RU2474718C2

RU2474718C2 - Method of turbojet afterburning and engine to this end (versions)

Info

Publication number: RU2474718C2
Application number: RU2011102733/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Евгеньевич Староверов
Original assignee: Николай Евгеньевич Староверов
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2013-02-10
Also published as: RU2011102733A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed method consists in feeding gas mixture into combustion chamber, and/or upstream of compressor, and/or in compressor stage, in amount sufficient to complete combustion a portion of it and cooling of formed gases by evaporation of excess gas mixture. On increasing gas mixture feed to stoichiometric ratio into combustion chamber, and/or compressor and/or compressor stage, feed of vaporising incombustible fluid is increased which, with stoichiometric ratio reached, is substituted by feed of gas mixture. Water or its mix with glycols and/or wetting agents and/or oil emulsion while combustible fluid represents kerosene or ethyl ether, or alcohol, or propane, or methane.

EFFECT: higher thrust and power output.

13 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к турбореактивным двигателям, преимущественно двухконтурным, и пригодно для газотурбинных двигателей.The invention relates to turbojet engines, mainly dual-circuit, and is suitable for gas turbine engines.

Известен способ форсирования двигателей путем впрыска в камеру сгорания или перед компрессором воды или смеси воды с топливом (метанолом), см. Вьюнов С.А. «Конструкции и проектирование авиационных газотурбинных двигателей». - М.: «Машиностроение», с.417-419. Однако вода как рабочее тело не самый оптимальный вариант: у нее большая теплота парообразования - 2500 кДж/кг, большая теплоемкость - 4190 Дж/(кг·К), большая теплоемкость водяного пара - примерно 2 кДж/(кг·К) (она меняется с температурой и давлением). То есть, чтобы нагреть один килограмм воды до водяного пара с температурой 1400 градусов, потребуется примерно (без учета сжатия) 5519 кДж.A known method of forcing engines by injection into the combustion chamber or in front of the compressor of water or a mixture of water with fuel (methanol), see Vyunov S.A. "Design and engineering of aircraft gas turbine engines." - M .: "Mechanical Engineering", p. 417-419. However, water as a working fluid is not the best option: it has a high heat of vaporization - 2500 kJ / kg, a large heat capacity - 4190 J / (kg · K), a large heat capacity of water vapor - about 2 kJ / (kg · K) (it varies with temperature and pressure). That is, to heat one kilogram of water to water vapor with a temperature of 1400 degrees, it will take approximately (excluding compression) 5519 kJ.

С этой точки зрения почти оптимальным рабочим телом является вещество, которое на самолете всегда присутствует - керосин: теплота парообразования примерно 220 кДж/кг (т.е. в 11.4 раза меньше), вдвое меньшая теплоемкость - 2,1 кДж/(кг·К), теплоемкость паров примерно 1.65 кДж/(кг·К). То есть, чтобы нагреть один килограмм керосина до состояния пара 1400 градусов, надо примерно 2575 кДж. Правда, у воды больше коэффициент увеличения объема при испарении. Но зато керосин при температуре 1400 градусов может претерпевать крекинг и термическое разложение до водорода. То есть вместо одной молекулы может образоваться 15-16 молекул, причем с изотермически эффектом, и соответственно увеличится объем рабочего тела и его скорость истечения.From this point of view, the almost optimal working fluid is the substance that is always present on the plane - kerosene: the heat of vaporization is about 220 kJ / kg (i.e. 11.4 times less), the half heat capacity is 2.1 kJ / (kg · K ), the heat capacity of the vapor is approximately 1.65 kJ / (kg · K). That is, to heat one kilogram of kerosene to a state of steam of 1400 degrees, you need about 2575 kJ. True, water has a larger coefficient of volume increase during evaporation. But kerosene at a temperature of 1400 degrees can undergo cracking and thermal decomposition to hydrogen. That is, instead of one molecule, 15-16 molecules can form, moreover with an isothermal effect, and accordingly the volume of the working fluid and its outflow rate will increase.

При этом, кстати, может возникнуть неопасное побочное явление: на лопастях и направляющем аппарате турбины может образоваться тонкий слой графита. Он никак не скажется на работе турбины и быстро обгорит после выключения атмофорсажа.In this case, by the way, a non-hazardous side effect can occur: a thin layer of graphite can form on the blades and guide vanes of the turbine. It does not affect the operation of the turbine and quickly burns after turning off the atmosphere.

Может использоваться и другая горючая жидкость, в том числе сжиженный горючий газ, например этиловый эфир, спирт, пропан или охлажденный метан. И хотя в этом случае на самолете для них потребуется отдельный бак, но при необходимости их можно подать в камеру сгорания как обычное топливо и использовать в экономическом режиме полета.Other flammable liquids may also be used, including liquefied flammable gas, such as ethyl ether, alcohol, propane or chilled methane. And although in this case they need a separate tank for the plane, they can be fed into the combustion chamber as ordinary fuel if necessary and used in an economic flight mode.

Вода может содержать антифризные присадки, например гликоли, для предотвращения замерзания и смачиватель, например ПО-6. Чтобы при этом в бачке для воды не образовывалась пена, вода и воздух могут быть разделены в бачке резиновым мешком. Смачиватель нужен для смазки движущихся частей насоса. Поскольку смазочные свойства смачивателей специально не изучались, то, возможно, потребуются эксперименты в этом направлении. Возможно также применение масляной эмульсии.Water may contain antifreeze additives, such as glycols, to prevent freezing, and a wetting agent, such as PO-6. To prevent foam from forming in the water tank, water and air can be separated in the tank with a rubber bag. A wetting agent is needed to lubricate the moving parts of the pump. Since the lubricating properties of wetting agents have not been specifically studied, experiments in this direction may be required. It is also possible to use an oil emulsion.

