Способ формирования тяги двигателя с центральным телом и двигатель для его реализации

Изобретение относится к области ракетных двигателей, в частности к ракетным двигателям с центральным телом с вихревым процессом горения, и может быть использовано в ракетно-космической технике. Способ формирования тяги двигателя с центральным телом, включающий подачу горючего и окислителя в камеру сгорания с созданием за центральным телом вихревой зоны, при этом в вихревую зону под давлением тангенциально подают мелкодисперсную фракцию воды или воды с добавлением органического вещества, создавая осевую закрутку смеси газов горения и, как следствие, вихревой поток холодной неравновесной пульсирующей плазмы, создавая дополнительную тягу двигателя. Предложен также двигатель с центральным телом для реализации способа, содержащий камеру сгорания и сопло, при этом на центральном теле выполнены винтовые канавки, введена емкость с водой или водой с добавлением органического вещества, сообщенная с помощью трубопровода с насосом, расположенным внутри центрального тела, который в свою очередь с помощью распределительных патрубков сообщен через коллектор с винтовыми канавками с помощью форсунок, открытые торцы которых расположены на внешней поверхности центрального тела, на торцевой плоскости которого установлены игольчатые термокатоды, обеспечивающие термоэмиссию. Изобретение обеспечивает увеличение тяги. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области ракетных двигателей, в частности к ракетным двигателям с центральным телом с вихревым процессом горения, и может быть использовано в ракетно-космической технике.

Известен двигатель с центральным телом по патенту РФ № 2490507 МПК6: F02K 9/62, включающий как минимум один газогенератор, как минимум один турбонасосный агрегат, органы питания и регулирования, кольцевую регенеративно охлаждаемую камеру с профилированным центральным телом, во внутренней полости которого установлены перечисленные агрегаты, смесительную головку, включающую корпус, блок подачи окислителя, преимущественно кислорода, блок подачи основного горючего, блок подачи дополнительного горючего, блок огневого днища, при этом в указанных блоках по концентрическим окружностям установлены коаксиальные соосно-струйные форсунки, образующие центральную и периферийную зоны, причем упомянутые коаксиальные соосно-струйные форсунки включают полый наконечник, соединяющий полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость первого горючего с зоной горения, при этом в наконечниках как минимум форсунок центральной зоны в выходной части имеются радиально расположенные пазы, выполненные в виде чередующихся выступов и впадин, причем радиально расположенные пазы выполнены таким образом, что периметр центральной части струи, ограниченный образующими лучей, составляет не более 3s, длина луча - 2,3-2,5s, где s - толщина луча, при этом число лучей равно трем, причем во втулке, между выступами наконечника, выполнены каналы, выходная часть которых открывается в полость, выполненную в корпусе втулки, а входная соединяется с полостью дополнительного горючего, при этом указанная полость в корпусе втулки соединена тангенциальными каналами с кольцевой проточкой, выполненной на торце втулки и соединенной с зоной горения.

Известен двигатель с центральным телом по патенту РФ № 2494274 МПК7: F02K 9/62, включающий как минимум один газогенератор, как минимум один турбонасосный агрегат, органы питания и регулирования, кольцевую регенеративно охлаждаемую камеру с профилированным центральным телом, во внутренней полости которого установлены перечисленные агрегаты, смесительную головку, включающую корпус, блок подачи окислителя, преимущественно кислорода, блок подачи основного горючего, блок подачи дополнительного горючего, блок огневого днища, при этом в указанных блоках по концентрическим окружностям установлены коаксиальные соосно-струйные форсунки, образующие центральную и периферийную зоны, причем упомянутые коаксиальные соосно-струйные форсунки включают полый наконечник, соединяющий полость блока окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость блока основного горючего с зоной горения, при этом в наконечниках как минимум форсунок центральной зоны в выходной части имеются радиально расположенные пазы, выполненные в виде чередующихся выступов и впадин, причем во втулке между выступами наконечника выполнены каналы, выходная часть которых открывается в зону горения, входная соединяется с полостью дополнительного горючего, при этом наружный профиль указанных каналов эквидистантен профилю наконечника.

