밀리터리 관련 토론 게시물이 올라오는 게시판입니다.
공중체계

러시아 연방 특허 제 2585328 호 - 연료 연소 및 폭굉-폭연 맥동 램제트 엔진의 조직 방법

Кузнецов Кузнецов 557

1

3

러시아 연방 특허 제 2585328 호 - 연료 연소 및 폭굉-폭연 맥동 램제트 엔진의 조직 방법

발명자: 알렉산드르 니콜라예비치 프로호로프, 블라디미르 이바노비치 바브킨, 블라디미르 알렉세예비치 스키빈, 아르멘 지바노비치 예고랸, 뱌체슬라프 겐나디예비치 알렉산드로프, 드미트리 니콜라예비치 쿠즈미쵸프, 알렉산드르 니콜라예비치 크라이코, 알렉세이 아나톨리예비치 바스카코프, 세르게이 유리예비치 크라셰닌니코프, 블라디미르 콘스탄티노비치 추바노프, 표트르 세르게예비치 레보치킨, 블라디미르 르보비치 솔른체프, 바딤 유리예비치 알렉산드로프, 레오니드 예프게니예비치 스테르닌
특허권자: 연방 국가 단일 기업 "P.I. 바라노프 기념 중앙 항공 발동기공업 연구소" (FGUP "TsIAM")

특허 출원일: 2014년 2월 19일
특허 효력일: 2014년 2월 19일
특허 공개일: 2016년 5월 27일
 

00000001(1).png


-


 

본 발명은 항공우주 엔진, 보다 상세하게는 맥동 폭굉детонационный-폭연дефлаграционный 연소를 가지는 폭굉 직접 공기-반응Прямоточный воздушно-реактивный, ramjet 엔진에 관한 것이다.

반사구를 통하여 연료 가스의 맥동 유출을 통한 연속적인 펄스에 의해 추력이 생성되는 맥동 공기-반응 엔진이 알려져 있다.

초음속 공기흡입구, 초음속 혼합실, 초음속 연소실, 초음속 분사구, 원동기 시동 장치 및 연료 공급 시스템을 갖춘 초음속 맥동 폭굉 공기-반응 엔진이 알려져 있다. 연료 공급 시스템은 연료 공급 모드를 변경하기 위한 분사구 및 밸브를 가지는 파일런을 포함한다 (러시아 연방 특허 제2157909호, 2000년 10월 20일). 이러한 초음속 맥동 폭굉 직접 공기-반응 엔진이 기능하는 방법은 원동기 시동 시 연료를 공급하고 폭굉파를 발생시킨다. 원동기의 추가 작동은 연소실에서 가연성 혼합물의 풍부 및 희박 조건과 풍부 혼합물 시 따라 유입되고 희박 혼합물 시 그 반대로 되는, 연소실에 대한 폭굉파의 방향과 속도의 변화를 구현하는 연료 공급의 순차적-주기적 변경으로 보장된다.

초음속 공기흡입구, 초음속 혼합실, 초음속 연소실, 초음속 배기 분사구, 연료공기 혼합물 점화기 및 연료 공급 시스템을 가지는 맥동 폭굉 직접 공기-반응 엔진이 알려져 있다. 연료 공급 시스템은 초음속 혼합실에 설치된 연료 채널 및 분사구가 있는 매니폴드와 파일런을 포함한다. 원동기는 초음속 공기흡입구 및 초음속 혼합실 사이에 위치한 가스공기 경로 채널도 포함한다. 연료 공급 시스템의 파일런은 후자의 출구 쪽에 위치한다. 연료공기 혼합물의 점화기는 초음속 연소실 횡측 틈새에 위치하며 지속적으로 작동한다. 연료 공급 시스템 채널은 가스역학적 차단 가망성을 가지고 개방된다 (러시아 연방 특허 제2476705호, 2013년 2월 27일 공개).

가연성 혼합물은 맥동 연료 공급으로부터 원동기 축을 따라 맥동하는 폭굉파로 연소된다. 초음속 맥동 폭굉 직접 공기-반응 엔진에서 연료 소모는 연료 공급 시스템에서 상시 작동하는 기계장치 (밸브) 로 변화되고, 맥동 폭굉 직접 공기-반응 엔진에서 - "가스역학적 밸브" - 충격파가 각 사이클에서 연료 공급을 완전히 차단한다. 충격파는 공기흡입구로 향할 수 있고 이로 인해 엔진 작동이 위반될 수 있다.