Казалось бы, в чем преимущества данного способа форсажа, ведь испаряющегося агента потребуется примерно вдвое больше? Но дело в том, что во-первых, стало больше рабочего тела, что уже увеличивает тягу двигателя, а во-вторых, если вместо воды взять эквивалентное количество керосина с усредненной формулой C₁₃H₂₈, то она теоретически способна разложиться до углерода и 2,78 молекулы водорода, да еще с небольшим с небольшим экзотермическим эффектом. То есть увеличится скорость истечения газов из сопла.It would seem, what are the advantages of this method of afterburner, because the evaporating agent will require about twice as much? But the fact is that, firstly, there is more working fluid, which already increases engine thrust, and secondly, if instead of water we take an equivalent amount of kerosene with the averaged formula C ₁₃ H ₂₈ , then it can theoretically decompose to carbon and 2 , 78 hydrogen molecules, and even with a small with a small exothermic effect. That is, the rate of outflow of gases from the nozzle will increase.

Но кроме того, и самое главное, если вода или другие негорючие жидкости после испарения просто вылетят в сопло как рабочее тело, то керосин или продукты его крекинга и термического разложения после турбины могут быть равномерно смешаны с воздухом вторичного контура в щелевом дефлекторе и быть сожжены в форсажной камере, увеличивая скорость истечения газов из сопла. Степень двухконтурности нового двигателя следует выбирать соответствующей полному сгоранию всего топлива.But in addition, and most importantly, if water or other non-combustible liquids after evaporation simply fly out into the nozzle as a working fluid, then kerosene or the products of its cracking and thermal decomposition after a turbine can be uniformly mixed with secondary air in a slot deflector and burned in afterburner, increasing the rate of flow of gases from the nozzle. The bypass ratio of the new engine should be selected corresponding to the complete combustion of all fuel.

Так как до сих пор горючие жидкости для такого способа форсажа не применялись, назовем способ форсажа путем впрыска в камеру сгорания, или перед компрессором, или в ступень компрессора горючей жидкости или газа «атмофорсажом» (от греческого «атмос» - испарение).Since so far no flammable liquids have been used for this afterburner method, we will call the afterburner method by injection into the combustion chamber, or in front of the compressor, or into the stage of the compressor of flammable liquid or gas as “atmosphere” (from the Greek “atmosphere” - evaporation).

Особенность этого способа форсажа в том, что мощность турбины увеличивается, и, следовательно, увеличивается угловая скорость турбины и компрессора, то есть увеличивается массовый расход воздуха через компрессор и второй контур, что энергетически выгодней, чем увеличивать скорость истечения. Что в совокупности со сгоранием горючей жидкости в воздухе второго контура приведет к увеличению тяги примерно в 4-5 раз. То есть гораздо больше, чем может быть достигнуто на воде. Хотя и расход топлива будет больше «максимала» в 7-10 раз (в зависимости от допустимой температуры в камере сгорания).The peculiarity of this afterburner method is that the turbine power increases, and therefore the angular velocity of the turbine and compressor increases, that is, the mass air flow through the compressor and the secondary circuit increases, which is energetically more profitable than increasing the flow rate. Which, together with the combustion of a combustible liquid in the air of the second circuit, will lead to an increase in thrust by about 4-5 times. That is much more than can be achieved on water. Although fuel consumption will be more than the "maximum" 7-10 times (depending on the permissible temperature in the combustion chamber).

Способ пригоден и для повышения мощности газотурбинных двигателей, однако при этом выгорание керосина будет бесполезно происходить уже в атмосфере.The method is also suitable for increasing the power of gas turbine engines, however, in this case, the burning of kerosene will be useless already in the atmosphere.

Подача дополнительного топлива имеет несколько нюансов. Во-первых, не стоит подавать все топливо в основные форсунки: они не рассчитаны на увеличение расхода до 10 раз, да и горение будет происходит плохо - с образованием продуктов неполного сгорания, что уменьшит экзотермический эффект горения примерно в 1.36 раза.The supply of additional fuel has several nuances. Firstly, it is not necessary to supply all the fuel to the main nozzles: they are not designed to increase the flow rate up to 10 times, and combustion will be bad - with the formation of products of incomplete combustion, which will reduce the exothermic effect of combustion by about 1.36 times.

Хотя в некоторых случаях как раз имеет смысл ограничить тепловыделение в камере сгорания (это зависит от степени двухконтурности) путем неполного сгорания до угарного газа. Ведь в этом случае будет меньше расход атмотоплива («атмотопливо» - количество основного или дополнительного, жидкого или газообразного топлива, подаваемое в основные форсунки или во второй ряд форсунок и предназначенное для испарения) на испарение. То есть в этом случае все топливо имеет смысл подавать в район основных форсунок или в ступень компрессора. Атмофорсаж, вообще-то, нерегулируемый режим, так как можно сжечь турбину. Но именно этим способом, регулируя полноту сгорания топлива в камере сгорания, можно в определенных пределах регулировать тягу двигателя примерно в 1.36 раза. То есть перераспределяя топливо между двумя или тремя рядами форсунок и, при неполном сгорании, уменьшая общую подачу топлива. Продукты неполного сгорания на пропадут даром - они догорят полностью в общей форсажной камере.Although in some cases it just makes sense to limit the heat in the combustion chamber (this depends on the bypass ratio) by incomplete combustion to carbon monoxide. Indeed, in this case, the fuel consumption will be less (“fuel” - the amount of the main or additional, liquid or gaseous fuel supplied to the main nozzles or to the second row of nozzles and intended for evaporation). That is, in this case, it makes sense to supply all the fuel to the area of the main nozzles or to the compressor stage. Atmosphere is, in fact, an unregulated mode, since it is possible to burn a turbine. But it is in this way, by regulating the completeness of fuel combustion in the combustion chamber, it is possible, within certain limits, to regulate engine thrust by about 1.36 times. That is, redistributing fuel between two or three rows of nozzles and, with incomplete combustion, reducing the total fuel supply. Products of incomplete combustion will not be wasted - they will burn out completely in the general afterburner.

