter
Li et al. Experimental study on detonation characteristics of liquid kerosene/air rotating detonation engine
US8966879B1 (en) Acoustic igniter
US7669406B2 (en) Compact, low pressure-drop shock-driven combustor and rocket booster, pulse detonation based supersonic propulsion system employing the same
Frolov Liquid-fueled, air-breathing pulse detonation engine demonstrator: Operation principles and performance
CN113309635B (zh) 固液混合发动机多次启动点火器及方法
US20070180814A1 (en) Direct liquid fuel injection and ignition for a pulse detonation combustor
CN104265506B (zh) 脉冲爆震发动机
CN103899435A (zh) 一种组合式脉冲爆震发动机爆震室
RU2459150C2 (ru) Способ детонационного сжигания горючих смесей и устройство для его осуществления
US11994090B2 (en) Pulse detonation jet engine
RU2595004C9 (ru) Способ детонационного сжигания топливных смесей и устройство для его осуществления
US20220252004A1 (en) Radial pre-detonator
RU2724069C1 (ru) Ракетный двигатель малой тяги на несамовоспламеняющихся жидком горючем и газообразном окислителе
RU2490491C1 (ru) Устройство для импульсного зажигания горючей смеси
WO2016018171A1 (ru) Способ детонационного сжигания топливных смесей и устройство для его осуществления
Lu et al. Development of a large pulse detonation engine demonstrator

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14904211

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14904211

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205 DATED 14.11.2017)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14904211

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1