[go: up one dir, main page]

RU2740739C2 - Detonation jet engine - Google Patents

Detonation jet engine Download PDF

Info

Publication number
RU2740739C2
RU2740739C2 RU2018113687A RU2018113687A RU2740739C2 RU 2740739 C2 RU2740739 C2 RU 2740739C2 RU 2018113687 A RU2018113687 A RU 2018113687A RU 2018113687 A RU2018113687 A RU 2018113687A RU 2740739 C2 RU2740739 C2 RU 2740739C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
translucent
light
housing
nozzle
rocket
Prior art date
Application number
RU2018113687A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018113687A (en
RU2018113687A3 (en
Inventor
Владимир Дмитриевич Шкилев
Алексей Пантелеевич Коржавый
Анатолий Александрович Анкудинов
Виталий Владимирович Коротков
Андрей Николаевич Маклачков
Original Assignee
Владимир Дмитриевич Шкилев
Алексей Пантелеевич Коржавый
Анатолий Александрович Анкудинов
Виталий Владимирович Коротков
Андрей Николаевич Маклачков
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 Владимир Дмитриевич Шкилев, Алексей Пантелеевич Коржавый, Анатолий Александрович Анкудинов, Виталий Владимирович Коротков, Андрей Николаевич Маклачков filed Critical Владимир Дмитриевич Шкилев
Priority to RU2018113687A priority Critical patent/RU2740739C2/en
Publication of RU2018113687A publication Critical patent/RU2018113687A/en
Publication of RU2018113687A3 publication Critical patent/RU2018113687A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2740739C2 publication Critical patent/RU2740739C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/411Electric propulsion
    • B64G1/415Arcjets or resistojets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03HPRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03HPRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention relates to rocket engineering using solid-propellant fuel for various purposes and is intended primarily for systems for orientation of spacecraft in orbit. Light-erosion rocket engine includes housing with movable and controlled surface and supersonic nozzle, translucent cylindrical shell filled with inert gas, with electrodes located on opposite ends of translucent shell and connected to high-voltage discharge capacitor through pulse circuit breaker. Moving surface is made in form of solid light-absorbing material, for example, ebonite. Between body and surface there is a translucent cylinder with a nozzle forming a channel. Housing is equipped with a reflector, and the translucent cover is made in the form of a spiral and is located inside the housing.
EFFECT: simplified and longer engine life.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ракетной технике с использованием твердого топлива различного назначения и предназначено в первую очередь для систем ориентации космических аппаратов на орбитеThe invention relates to rocket technology using solid propellants for various purposes and is intended primarily for attitude control systems of spacecraft in orbit

Известны импульсные электроразрядные двигатели [1-3] содержащие камеры сгорания и сопло с зарядом из твердого топлива и электроды, подключенные к разрядным конденсаторам. Однако в таких двигателях после каждого разряда меняются условия для последующего электрического импульса. Другими словами не постоянны условия для реализации электрического разряда.Known pulse electric discharge motors [1-3] containing combustion chambers and a nozzle with a charge of solid fuel and electrodes connected to discharge capacitors. However, in such engines, after each discharge, the conditions for the subsequent electrical impulse change. In other words, the conditions for the realization of an electric discharge are not constant.

Известен ракетный двигатель [4], содержащий камеру сгорания, сопло с утопленной частью, заряд твердого топлива, состоящий из двух частей, одна из которых имеет пониженное содержание окислителя и расположена достаточно близко к утопленному входу, чтобы создавать пограничный слой продуктов сгорания, имеющих дефицит окислителя, проходящий через кольцевой зазор и обтекающий сужающуюся часть и область критического сечения, снижая тем самым унос упомянутой сужающейся части и участка критического сечения. Рассмотрены две схемы зарядов: с центральным каналом и торцевого горения. Однако такой ракетный двигатель основан на горении твердого топлива, а следователь температура горения не может превышать 4-5 тысяч градусов КельвинаKnown rocket engine [4], containing a combustion chamber, a nozzle with a recessed part, a solid fuel charge, consisting of two parts, one of which has a reduced oxidant content and is located close enough to the recessed entrance to create a boundary layer of combustion products with an oxidant deficiency passing through the annular gap and flowing around the tapering part and the throat area, thereby reducing the entrainment of the said tapering part and the throat section. Two schemes of charges are considered: with a central channel and end combustion. However, such a rocket engine is based on the combustion of solid fuel, and the investigator, the combustion temperature cannot exceed 4-5 thousand Kelvin.