Во-вторых, длина факела при подаче атмотоплива в общие форсунки из-за охлаждающего влияния излишков топлива может резко увеличиться, поэтому лучше подавать топливо до стехиометрического состава (далее - «стехиотопливо», то есть количество основного или дополнительного, жидкого или газообразного топлива, подаваемого в основные форсунки или в ступень компрессора и предназначенное для достижения стехиометрического состава с кислородом воздуха) в основные форсунки или в предпоследнюю или в предпредпоследнюю ступень компрессора. Это охладит поступающий воздух и увеличит его массовый расход. Не следует подавать стехиотопливо в начало компрессора, иначе топливо будет отброшено центробежной силой на внешнюю обечайку компрессора и будет поступать в камеру сгорания в пленочном виде.Secondly, the length of the torch when applying fuel to common nozzles due to the cooling effect of excess fuel can increase dramatically, therefore it is better to supply fuel to a stoichiometric composition (hereinafter referred to as “stoichiofuel”, that is, the amount of primary or secondary, liquid or gaseous fuel supplied to the main nozzles or to the compressor stage and intended to achieve a stoichiometric composition with atmospheric oxygen) to the main nozzles or to the penultimate or penultimate compressor stage. This will cool the incoming air and increase its mass flow rate. Stoichiofuel should not be fed to the beginning of the compressor, otherwise the fuel will be discarded by centrifugal force to the outer shell of the compressor and will enter the combustion chamber in film form.

А остальное топливо следует подавать в конец факела основных горелок (под концом факела подразумевается окончание зоны практически полного - 95-99% - горения топлива, подаваемого в основные форсунки и в ступень компрессора. А это количество, напомню, равняется штатной топливоподаче на режиме «максимал» плюс стехиотопливо).And the rest of the fuel should be fed to the end of the torch of the main burners (the end of the torch means the end of the zone of almost complete - 95-99% - combustion of fuel supplied to the main nozzles and to the compressor stage. And this amount, I recall, is equal to the standard fuel supply in the "maximum "Plus stoichiofuel).

В-третьих, при подаче топлива в ступень компрессора надо следить, чтобы оно не самовозгорелось там от сжатия или чтобы пламя не вошло внутрь ступени через камеру сгорания. Чтобы избежать последнего, надо, чтобы в направляющей решетке последней ступени было сужение, обеспечивающее сверхзвуковое течение. Тогда пламя не сможет распространиться через этот участок.Thirdly, when supplying fuel to the compressor stage, it must be ensured that it does not spontaneously ignite there from compression or that the flame does not enter the stage through the combustion chamber. To avoid the latter, it is necessary that in the guide lattice of the last stage there is a narrowing, providing a supersonic flow. Then the flame cannot spread through this section.

В-четвертых, если подача дополнительного топлива не будет включена мгновенно, то во время переходного процесса возможно кратковременное достижение стехиометрического состава без излишков топлива, что приведет к выходу турбины из строя. Чтобы этого не произошло, на время переходного периода в камеру сгорания или в компрессор должна в возрастающем количестве подаваться негорючая жидкость, например вода.Fourth, if the supply of additional fuel is not turned on instantly, then during the transition process, it is possible to achieve a stoichiometric composition for a short time without excess fuel, which will lead to turbine failure. To prevent this from happening, a non-combustible liquid, such as water, must be supplied to the combustion chamber or to the compressor in an increasing amount during the transition period.

И лишь после выхода на стехиометрический состав должно произойти замещение воды на атмотопливо. Желательно - плавное, чтобы не вызвать временного, а тем более - резкого снижения или повышения подачи охлаждающего агента, так как это может привести или к расплавлению турбины, или к помпажу компрессора.And only after reaching the stoichiometric composition should water be replaced by fuel. It is desirable - smooth, so as not to cause a temporary, and even more so, a sharp decrease or increase in the supply of the cooling agent, as this can lead to either melting of the turbine or surging of the compressor.

Впрочем, очень быстрая, почти мгновенная подача стехиотоплива и одновременно атмотоплива не приведет к расплавлению турбины, так как время воздействия повышенной температуры будет невелико. Хотя при этом повышается вероятность срыва в помпаж.However, a very fast, almost instantaneous supply of stoichiofuel and at the same time fuel oil will not lead to melting of the turbine, since the time of exposure to elevated temperature will be short. Although this increases the likelihood of a breakdown in surge.

Двигатель, реализующий данный способ, не сильно отличается от традиционного: он также содержит компрессор, камеру сгорания, турбину, форсажную камеру, компрессор второго контура и систему подачи форсажного топлива, только на этот раз не в форсажную камеру, а в основные форсунки или в ступень компрессора. Двигатель также имеет дополнительную систему подачи испаряющейся жидкости в камеру сгорания. И имеет эжекторное устройство, например радиально-щелевое, для равномерного смешения потоков первого и второго контуров. Но и эти особенности известны, хотя последнее применяется не на всех двигателях.The engine that implements this method is not very different from the traditional one: it also contains a compressor, a combustion chamber, a turbine, an afterburner, a second circuit compressor and an afterburner fuel supply system, but this time not into the afterburner, but into the main nozzles or stage compressor. The engine also has an additional system for supplying vaporizing liquid to the combustion chamber. And it has an ejector device, for example a radial slot, for uniform mixing of the flows of the first and second circuits. But these features are known, although the latter is not used on all engines.

Отличий два: во-первых, в двигатель топливо может подаваться в середину компрессора, то есть в какую-то ступень компрессора, а второе отличие - количественное - в камеру сгорания или в ступень компрессора или в компрессор подается столько топлива, что оно в основном не сгорает, а испаряется.There are two differences: firstly, fuel can be supplied to the engine in the middle of the compressor, that is, to some stage of the compressor, and the second difference is quantitative - so much fuel is supplied to the combustion chamber or to the stage of the compressor that it basically does not burns, but evaporates.