Наиболее близким к заявляемому двигателю является двигатель с центральным телом по патенту РФ № 2454607 МПК7: F23R 3/18, F02K 7/08, в котором камера сгорания содержит стабилизаторы пламени в виде плохо обтекаемых тел, форсунки для подачи жидкого углеводородного топлива за стабилизаторное пространство, при этом на борту летательного аппарата установлен автономный термохимический реактор для производства газообразного горючего из углеводородного топлива, который соединен трубопроводом с отверстиями, расположенными на внутренней поверхности стабилизатора пламени, обращенной вниз по потоку.

Этим же патентом защищен способ стабилизации процесса горения в камере сгорания, основанный на создании вихревых зон с помощью стабилизаторов пламени в виде плохо обтекаемых тел, при этом в вихревую зону за стабилизаторного пространства вдувают газообразные продукты термохимической конверсии жидкого углеводородного топлива, получаемые на борту летательного аппарата.

Недостатком известных решений является недостаточная тяга.

Задачей изобретения является увеличение тяги двигателя с центральным телом.

Задача решается тем, что в способе формирования тяги двигателя с центральным телом, включающем подачу горючего и окислителя в камеру сгорания с созданием за центральным телом вихревой зоны, в вихревую зону под давлением тангенциально подают мелкодисперсную фракцию воды или воды с добавлением органического вещества, создавая осевую закрутку смеси газов горения и, как следствие, вихревой поток холодной неравновесной пульсирующей плазмы, создавая дополнительную тягу двигателя.

Задача решается также тем, что в двигателе с центральным телом, содержащем камеру сгорания и сопло, на центральном теле выполнены винтовые канавки, введена емкость с водой или с водой с добавлением органического вещества, сообщенная с помощью трубопровода с насосом, расположенным внутри центрального тела, который с помощью распределительных патрубков сообщен через коллектор с форсунками, которые в свою очередь сообщены с винтовыми канавками, при этом открытые торцы форсунок расположены на внешней поверхности центрального тела, на торцевой плоскости которого установлены игольчатые термокатоды, обеспечивающие термоэмиссию электронов.

На Фиг. 1 изображен схематично двигатель с центральным телом, а на Фиг. 2 - увеличение вырыв I, где:

1 - камера сгорания;

2 - емкость с водой или с водой с органическим веществом;

3 - насос;

4 - трубопровод;

5 - сопло;

6 - центральное тело;

7 - винтовые канавки;

8 - форсунки;

9 - распределительные патрубки;

10 - торцевая плоскость центрального тела;

11 - вихревая зона;

12 - игольчатые термокатоды;

13 - коллектор.

Двигатель с центральным телом 6 содержит камеру сгорания 1 и сопло 5, на центральном теле 6 выполнены винтовые канавки 7, введена емкость с водой или с водой с органическим веществом 2, сообщенная с помощью трубопровода 4 с насосом 3, расположенным внутри центрального тела 6, который в свою очередь с помощью распределительных патрубков 9, коллектора 13 и форсунок 8 сообщен с винтовыми канавками 7, при этом открытые торцы форсунок 8 расположены в выходной плоскости винтовых канавок 7 на центральном теле 6, на торцевой плоскости которого 10 установлены игольчатые термокатоды 12, обеспечивающие эмиссию электронов.

Процесс запуска двигателя традиционный. После выхода двигателя на промежуточный режим включается насос 3, расположенный в центральном теле 6, нагнетающий мелкодисперсную фракцию воды или воды с добавлением органического вещества 2, которая поступает через распределительные патрубки 9 в коллектор 13 и распределяется по форсункам 8, расположенным на входе в винтовые канавки 7 на центральном теле 6.

При движении вода или вода с органическим веществом нагревается и движется в направлении максимального диаметра центрального тела 6. На кромке торцевой плоскости центрального тела 10 пары разворачиваются к центру тела 6 и попадают в вихревую зону 11 за ним.