연료 공급의 중단은 추력 특성에 영향을 끼친다. 또한 원동기 경로 채널에서 자유롭게 전파되는 중격파는 공기흡입구에 도달하여 작동을 방해하고 이어 원동기 전체의 작동도 방해할 수 있다.

원동기 작동 중 연료와 공기가 지속적으로 공급되는 맥동 폭굉파를 가지는 직접 맥동 공기-반응 엔진은 확인되지 않았다.

본 발명은 공기-반응 엔진의 추력을 증가시키고 비행 속도 범위를 마하 수 M=5-8까지 확장하는 동시에 직접 공기-반응 엔진 및 초음속 연소 직접 공기-반응 엔진에 비해 원동기 경로의 열응력을 감소시키는 데에 주안을 둔다.

기술적 결과는 폭굉파의 맥동 및 지속적인 연료 공급으로 수반되는 완속 (폭연) 연소 전면이다.

기술적 결과는 폭굉파 및 충격파 이동 영역의 제한, 고속 비행 시 원동기 경로 열응력의 감소 및 비행 속도 범위를 마하 수 M=5-8까지 확장하는 것이다.

제시된 문제는 다가오는 초음속 공기 유동이 공기흡입구에서 움직일 때 이를 비교적 큰 마하 수 (M=3-4) 로 제동시키고, 연료가 지속적으로 공급되고, 결과적으로 가연성 혼합물이 각 채널의 횡측 단면이 폭굉파 셀의 횡측 치수보다 작은 "채널 격자" 로 지향되며 결과적으로 가연성 혼합물 유동의 속도보다 빠르게 움직이는 폭굉파는 채널에 진입하면 소멸하고 이 경우 발생하는 충격파 및 완속 (폭연) 연소 전면은 충격파의 속도보다 더 빠르게 도달하는 가연성 혼합물에 의해 폭연 연소가 폭굉으로 전환되게 하여, 그 결과 연속 비정상 연소가 동적으로 맥동하는 (생성되고 소멸하는) 폭굉파 및 완속 연소 전면으로 조직되는, 고속 비행용 직접 공기-반응 엔진에서 제트 추력을 얻기 위한 연료 연소 조직 방법으로 해결된다.

제시된 문제는 원동기 흐름 경로에 직렬로 배치된 초음속 공기흡입구, 연속 연료 공급 시스템, 공기흡입구 뒤에 위치한 충분히 잘 혼합된 가연성 혼합물 영역에의 폭굉파 격자 판형 댐퍼, 다가오는 고속 초음속 공기 유동을 마하 수 M=3-4 까지 감속시키는 외형을 가진 초음속 공기흡입구, 하나 혹은 그 이상의 판을 포함하고 원동기 흐름 경로의 축을 따라 위치하며, 댐퍼 판 각 채널의 횡측 치수가 연소 시 형성된, 유동에 반하여 움직이는 폭굉파 셀의 횡측 치수보다 작고, 폭굉파가 댐퍼 채널로 들어가면 전파가 중단되고 소멸하며, 폭굉파의 소멸로 발생하는, 초음속 유동에 의해 연소실로 운반되는 충격파, 다가오는 유동을 와해시키지 않고 폭굉파와 충격파의 이동이 댐퍼와 연소실의 일부로 제한된다는 사실을 포함하는 상기한 방법의 구현을 위한 폭굉-폭연 맥동 직접 공기-반응 엔진으로 해결된다.

바람직한 실시예에서, 폭굉-폭연 맥동 직접 공기-반응 엔진은 연소실 끝 틈새에 위치한 점화기를 포함한다. 원동기는 마하 수 M=5-8 비행 범위에서 작동한다.

이하에서 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 폭굉-폭연 맥동 직접 공기-반응 엔진의 개념 및 내부 도식을 묘사하는 설명 및 도면을 제공한다.