Если топливо подается в какую-то ступень компрессора, то с учетом центробежного отбрасывания форсунки должны быть расположены ближе к ротору.If fuel is supplied to a compressor stage, the nozzles should be located closer to the rotor, taking into account centrifugal discarding.

На фиг.1 показан атмофорсажный двухконтурный двигатель. Он состоит из: компрессора 1, включая лопатки второго контура 2, камеры сгорания 3, турбины 4, второго контура 5, общей форсажной камеры 6, общего реактивного сопла 7 и щелевого радиально-эжекторного устройства 8.In Fig.1 shows an atmospheric dual-circuit engine. It consists of: compressor 1, including blades of the second circuit 2, combustion chamber 3, turbine 4, second circuit 5, common afterburner 6, common jet nozzle 7 and slotted radial ejector device 8.

Работает двигатель так: в режиме «максимал» в основные форсунки (линия «топл») или в отдельные форсунки для дополнительного количества топлива, необходимого для достижения стехиометрического состава (линия «топл-стехио») очень быстро подается топливо до стехиометрического состава. Происходит полное сгорание топлива. В образовавшиеся горячие газы в камеру сгорания 3 также очень быстро подается атмотопливо (линия «топливо и/или вода»), за счет испарения и нагрева паров атмотоплива температура падает до рабочей температуры турбины 4. Топливо, частично или полностью претерпевая крекинг и разложение, проходит турбину и в щелевом эжекторе 8 смешивается с воздухом вторичного контура 5, после чего образовавшаяся смесь сгорает в форсажной камере 6 и вылетает через сопло 7.The engine works like this: in the “maximum” mode, the main nozzles (topl line) or to separate nozzles for the additional amount of fuel needed to achieve stoichiometric composition (topl stoichio line) delivers fuel very quickly to stoichiometric composition. Complete combustion of fuel occurs. In the resulting hot gases, the fuel chamber is also very quickly supplied with fuel (line “fuel and / or water”), due to evaporation and heating of the fuel vapor, the temperature drops to the operating temperature of the turbine 4. The fuel, partially or completely undergoing cracking and decomposition, passes the turbine and in the slotted ejector 8 is mixed with air of the secondary circuit 5, after which the resulting mixture is burned in the afterburner 6 and flies out through the nozzle 7.

Отдельно рассмотрим систему подачи топлива и/или воды в двигатель. Они могут быть четырех вариантов.Separately, we consider the system for supplying fuel and / or water to the engine. They can be of four options.

Вариант 1: самая простая система получается, если пренебречь кратковременным скачком температуры при быстром впрыске топлива. В этом случае система может состоять из одного дополнительного топливного насоса и одного электромагнитного или другого быстродействующего клапана. У этой системы есть одна особенность: можно, но нежелательно, чтобы стехиотопливо подавалось в те же форсунки, что и основное, потому что колебания давления в этом тракте могут сказаться на перераспределении топлива после дополнительного топливного насоса. Разумеется, насос должен быть соединен с приводной рессорой двигателя, чтобы соблюдать соотношение «топливо - воздух» при изменении оборотов двигателя. Хотя, если характер зависимости «обороты - массовый расход воздуха» в данном диапазоне будет сильно отличаться от линейного, то придется вводить коррекцию в производительность насоса. Насос может быть нерегулируемым и подключаться к приводной рессоре двигателя через муфту сцепления. В этом случае указанную коррекцию можно вводить регулируемой рециркуляцией топлива через регулируемый жиклер.Option 1: the simplest system is obtained if we neglect the short-term jump in temperature during fast fuel injection. In this case, the system may consist of one additional fuel pump and one electromagnetic or other high-speed valve. This system has one feature: it is possible, but not desirable, that the stoichiofuel is supplied to the same nozzles as the main one, because pressure fluctuations in this path can affect the redistribution of fuel after the additional fuel pump. Of course, the pump must be connected to the engine drive spring in order to comply with the fuel-air ratio when the engine speed is changed. Although, if the nature of the dependence “revolutions - mass air flow” in this range will be very different from linear, then you will have to introduce a correction in the pump performance. The pump can be unregulated and connected to the engine drive spring through the clutch. In this case, the specified correction can be introduced by controlled recirculation of fuel through an adjustable nozzle.

См. фиг 2, где: 11 - дополнительный топливный насос, 12 - электромагнитный клапан, 13 - подстроечный кран для стехиотоплива.See FIG. 2, where: 11 is an additional fuel pump, 12 is an electromagnetic valve, 13 is a trimming valve for stoichiofuel.

Работает эта простейшая система так: насос 1 выводится на нужную производительность (она несколько зависит от температуры окружающего воздуха) и работает на перепускной клапан. А затем резко открывается электромагнитный клапан 2, и в нужном количестве одновременно поступают стехиотопливо и атмотопливо. При изменении оборотов двигателя соотношение сохраняется.This simple system works like this: pump 1 is brought to the desired capacity (it depends somewhat on the ambient temperature) and works on the bypass valve. And then the solenoid valve 2 abruptly opens, and in the right amount, both stoichiofuel and non-fuel arrive simultaneously. When the engine speed changes, the ratio is maintained.

При выключении сначала выключают электроклапан, а затем насос.When turning off, first turn off the solenoid valve, and then the pump.

Этот вариант легче других позволяет регулировать тягу двигателя на атмофорсаже путем управления полнотой сгорания топлива - достаточно перераспределять топливо краном 13. Но этот вариант самый рискованный в смысле вероятности появления помпажа.This option is easier than others allows you to adjust the engine thrust on the atmosphere by controlling the completeness of fuel combustion - it is enough to redistribute the fuel with a valve 13. But this option is the most risky in terms of the likelihood of surging.