Центробежная сила вихрей становится электроразделительной силой, обеспечивающей вихри дополнительным количеством электронов.

Быстро вращающаяся среда выстраивает молекулы воды в полимерные цепочки, водородные связи рвутся и восстанавливаются с образованием свободных электронов, так как вода является носителем избыточного отрицательного заряда, молекулы воды поляризуются, что дает начало процессу ионизации в следе за центральным телом 6. Вихревая зона 11 порождает вращающееся электрическое поле, создающее вокруг себя магнитное поле, напряженность которого зависит от величины заряда, скорости вращения, радиуса вращения.

Появление отрицательного заряда в ограниченном объеме и его накопление приводит к запуску процесса ударной ионизации: чем больше отрицательно заряженных частиц, тем больше скорость вращения, тем больше проводимость среды.

В соответствии с правилом прецессии в вихрях, сила трения формирует противодействующую энергию каждого из взаимодействующих вихрей.

Согласно теории Т. Швенка и гипотезе С.А. Подолинского внешнеоднородная среда состоит из множества внутренних поверхностей или слоев, движущихся относительно друг друга, образуя электрические заряды.

Система вихрей обеспечивает накопление заряда и увеличение скорости вращения электронов. Вихревое движение - наилучший способ сохранения и концентрации энергии.

Скорость движения молекул воды увеличивается за счет увеличения количества электронов и резонанса. Электрический резонанс тем сильнее, чем меньше сопротивление среды и чем лучше изолирующие свойства границы.

Ударная ионизация развивается лавинообразно. При достижении определенного значения напряженности поля возникает пробой - искра.

Адсорбируемые носители, возникающие при разряде, носители, образовавшиеся в результате действия электроразделительной силы, и электроны, образовавшиеся в результате термоэлектронной эмиссии игольчатых термокатодов 12, дают толчок к следующему процессу ударной ионизации с возникновением следующей искры. Процесс повторяется до тех пор, пока действует электроразделительная сила и термоэлектронная эмиссия.

В результате возникает вихревой поток холодной неравновесной пульсирующей плазмы, очень чувствительной к резонансу, плазменные частицы легко перемещаются, и, коллективно взаимодействуя между собой, могут порождать объемные заряды, выделение тепла, света и электрические токи.

При сверхзвуковой скорости потока в сопле возникают условия для разрыва молекулярных связей воды с образованием кислорода и водорода.

Смесь газов, находящихся в вихре за центральным телом 6, воспламеняется и горит, создавая дополнительную тягу двигателя, в том числе и пульсационную составляющую. Увеличение эффективности физико-химических процессов внутри вихревой зоны 11 обеспечивается за счет дополнительной закрутки потока за центральным телом 6 в винтовых канавках 7.

Устойчивое обеспечение эмиссии потока свободных электронов в процессе работы двигателя обеспечивается установленными на тыльной поверхности центрального тела 6 игольчатых термокатодов 12, активированных нанесенными на них покрытиями из материала с небольшой работой выхода, например, цезий, барий, торий, рений.

1. Способ формирования тяги двигателя с центральным телом, включающий подачу горючего и окислителя в камеру сгорания с созданием за центральным телом вихревой зоны, отличающийся тем, что в вихревую зону под давлением тангенциально подают мелкодисперсную фракцию воды или воды с добавлением органического вещества, создавая осевую закрутку смеси газов горения и, как следствие, вихревой поток холодной неравновесной пульсирующей плазмы, создавая дополнительную тягу двигателя.

2. Двигатель с центральным телом, содержащий камеру сгорания и сопло, отличающийся тем, что на центральном теле выполнены винтовые канавки, введена емкость с водой или с водой с добавлением органического вещества, сообщенная с помощью трубопровода с насосом, расположенным внутри центрального тела, который с помощью распределительных патрубков сообщен через коллектор с форсунками, которые в свою очередь сообщены с винтовыми канавками, при этом открытые торцы форсунок расположены на внешней поверхности центрального тела, на торцевой плоскости которого установлены игольчатые термокатоды, обеспечивающие термоэмиссию электронов.