RU2053445C1

RU2053445C1 - Ultrasonic igniter

Info

Publication number: RU2053445C1
Authority: RU
Inventors: И.Н. Лебедев; Ю.С. Архипов
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: electromechanical engineering. SUBSTANCE: ultrasonic igniter has body 2 in the form of elliptical concentrator with gas-jet radiator secured in one of its focuses. Transfer resonance tube 5 with holes for admitting fuel components is placed in other focus of concentrator 2. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к любой отрасли промышленности, использующей несамовоспламеняющиеся газообразные или газожидкостные топлива, и может быть использовано для организации их воспламенения, а также реакции разложения монотоплива. The invention relates to any industry using non-combustible gaseous or gas-liquid fuels, and can be used to organize their ignition, as well as the decomposition of mono-fuel.

Известны ракетные двигатели, работающие на несамовоспламеняющихся газообразных компонентах, например на газообразных кислороде и водороде, запуск которых осуществляется с помощью катализатора (см. отчет NASA N CR-120859, т. 1, 1973). Known rocket engines operating on non-combustible gaseous components, such as gaseous oxygen and hydrogen, which are launched using a catalyst (see NASA report N CR-120859, t. 1, 1973).

Для конструкции подобных двигателей характерны задержки воспламенения, низкая технологичность и большая стоимость. Указанные недостатки устранены в двигателях, зажигание в которых осуществляется с помощью устройств с акустическим излучателем. The design of such engines is characterized by ignition delays, low processability and high cost. These disadvantages are eliminated in engines, the ignition of which is carried out using devices with an acoustic emitter.

Известная двухкомпонентная форсунка, которая имеет эллиптический концентратор, в одном из фокусов которого расположен газоструйный излучатель Гартмана, а во втором огневое днище с пористым поглотителем в центре. Акустические колебания генерируются потоком протекающего через излучатель газообразного компонента топлива, а поглощаются пористым поглотителем, вызывая его разогрев. Подача второго компонента на поверхность поглотителя обеспечивает воспламенение топливной смеси. A well-known two-component nozzle, which has an elliptical concentrator, in one of the foci of which is a Hartmann gas-jet emitter, and in the second there is a fire bottom with a porous absorber in the center. Acoustic vibrations are generated by the flow of the gaseous component of the fuel flowing through the emitter, and are absorbed by the porous absorber, causing it to heat up. The supply of the second component to the surface of the absorber provides ignition of the fuel mixture.

КПД данного устройства в основном зависит от КПД газоструйного излучателя (энергии генерируемых потоком акустических колебаний) и КПД поглотителя (количества поглощенной акустической энергии). В поглотителе практически невозможно обеспечить полное поглощение энергии акустических колебаний, что снижает быстродействие запуска двигателя и, кроме того, он работает в сложных теплонапряженных условиях, что снижает надежность работы всего изделия. Инерционность процессов теплопередачи в области пористого поглотителя также снижает быстродействие запуска двигателя. The efficiency of this device mainly depends on the efficiency of the gas-jet emitter (energy generated by the flow of acoustic waves) and the efficiency of the absorber (amount of absorbed acoustic energy). In the absorber, it is practically impossible to ensure the complete absorption of acoustic vibration energy, which reduces the engine start-up speed and, moreover, it works in difficult heat-stressed conditions, which reduces the reliability of the entire product. The inertia of the heat transfer processes in the area of the porous absorber also reduces the engine startup speed.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение КПД и надежности, улучшение быстродействия устройства. The aim of the invention is to remedy these disadvantages, i.e. increased efficiency and reliability, improved device performance.

Указанная цель достигается тем, что в двухкомпонентной форсунке с газоструйным акустическим излучателем, имеющей систему подвода компонентов, излучатель Гартмана, концентратор и пористый поглотитель, закрепленный в огневом днище с радиальными каналами подвода второго компонента, в огневом днище установлена проходная резонансная трубка, внутри которой происходит разогрев компонента и ее стенок (особенно дна) как за счет поглощения энергии акустических колебаний, генерируемых потоком, протекающего через излучатель газообразного компонента, так и за счет возникновения периодических колебаний газового объема в полости резонансной трубки, вызываемых пульсациями в струе от излучателя. Подвод второго компонента через каналы в резонансной трубке вблизи ее дна вызывает воспламенение топлива. This goal is achieved by the fact that in a two-component nozzle with a gas-jet acoustic emitter having a component supply system, a Hartmann emitter, a concentrator and a porous absorber mounted in a fire plate with radial channels for supplying the second component, a passage resonant tube is installed in the fire bottom, inside which the heating occurs component and its walls (especially the bottom) both due to the absorption of energy of acoustic vibrations generated by the flow flowing through the emitter of the gaseous comp nent, and due to the occurrence of periodic fluctuations in the gas volume of the tube cavity resonance caused by fluctuations in the jet from the emitter. The supply of the second component through the channels in the resonance tube near its bottom causes ignition of the fuel.