Вариант 2. Этот и последующие варианты предусматривают промежуточную подачу воды в тракт атмотоплива. Простейший из таких вариантов имеет топливный форсажный насос 14 (часто он уже есть в составе двигателя). И синхронно приводимый и синхронно управляемый одной кинематикой (лучше всего - одной тягой 15) топливный насос 11 (далее - атмонасос) в антикоррозионном исполнении (см. фиг.3), где электрические или пневмолинии показаны пунктиром. На входе в насос имеет трехходовой кран «вода-топливо» 16, соединенный с водяным и топливным баками и управляемый от кинематики управления насосами по достижении стехиометрического количества форсажного топлива.Option 2. This and subsequent options provide for an intermediate supply of water to the fuel path. The simplest of these options has a fuel boost pump 14 (often it is already in the engine). And synchronously driven and synchronously controlled by one kinematics (best of all, by one rod 15), the fuel pump 11 (hereinafter referred to as the air pump) is in an anticorrosive design (see FIG. 3), where electric or pneumatic lines are indicated by a dotted line. At the inlet of the pump has a three-way valve "water-fuel" 16, connected to the water and fuel tanks and controlled by the kinematics of pump control upon reaching a stoichiometric amount of afterburning fuel.

Трехходовой кран может управляться непосредственно от тяги синхронного управления насосами на последних 10-15% ее рабочего хода. Однако это несколько рискованно, так как может привести к кратковременному недостатку атмотоплива. Поэтому лучше, если тяга 15 на своем последнем 1% хода нажимает на концевой выключатель (далее - «концевик») 17, от которого срабатывает трехходовой кран 16 (на этот раз не обязательно мгновенно). Привод автоматики может быть электрический, а может быть пневматический.The three-way valve can be controlled directly from the thrust of synchronous pump control in the last 10-15% of its working stroke. However, this is somewhat risky, as it can lead to a short-term lack of fuel. Therefore, it is better if the rod 15 at its last 1% stroke presses the limit switch (hereinafter referred to as the “limit switch”) 17, from which the three-way valve 16 is activated (this time not necessarily instantly). The automation drive can be electric, or it can be pneumatic.

Кроме того, есть еще одна хитрость. При попытке быстрого отключения атмофорсажа может возникнуть временная нехватка атмотоплива из-за запоздалой реакции трехходового крана и из-за запоздалого поступления воды вместо атмотоплива в форсунки вследствие некоторой протяженности трубопроводов. Поэтому, чтобы невозможно было быстро отключить атмофорсаж, общая тяга управления насосами блокируется во включенном положении дистанционно управляемым стопором 18. Стопор может отключаться выключателем или размыкающей кнопкой 19.In addition, there is another trick. When you try to quickly turn off the atmosphere, a temporary lack of fuel may occur due to the delayed reaction of the three-way valve and due to the delayed flow of water instead of the fuel into the nozzles due to the length of the pipelines. Therefore, so that it is impossible to quickly turn off the atmosphere, the total thrust of the pump control is blocked in the on position by the remotely controlled stopper 18. The stopper can be turned off by a switch or a disconnecting button 19.

Топливо после форсажного насоса 14 может трехходовым краном 20 направляться или в стехиоканал (основные или дополнительные форсунки в камере сгорания или в ступени компрессора), или в обычную форсажную камеру и использоваться как обычно.The fuel after the afterburner pump 14 can be sent with a three-way valve 20 either to the stoichiocanal (main or additional nozzles in the combustion chamber or to the compressor stage), or to a conventional afterburner and used as usual.

Работает эта система так: после вывода насосов 11 и 14 на максимальный режим тяга 15 касается концевика 17 и трехходовой кран 16 переключается с воды на топливо, а тяга 15 тормозится стопором 18. Для выключения атмофорсажа надо выключить выключатель 19 или нажать эту кнопку и, удерживая ее, сдвинуть тягу из конечного положения. При этом трехходовой кран 16 переключится на воду и можно безопасно синхронно отключить оба насоса. Если исполнительный механизм крана 16 не очень быстрый, то отключение стопора 18 следует задействовать от концевика этого исполнительного механизма, как в вариантах 3 и 4.This system works as follows: after the pumps 11 and 14 are brought to the maximum mode, the rod 15 touches the limit switch 17 and the three-way valve 16 switches from water to fuel, and the rod 15 is braked by the stopper 18. To turn off the atmosphere, turn off switch 19 or press this button and holding her, move the traction from the end position. In this case, the three-way valve 16 will switch to water and you can safely turn off both pumps synchronously. If the actuator of the crane 16 is not very fast, then disconnecting the stopper 18 should be used from the limit switch of this actuator, as in options 3 and 4.

В варианте 2 насосы также могут быть нерегулируемыми.In option 2, the pumps may also be unregulated.

Вариант 3. Следующие два варианта предусматривают постепенный ввод атмофорсажа и постепенное замещение воды атмотопливом и наоборот. Это замещение должно происходить как на диаграмме на фиг.4, с учетом разной массы потребных воды и топлива. Этот вариант предусматривает наличие трех насосов, регулируемых или нерегулируемых: форсажный насос для стехиотоплива 14, насос для воды 21 и насос для атмотоплива 11 (атмонасос,) см. фиг.5. Все они управляются одной кинематикой (одной тягой 15) или просто подключаются к рессоре двигателя одной муфтой сцепления. На выходе водяного и атмонасоса есть краны 22 и 23, которые управляются одним исполнительным механизмом 24. Механизм управляется концевиком 17 через выключатель 19. Для предупреждения слишком быстрого отключения атмофорсажа служит стопор 18, стопорящий тяги 15 во включенном положении и управляемый концевиком, расположенным в исполнительном механизме 24.Option 3. The following two options provide for the gradual introduction of atmosphere and the gradual replacement of water with fuel oil and vice versa. This substitution should occur as in the diagram in figure 4, taking into account the different masses of the required water and fuel. This option provides for the presence of three pumps, regulated or unregulated: afterburner pump for stoichiofuel 14, a pump for water 21 and a pump for fuel oil 11 (air pump), see figure 5. All of them are controlled by one kinematics (one traction 15) or simply connected to the engine spring with one clutch. At the outlet of the water and the air pump there are cranes 22 and 23, which are controlled by a single actuator 24. The mechanism is controlled by a limit switch 17 through a switch 19. To prevent the atmosphere from switching off too quickly, a stop 18 is used, which locks the rods 15 in the on position and is controlled by a limit switch located in the actuator 24.