В качестве аналога выбран электроразрядный [5] реактивный двигатель, содержащий разгонный участок в виде полой трубки - катода, и острийкового анода, разделенные диэлектриком и соединенные с высоковольтным источником напряжения и снабженный системой подачи рабочего тела. Однако и этот двигатель способен лишь частично использовать рабочее телоAs an analogue, an electric-discharge [5] jet engine was selected, containing an accelerating section in the form of a hollow tube - a cathode, and a pointed anode, separated by a dielectric and connected to a high-voltage voltage source and equipped with a working fluid supply system. However, this engine is only able to partially use the working fluid.

В качестве аналога выбран импульсный электроразрядный реактивный двигатель [6], содержащий участок в виде газодинамического резонатора с полой разгонной трубкой, заканчивающийся сверхзвуковым соплом, анодом и катодом, разделенные диэлектриком и соединенные с высоковольтным источником напряжения и высоковольтным конденсатором, снабженный системой подачи и поджига рабочего тела.As an analogue, a pulsed electric-discharge jet engine [6] was selected, containing a section in the form of a gas-dynamic resonator with a hollow accelerating tube, ending with a supersonic nozzle, an anode and a cathode, separated by a dielectric and connected to a high-voltage voltage source and a high-voltage capacitor, equipped with a system for supplying and igniting the working fluid ...

Однако в системе подачи рабочего присутствует дозатор подачи рабочего тела, система, инициирующая детонационный разряд достаточно сложна из-за того, что разряд осуществляется в нестабильных условиях, поскольку использование газообразного рабочего тела не всегда позволяет равномерно разместить его в резонаторе.However, the working fluid supply system contains a working fluid supply dispenser; the system that initiates a detonation discharge is rather complicated due to the fact that the discharge is carried out in unstable conditions, since the use of a gaseous working fluid does not always allow it to be uniformly placed in the resonator.

В качестве прототипа выбран импульсный ракетный двигатель [7] Особенность этого импульсного ракетного двигателя состоит в том, что система подачи и поджига выполнена в виде прозрачной диэлектрической трубки, заполненной инертным газом, на торцах которой установлены анод и катод, а рабочее тело выполнено в виде цилиндрического усеченного конуса из светопоглощающего материала, обращенного широким основанием в сторону к сверхзвуковому соплу, а диэлектрическая прозрачная трубка установлена по оси симметрии цилиндрического усеченного конуса.As a prototype, a pulsed rocket engine was chosen [7] The peculiarity of this pulsed rocket engine is that the feed and ignition system is made in the form of a transparent dielectric tube filled with an inert gas, at the ends of which the anode and cathode are installed, and the working fluid is made in the form of a cylindrical a truncated cone made of light-absorbing material, with its wide base facing the supersonic nozzle, and a dielectric transparent tube installed along the axis of symmetry of the cylindrical truncated cone.

К недостаткам такого импульсного ракетного двигателя относится то, что сам корпус выполнен из светпоглощающегося материала. Это приводит к тому, что со временем, после нескольких десятков тысяч импульсов света корпус утончается и после очередного импульсного повышения давления он может механически разрушится. Заменять такой корпус трудно из-за сложной формы Самой простой варрант - изготавливать такой корпус из любого твердого металла, снабженного отражателем. Ресурс такого корпуса неограничен от числа световых импульсов. Светопоглощающий материал выполненный в виде цилиндра можно легко взаимозаменять путем подачи через отверстии внутри торца корпуса. К недостаткам можно отнести и то, что в прототипе источник света выполнен в виде прозрачной диэлектрической трубки, что ограничивает расстояние меду анодом и катодом. Увеличить это расстояние можно только за счет выполнения ее в виде спирали и расположения ее внутри корпуса.The disadvantages of such a pulsed rocket engine include the fact that the body itself is made of light-absorbing material. This leads to the fact that over time, after several tens of thousands of pulses of light, the body becomes thinner and after another pulse increase in pressure, it can be mechanically destroyed. It is difficult to replace such a housing due to its complex shape. The simplest warrant is to make such a housing from any hard metal equipped with a reflector. The resource of such a body is unlimited from the number of light pulses. The light-absorbing material made in the form of a cylinder can be easily interchanged by feeding through holes inside the end of the housing. The disadvantages include the fact that in the prototype the light source is made in the form of a transparent dielectric tube, which limits the distance between the anode and the cathode. This distance can be increased only by making it in the form of a spiral and positioning it inside the body.