그림 1 은 원동기의 개념적 일반 도식을 나타내고,

그림 2 는 동일한 원동기의 투시 도식이다. 이 때 DV, UV, FG, KR, VR 은 차례대로 폭굉파, 충격파, 완속 연소 전면, 접촉 파열면контактный разрыв 및 희박파이다.

초고속 비행용 폭굉-폭연 맥동 공기-반응 엔진에는 연료 공급 시스템을 갖춘 초음속 공기흡입구 1, 폭굉 연소실 3 및 초음속 배기 분사구 6 이 직렬로 배치되어 있다.

원동기는 틈새 4 에 위치하고 비상 상황에서도 시동하도록 의도된 점화기 5 를 포함한다.

본 발명에 따라 원동기는폭굉 연소 간 생성되고 전파되는 폭굉파 격자 판형 댐퍼 2 를 포함한다. 댐퍼 2 는 충분히 잘 혼합된 가연성 혼합물 영역에 있는 연소실 3 앞과 공기흡입구 1 뒤에 위치하며 원동기 흐름 경로의 축을 따라 위치한 하나 혹은 그 이상의 판을 포함한다. 댐퍼 각 채널의 횡측 치수는 유동에 반하여 전파되고 동일한 댐퍼로 다가오는 폭굉파 셀의 횡측 치수보다 작다. 이는 댐퍼 채널로 들어가는 폭굉파의 전파를 중단시키고 감쇠시킨다. 공기흡입구 1 의 외형은 다가오는 고속 유동을 비교적 큰 마하 수 (M=3-4) 로 감속시키도록 설계되었으며, 결과적으로 폭굉파가 소멸하며 발생하는, 유동에 반하는 충격파의 속도보다 크다. 따라서, 본 발명은 폭굉파 및 충격파의 이동 영역을 댐퍼 2 및 연소실 3 의 일부로 제한하는 것을 가능케 한다. 경계층 및 "판" (채널 측벽) 의 배제вытесняющий 효과를 보상하기 위하여 댐퍼 2 는 이 댐퍼 채널의 상부 및 하부 벽 확장부를 가질 수 있다.

원동기 작동을 위하여 충분히 잘 혼합된 가연성 혼합물이 유입되도록 댐퍼 2 가 위치하는 것이 필수적이며, 초음속 유동에 반하여 움직이는 폭굉파는 댐퍼에 진입할 시 댐퍼 채널의 횡측 치수가 폭굉 셀의 치수보다 작은 이유로 인하여 소멸하고, 그 결과로 유동에 반하는 충격파과 완속 연소 전면은 그 속도가 충격파보다 빠른 초음속 유동으로 인하여 연소실 3 으로 이송된다. 댐퍼에서 나온 완속 연소 전면은 연소실에서 단일 전면으로 병합되어 폭연이 폭굉으로 전환된다.

본 발명은 폭굉파 및 충격파의 이동 영역을 댐퍼 2 및 연소실 3 의 일부로 제한하는 것을 가능케 한다.

원동기는 연소실로 유입되는 유동의 마하 수와 연료공기 가스 혼합물의 화학적 조성에 의존하여 연소실 조정 요소의 기하학적 매개변수를 변경하여 알려진 계산 수단과 시험으로 방법을 구현하도록 적합된다 (1. M. 네틀레톤. 기체에서의 폭굉. / L.G. 그보즈데보이 편집. M.: 미르, 1989. p15, 33-39; 2. V.V. 미트로파노프. 균일 및 불균일 시스템에서의 폭굉. 노보시비르스크: IGL SO RAN, 2003. p199; 3. A.A. 바실리예프. 원동기 장비에서 폭굉 사용의 특징. p129, 141-145;  4. V.A. 레빈 et al. 방전에 의한 기체 폭발의 개시. p235-254; 5. F.A. 비코프스키 et al. 수소-공기 혼합물 유동에서 폭발의 개시. p521-539 / 맥동 폭굉 원동기. S.M. 프롤로프 편집. M.: 토루스-프레스, 2006, p592).