Работает система так: при включении тягой 15 всех трех насосов 14, 21, 11 в стехиоканал поступает топливо для сгорания, а в атмоканал поступает вода из насоса 21 и открытого крана 22. Насос 11 работает на перепускной клапан.The system works as follows: when the draft 15 turns on all three pumps 14, 21, 11, fuel for combustion enters the stoichiocanal, and water enters the atmochannel from pump 21 and open valve 22. Pump 11 operates on the bypass valve.

Когда насосы выйдут на полную производительность и тяга 15 коснется концевика 17, начнет работать исполнительный механизм 24, закрывая кран 22 и открывая кран 23. Профили рабочих органов кранов желательно подобрать так, чтобы характеристики их пропускной способности были линейными, как на диаграмме на фиг.4. Допускается небольшая выпуклость характеристик «вверх». Постепенно водяной кран 22 закроется, а топливный кран 23 полностью откроется.When the pumps reach full capacity and the thrust 15 touches the trailer 17, the actuator 24 starts working, closing the valve 22 and opening the valve 23. It is advisable to select the profiles of the working bodies of the valves so that their capacity is linear, as in the diagram in figure 4 . A slight convexity of the “up” characteristics is allowed. Gradually, the water valve 22 closes, and the fuel valve 23 fully opens.

Одновременно с началом работы исполнительного механизма 24 находящийся в нем концевик (отдельно не показан) стопорит стопором 18 тягу 15 (см. фиг.6).Simultaneously with the start of operation of the actuator 24, the trailer (not shown separately) located in it stops the rod 15 with a stopper 18 (see Fig. 6).

Для выключения режима атмофорсажа надо выключить выключатель 19 и тогда исполнительный механизм начнет закрывать атмотопливо и открывать воду. Когда атмоканал полностью переключится на воду, отключится стопор 18 и тягой 15 можно плавно отключить подачу стехиотоплива и воды.To turn off the atmosphere mode, turn off the switch 19 and then the actuator will begin to close the fuel and open the water. When the atmokanal completely switches to water, the stopper 18 will turn off and the draft 15 can smoothly turn off the supply of stoichiofuel and water.

В третьем и четвертом вариантах нас подстерегает одна опасность: так как производительность водяного насоса меньше производительности атмонасоса, то при выключении режима атмофорсажа, когда осуществляется совместная подача воды и атмотоплива, то за счет запаздывания подачи воды из-за ее прохождения по трубопроводам, возникает некоторый недостаток суммарного испаряющегося агента. Для ликвидации этого явления производительность водяного насоса должна быть на 25-30% больше расчетной.In the third and fourth options, one danger lies in wait for us: since the performance of the water pump is less than the performance of the air pump, then when the atmosphere mode is switched off, when the water and fuel are supplied together, there is a certain disadvantage due to the delay in the water supply due to its passage through the pipelines total evaporating agent. To eliminate this phenomenon, the performance of the water pump should be 25-30% more than the calculated one.

Вариант 4: система также содержит три насоса: форсажный насос стехиотоплива 14, водяной насос 21 и атмонасос 11. Управляющие рычаги водяного и атмонасоса лежат в одной плоскости, но направлены в разные стороны, а управляющий рычаг форсажного насоса 14 составляет с этой плоскостью угол 20-85 градусов (оптимально 70). Кроме того, система содержит коромысло 25, одним концом шарнирно прикрепленное к рычагу водяного насоса 21, а другим концом, также шарнирно через промежуточный толкатель 26 - к рычагу атмонасоса, а между ними - к коромыслу шарнирно прикреплена (примерно посередине) тяга 15 от рычага форсажного насоса 14. Причем рычаг атмонасоса приводится в действие исполнительным механизмом 24, связанным через выключатель 19 с концевиком 17 на пути тяги 15, которая стопорится во включенном положении стопором 18, срабатывающим от концевика, расположенного в исполнительном механизме 24 (отдельно не показан).Option 4: the system also contains three pumps: stoichiofuel afterburner pump 14, water pump 21 and air pump 11. The water and air pump control levers lie in the same plane, but are directed in different directions, and the control lever of the afterburner pump 14 makes an angle of 20- 85 degrees (optimally 70). In addition, the system contains a rocker arm 25, pivotally attached to the lever of the water pump 21 at one end and pivotally through the intermediate pusher 26 to the lever of the air pump, and between them, the link 15 is pivotally attached (approximately in the middle) to the link 15 from the afterburner lever the pump 14. Moreover, the lever of the pump is actuated by an actuator 24 connected through a switch 19 to the limit switch 17 on the traction path 15, which is locked in the on position by a stop 18, which is actuated by the limit switch located in flax mechanism 24 (not separately shown).

Тяга 15 в этом варианте выполнена шарнирно сочлененной.Rod 15 in this embodiment is articulated.

