Способ получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата и мгд-генератор для его реализации

Изобретения относятся к электротехнике, преимущественно к энергетическим установкам транспортных средств. Способ получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата включает торможение набегающего потока воздуха, воздействие на него в МГД-канале поперечным магнитным полем и формирование неоднородного газоплазменного потока, несущего токовые слои. Для повышения эффективности инициирование плазменных слоев осуществляют при детонационном горении подготовленной топливной смеси в пульсирующем режиме с ионизацией компонентов газового потока. МГД-генератор для получения электроэнергии содержит корпус, воздухозаборник, МГД-канал, электромагнитную систему для создания поперечного потоку воздуха магнитного поля, устройство, согласующее сопротивление нагрузки с сопротивлением плазменных слоев и собирающее ток от них, газогенератор подготовки топливной смеси, детонационную резонансную камеру, в которую топливная смесь подается через сопло на входе в МГД-канал, образованное внешней стенкой газогенератора и внутренней стенкой детонационной резонансной камеры. Технический результат состоит в использовании МГД-воздействия для торможения летательного аппарата и повышении кпд. 2 н. и 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

 

Изобретения относятся к энергетике, преимущественно к энергетическим установкам транспортных средств.

Известен способ получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата [Slavin V.S., Danilov V.V., Kraen M.V., "T-layer MHD in Aerospace Applications", Proc. the Workshop on "Perspectives of MHD and Plasma Technologies in Aerospace Applications", Moscow, March, 1999]. В этом способе используется магнитогидродинамический эффект токового слоя, формируемого в потоке воздуха при движении в канале с поперечным магнитным полем плазменных образований, периодически создаваемых импульсным высоковольтным источником.

Недостатком этого способа является развитие в МГД канале гидродинамической неустойчивости из-за чрезмерно высокой электропроводности равновесной плазмы Т-слоя.

Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемым способу и устройству является способ получения электроэнергии на борту гиперзвукового самолета с помощью МГД генератора [см. патент RU №2198461, 7 Н 02 К 44/08], основанный на торможении набегающего потока воздуха, воздействии на него в канале генератора поперечным магнитным полем и формировании неоднородного газоплазменного потока, несущего токовые слои, импульсными пучками электронов высокой энергии, включаемых синхронно с движением токовых слоев по МГД каналу. МГД генератор для осуществления данного способа содержит воздухозаборник, корпус из немагнитного материала, МГД канал, электромагнитную систему, диффузор, высоковольтный импульсный источник, инжектор электронов, нагрузку и согласующее устройство.

Недостатком данного способа и устройства является высокая затрата электроэнергии на формирование неравновесных токовых слоев.

Задачей заявляемых изобретений является повышение эффективности преобразования энергии за счет инициирования токовых слоев при детонационном горении подготовленной смеси в пульсирующем режиме с хемоионизацией компонентов газового потока.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретений, заключается в повышении КПД преобразования энергии в электричество.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в предлагаемом способе получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата, включающем торможение набегающего потока воздуха, воздействие на него в канале генератора поперечным магнитным полем и формирование неоднородного газоплазменного потока, несущего токовые слои, импульсными пучками электронов высокой энергии, включаемых синхронно с движением токовых слоев по МГД каналу, в поток воздуха вводят подготовленную топливную смесь, осуществляют детонационное горение в пульсирующем режиме с хемоионизацией компонентов газового потока и направляют продукты детонационного горения в МГД канал.

Данный способ реализуется в МГД генераторе для получения электроэнергии на борту гиперзвукового, летательного аппарата, содержащем воздухозаборник, корпус из немагнитного материала, МГД канал, электромагнитную систему, диффузор, высоковольтный импульсный источник, инжектор электронов, нагрузку и согласующее устройство. При этом МГД генератор имеет газогенератор подготовки топливной смеси, детонационную резонансную камеру на входе в МГД канал и сопло, образованное внешней стенкой газогенератора и внутренней стенкой детонационной резонансной камеры.