Устранение пористого поглотителя и замена его на охлаждаемую вторым компонентом резонансную трубку снижает опасность перегрева деталей устройства и обеспечивает снижение задержки воспламенения за счет дополнительного нагрева компонента в резонансной трубке. Eliminating the porous absorber and replacing it with a resonant tube cooled by the second component reduces the risk of overheating of the device parts and reduces the ignition delay due to additional heating of the component in the resonance tube.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид. The drawing shows the proposed device, General view.

Устройство имеет газоструйный излучатель Гартмана 1, эллиптический концентратор 2, коллектор окислителя 3 и огневое днище 4 с проходной резонансной трубкой 5, срез которой расположен во втором фокусе (F₂) концентратора.The device has a Hartmann gas-jet emitter 1, an elliptical concentrator 2, an oxidizer collector 3 and a firing bottom 4 with a resonant tube 5 through passage, a slice of which is located in the second focus (F ₂ ) of the concentrator.

Воспламенение топлива в данном устройстве происходит следующим образом. После открытия топливных клапанов один из компонентов (газообразный) топлива, например горючее, проходит через излучатель Гартмана 1, концентратор 2, резонансную трубку 5 и отверстия в огневом днище в окружающую среду. Генерируемые излучателем колебания (ультразвук) распространяются в эллиптическом концентраторе. Область генерации колебаний расположена в одном из фокусов (F₁) этого эллипсоида, поэтому в другом фокусе (F₂) происходит концентрация акустической энергии, которая частично поглощается компонентом, заполнившим резонансную трубку, вызывая его разогрев, и одновременно при прохождении серии акустических волн через полость резонансной трубки в ней возникают колебания (резонансные) газового объема, которые также вызывают дополнительный нагрев компонента и стенок резонансной трубки (особенно дна, см. МЖГ N 5, 1977, с. 104-111 и МЖГ N 3, 1971 г. с. 8-18). При подаче окислителя из коллектора 3 через отверстия 7 в выходной канал 6 в дне резонансной трубки происходит воспламенение организованной топливной смеси на выходе резонансной трубки в виде факела. Дополнительное топливо, поступающее через каналы огневого днища, воспламеняется от факела. Таким образом, разогрев газообразного компонента в полости резонансной трубки за счет поглощения им акустических колебаний, возникающих в газоструйном излучателе, и дополнительно от колебаний газового объема в резонансной трубке повышает надежность и быстродействие воспламенения в широком диапазоне по составу топливной смеси, а простота организации наружного охлаждения резонансной трубки позволяет увеличить ресурс работы устройства. Замена промежуточного твердого поглотителя на газообразный в резонансной трубе обеспечивает высокое быстродействие устройства.Ignition of fuel in this device is as follows. After opening the fuel valves, one of the components (gaseous) of the fuel, for example fuel, passes through a Hartmann emitter 1, a concentrator 2, a resonance tube 5, and openings in the fire bottom into the environment. The oscillations generated by the emitter (ultrasound) propagate in an elliptical concentrator. The oscillation generation region is located in one of the foci (F ₁ ) of this ellipsoid, therefore, the concentration of acoustic energy occurs in the other focus (F ₂ ), which is partially absorbed by the component that fills the resonance tube, causing it to heat up, and at the same time when a series of acoustic waves passes through the cavity resonance tube in it there are oscillations (resonance) of the gas volume, which also cause additional heating of the component and the walls of the resonance tube (especially the bottom, see MZHG N 5, 1977, pp. 104-111 and MZHG N 3, 1971 S. 8 -eighteen). When the oxidizer is supplied from the collector 3 through openings 7 to the output channel 6 in the bottom of the resonance tube, the organized fuel mixture ignites at the outlet of the resonance tube in the form of a torch. Additional fuel entering through the channels of the fire bottom is ignited by the torch. Thus, the heating of the gaseous component in the cavity of the resonant tube due to the absorption of acoustic vibrations arising in the gas-jet emitter, and additionally from the oscillations of the gas volume in the resonant tube, increases the reliability and speed of ignition in a wide range of the composition of the fuel mixture, and the simplicity of the organization of external cooling by resonance tube allows you to increase the life of the device. Replacing the intermediate solid absorber with a gaseous one in the resonant tube ensures high-speed operation of the device.

Проведены огневые испытания модели на газообразных Н₂ и О₂. Устройство показало надежную работу в широком диапазоне входных давлений и расходов как на непрерывных, так и импульсных режимах с временем подачи компонентов до 30 мс.Fire tests of the model on gaseous Н ₂ and О _{2 were} carried out. The device showed reliable operation in a wide range of inlet pressures and flows in both continuous and pulsed modes with a component feed time of up to 30 ms.

Claims

ULTRASONIC IGNITOR mainly for non-combustible components, comprising a housing in the form of an elliptical hub with a Hartmann gas-jet emitter fixed to one of its foci and a fuel component supply system, characterized in that, in order to increase efficiency, reliability and speed, a resonant passage is installed in the second focus of the concentrator tube with fuel component inlet holes.