Работает этот вариант так: тягой 15 включается форсажный насос 14 и сдвигается (вправо на чертеже) коромысло 25. Но, поскольку рычаг атмонасоса 11 был застопорен исполнительным механизмом 24, то коромысло, сдвигаясь, постепенно увеличивало производительность водяного насоса 21. По достижении его максимальной производительности срабатывает концевик 17 и включается исполнительный механизм 24, который начинает увеличивать производительность атмонасоса 11. Одновременно со включением исполнительного механизма находящийся в нем концевик включает стопор 18 и тормозит тягу 15. Так как середина коромысла 25 при этом становится неподвижной, то включение атмонасоса 11 приведет к постепенному выключению водяного насоса 21. Вода постепенно замещается атмотопливом.This option works as follows: by the thrust 15, the afterburner pump 14 is turned on and the rocker arm 25 is shifted (to the right in the drawing). But, since the lever of the air pump 11 was locked by the actuator 24, the rocker arm, shifting, gradually increased the productivity of the water pump 21. Upon reaching its maximum productivity the end switch 17 is activated and the actuator 24 is turned on, which begins to increase the performance of the air pump 11. At the same time as the actuator is switched on, the end switch in it turns on ax 18 and slows the draft 15. Since the middle of the rocker arm 25 becomes stationary, the inclusion of the air pump 11 will gradually turn off the water pump 21. The water is gradually replaced by fuel oil.

Следует отметить, что шарниры атмонасоса 11 и оба крайних шарнира коромысла должны быть плоскими, причем достаточно жесткими, чтобы исключить выход коромысла из плоскости управляющих рычагов насосов 21 и 11. Или может быть применен какой-либо другой способ сохранения плоскостности движения коромысла, например, его нижний на чертеже конец или левый конец, толкатель 26 могут находиться в щелевых направляющих. А средний шарнир коромысла и два шарнира на рычаге насоса 14 должны быть наоборот - шаровыми.It should be noted that the hinges of the air pump 11 and both extreme hinges of the rocker arm must be flat, and rigid enough to prevent the rocker arm from coming out of the plane of the control levers of pumps 21 and 11. Or some other method of maintaining the planarity of the rocker arm movement, for example, its the lower end in the drawing or the left end, the pusher 26 may be located in the slotted guides. And the middle hinge of the rocker arm and two hinges on the lever of the pump 14 should be vice versa - spherical.

Выключается атмофорсаж так: выключается выключатель 19, и исполнительный механизм 24 закрывает атмонасос 11. Исполнительный механизм, кстати, в вариантах 2, 3, 4 должен иметь именно такой алгоритм срабатывания: при подаче напряжения или пневмо- или гидродавления он смещается в одну сторону, а при отключении - возвращается обратно. Такой характеристикой обладают электромагнитный и пневмоцилиндрический исполнительные механизмы. А если будет применен электродвигательный исполнительный механизм, то потребуется дополнительное промежуточное реле.The atmosphere is turned off like this: the switch 19 is turned off, and the actuator 24 closes the air pump 11. The actuator, by the way, in options 2, 3, 4 should have just such a triggering algorithm: when voltage or pneumatic or hydraulic pressure is applied, it shifts to one side, and when disconnected - returns back. This characteristic is possessed by electromagnetic and pneumatic cylindrical actuators. And if an electric motor actuator is used, then an additional intermediate relay will be required.

По мере постепенного закрывания атмонасоса 11 через промежуточный толкатель 26 и коромысло 25 постепенно открывается водяной насос 21. Атмотопливо замещается водой. Когда атмонасос закроется, концевик исполнительного механизма отключит стопор 18 и освободит тягу 15. Сдвинув ее назад, летчик синхронно отключает форсажный 14 и водяной 21 насосы.As the atmospheric pump 11 is gradually closed through the intermediate pusher 26 and the rocker arm 25, the water pump 21 gradually opens. The fuel is replaced by water. When the air pump closes, the end of the actuator disengages the stopper 18 and releases the thrust 15. Sliding it back, the pilot simultaneously disables the afterburner 14 and water 21 pumps.

И последнее - для предотвращения попадания воды в атмотопливо и наоборот в месте соединения их трубопроводов могут быть обратные клапаны 27 или могут быть применены разные форсунки.And the last - to prevent water from entering the fuel oil and vice versa, check valves 27 can be at the junction of their pipelines or different nozzles can be used.

В данном двигателе негорючей жидкостью является вода или ее смесь с гликолями, и/или смачивателями, и/или масляной эмульсией, а горючей жидкостью является керосин или этиловый эфир, или спирт, или пропан, или метан.In this engine, the non-combustible liquid is water or its mixture with glycols and / or wetting agents and / or oil emulsion, and the combustible liquid is kerosene or ethyl ether, or alcohol, or propane, or methane.

Данный режим атмофорсажа, несмотря на большой расход топлива, является незаменимым в некоторых случаях: он может помочь взлететь пассажирскому, или транспортному самолету, или бомбардировщику с короткой полосы в жаркую погоду и с повышенной нагрузкой. Он поможет поврежденному штурмовику, в частности на одном двигателе, быстро покинуть зону ПВО. Истребителю он поможет разогнаться перед пуском ракет, чтобы придать им повышенную начальную скорость, или, наоборот, резко ускориться, чтобы уйти от вражеских ракет, или чтобы резко набрать высоту, или чтобы повысить потолок (это не одно и то же) и т.п. Танку он поможет быстро выйти из зоны обстрела.This atmosphere mode, despite the high fuel consumption, is indispensable in some cases: it can help take off a passenger or transport aircraft, or a bomber from a short strip in hot weather and with increased load. It will help the damaged attack aircraft, in particular on one engine, quickly leave the air defense zone. It will help a fighter to accelerate before launching missiles, to give them an increased initial speed, or, conversely, to accelerate sharply to get away from enemy missiles, or to gain altitude sharply, or to raise the ceiling (this is not the same thing), etc. . He will help the tank quickly get out of the firing zone.