Вновь предложенный светоэрозионный ракетный двигатель, содержащий корпус с подвижной и управляемой поверхностью и сверхзвуковым соплом, светопрозрачной цилиндрической оболочкой заполненной инертным газом, с электродами, расположенными на противоположных концах светопрозрачной оболочки и подключенными к высоковольтному разрядному источнику и высоковольтному конденсатору.The newly proposed light erosion rocket engine comprising a housing with a movable and controllable surface and a supersonic nozzle, a translucent cylindrical shell filled with an inert gas, with electrodes located at opposite ends of the translucent shell and connected to a high-voltage discharge source and a high-voltage capacitor.

Особенность предложенного светоэрозионного ракетного двигателя является то, что подвижная поверхность выполнена в виде твердого светопоглощающего материала, например, эбонита, снабженного отражателем, а светопрозрачная оболочка выполнена в виде спирали и расположена внутри корпуса.A feature of the proposed light-erosion rocket engine is that the movable surface is made in the form of a solid light-absorbing material, for example, ebonite, equipped with a reflector, and the translucent shell is made in the form of a spiral and is located inside the body.

На фиг. 1 изображен предлагаемый светоэрозионный ракетный двигатель. Он содержит систему подачи и поджига, выполненную в виде прозрачной диэлектрической трубки 1, заполненной инертным газом 2, на торцах которой установлены анод 3 и катод 4, подключенные с высоковольтному источнику напряжения 5 и высоковольтному конденсатором 6, а рабочее тело выполнено из светопоглощающегося материала 7 выполненного в виде корпуса и сверхзвукового сопла 8.FIG. 1 depicts a proposed light erosion rocket engine. It contains a supply and ignition system made in the form of a transparent dielectric tube 1 filled with an inert gas 2, at the ends of which anode 3 and a cathode 4 are installed, connected to a high-voltage voltage source 5 and a high-voltage capacitor 6, and the working fluid is made of light-absorbing material 7 made in the form of a body and a supersonic nozzle 8.

К особенностям предложенного светоэрозионного двигателя можно отнести то, что подвижная поверхность выполнена из твердого светопоглощающего материала 7, например, эбонита или графита, между корпусом и поверхностью расположен светопрозрачный цилиндр 9, с соплом 8, образующий канал 10, корпус снабжен отражателем 11, а светопрозрачная диэлектрическая трубка 1 выполнена в виде спирали и расположена внутри корпуса.The features of the proposed light-erosion engine include the fact that the movable surface is made of a solid light-absorbing material 7, for example, ebonite or graphite, a translucent cylinder 9 is located between the body and the surface, with a nozzle 8 forming a channel 10, the body is equipped with a reflector 11, and the translucent dielectric tube 1 is made in the form of a spiral and is located inside the body.

Работает предлагаемый светоэрозионный ракетный двигатель следующим образом. При попадании энергии от высоковольтного источника 5 и высоковольтного конденсатора 6 поступает на электроды 3 и 4. Между электродами 3 и 4 возникает низкотемпературная плазма с яркостной температурой свыше 25000 К, что трудно достижимо для любого химического горения. Световой поток легко проникает через светопрозрачную диэлектрическую трубку 1, прозрачный цилиндр 9 и многократно отражаясь от отражателя 11 в итоге попадает на светопоглощающую поверхность 7. Коэффициент преобразования электрической энергии в световую, благодаря инертному газу, достигает 70-80 процентов. Температуру разогрева поверхности 7 можно оценить в соответствии формулой:The proposed light erosion rocket engine works as follows. When energy enters from a high-voltage source 5 and a high-voltage capacitor 6, it is supplied to electrodes 3 and 4. A low-temperature plasma with a brightness temperature of more than 25,000 K appears between electrodes 3 and 4, which is difficult to achieve for any chemical combustion. The luminous flux easily penetrates through the translucent dielectric tube 1, the transparent cylinder 9, and being repeatedly reflected from the reflector 11 eventually hits the light-absorbing surface 7. The coefficient of conversion of electrical energy into light, thanks to the inert gas, reaches 70-80 percent. The heating temperature of the surface 7 can be estimated in accordance with the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где α - коэффициент поглощения,where α is the absorption coefficient,