На чертеже приведена схема устройства, поясняющая техническую сущность заявляемых изобретений.

Согласно изобретениям способ получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата реализуется с помощью МГД генератора, содержащего воздухозаборник 1, корпус из немагнитного материала 2, МГД канал 3, электромагнитную систему 4, диффузор 5, высоковольтный импульсный источник 6, инжектор электронов 7, нагрузку 8, согласующее устройство 9, газогенератор 10, детонационную резонансную камеру 11 и сопло 12, образованное внешней стенкой газогенератора 10 и внутренней стенкой детонационной резонансной камеры 11. При этом в МГД канале 3 постоянными магнитами создано поперечное к потоку магнитное поле 13, а согласующее устройство 9 синхронизирует работу детонационной резонансной камеры 11, инициирование плазменных слоев в МГД канале 3 и инжекцию в поток электронных пучков 14.

Описываемое устройство работает следующим образом.

Набегающий поток воздуха тормозится в сверхзвуковом воздухозаборнике 1, в поток вводят из газогенератора 10 подготовленную топливную смесь и через сопло 12 подают смесь в детонационную резонансную камеру 11, где осуществляют детонационное горение топливной смеси в пульсирующем режиме с хемоионизацией компонентов газового потока и инициированием плазменных слоев в МГД канале 3. Электропроводность плазменных слоев регулируют и поддерживают на необходимом уровне инжектором электронов 7, работа которого синхронизирована с движением плазменных слоев по МГД каналу. При этом под воздействием электрического поля, созданного движением электропроводных слоев в поперечном магнитном поле, в плазменных слоях зажигается несамостоятельный разряд. Ток разряда взаимодействует с магнитным полем, в результате чего в слоях возникает тормозящая электродинамическая сила, которая тормозит поток и преобразует его кинетическую энергию в электроэнергию. Устройство 9 согласует сопротивление нагрузки 8 с сопротивлением плазмы и собирает ток от всех токовых слоев. После рабочего участка МГД канала поток дополнительно тормозится в диффузоре 5 с рекомбинацией плазмы.

Предложенный способ и устройство для получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата позволяет:

- использовать МГД воздействие для торможения летательного аппарата;

- получать электроэнергию с КПД порядка 60%;

- использовать накопленную электроэнергию в системе активной теплозащиты аппарата;

- увеличить боковую дальность аппарата при реверсе и МГД ускорении набегающего потока.

1. Способ получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата, включающий торможение набегающего потока воздуха, воздействие на него в канале генератора поперечным магнитным полем и формирование неоднородного газоплазменного потока, несущего токовые слои, импульсными пучками электронов высокой энергии, включаемых синхронно с движением токовых слоев по МГД-каналу, отличающийся тем, что в поток воздуха вводят подготовленную топливную смесь, осуществляют детонационное горение в пульсирующем режиме с ионизацией компонентов созданного газового потока и направляют продукты детонационного горения в МГД-канал.

2. МГД-генератор для получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата, содержащий корпус из немагнитного материала, сверхзвуковой воздухозаборник, в котором тормозится поток воздуха, МГД-канал с плазменными слоями, электромагнитную систему для создания поперечного потоку воздуха магнитного поля, диффузор и устройство, согласующее сопротивление нагрузки с сопротивлением плазменных слоев и собирающее ток от них, отличающийся тем, что он снабжен газогенератором подготовки топливной смеси, детонационную резонансную камеру на входе в МГД-канал и сопло, образованное внешней стенкой указанного газогенератора и внутренней стенкой детонационной резонансной камеры, при этом топливная смесь через сопло подается в детонационную резонансную камеру, обеспечивающую детонационное горение топливной смеси в пульсирующем режиме с ионизацией компонентов сформированного неоднородного газоплазменного потока, несущего токовые слои и инициированием плазменных слоев в МГД-канале.

3. МГД-генератор по п.2, отличающийся тем, что он снабжен инжектором электронов, обеспечивающим регулирование электропроводности плазменных слоев.