Следует отметить такой нюанс - если степень двухконтурности невелика и не позволяет сжечь все атмотопливо, то имеет смысл впрыскивать в общую форсажную камеру окислитель, например раствор пятиокиси азота в азотной кислоте. Сравнительно небольшое количество окислителя способно на короткий срок резко повысить тягу такого двигателя.It should be noted such a nuance - if the bypass ratio is small and does not allow to burn all the fuel, it makes sense to inject an oxidizing agent into the general afterburner, for example, a solution of nitrogen pentoxide in nitric acid. A relatively small amount of oxidizing agent can dramatically increase the thrust of such an engine for a short time.

Claims

1. The method of afterburning a turbo engine, which consists in supplying to the combustion chamber and / or in front of the compressor and / or to the stage of the compressor a combustible liquid or gas in an amount ensuring complete combustion of part of them and cooling of the resulting gases by evaporation of excess combustible liquid or gas.

2. The method according to claim 1, characterized in that when increasing the flow of combustible liquid or gas to a stoichiometric ratio in the combustion chamber, and / or in the compressor, and / or in the compressor stage, an increasing supply of evaporating non-combustible liquid is produced, which, after reaching the stoichiometric ratio replaced by a supply of flammable liquid or gas.

3. The method according to claim 1, characterized in that the non-combustible liquid is water or a mixture thereof with glycols, and / or wetting agents, and / or an oil emulsion, and the combustible liquid is kerosene, or ethyl ether, or alcohol, or propane, or methane.

4. The method according to claim 1, characterized in that the thrust of the engine is controlled by incomplete combustion of a combustible liquid or gas in the main combustion chamber by redistributing them between two or three rows of nozzles and reducing their supply.

5. An engine that implements the method according to claim 1, comprising a compressor, a second circuit compressor, a combustion chamber, a turbine, an ejector device for uniformly mixing flows of the first and second circuits, a common afterburner and a common jet nozzle, characterized in that it has a afterburn feed system combustible liquid or gas to the combustion chamber and / or to the compressor stage, and an additional system for supplying combustible liquid or gas and / or water to the compressor, and / or to the compressor stage, and / or to the combustion chamber in an amount providing ix their surpluses and cooling gases formed during the combustion.

6. The engine according to claim 5, characterized in that the nozzles in the compressor stage are located closer to the rotor, and the last guide device of the compressor has a constriction, providing a supersonic flow.

7. An engine that implements the method according to claim 1, comprising a compressor, a second circuit compressor, a combustion chamber, a turbine, an ejector device for uniformly mixing the flows of the first and second circuits, a common afterburner and a common jet nozzle, characterized in that it has an additional combustible pump liquid or gas 11 and a quick-acting valve 12 after it, and after the valve, part of the combustible liquid or gas through the adjustable valve 13 enters the combustion, and the remaining combustible liquid or gas enters the combustion chamber for use rhenium.

8. An engine that implements the method according to claim 1, comprising a compressor, a second circuit compressor, a combustion chamber, a turbine, an ejector device for uniformly mixing flows of the first and second circuits, a common afterburner and a common jet nozzle, characterized in that it has a combustible afterburner liquid or gas 14 and synchronously driven and synchronously controlled by the same kinematics (for example, one rod 15), a pump of combustible liquid or gas 11 in an anti-corrosion version, having a three-way valve "water - combustible liquid or gas" at the inlet 16, connected to the water and tanks of a combustible liquid or gas and controlled from the kinematics of pump control upon reaching a stoichiometric amount of afterburning combustible liquid or gas.

9. The engine of claim 8, wherein the three-way valve is controlled directly from the pump control kinematics or remotely controlled from a limit switch that interacts with the kinematics and switches the three-way valve with remote control.

10. The engine according to claim 9, characterized in that it has a remotely controlled stopper 18 of the kinematics of pump control, triggered from the same limit switch, and in the control circuit between them there is a switch or disconnect button.

11. The engine that implements the method according to claim 1, containing a compressor, a second circuit compressor, a combustion chamber, a turbine, an ejector device for uniformly mixing the flows of the first and second circuits, a common afterburner and a common jet nozzle, characterized in that it has three pumps, regulated or unregulated: afterburning pump of a combustible liquid or gas 14, a water pump 21 and a pump of a combustible liquid or gas 11, all of them are controlled by one kinematics (one rod 15) or connected to the engine spring with one clutch; moreover, at the outlet of the water pump of a combustible liquid or gas there are taps 22 and 23, which are controlled by one actuator 24; the mechanism is controlled by the trailer 17 through the switch 19; in addition, to prevent the afterburner turning off too quickly, a stopper 18 is used, which locks the rods 15 in the on position and is controlled by a limit switch located in the actuator 24.

12. An engine that implements the method according to claim 1, comprising a compressor, a second circuit compressor, a combustion chamber, a turbine, an ejector device for uniformly mixing the flows of the first and second circuits, a common afterburner and a common jet nozzle, characterized in that it contains three pumps: afterburner pump of a combustible liquid or gas 14, a water pump 21 and a pump of a combustible liquid or gas 11; the control levers of the water and pump of a combustible liquid or gas lie in the same plane, but are directed in different directions, and the control lever of the afterburner pump of a combustible liquid or gas 14 makes an angle of 20-85 ° with this plane; in addition, the system comprises a rocker arm 25, pivotally attached to the lever of the water pump 21 at one end and also pivotally through the intermediate pusher 26 to the lever of the pump for combustible liquid or gas, and between them a rod 15 is pivotally attached to the rocker arm from the lever of the afterburner pump liquid or gas 14; moreover, the lever of the pump of flammable liquid or gas is actuated by an actuator 24, connected through a switch 19 with the trailer 17 on the path of the rod 15, which is locked in the on position by a stop 18, actuated by the trailer located in the actuator 24.

13. The engine according to item 12, wherein the thrust 15 control the afterburner pump 14 is made articulated.