I - интенсивность излучения

Figure 00000002
,I - radiation intensity
Figure 00000002
,

t - время [с],t - time [s],

С - теплоемкость,С - heat capacity,

ρ - плотность,ρ is the density,

Figure 00000003
- температуропроводность,
Figure 00000003
- thermal diffusivity,

λ - теплопроводность.λ - thermal conductivity.

Трубка 1 длиной 800 мм, завитая в спираль, выдерживает тысячи имульсов с энергией разряда в 10000 Дж, со временем срабатывания порядка 10-3 секунды. Развиваемую мощность можно оценить в 10 МВт. Продукты световой эрозии со сверхзвуковой скоростью истекают через сверхзвуковое сопло 8. Процесс сопровождается мощным звуковым импульсом и на бумаге рядом с соплом 8 продукты эрозии образуют ударные интерференционные полосы. По мере срабатывания поверхности 7 она подается из приемного бункера (на рис. не показан)Tube 1 800 mm long, wound into a spiral, withstands thousands of pulses with a discharge energy of 10,000 J, with a response time of the order of 10 -3 seconds. The developed capacity can be estimated at 10 MW. The products of light erosion at a supersonic speed flow out through the supersonic nozzle 8. The process is accompanied by a powerful sound pulse and on the paper near the nozzle 8 the products of erosion form shock interference fringes. As the surface 7 is triggered, it is fed from the receiving hopper (not shown in the figure)

Источники информацииInformation sources

1. Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Электрические ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1975 г. Стр. 198…223.1. Grishin S.D., Leskov L.V., Kozlov N.P. Electric rocket motors. M .: Mechanical Engineering, 1975 p. 198 ... 223.

2. Фаворский О.Н., Фишгойт В.В., Литовский Е.И. Основы теории космических электрореактивных двигательных установок. М.: Машиностроение, Высшая школа, 1978 г, стр. 170…173.2. Favorskiy ON, Fishgoit VV, Litovskiy EI Fundamentals of the theory of space electric propulsion systems. M .: Mechanical engineering, Higher school, 1978, p. 170 ... 173.

3. Космические двигатели - состояние и перспективы. Под редакцией Л. Кейвни (перевод с английского под ред. А.С. Коротеева). М.:, 1988 г. Стр. 186…193.3. Space engines - state and prospects. Edited by L. Keivney (translated from English under the editorship of A. S. Koroteev). M .:, 1988 p. 186 ... 193.

4 Патент США №6226979.4 US patent No. 6226979.

5. Патент RU №200710731 - Импульсный электрический реактивный двигатель.5. Patent RU No. 200710731 - Pulse electric jet engine.

6. Патент RU №2433293 - Импульсный ДЕТОНАЦИОННЫЙ реактивный двигатель.6. Patent RU No. 2433293 - Impulse detonation jet engine.

7. Прототип - Патент РФ №2644798 на импульсный детонационный двигатель.7. Prototype - RF Patent No. 2644798 for a pulse detonation engine.

Claims (1)

Светоэрозионный ракетный двигатель, содержащий корпус с подвижной и управляемой поверхностью и сверхзвуковым соплом, светопрозрачной цилиндрической оболочкой, заполненной инертным газом, с электродами, расположенными на противоположных концах светопрозрачной оболочки и подключенными к высоковольтному разрядному конденсатору через импульсный размыкатель, отличающийся тем, что подвижная поверхность выполнена в виде твердого светопоглощающего материала, например эбонита, между корпусом и поверхностью расположен светопрозрачный цилиндр с соплом, образующий канал, корпус снабжен отражателем, а светопрозрачная оболочка выполнена в виде спирали и расположена внутри корпуса.A light erosion rocket engine containing a housing with a movable and controllable surface and a supersonic nozzle, a translucent cylindrical shell filled with an inert gas, with electrodes located at opposite ends of the translucent shell and connected to a high-voltage discharge capacitor through a pulse breaker, characterized in that the movable surface is made in in the form of a solid light-absorbing material, for example ebonite, between the body and the surface there is a translucent cylinder with a nozzle forming a channel, the body is equipped with a reflector, and the translucent shell is made in the form of a spiral and is located inside the body.
RU2018113687A 2018-04-16 2018-04-16 Detonation jet engine RU2740739C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113687A RU2740739C2 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Detonation jet engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113687A RU2740739C2 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Detonation jet engine