본 발명에 따른 폭굉-폭연 연소 조직 방법은 M=5-8에서 다가오는 초음속 공기 유동을 비교적 큰 마하 수 (M=3-4) 로 제동시키고, 연료를 지속적으로 공급하며, 만들어진 가연성 혼합물을 댐퍼 2 로 지향시키며, 가연성 혼합물 유동의 속도보다 더 빠르며 유동에 반하여 움직이는 폭굉파는 채널로 진입할 때 소멸하고, 그 결과로 발생한 충격파와 완속 (폭연) 연소 전면은 충격파보다 더 빠른 속도로 다가오는 가연성 혼합물에 의해 이송되고, 폭연의 폭굉으로의 전환이 확보되며, 결과적으로 동적 맥동 (생성되고 소멸하는) 폭굉파 및 완속 연소 전면의 연속 비정상 연소로 조직된다.

폭굉파 격자 판형 댐퍼를 가지는 고속비행용 맥동 폭굉 공기-반응 엔진의 작동 방법은 이하와 같다.

잘 혼합된 가연성 혼합물이 초음속 공기흡입구 1 과 댐퍼 2 를 통하여 초음속 연소실 3 의 입구로 공급되어 틈새 4 가 충전되고, 점화기 5 에 의해 혼합물의 연소가 개시되어 폭굉으로 전환된다 (1. M. 네틀레톤. 기체에서의 폭굉. / L.G. 그보즈데보이 편집. M.: 미르, 1989. p15, 33-39; 2. V.V. 미트로파노프. 균일 및 불균일 시스템에서의 폭굉. 노보시비르스크: IGL SO RAN, 2003. p199; 3. A.A. 바실리예프. 원동기 장비에서 폭굉 사용의 특징. p129, 141-145;  4. V.A. 레빈 et al. 방전에 의한 기체 폭발의 개시. p235-254; 5. F.A. 비코프스키 et al. 수소-공기 혼합물 유동에서 폭발의 개시. p521-539 / 맥동 폭굉 원동기. S.M. 프롤로프 편집. M.: 토루스-프레스, 2006, p592).

원동기의 추가 작동은, 폭굉파의 속도보다 낮은 초음속 속도를 선택하여 유동에 반하는 폭굉파를 지향하는 것으로 보장된다. 댐퍼 2 채널에서의 유동은 초음속으로 유지된다.

댐퍼 2 로 진입하는 폭굉파는, 댐퍼 채널의 횡측 치수가 폭굉 셀의 치수보다 작기 때문에 소멸한다.

폭굉파가 소멸할 때 마다 각 채널에서 충격파, 유동에 의해 이송되는 완속 연소 전면, 유동에 역행하는 접촉 파열면 및 희박파가 발원한다. 유동에 반하여 계속 움직이는 충격파는, 댐퍼 채널에서 가연성 혼합물의 속도 선택으로 인하여 연소실로 전달된다.

댐퍼 2 의 모든 채널에서 폭굉파의 소멸로 인해 발생하는 완속 연소 전면은 댐퍼에서 나와 연소실 3 에서 단일 전면을 형성하고, 이로 인해 폭연에서 폭굉으로의 전환이 실현되어 과정의 주기성이 보장된다. 지속적인 연료 공급을 통하여 작동의 안정적인 맥동 고주파 모드가 실현된다.

비행 마하 수 M=5-8 에서 실현되는 연소 과정은, 직접 공기-반응 엔진 및 초음속 연소 직접 공기-반응 엔진보다 적은 유동의 제동 (공기흡입구에서 M=3-4로 배기) 과 원동기 경로의 낮은 열응력을 갖는다.

따라서 제안된 발명은 기계적 혹은 가스역학적 밸브 없이 원동기의 맥동 모드 작동을 보장하고 비행 장치의 비행 속도 범위를 마하 수 M=5-8까지 확장하며, 원동기 경로의 열응력을 감소시키고 유동에 반하여 이동하는 충격파가 공기흡입구에 도달치 못하게 보장한다.

폭굉 원동기에 대한 연구를 지원하기 위해 "연결된 수송관трубопровод" 모드 (혼합실 또는 연소실 출입구에서 요구되는 초음속 공기 유동이 초음속 분사구로 생성됨) 에서 혼합실 및 연소실 작동을 모사하는 실험 장비가 제작되었다. 공기 과잉 계수 1-1.4에서 작동을 모사할 때 점화기가 켜질 때와 꺼질 때 (시동 후) 모두 흐름에 역행하는 폭굉파가 소멸 후 다시 생성되는 맥동 과정이 실현되었다. 제안된 설계에서 차단 점화기로 작동하기 위한 조건은 확실히 더 좋다.





