有含多脉冲爆震发动机推进系统的飞行器,尤其小飞行器 |
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申请号 | CN200510006325.1 | 申请日 | 2005-01-26 | 公开(公告)号 | CN1647999A | 公开(公告)日 | 2005-08-03 |
申请人 | C.R.F.阿西安尼顾问公司; | 发明人 | P·佩洛; V·戈鲁比; A·科特尼科夫; | ||||
摘要 | 披露了一种小型 飞行器 ,其具有包含多个脉冲 爆震 发动机 (PDE)的推进系统。这些发动机安置于飞行器的机翼(2a)内。爆震发动机的爆震管(7)的排放 喷嘴 (8)位于飞行器的不同部位,并具有不同的定向,以沿着三个方向提供额外的操作性。爆震管(7)在机翼(2a)内的布置降低了阻 力 ,从而降低了 燃料 消耗。 | ||||||
权利要求 | 1.一种飞行器,尤其是小型飞行器,可以为有人驾驶的或无人驾 驶的类型,其具有包含多个脉冲爆震发动机(PDE)的推进系统,每 个脉冲爆震发动机包括爆震管(7),其具有封闭端,限定爆震腔室, 位于相对端的喷嘴(8)以及在爆震腔室内供给空气或氧气和燃料, 以在所述腔室内的爆震方式下开始燃烧的装置, |
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说明书全文 | 技术领域本发明总的涉及飞行器技术,尤其涉及小型飞行器,可以为有人 驾驶的或无人驾驶的类型,其具有包含多个脉冲爆震发动机的推进系 统。 背景技术自从二十世纪40年代以来,发展了燃烧爆震方式在各个领域应用 的研究。爆震方式燃烧相对于传统燃烧的优势在于能量释放的高速 率。这提供了具有很大功率密度的推进发动机的设计。在脉冲爆震设 备(PDD)的恒定体积中,有效实现了热力循环。 PDD最引起关注的发展是由脉冲爆震发动机(PDE)构成的。相 对于传统推进发动机(涡轮发动机、冲压式喷气发动机、活塞发动机) 来说,PDE的优势是发动机效率、结构简单、小尺寸和减少的重量以 及在低速和超音速下有效工作的能力。PDE已经如由Nicholls J.A., Wilkinson H.R.,Morrison R.B.(1957)的“Intermittent detonation as a thrust-producing mechanism”,Jet Propulsion 27(5):第534页至 541页,以及Eidelman S.,Grossman W.(1992)的“Pulsed detonation engine,Experimental and theoretical Review”,AIAA论文92-3168 所披露。 基本的PDE结构为在一端开口的简单爆震管(也参看Wilson D.R.,Lu F.K.,Stuessy W.S.(1999)的“Gaseous detonation phenomena with shock and arc initiation”,I,Proc 21st Int Symp Shock Waves 第421至425页)。在管的封闭端,具有燃料和氧气喷射器。在用易 爆震的混合物填充满爆震腔室后,可以在两个不同位置开始爆震:开 口端或封闭端。在任何情况下,在封闭端(推力壁)的爆震物的推挤 产生推进力。 例如从1999年5月20日出版的文献RU 2130407已知PDE应用 于飞行器推进。 发明内容本发明的目的是:提供一种飞行器,尤其是小型飞行器,有人驾 驶的或无人驾驶的类型,其使用在具有高效及尤其是极大降低燃料消 耗的爆震方式下进行燃烧来以相对减少的负载以及相对低的速度飞 行。 本发明进一步的目的是提供一种飞行器,其能够结合两种飞行方 式:垂直或接近垂直起飞以及着陆和巡行方式。 本发明的再一个目的是提供一种具有高飞行稳定性和高可操作性 的上述类型的飞行器。 考虑到实现这些以及进一步的目的,根据本发明的飞行器具有在 后附权利要求1中所述的特征。 在从属权利要求中指出了根据本发明的飞行器的其他优选特征。 根据本发明的飞行器的重要特征在于:其具有多组由布置在飞行 器双翼内的爆震管形成的PDE。为此,当从上方观察时,飞行器上配 备的爆震管最好具有弯曲形状,以便它们能顺应机翼前缘的弯曲或倾 斜形状。 本发明另一个基本特征在于:飞行器上配备的多个爆震管可以彼 此独立或按组进行独立控制,并因此可以选择性地开动,从而能够控 制推力值。