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018113687A RU2018113687A (en) 2019-10-17
RU2018113687A3 RU2018113687A3 (en) 2020-02-13
RU2740739C2 true RU2740739C2 (en) 2021-01-20

Family

ID=68279233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018113687A RU2740739C2 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Detonation jet engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740739C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4608821A (en) * 1984-07-31 1986-09-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Heat exchanger for electrothermal devices
DE3905172A1 (en) * 1987-04-27 1990-08-23 Olin Corp EROSION-FREE WORKING ELECTRICAL ARC ENGINE STARTING CONTROL DEVICE
JPH03122087A (en) * 1989-10-04 1991-05-24 Osaka Gas Co Ltd Solid propellant and method for propelling object with solid propellant
RU2099573C1 (en) * 1995-04-27 1997-12-20 Исследовательский центр им.М.В.Келдыша Electric arc rocket engine
RU2479673C1 (en) * 2011-09-05 2013-04-20 Александр Григорьевич Григорьянц Impulse electrogasdynamic formation method of identification marks on surface of solid material
RU2644798C1 (en) * 2016-03-18 2018-02-14 Владимир Дмитриевич Шкилев Pulsed detonation rocket engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4608821A (en) * 1984-07-31 1986-09-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Heat exchanger for electrothermal devices
DE3905172A1 (en) * 1987-04-27 1990-08-23 Olin Corp EROSION-FREE WORKING ELECTRICAL ARC ENGINE STARTING CONTROL DEVICE
JPH03122087A (en) * 1989-10-04 1991-05-24 Osaka Gas Co Ltd Solid propellant and method for propelling object with solid propellant
RU2099573C1 (en) * 1995-04-27 1997-12-20 Исследовательский центр им.М.В.Келдыша Electric arc rocket engine
RU2479673C1 (en) * 2011-09-05 2013-04-20 Александр Григорьевич Григорьянц Impulse electrogasdynamic formation method of identification marks on surface of solid material
RU2644798C1 (en) * 2016-03-18 2018-02-14 Владимир Дмитриевич Шкилев Pulsed detonation rocket engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018113687A (en) 2019-10-17
RU2018113687A3 (en) 2020-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3520137A (en) Rocket apparatus employing electrolysis
US8375697B2 (en) Electrolytic igniter for rocket engines using liquid propellants
US5767439A (en) Annular plasma injector
RU2644798C1 (en) Pulsed detonation rocket engine
US8387359B2 (en) Electrolytic igniter for rocket engines using monopropellants
CN107620652B (en) Multi-pulse thrust-adjustable solid propeller
US7452513B2 (en) Triple helical flow vortex reactor
US6769241B2 (en) Description of methods to increase propellant throughput in a micro pulsed plasma thruster
US3191092A (en) Plasma propulsion device having special magnetic field
US2942420A (en) Ignition mechanism
US3263418A (en) Detonation reaction engine
CN109737023A (en) A kind of self breakdown type pulsed plasma thruster of annular vertebral body structure anode
CN113187622B (en) An electro-chemical hybrid space thruster
RU2740739C2 (en) Detonation jet engine
RU93962U1 (en) Anti-aircraft guided missile
US10570892B2 (en) Fiber-fed advanced pulsed plasma thruster (FPPT)
US3537542A (en) Sparking devices suitable for seismic prospecting
CN108612599A (en) A kind of liquid-electricity interblock space thruster
CN115143849A (en) A Plasma Transducer Integrating Energetic Thin Films
US3362158A (en) Arc ignition system
RU2702773C1 (en) Pinch erosion-bearing rocket engine
JP7129074B1 (en) Pulse-type propulsion machine using vacuum cathodic arc discharge
US3270498A (en) Controllable vaporizing gas accelerator
CN109890120B (en) High-low pressure plasma generator and closed exploder
KR20010098796A (en) Electrothermal ignition device and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200417