2573427호와 관련되었을 겁니다. 아마도...

 

신고
3




    


YoungNick 2023.01.21. 23:36
생기기는 전형적인 스크램제트 엔진처럼 생겼는데, 여기다가도 폭굉을 끼얹었군요. 러시아 애들 이상한거 만드느라 정신없나봅니다. 비행속도가 마하 5~8정도인데 연소실 내부를 음속 밑으로 낮춰서 램젯으로 가겠다는건지, 아니면 스크램젯이란 단어를 러시아권에서 안쓰는건지 모르겠네요.
profile image
Кузнецов 글쓴이 2023.01.28. 01:20
YoungNick
설명을 따라가보면 연소실 내부의 유동 자체는 초음속으로 흐르는 것으로 보입니다.
러시아어로 스크램제트는 초음속 연소 램제트로 해석하는 경우 прямоточный воздушно-реактивный двигатель со сверхзвуковым горением, 말그대로 극초음속을 가지는 램제트로 해석하는 경우 гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (GPVRD) 로 표시합니다. 대개 후자로 많이 표시합니다.
YoungNick 2023.01.28. 09:50
Кузнецов
역시 러시아놈들 답군요. 학술용어도 지멋대로죠.

위쪽 그림에 1번으로 표시된 흡입구 부분을 보시면, 3개의 경사충격파가 형성된 것을 보실 수 있습니다. 이 세 경사충격파의 각도와 외부 비행속도(마하 5~8)을 기준으로 생각해보면, 연소실 내부 유속이 마하 1.5 안팎인 것으로 보이네요.

흡입구만 놓고 보면 국내에서 개발중인 하이코어와 거의 유사한게 특징이네요.

댓글 쓰기 권한이 없습니다. 로그인

취소 댓글 등록

신고

"님의 댓글"

이 댓글을 신고하시겠습니까?

댓글 삭제

"님의 댓글"

삭제하시겠습니까?

목록
번호 분류 제목 글쓴이 날짜 추천 조회
공지 2023년 하반기 개편 안내 (레벨 시스템 추가) 9 Mi_Dork 23.07.13.09:07 +1 4689
공지 밀리돔 후원 요청 (2023-06-23) 28 운영자 14.01.24.20:42 +13 39606
129 공중체계
image
Кузнецов 23.01.18.21:35 +2 411
공중체계
file
Кузнецов 23.01.19.20:11 +1 557
127 공중체계
file
unmp07 15.03.30.13:48 0 798
126 공중체계
normal
포마당 15.02.14.09:45 0 812
125 공중체계
normal
daumhyun 20.08.07.02:16 0 835
124 공중체계
image
Кузнецов 23.01.20.20:51 +1 1176
123 공중체계
normal
howitzer198 22.03.13.19:31 0 1179
122 공중체계
image
Sheldon 15.01.07.19:56 +2 1224
121 공중체계
image
Sheldon 15.01.05.19:19 +2 1265
120 공중체계
normal
SnowFlower 15.10.16.11:54 0 1285
119 공중체계
file
unmp07 22.06.20.00:42 +4 1288
118 공중체계
file
Кузнецов 16.05.04.00:27 +1 1435
117 공중체계
normal
폴라리스 15.08.25.14:45 0 1445
116 공중체계
normal
MahuRora 16.09.12.21:56 +4 1512
115 공중체계
image
김민석(maxi) 14.05.07.02:02 +1 1538
114 공중체계
normal
Ampullae 21.01.27.20:52 0 1654
113 공중체계
normal
Mi_Dork 14.07.17.05:07 0 1678
112 공중체계
normal
폴라리스 15.02.21.03:30 +2 1702
111 공중체계
normal
남생이 15.12.06.01:05 0 1734
110 공중체계
normal
xwing 15.08.18.16:55 0 1737

밀리돔 | milidom 의 저작물은 다음의 사이트 이용 약관 에 의거해 이용 가능합니다.
이 라이선스의 범위 이외의 이용허락은 운영진에게 문의 하시기 바랍니다.