尤其是在垂直或接近垂直起飞/着陆和向巡行方式过渡时, 细微调节推力的能力也给了获得额外的飞行器稳定性和操纵性的机 会。 本发明另一个重要特征在于:多个爆震管的喷嘴定向于不同的方 向,使得其能够在多种飞行方式下进行选择性使用,尤其是在垂直或 接近垂直起飞/着陆和巡行方式中。 由于气动阻力的降低,在飞行器机翼内布置爆震管产生较低的燃 料消耗。由于推进系统位于机翼内部,推进系统没有暴露的截面区域。 结果,前推力值,即推力与暴露的发动机截面积的最大值之间的比率, 在该情形下极其高。 本发明另一个重要特征在于:多个爆震管的喷嘴相对于彼此进行 偏移。在设计阶段,选择爆震管彼此沿水平方向和垂直方向的间隔以 及喷嘴相对于彼此沿管的纵向的偏移,通过利用爆震产生的声波的干 涉,以得到最小程度的噪声。为此目的能确定的其他参数是:对于不 同的管也可以不同的管的直径,以及每个喷嘴的纵向相对于参考系统 所限定的角度。 附图说明 通过以下以非限定性实施例的形式进行的描述及随后的参考附 图,本发明的其他特征和优势将变得清楚明显,其中: 图1、2和3显示了根据本发明的飞行器的一个实施例的侧面立视 图、前视图和俯视图, 图4是图1-3中飞行器配备的多个爆震管的示意图, 图5是图4组件的端视图,以及 图6显示了爆震管的一个端部的细节。 具体实施方式附图显示了本发明应用于具有“全翼”结构的小型飞行器的例子。 在一个实际的实施例中,该飞行器可以具有约3米的翼展和约8平方 米的机翼表面。该飞行器可设计成有人驾驶的运输机或作为无人操纵 的飞行器,进行小负载的运输。在显示的结构中,飞行器包括机身1 和由两个机翼2a形成的机翼结构2,在所说明的实施例中,机翼2a 具有前缘,当从上方观察时,前缘具有大致为圆的拱型轮廓。在其后 缘,机翼2同时具有副翼3和水平尾翼面4。在机翼2a的端部,垂直 尾翼面5进一步具有相关联的可移动方向舵以及两个垂直表面6。 如附图示意性所示,在两个机翼2a内安置了两组PDE7,在所说 明的例子中,其具有曲线形状,以顺应机翼2前缘从上方观察时的 曲线形状。每个PDE由爆震管构成,爆震管具有位于飞行器主体外 部的终端部分7a,其具有端部喷嘴8(图4)。 出于简化的目的,图4显示的根据本发明的位于飞行器上的多个 爆震管7是直而且平行的。然而,在实际的实施例中,每个爆震管7 可以是弯曲的,并可以具有形成喷嘴8的端部,喷嘴自身可以是弯曲 的(参见图6)或可以在任何情形下沿着不同于其他喷嘴的方向指向。 附图没有显示以下细节:每个爆震管的结构、与其相关联的燃料 和氧气或空气的喷射器,以及控制这些喷射器的装置和在每个管限定 的爆震腔室内起爆爆震燃烧的装置。所有上述结构的细节可以以任何 已知的方法来构造,单独的这些细节并不在本发明的范围内。相反, 从附图中去掉了这些细节使得附图更简单更容易被理解。 如前所述,飞行器上配备的多个爆震管具有指向不同方向的喷嘴, 并且以选择性方式彼此独立或按组进行控制,以在各种飞行方式下(垂 直和接近垂直起飞/着陆、巡行方式)调整推力大小以及得到沿水平和 垂直方向的需要的推力分量,并且具有额外的稳定性和可操作性,尤 其是在低速飞行时。 同样如前所述,在设计阶段,也选择每个管的直径d(图5)、相 邻管之间沿水平方向的距离dh、以及沿垂直方向的距离dv,以利用管 内爆震产生的声波之间的干涉来得到最小程度的噪声。在这个方面, 这是特别重要的:在沿管的纵向相对于彼此偏移的位置安置喷嘴8, 同样作为所需要的降噪特征的函数进行选择该偏移量p(图4)。每个 喷嘴8的方向由喷嘴8的纵轴线相对于参考系统所形成的角度来确 定,在设计阶段也可以变动这些角度,以得到要求的特征。这些管在 飞行器的不同部位的定位,尤其是在飞行器的不同部位提供这些管的 喷嘴,使得提供具有高效和稳定性的飞行器成为可能。 在所示的特定实施例的情形中,可以为巡行方式提供两个另外的 传统类型的推进发动机9,比如两个螺旋桨发动机。 在一个实际实施例中,机翼中的两组爆震管7的每一个可以具有 大约30-50根管,比如具有40根管,管的直径为约1-1.5厘米,长度 为约150-300厘米。 根据另一个特征,这些管最好由碳制成,以降低重量并得到更好 的散热。 另一个优选特征在于提供一个或多个空气压缩机,在供给空气至 爆震管之前,将空气压缩至要求的压力值。 当然,在保持本发明的原理不变时,相对于仅仅通过例子进行的 描述和显示,在不偏离本发明范围的情况下,可以对结构细节和实施 例作出广泛变动。 |